補(bǔ)播對(duì)退化草地植物群落特征和土壤養(yǎng)分影響的研究進(jìn)展

田偉濤，李超鋒

（1.新疆昌吉州草原站，新疆 昌吉831100；2.新疆瑞昶設(shè)計(jì)院有限公司，烏魯木齊830000）

我國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)面積為3.9×108hm2，是我國(guó)面積最大的植被類型，占全國(guó)陸地面積的41.7%[2]，尤其在我國(guó)北部和西部廣泛分布。放牧是草地的主要利用和管理經(jīng)營(yíng)方式。由于長(zhǎng)期超載過(guò)牧、重畜輕草導(dǎo)致草地生產(chǎn)力下降，植物多樣性降低，毒害草入侵，土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，透氣性和透水性降低，養(yǎng)分下降，部分草地生態(tài)系統(tǒng)近乎崩潰[3]。同時(shí)，由于長(zhǎng)期重農(nóng)輕牧思想，大量?jī)?yōu)質(zhì)草地被開(kāi)墾成農(nóng)田，且又因部分草地不適合開(kāi)墾而被棄耕撂荒，造成很多草地生產(chǎn)功能、生態(tài)功能和服務(wù)功能下降甚至消失。另外，加之濫挖濫采、氣候變化、蟲(chóng)鼠害頻發(fā)等人為因素和自然因素的協(xié)同影響，進(jìn)一步加劇了草畜矛盾，最終導(dǎo)致我國(guó)多地草場(chǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重退化，甚至極度退化。因此，亟需尋求退化草地有效恢復(fù)途徑，減緩或逆轉(zhuǎn)草地退化趨勢(shì)，降低草畜矛盾，從而增強(qiáng)草地的生產(chǎn)和生態(tài)功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)和當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)良性持續(xù)發(fā)展。

我國(guó)自2000年以來(lái)在多省區(qū)廣泛實(shí)施了天然草原保護(hù)、退牧還草、草原生態(tài)保護(hù)獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制等工程項(xiàng)目，對(duì)退化草地的恢復(fù)和保護(hù)起到了關(guān)鍵作用。草地補(bǔ)播是退化草地更新、復(fù)壯和恢復(fù)的有效措施之一，尤其是在不破壞或少破壞原有草地植被的情況下，選擇適應(yīng)性強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的優(yōu)良牧草草種，從而增加

草地植物群落中的原有種類成分，以便提高退化草地的覆蓋度和生產(chǎn)力。因該措施能有效提高草地產(chǎn)量和牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，在國(guó)內(nèi)外均引起廣泛關(guān)注。本文通過(guò)對(duì)前人相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行梳理和總結(jié)，從退化草地補(bǔ)播技術(shù)出發(fā)，明確退化草地植被群落數(shù)量特征、植物多樣性對(duì)補(bǔ)播的響應(yīng)規(guī)律，并明晰補(bǔ)播對(duì)草地土壤養(yǎng)分的影響，進(jìn)而提出補(bǔ)播措施實(shí)施建議，以期為補(bǔ)播措施的廣泛實(shí)施提供理論依據(jù)，并為后期草地恢復(fù)改良措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 退化草地補(bǔ)播技術(shù)和研究現(xiàn)狀

草地補(bǔ)播的關(guān)鍵補(bǔ)播技術(shù)包括補(bǔ)播地段選擇、草種篩選、播種量、播種時(shí)間、播種方式等。

1.1 補(bǔ)播地段選擇

水分是我國(guó)北方草地植物種子萌發(fā)、生長(zhǎng)的限制因素。補(bǔ)播時(shí)如果沒(méi)有灌溉設(shè)施最好選擇降水量大于300 mm的地區(qū)進(jìn)行；若有灌溉條件則可適時(shí)灌溉，保證補(bǔ)播草種順利出苗并成功定植。因此，防止草種在補(bǔ)播后因缺水而無(wú)法成活是退化草地能否補(bǔ)播成功的關(guān)鍵。另外，若采用免耕補(bǔ)播機(jī)進(jìn)行機(jī)械作業(yè)，選擇以海拔低于4 000 m以下、坡度小于10°的地段進(jìn)行，以方便作業(yè)；若采用撒播、飛播等方式進(jìn)行補(bǔ)播，一般不受地形限制。

1.2 草種篩選

補(bǔ)播草種應(yīng)著重考慮生態(tài)適應(yīng)性，并綜合考慮草地類型、退化程度、水熱狀況、土壤條件等進(jìn)行篩選草種。同時(shí)，補(bǔ)播盡可能選擇退化草地群落中原有的優(yōu)勢(shì)種或建群種，從而避免因種間競(jìng)爭(zhēng)而相互爭(zhēng)奪光照、水分、空間和養(yǎng)分等資源，進(jìn)而導(dǎo)致補(bǔ)播失敗。另外，補(bǔ)播的最終目的是提高草地生產(chǎn)力和牧草品質(zhì)，提高載畜量，降低草畜矛盾，所以補(bǔ)播草種還必須考慮牧草的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。如在以禾本科植物為主的退化草地上可以選擇優(yōu)良豆科牧草進(jìn)行補(bǔ)播，在提高優(yōu)良牧草產(chǎn)量的同時(shí)，改善草地植物群落的營(yíng)養(yǎng)成分，進(jìn)而能提升草地質(zhì)量[4]。

1.3 補(bǔ)播量和補(bǔ)播時(shí)期

補(bǔ)播草種的播種量多少與牧草的生物學(xué)特性、種子質(zhì)量、種子大小、草地退化程度及土壤肥力等有很大的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，補(bǔ)播草種的補(bǔ)播量為20～50 kg·hm-2左右，具體補(bǔ)播量應(yīng)根據(jù)具體情況來(lái)定。

補(bǔ)播時(shí)期應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁?、土壤水分及牧草種類等進(jìn)行確定，即要考慮適于補(bǔ)播草種的萌發(fā)和后期幼苗生長(zhǎng)為宜。春季一般在每年4月底～5月初，行臨冬寄籽補(bǔ)播。若春季較為干旱、蒸發(fā)量大，可選擇在雨季進(jìn)行補(bǔ)播[5]。

2 補(bǔ)播對(duì)草地群落特征的影響

2.1 補(bǔ)播對(duì)草地群落數(shù)量特征的影響

退化草地補(bǔ)播對(duì)草地群落的影響存在一定的差異，與當(dāng)?shù)貧夂驐l件、土壤環(huán)境、補(bǔ)播草種種類、草地類型、補(bǔ)播年限、草地退化程度等有極為密切的關(guān)系。大多研究表明補(bǔ)播可以增加草地植被蓋度和提高草地生產(chǎn)力，有效促進(jìn)草地植被恢復(fù)。如在寧夏退化荒漠草原補(bǔ)播2年后草地植物物種數(shù)量增加，植物總蓋度、平均高度和地上生物量均呈增加趨勢(shì)[6]。在黑土灘中度退化草地進(jìn)行補(bǔ)播，當(dāng)年草地植被蓋度、地下和地上生物量均顯著增加（P<0.05），補(bǔ)播當(dāng)年便起到了良好的恢復(fù)效果[7]。造成草地植物群落蓋度和生物量增加的主要原因是由于補(bǔ)播措施增加了一些新的植被，填補(bǔ)了原先退化草地的空白。然而，另一些研究表明補(bǔ)播對(duì)草地群落數(shù)量特征的影響較小。如在呼倫貝爾退化天然草地補(bǔ)播紫花苜蓿表明，補(bǔ)播當(dāng)年的群落生物量增加不顯著（P>0.05）[8]。趙文等通過(guò)對(duì)中度退化高寒草甸進(jìn)行補(bǔ)播表明，補(bǔ)播10年后草地地上和地下生物量與中度退化草地相比變化不顯著（P>0.05）[9]。

2.2 補(bǔ)播對(duì)草地植物多樣性的影響

物種多樣性可用植物群落多樣性、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)進(jìn)行表征，且這些指標(biāo)在植物群落中具有重要的意義，能夠反映群落結(jié)構(gòu)、草地演替階段和生境差異。有研究表明，補(bǔ)播后可增加草地植物種類組成，草地植被生長(zhǎng)狀況發(fā)生改變，從而會(huì)提高草地群落植物多樣性[10]，造成豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)增加的原因是由于退化草地經(jīng)過(guò)人工補(bǔ)播，原有的植物群落結(jié)構(gòu)和空間格局被打破，有利于形成新的生態(tài)位，從而使植物多樣性增加[11]。但是，很多研究表明補(bǔ)播對(duì)草地植物多樣性的影響較小。王慶華和姬萬(wàn)忠的補(bǔ)播試驗(yàn)證明補(bǔ)播對(duì)天祝退化高寒草地物種豐富度的影響沒(méi)有一定規(guī)律[12]。在黑土灘中度退化草地上補(bǔ)播當(dāng)年豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)雖有一定增加趨勢(shì)，但差異不顯著（P>0.05）[7]。在寧夏荒漠草原也驗(yàn)證了這點(diǎn)，即短期補(bǔ)播（2年）后草地物種多樣性、均勻度和優(yōu)勢(shì)度沒(méi)有發(fā)生改變[6]，其主要原因是由于短時(shí)間內(nèi)的補(bǔ)播措施并未對(duì)草地植物群落中物種的均勻度和優(yōu)勢(shì)種或建群種產(chǎn)生明顯影響。

3 補(bǔ)播對(duì)草地土壤養(yǎng)分的影響

3.1 補(bǔ)播對(duì)草地土壤理化特性的影響

土壤是草地植物生存和擴(kuò)繁的基礎(chǔ)，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有關(guān)鍵作用，并對(duì)草地植物群落結(jié)構(gòu)及其生物量、生態(tài)系統(tǒng)功能產(chǎn)生直接影響。有研究表明，退化草地植物地上生物量與土壤養(yǎng)分有極其密切的關(guān)系，且土壤有機(jī)碳、全氮、速效氮等指標(biāo)可作為退化草地的直接體現(xiàn)[13]，因此補(bǔ)播對(duì)退化草地的影響不僅僅體現(xiàn)在地上植被數(shù)量特征和植物多樣性上，且對(duì)草地土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生明顯影響。如吳宛萍等研究表明，荒漠草原補(bǔ)播2年后土壤表層含水量、持水性、毛管孔隙度、有機(jī)質(zhì)、速效鉀等均呈增加趨勢(shì)，但對(duì)土壤全氮和堿解氮含量的影響較小[6]；吳旭東等研究表明補(bǔ)播牧草能明顯提高土壤黏粉粒組分含量，提高土壤整體穩(wěn)定性，土壤之中細(xì)顆粒物質(zhì)逐漸增加[14]。在青海湖區(qū)退化高寒草原修復(fù)試驗(yàn)表明補(bǔ)播措施下土壤有機(jī)碳和全鉀含量均顯著高于原生芨芨草樣地，但不利于土壤全氮含量的恢復(fù)[15]；李飛等在為退化草甸草原草地補(bǔ)播草木樨和黃花苜蓿2年后土壤碳儲(chǔ)量顯著提高[16]。補(bǔ)播后草地地上植物生產(chǎn)力增加，導(dǎo)致每年凋落物增加，從而導(dǎo)致了回歸土壤的養(yǎng)分提高。

3.2 補(bǔ)播對(duì)草地土壤微生物群落的影響

土壤微生物多樣性是最大的生物多樣性庫(kù)之一，其生物類群具有較大的多樣性和復(fù)雜性。土壤微生物量是土壤微生物的生物質(zhì)量，雖只占土壤有機(jī)質(zhì)的1%～4%，但卻是控制生態(tài)系統(tǒng)中碳、氮和其他養(yǎng)分的關(guān)鍵[17]。對(duì)退化草地進(jìn)行補(bǔ)播后，植被和土壤狀況得到相應(yīng)改善，必然會(huì)對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性產(chǎn)生直接或間接影響。賈倩民等提出有速效鉀、效磷和堿解氮含量與放線菌數(shù)量呈顯著或極顯著正相關(guān)，放線菌多樣性指數(shù)與速效養(yǎng)分(速效鉀、有效磷和堿解氮)呈負(fù)相關(guān)[18]。有研究表明微生物特性和微生物量碳等可作為土壤肥力和土壤品質(zhì)變化的指示指標(biāo)[19]。然而，目前關(guān)于補(bǔ)播對(duì)草地土壤微生物群落特征的研究相對(duì)匱乏。在退化高寒草甸草地補(bǔ)播10年后土壤真菌特有OTUs增加，并提高了退化草地土壤真菌Chao1指數(shù)，但對(duì)土壤真菌Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)影響不明顯[20]。此外，中度退化高寒草甸草地補(bǔ)播10年后多樣性指數(shù)變化不明顯，且補(bǔ)播10年后草地與中度退化草地土壤微生物區(qū)系基本相似，暗示補(bǔ)播效果減小或消失[9]。

4 討 論

退化天然草地補(bǔ)播能有效恢復(fù)植被和土壤，改善草地生態(tài)環(huán)境，且投資較少，見(jiàn)效較快。然而，退化草地補(bǔ)播又是一項(xiàng)看似簡(jiǎn)單而又非常復(fù)雜的草地改良措施，適宜當(dāng)?shù)夭莘N的篩選、補(bǔ)播量和補(bǔ)播時(shí)期的確定均是保證補(bǔ)播的成功的關(guān)鍵?？茖W(xué)合理的補(bǔ)播技術(shù)能增加退化草地植被覆蓋度，減少裸地面積，并提高草地生產(chǎn)力和土壤養(yǎng)分含量。

針對(duì)目前的研究現(xiàn)狀和生產(chǎn)實(shí)際，補(bǔ)播技術(shù)和相關(guān)研究仍需注意以下問(wèn)題：

（1）根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，篩選適宜物種，并選擇適當(dāng)?shù)难a(bǔ)播時(shí)期，確保補(bǔ)播成功。在降水較低的干旱荒漠區(qū)需謹(jǐn)慎采取補(bǔ)播措施，以防干旱缺水導(dǎo)致補(bǔ)播失敗。（2）補(bǔ)播對(duì)土壤微生物群落的研究相對(duì)較少，今后應(yīng)加大關(guān)于補(bǔ)播對(duì)土壤微生物群落組成和多樣性的研究，以期為退化草地的修復(fù)及補(bǔ)播效果的評(píng)定提供新的視角。（3）補(bǔ)播效果具有一定的周期性。應(yīng)因地制宜，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果每隔3～5年重新補(bǔ)播一次，增加補(bǔ)播效果的可持續(xù)性。（4）在今后應(yīng)加強(qiáng)關(guān)于植被和土壤對(duì)補(bǔ)播的響應(yīng)機(jī)制研究。