幾種不同修復方式對天然退化草地恢復效果的研究

宋曉輝，金 凈，阿拉塔，劉亞玲，胡努斯吐，邢 旗

(蒙草生態(tài)環(huán)境（集團）股份有限公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010030)

草原不僅是畜牧業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是人類賴以生存的環(huán)境場所，有防風固沙、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候以及維持生物多樣性等作用[1]。荒漠草原是草地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是抵御荒漠化的最后一道生態(tài)屏障[2]。但近年來的過度放牧和氣候變暖等現(xiàn)象日漸突出，使得草地發(fā)生不同程度的退化，給生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟帶來極大的危害[3]。

草地退化及退化后果引起了政府部門的高度重視，進而采取了相關(guān)措施并取得了一定成效。目前，天然退化草地的修復方式主要有圍封禁牧、施肥、補播和使用保水劑等[4]。圍封禁牧下的植被可以得到一定程度的恢復[5]，植物群落高度、蓋度、密度和生物量都有所提高[6-7]。合理適度地施肥是改善退化草地的重要措施之一，其可以增加土壤肥力，改善草地植物群落結(jié)構(gòu)[8]。對退化草地進行補播，可增加優(yōu)質(zhì)牧草比例、提高植被蓋度和生物量，進而起到改良與修復作用[9]。保水劑吸收的水分有85%以上對植物有效，其可隨著植物的生長和根際土壤水分的變化反復釋放和吸收水分,供植物根部緩慢吸收利用[10]。

草地退化是一個復雜的過程，只憑借單一的方法很難起到理想的治理效果，退化草地的恢復要求必須將圍欄封育、補播和施肥等多種技術(shù)手段有效結(jié)合起來[11]。本研究首先在退化的天然草場進行圍封禁牧，而后分別設(shè)置了補播、補播+保水劑、施肥、帶水補播、補播+施肥和對照等不同處理，旨在探討不同處理下植被的物種數(shù)、高度、蓋度和生物量會發(fā)生怎樣的改變。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地選擇在錫林郭勒盟蘇尼特右旗賽罕塔拉鎮(zhèn)都呼木嘎查，其位于 112°32′56″E 和 42°42′17″N，地處荒漠草原，年均降水量約為180 mm，多年平均氣溫為3.6℃，無霜期為135 d，植被蓋度為15%～40%[12]。植被層低矮且稀疏，種類組成較為貧乏，植物群落由近30種植物組成。建群種為短花針茅，優(yōu)勢種為無芒隱子草和冷蒿。主要伴生種有銀灰旋花、多根蔥、沙蔥、細葉蔥、櫛葉蒿、狹葉錦雞兒、木地膚、冰草、阿爾泰狗娃花、羊草以及豬毛菜等。

1.2 試驗設(shè)計

選擇地勢平坦的樣地圍封禁牧，其長度為120 m,寬度為60 m。在圍封樣地內(nèi)設(shè)置6個不同試驗處理，分別是補播、補播+保水劑、施肥、帶水補播、補播+施肥和對照，3次重復，共計有18個小區(qū)（圖1）。

圖1 試驗設(shè)計圖

2018—2020 年，于每年的5月初開始試驗。補播采用約翰迪爾18行免耕播種機進行條播，行距為15 cm，深度為2～3 cm。將一年生和多年生的豆科與禾本科牧草相結(jié)合，選用燕麥草、冰草（蒙古冰草、沙生冰草、扁穗冰草）、沙打旺、草木樨等適合荒漠草原生長的植物種進行搭配組合。補播量為l5 kg/畝，其中一年生燕麥草為1.5 kg/畝，冰草（蒙古冰草、沙生冰草、扁穗冰草）為3 kg/畝，沙打旺為0.3 kg/畝，草木樨為0.2 kg/畝。復合肥用量為15 kg/畝。帶水補播系利用蒙草公司與內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院共同研制的帶水免耕播種機免耕補播混合草種，用水量為3.5 t/畝。補播+保水劑的處理方法是利用免耕播種機免耕補播混合草種，保水劑用量為4 kg/畝。

1.3 數(shù)據(jù)采集

2018—2020 年，于每年的8月末在每個小區(qū)隨機選取3個1 m×1 m的樣方，分別觀測每個樣方內(nèi)植物的物種數(shù)、植被高度和群落蓋度，然后將樣方內(nèi)的每個物種齊地刈割，把生物量裝袋記錄，并帶回實驗室在65℃下烘干48 h，稱重記錄其重量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2010對數(shù)據(jù)進行整理，使用Sigmaplot10.0繪圖，使用SAS9.0分析軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 年份和不同處理對物種數(shù)、植株平均高度、蓋度和生物量的影響

由表1可以看出，不同年份對群落物種數(shù)、植被平均高度、群落蓋度和生物量都沒有產(chǎn)生顯著性影響（P＞0.05）。不同處理對群落物種數(shù)和群落蓋度產(chǎn)生了極顯著影響（P＜0.001）。年份和不同處理的交互作用對群落物種數(shù)、植株平均高度、群落蓋度和生物量也都沒有產(chǎn)生顯著性影響（P＞0.05）。

表1 年份和不同處理對物種數(shù)、植株平均高度、蓋度和生物量影響程度的雙因素方差分析

2.2 不同處理對群落物種數(shù)的影響

群落物種數(shù)在補播、補播+保水劑、帶水補播、補播+施肥的處理下和對照之間沒有顯著性差異 （P＞0.05），施肥處理下的物種數(shù)顯著低于補播、帶水補播和對照（P＜0.05），但與補播+保水劑和補播+施肥處理之間沒有顯著性差異（P＞0.05）（圖2）。

圖2 不同處理的群落物種數(shù)的單因素方差分析

2.3 不同處理對植株平均高度的影響

植株平均高度在6個不同處理下的排列順序是：施肥＞補播+施肥＞帶水補播＞補播+保水劑＞對照＞補播，但差異均不顯著（P＞0.05）（圖3）。

圖3 不同處理的植株平均高度的單因素方差分析

2.4 不同處理對群落蓋度的影響

施肥處理下的群落蓋度較帶水補播和補播+施肥處理高出 62.31%和 61.64%（P＜0.05），與補播、補播+保水劑和對照之間沒有顯著差異（P＞0.05），群落蓋度在補播、補播+保水劑、帶水補播、補播+施肥和對照之間的差異均不顯著（P＞0.05）（圖4）。

圖4 不同處理的草群蓋度的單因素方差分析

2.5 不同處理對群落生物量的影響

由圖5可知，群落生物量在帶水補播處理下最高，在補播處理下最低，但6個不同處理之間的差異均不顯著（P＞0.05）。

圖5 不同處理的生物量的單因素方差分析

3 討論

植物群落特征不僅能反映植物在群落中的地位和作用，而且還是植物對環(huán)境干擾所做出的響應。植物種群高度、蓋度和密度最終會影響到群落高度、蓋度和密度的變化[13-14]。群落高度、蓋度、密度、生物量和物種數(shù)都會受到降水、放牧等因素的影響。降水量的變化直接影響土壤含水量，間接影響植物根系的生長，進而可以改變植物的高度、密度、蓋度和生物量等[15-16]。放牧家畜在采食過程中通過踐踏損害了草地的物理結(jié)構(gòu)，如緊實度、通透性等，這使得土壤中有機物質(zhì)的分解速度變慢，導致土壤養(yǎng)分對植物根系供應不足，最終阻礙植株的生長發(fā)育[17]。在本研究中，不同年份對群落物種數(shù)、植被平均高度、群落蓋度和生物量均沒有產(chǎn)生顯著性影響，這可能是因為試驗地前期已被圍封禁牧，如此就排除了家畜對草地的采食和踐踏行為。還可能是因為連續(xù)3年牧草生長旺季的降水量沒有發(fā)生顯著變化，植物根系吸收水分和養(yǎng)分的能力由此受到限制，導致試驗地內(nèi)的植物群落特征沒有產(chǎn)生顯著性變化。

施肥作為草原生態(tài)系統(tǒng)管理的一項重要措施，其作用是改變土壤養(yǎng)分和影響植物群落的種間競爭，最終使植物群落發(fā)生改變[18]。在本試驗的6個不同處理中，施肥處理下的物種數(shù)顯著降低，而蓋度顯著高于其他處理，這與張杰琦等[19]的研究結(jié)果相符合。其原理是施復合肥只對群落中的某些種群起到促進作用，這類植物在群落種間競爭中占據(jù)優(yōu)勢，可以快速生長發(fā)育。而對不喜復合肥的植物起到了抑制作用，且這類植物在競爭中較為弱勢，生長緩慢，所以最終導致施肥處理下的群落蓋度高而物種數(shù)低[20]。生物量是評價生態(tài)系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)的基本數(shù)據(jù)，施肥通過改變土壤肥力進而對草地生物量產(chǎn)生影響[21]。張永超[22]等研究發(fā)現(xiàn)，在退化草地進行補播可以提高草地生產(chǎn)力，增加優(yōu)質(zhì)牧草的比例和蓋度。但在本試驗中，施肥、補播等6個不同處理就群落生物量而言沒有出現(xiàn)顯著性差異，這與陳文業(yè)[23]、張永超[22]等人的研究結(jié)果不一致。此可能與試驗樣地植物群落種類的不同有關(guān)。施肥、補播等處理只增加了適宜生長的牧草品種，這類牧草具有更強的生長優(yōu)勢和競爭力，在原生植被中占據(jù)了重要位置，但適應力弱的牧草品種沒有得到適宜生長的環(huán)境，所以綜合起來生物量沒有發(fā)生顯著的變化[24]。植株的高度可以直觀地反映植株的生長狀況。本試驗中植株的平均高度在不同處理間沒有出現(xiàn)顯著性差異，這是由于將樣地內(nèi)長勢較高的植株與長勢較低的植株取其均值后產(chǎn)生抵消作用的結(jié)果。

4 結(jié)論

在本試驗中，群落特征在年際間沒有發(fā)生明顯的變化；施肥改變了群落結(jié)構(gòu)特征，降低了群落的物種數(shù)，增加了群落蓋度；生物量和植株的平均高度在6個不同處理下沒有發(fā)生明顯改變。