氮肥对羊草重度退化草地植物群落的影响

乌仁其其格１，２，辛晓平３，阎瑞瑞１，卫志军３，王慧清４

（１．中国农业科学院呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站，北京 １０００８１； ２．呼伦贝尔学院草原生态研究所，内蒙古 呼伦贝尔 ０２１００８； ３．内蒙古农业大学，呼和浩特 0１００１８； ４．呼伦贝尔气象局，内蒙古 呼伦贝尔 ０２１００８）

摘要：对呼伦贝尔草甸草原羊草群落重度退化草地进行施肥改良研究。结果表明，不同施肥处理均可以提高群落盖度、密度、高度和现存量，其中，施氮量为１５ ｋｇ／ｈｍ２对改善羊草群落盖度、密度方面效果最好；施氮量为１０５ ｋｇ／ｈｍ２在改善草群高度方面作用明显。在群落现存量上，不同处理在施肥当年其群落现存量显著高于对照，且群落现存量随着施肥量增加而增加，以１５０ ｋｇ／ｈｍ２的施肥量效果最为显著；不同施肥量对建群种羊草种群相对生物量均有显著效应，１０５ ｋｇ／ｈｍ２在改善羊草种群相对生物量方面作用明显；利用Ｍａｒｇａｒｌｅｆ丰富度指数分析表明，施肥显著减少了物种数。由此可知，施肥可以促进羊草复壮与自我繁殖，使其个体数量增加、盖度提高，群落物种逐渐减少，使优势种变得更加突出。

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关键词 ：草甸草原；施肥；退化草地；植物群落

中图分类号：Ｓ８１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：０４３９－８１１４（２０１５）０２－０３０１－０３

ＤＯＩ：１０．１４０８８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ０４３９－８１１４．２０１５．０２．０１２

草地退化是世界普遍存在的问题。近年来，恢复遭破坏的草地生态系统已成为改善草地生态环境、提高草地生产力、实现可持续发展的关键。根据草地退化程度的不同采取相应的恢复措施，一般进行自然恢复和人工恢复重建。对于一些破坏严重、自然恢复较困难的退化草地，则采用松土、浅耕、增施肥料、补播乡土优良牧草种、合理放牧等措施人工促进其恢复［１，2］。人类的利用如放牧家畜和其他经济活动，使草地土壤严重退化，大量的营养元素移出，生态系统的养分平衡遭到破坏，从而阻碍植物的正常生长发育。施肥包括无机肥料、有机肥料、微量元素以及稀土元素的施用，是世界范围内通用的草地改良措施［3－７］，是补充植物所缺乏的营养元素的有效途径，速度快、效果好，可较好改善草群结构，增产幅度较大［８］。在中国，草地施肥尚处于试验阶段，在生产上尚未大面积应用。最近的研究结果显示，草地施肥有助于草地生产力的恢复和提高［９，１０］。一般来说，人们习惯根据营养元素或其他元素对牧草生长的限制程度高低和土壤中有效量的多少决定施用肥料的配方，例如干旱半干旱地区的禾本科草地，最受限于氮元素，通常施用氮肥［11-１４］。

本试验对草甸草原羊草群落重度退化草地围封后进行施肥改良研究，了解适用于重度退化草地植被恢复的施肥量，建立退化草地改良技术体系和技术规范，为半干旱草原区退化草地改良恢复提供技术支撑，为牧业经济的持续发展提供理论基础和技术保障，从而使草地能更好地发挥其牧业基地和生态屏障作用。

１ 研究区自然概况

试验地为中国农业科学院呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站退化样地，为大兴安岭西麓丘陵向蒙古高原的过渡区。北纬４９°２３′１３″、东经１２０°０２′４７″，海拔６２７～６３５ ｍ。中温带半干旱大陆性气候，年均气温－２．４ ℃，最高、最低气温分别为３６．１７ ℃和－４８．５ ℃；≥１０ ℃年积温１ ５８０～１ ８００ ℃，无霜期１１０ ｄ；年平均降水量３５０ ｍｍ，多集中于７～９月且变率较大。土壤为暗栗钙土。地带性植被为草甸草原羊草群落，主要优势种有羊草（Ｌｅｙｍｕｓ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）、贝加尔针茅（Ｓｔｉｐａ ｂａｉｃａｌｅｎｓｉｓ），伴生种有斜茎黄芪（Ａｓｔｒａｇａｌｕｓ ａｄｓｕｒｇｅｎｓ）、山野豌豆（Ｖｉｃｉａ ａｍｏｅｎａ）、草地早熟禾（Ｐｏａ pｒａｔｅｎｓｉｓ）等。

２ 试验设计与测定方法　

２．１ 试验设计

试验地为２００６年围封的重度退化天然羊草草甸草原，围封后施用不同量的氮肥。分别设１５ ｋｇ/ｈｍ２（Ｎ１）、６０ ｋｇ/ｈｍ２（Ｎ４）、１０５ ｋｇ／ｈｍ２（Ｎ７）、１５０ ｋｇ/ｈｍ２（Ｎ１０）４个不同的施氮量，每个处理设３次重复，并设不施肥围封草地作为对照处理（CK），按顺序法设计试验小区，每个小区面积６６６．７ ｍ２，试验用肥为尿素。于２００８年６月降雨前按各试验小区设计量进行人工撒施。

２．２ 测定方法

分别于２００８年、２００９年、２０１０年８月初，每个施肥处理各取１ ｍ２样方，测定植物群落，重复５次。调查植物种类、植株高度、多度、盖度及现存量。生物量在１０５ ℃恒温下烘干１２ ｈ，称其干重；用ＳＡＳ９．０软件进行显著性检验。

３ 结果与分析

３．１ 植物群落数量特征

３．１．１ 群落盖度变化 由表１可知，２００８年，不同处理的群落盖度均显著高于对照（CK），增量为15.5％～33.4％；２００９年，处理Ｎ１的群落盖度显著高于对照，增量为１8.6％，处理Ｎ４、N7、Ｎ１０和对照之间无显著差异；２０１０年，处理Ｎ１、Ｎ７、Ｎ１０的群落盖度显著高于对照和Ｎ４，与对照相比增量分别为１7.9％、20.9％和２5.9％（Ｐ＜０．０５）。从３年试验总体来看，处理Ｎ１对改善羊草群落盖度效果最好，其每年测得的盖度均显著高于对照。其次为处理Ｎ１０，除２００９年与对照不显著外，其余两年与对照差异均达到显著水平。

３．１．２ 群落高度变化 由表１可知，２００８年，不同处理的群落高度均显著高于对照，增量为24.7％~ 42.0％，不同处理之间无显著差异；２００９年，对照的群落高度显著高于处理Ｎ１、Ｎ４和Ｎ１０，与处理Ｎ７差异不显著；２０１０年，处理Ｎ１、Ｎ４、Ｎ７的群落高度显著（Ｐ＜０．０５）高于对照，而处理Ｎ１０与对照无显著差异。综合来看，施肥后３年间，处理Ｎ７在改善草群高度方面作用明显；其次是处理Ｎ１。

３．１．３ 群落密度变化 由表１可知，２００８年，处理Ｎ１和Ｎ４的群落密度显著高于对照，增量分别为35.7%和35.5%；２００９年，处理Ｎ１、Ｎ４群落密度显著高于对照、Ｎ７和Ｎ１０，处理Ｎ７、Ｎ１０与对照无显著差异；２０１０年，处理Ｎ１、Ｎ７群落密度显著高于对照、N4和Ｎ１０，处理Ｎ４、Ｎ１０与对照无显著差异。施肥后３年间，处理Ｎ１在改善群落密度方面作用明显，其次是处理Ｎ４。

３．２ 群落现存生物量的变化

由表２可知，施用氮肥可明显提高草地现存生物量。２００８年，不同处理的群落现存生物量均显著高于对照，增幅在19.4％～52.3％之间，且随着施肥量增加而增加；２００９、２０１０年，不同处理的群落现存量与对照之间差异均不显著。由此可见，施氮肥只对提高当年现存生物量起作用。

３．３ 羊草种群相对生物量的变化

由表３可知，不同施肥量对羊草种群相对生物量均有显著效应， ２００８年、２００９年、２０１０年各年度不同处理的羊草种群相对生物量均显著高于对照，不同施肥处理间无显著差异。综合来看，施肥后３年间，处理Ｎ７在改善羊草种群相对生物量方面作用最为明显，其次为处理Ｎ４。

３．４ Ｍａｒｇａｒｌｅｆ丰富度指数分析

由图１可知，不同施肥处理的物种数均低于对照。２００８年，对照和Ｎ１０处理显著高于其他施肥量，Ｎ１和Ｎ４显著高于Ｎ７；２００９年在不同施氮量处理中，Ｎ１和Ｎ４显著高于Ｎ７和Ｎ１０；２０１０年，各施肥处理间无显著差异。各年度之间，Ｍａｒｇａｒｌｅｆ丰富度指数逐渐降低（Ｐ＜０．０５）。

４ 小结与讨论

４．１ 羊草群落数量特征对施用氮肥的响应

羊草群落盖度、密度、高度和现存生物量在施用不同数量的氮肥后均有明显提高，但羊草群落盖度、密度不随施肥量的增加而增加，而是在最低施肥量情况下最高，而草群高度方面在１０５ ｋｇ／ｈｍ２的施肥量下表现最高，这可能由于施氮只对群落中的某些喜氮种群（主要是羊草种群）起作用所致，此变化过程类似于羊草人工草地的群落组成由复杂 （一、二年生植物居多）到单一，又到复杂（多年生植物居多）的变化过程［１５］。施氮会使群落中一些不喜氮的阔叶植物减少，从而使群落的盖度和密度降低，可以用来解释羊草群落数量特征对施用氮肥的响应。

４．２ 羊草种群对施用氮肥的响应

羊草种群相对生物量的变化对不同施肥量均有良好的响应，证实了施氮对羊草种群的更新复壮有较大帮助，但羊草种群相对生物量不随施氮量增加线性增加，而存在一个最佳施肥量（本试验中为１０５ ｋｇ／ｈｍ２）。这一研究结论与何丹等［１６］在内蒙古太仆寺旗典型草原上的施肥研究结论类似。

植物群落Ｍａｒｇａｒｌｅｆ丰富度指数在处理后的３年呈下降趋势，说明施肥处理刺激了根茎型羊草的生长，随着处理时间的推移，羊草的个体数量增加， 并代替了初期的一、二年生植物，群落趋于以羊草种群为主的单一羊草群落，植物种群多样性下降。

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（责任编辑 韩 雪）