生物炭基肥和補(bǔ)播對(duì)荒漠草原植物群落和土壤養(yǎng)分的影響

范 博,王占義*,劉鵬博,趙向玲,李海菁,4,王成杰

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010; 2. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018; 3.呼倫貝爾市阿榮旗林業(yè)和草原局,內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000; 4.中共內(nèi)蒙古自治區(qū)蘇尼特左旗委員會(huì)組織部,內(nèi)蒙古 錫林郭勒盟 026000)

草地是陸地生態(tài)系統(tǒng)主要的組成部分,是重要的綠色生態(tài)保障,在防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源、固碳釋氧和調(diào)節(jié)氣候方面具有重要作用[1-2]。人類不合理的利用,導(dǎo)致草地發(fā)生大面積的退化現(xiàn)象,我國90%以上的草地存在不同程度的退化[2-3],如何恢復(fù)和保護(hù)草地是學(xué)者們研究的重要問題。

補(bǔ)播和合理施肥是恢復(fù)退化草地的主要措施。補(bǔ)播能夠在短時(shí)間內(nèi)提高草原植被的高度、蓋度、密度和地上生物量等參數(shù)[4],長期補(bǔ)播會(huì)使得草原植被Shannon-winner指數(shù)、均勻度指數(shù)和Simpson指數(shù)有所提高[5],進(jìn)一步提高草原的地上生產(chǎn)力[6]。也有研究表明,植被多樣性指數(shù)受到補(bǔ)播時(shí)間影響,不同補(bǔ)播處理對(duì)多樣性指數(shù)沒有影響[7]。地上生物量的增加會(huì)使得更多的地表枯落物分解并參與到土壤碳循環(huán)中,從而逐漸改善土壤養(yǎng)分[8]。有研究表明,荒漠草原補(bǔ)播兩年后土壤表層含水量、持水性和有機(jī)質(zhì)含量等均呈增加趨勢(shì),但對(duì)土壤全氮含量的影響較小[9]。也有研究表明這種改良效果受到補(bǔ)播草種的影響,并非所有補(bǔ)播都會(huì)改良土壤環(huán)境[10]。施肥能夠快速補(bǔ)充退化土壤速效養(yǎng)分,提高土壤肥力,改善土壤對(duì)植物的營養(yǎng)供給情況,解除土壤對(duì)植物生長的營養(yǎng)限制,改善草地植物的營養(yǎng)品質(zhì)[11]。補(bǔ)充土壤所需的養(yǎng)分,可以改變植物生長狀態(tài)從而改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)和物種多樣性水平[12]。施肥能夠提高禾草類和豆科類植物的重要值,進(jìn)而提高草地植被的地上生產(chǎn)力和改變植被組成[13]。生物炭吸附能力強(qiáng)且理化性質(zhì)穩(wěn)定,磷作為植物生長發(fā)育必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素,能量傳遞的介質(zhì),以多種方式參與植物各種生化過程,對(duì)促進(jìn)植物生長發(fā)育以及新陳代謝起著重要作用[14-16]。生物炭基肥對(duì)作物生長也具有積極影響。研究表明,生物炭基肥可以改善煙草等經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量[17]。施加生物炭基肥能提高葉菜類作物的產(chǎn)量,降低菜葉的硝酸鹽含量,同時(shí)提高Vc含量[18-21]。在相同施肥條件下,施用生物質(zhì)炭作為底肥,能顯著增加水稻對(duì)氮、磷、鉀元素的利用率[22-23]。

荒漠草原是草原向荒漠過渡的草地類型,是中國北疆重要的生態(tài)屏障[24]。草地生產(chǎn)是農(nóng)牧民生活重要的經(jīng)濟(jì)來源,隨著荒漠草原不斷退化,草地生產(chǎn)力逐漸降低,威脅到了廣大農(nóng)牧民收入和我國北疆的生態(tài)安全[25]?；哪菰耐寥鲤B(yǎng)分的特點(diǎn)是缺氮少磷。大多數(shù)的研究表明豆科和禾本科種子混播可以提高草地的生產(chǎn)力[5],且生物炭基磷肥能夠提高磷的使用效率,避免磷肥的浪費(fèi)和污染環(huán)境。因此,本研究通過對(duì)退化草地進(jìn)行混播和施生物炭基磷肥處理,探究退化草地植被與土壤特征的變化,為今后退化草原修復(fù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古四子王旗格根塔拉圖雅牧場(chǎng)(41°47′40″ N,111°48′56 ″E,海拔1 461 m),屬于典型的溫帶大陸性氣候,降雨期集中在7-9月,降水量約占全年的70%;多年平均氣溫3.4℃。試驗(yàn)地為淡栗鈣土,植被建群種為短花針茅(Stipabreviflora)和無芒隱子草(Cleistogenessongorica)等,主要伴生種為櫛葉蒿(Neopallasiapectinata)和銀灰旋花(Convolvulusammanni),多為草本植物,有少量的小葉錦雞兒(Caraganamicrophylla)。試驗(yàn)區(qū)作為以旱生植物為主的荒漠草原,長期放牧導(dǎo)致植被覆蓋度較低,物種豐富度較低,草地土壤缺磷少氮。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1試驗(yàn)種子處理 此次試驗(yàn)所用的種子為‘草原3號(hào)’苜蓿和蒙古冰草(Agropyronmongolicum),種子來自內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室選育。播種前對(duì)苜蓿種子物理變溫處理去硬實(shí)化,將種子放入烘箱內(nèi)75℃烘40分鐘再在88℃～98℃烘箱內(nèi)烘10分鐘,有利于提高種子出苗率。蒙古冰草播種前需要去芒,雙氧水消毒,然后晾干播種或催芽播種。

1.2.2生物炭基磷肥的制備 生物炭購買于大慶市金土地生物質(zhì)材料有限公司,生物炭是由玉米秸稈在500℃條件下裂解而來。生物炭基肥制備采用的是冷富集法,生物炭和磷酸二銨按照1∶1富集,桶中充分加入適量去離子水充分?jǐn)嚢韬?在60℃下烘干,然后置于密閉容器內(nèi)備用[14]。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地于2020年在天然草地放牧地圍封區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理對(duì)照(CK)、補(bǔ)播(CP)、施生物炭基磷肥(CB)和施生物炭基磷肥+補(bǔ)播(CPB),每小區(qū)面積為5 m×3 m,小區(qū)間隔帶寬1 m(圖1)。

圖1 試驗(yàn)樣地設(shè)計(jì)圖Fig.1 Experimental plot design注:CK表示對(duì)照區(qū),CB表示添加生物炭基磷肥區(qū),CP表示補(bǔ)播區(qū),CPB表示施肥加補(bǔ)播區(qū)Note:CK is the control area,CB is the addition of biochar-based phosphate fertilizer area,CP is the reseeding area and CPB is the fertilization addition plus reseeding area

生物炭基磷肥處理采用開溝施肥,在2021年6月用開溝器開溝,開溝深度為15 cm左右,開溝施肥后將土原位回填,各個(gè)開溝的距離為25 cm左右,均勻施入生物炭基肥后用翻出的土壤原樣覆蓋。生物炭基磷肥施肥量為225 kg·ha-1,撒到溝里。在每年6月初傍晚進(jìn)行雨后施肥。

補(bǔ)播時(shí)間在2021年和2022年6月初進(jìn)行,待施生物炭基磷肥處理穩(wěn)定后,在早晨和傍晚的時(shí)候選擇空斑區(qū)進(jìn)行補(bǔ)播,蒙古冰草播種量為18 kg·ha-1,‘草原3號(hào)’苜蓿播種量為15 kg·ha-1,二者按照1∶1的比例進(jìn)行混播。補(bǔ)播深度為2 cm左右,均勻撒入種子后覆土。

1.4 樣品采集與分析

在2021年和2022年植物生長旺盛期的8月中旬測(cè)量植物,調(diào)查植被恢復(fù)情況。在每個(gè)處理小區(qū)中,隨機(jī)選擇一塊1 m×1 m的樣方,記錄樣方內(nèi)每種植物的高度、蓋度和密度,將樣方內(nèi)植物分種齊地面剪下后帶回實(shí)驗(yàn)室,經(jīng)過30 min的殺青處理后,烘箱溫度調(diào)至65℃,待溫度達(dá)到65℃時(shí)記錄時(shí)間并定時(shí)48 h烘干至恒重,使用天平稱重后得到地上生物量。并用土鉆在樣方旁采集0～30 cm土樣,共計(jì)樣方數(shù)為12個(gè)。

土壤取樣在2021-2022年進(jìn)行,測(cè)量指標(biāo)有pH值、含水量、有機(jī)碳、速效磷和全氮含量,測(cè)量方法參考《土壤農(nóng)化分析》[26]。pH值采用電位法測(cè)定,土壤含水量采用重量法測(cè)定,采集的土樣,經(jīng)風(fēng)干、過篩后備用。土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定,全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定,有效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定。

植被多樣性測(cè)度如下[27]:

(1) 物種豐富度(S):S=樣地或樣方內(nèi)出現(xiàn)的植物種數(shù)

(2) Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H):

(4) Pielou均勻度指數(shù)(J):J=H/lnS

Ni為調(diào)查樣方中第i種物種的重要值;N表示調(diào)查樣方內(nèi)所有植物種的重要值之和;Pi表示第i個(gè)植物種的相對(duì)重要值,Pi=Ni/N。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019記錄原始數(shù)據(jù),首先使用SAS 9.2對(duì)不同處理下的植被基本數(shù)量特征和土壤養(yǎng)分進(jìn)行單因素方差分析,利用Duncan多重檢驗(yàn)比較平均值的差異,并通過Sigmaplot 14.0對(duì)方差分析圖和箱線圖進(jìn)行繪制。其次使用Origin 2021對(duì)不同處理下的植物群落多樣性指數(shù)、土壤養(yǎng)分進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析并繪制圖表,并采用Canoco 5.0軟件進(jìn)行冗余分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同恢復(fù)措施對(duì)退化草地植被特征的影響

不同處理下退化草地上植被特征變化如下。2021年植物群落總密度沒有差異;2022年CP和CB處理顯著高于CK(P<0.05,圖2)。綜合來看,兩年間植物群落總密度均在CB處理下的值最高,CK處理下的值最低。與第一年相比,CK,CB和CP處理的植物群落總密度在處理第二年有所增長,CPB處理的植物群落總密度在處理第二年有所下降。

圖2 施肥和補(bǔ)播對(duì)植被群落總密度的影響Fig.2 Effects of fertilization application and reseeding on density of plant community注:不同大寫字母表示處理間具有顯著性差異(P<0.05)。下同Note:Different uppercase letters indicated significant differences between different treatments (P<0.05).The same as below

施加生物炭基肥后提高了植物群落平均高度(圖3)。在2021年,植物群落平均高度在CB顯著大于CPB處理(P<0.05),其他處理之間無顯著差異性。在2022年,植被群落平均高度在CB處理下顯著高于處理CK(P<0.05),其它處理之間沒有顯著性差異。

圖3 施肥和補(bǔ)播對(duì)植被群落平均高度的影響Fig.3 Effects of fertilization addition and reseeding on height of plant community

研究區(qū)域內(nèi)植物群落總蓋度在不同處理下呈現(xiàn)顯著的差異性。2021年,植物群落總蓋度在CB顯著高于CPB處理下(P<0.05,圖4),其它各處理之間沒有差異。2022年,植物群落總蓋度在CP處理下的值達(dá)到最大且顯著高于CK處理(P<0.05),其它處理之間沒有差異。相比較第一年,處理第二年下不同處理的群落蓋度均有所提高,其中CP和CPB處理下提高較多,分別相較于第一年提高了37%和51%。

圖4 施肥和補(bǔ)播對(duì)植被群落總蓋度的影響Fig.4 Effects of fertilization addition and reseeding on total coverage of plant community

施肥和補(bǔ)播對(duì)植被群落地上總生物量的影響如圖5所示。2021年,CP處理下的值最高,顯著高于CK,CB和CPB處理(P<0.05)。2022年,CP和CB處理的荒漠草原總生物量差異顯著(P<0.05)。綜合來看,兩年處理下植物群落地上總生物量均表現(xiàn)為一致的變化規(guī)律,即CP處理顯著高于CK,CB處理。與處理第一年相比,處理第二年下不同處理的群落蓋度均有所提高,其中CP和CPB處理下提高較多,分別相較于第一年提高了37%和51%。

圖5 施肥和補(bǔ)播對(duì)植被群落地上總生物量的影響Fig.5 Effects of fertilization addition and reseeding on aboveground biomass of plant community

2021和2022年草地優(yōu)勢(shì)種變化情況如下。處理第一年和第二年的優(yōu)勢(shì)種密度比例均在CB和CPB處理下較大,2021年CB和CPB處理下的優(yōu)勢(shì)種比例分別為80%和81%,2022年CB和CPB處理下的優(yōu)勢(shì)種比例分別為82.4%和83.1%,且均顯著高于CK和CP處理(P<0.05,圖6)。

圖6 施肥和補(bǔ)播對(duì)植被群落優(yōu)勢(shì)種比例的影響Fig.6 Effects of fertilization addition and reseeding on the proportion of dominant species in plant community

綜合來看,第一年處理下,CB處理的植物群落總密度、平均高度、總蓋度和優(yōu)勢(shì)種的比例的值均最高,CP處理下的地上總生物量值最高;第二年處理下,CB處理的植物群落總密度和平均高度最高,CP處理下的植物群落總蓋度、地上總生物量值和優(yōu)勢(shì)種的比例的值均最高(P<0.05)。相比較于CK處理,經(jīng)過一年植被恢復(fù)后,與CK相比,不同施肥和補(bǔ)播處理均提高了植物群落特征值。

2.2 不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

2021和2022年不同處理下土壤養(yǎng)分變化(表1)。有機(jī)碳含量在兩年處理下各個(gè)處理之間沒有顯著變化。土壤速效磷和全磷含量在CB處理下最高,與CK和CP處理之間有顯著差異(P<0.05),CPB處理下速效磷含量顯著地大于CK和CP(P<0.05)。其余指標(biāo)在各個(gè)處理之間沒差異。綜合來看施肥顯著增加了土壤速效磷的含量。

表1 不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響Table 1 Effects of different treatments on the content of soil nutrients

2.3 不同處理對(duì)植物群落多樣性指數(shù)的影響

2021和2022年不同處理下植物群落多樣性指數(shù)變化(表2),Simpson指數(shù)在CK處理下顯著高于CB和CPB處理(P<0.05),CP處理的Simpson指數(shù)顯著大于CB和CPB處理(P<0.05)。Pielou均勻度指數(shù)在CP處理下最高,該指數(shù)在各處理之間沒有顯著性差異。Shannon-Wiener指數(shù)在CK處理下最高,與CB處理之間有顯著性差異(P<0.05)。物種豐富度在CK處理下最大,且在CK處理與CP和CPB處理之間有顯著差異(P<0.05),其它處理之間沒有顯著差異?？傮w來看,不同處理下物種多樣性指數(shù)中,CK處理下的Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和物種豐富度的值較高,CP處理下的Pielou均勻度指數(shù)的值較高。

表2 不同處理下物種多樣性的變化情況Table 2 Change of species diversity in different treatments

2.4 不同處理下植物群落多樣性指數(shù)與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性

不同處理下,土壤養(yǎng)分與植物多樣性指標(biāo)相關(guān)關(guān)系如圖7所示。土壤速效磷與pH值和群落物種豐富度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05),相關(guān)系數(shù)值分別為0.61和0.58。土壤有機(jī)碳與群落Shannon-Wiener指數(shù)和物種豐富度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05),相關(guān)系數(shù)值分別為0.58和0.66。群落Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)與群落Shannon-Wiener指數(shù)和物種豐富度之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01),相關(guān)系數(shù)值分別為0.8和0.81。群落Shannon-Wiener指數(shù)與物種豐富度之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01),相關(guān)系數(shù)值為0.86。

圖7 植物群落多樣性指數(shù)與土壤養(yǎng)分的皮爾遜相關(guān)系數(shù)圖Fig.7 Pearson correlation coefficient diagram of diversity index in plant community and soil nutrients注:AP表示速效磷;SOC表示有機(jī)碳;TN表示全氮;VEC表示土壤含水量;pH表示土壤酸度;PE表示物種豐富度;SW表示Shannon-Wiener指數(shù);SD表示Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù);SR表示Pielou均勻度指數(shù)。下同Note:AP indicates available phosphorus;SOC indicates organic carbon;TN indicates total nitrogen content;pH indicates soil; VEC indicates water content of soil; pH;PE indicates species richness;SW indicates Shannon-Wiener index;SD indicates Simpson index;SR indicates Pielou index. The same as below

為了探究不同處理下的植物群落多樣性指數(shù)與土壤養(yǎng)分的交互關(guān)系,以多樣性指數(shù)為響應(yīng)變量,土壤養(yǎng)分為解釋變量進(jìn)行RDA分析。從分析結(jié)果看,2個(gè)排序軸分別解釋了66.35%和14.63%的變異,前兩個(gè)排序軸累計(jì)影響因子超過80%,這說明這些土壤養(yǎng)分因子對(duì)植被多樣性分布產(chǎn)生了尤為突出的制約效應(yīng)(圖8)。在CB和CPB處理下,土壤養(yǎng)分指標(biāo)速效磷含量、有機(jī)碳含量、碳氮比和土壤含水量之間的相關(guān)性更強(qiáng);在CK和CP處理下,多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)之間的相關(guān)性較大。土壤養(yǎng)分指標(biāo)全氮含量、速效磷含量和有機(jī)碳含量與物種豐富度之間正相關(guān),且相關(guān)性依次遞減(夾角依次變大)?？傮w而言,土壤養(yǎng)分指標(biāo)之間呈正相關(guān)關(guān)系,物種多樣性指數(shù)之間呈正相關(guān)關(guān)系,施肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分指標(biāo)速效磷含量、有機(jī)碳含量和碳氮比之間的影響較大,補(bǔ)播處理對(duì)多樣性指數(shù)之間的影響較大。

圖8 不同處理下植物群落多樣性與土壤養(yǎng)分的冗余分析(RDA)排序圖Fig.8 Redundancy analysis (RDA) ranking diagram of plant community diversity and soil nutrient in different treatments注:帶紅色箭頭和線段表示土壤理化因子,帶藍(lán)色箭頭和線段表示物種多樣性指數(shù),不同圖標(biāo)表示不同處理,線段與排序軸的夾角表示該因子與排序軸的相關(guān)程度,線段間的夾角表示不同因子之間的相關(guān)性,線端長短表示該因子的顯著程度。C/N表示碳氮比;C/P表示碳磷比;N/P表示氮磷比Note:Red arrows and lines represent the soil physical and chemical factors,blue arrows and lines the species diversity index,icons the treatments. The angle between the line segment and the sorting axis indicates a correlation between the factor and the sorting axis,the angle between two adjacent line segments the correlation between two factors;and the length of a line segment denotes the significance of the factor. C/N indicates carbon-nitrogen ratio;C/P indicates carbon-phosphorus ratio;N/P indicates nitrogen-phosphorus ratio

3 討論

3.1 不同處理對(duì)植物群落特征的影響

人為管理在一定程度上影響了草地的退化速度[28]。植物群落特征是對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化的直接反映,是評(píng)估草地恢復(fù)成效的重要指標(biāo)[29-30]。在本研究中,與CK處理相比,施肥和補(bǔ)播處理下的植物群落特征均提高,CB和CP處理下的效果尤為明顯。2021年,CB處理的植物群落總密度、平均高度、總蓋度和優(yōu)勢(shì)種的比例的值均最高,CP處理下的地上總生物量值最高;2022年,CB處理的植物群落總密度和平均高度最高,CP處理下的植物群落總蓋度、地上總生物量和優(yōu)勢(shì)種的比例的值均最高。增施磷肥對(duì)植物群落特征的影響在處理第一年較為明顯,這說明磷是限制荒漠草原草場(chǎng)品質(zhì)的主要養(yǎng)分,同時(shí),施肥能夠促進(jìn)優(yōu)勢(shì)物種的適應(yīng)性和競爭力,使其占有更有利的位置,這一點(diǎn)與郭建波等人[11]在高寒草原上的研究結(jié)論相吻合。

已有研究表明,補(bǔ)播能夠顯著增加草地上的生物量[31-32],本試驗(yàn)地所處荒漠草原,補(bǔ)播在短時(shí)間內(nèi)不能改變草地植物群落特征,但在補(bǔ)播第二年,草地植物群落卻表現(xiàn)出了明顯的競爭優(yōu)勢(shì)[33-34],使得CP處理下植物群落優(yōu)勢(shì)種比例達(dá)到最高。草地中優(yōu)勢(shì)種所占的比重可以體現(xiàn)出貢獻(xiàn)率和優(yōu)勢(shì)種在草地群落中的波動(dòng)情況[35]。另外,施肥和補(bǔ)播處理還會(huì)影響到植物對(duì)環(huán)境的抗逆性,改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)和植物種間競爭關(guān)系[36]。

物種豐富度是反映生物多樣性的重要參數(shù),可以體現(xiàn)草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化情況[37]。本研究中CP處理下的物種均勻度較大。施肥改善了土壤營養(yǎng)狀況,促進(jìn)了草原地上部優(yōu)勢(shì)種的生長,部分弱勢(shì)種群在競爭中處于劣勢(shì)。由于優(yōu)勢(shì)種的高度和蓋度得到增加,占據(jù)了生態(tài)位的頂端,使低矮植物種群光照不足[38-39],因此弱勢(shì)種群生物量逐漸減小,物種豐富度和多樣性亦隨之減小。因補(bǔ)播所需的時(shí)間較長,植物生長會(huì)受到生境環(huán)境、自身生理生化特性的影響,所以其對(duì)植物特性的影響并不明顯。

3.2 不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

大量研究表明,隨著草地退化加劇,土壤養(yǎng)分含量通常會(huì)逐漸下降,土壤逐漸貧瘠化[40]。在本研究中單一施肥可以提高土壤有機(jī)碳的含量,而且施肥顯著增加了土壤速效磷的含量。這是由于生物炭中含有豐富的碳源,該結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的芳香性和較高的穩(wěn)定性,可在土壤中長期儲(chǔ)存,顯著提高土壤有機(jī)碳含量[41]。生物炭是一種重要的土壤改良材料,能夠顯著改善土壤中的營養(yǎng)元素,尤其是磷素的可利用性[42-43]。大量研究表明補(bǔ)播牧草后,植物生長旺盛,提高了根系生物量和地表枯落物層的現(xiàn)存量,為微生物活動(dòng)提供了足夠的底物,會(huì)提高土壤養(yǎng)分的有效性[44-45]。但本文中補(bǔ)播對(duì)土壤養(yǎng)分的影響不顯著不大可能是由于補(bǔ)播時(shí)間較短導(dǎo)致的。

3.3 不同處理下物種多樣性指數(shù)與土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)關(guān)系

在本研究中,土壤速效磷含量和有機(jī)碳與物種豐富度之間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05),這與薩仁其力莫格等[46]的研究結(jié)果類似,原因可能是植物生長需要更多的磷元素和碳元素,使植物從土壤中吸收所需要的營養(yǎng)元素[47],從而影響土壤微生物的生存能力,導(dǎo)致營養(yǎng)元素的分解速率發(fā)生改變,進(jìn)而使得植物和土壤元素的分配發(fā)生改變[48]。同時(shí),海旭瑩等在黃土高原退耕還草地上研究發(fā)現(xiàn),土壤磷含量與Simpson指數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系,Pielou均勻度指數(shù)與土壤氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系[49]。張智才等在研究中還發(fā)現(xiàn),土壤總磷含量與植物群落多樣性指數(shù)有顯著的正相關(guān)關(guān)系,并認(rèn)為磷添加有利于植被進(jìn)一步改善土壤養(yǎng)分狀態(tài)[50]。

利用退化草地植物群落多樣性和土壤因子數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行冗余分析能夠較好反映草地植物與土壤因子的關(guān)系。在本研究中,土壤全氮含量和氮磷比與植物群落多樣性指數(shù)之間均存在正相關(guān)關(guān)系,物種豐富度和全氮、速效磷、有機(jī)碳含量均存在正相關(guān)關(guān)系。這與趙景學(xué)、羅亞勇等人的研究結(jié)果一致[51-52]。

植物與土壤之間循環(huán)過程較為復(fù)雜,并且植物的生理生化特性對(duì)調(diào)節(jié)自身養(yǎng)分含量和土壤養(yǎng)分含量起著至關(guān)重要的作用[53-54]。植物群落多樣性與土壤養(yǎng)分之間有著密切的互饋?zhàn)饔?但在荒漠草原草地退化過程中,不同處理?xiàng)l件下,二者的耦合關(guān)系有待進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

經(jīng)過兩年的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),施生物碳基磷肥處理對(duì)荒漠草原的植被群落總密度、平均高度、總蓋度和地上總生物量的影響效果較明顯,能夠在短期內(nèi)改善荒漠草原退化草地的植被覆蓋情況,增加群落優(yōu)勢(shì)種比例。同時(shí)施肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分有較大影響,補(bǔ)播處理對(duì)多樣性指數(shù)有較大影響。