不同養(yǎng)分管理模式對大針茅草原種群特征的影響

候偉峰，其格其，董烏云嘎，溫 麗，李鳳嬌，趙力興，畢盛楠，姜昕禹

（1.興安盟農(nóng)牧科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400；2.科爾沁右翼前旗森林和草原防災(zāi)減災(zāi)中心，內(nèi)蒙古 科爾沁右翼前旗 137400）

我國是世界草地面積排名第二的草地資源大國，草地面積約為3.9億hm2，占我國土地面積的41%［1］。草原是我國重要的生態(tài)安全屏障。草原又是發(fā)展草牧業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是畜牧產(chǎn)品的重要生產(chǎn)供應(yīng)基地，與農(nóng)牧民的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。土壤中的氮磷含量是決定補(bǔ)播牧草存活以及草地生產(chǎn)力的關(guān)鍵驅(qū)動因素，并且養(yǎng)分的添加會顯著提高草地生產(chǎn)力［2-4］，因此，土壤養(yǎng)分對草地生產(chǎn)力顯得尤為重要。然而，由于氣候變化和人類的不合理利用，已有90%的草地出現(xiàn)不同程度的退化現(xiàn)象［5］，嚴(yán)重打破了草地生態(tài)系統(tǒng)平衡，土壤侵蝕加劇，影響草原一些植物的再生能力，使草原植被的生產(chǎn)力降低［6-8］。針對草原退化和生產(chǎn)力的下降大部分學(xué)者采用禁牧、圍封等措施防止草原退化和草原生產(chǎn)力下降，而很少通過施肥提高草地生產(chǎn)力［9］。施肥是改良草地和提高草原生產(chǎn)力的主要措施之一［10-11］。為提高草原生產(chǎn)力，該研究通過開展不同養(yǎng)分管理模式對天然草原生產(chǎn)力的影響試驗，揭示土壤肥力與草地生產(chǎn)力之間的關(guān)系，以解決草原牧區(qū)牧草短缺而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失、生態(tài)環(huán)境惡化、過度利用等問題，為草原畜牧業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟扎賚特旗圖牧吉鎮(zhèn)（122°58′45.10″E，46°9′49.26″N），海拔163 m，屬大陸性季風(fēng)氣候，全年平均氣溫4.3℃，無霜期130 d左右。全年降水量350～400 mm，雨熱同期，降水主要集中在7—9月。土壤系沙質(zhì)淡栗鈣土，主要植物種類：建群種為大針茅（Stipa grandis P.Smirn.）、 羽 茅 ［Achnatherum sibiricum（L.）Keng］、毛稈野古草 ［Arundinella hirta（Thunb.）Tanaka］；優(yōu)勢種為大油芒（Spodiopogon sibiricus Trin.）、 達(dá) 烏 里 胡 枝 子 ［Lespedeza davurica（Laxm.）］、尖 葉 胡 枝 子 ［Lespedaza hedysaroides（Pall.）］、中華隱子草［Cleistogenes chinensis（Maxim.）］；伴生種為火絨草［Leontopodium leontopodioides（Willd.）Beauv.］、亞洲百里香（Thymus serpyllum L.）、達(dá)烏里芯芭（Cymbaria dahurica L.）、寸草 苔 （Carex duriuscula C.A.Mey.）、 并 頭 黃 芩（Scutellaria scordifolia Fisch.ex Schrank）、知 母（Anemarrhena asphodeloides Bunge）、地梢瓜［Cynanchumthesioides（Freyn）K.Schum.］等。

1.2 試驗設(shè)計與方法

1.2.1 試驗設(shè)計

該試驗共設(shè)置4個土壤養(yǎng)分處理，處理方法分別為：①放牧處理，通過自然放牧牛羊方式將牛羊糞便歸還到土壤中（放牧強(qiáng)度為3羊/hm2，每天放牧8 h）；②施入有機(jī)肥（有機(jī)質(zhì)≥30%），施入量為3×104kg/hm2；③施加化肥（復(fù)合肥，N-P2O5-K2O：26-11-11），施肥量為1 050 kg/hm2；④對照（CK，無管理措施）。每個樣地設(shè)3次重復(fù)，共12個樣地，每個樣地面積為25 m2，試驗面積共300 m2。對試驗區(qū)進(jìn)行圍欄圍封，在植被最茂盛的8月對試驗區(qū)的植被特征進(jìn)行觀察、測量及產(chǎn)量測定。

1.2.2 試驗測定方法

2021年在植被生長最茂盛的8月對試驗區(qū)進(jìn)行調(diào)查取樣。攜帶已備好的取樣工具（樣方框、量尺、尼龍網(wǎng)袋、標(biāo)簽、植被調(diào)查表、GPS）、行政區(qū)劃圖、地形圖等，測定植被高度、蓋度、種類和產(chǎn)草量，每個試驗小區(qū)重復(fù)采取3個樣方，樣方面積為1 m×1 m。植被高度的測量：用米尺測量絕對高度。蓋度使用目測法計算。產(chǎn)草量測定：齊地面刈割樣方內(nèi)所有種類植物，分別稱重，相加后得到該樣方鮮草產(chǎn)量；送回實驗室在室內(nèi)陰干至恒重，稱其重量得到干草產(chǎn)量。由于試驗區(qū)內(nèi)建群種大針茅、毛稈野古草和羽茅的生產(chǎn)力占整個試驗區(qū)的大部分，因此，對大針茅、毛稈野古草和羽茅的重要值進(jìn)行對比研究。草地群落重要值計算公式：

重要值=（相對高度+相對蓋度+相對多度）/3

式中，相對高度=某一植物種的高度/各植物種高度之和×100%；相對多度=某一植物種的個體數(shù)/全部植物種的個體數(shù)×100%；相對蓋度=某一植物種的蓋度/各植物種的分蓋度之和×100%。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

試驗中的草群高度、蓋度、多度、重要值和地上產(chǎn)量等數(shù)據(jù)信息應(yīng)用Excel軟件進(jìn)行初步整理歸納，然后用SPSS20.0做單因素方差分析（One-Way ANOVA），并用Duncan氏法進(jìn)行多重比較。以P>0.05作為差異不顯著的判斷標(biāo)準(zhǔn)，以P<0.05作為差異顯著的判斷標(biāo)準(zhǔn)，以P<0.01作為差異極顯著的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同養(yǎng)分管理對大針茅、羽茅和毛稈野古草重要值的影響

重要值是指草群中的主要建群種的相對高度、相對蓋度和相對多度的平均值。不同養(yǎng)分管理模式下的草群建群種大針茅、羽茅和毛稈野古草的重要值變化有所不同。從圖1可以看出，4種不同養(yǎng)分管理模式對建群種大針茅和毛稈野古草的重要值影響較小，各處理差異不顯著（P>0.05）；對羽茅影響較大，化肥處理與對照相比，差異顯著（P<0.05），其他處理與對照相比差異不顯著（P>0.05）。不同施肥處理下草群建群種大針茅的重要值從大到小排列為CK>有機(jī)肥>放牧>化肥，重要值依次為14.05%、13.22%、10.42%和9.18%。不同施肥處理下草群建群種羽茅的重要值從大到小排列為化肥>放牧>有機(jī)肥>CK，重要值依次為24.04%、19.92%、19.34%和10.91%。不同施肥處理下草群建群種毛稈野古草的重要值從大到小排列為CK>有機(jī)肥>放牧>化肥，重要值依次為27.12%、23.54%、19.74%和13.63%。

圖1 不同養(yǎng)分管理對主要建群種植物重要值的影響

2.2 不同養(yǎng)分管理對草群高度的影響

文中草群高度指的是草群生殖枝高度。從圖2可以看出，不同養(yǎng)分管理模式對草群高度的影響較大，CK、有機(jī)肥、化肥處理顯著（P<0.05）高于放牧處理；CK、有機(jī)肥、化肥處理差異不顯著（P>0.05）。4種處理的草群高度從大到小依次排列為有機(jī)肥>CK>化肥>放牧，高度值分別為55.9 cm、55.3 cm、53.2 cm和48.6 cm。

圖2 不同養(yǎng)分管理下的草群高度

2.3 不同養(yǎng)分管理對草群蓋度的影響

文中的草群蓋度指的是草群地上部分占地面部分的投影面積。從圖3可以看出，4種處理下的草群蓋度從大到小依次為化肥>CK>有機(jī)肥>放牧處理，其值分別為68.3%、60.0%、56.7%和53.3%?；侍幚硐碌牟萑荷w度顯著（P<0.05）大于CK、有機(jī)肥和放牧處理，后三者差異不顯著（P>0.05）。

圖3 不同養(yǎng)分管理下的草群蓋度

2.4 不同養(yǎng)分管理對地上產(chǎn)量的影響

文中的地上產(chǎn)量分為草群地上鮮草產(chǎn)量和草群地上干草產(chǎn)量。從圖4可以看出，無論是鮮草產(chǎn)量還是干草產(chǎn)量，化肥處理極顯著（P<0.01）高于CK、有機(jī)肥和放牧處理。在4種處理中鮮草產(chǎn)量從大到小依次排列為化肥>有機(jī)肥>CK>放牧，化肥處理的鮮草產(chǎn)量為7 956.3 kg/hm2，放牧處理的鮮草產(chǎn)量為4 485.9 kg/hm2?；侍幚砼c其他處理相比均增產(chǎn)了3 470 kg/hm2左右。在4個處理中干草產(chǎn)量從大到小依次排列為化肥>有機(jī)肥>放牧>CK，干草產(chǎn)量分別為3 375.7 kg/hm2、2 465.9 kg/hm2、2 298.3 kg/hm2和2 080.4 kg/hm2，化肥處理的干草產(chǎn)量比后3個處理分別提高了909.8 kg/hm2、1 077.4 kg/hm2和1 295.3 kg/hm2。

圖4 不同養(yǎng)分管理下的草地產(chǎn)量

3 討論

不同施肥管理對草群特征影響差異較大。草群建群種羽茅的重要值變化情況顯示，與對照相比，有機(jī)肥、化肥和放牧處理均提高了其重要值，并且化肥處理達(dá)到了顯著水平，這個結(jié)果與前人的研究結(jié)果一致［12］。而大針茅和毛稈野古草的重要值在有機(jī)肥、化肥和放牧處理下呈現(xiàn)下降趨勢，這說明不同的植物對不同的養(yǎng)分處理表現(xiàn)不同的響應(yīng)，因此，不同類型的草地施肥時應(yīng)當(dāng)注意草群種類情況。草群高度變化顯示，與對照相比，有機(jī)肥處理在一定程度上提高了草群高度，該結(jié)果與邱波等［13］施肥后草地群落高度通常會提高的研究結(jié)果一致。而化肥和放牧處理在一定程度上降低了草群高度，該結(jié)果與邱波等［13］的研究結(jié)果不同，這很有可能是施肥種類及施肥量的不同導(dǎo)致的。與對照相比，化肥處理提高了草群蓋度，而有機(jī)肥和放牧處理呈現(xiàn)降低趨勢，該結(jié)果與殷國梅等［14］的研究結(jié)果相似。出現(xiàn)這種情況很有可能與試驗地草群建群種有關(guān)系，草群建群種主要是羽茅、毛稈野谷草和大針茅，有機(jī)肥處理促進(jìn)了草群高度生長，而化肥處理促進(jìn)了根莖生長。產(chǎn)草量變化情況表明，與對照處理相比，有機(jī)肥和化肥處理均提高了產(chǎn)草量，并且化肥處理達(dá)到了極顯著水平，而放牧處理在一定程度上降低了鮮草產(chǎn)量，該結(jié)果與李文晶［15］、潘慶民等［16］、齊鳳林等［17］的研究結(jié)果一致。很多研究結(jié)果表明，施肥對于草地生產(chǎn)力的恢復(fù)有積極作用［18-19］，并且能夠有效地提高草地地上生產(chǎn)力［20］。同時也說明，有機(jī)肥和化肥處理有利于草地生產(chǎn)力的提升；而放牧處理會降低草地生產(chǎn)力，牲畜將牧草能量均轉(zhuǎn)移到自身，產(chǎn)生了畜產(chǎn)品。由此可知，施肥與合理利用草原是草地生產(chǎn)力提升和畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的可行方法。

4 結(jié)論

不同養(yǎng)分處理對草原種群特征的影響有較大差異。有機(jī)肥處理有利于提高羽茅的重要值、草群高度和產(chǎn)草量。化肥處理有利于提高羽茅的重要值、草群蓋度和產(chǎn)草量。