不同养分管理模式对大针茅草原种群特征的影响

候伟峰，其格其，董乌云嘎，温 丽，李凤娇，赵力兴，毕盛楠，姜昕禹

（1.兴安盟农牧科学研究所，内蒙古 乌兰浩特 137400；2.科尔沁右翼前旗森林和草原防灾减灾中心，内蒙古 科尔沁右翼前旗 137400）

我国是世界草地面积排名第二的草地资源大国，草地面积约为3.9亿hm2，占我国土地面积的41%［1］。草原是我国重要的生态安全屏障。草原又是发展草牧业的物质基础，是畜牧产品的重要生产供应基地，与农牧民的生产生活息息相关。土壤中的氮磷含量是决定补播牧草存活以及草地生产力的关键驱动因素，并且养分的添加会显著提高草地生产力［2-4］，因此，土壤养分对草地生产力显得尤为重要。然而，由于气候变化和人类的不合理利用，已有90%的草地出现不同程度的退化现象［5］，严重打破了草地生态系统平衡，土壤侵蚀加剧，影响草原一些植物的再生能力，使草原植被的生产力降低［6-8］。针对草原退化和生产力的下降大部分学者采用禁牧、围封等措施防止草原退化和草原生产力下降，而很少通过施肥提高草地生产力［9］。施肥是改良草地和提高草原生产力的主要措施之一［10-11］。为提高草原生产力，该研究通过开展不同养分管理模式对天然草原生产力的影响试验，揭示土壤肥力与草地生产力之间的关系，以解决草原牧区牧草短缺而导致的经济损失、生态环境恶化、过度利用等问题，为草原畜牧业的可持续健康发展提供参考。

1 研究区概况和研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于内蒙古自治区兴安盟扎赉特旗图牧吉镇（122°58′45.10″E，46°9′49.26″N），海拔163 m，属大陆性季风气候，全年平均气温4.3℃，无霜期130 d左右。全年降水量350～400 mm，雨热同期，降水主要集中在7—9月。土壤系沙质淡栗钙土，主要植物种类：建群种为大针茅（Stipa grandis P.Smirn.）、 羽 茅 ［Achnatherum sibiricum（L.）Keng］、毛秆野古草 ［Arundinella hirta（Thunb.）Tanaka］；优势种为大油芒（Spodiopogon sibiricus Trin.）、 达 乌 里 胡 枝 子 ［Lespedeza davurica（Laxm.）］、尖 叶 胡 枝 子 ［Lespedaza hedysaroides（Pall.）］、中华隐子草［Cleistogenes chinensis（Maxim.）］；伴生种为火绒草［Leontopodium leontopodioides（Willd.）Beauv.］、亚洲百里香（Thymus serpyllum L.）、达乌里芯芭（Cymbaria dahurica L.）、寸草 苔 （Carex duriuscula C.A.Mey.）、 并 头 黄 芩（Scutellaria scordifolia Fisch.ex Schrank）、知 母（Anemarrhena asphodeloides Bunge）、地梢瓜［Cynanchumthesioides（Freyn）K.Schum.］等。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 试验设计

该试验共设置4个土壤养分处理，处理方法分别为：①放牧处理，通过自然放牧牛羊方式将牛羊粪便归还到土壤中（放牧强度为3羊/hm2，每天放牧8 h）；②施入有机肥（有机质≥30%），施入量为3×104kg/hm2；③施加化肥（复合肥，N-P2O5-K2O：26-11-11），施肥量为1 050 kg/hm2；④对照（CK，无管理措施）。每个样地设3次重复，共12个样地，每个样地面积为25 m2，试验面积共300 m2。对试验区进行围栏围封，在植被最茂盛的8月对试验区的植被特征进行观察、测量及产量测定。

1.2.2 试验测定方法

2021年在植被生长最茂盛的8月对试验区进行调查取样。携带已备好的取样工具（样方框、量尺、尼龙网袋、标签、植被调查表、GPS）、行政区划图、地形图等，测定植被高度、盖度、种类和产草量，每个试验小区重复采取3个样方，样方面积为1 m×1 m。植被高度的测量：用米尺测量绝对高度。盖度使用目测法计算。产草量测定：齐地面刈割样方内所有种类植物，分别称重，相加后得到该样方鲜草产量；送回实验室在室内阴干至恒重，称其重量得到干草产量。由于试验区内建群种大针茅、毛秆野古草和羽茅的生产力占整个试验区的大部分，因此，对大针茅、毛秆野古草和羽茅的重要值进行对比研究。草地群落重要值计算公式：

重要值=（相对高度+相对盖度+相对多度）/3

式中，相对高度=某一植物种的高度/各植物种高度之和×100%；相对多度=某一植物种的个体数/全部植物种的个体数×100%；相对盖度=某一植物种的盖度/各植物种的分盖度之和×100%。

1.2.3 数据处理

试验中的草群高度、盖度、多度、重要值和地上产量等数据信息应用Excel软件进行初步整理归纳，然后用SPSS20.0做单因素方差分析（One-Way ANOVA），并用Duncan氏法进行多重比较。以P>0.05作为差异不显著的判断标准，以P<0.05作为差异显著的判断标准，以P<0.01作为差异极显著的判断标准。

2 结果与分析

2.1 不同养分管理对大针茅、羽茅和毛秆野古草重要值的影响

重要值是指草群中的主要建群种的相对高度、相对盖度和相对多度的平均值。不同养分管理模式下的草群建群种大针茅、羽茅和毛秆野古草的重要值变化有所不同。从图1可以看出，4种不同养分管理模式对建群种大针茅和毛秆野古草的重要值影响较小，各处理差异不显著（P>0.05）；对羽茅影响较大，化肥处理与对照相比，差异显著（P<0.05），其他处理与对照相比差异不显著（P>0.05）。不同施肥处理下草群建群种大针茅的重要值从大到小排列为CK>有机肥>放牧>化肥，重要值依次为14.05%、13.22%、10.42%和9.18%。不同施肥处理下草群建群种羽茅的重要值从大到小排列为化肥>放牧>有机肥>CK，重要值依次为24.04%、19.92%、19.34%和10.91%。不同施肥处理下草群建群种毛秆野古草的重要值从大到小排列为CK>有机肥>放牧>化肥，重要值依次为27.12%、23.54%、19.74%和13.63%。

图1 不同养分管理对主要建群种植物重要值的影响

2.2 不同养分管理对草群高度的影响

文中草群高度指的是草群生殖枝高度。从图2可以看出，不同养分管理模式对草群高度的影响较大，CK、有机肥、化肥处理显著（P<0.05）高于放牧处理；CK、有机肥、化肥处理差异不显著（P>0.05）。4种处理的草群高度从大到小依次排列为有机肥>CK>化肥>放牧，高度值分别为55.9 cm、55.3 cm、53.2 cm和48.6 cm。

图2 不同养分管理下的草群高度

2.3 不同养分管理对草群盖度的影响

文中的草群盖度指的是草群地上部分占地面部分的投影面积。从图3可以看出，4种处理下的草群盖度从大到小依次为化肥>CK>有机肥>放牧处理，其值分别为68.3%、60.0%、56.7%和53.3%。化肥处理下的草群盖度显著（P<0.05）大于CK、有机肥和放牧处理，后三者差异不显著（P>0.05）。

图3 不同养分管理下的草群盖度

2.4 不同养分管理对地上产量的影响

文中的地上产量分为草群地上鲜草产量和草群地上干草产量。从图4可以看出，无论是鲜草产量还是干草产量，化肥处理极显著（P<0.01）高于CK、有机肥和放牧处理。在4种处理中鲜草产量从大到小依次排列为化肥>有机肥>CK>放牧，化肥处理的鲜草产量为7 956.3 kg/hm2，放牧处理的鲜草产量为4 485.9 kg/hm2。化肥处理与其他处理相比均增产了3 470 kg/hm2左右。在4个处理中干草产量从大到小依次排列为化肥>有机肥>放牧>CK，干草产量分别为3 375.7 kg/hm2、2 465.9 kg/hm2、2 298.3 kg/hm2和2 080.4 kg/hm2，化肥处理的干草产量比后3个处理分别提高了909.8 kg/hm2、1 077.4 kg/hm2和1 295.3 kg/hm2。

图4 不同养分管理下的草地产量

3 讨论

不同施肥管理对草群特征影响差异较大。草群建群种羽茅的重要值变化情况显示，与对照相比，有机肥、化肥和放牧处理均提高了其重要值，并且化肥处理达到了显著水平，这个结果与前人的研究结果一致［12］。而大针茅和毛秆野古草的重要值在有机肥、化肥和放牧处理下呈现下降趋势，这说明不同的植物对不同的养分处理表现不同的响应，因此，不同类型的草地施肥时应当注意草群种类情况。草群高度变化显示，与对照相比，有机肥处理在一定程度上提高了草群高度，该结果与邱波等［13］施肥后草地群落高度通常会提高的研究结果一致。而化肥和放牧处理在一定程度上降低了草群高度，该结果与邱波等［13］的研究结果不同，这很有可能是施肥种类及施肥量的不同导致的。与对照相比，化肥处理提高了草群盖度，而有机肥和放牧处理呈现降低趋势，该结果与殷国梅等［14］的研究结果相似。出现这种情况很有可能与试验地草群建群种有关系，草群建群种主要是羽茅、毛秆野谷草和大针茅，有机肥处理促进了草群高度生长，而化肥处理促进了根茎生长。产草量变化情况表明，与对照处理相比，有机肥和化肥处理均提高了产草量，并且化肥处理达到了极显著水平，而放牧处理在一定程度上降低了鲜草产量，该结果与李文晶［15］、潘庆民等［16］、齐凤林等［17］的研究结果一致。很多研究结果表明，施肥对于草地生产力的恢复有积极作用［18-19］，并且能够有效地提高草地地上生产力［20］。同时也说明，有机肥和化肥处理有利于草地生产力的提升；而放牧处理会降低草地生产力，牲畜将牧草能量均转移到自身，产生了畜产品。由此可知，施肥与合理利用草原是草地生产力提升和畜牧业可持续发展的可行方法。

4 结论

不同养分处理对草原种群特征的影响有较大差异。有机肥处理有利于提高羽茅的重要值、草群高度和产草量。化肥处理有利于提高羽茅的重要值、草群盖度和产草量。