有机堆肥对西藏高寒草地群落状况的影响

周述明，于皓然，魏天娇，苗彦军，李 平，关法春，崔彦如，赵志敏，杜帛洋

（1.西藏电建成勘院工程有限公司，拉萨 850000；2.西藏农牧学院，西藏 林芝 860000；3.吉林省农业科学院，长春130033；4.西藏藏迦生态科技发展有限公司，西藏 林芝 860000；5.宁夏师范学院，宁夏 固原 756000）

青藏高原高海拔的生态条件造就了世界上独具特色的草地群落，但由于其高辐射、全年气温偏低、昼夜温差大、干旱少雨等因素，导致高原草地系统极易退化，生产力降低［1-3］。在高原草畜矛盾加剧的现阶段，提高人工草地生产力是缓解高原地区饲草季节性供应不足、保护高寒草地生态系统的重要生产途径。

施肥通常被认为是提高草地生产力的重要途径［4］，施肥能够有效补充土壤缺失的养分，从而有利于迅速提高草地生产力，草地群落多样性结构、植物性状会发生改变，高产植物种类增加且长势更好，这被认为是群落选择效应的结果。初级生产力会有所改变，提高了群落选择效应（高产种产量）；不过也有研究认为，不同施肥处理对不同物种的影响存在差异，施肥解除了土壤养分限制，导致水分常常成为限制植物生长的关键因子，因此导致群落中禾草等占据优势地位［5］，生物多样性变化并不明显［6］。鉴于以往施肥效应的研究结果存在争论，合理地开展草地施肥仍然需要深入的研究。目前，草地施肥绝大多数是基于化肥的研究［6，7］，关于有机肥料施用对草地物种多样性和生产力影响的研究较少。

将当地丰富的生物质资源与退化草地修复相结合，有利于消除污染，且帮助解决化肥施用养分单一、成本高昂的问题。因此，本研究基于当地厨余垃圾资源经过微生物快速发酵后的低成本有机堆肥，开展了不同有机堆肥施肥梯度下草地植物群落物种组成、群落结构及生产力变化的研究，以期明确堆肥的施用效果，为有机堆肥应用于高寒草甸生态系统修复的可行性提供理论依据。

1 试验区概况

试验地点位于西藏那曲地区，东经83°55′—95°50′、北纬29°55′—36°30′，海拔4 622 m，属于青藏高原高寒气候区，年平均气温为1.9 ℃，年平均积温约1 035 ℃。植被类型为高度退化的高寒草甸，以小嵩草（Kobrecia parva）为优势种；土壤为高寒草甸土，表土层植物根系致密，有机质含量高。

2 研究方法

2.1 试验设计

在试验区内选择地势平坦、土壤条件一致的退化草地，于2020年进行封闭管理。厨余垃圾堆肥由吉林省农业科学院提供发酵技术，由西藏藏迦生态科技发展有限公司生产并提供，堆肥基本养分指标见表1。

表1 堆肥基本养分指标

考虑到当地施肥可承受成本和机械的施用量，试验设置不同施肥量处理，分别为10 t/hm2（SF1）、12.5 t/hm2（SF2）和15.0 t/hm2（SF3），并以不施肥处理为对照，小区面积10 m×10 m，3 次重复，随机排列。春季6月初雨前使用背负式施肥器撒施于各小区。

2.2 数据采集

2020年8月上旬开展草地植被群落调查。在处理小区内随机设置1 个小样方（50 cm×50 cm），在小样方内记录物种组成，采用样方法测定群落总盖度，单个物种分盖度、频度、高度和密度测定，具体测定方法参见文献［8］。将随机设置的小样方内植物从地表茎基部剪下装入纸袋后，带回实验室杀青（105 ℃30 min），烘干至恒重（80 ℃24 h），测定为地上生物量。

2.3 数据统计与分析

使用SPSS 21.0 软件对数据进行差异显著性分析（LSD 法）。

相对重要值（IV）计算公式：

Margalef物种丰富度指数（DMG）计算公式：

Shannon-Wiener 多样性指数（H′）计算公式：

Pielou 均匀度指数（E）计算公式：

Simpson 多样性指数（D）计算公式：

Sorensen 群落相似性系数（SI）计算公式：

式中，Ni为物种i重要值；N为物种重要值之和；S为总物种数；A、B为2 个不同群落物种数；C为A、B这2 个群落共有物种数。

3 结果与分析

3.1 不同处理下植物群落结构特征

从植物种类（表2）来看，SF2 处理种类最多，有11 种植物，SF3 处理有10 种植物，SF1 处理有9 种植物，对照明显少于SF1、SF2、SF3 处理，仅有7 种植物。从植物科属分布情况看，豆科棘豆属的黄花棘豆（Oxytropis ochrocephala）仅在对照中出现，而莎草科苔草属的白尖苔草（Carex oxyleuca）和无心菜属的雪灵芝（Arenaria kansuensis）仅分布在处理中。

表2 不同处理下各植物的种类及密度

从群落植物密度调查结果看，SF1、SF2、SF3 处理的植株总密度均显著高于对照（P＜0.05），但SF1、SF2、SF3 处理间植株总密度差异不显著（P＞0.05），其中针茅（Stipa capillata）、火绒草（Leontopodium leontopodioides）、藏西凤毛菊（Saussurea stolicz-kai）、小嵩草（Kobresia parva）、高原毛茛（Ranunculaceae）植株密度随着施肥量增加呈逐渐增加趋势，尤其SF1、SF2、SF3 处理下小嵩草的植株密度分别是对照的1.79、1.94 和2.66 倍；但同时雪白委陵菜（Potentilla nivea）植株密度随着施肥量增加呈逐渐减少的趋势，SF1、SF2、SF3 处理下雪白委陵菜的植株密度显著低于对照（P＜0.05）。

3.2 不同处理下植物群落生物量

不同施肥量梯度下植物地上生物量变化分析结果见图1，SF1、SF2、SF3 处理植物群落地上生物量分别是对照（CK）的1.59、1.79 和2.30 倍，均显著高于对照（P＜0.05），且SF1、SF2、SF3 处理植物群落的地上生物量随着施肥量增加随之增加，但不同施肥量处理间的地上生物量差异不显著（P＞0.05）。

图1 不同施肥量处理下的植物地上生物量

3.3 群落间相似度分析

通常群落间相似程度的高低用群落间相似性系数表示，当两个群落相似性系数越小，其群落之间的植被差异性越大。从表3 可知，不同施肥处理群落之间的相似性系数均较高，SF2 处理和SF3 处理之间的相似性系数最高，为0.952 4。各处理与对照进行比较，SF2 与对照处理植物群落相似度最低，为0.666 7，处理间植物种类差异最大；SF3 处理与对照处理群落相似性系数为0.705 9，相似度较高，两者之间的植物种类较相似；SF1 处理与对照处理群落相似性系数最高，为0.750 0，两者之间植物种类较相似。

表3 不同施肥处理下群落的相似性系数

3.4 不同处理下的群落生物多样性指数

与对照相比，3 种施肥处理下植物群落的物种数、密度、高度、盖度均存在不同程度地改变，导致群落结构发生变化，植物多样性也存在差异性（表4）。SF2 处理的Shannon-Wiener 多样性指数和Margalef物种丰富度指数均显著高于对照处理，分别是对照组的1.15 倍和1.35 倍（P＜0.05），但是Pielou 均匀度指数在不同处理间变化不显著。此外，SF3 处理的Simpson 多样性指数显著高于对照处理（P＜0.05），是对照处理的1.17 倍。施肥促进了常见种的生长发育，改变了各物种的密度，其中，常见种密度增大，优势种密度减小，生物多样性增加。

表4 不同施肥处理下群落的物种多样性指数

4 讨论

高寒草地系统生态退化，物种减少，生物多样性降低［9］，将严重限制区域生态环境建设和农业可持续发展，因此，退化草地的修复与治理是一项生态治理的重要任务之一。国内外研究表明，施肥是维持草地生态系统养分平衡，恢复退化草地肥力，提高草地生产力的重要管理措施之一［10，11］，而且能够提高高寒草地群落多样性，有利于维持高寒草地生态系统的稳定性［7，12］。也有研究认为，施肥会造成草地群落物种数减少，导致群落多样性降低［6，13，14］。本研究结果表明，不同施肥量处理下的草地群落物种数与对照相比明显增加。群落中物种数越丰富，其群落结构越稳定［15］。此外，不同施肥量处理下的植株总密度均显著高于对照（P＜0.05），并且施肥处理与不施肥处理之间的群落相似系数较低，群落间的植被差异性较大。综上，适量的有机堆肥可以提高杂草群落物种数和群落植株密度，有利于草地群落结构的稳定性，为草地群落植被生长提供有利环境。

地上生物量作为生态系统净初级生产力的主要表现形式，能够反映群落植物总体的干物质生产与消耗之间的动态平衡［16］，也可以作为生态环境质量的重要指标，为判断草地生长状况和生产潜力提供重要参考［17］。本研究结果发现，不同施肥量处理下的草地地上生物量均显著高于对照（P＜0.05），其中SF3 处理对草地生产力的提升效果最明显。这与韩文武［18］的研究结果一致。由此可见，有机堆肥可以补充土壤养分，在一定程度上缓解了植物根系的养分吸收限制，使草地在施肥后繁殖能力增强，生长快，提升了净初级生产力［17］。

群落的物种多样性是反映群落物种数目、群落结构的重要参数，能够客观反映群落内的物种组成［11，16］。本研究发现，SF2 处理下的Shannon-Wiener多样性指数和Margalef 物种丰富度指数均显著高于对照处理，与郑华平等［7］的研究结果相似，可能原因是由于西藏高寒草地物种丰富度基数低，植被群落间竞争引起的负效应远远低于施肥驱动下物种丰富度的增加。但是草地群落的均匀度指数在施肥处理与不施肥处理之间差异不显著，可能原因在于群落物种需要长时间的物种竞争，重新调配格局，才能提高群落物种的均匀度［19］，需要长期定位试验进一步验证结果。由此可见，施用有机堆肥可以提高草地群落多样性指数和丰富度指数，有利于草地群落生态系统的稳定。

5 结论

与对照相比，SF2 处理显著增加了Shannon-Wiener 多样性指数、Margalef 物种丰富度（P＜0.05），SF3 处理显著提高了Simpson 多样性指数（P＜0.05）。此外，SF1、SF2 和SF3 处理下群落植物地上生物量分别是对照的1.59、1.79 和2.30 倍，均显著高于对照（P＜0.05）。因此，有机堆肥提高了草地群落结构和多样性，提升了草地净初级生产力，可作为西藏高寒草地恢复的有效途径，有机堆肥处理可以为植物提供良好的土壤养分环境，增加群落的物种数目和植株密度，优化群落结构，增加Shannon-Wiener多样性指数和Margalef 物种丰富度指数，提高群落生物多样性和稳定性，对退化草地的恢复具有一定意义。