“黑土滩”植被修复中无纺布覆盖模式对牧草种子出苗影响的探讨

郑建宗 ，吕 嘉 ，宗 英，陈文东，万 莲

(1.海西州林业站，青海 德令哈 817099；2.海西州林草局，青海 德令哈 817099；3.海西州生态环境监测站，青海 德令哈 817099)

“黑土滩”无纺布覆盖修复模式是指在对高寒地带极度退化草地—“黑土滩”进行植被修复当中所采用的“浅耕+播种+蹄踩+覆盖+保护”组合措施程序。其中：浅耕播种是利用机械轻微划破退化草地表土，然后播撒种子；蹄踩是利用牲畜行走活动蹄趾前踢后抛土特性进行播种镇压的措施；覆盖是指在畜蹄踩踏工序完成后，在草床置放无纺布、麦草等有效提高地温，保持土壤墒情的措施；保护为植被修复工作完成后进行防鼠和禁牧的后期保护性措施[1]。

高寒地带草地植被主要为草甸类，是恶劣生境条件的产物。其植被群落组成单调，自我修复能力弱，一旦破坏极难恢复，自然恢复达及植被群落顶级状态时间慢长，重度退化草地约需40余年，极度退化草地约需70余年[2]。人工修复不仅经济投入大，而且难以达到植被群落原生顶级状态，常常受到气候影响，牧草出苗率较差，难以达到相关人工草地技术规范要求。早在20年前，科技工作者曾经用塑料薄膜覆盖种床修复植被，但最终因其透气性差、代价高而被否定。近10年来，随无纺布产品的广泛应用，“黑土滩”植被修复无纺布覆盖模式逐渐兴起，该模式关键在于无纺布覆盖，透气性能强，降解时间短，成本低，覆盖后牧草出苗快，出苗率高，越冬率好。

本文以无纺布覆盖与非覆盖为植被修复措施，通过观察其出苗时间、出苗密度等指标，考察“黑土滩”退化草地植被修复的影响规律。

1 材料与方法

1.1 试验地点

“黑土滩”覆盖与非覆盖植被修复地，位于天峻县城正北偏东舟群乡草地，距县城直线距离72.5 km处，北纬37°58′33.98″，东经99°24′48.36″，海拔4 182 m左右。属于低山山前扇地，坡度4°～13°。土层厚≥50 cm，土壤类型为高山草甸土亚类，质地砂壤土，pH8.2～8.4，N含量0.239%，P2O5含量0.139%。年日照时间2 581.7 h，年辐射能146.27 KJ/cm2；年平均气温-2.4 ℃，日温差年平均14 ℃，年极端最高气温19. 6 ℃，年极端最低气温-35.9 ℃，年≥0 ℃积温980.1 ℃，年≥5 ℃积温583.8 ℃；年降水量464.3 mm，集中在6～8三个月，其降雨量占年总量的64%。牧草生长期113 d左右，无绝对无霜期。原生植被为高寒草甸类高山嵩草、矮生嵩草型草地。退化后覆盖度约10%，主要为野黄菊等杂草。

1.2 处理

1.2.1 试验设计 试验设置重复3个，小区面积36 m2，形状12 m×3 m。牧草群落组成均为青海披碱草和青海草地早熟禾两种，种子来源青海同德牧场；种子质量青海披碱草为二级，青海草地早熟禾为一级。种子混合撒播，比例为2︰1，播种量为52.5 kg/hm2。基肥为二胺，施用量150 kg/hm2，出苗后追肥尿素150 kg/hm2。试验时间为2020年6月20日。

1.2.2 试验处理 覆盖区为“浅耕+播种+蹄踩+覆盖+保护”；非覆盖模式为“浅耕+播种+蹄踩+保护”。差别在于播种和镇压完成后覆盖与否，其他建植技术种肥用量及程序措施均相同。其中：浅耕播种是利用微耕机划破地表，破土深度约10 cm，然后撒种。蹄踩是利用羊群来回踩踏3次，种子入土率≥95%。覆盖物为pp丙纶无纺布，17 g/m2。试验区均进行了播前灭鼠和播后围栏保护措施。

2 结果与分析

2.1 出苗时间

出苗密度观测统计为牧草出苗期完全结束之日。覆盖模式为7月3日，出苗期为13 d；非覆盖区为7月18日，出苗期为28 d。处理较对照相对早约15日。

2.2 出苗密度

两模式重复出苗密度(单株/面积)如表1。

表1 重复出苗密度 株/30×30 cm2

用t检验，计算覆盖与非覆盖所得t值为1.669，小于t(a=0.05)值3.495，表明两模式无显著差异。如表2所示。

表2 出苗密度方差表

2.3 评价

从牧草出苗时间上看，覆盖模式不仅仅是较非覆盖模式早15 d，还在生长生育上赢得了充分的机会，相当于其生长期得到15 d的延长，据观察其当年有的株高可达到78 cm，大部分在50～60 cm之间，并有穗结种，当年即可发挥水土保持能力和草地生产(刈割)作用；而非覆盖区植株普遍高在10～25 cm，无结穗，草地不能(刈割)利用。从牧草出苗密度上看，两模式虽然差异不明显，但是，以《青海省人工草地建设技术规范》要求出苗密度300株/m2～400株/m2衡量，非覆盖模式出苗密度为286株/m2，则不符合要求，覆盖模式出苗密度为506株/m2，则远远超出要求。以上表明两模式在生产实际中有较大差异。

3 讨论

3.1 覆盖起到了增温作用

种子萌发中进行系列生理活动，而其活动必须在一定温度范围内完成[3]。在活动温度范围内，出苗时间在最适温度时相对较短，反之，发芽时间相对较长。颜红波对多年生禾本科牧草种子分别在5～15 ℃、10～20 ℃等温度浮动段进行了发芽时间比较，结果是天数不同，>0 ℃积温不同，变温较恒温出苗时间短[4]。贾生海等就无纺布覆盖对牧草种子发芽出苗温度提升和稳定进行实验，表明无纺布覆盖具有增温、调温、平稳作用[5]。本试验两模式出苗期差异较大，符合颜红波、贾生海二位试验出苗规律。颜红波试验发芽恒温5 ℃和变温5～10 ℃所需0 ℃积温分别为115 ℃和67.5 ℃。试验地6月下旬至7月中旬平均日温5.5 ℃，平均日温差14 ℃，非覆盖牧草出苗≥0 ℃积温为154 ℃。根据无纺布覆盖模式出苗期9 d，结合颜红波种子变温幅度试验推断，覆盖模式地表日温约为10±0.7 ℃，最高温度约19 ℃，日温差应为12±0.5 ℃。以上温度与种子出苗关系如图1所示。这样，覆盖与非覆盖相比，其增温幅度在6 ℃左右，日温差低约2 ℃左右，增温后日温接近于颜红波实验牧草种子5～15 ℃发芽变温，非覆盖与恒温5 ℃发芽时间相近。至于与颜红波试验温差可能是高寒地带温差大，低温时间长，高温时间短的关系。

图1 变温与禾草种子发芽时间关系图

3.2 覆盖起到了保湿作用

舟群地区6～7月份平均降雨量为88～93 mm，平均蒸发量为1 651 mm，气候有微干现象，种子出苗易受干旱影响。未覆盖模式出苗特点是：地表微地形略凸出区无苗或稀少，略凹处出苗密集相对丰富出苗多，裸露秃斑处相对稀少。同时可见裸露秃斑表土有明显干墒现象。由此可见，降雨并不能有效满足所有牧草种子发芽出苗需要。草床覆盖后，基本隔断了大气与土壤的直接接触，在地表形成了相对独立的空间，从而土壤空气交流量和土壤水分蒸发速率减弱，相对湿度得到保持[5]。贾生海等人实验表明，400 g/m2无纺布覆盖与非覆盖对比，土壤水分相对增加18%[6]。同时，由于无纺布具有细微孔眼，降雨水分能及时渗入地表，从而增加和补充了土壤水分。禾草种子播种时墒情一般作业设计为黄墒状态，其时土壤含水量约16%，满足种子发芽对水分需要，无疑覆盖增湿提高18%等于为种子发芽上了保险阀。由此可见，覆盖为种子发芽出苗构建了土壤水分蒸发屏障，避免了非覆盖表土干墒而致种子吊苗等缺水现象。

3.3 覆盖可保持土壤空气交换 不影响种子对O2需要和CO2扩散

种子萌发时，需要呼吸氧气进行生理活动。土壤中O2和CO2含量对种子发芽及其根系生长有较大影响。土壤空气中O2含量≤0.2%时，大麦发芽停止，1%时发芽率为30%，5.2%时发芽率即达到60%，10%以上时种子才能正常发芽。CO220%时种子发芽会受到影响，CO2≥30%时，即使O2充足，种子发芽也会受到严重影响[7]。由此可见，种子发芽空气中首要条件是：O2含量≥10%，CO2含量<20%。地表在无纺布覆盖中，通常有40%～50%的边沿松散未压实，从而布下与布上空气相通，并在风力作用下形成不间断的交换机制。地表空气受土壤颗粒大小和排列、气压、温度、空气流动、土壤呼吸等因素影响，不断进行扩散和交流，其扩散量与土壤自由孔隙度的平方成正比[7]。土壤空气组分发展规律是越靠近地表，越接近高空气结构；越远离空气结构，变化越大，其中变化最大为O2和CO2，但是最终趋向于稳定的区间： O2为18%～20.03%，较空气含量低2.94%～0.91%；CO2为0.15%～0.65%，较地表空气高0.12%～0.62%[8]，含量均处于种子发芽安全范围内，因此对种子发芽无影响。

3.4 覆盖起到了水土保持作用 避免了坡地牧草种子遭受冲刷

“黑土滩”缓坡是水土流失发生基础。舟群地区6～8月是降雨集中季节，下垫面径流不断，坡地水土流失，播后种子及牧草幼苗随之受到冲刷而致少种缺苗。无纺布覆盖后，雨水只有通过无纺布细微眼孔渗入表土，而且量少速慢，绝大部分会在其表面形成径流而流向低凹处难以成溪冲刷表土。据观察，进行覆盖的“黑土滩”修复地均未发生地表侵蚀现象。相关表土覆盖实验也证明防治侵蚀效果比较明显[8]。

4 结论

“黑土滩”植被修复采用无纺布覆盖措施、其显著作用是地表增温，小范围日温差减小，土壤保湿增墒作用明显，有效改善了种子发芽出土的环境条件，同时，由于无纺布本身有一定通气性能和覆盖时与地表贴连的非完全性，从而有效保持了播种层土壤空气扩散交流，保障了种子发芽出土O2和CO2空气环境质量。覆盖无纺布遏制了表土雨水径流和土壤侵蚀，保障了种子及幼苗生育状态。天然草地严重退化地区植被修复采用覆盖模式在高寒地带有一定的草地生产和生态建设作用。