氮肥對(duì)羊草重度退化草地植物群落的影響

烏仁其其格+辛?xí)云?閻瑞瑞+衛(wèi)志軍+王慧清

摘要：對(duì)呼倫貝爾草甸草原羊草群落重度退化草地進(jìn)行施肥改良研究。結(jié)果表明，不同施肥處理均可以提高群落蓋度、密度、高度和現(xiàn)存量，其中，施氮量為15 kg/hm2對(duì)改善羊草群落蓋度、密度方面效果最好;施氮量為105 kg/hm2在改善草群高度方面作用明顯。在群落現(xiàn)存量上，不同處理在施肥當(dāng)年其群落現(xiàn)存量顯著高于對(duì)照，且群落現(xiàn)存量隨著施肥量增加而增加，以150 kg/hm2的施肥量效果最為顯著;不同施肥量對(duì)建群種羊草種群相對(duì)生物量均有顯著效應(yīng)，105 kg/hm2在改善羊草種群相對(duì)生物量方面作用明顯;利用Margarlef豐富度指數(shù)分析表明，施肥顯著減少了物種數(shù)。由此可知，施肥可以促進(jìn)羊草復(fù)壯與自我繁殖，使其個(gè)體數(shù)量增加、蓋度提高，群落物種逐漸減少，使優(yōu)勢(shì)種變得更加突出。

關(guān)鍵詞：草甸草原;施肥;退化草地;植物群落

中圖分類號(hào)：S812 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：0439-8114（2015）02-0301-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.02.012

Effects of Nitrogen Fertilizer on Plant Communities Characteristics in Severely Degraded Leymus chinensis Grassland

WURENQIQIGE1，2，XIN Xiao-ping3，YAN Rui-rui2，WEI Zhi-jun3，WANG Hui-qing4

（1.Hulunbuir Grassland Ecosystem National Field Research Station，Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081，China; 2.Academy of Grassland Ecology，Hulunbuir College，Hulunbuir 021008，Inner Mongolia，China; 3.Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，China; 4. Hulunbuir Weather Bureau，Hulunbuir 021008，Inner Mongolia， China）

Abstract： The effects of improved fertilization on the enclosed severely degraded community in Hulunbeier meadow grassland were studied. The results showed that fertilization significantly increased the cover， density， height and standing crop of plant community. The optimal application of nitrogen and P2O5 was 150 kg/hm2 and 15 kg/hm2. The optimal matching proportion of nitrogen and phosphate was 1/3. Fertilization significantly increased the relative biomass of L.chinensis population and reduced the number of species. Fertilization promoted L.chinensis rejuvenation and self-reproduction， increased the number of individuals and the coverage. Fertilization made species decrease， with the dominant species becoming more prominent. Fertilization contributed to restore and improve grassland productivity.

Key words： meadow grassland;fertilization;degraded grassland;plant community

草地退化是世界普遍存在的問題。近年來，恢復(fù)遭破壞的草地生態(tài)系統(tǒng)已成為改善草地生態(tài)環(huán)境、提高草地生產(chǎn)力、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。根據(jù)草地退化程度的不同采取相應(yīng)的恢復(fù)措施，一般進(jìn)行自然恢復(fù)和人工恢復(fù)重建。對(duì)于一些破壞嚴(yán)重、自然恢復(fù)較困難的退化草地，則采用松土、淺耕、增施肥料、補(bǔ)播鄉(xiāng)土優(yōu)良牧草種、合理放牧等措施人工促進(jìn)其恢復(fù)[1，2]。人類的利用如放牧家畜和其他經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，使草地土壤嚴(yán)重退化，大量的營(yíng)養(yǎng)元素移出，生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分平衡遭到破壞，從而阻礙植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育。施肥包括無機(jī)肥料、有機(jī)肥料、微量元素以及稀土元素的施用，是世界范圍內(nèi)通用的草地改良措施[3-7]，是補(bǔ)充植物所缺乏的營(yíng)養(yǎng)元素的有效途徑，速度快、效果好，可較好改善草群結(jié)構(gòu)，增產(chǎn)幅度較大[8]。在中國(guó)，草地施肥尚處于試驗(yàn)階段，在生產(chǎn)上尚未大面積應(yīng)用。最近的研究結(jié)果顯示，草地施肥有助于草地生產(chǎn)力的恢復(fù)和提高[9，10]。一般來說，人們習(xí)慣根據(jù)營(yíng)養(yǎng)元素或其他元素對(duì)牧草生長(zhǎng)的限制程度高低和土壤中有效量的多少?zèng)Q定施用肥料的配方，例如干旱半干旱地區(qū)的禾本科草地，最受限于氮元素，通常施用氮肥[11-14]。

本試驗(yàn)對(duì)草甸草原羊草群落重度退化草地圍封后進(jìn)行施肥改良研究，了解適用于重度退化草地植被恢復(fù)的施肥量，建立退化草地改良技術(shù)體系和技術(shù)規(guī)范，為半干旱草原區(qū)退化草地改良恢復(fù)提供技術(shù)支撐，為牧業(yè)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)保障，從而使草地能更好地發(fā)揮其牧業(yè)基地和生態(tài)屏障作用。endprint

1 ?研究區(qū)自然概況

試驗(yàn)地為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站退化樣地，為大興安嶺西麓丘陵向蒙古高原的過渡區(qū)。北緯49°23′13″、東經(jīng)120°02′47″，海拔627～635 m。中溫帶半干旱大陸性氣候，年均氣溫-2.4 ℃，最高、最低氣溫分別為36.17 ℃和-48.5 ℃;≥10 ℃年積溫1 580～1 800 ℃，無霜期110 d;年平均降水量350 mm，多集中于7～9月且變率較大。土壤為暗栗鈣土。地帶性植被為草甸草原羊草群落，主要優(yōu)勢(shì)種有羊草（Leymus chinensis）、貝加爾針茅（Stipa baicalensis），伴生種有斜莖黃芪（Astragalus adsurgens）、山野豌豆（Vicia amoena）、草地早熟禾（Poa pratensis）等。

2 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)定方法

2.1 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地為2006年圍封的重度退化天然羊草草甸草原，圍封后施用不同量的氮肥。分別設(shè)15 kg/hm2（N1）、60 kg/hm2（N4）、105 kg/hm2（N7）、150 kg/hm2（N10）4個(gè)不同的施氮量，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，并設(shè)不施肥圍封草地作為對(duì)照處理（CK），按順序法設(shè)計(jì)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積666.7 m2，試驗(yàn)用肥為尿素。于2008年6月降雨前按各試驗(yàn)小區(qū)設(shè)計(jì)量進(jìn)行人工撒施。

2.2 ?測(cè)定方法

分別于2008年、2009年、2010年8月初，每個(gè)施肥處理各取1 m2樣方，測(cè)定植物群落，重復(fù)5次。調(diào)查植物種類、植株高度、多度、蓋度及現(xiàn)存量。生物量在105 ℃恒溫下烘干12 h，稱其干重;用SAS9.0軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

3 ?結(jié)果與分析

3.1 ?植物群落數(shù)量特征

3.1.1 ?群落蓋度變化 ?由表1可知，2008年，不同處理的群落蓋度均顯著高于對(duì)照（CK），增量為15.5%～33.4%;2009年，處理N1的群落蓋度顯著高于對(duì)照，增量為18.6%，處理N4、N7、N10和對(duì)照之間無顯著差異;2010年，處理N1、N7、N10的群落蓋度顯著高于對(duì)照和N4，與對(duì)照相比增量分別為17.9%、20.9%和25.9%（P<0.05）。從3年試驗(yàn)總體來看，處理N1對(duì)改善羊草群落蓋度效果最好，其每年測(cè)得的蓋度均顯著高于對(duì)照。其次為處理N10，除2009年與對(duì)照不顯著外，其余兩年與對(duì)照差異均達(dá)到顯著水平。

3.1.2 ?群落高度變化 ?由表1可知，2008年，不同處理的群落高度均顯著高于對(duì)照，增量為24.7%～ 42.0%，不同處理之間無顯著差異;2009年，對(duì)照的群落高度顯著高于處理N1、N4和N10，與處理N7差異不顯著;2010年，處理N1、N4、N7的群落高度顯著（P<0.05）高于對(duì)照，而處理N10與對(duì)照無顯著差異。綜合來看，施肥后3年間，處理N7在改善草群高度方面作用明顯;其次是處理N1。

3.1.3 ?群落密度變化 ?由表1可知，2008年，處理N1和N4的群落密度顯著高于對(duì)照，增量分別為35.7%和35.5%;2009年，處理N1、N4群落密度顯著高于對(duì)照、N7和N10，處理N7、N10與對(duì)照無顯著差異;2010年，處理N1、N7群落密度顯著高于對(duì)照、N4和N10，處理N4、N10與對(duì)照無顯著差異。施肥后3年間，處理N1在改善群落密度方面作用明顯，其次是處理N4。

3.2 ?群落現(xiàn)存生物量的變化

由表2可知，施用氮肥可明顯提高草地現(xiàn)存生物量。2008年，不同處理的群落現(xiàn)存生物量均顯著高于對(duì)照，增幅在19.4%～52.3%之間，且隨著施肥量增加而增加;2009、2010年，不同處理的群落現(xiàn)存量與對(duì)照之間差異均不顯著。由此可見，施氮肥只對(duì)提高當(dāng)年現(xiàn)存生物量起作用。

3.3 ?羊草種群相對(duì)生物量的變化

由表3可知，不同施肥量對(duì)羊草種群相對(duì)生物量均有顯著效應(yīng)， 2008年、2009年、2010年各年度不同處理的羊草種群相對(duì)生物量均顯著高于對(duì)照，不同施肥處理間無顯著差異。綜合來看，施肥后3年間，處理N7在改善羊草種群相對(duì)生物量方面作用最為明顯，其次為處理N4。

3.4 ?Margarlef豐富度指數(shù)分析

由圖1可知，不同施肥處理的物種數(shù)均低于對(duì)照。2008年，對(duì)照和N10處理顯著高于其他施肥量，N1和N4顯著高于N7;2009年在不同施氮量處理中，N1和N4顯著高于N7和N10;2010年，各施肥處理間無顯著差異。各年度之間，Margarlef豐富度指數(shù)逐漸降低（P<0.05）。

4 ?小結(jié)與討論

4.1 ?羊草群落數(shù)量特征對(duì)施用氮肥的響應(yīng)

羊草群落蓋度、密度、高度和現(xiàn)存生物量在施用不同數(shù)量的氮肥后均有明顯提高，但羊草群落蓋度、密度不隨施肥量的增加而增加，而是在最低施肥量情況下最高，而草群高度方面在105 kg/hm2的施肥量下表現(xiàn)最高，這可能由于施氮只對(duì)群落中的某些喜氮種群（主要是羊草種群）起作用所致，此變化過程類似于羊草人工草地的群落組成由復(fù)雜 （一、二年生植物居多）到單一，又到復(fù)雜（多年生植物居多）的變化過程[15]。施氮會(huì)使群落中一些不喜氮的闊葉植物減少，從而使群落的蓋度和密度降低，可以用來解釋羊草群落數(shù)量特征對(duì)施用氮肥的響應(yīng)。

4.2 ?羊草種群對(duì)施用氮肥的響應(yīng)

羊草種群相對(duì)生物量的變化對(duì)不同施肥量均有良好的響應(yīng)，證實(shí)了施氮對(duì)羊草種群的更新復(fù)壯有較大幫助，但羊草種群相對(duì)生物量不隨施氮量增加線性增加，而存在一個(gè)最佳施肥量（本試驗(yàn)中為105 kg/hm2）。這一研究結(jié)論與何丹等[16]在內(nèi)蒙古太仆寺旗典型草原上的施肥研究結(jié)論類似。endprint

植物群落Margarlef豐富度指數(shù)在處理后的3年呈下降趨勢(shì)，說明施肥處理刺激了根莖型羊草的生長(zhǎng)，隨著處理時(shí)間的推移，羊草的個(gè)體數(shù)量增加， 并代替了初期的一、二年生植物，群落趨于以羊草種群為主的單一羊草群落，植物種群多樣性下降。

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