施肥對荒漠草原退化草地植被特征的影響

春 亮，韓文軍，王 海，那日蘇

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；農(nóng)業(yè)部草地資源與生態(tài)重點開放實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

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施肥對荒漠草原退化草地植被特征的影響

春 亮，韓文軍，王 海，那日蘇*

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；農(nóng)業(yè)部草地資源與生態(tài)重點開放實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

草地退化是一直為人們關(guān)注的問題，施肥是草地恢復(fù)的有效手段之一。為了解荒漠草原退化草地上氮、磷等肥料施用后對退化草地植被特征的影響，本研究利用尿素、過磷酸鈣和有機磷酸二銨等，在內(nèi)蒙古賽汗塔拉荒漠草原退化草地上進行了施肥試驗。結(jié)果表明，尿素對植被蓋度、密度的影響都沒有達到顯著水平(P>0.05)，而在3.8 kg100m-2的施肥水平下，地上生物量比對照顯著的增加38.8%(P<0.05)。過磷酸鈣對植被蓋度、密度和生物量的影響均沒有顯著的影響(P>0.05)。有機磷酸二銨在施肥量是1.25 kg100m-2時，蓋度和密度分別比對照顯著增加24%和31.8%；在1.25和5.15 kg100m-2的施肥水平下，地上生物量比對照顯著的增加53.1%、56.1%(P<0.05)?；谕瑯拥募兊砑恿康谋容^說明，有機磷酸二銨與尿素相比，在地上生物量和密度方面影響更顯著。

荒漠草原；草地施肥；退化草地；植被恢復(fù)

中國北方草原區(qū)的環(huán)境退化問題一直為人們所關(guān)注，草原已成為荒漠化土地的主體和沙塵暴的主要發(fā)源地〔1〕，退化草原的生態(tài)及生產(chǎn)力恢復(fù)研究，也已經(jīng)是當前的草原研究的重要方向。分布于中國北方干旱區(qū)的荒漠草原，是一種重要的草地類型和畜牧業(yè)經(jīng)濟基地，但也是目前生態(tài)環(huán)境退化明顯的地區(qū)〔2〕。已有大量研究產(chǎn)生了有關(guān)退化草地植被恢復(fù)的各種方法，其中包括了施肥〔3～5〕。

施肥是一種提高生物質(zhì)產(chǎn)量的農(nóng)藝措施，在人工草地和天然草場的施肥研究已有很多報道。研究表明，施肥可以顯著的提高人工草地的生產(chǎn)力〔6〕，影響高寒草原生物量和群落結(jié)構(gòu)〔7～10〕，改變典型草原植被群落組成〔11，12〕，提高荒漠草原干草產(chǎn)量〔13〕。對退化草地而言，肥料的施用可以提高退化草地植被產(chǎn)量，改善種群結(jié)構(gòu)，改良土壤性質(zhì)，提高土壤肥力，對退化草原植被的恢復(fù)具有明顯的效果〔14～16〕。當前，可供人們選擇的肥料種類很多，而在荒漠草原的退化草地上的施肥效果還報道不多。

本文通過荒漠草原的典型地區(qū)——內(nèi)蒙古蘇尼特右旗賽汗塔拉草原的退化草地上，進行氮、磷肥等的施肥試驗，探討不同肥料及其不同施肥水平對退化的荒漠草原植被蓋度、生物量、密度等的影響。以期為荒漠草原退化草地植被恢復(fù)實踐中的肥料施用工作提供參考。

1 研究區(qū)域和方法

本研究實施地點位于是內(nèi)蒙古蘇尼特右旗的賽汗塔拉草原。這里是荒漠草原的典型地區(qū)，屬于溫帶大陸性氣候，冬季受蒙古高壓長期控制，寒冷而漫長；而在夏季，海洋性季風(fēng)的影響很難到達這里，所以雨量偏少、干燥而短促。植被類型為戈壁針茅荒漠草原和沙生針茅荒漠草原，以及少面積的白刺荒漠，土壤為棕鈣土，年均降水200mm左右，且年際間變化很大〔17〕。因為人為利用和氣候變化的影響，各地均存在不同程度的退化，有些地方植被稀疏，出現(xiàn)嚴重的沙化、礫石化。

在退化嚴重的草地上，選擇地勢相對平緩，而植被狀況一致的地段作為實驗地點。設(shè)置三個實驗區(qū)，分別進行尿素(N，含N16%)、過磷酸鈣(P，含P2O516%)和有機磷酸二銨(O，分別含N17%，P2O523%，有機質(zhì)10%，氨基酸5%)的施用試驗。實驗區(qū)土壤理化狀況為：pH8.27，有機質(zhì)12.49gkg-1，全氮0.64gkg-1，速效磷3.37gkg-1，速效鉀174.25gkg-1。

試驗小區(qū)面積均為10m×10m。設(shè)置3個施肥水平，從低到高分別以I、II、III表示(表1)，其中，N和O處理的各個對應(yīng)水平的純氮施用量相同。以不施肥處理為對照(CK)。隨機區(qū)組設(shè)計，4次重復(fù)。于2012年6月間，將肥料人工均勻撒在試驗區(qū)草地上。試驗期間不進行放牧活動。同年9月份，利用面積1m×1m的樣方對各試驗小區(qū)進行植被特征指標測定。蓋度和生物量是草地退化程度分級的兩個重要指標〔18〕。因此在本試驗中把蓋度和生物量作為主要關(guān)注植被特征，另外還測定植物密度。樣方內(nèi)植株地上部經(jīng)過齊地面收割后，在95°下烘15分鐘，然后在65°下烘15小時，測定樣品烘干重。利用MICROSOFT-EXCEL進行數(shù)據(jù)處理和相應(yīng)圖表的繪制；利用SASv8軟件的方差分析程序進行數(shù)據(jù)分析。

表1 尿素(N)、過磷酸鈣(P)、有機磷酸二銨(O)的處理與水平(kg100m-2)Tab.e 2 The treatments and levels of Urea (N),Superphosphate (P) and Diammonium Phosphate (O)in the fertilization

2 結(jié)果與分析

2.1 蓋度

試驗區(qū)的植被蓋度隨著施肥水平的增加均呈現(xiàn)整體上升趨勢(圖1)。在N處理的II水平下和P處理的III水平下，植被蓋度比CK增加12.5%和15.3%，但差異都不顯著(P>0.05)。在O處理的I水平下，植被蓋度比對照增加了24%，達到顯著水平(P<0.05)。

圖1尿素(N)、過磷酸鈣(P)、有機磷酸二銨(O)對荒漠草原退化草地蓋度的影響(相同的拉丁字母表示在同一種處理不同水平間的差異不顯著，P<0.05)Fig. 1 The influences of Urea (N), Superphosphate (P) and Diammonium Phosphate (O) with different levels onthe plant cover of degraded desert steppe (Data withdifferent letters indicate significant difference betweenthe different level in the same treatment, P<0.05)

2.2 地上生物量

圖2顯示，三種肥料處理下，退化草地的植被地上生物量均隨著施肥水平的增加而呈現(xiàn)上升趨勢。在P處理的III水平下，植被地上生物量比CK增加8.2%，差異未達到顯著(P>0.05)；在肥料N處理的III水平下，以及O處理的I和III下，草地地上生物量與CK相比均顯著增加，分別為38.8%及53.1%、56.1%(P<0.05)。

圖2尿素(N)、過磷酸鈣(P)、有機磷酸二銨(O)對荒漠草原退化草地地上生物量的影響(不同的拉丁字母表示在同一種處理不同水平間的差異顯著，P<0.05)Fig. 2 The influences of Urea (N), Superphosphate (P)and Diammonium Phosphate (O) with different levels onthe aboveground biomass of degraded desert steppe (Data with different letters indicate significant difference betweenthe different level in the same treatment, P<0.05)

2.3 密度

從圖3可以看出，肥料N和P處理下，植物密度均有下降趨勢，但各施肥水平與CK間均沒有顯著的差異(P>0.05)；而肥料O處理下，植物密度有增加的趨勢，I水平下對植株密度的影響達到顯著水平(P<0.05)，比對照增加31.8%。

圖3尿素(N)、過磷酸鈣(P)、有機磷酸二銨(O)對荒漠草原退化草地密度的影響(不同字母表示在同一種處理不同水平間的差異顯著，P<0.05)Fig. 3 The influences of Urea (N), Superphosphate (P)and Diammonium Phosphate (O) with different levels onthe plant density of degraded desert steppe (Data withdifferent letters indicate significant difference betweenthe different level in the same treatment, P<0.05)

2.4 兩種含氮肥料間的比較

因為肥料N和O在每一個施肥水平上的純氮量是對應(yīng)相同的，依據(jù)N和O處理在不同水平上的測定值，進行了這兩種肥料在各個植被特征指標中的比較(表2)。CK在植被蓋度方面有顯著的差異(P<0.05)，在密度和地上生物量方面沒有顯著差異(P>0.05)，說明試驗區(qū)在植物密度和地上生物量方面具有均一性。而不同肥料間，在對蓋度的影響上沒有顯著差異(P>0.05)，對密度和地上生物量的影響方面，均是處理O的效果顯著，其均值分別比N處理高107%和23.6%(P<0.05)。

表2尿素(N)、有機磷酸二銨(O)對荒漠草原退化草地植被特征的影響比較Tab.e 2 The influences of Urea (N) and DiammoniumPhosphate (O) with different levels on the characteristicsof vegetation on degraded desert steppe

不同字模表示同一指標種不同肥料處理間的差異顯著，P<0.05；Data with different letters indicate significant difference between the different treatment within the same characteristics of vegetation, P<0.05

3 討論

植被蓋度和生物量是草地退化指標各種指標中較為重要的兩項〔18〕。隨著N、P、O施肥水平的增加，植被蓋度和地上生物量均有增加趨勢(圖1、2)。這一結(jié)果與前人的研究一致〔12，14，19〕，說明三種肥料的使用均對退化草地有恢復(fù)作用。另有研究表明，在禁牧條件下，氮素的添加增加草地生物量的同時，會降低荒漠草原主要植物的蓋度〔20〕。說明雖然整體上草地植被蓋度和生物量會因為營養(yǎng)元素的添加而上升，但各種植物對于營養(yǎng)元素的添加響應(yīng)不同。這種不同會反映到植被構(gòu)成和物種多樣性上〔21〕。另外，典型草原上的研究顯示，氮、磷添加后，羊草群落的生物量變化趨勢并不顯著，而且受到氣象條件的影響，在水分條件好的情況下，生物量的增加才不受明顯限制〔22〕。草原化荒漠上的干旱期，磷素的添加對植被蓋度和生物量也沒有顯著的影響〔23〕。

在氮磷肥的共同處理下，松嫩草原退化草地的植物密度增加〔14〕。本研究中，在肥料N或P的單獨添加下，植物的密度沒有顯著變化，而在含有氮、磷及有機成分的肥料O處理下，植物的密度顯著增加(圖3)。在典型草原的研究中，潘慶民等〔19〕報道，氮素添加增加羊草群落的密度，而在白雪等〔22〕的研究中，在氮、磷處理下羊草的密度并沒有顯著變化。在荒漠草原上氮素添加后，建群種短花針茅和另一退化指示植物銀灰旋花的重要值下降，表明養(yǎng)分添加后促進了其他植物的生長〔20〕。這些研究說明氮或磷肥單獨添加的情況下，與生物量等指標相比，植物密度的變化會相對復(fù)雜。荒漠草原在放牧壓力下，會有小針茅或短花針茅草原向冷蒿+無芒隱子草退化演替，更為嚴重時，會演替到銀灰旋花群落〔24〕。所以，不同退化狀況的荒漠草原，在氮、磷等養(yǎng)分添加后，植被特征的變化可能會因為主要植物種的不同及其對不同養(yǎng)分添加的不同響應(yīng)而有差異。

氮和磷共同限制著草原的群落水平上的地上凈初級生產(chǎn)力〔22〕，氮、磷肥的配合施用能提高牧草的產(chǎn)量和質(zhì)量〔13，25〕。本研究中，肥料N和O均顯著的促進地上生物量的增加，而肥料P對生物量的促進作用不顯著。而以純氮素添加量相同的基礎(chǔ)，對植被地上生物量和密度的影響方面，肥料O的效果要好于肥料N(表2)。所以，在荒漠草原恢復(fù)退化草地生產(chǎn)力為目標的施肥措施，應(yīng)該多使用含有氮、磷的復(fù)合肥料、復(fù)混肥料，或者氮、磷肥同時配合使用。

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Effect of fertilizations on vegetation of the degraded desert steppe

Chunliang, HAN Wenjun, WANG Hai, Narsu*

(Institute of Grassland Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences,Huhhot 010010, China;Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology, MOA, Huhhot 010010, China)

Degradation of grassland is always what people are concerned about, and fertilization is a effective way to vegetation restoration. To test the effect of fertilizers of N and P on the degraded desert steppe, the Urea, Calcium Superphosphate and Diammonium Phosphate were fertilized on the degraded desert steppe in Saihantala in Inner Mongolia. The results showed, no significant influences of urea on plant cover and density were observed. At 3.8 kg 100m-2of urea, the aboveground biomass was significantly higher by 38% than CK (P<0.05). The Calcium Superphosphate used in this study had no effectives on the plant cover, density and aboveground biomass. The plant cover and density were significantly higher than CK by 24% and 31.8% receptively when the fertilization of Diammonium Phosphate was at 1.25 kg 100m-2(P<0.05). At 1.25 and 5.15 kg 100m-2of Diammonium Phosphate, the aboveground biomasses were significant higher than CK by 53.1%, 56.1% receptively(P<0.05). The comparison based on N showed that the Diammonium Phosphate was effective more than the urea in the aspect of the aboveground biomass and plant density on the degraded desert steppe.

Desert steppe, grassland fertilizing, degradation, vegetation restoration

S812.4

2095—5952(2015)03—0022—05

2015-05-08

內(nèi)蒙古自治區(qū)科技計劃項目“內(nèi)蒙古退化草地植被重建關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”(2012)；國家自然科學(xué)基金項目(41271322)

春 亮(1972-)，蒙古族，內(nèi)蒙古錫林郭勒人，博士，主要從事植物營養(yǎng)、退化草地恢復(fù)等研究。Email:chunliang@caas.cn

cysnrs@163.com