內(nèi)蒙古典型草地不同時(shí)期土壤及植被養(yǎng)分評(píng)價(jià)

曹 彥，李寶賀，徐振朋，劉 凱，李秀萍，栗艷芳，趙逸雯，狄彩霞

（1. 烏蘭察布市農(nóng)林科學(xué)研究所， 內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000；2. 內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特

010031）

草地對(duì)維持自然生態(tài)系統(tǒng)格局具有特殊的生態(tài)學(xué)意義［1-3］。 草地放牧家畜的生產(chǎn)水平主要依賴于草地植物的營(yíng)養(yǎng)供給， 植被的營(yíng)養(yǎng)成分不僅是形成植物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)， 決定著畜牧業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)， 也是評(píng)定放牧家畜生產(chǎn)水平的指標(biāo)［4-5］。 由于牧草的生長(zhǎng)受到季節(jié)限制，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量隨著生長(zhǎng)階段的不同而不斷發(fā)生改變［6］。 草地退化中包括植被和土壤退化［7］，在眾多草地恢復(fù)措施之中， 土壤肥力評(píng)價(jià)是退化草地恢復(fù)狀況的重要指標(biāo)［8］。 植被對(duì)土壤環(huán)境中的養(yǎng)分吸收具有一定的選擇性， 一般對(duì)土壤中有效成分較低的氮、磷、鉀吸收較多。 營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用和流失是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵過(guò)程［9-10］。 氮、磷參與植物生長(zhǎng)和代謝的關(guān)鍵過(guò)程， 是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最常見(jiàn)的植物生長(zhǎng)限制元素［10］。

在草地生態(tài)系統(tǒng)中， 土壤養(yǎng)分是植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，為植物生長(zhǎng)提供必需的營(yíng)養(yǎng)元素，直接影響土壤健康與植物生長(zhǎng)狀況［11］，但是同時(shí)土壤養(yǎng)分主要來(lái)自施肥和植物枯落物等的轉(zhuǎn)化， 所以土壤養(yǎng)分及植被養(yǎng)分關(guān)系密切。 陳佐忠等［12］對(duì)內(nèi)蒙古典型草原中重要群落類型大針茅草原9 種植物氮、磷、鉀、鐵含量季節(jié)動(dòng)態(tài)進(jìn)行了研究。塔娜等［13］選擇內(nèi)蒙古蘇尼特右旗天然草場(chǎng)，分析了0～30 cm土壤營(yíng)養(yǎng)元素有效態(tài)含量及與土壤有機(jī)質(zhì)、pH 值的關(guān)系。 李才才［14］對(duì)內(nèi)蒙古四子王旗境內(nèi)的退化荒漠草原實(shí)施澆水和施肥處理， 探討水肥條件改善對(duì)退化荒漠草原植被恢復(fù)和碳儲(chǔ)量的影響。 王瑩等［15］對(duì)內(nèi)蒙古希拉穆仁草原4 種主要植物的營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行測(cè)定，分析月動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。對(duì)于內(nèi)蒙古草地營(yíng)養(yǎng)狀況的研究比較多， 但是針對(duì)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)同時(shí)考查土壤和植被營(yíng)養(yǎng)狀況的研究很少。

該研究依托國(guó)家農(nóng)業(yè)環(huán)境長(zhǎng)期性、 基礎(chǔ)性監(jiān)測(cè)研究項(xiàng)目， 以內(nèi)蒙古多個(gè)典型草地類型為研究對(duì)象，對(duì)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)返青期、旺盛期和枯萎期草地土壤及植被的養(yǎng)分狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 并通過(guò)主成分分析法對(duì)土壤、植被養(yǎng)分水平進(jìn)行綜合量化評(píng)價(jià)，以期客觀、準(zhǔn)確、全面地反映內(nèi)蒙古典型草地土壤及植被營(yíng)養(yǎng)狀況的差異及變化特點(diǎn)， 為內(nèi)蒙古典型草地的合理利用、 退化草地的恢復(fù)治理以及畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本情況

共選取8 個(gè)典型草原監(jiān)測(cè)點(diǎn)。 監(jiān)測(cè)點(diǎn)G1，選址于鄂溫克草原， 位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市鄂溫克族自治旗巴彥塔拉鄉(xiāng)，119°25′E，49°00′N， 屬溫性草甸草原，主要土壤類型為黑鈣土、暗栗鈣土，主要植物有羊草、貝加爾針茅、大針茅、冷蒿、線葉菊等。 監(jiān)測(cè)點(diǎn)G2，選址于烏拉特草原，位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市烏拉特中旗南部，108°24′E，41°54′N，屬荒漠化草原，主要土壤類型為栗鈣土，主要植物有戈壁針茅、無(wú)芒隱子草、小針茅、錦雞兒、嵩草、松葉豬毛菜等。 監(jiān)測(cè)點(diǎn)G3，位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市察哈爾右翼前旗黃旗海附近，113°11′E，40°51′N，為天然草灘，主要土壤類型為栗鈣土，主要植物有嵩草、羊草、大針茅等。 監(jiān)測(cè)點(diǎn)G4，選址于輝騰錫勒草原， 位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市察哈爾右翼中旗和卓資縣交界處，112°42′E，41°12′N， 為五花草甸草原，主要土壤類型為栗鈣土、黑鈣土，主要分布菊科、薔薇科植物。 監(jiān)測(cè)點(diǎn)G5，選址于科爾沁草原，位于內(nèi)蒙古通遼市扎魯特旗魯北鎮(zhèn)小黑山村，120°13′E，44°90′N，屬溫性草甸草原，主要土壤類型為栗鈣土，主要植物有中華隱子草、大針茅、達(dá)烏里胡枝子等。 監(jiān)測(cè)點(diǎn)G6，選址于內(nèi)蒙古赤峰市阿魯科爾沁旗牧草種植核心區(qū)， 位于阿魯科爾沁旗紹根鎮(zhèn)額黑諾爾嘎查，120°22′E，43°37′N， 為人工草地，主要土壤類型為沙土，較貧瘠，種植苜蓿、飼用燕麥。 監(jiān)測(cè)點(diǎn)G7，選址于烏拉特草原，位于內(nèi)蒙古包頭市達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗巴音敖包蘇木，110°5′E，42°4′N，屬荒漠草原，主要土壤類型為栗鈣土， 主要植物有小針茅、 無(wú)芒隱子草。 監(jiān)測(cè)點(diǎn)G8，選址于格根塔拉草原，位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市四子王旗腦木更蘇木，111°85′E，41°79′N， 屬荒漠草原，主要土壤類型為淡栗鈣土和棕鈣土，主要分布旱生、叢生小禾草。

1.2 試驗(yàn)方法

于2020 年在選取的8 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分3 個(gè)時(shí)期進(jìn)行取樣。 ①返青期：指植物開(kāi)始生長(zhǎng)的時(shí)期［16］，植物越冬后，由黃色變?yōu)榫G色，并恢復(fù)生長(zhǎng)的一段時(shí)間，大約在4 月初—6 月底，根據(jù)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)氣候條件不同，略有提前或推遲。 ②旺盛期：指植物生長(zhǎng)最旺盛的時(shí)期，大約在7 月初—9 月底，不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)情況略有不同。③枯萎期：指植物失去水分或失去生機(jī)的階段，大約在10 月初—11 月底。 在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)按“S”形隨機(jī)設(shè)置6 個(gè)1 m×1 m 的樣方，進(jìn)行植物樣品和土壤樣品的采集。在每個(gè)樣方中隨機(jī)采樣， 取0～20 cm 土層土壤樣品以及植物樣品地上部分， 最后將6 個(gè)樣方采集的土壤樣品混合，將6 個(gè)樣方采集的植物樣品混合，裝入自封袋封存并正確編號(hào)， 送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。 試驗(yàn)設(shè)3 次重復(fù)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

土壤樣品在室內(nèi)通風(fēng)處自然風(fēng)干，嚴(yán)禁曝曬。磨碎去掉土塊顆粒、石塊、枯枝等雜物后，根據(jù)不同檢測(cè)項(xiàng)次要求過(guò)篩。 依據(jù)《土壤檢測(cè)第7 部分：土壤有效磷的測(cè)定》（NY/T 1121.7—2014）、《土壤速效鉀和緩效鉀含量的測(cè)定》（NY/T 889—2004）、《土壤全氮測(cè)定法 （半微量開(kāi)氏法）》（NY/T 53—1987）、《土 壤 水 溶 性 鹽 總 量 的 測(cè) 定》 （NY/T 1121.16—2006）， 用鉬銻抗比色法測(cè)定有效磷（mg/kg）含量，用火焰光度計(jì)法測(cè)定速效鉀（mg/kg）含量， 用半微量凱氏法測(cè)定全氮（g/kg） 含量，用Mettler Toledo pH 計(jì)測(cè)定pH 值， 采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定有機(jī)質(zhì)（g/kg）含量。

植物于105 ℃殺青15 min 后粉碎。 氮、磷、鉀含量測(cè)定按照《植物中氮、 磷、 鉀的測(cè)定》（NY/T 2017—2011）執(zhí)行，水分含量測(cè)定按照《飼料中水分的測(cè)定》（GB/T 6435—2014）執(zhí)行，灰分含量測(cè)定按照 《飼料中粗灰分的測(cè)定》（GB/T 6438—2007）執(zhí)行，粗纖維含量測(cè)定按照《飼料中粗纖維的含量測(cè)定 過(guò)濾法》（GB/T 6434—2006）執(zhí)行，粗脂肪含量測(cè)定按照《飼料中粗脂肪的測(cè)定》（GB/T 6433—2006）執(zhí)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2007 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理。利用SPSS Statistics 26 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行單因素ANOVA 檢驗(yàn)：應(yīng)用事后多重比較，圖基s-b(K)，沃勒-鄧肯(W)和LSD 檢測(cè)各組數(shù)據(jù)之間的差異。 P＜0.05 表示差異顯著，P＜0.01 表示差異極顯著，P>0.05 表示差異不顯著。 利用主成分分析法計(jì)算土壤、植被養(yǎng)分價(jià)值綜合得分。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)期土壤養(yǎng)分差異分析

2.1.1 返青期不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤養(yǎng)分差異分析

返青期不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤養(yǎng)分含量測(cè)定分析結(jié)果見(jiàn)表1。 由表1 可知，8 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤全氮含量在0.54～5.09 g/kg，排序?yàn)椋篏4＞G3＞G5＞G8＞G1＞G6＞G7＞G2；G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)。 土壤有效磷含量在0.27～31.53 mg/kg；G6監(jiān)測(cè)點(diǎn)是施用肥料的人工種植草場(chǎng)， 土壤有效磷含量最高，但是速效鉀、全氮和有機(jī)質(zhì)含量較低，這與前茬作物種植以及施肥情況有關(guān)。 土壤速效鉀含量在154.33～454.67 mg/kg，G3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)顯著（P<0.05）高于G1、G2、G4、G5、G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)，G5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。土壤有機(jī)質(zhì)含量在7.23～90.57 g/kg；G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)，這與全氮含量的測(cè)定結(jié)果具有一致性。G7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤有機(jī)質(zhì)含量最低。土壤全鹽含量在0.40～1.43 g/kg，G1監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 土壤pH 值在7.32～8.38。

表1 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)返青期土壤養(yǎng)分差異分析

2.1.2 旺盛期不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤養(yǎng)分差異分析

由表2 可以看出， 旺盛期不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤全氮含量在0.67～5.06 g/kg；G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高， 極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)，與返青期測(cè)定結(jié)果相同；G7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 土壤有效磷含量在0.13～24.33 mg/kg；G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)， 與返青期測(cè)定結(jié)果相同；G8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 土壤速效鉀含量在110.67～1 070.33 mg/kg；G8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 與施用肥料的人工種植草場(chǎng)G6 相比，其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤全氮、速效鉀含量大部分都較高，土壤有效磷含量都較低。土壤有機(jī)質(zhì)含量在9.90～91.40 g/kg；G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高， 極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 土壤全氮含量與有機(jī)質(zhì)含量變化趨勢(shì)一致。 土壤全鹽含量在0.33～1.30 g/kg；G8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高， 顯著（P<0.05） 高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 土壤pH值在7.65～10.13。

表2 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)旺盛期土壤養(yǎng)分差異分析

2.1.3 枯萎期不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤養(yǎng)分差異分析

由表3 可以看出， 枯萎期不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤全氮含量在0.34～4.42 g/kg；G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高， 極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)，G7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低，與旺盛期測(cè)定結(jié)果相同。 土壤有效磷含量在0.53～27.13 mg/kg；G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，與返青期、旺盛期測(cè)定結(jié)果相同，顯著（P<0.05）或極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 土壤速效鉀含量在116.00～262.00 mg/kg；G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，其次為G3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)，二者極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 土壤有機(jī)質(zhì)含量在5.37～80.13 g/kg；G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低，與返青期、旺盛期測(cè)定結(jié)果相同。 土壤全鹽含量在0.20～1.23 g/kg，G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 土壤pH 值在7.87～8.37。

表3 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)枯萎期土壤養(yǎng)分差異分析

2.2 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)期植被營(yíng)養(yǎng)成分差異分析

2.2.1 返青期不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)植被營(yíng)養(yǎng)成分差異分析由表4 可知， 返青期不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的植被氮含量在1.38%～4.77%；G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高， 極顯著 （P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被磷含量在0.20%～0.59%；G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高， 極顯著 （P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被鉀含量在0.27%～0.94%；G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高， 極顯著 （P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被水分含量在1.16%～6.40%，G3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，其次為G4監(jiān)測(cè)點(diǎn)，二者極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G2監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被灰分含量在5.31%～14.09%；G6監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G8監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被粗纖維含量在9.92%～15.83%；G5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高， 其次為G2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)， 二者極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被粗脂肪含量在2.03%～3.80%，G7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，G4監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。

表4 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)返青期植被營(yíng)養(yǎng)成分差異分析 單位：%

2.2.2 旺盛期不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)植被營(yíng)養(yǎng)成分差異分析由表5 可知， 旺盛期不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的植被氮含量在1.54%～3.21%；G8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，其次是G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)，二者極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G5最低監(jiān)測(cè)點(diǎn)。 植被磷含量在0.35%～0.78%；G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于G3、G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被鉀含量在0.48%～1.57%；G8監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被水分含量在1.36%～9.15%；G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被灰分含量在5.72%～8.72%；G8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于G2、G5、G1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被粗纖維含量在20.90%～34.73%；G5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于G2、G3、G4、G7、G8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被粗脂肪含量2.41%～4.61%；G7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于G5、G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。

表5 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)旺盛期植被營(yíng)養(yǎng)成分差異分析 單位：%

2.2.3 枯萎期不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)植被營(yíng)養(yǎng)成分差異分析

由表6 可知， 枯萎期不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的植被氮含量在0.54%～1.08%；G3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高， 極顯著 （P＜0.01）高于G5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)，顯著（P<0.05）高于G2、G7監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被磷含量在0.22%～1.07%；G3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于G4、G8、G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被鉀含量在0.17%～0.45%；G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于G1、G6、G8、G5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。植被水分含量在9.97%～71.87%；G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被灰分含量在6.17%～12.24%；G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被粗纖維含量在25.83%～36.33%；G5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高；極顯著（P＜0.01）高于G2、G3、G4、G8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)；G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 植被粗脂肪含量在0.49%～2.24%；G2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低，G2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)極顯著（P＜0.01）高于G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)差異均不顯著（P>0.05）。

表6 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)枯萎期植被營(yíng)養(yǎng)成分差異分析 單位：%

2.3 土壤養(yǎng)分的主成分分析

2.3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的無(wú)量綱化處理

土壤養(yǎng)分指標(biāo)全氮含量、有效磷含量、速效鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量、全鹽含量、pH 值（X1～X6），雖然量綱相同（%），但是不同評(píng)價(jià)指標(biāo)之間無(wú)法進(jìn)行直接比較，因此，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2.3.2 計(jì)算貢獻(xiàn)率和主成分提取

該部分研究中，對(duì)主成分進(jìn)行提取時(shí)，依據(jù)方差累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到85%左右的原則。由表7 可知，共提取3 個(gè)主成分， 第1 主成分全氮含量對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為43.860%； 第2 主成分有效磷含量對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為24.283%， 累積貢獻(xiàn)率為68.143%；第3 主成分速效鉀含量對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為16.254%，累積貢獻(xiàn)率為84.397%。 這說(shuō)明全氮、有效磷、速效鉀含量3 個(gè)主成分代表了該試驗(yàn)中原始數(shù)據(jù)84.397%的信息。

表7 土壤數(shù)據(jù)方差分解主成分提取分析

2.3.3 計(jì)算綜合得分并排序

進(jìn)一步以主成分的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重， 對(duì)該指標(biāo)在各主成分線性組合中系數(shù)的加權(quán)平均歸一化，利用主成分分析方法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。 首先，計(jì)算線性組合中的系數(shù)，計(jì)算公式為：

F=0.439F1+0.243F2+0.163F3。

應(yīng)用主成分分析法對(duì)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)期的土壤養(yǎng)分水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)， 即根據(jù)綜合得分的大小來(lái)評(píng)價(jià)土壤養(yǎng)分的高低， 綜合得分越大營(yíng)養(yǎng)水平越高，反之越低。 8 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)返青期（FQ）、旺盛期（WS）、枯萎期（KW）土壤養(yǎng)分主成分分析結(jié)果詳見(jiàn)表8。由表8 可知，位于輝騰錫勒草原的G4監(jiān)測(cè)點(diǎn)3 個(gè)時(shí)期排名1（WS）、2（FQ）、4（KW）位，位于達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗烏拉特荒漠草原的G7監(jiān)測(cè)點(diǎn)3 個(gè)時(shí)期評(píng)分最低。

表8 土壤數(shù)據(jù)主成分得分及其排序 單位：分

2.4 植被營(yíng)養(yǎng)成分的主成分分析

2.4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的無(wú)量綱化處理

植被營(yíng)養(yǎng)水平評(píng)價(jià)指標(biāo)氮含量、磷含量、鉀含量、水分含量、灰分含量、粗纖維含量、粗脂肪含量（X1～X7）雖然量綱相同（%），但是不同評(píng)價(jià)指標(biāo)之間無(wú)法進(jìn)行直接比較，因此，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2.4.2 計(jì)算貢獻(xiàn)率和主成分提取

該部分研究中，對(duì)主成分進(jìn)行提取時(shí)，依據(jù)主成分特征值大于1 的原則。 從表9 結(jié)果共提取3個(gè)主成分， 第1 主成分氮對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為40.435%， 第2 主成分磷對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為22.385%，累積貢獻(xiàn)率為62.820%，第3 主成分鉀對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為17.581%， 累積貢獻(xiàn)率為80.401%，說(shuō)明這3 個(gè)主成分氮磷鉀代表了該試驗(yàn)中原始數(shù)據(jù)80.401%的信息。

表9 植被數(shù)據(jù)方差分解主成分提取分析

2.4.3 計(jì)算綜合得分并排序

進(jìn)一步以主成分的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重， 對(duì)該指標(biāo)在各主成分線性組合中系數(shù)的加權(quán)平均歸一化，利用主成分分析方法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。 首先，計(jì)算線性組合中的系數(shù)，計(jì)算公式為：

F1=0.512X1-0.288X2+0.346X3-0.384X4+0.212X5-0.395X6+0.433X7；

F2=0.208X1+0.581X2+0.528X3-0.117X4-0.016X5+0.557X6+0.131X7；

F3=0.204X1+0.181X2+0.014X3+0.146X4+0.805X5-0.107X6-0.494X7；

F=0.404F1+0.224F2+0.176F3。

應(yīng)用主成分分析法對(duì)植被營(yíng)養(yǎng)水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)， 即根據(jù)綜合得分的大小評(píng)價(jià)植被營(yíng)養(yǎng)水平的高低，綜合得分越大營(yíng)養(yǎng)水平越高，反之越低。不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)期植被營(yíng)養(yǎng)水平高低排序詳見(jiàn)表10。 由表10 可知，G2、G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)植被營(yíng)養(yǎng)水平是返青期（FQ）＞旺盛期（WS）＞枯萎期（KW），G1、G3、G4、G5、G7、G8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)植被營(yíng)養(yǎng)水平均是旺盛期（WS）＞返青期（FQ）＞枯萎期（KW）。

表10 植被數(shù)據(jù)主成分得分及其排序 單位：分

3 討論

3.1 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤養(yǎng)分差異分析

土壤有機(jī)質(zhì)含量是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一［17］，土壤的物理、化學(xué)、生物等多種屬性與有機(jī)質(zhì)含量密切相關(guān)，同時(shí)，土壤全氮、有機(jī)質(zhì)含量也是衡量草地退化程度重要指標(biāo)［18］。 該研究中返青期、旺盛期、枯萎期土壤全氮含量測(cè)定結(jié)果均為G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)，旺盛期、枯萎期均為G7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 研究表明， 土壤中的氮含量對(duì)植被有機(jī)質(zhì)含量有顯著影響，土壤中氮含量增加，會(huì)使碳同化作用增強(qiáng)，表現(xiàn)為地上植物生長(zhǎng)加快， 最終也會(huì)有更多的凋落物形成有機(jī)質(zhì)進(jìn)入土壤中［8］。 該研究中返青期、旺盛期、 枯萎期土壤有機(jī)質(zhì)含量均為G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，均極顯著（P＜0.01）高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)，G7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低，這與土壤全氮含量的測(cè)定結(jié)果一致，與氮素對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)含量有重要貢獻(xiàn)的研究結(jié)果相符。 枯萎期土壤有效磷含量G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，與返青期、旺盛期相同，顯著（P<0.05）或極顯著（P＜0.01） 高于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)。 有效磷包括全部水溶性磷、部分吸附態(tài)磷、一部分微溶性的無(wú)機(jī)磷和易礦化的有機(jī)磷等， 只是后二者需要經(jīng)過(guò)一定的轉(zhuǎn)化過(guò)程方能被植物直接吸收。 磷循環(huán)受地球化學(xué)和生物過(guò)程的控制，受土地利用、植被狀況、土壤類型、地形等因素的影響［19-27］。 該研究中土壤有效磷含量3 個(gè)時(shí)期均是G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，返青期、旺盛期植被磷含量G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，枯萎期G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低， 這可能與有效磷在土壤和植被中的轉(zhuǎn)化有關(guān)。 土壤pH 值是衡量土壤酸堿性的指標(biāo)，過(guò)高或過(guò)低都會(huì)改變土壤養(yǎng)分的分布及轉(zhuǎn)化情況， 決定了植物生長(zhǎng)發(fā)育所需養(yǎng)分元素的有效性［28］。 該研究中土壤速效鉀含量3 個(gè)時(shí)期的測(cè)定結(jié)果并不完全一致。 速效鉀含量是表征土壤鉀素供應(yīng)狀況的重要指標(biāo)之一。大量研究表明，我國(guó)北方土壤富含鉀［29-30］，但是如果土壤中氮、磷元素含量偏高會(huì)增加植物對(duì)鉀素的需求，顯著降低土壤速效鉀含量。

3.2 不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)植被養(yǎng)分差異分析

粗纖維是植物細(xì)胞壁的主要成分， 是牧草中不易或不能被動(dòng)物消化利用的成分［31］。 牧草的粗纖維含量越高，品質(zhì)越低［32］。該研究中植被粗纖維含量3 個(gè)時(shí)期均為G5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，G4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。 牧草粗灰分是除了碳、氫、氧、氮以外，所有其他元素氧化物的總和， 反映了牧草礦物質(zhì)的總體含量，是生境條件的最好指示［32］。

不同時(shí)期不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)植被成分差異分析結(jié)果顯示，返青期植被氮、磷、鉀含量均是G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高；旺盛期氮含量G8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)排第二，磷含量G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，鉀含量G8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)排第三。 氮素在牧草生命活動(dòng)中占據(jù)首要地位，堪稱生命元素［33］。 氮肥充足時(shí)，牧草表現(xiàn)枝多葉大，生長(zhǎng)健壯，供氮不足會(huì)出現(xiàn)葉片衰老、植株矮小、產(chǎn)量低下等問(wèn)題，因此，在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中要保證牧草氮素的正常供應(yīng)。 如果氮素不足，牧草體內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)、葉綠素以及相關(guān)植物激素的合成都會(huì)受到阻礙， 導(dǎo)致牧草產(chǎn)量與品質(zhì)降低［34-35］。 磷素作為大量必需元素在牧草體內(nèi)的作用極為重要［3］。 磷是植物所需土壤營(yíng)養(yǎng)元素中有效性最低的元素之一， 速效磷的缺失是影響作物產(chǎn)量最為關(guān)鍵的限制因子［36］。 磷素缺乏時(shí)植物代謝受阻，植株弱小，生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制［37］。 植物體內(nèi)磷還會(huì)促進(jìn)其他營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用。 陳佐忠等［12］研究發(fā)現(xiàn)，植物含磷量的動(dòng)態(tài)變化與氣候條件有一定關(guān)系， 并且含磷量支配著粗蛋白含量的變化［38］。楊娟［39］研究發(fā)現(xiàn)，在土壤中施用氮、磷、鉀肥會(huì)提高牧草氮、磷、鉀的含量及吸收。但藺蕊［40］研究發(fā)現(xiàn)，向土壤中施肥對(duì)植株體內(nèi)氮、磷、鉀含量沒(méi)有影響。該研究中，植被粗脂肪、粗灰分、磷含量測(cè)定結(jié)果與劉敏等［41］的測(cè)定結(jié)果相近，在相同范圍內(nèi)。

草地生產(chǎn)力受很多因素的影響，在宏觀方面，氣溫、海拔、降水、土壤類型等環(huán)境因素是影響草地生產(chǎn)力的關(guān)鍵， 并且植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不僅與營(yíng)養(yǎng)成分含量有關(guān)，還受品種、農(nóng)藝性狀、適口性、消化率等多個(gè)因素的影響。 通過(guò)對(duì)草地土壤和植被營(yíng)養(yǎng)狀況長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，有針對(duì)性地配施一定的肥料，能夠迅速補(bǔ)充土壤中牧草生長(zhǎng)需要且缺少的營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)還能調(diào)節(jié)土壤酸堿性，改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)［42-43］，提高牧草產(chǎn)量和品質(zhì)［44-45］。另外，養(yǎng)殖廢棄物制成的有機(jī)肥通過(guò)補(bǔ)充大量氮素， 可以增加天然草地的地上生物量［46］，也對(duì)植株的含氮量有極大的促進(jìn)作用［47］。 但是在尋求草地恢復(fù)的不同途徑時(shí)，不能一味追求較高的生產(chǎn)力，有研究報(bào)道， 通過(guò)水分和養(yǎng)分處理可以提高草地地上生物量，但是也會(huì)導(dǎo)致植物群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多樣性降低， 群落結(jié)構(gòu)的合理性及穩(wěn)定性才是退化草地恢復(fù)和草地可持續(xù)利用的關(guān)鍵［48-53］。

3.3 土壤養(yǎng)分主成分分析

荒漠草原是內(nèi)蒙古草原的重要組成部分，是草原區(qū)向荒漠區(qū)過(guò)渡的旱生化草原生態(tài)系統(tǒng)，目前存在不同程度的退化［54］，主要是受自然和人為活動(dòng)影響形成的。草甸草原是在雨水適中、氣候適宜的條件下， 由多年生叢生禾草及根莖性禾草占優(yōu)勢(shì)所組成的草原植被， 比疏林草原含有更多的中旱生植物，只有少量的一年生植物混生其間。甸是指相對(duì)高度在2 m 之內(nèi)較平緩的沙土地， 土壤為黃沙土和栗沙土，植被主要有隱子草、羊草、冰草等。該研究中土壤養(yǎng)分的主成分得分，草甸草原G4WS、G4FQ、G4KW 排 名1、2、4 位。 草 甸 草 原G5FQ、G5WS、G5KW，分別排名7、8、12 位。位于包頭市境內(nèi)烏拉特荒漠草原的G7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)3 個(gè)時(shí)期評(píng)分最低。

3.4 植被養(yǎng)分主成分分析

草地植物的傳統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)成分評(píng)價(jià)中， 通常以營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)成分的絕對(duì)含量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)， 但這種方法指標(biāo)單一， 對(duì)各營(yíng)養(yǎng)成分之間的比例關(guān)系及相互影響考慮較少。 主成分分析法采用綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以客觀地確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，避免了主觀任意性，評(píng)價(jià)結(jié)果更精確、可靠［3］。 該研究分析植被養(yǎng)分主成分得分發(fā)現(xiàn)， 除G2、G6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)外，其余草地植被養(yǎng)分旺盛期得分均高于返青期、 枯萎期，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)旺盛期、返青期得分排序均高于枯萎期。 植物的營(yíng)養(yǎng)成分受分布地域、品種、生長(zhǎng)發(fā)育階段、土壤、海拔高度、季節(jié)、氣候條件、畜種和采食量等各種因素的影響［33，55-56］， 植物的部位不同，營(yíng)養(yǎng)成分也不同。

4 結(jié)論

內(nèi)蒙古典型草原的土壤及植被養(yǎng)分含量存在明顯的時(shí)空差異， 草原土壤和植物中的常規(guī)養(yǎng)分含量隨草地類型和牧草生長(zhǎng)階段發(fā)生動(dòng)態(tài)變化?？傮w來(lái)看，草甸草原返青期、旺盛期、枯萎期土壤中養(yǎng)分綜合評(píng)分較高， 荒漠草原3 個(gè)時(shí)期評(píng)分較低； 不同草原類型的植被養(yǎng)分綜合評(píng)分在旺盛期較高，枯萎期較低。