李智燕，楊 浩，莫負(fù)濤，張貞明，楊延?xùn)|，王洮源，金加明*

（1.甘肅省草原技術(shù)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(hù)力度不足、草地利用方式不當(dāng)、草地生態(tài)修復(fù)技術(shù)轉(zhuǎn)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(yán)峻[3]。退化草地的修復(fù)治理是生態(tài)建設(shè)面臨的重要任務(wù)，其不僅僅是草地生產(chǎn)力的修復(fù)，更是整個草地生態(tài)系統(tǒng)的正向演替發(fā)展。在應(yīng)用傳統(tǒng)草地修復(fù)措施的基礎(chǔ)上，可以應(yīng)用草地微生物菌肥進(jìn)行綜合修復(fù)。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(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，它能夠分解土壤中的有毒、有害物質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和改良鹽堿地。因此，運(yùn)用綜合修復(fù)措施對退化草地的修復(fù)治理、生物多樣性的恢復(fù)和草地生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定向好具有實(shí)際意義。

草地生態(tài)系統(tǒng)是地球上最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，有調(diào)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(tǒng)而言，土壤是重要的基礎(chǔ)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(chǎn)生直接影響，而且對土壤上生長的草地生物群落產(chǎn)生影響[6-7]。植物生長所需要的水分和礦物質(zhì)等養(yǎng)分由土壤直接供給，土壤品質(zhì)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(fù)效果，是草地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)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(jià)退化草地修復(fù)效果具有指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)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(xiàn)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(nèi)尕海花格村、尕秀村和秀哇村3個自然村地處洮河源頭。試驗(yàn)地位于碌曲縣尕海鎮(zhèn)尕秀村和秀哇村。試驗(yàn)地所在區(qū)域因過度放牧，草地表現(xiàn)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(xiàn)退化演替[10]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(bǔ)播（25%燕麥+75%垂穗披堿草）+草地微生物菌肥”的綜合修復(fù)方式進(jìn)行退化草地修復(fù)，具體修復(fù)年限設(shè)計(jì)見表1。于2022年選擇有代表性的不同修復(fù)年限的草地進(jìn)行土樣采集，對照區(qū)為未經(jīng)補(bǔ)播和未采用滅鼠措施的退化草地。

表1 綜合修復(fù)措施試驗(yàn)處理

1.3 調(diào)查方法

在每個改良區(qū)域取樣，每個樣區(qū)隨機(jī)確定3個取樣點(diǎn)，分別以每個取樣點(diǎn)為中心，在半徑3 m的范圍內(nèi)用內(nèi)徑4 cm的土鉆按0～10 cm、10～20 cm土層各隨機(jī)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(biāo)注標(biāo)簽，樣品帶回實(shí)驗(yàn)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(fēng)處，自然風(fēng)干，常翻動，并注意防止污染。待土壤樣品完全風(fēng)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(jī)質(zhì)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(jì)法[11]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel和SPSS 17.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理、顯著性檢驗(yàn)及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 綜合措施對不同修復(fù)年限草地土壤有機(jī)質(zhì)的影響

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

表2 綜合措施對不同修復(fù)年限草地土壤有機(jī)質(zhì)的影響

2.2 綜合措施對不同修復(fù)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(fù)年限草地的土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量等進(jìn)行測定，結(jié)果表明（表3、表4、表5），隨著綜合修復(fù)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(fù)5年最高，與修復(fù)4年、修復(fù)當(dāng)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(fù)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(bǔ)播當(dāng)年的速效鉀含量顯著高于補(bǔ)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(fù)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(fù)年限草地速效磷含量的影響

表5 綜合措施對不同修復(fù)年限草地速效鉀含量的影響

2.3 綜合措施對不同修復(fù)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(fù)年限草地土壤的氮磷鉀含量進(jìn)行測定，結(jié)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(fù)當(dāng)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(fù)當(dāng)年的土壤全磷含量顯著低于其他處理，而其他不同恢復(fù)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(fù)年限無顯著響應(yīng)。0～10 cm土層中，不同修復(fù)年限草地土壤的全鉀含量隨修復(fù)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(fù)4年、5年的草地（P＜0.05）。

表6 綜合措施對不同修復(fù)年限草地土壤氮含量的影響

表7 綜合措施對不同修復(fù)年限草地土壤磷含量的影響

表8 綜合措施對不同修復(fù)年限草地土壤鉀含量的影響

2.4 綜合措施對不同修復(fù)年限草地土壤理化性質(zhì)的影響

對綜合修復(fù)措施下的草地土壤理化性質(zhì)進(jìn)行研究，結(jié)果表明（表9、表10、表11），0～10 cm土層中，對退化草地采取恢復(fù)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(xiàn)為未退化＞退化對照＞修復(fù)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(shí)度在修復(fù)當(dāng)年最高，對照組顯著低于其他修復(fù)處理。0～10 cm土層中，土壤緊實(shí)度在各修復(fù)年限下與未退化草地相比無顯著差異（P＞0.05）。隨著補(bǔ)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(bǔ)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(fù)年限草地土壤容重的影響

表10 綜合措施對不同修復(fù)年限草地土壤緊實(shí)度的影響

表11 綜合措施對不同修復(fù)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(fù)年限下的草地土壤滲水特性進(jìn)行研究，結(jié)果表明（表12），各深度土層的初滲率呈現(xiàn)重度退化＞修復(fù)草地＞未退化草地的變化規(guī)律，其中修復(fù)5年的初滲率顯著小于修復(fù)4年處理。而穩(wěn)滲率以修復(fù)當(dāng)年最小，且修復(fù)5年＞修復(fù)4年處理。平均滲透速率與退化程度呈正相關(guān)，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(fù)年限草地土壤滲水特性的影響

3 討論與結(jié)論

草地土壤養(yǎng)分是評價(jià)草地健康與否的指標(biāo)之一，是草地生態(tài)系統(tǒng)生物群落穩(wěn)定性、土壤狀況以及退化程度的重要體現(xiàn)，對于研究草地生態(tài)學(xué)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(yán)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(fù)歸根結(jié)底是草地土壤的修復(fù)。

土壤中的有機(jī)質(zhì)含量隨著草地修復(fù)年限的增加而上升是因?yàn)椴莸匦迯?fù)措施的實(shí)施減緩了表層土壤的風(fēng)蝕和流失[15]。隨著修復(fù)年限的增加，土壤堿解氮含量逐漸減少。研究表明，修復(fù)5年草地的地上生物量和物種數(shù)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(fù)年限的增加，土壤速效鉀含量減少，補(bǔ)播當(dāng)年的速效鉀含量高于補(bǔ)播4年、5年的處理，主要是因?yàn)椴莸匦迯?fù)后地上和地下生物量的增加，使得對土壤速效鉀的轉(zhuǎn)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(fù)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(zhuǎn)化加快從而加速了全氮的礦化有一定關(guān)系[16]。草地恢復(fù)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(fù)后植被蓋度增加，水熱因子和家畜踐踏導(dǎo)致土壤疏松，減少了鉀的礦化，修復(fù)措施一定程度上促進(jìn)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(shí)狀況的直接反映，影響著土壤中水、肥、氣、熱等的變化與協(xié)調(diào)[17]。退化草地經(jīng)過改良后的土壤容重都顯著低于對照，這是因?yàn)樾迯?fù)后土壤透氣性增加。草地修復(fù)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(fù)草地的土壤含水量顯著降低，因?yàn)橹囟韧嘶莸赝寥缆懵睹娣e較多，對降雨的吸收作用強(qiáng)，而未退化草地和修復(fù)5年的草地植被蓋度較大，牧草對降雨的截留作用較強(qiáng)，使得土壤滲入的水較少，同時(shí)，單位面積內(nèi)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(qiáng)，加之植物蒸騰，造成未退化草地和補(bǔ)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(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，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(fù)，具體采用“滅鼠+補(bǔ)播（25%燕麥+75%垂穗披堿草）+菌肥”措施，隨著修復(fù)年限的增加，草地生產(chǎn)能力提高，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨之增加，其他土壤理化特性指標(biāo)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(bǔ)播與滅鼠傳統(tǒng)措施配合微生物菌肥同時(shí)進(jìn)行，對退化草地的修復(fù)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(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，對草地修復(fù)的碳匯評價(jià)等方面的影響還需要進(jìn)一步研究。