陳曉娟，楊 建，根呷羊批，王 鈺，王 導(dǎo)，楊 孔，周 俗

(1.西南民族大學(xué)青藏高原研究院，四川 成都 610041；2.四川省草原科學(xué)研究院/青藏高原高寒草地生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)研究中心，四川 成都 611731)

甘孜藏族自治州色達(dá)縣的海拔普遍在4000米以上，色達(dá)縣具有長冬無夏的特點(diǎn)[1]，該特點(diǎn)導(dǎo)致色達(dá)縣草地植物不具備充足的生長條件，青藏高原地區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)脆弱，若遭受破壞將難以快速恢復(fù)[2].因近幾年政府對(duì)畜牧業(yè)發(fā)展扶持力度較大，進(jìn)而在色達(dá)縣周圍生活的牧民數(shù)量在持續(xù)增加，使該地區(qū)草地長期處于過牧的狀態(tài)，導(dǎo)致草地的植物豐富度下降，土壤結(jié)構(gòu)改變，草地逐漸退化[3－5].不加以節(jié)制的放牧?xí)档透吆莸刂参锏娜郝湄S富度，使土壤裸露面積增加，更容易導(dǎo)致土壤被風(fēng)、水的侵蝕，為高原鼠兔提供適宜生存的環(huán)境，最終可能導(dǎo)致鼠荒地的形成甚至蔓延擴(kuò)大[6].

在所有恢復(fù)草地的方法中，施肥是恢復(fù)草地最有效的方式之一[7].在畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國家采用施肥的方式提高牧草產(chǎn)量非常普遍[8].國內(nèi)外大量研究表明施肥可促進(jìn)高寒草地生產(chǎn)力[9－11].在天然草地上，尤其是過度放牧導(dǎo)致牧草減少的高寒牧區(qū)，通過施肥來提高牧草產(chǎn)量是解決牲畜牧草缺乏的重要措施[12－15].

本試驗(yàn)將以色達(dá)縣色柯鎮(zhèn)幸福村地區(qū)的天然草地為研究對(duì)象，研究不同施肥方式下對(duì)高寒草地植物地上生物量、物種多樣性及植物豐富度等的影響.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

研究區(qū)位于色達(dá)縣色柯鎮(zhèn)幸福村(地理坐標(biāo)N 32°23′25″，E 100°13′49″，海拔4300 m).該地區(qū)具有長冬無夏的特點(diǎn)[16]，日均溫度通常在2～3℃左右，由于海拔高度過高的原因，該地區(qū)大氣含氧量低，色達(dá)縣常見的植被包括唐松草(Thalictrum)、馬莧蒿(Pediculairs)、垂穗披堿草(Elymus nutans)、委陵菜(Potentilla chinensis)、冷地早熟禾(Poa crymophila)等[17].

1.2 試驗(yàn)材料

液體肥、氮肥來源于四川省中新大地科技有限公司.氮肥(農(nóng)業(yè)用，CO(NH2)2，總氮(以干基計(jì))≥46.4%，縮二脲≤0.9%，水分≤0.4%).液體肥(農(nóng)肥，含腐殖酸水溶肥料，腐殖酸≥30 g/L，N ＋P2O5＋K2O≥200 g/L).

1.3 樣地設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)3組處理:液體肥(K1:5 kg/畝)、氮肥(K2:5 kg/畝)、不施肥為空白對(duì)照組(CK:0 kg/畝)，3組處理分別重復(fù)3次，共設(shè)置9組樣方，試驗(yàn)小區(qū)面積4 hm2，施肥時(shí)間為2020年6月上旬.

1.4 試驗(yàn)方法

在2020年8月對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行調(diào)查，在9個(gè)試驗(yàn)樣地中隨機(jī)選擇三個(gè)樣方(樣方1 m×1 m的正方形)，共計(jì)27個(gè).(1)計(jì)算植物蓋度，試驗(yàn)采取針刺法隨機(jī)測量植物高度10次后獲得植物最終的高度.(2)測定植物鮮干重通常采用割草法，在試驗(yàn)樣地中將采集到的植物做好標(biāo)記放進(jìn)信封袋稱其重量，記為該種植物的鮮重.帶回實(shí)驗(yàn)室在溫度設(shè)置為75℃的烘箱內(nèi)烘24 h后測定該植物干重.(3)利用土鉆進(jìn)行采樣，將土樣放置天平中稱其重量，把土樣凈重記作M，在烘箱溫度設(shè)置為105℃條件下對(duì)土樣進(jìn)行6～8 h烘干處理，并檢測烘干土樣重量，將記錄土樣的干重，最后計(jì)算出土壤容重和含水率.

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)前期整理及預(yù)處理采用Excel進(jìn)行，在SPSS22.0軟件中利用單因素方差分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后把整理好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin進(jìn)行圖片繪制.

2 結(jié)果與分析

2.1 三組處理下對(duì)植被蓋度及高度的影響

在3種不同處理組下，各樣地蓋度和高度無顯著差異(P>0.05).具體表現(xiàn)為K2組蓋度及高度均高于其他處理組(圖1).

圖1 三組處理對(duì)植被高度、蓋度的影響注:不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下圖同F(xiàn)ig.1 Effects of three treatments on vegetation height and coverage

2.2 三組處理對(duì)土壤容重、土壤含水率及植被鮮干比的影響

觀察試驗(yàn)樣地發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過施肥處理后的土壤容重、土壤含水率和植被鮮干比無顯著變化，具體表現(xiàn)為土壤容重:K2>CK>K1，土壤含水率:K1>CK>K2，植被鮮干比:K2>CK>K1(表1).三組施肥處理下對(duì)土壤容重、土壤含水率及植被鮮干重比無顯著影響.

表1 三組處理對(duì)土壤容重、土壤含水率及植被鮮干的影響Table 1 Effects of three treatments on soil bulk density，soil moisture content and fresh－dry ratio of vegetation

2.3 三組處理對(duì)植被豐富度的影響

觀察下圖可發(fā)現(xiàn)，實(shí)施施肥處理后，群落豐富度有明顯提高(圖2)，K2豐富度指數(shù)遠(yuǎn)高于空白對(duì)照組和K1.可以看出施液體肥組對(duì)群落豐富度有一定的促進(jìn)作用.

圖2 三組處理對(duì)植被豐富度的影響Fig.2 Effects of three treatments on vegetation richness

2.4 三組處理對(duì)地上生物量的影響

經(jīng)過2個(gè)月的施肥處理后，K2組與K1及CK相比較，施氮肥組可促進(jìn)高寒草地群落，增加地上生物量(圖3).

圖3 三組處理對(duì)地上生物量影響Fig.3 Effects of three treatments on aboveground biomass

2.5 三組處理對(duì)物種多樣性的影響

隨著不同的施肥處理，觀察下表可知，施氮肥組物種多樣性顯著高于施液體肥組和對(duì)照組(P<0.05).且三組試驗(yàn)區(qū)中，施氮肥組中禾本科功能群多樣性也顯著高于另外兩組，觀察另外三個(gè)功能群莎草科、豆科及雜草科發(fā)現(xiàn)并無顯著差異(表2).

表2 三組處理對(duì)物種多樣性的影響Table 2 Effects of three treatments on species diversity

3 討論與結(jié)論

氮元素是植物生長發(fā)育和生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)不可或缺的一部分[18].由于青藏高原地區(qū)平均海拔較高，常年低溫的條件下在很大程度上導(dǎo)致有機(jī)氮的礦化降低，促使氮的可利用性下降，植物對(duì)氮的利用僅占到了土壤全氮含量的1%甚至更低，最終導(dǎo)致高寒草地上的植物發(fā)育遲緩[19].采取施肥能夠提高有機(jī)碳、氮的含量[20].因而人工施肥作為促進(jìn)高寒草地植物生長的重要手段[21].

施肥可以通過改變土壤中有機(jī)碳、氮的含量影響植物的生長，進(jìn)而引起植物群落更迭，最終給草地帶來新一輪的生命力[22－23].在高寒草地通常采取施肥來擴(kuò)充土壤對(duì)碳、氮的需求，該措施不僅可以提高牧草產(chǎn)量更是緩解氣候變化的一種重要手段[24].本文通過研究不同施肥處理對(duì)色達(dá)縣高寒草地植被高度、蓋度、植被鮮干比以及土壤含水率等的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明在相同施肥量下，發(fā)現(xiàn)到施氮肥組的植被地上生物量、植物豐富度顯著性均高于另外兩個(gè)處理組，從而得出施用氮肥可顯著提高草地主要植物種群及物種多樣性的結(jié)論.

通過對(duì)試驗(yàn)樣地植物的高度和蓋度比較，施氮肥、液體肥組與對(duì)照組之間差異不大，但根據(jù)邱波、沈景林等研究發(fā)現(xiàn)長年的施肥處理對(duì)草地蓋度影響很大，通過數(shù)據(jù)表明處理組比對(duì)照組增加18.7% ～71.2%[25－26].進(jìn)一步推斷，草地高度和蓋度與其恢復(fù)年限也有著密切的關(guān)系，施肥對(duì)這兩項(xiàng)指標(biāo)有著促進(jìn)作用.通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，土壤含水率、土壤容重及植物植被鮮干比也無明顯差異.但從地上生物量及植物豐富度來看，施液體肥和氮肥處理組明顯高于試驗(yàn)對(duì)照組，施液體肥在一定條件下對(duì)植物豐富度及地上生物量也起著一定的促進(jìn)作用，觀察高寒草地物種多樣性中Shannon指數(shù)施氮肥組均高于其他兩組處理組，這一結(jié)果表施相同量下的不同肥料，施氮肥對(duì)青藏高原高寒草地地區(qū)更有利，使用效果更加明顯.

作為限制因子的氮元素，決定著陸地生態(tài)系統(tǒng)中初級(jí)生產(chǎn)力的高低[27].高寒草甸施氮肥在某些程度上能提高初級(jí)生產(chǎn)力[28].鑒于金東漢，樸順姬[29]等研究發(fā)現(xiàn)溫度的變化會(huì)影響肥料中的養(yǎng)分，低溫會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物出現(xiàn)一定幅度的減產(chǎn)，其中由于溫度的原因?qū)σ后w肥的抑制作用最明顯，而對(duì)化肥沒有太大的影響.對(duì)比肥料本身的差異，此次試驗(yàn)采用的液體肥為含腐殖酸水溶肥料，相關(guān)研究表明施含腐殖酸水溶肥料前期的效果通常不顯著，相對(duì)于化肥見效慢[30].進(jìn)一步分析推測，試驗(yàn)樣地位于海拔4300 m的色達(dá)縣附近，長冬無夏的惡劣天氣，土壤中的微生物對(duì)腐殖酸的利用率和效率遠(yuǎn)低于平原地區(qū)，從而導(dǎo)致施加氮肥組對(duì)高寒草地的滋養(yǎng)效果比施加液體肥組要更明顯.由此可知溫差對(duì)目前恢復(fù)措施造成的可能影響也應(yīng)成為今后青藏高原生態(tài)恢復(fù)研究中應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn).

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)相同施肥量下，施氮肥組處理對(duì)高寒草地地上生物量、物種豐富度指數(shù)、物種多樣性指數(shù)和禾本科植物多樣性有明顯的促進(jìn)作用，表明施氮肥對(duì)高寒草地植物生長和發(fā)育有明顯提升.這一結(jié)果為今后高寒草地施肥的有效性和青藏高原退化草地恢復(fù)提供了一定的理論支持和幫助.