綜合修復措施對高寒退化草地土壤特性的影響

李智燕，楊 浩，莫負濤，張貞明，楊延東，王洮源，金加明*

（1.甘肅省草原技術推廣總站，甘肅 蘭州 730010；2.碌曲縣草原站，甘肅 碌曲 747200）

甘南藏族自治州地處甘肅省西北部，青藏高原東北邊緣，是黃河和白龍江兩大流域的水源涵養(yǎng)地[1]。全州天然草地面積272.27萬hm2，占全州土地總面積的70.25%，可利用草場面積256.8萬hm2，中度以上退化面積154.1萬hm2，占天然草地總面積的56.6%[2]。近年來，受全球氣候變暖、草原保護力度不足、草地利用方式不當、草地生態(tài)修復技術轉化利用率低、草地掠奪式開發(fā)和長期超載放牧等因素的影響，天然草地退化問題依然嚴峻[3]。退化草地的修復治理是生態(tài)建設面臨的重要任務，其不僅僅是草地生產力的修復，更是整個草地生態(tài)系統的正向演替發(fā)展。在應用傳統草地修復措施的基礎上，可以應用草地微生物菌肥進行綜合修復。微生物菌肥是安全、綠色、無污染的環(huán)保型肥料，可以部分代替化肥應用于農業(yè)生產，它能夠分解土壤中的有毒、有害物質，改善土壤結構，提高土壤有機質含量和改良鹽堿地。因此，運用綜合修復措施對退化草地的修復治理、生物多樣性的恢復和草地生態(tài)系統的持續(xù)穩(wěn)定向好具有實際意義。

草地生態(tài)系統是地球上最重要的生態(tài)系統之一，有調節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源和固碳等生態(tài)功能[4-5]。就草地生態(tài)系統而言，土壤是重要的基礎組成部分，是植物、動物和微生物生存的載體，土壤中的生物活動不僅對土壤自身產生直接影響，而且對土壤上生長的草地生物群落產生影響[6-7]。植物生長所需要的水分和礦物質等養(yǎng)分由土壤直接供給，土壤品質的優(yōu)劣直接影響生物多樣性[8]，其養(yǎng)分含量不僅影響草地植物的生長發(fā)育，而且反映退化草地的修復效果，是草地生態(tài)系統健康評價的重要因素之一[9]。因此，研究綜合改良措施對退化草地土壤特性的影響，對評價退化草地修復效果具有指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

碌曲縣屬甘南藏族自治州，地處甘、青、川三省交界處，青藏高原東部，海拔2 900～4 482 m，年平均氣溫2.3 ℃，氣候特征表現為高寒濕潤、降溫頻繁。年平均降水量650 mm，集中于6—8月。草地植物生長期約155 d，枯黃期210 d，境內尕?；ǜ翊濉㈡匦愦搴托阃鄞?個自然村地處洮河源頭。試驗地位于碌曲縣尕海鎮(zhèn)尕秀村和秀哇村。試驗地所在區(qū)域因過度放牧，草地表現為植被稀疏、低矮、蓋度低，黃帚橐吾等毒雜草多，可食牧草種類不豐富，草地呈現退化演替[10]。

1.2 試驗設計

針對不同退化程度的高寒草地，選擇適宜的鄉(xiāng)土草種，采用“滅鼠+補播（25%燕麥+75%垂穗披堿草）+草地微生物菌肥”的綜合修復方式進行退化草地修復，具體修復年限設計見表1。于2022年選擇有代表性的不同修復年限的草地進行土樣采集，對照區(qū)為未經補播和未采用滅鼠措施的退化草地。

表1 綜合修復措施試驗處理

1.3 調查方法

在每個改良區(qū)域取樣，每個樣區(qū)隨機確定3個取樣點，分別以每個取樣點為中心，在半徑3 m的范圍內用內徑4 cm的土鉆按0～10 cm、10～20 cm土層各隨機取5鉆土樣，以每5鉆土樣組成1個混合土樣（各采樣區(qū)均為3個），標注標簽，樣品帶回實驗室。

測定土壤樣品含水量：將樣品均勻鋪開放置于干燥陰涼通風處，自然風干，常翻動，并注意防止污染。待土壤樣品完全風干后，碾磨，0.5 mm孔徑過篩后裝袋封存，待測。

土壤養(yǎng)分測定方法：含水量測定用鋁盒法；土壤全氮含量測定用凱氏定氮法；土壤酸堿性測定用電位法；有機質含量測定用重鉻酸鉀硫酸氧化比色法；速效氮含量測定用鈉氏試劑比色法；速效磷含量測定用鉬蘭比色法；速效鉀含量測定用火焰光度計法[11]。

1.4 數據處理

用Excel和SPSS 17.0軟件對試驗數據進行統計處理、顯著性檢驗及相關性分析。

2 結果與分析

2.1 綜合措施對不同修復年限草地土壤有機質的影響

對綜合措施下不同修復年限的草地土壤有機質含量進行測定，結果表明（表2），0～10 cm和10～20 cm的土層有機質含量隨草地修復年限的增加而顯著上升。修復5年和修復4年的草地有機質含量無顯著性差異，但均顯著高于修復1年的處理和退化對照。

表2 綜合措施對不同修復年限草地土壤有機質的影響

2.2 綜合措施對不同修復年限草地土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量的影響

對綜合措施下不同修復年限草地的土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量等進行測定，結果表明（表3、表4、表5），隨著綜合修復年限的增加，0～10 cm和10～20 cm土層的堿解氮含量逐漸降低；速效磷含量修復5年最高，與修復4年、修復當年和對照差異顯著（P＜0.05），但與未退化草地的差異不顯著；隨著修復年限的增加，土壤速效鉀含量呈降低趨勢，對照組含量最高，補播當年的速效鉀含量顯著高于補播4年、5年的處理及未退化草地。

表3 綜合措施對不同修復年限草地土壤堿解氮含量的影響

表4 綜合措施對不同修復年限草地速效磷含量的影響

表5 綜合措施對不同修復年限草地速效鉀含量的影響

2.3 綜合措施對不同修復年限草地土壤全量氮磷鉀含量的影響

對綜合措施下不同修復年限草地土壤的氮磷鉀含量進行測定，結果表明（表6、表7、表8），0～10 cm土層退化草地的土壤全氮含量顯著高于其他處理，而其他各年限處理間無顯著差異。10～20 cm土層在修復當年和退化草地土壤的全氮含量顯著高于其他處理。0～10 cm土層中，修復當年的土壤全磷含量顯著低于其他處理，而其他不同恢復措施和退化程度下的草地全磷含量均無顯著差異，0～20 cm土層的全磷含量對草地退化和不同恢復年限無顯著響應。0～10 cm土層中，不同修復年限草地土壤的全鉀含量隨修復年限的增加呈遞增趨勢，退化對照下的草地全鉀含量顯著低于未退化草地和修復4年、5年的草地（P＜0.05）。

表6 綜合措施對不同修復年限草地土壤氮含量的影響

表7 綜合措施對不同修復年限草地土壤磷含量的影響

表8 綜合措施對不同修復年限草地土壤鉀含量的影響

2.4 綜合措施對不同修復年限草地土壤理化性質的影響

對綜合修復措施下的草地土壤理化性質進行研究，結果表明（表9、表10、表11），0～10 cm土層中，對退化草地采取恢復措施后其土壤容重與對照相比均顯著降低（P＜0.05），土壤容重表現為未退化＞退化對照＞修復各年限，10～20 cm的土壤容重各處理間無顯著差異（P＞0.05）。10～20 cm土層中，土壤緊實度在修復當年最高，對照組顯著低于其他修復處理。0～10 cm土層中，土壤緊實度在各修復年限下與未退化草地相比無顯著差異（P＞0.05）。隨著補播年限的增加，土壤含水量顯著降低（P＜0.05）。未退化草地和補播5年草地的土壤含水量在10～20 cm土層中差異不顯著（P＞0.05）。

表9 綜合措施對不同修復年限草地土壤容重的影響

表10 綜合措施對不同修復年限草地土壤緊實度的影響

表11 綜合措施對不同修復年限草地土壤含水量的影響

對研究區(qū)不同退化程度及不同修復年限下的草地土壤滲水特性進行研究，結果表明（表12），各深度土層的初滲率呈現重度退化＞修復草地＞未退化草地的變化規(guī)律，其中修復5年的初滲率顯著小于修復4年處理。而穩(wěn)滲率以修復當年最小，且修復5年＞修復4年處理。平均滲透速率與退化程度呈正相關，即重度退化下的平均滲透速率最大。

表12 綜合措施對不同修復年限草地土壤滲水特性的影響

3 討論與結論

草地土壤養(yǎng)分是評價草地健康與否的指標之一，是草地生態(tài)系統生物群落穩(wěn)定性、土壤狀況以及退化程度的重要體現，對于研究草地生態(tài)學具有重要意義[12-13]。研究表明，植被退化引起高寒草原土壤退化，草地發(fā)生嚴重退化后，植物難以生長，土壤裸露，土壤養(yǎng)分隨之減少[14]，因此退化草地的修復歸根結底是草地土壤的修復。

土壤中的有機質含量隨著草地修復年限的增加而上升是因為草地修復措施的實施減緩了表層土壤的風蝕和流失[15]。隨著修復年限的增加，土壤堿解氮含量逐漸減少。研究表明，修復5年草地的地上生物量和物種數顯著大于其他退化處理，為維持植物正常生命活動，在這個過程中加速了對堿解氮的消耗；隨著修復年限的增加，土壤速效鉀含量減少，補播當年的速效鉀含量高于補播4年、5年的處理，主要是因為草地修復后地上和地下生物量的增加，使得對土壤速效鉀的轉化利用增加，減少了土壤鉀素的累積。

退化對照草地的土壤全氮含量顯著高于其他處理，草地修復后減緩了土壤全氮的累積速度，可能與植被蓋度增加后對速效氮的吸收轉化加快從而加速了全氮的礦化有一定關系[16]。草地恢復4～5年后，0～10 cm土層的土壤全鉀含量顯著增加。由于草地修復后植被蓋度增加，水熱因子和家畜踐踏導致土壤疏松，減少了鉀的礦化，修復措施一定程度上促進了對鉀的固持，使得土壤全鉀含量增加。

土壤容重是土壤緊實狀況的直接反映，影響著土壤中水、肥、氣、熱等的變化與協調[17]。退化草地經過改良后的土壤容重都顯著低于對照，這是因為修復后土壤透氣性增加。草地修復后植被蓋度增加，表層植物根系增加，使表層土壤疏松的情況得以改善。修復草地的土壤含水量顯著降低，因為重度退化草地土壤裸露面積較多，對降雨的吸收作用強，而未退化草地和修復5年的草地植被蓋度較大，牧草對降雨的截留作用較強，使得土壤滲入的水較少，同時，單位面積內的牧草覆蓋度較高使得植物根系對土壤水分的吸收能力變強，加之植物蒸騰，造成未退化草地和補播5年草地的表層土壤含水量較小，而下層土壤含水量較多[18-19]。

綜合來看，根據當地氣候特點，對于不同退化程度高寒草地選擇適宜的鄉(xiāng)土植物來修復，具體采用“滅鼠+補播（25%燕麥+75%垂穗披堿草）+菌肥”措施，隨著修復年限的增加，草地生產能力提高，土壤有機質含量隨之增加，其他土壤理化特性指標變化雖不一致，但土壤的透氣性、蓄水能力持續(xù)向好，使草地環(huán)境向良性方向發(fā)展[20-22]。補播與滅鼠傳統措施配合微生物菌肥同時進行，對退化草地的修復治理有良好效果，但由于不同退化類型草地物種豐富度不同，退化草地群落結構不穩(wěn)定，對草地修復的碳匯評價等方面的影響還需要進一步研究。