不同施肥和土壤保濕處理對康藏高原牧草生長和產量的影響

李春容，羅言云，王倩娜

(四川大學 建筑與環境學院，成都 610065)

草地是促進康藏地區可持續發展的重要自然資源，在水源涵養、防風固沙和生物多樣性保護等方面發揮著重要的生態系統服務功能。隨著全球氣候日益變暖，加上人類不合理的開發利用[1]，使康藏地區出現天然草地嚴重退化、水土流失加劇等問題。據統計，地處康藏高原東南部的甘孜州退化草地面積占可利用草地面積的78%[2]，高寒草甸退化草地的生態修復與治理迫在眉睫[3]。

研究表明，施肥是改良退化草地、提高牧草生產力的重要技術措施之一[4]。在實際生產中，由于水溶性復合肥的物理性狀好、養分含量高、施用方便，生產者大都選擇施用水溶性復合肥[5]。而微生物菌劑屬于微生物肥料的一種，是指用特定微生物菌種培養的活性微生物制劑，主要分為根瘤菌菌劑、固氮菌菌劑、菌根菌劑和復合微生物菌劑等[6]，其中復合微生物菌劑是近年來研究較多的一種肥料，有研究證明使用復合微生物菌劑的增產效果比單一菌肥的效果好[7]。微生物菌劑作為一種重要肥源和土壤修復劑，也越來越受到人們的青睞，并且已在作物或草地生產上得到廣泛應用。土壤保濕劑是一種具有超強吸水保水性的高分子聚合物，能在一定程度上提高水肥利用效率，促進植株生長。

目前，關于施肥對牧草影響的研究主要集中在單一或混播草種對不同施肥時期、施肥量、施肥方式以及氮磷鉀肥不同比例的響應等方面，如Shi等[8]研究了施氮時間和施氮量對半干旱多年生羊草種子產量、牧草產量和氮利用效率的影響；貢嘎桑布[9]通過研究紫花苜蓿在不同磷鉀肥比例組合下部分表型性狀的差異，探討種植紫花苜蓿的最佳施肥方法和施肥量；張學梅等[10]研究燕麥和箭筈豌豆混播及燕麥單播草地產量和水分利用效率對不同種植模式和施肥水平的響應；董曉兵等[11]研究不同微肥對羊草干草產量、品質和養分吸收的影響。在康藏地區的牧草試驗研究較少，而針對高寒草甸多種牧草展開不同施肥和土壤保濕處理的對比研究鮮見報道。本試驗在四川省甘孜州白玉縣高寒草甸進行，探討6種常見牧草在不同施肥和土壤保濕處理下的生長及產量情況，以期獲得更為合理的康藏高原草地施肥方案，為高寒地區牧草的高產高效栽培及高寒草甸退化草地的環境生態修復提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在“康藏高原退居土地生態修復方法與關鍵技術研究與示范“試驗基地進行，試驗地為白玉縣城鄉建設用地增減掛鉤試點項目(項目編號：5133302018000134)的退居土地(拆除廢棄房屋后的宅基地及其附屬用地)。位于四川省甘孜州白玉縣河坡鄉，東經98°53′56″，北緯31°22′32″，海拔2 991 m。屬大陸季風高原性氣候，年平均溫度12.3 ℃，年降水量600 mm，主要集中在6-9 月，約占全年降水量的70%，無霜期達156 d，年均日照時數2 133.6 h·d。

試驗地土壤為沙壤土，基礎肥力較差。于2019年5月進行翻耕平整，翻耕深度≥30 cm。試驗前采用“五點取樣法”取出0～30 cm耕層土樣進行理化指標分析，基本理化性質見表1。

表1 供試土壤基本理化性質Table 1 Basic physical and chemical properties of tested soil

1.2 試驗材料

供試草種選取適合康藏高原的6種牧草，分別為老芒麥(ElymussibiricusLinn.)、披堿草(ElymusdahuricusTurcz.)、‘雅潤’燕麥(AvenasativaL.‘Yarun’)、‘巴潤’草地早熟禾(PoapratensisL.‘Baron’)、‘阿爾岡金’紫花苜蓿(MedicagosativaL.‘Algonquin’)和‘維多利亞’黑麥草(LoliumperenneL.‘Victoria’)。以上草種由成都綠牧天下農業科技有限公司提供，種子均已通過休眠，生活力旺盛。

供試復合肥為水溶性緩釋肥(簡稱NPK，總養分≥40%，N-P2O5-K2O:20-8-12)；供試微生物菌劑是一種新型復合微生物肥料(簡稱CAMP，有效活菌數≥3.0 億·g-1，pH≥7)，主要由光合菌群、溶磷菌群、酵母菌群、硝酸菌群、固氮菌群、乳酸菌群、放線菌群和生長菌群八大類菌群組成，具有調酸堿、促吸收、補元素、增肥效、防病害的功效；供試保濕劑是以低交聯型聚丙烯酸鈉鹽為主要成分的功能型高分子吸水性樹脂(簡稱SAP)，白色顆粒狀，吸水倍率≥400，播種前用于土壤保濕。以上肥料及保濕劑均由四川天禾嘉美農業科技有限公司提供。

1.3 試驗方法

2019年6月進行土壤改良田間試驗，采用隨機區組設計，共設7 個施肥及保濕處理，具體配方及用量見表2。在試驗樣地內按1 m×3 m面積劃分小區，每小區為1個重復，每個處理重復3 次，6種牧草各有21 個小區，各小區之間以 0.5 m寬溝隔開，四周設1 m保護行。肥料和保濕劑施入方式為人工均勻撒施，然后澆1次透水。

于降過透水后的2019-06-12進行播種，按各牧草適宜的播種量稱取種子后均勻撒播。播種量分別為：老芒麥和披堿草7.5 g·m-2、‘雅潤’燕麥和‘阿爾岡金’紫花苜蓿6 g·m-2、‘巴潤’草地早熟禾20 g·m-2、‘維多利亞’黑麥草30 g·m-2。播種完成后用遮光網覆蓋，直至種子萌發。其余栽培管理、病蟲害防治等按常規田間方法，并保持各小區嚴格一致。

1.4 項目測定

1.4.1 株高 2019-07-15、2019-08-16、2019-09-16(即播種后第30天、第60天、第90天)在試驗地內分別測定各處理植株在不同生長階段的株高，用卷尺測量從地面到植株自然狀態最高部位的絕對高度。每小區隨機選取5 株植株分別測定，取平均值。

1.4.2 分蘗數和單株鮮質量 于牧草植株越冬前(10月16日)，在每個小區內隨機選5株植株，齊地面刈割后統計單株分蘗數，并稱鮮質量，分別求出各小區平均值。

1.4.3 單位面積株數和鮮草產量 于10月16日，各牧草基本進入抽穗至開花期，及時進行刈割測產。每小區隨機選取0.5 m×0.5 m樣方，齊地面刈割，計量各樣方的植物株數，并測定其地上生物量，后折算成每公頃鮮草產量。

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2013和DPS 7.05軟件進行數據分析和圖表制作，用Duncan’s新復極差法進行方差分析，比較各處理間均值的差異顯著性水平，并用SPSS 25.0檢測各項指標間的相關性。

表2 施肥和土壤保濕處理方案Table 2 Scheme of fertilization and soil moisture treatments

2 結果與分析

2.1 不同施肥和土壤保濕處理對牧草株高的影響

株高可直接反映牧草的生長狀況，是衡量其生產性能的一個重要指標。圖1顯示，由于施肥和土壤保濕處理的不同，各牧草株高均受到影響。與對照相比，在保濕劑基礎上施加復合肥或微生物菌劑均能增加植株的生長高度，但不同植物對不同處理的響應各有差異。

不同處理之間(圖1)，6 種牧草的株高整體均呈先增后減再增的趨勢，這種趨勢在3 個生長時期表現出相似性。多重比較結果可知，在第30天和第60天，株高較高的處理有T6、T3和T5。當植株生長至第90天即9月中旬時，除老芒麥和披堿草表現為T1>T4，T2>T5，T3>T6，且處理間差異極顯著(P<0.01)外，其余牧草均表現為T1T2>T1， T6>T5>T4，但處理間差異水平不一，說明在同一保濕處理下，2種肥料混合配施比單施一種肥料更利于牧草生長，且單施微生物菌劑比單施復合肥效果好。

同一處理下(表3)，老芒麥和黑麥草在第60天～第90天的株高增長率明顯比第30天～第60天的高，而披堿草、草地早熟禾和紫花苜蓿卻與之相反?？梢?，隨生長時間的延長，老芒麥和黑麥草的株高受促進作用增強，披堿草、草地早熟禾和紫花苜蓿則受到一定抑制，且這種促進或抑制作用在不同處理間表現不一致。對燕麥而言，在第30天～第60天，CK、T1、T2、T3處理下株高分別增加 193.3%、 165.9%、131.7%和 124.9%，而在第60天～第90 天，其增長率大幅下降；T4、T5、T6處理下，株高增長率在第30 天～第60天分別為30.4%、31.5%、25.2%，明顯低于同一時期其他處理，而在第60天～第90天均成倍上升。到第90天，各處理株高增長率為60%～80%，保持相對平衡。由此可見，保濕劑施用量對不同時期燕麥生長的影響較大。根據試驗區氣候，前期由于雨量充沛，不施或少施保濕劑更能促進植株生長；后期可能由于氣溫逐漸升高，植株需水量變大，對照和單倍保濕劑下燕麥生長明顯受抑，雙倍保濕劑下生長更快。

2.2 不同施肥和土壤保濕處理對牧草分蘗數的影響

植株分蘗數的多少能在一定程度上影響其生產性能和抗逆性的高低[12]。圖2顯示，不同施肥和土壤保濕處理對分蘗數的影響有較大差異。總體而言，黑麥草和披堿草的分蘗數較多，單株最多可達85.5 個，且處理間差異顯著(P<0.05)；紫花苜蓿和草地早熟禾較少，最少僅1.7 個，不同植株的分蘗差異主要是由植物特性決定的。同一牧草在T1～T6處理下分蘗數均高于CK，表明施肥和土壤保濕對植株分蘗力有直接促進作用。其中黑麥草受施肥處理的影響最為顯著，T6處理下分

不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。顯著性比較在同一時期同一草種內進行。下同

表3 不同生長時期各牧草的株高增長率Table 3 Height growth rate of grazing grasses at different growth stages

蘗數最多，單株比CK多48.9 個，為CK的2.34倍；其次為T5，為CK的2.22 倍；T2與CK差異較小，僅比CK增加0.41 倍。

不同處理之間，分蘗數較多的處理有T6、T5、T3和T2。其中，老芒麥、披堿草、燕麥、草地早熟禾和黑麥草表現為T6>T5>T4，T3>T2>T1，表明在同一保濕處理下，施肥對以上植株分蘗力的作用順序為：復合肥和微生物菌劑混合配施>單施微生物菌劑>單施復合肥，這與株高的變化趨勢基本一致。而紫花苜蓿表現為T5> T6>T4，T3>T2>T1，說明施用雙倍保濕劑后，混合配施對紫花苜蓿分蘗力的促進效果反而比單施微生物菌劑差，但仍比單施復合肥效果好。

牧草編號同表1，下同

2.3 不同施肥和土壤保濕處理對牧草單株鮮質量和鮮草產量的影響

單株鮮質量和鮮草產量是牧草最主要的經濟性狀指標。由圖3、圖4可知，不同處理對各牧草的單株鮮質量和鮮草產量均產生不同程度的影響，但整體上二者變化趨勢基本一致。其中，老芒麥、披堿草、燕麥和草地早熟禾隨處理變化先增后減再增，T4處理時驟降；紫花苜蓿呈先增后減持續波動的趨勢，分別在T3和T5處理達峰值，即呈“雙峰”變化；黑麥草則不斷增加，T6處理時最大，其單株鮮質量和鮮草產量分別為74.36 g、 28.56 t·hm-2。

就單株鮮質量而言(圖3)，在單倍保濕劑下，各牧草均表現為T3>T2>T1>CK，表明單施微生物菌劑比單施復合肥更利于提高牧草的單株鮮質量，且兩種肥料混合配施效果最好。在雙倍保濕劑下，除紫花苜蓿表現為T5>T6>T4外，其余牧草均表現為T6>T5>T4，表明混合配施對紫花苜蓿的單株鮮質量有一定抑制作用，但仍比單施復合肥效果好，這與牧草的分蘗數結果一致，說明兩個指標間關聯性較強。在同一施肥處理下，披堿草、燕麥、草地早熟禾和黑麥草表現為T6>T3，T5>T2，T4>T1；老芒麥表現為T3>T6，T2>T5，T1>T4；紫花苜蓿表現為T3>T6，T5>T2，T4>T1，處理間差異不顯著(P> 0.05)。說明除表現完全相反的老芒麥及混合配施下的紫花苜蓿外，施用雙倍保濕劑比單倍保濕劑更能促進牧草植株鮮質量的增長。

圖3 不同施肥和土壤保濕處理下各牧草的單株鮮質量Fig.3 Fresh mass per plant of forage grasses under different fertilization and soil moisture treatments

對于鮮草產量(圖4)，供試牧草中產量較高的有披堿草、老芒麥和燕麥，其中T6處理披堿草產量為124.78 t·hm-2，比CK增加99.47%，顯著高于其他處理(P<0.05)；T3處理老芒麥產量為112.56 t·hm-2，比CK增加48.97%，除與T2差異不顯著外，與其余處理均有顯著差異。研究發現，老芒麥、披堿草、燕麥、草地早熟禾和黑麥草在不同處理下鮮草產量表現為T6>T5>T4，T3>T2>T1，這與上述單株鮮質量的變化情況類似。對紫花苜蓿而言，與CK相比，T1、T2、T3、T4、T5和T6處理分別增加21.30%、 28.52%、16.25%、20.58%、23.55%和2.69%，其中T2與CK差異顯著，其余處理間差異不顯著，說明單施微生物菌劑和單倍保濕劑更能促進紫花苜蓿增產。

圖4 不同施肥和土壤保濕處理下各牧草的鮮草產量Fig.4 Fresh yield of forage grasses under different fertilization and soil moisture treatments

2.4 測定指標的變異特征和相關分析

上述結果表明，康藏高原各牧草的生長性狀對施肥和土壤保濕處理的響應具有不同程度的差異性。本研究以總體產量較高的老芒麥為例，對其測定指標平均值進行描述性統計分析(表4)，結果表明：除單位面積株數在不同處理間差異呈顯著水平外，其余測定指標均達極顯著水平，變異系數為7.86%～17.67%。其中，分蘗數和鮮草產量的變異系數為17.67%和14.46%，一般認為變異系數大于10%則表示樣本之間存在較大差異[13]，說明分蘗數和鮮草產量在老芒麥產草性能上進行種子篩選馴化的潛力最大。單位面積株數、株高和單株鮮質量的變異系數依次為 8.12%、8.00%和7.86%，3項指標在不同處理間變異幅度較為均衡。

將各項指標進行簡單相關分析(表5)，結果表明5 個指標間的相關性差異較大。其中，鮮草產量與單株鮮質量和分蘗數極顯著正相關，與株高和單位面積株數顯著正相關，與分蘗數的相關系數在所有指標中最高(r=0.983)；單株鮮質量與株高和分蘗數均呈極顯著正相關；株高與分蘗數雖顯著相關，但相關性較小(r=0.796)；單株鮮質量、株高和分蘗數均與單位面積株數無顯著相關性。總體而言，植株越高，分蘗數越多，單株鮮質量就越大，其理論鮮草產量也相應越高。由此可初步得出，株高和分蘗數是影響單株鮮質量的兩大主要因子，而鮮草產量主要由單位面積株數和單株鮮質量構成[14]，其值的大小直接反映牧草地生產力水平的高低。

表4 供試老芒麥各項測定指標平均值描述統計Table 4 Descriptive statistics of average value of determined indicators of Elymus sibiricus Linn.

表5 供試老芒麥各項測定指標間的相關性分析Table 5 Correlation analysis between determined indicators of Elymus sibiricus Linn.

3 討論與結論

由于康藏高原特殊的自然地理條件，其草地生態系統對外界干擾具有高度敏感性，加之該地區牧草生長期較短，尤其是冬春供應不平衡，植被一旦遭到破壞，將會導致地表土養分和水土狀況急劇惡化，甚至陷入草地持續退化的惡性循環。因此，在退化草地修復中應首要考慮補充土壤中必要的養分和水分，針對不同牧草類型選擇對其生長和產量最有利的施肥和土壤保濕處理方案，這也是提高草地生產力水平的關鍵。本研究結果表明，在保濕劑基礎上施加復合肥或微生物菌劑均能有效改善牧草的植物學性狀，促進植株生長，在一定程度上增加牧草的株高、分蘗數和單株鮮質量，從而提高其鮮草產量，這與鄭茗月等[15]的研究結果較一致。

本研究通過新復極差分析，同一牧草在6種施肥和土壤保濕處理下的生長指標較對照處理有不同差異程度的增加。在同一保濕處理下，供試牧草在單施微生物菌劑(T2、T5)處理下的株高、分蘗數和單株鮮質量測定值均大于在單施復合肥(T1、T4)處理下的測定值，在株高上的差異尤其顯著，最高時可增加122.1%，說明相較復合肥，微生物菌劑對改善牧草生長性狀效果更好。微生物菌劑中的復合微生菌群能有效抑制土壤病蟲害生長，促進板結土壤中難溶性養分的溶解和釋放，使土壤中的營養元素、促生物質等誘導植物的外在形態和生產性能向有利的方向發展[16]。有研究證明微生物可顯著增加土壤養分和土壤粘度，從而對植物的生長發揮效用[17]。另外，本研究發現在單倍保濕劑下，T3處理各牧草的生長指標均比T1和T2高；雙倍保濕劑下，除紫花苜蓿的分蘗數和單株鮮質量表現為T5高于T4和T6處理，即兩種肥料混合配施可能會對微生物菌劑作用于苜蓿植株的肥效產生一定抑制外，其余牧草的各項生長指標均表現為T6高于T4和T5處理。這說明在復合肥基礎上適當配施微生物菌劑，能夠對多數牧草的生長發育發揮最大的促進作用。混合后復合肥的氮磷鉀可提高微生物的活性，從而更易被植物吸收利用，明顯提高肥效，這與張佼等[5]認為配施優于單施的結果一致。進一步比較分析可知，在混合配施處理下，單倍保濕劑能夠滿足老芒麥正常生長發育的水分需求，并使各項測定指標處于最優水平，這在一定程度上反映了老芒麥抗旱性較強；其他牧草的多數性狀指標則在雙倍保濕劑下更高。說明不同牧草在不同生長階段的需水量存在差異性，且多在雙倍保濕劑下生長更好。原因在于保濕劑與其他肥料混施后，可對肥料起到保水和緩釋雙重作用，增加土壤含水量，從而為微生物的生存繁殖提供良好的環境[18-19]。在牧草生長前期保濕劑效果普遍較好，生長后期由于被土壤微生物逐漸分解利用，加之自然降水量減少，雙倍保濕劑明顯比單倍保濕劑的保水保肥性能更持久，因而效果更好。

測定指標中，鮮草產量是衡量草種適應性強弱和生產潛力最直接且較為關鍵的指標[20]。本研究結果表明，針對不同牧草類型，其鮮草產量較高的處理有T6、T3和T2，其中產量在T6處理最高的有披堿草、燕麥和黑麥草，T3處理最高的有老芒麥和草地早熟禾，紫花苜蓿在T2處理達到最大值。說明微生物菌劑具有明顯的調控作用，復合肥和微生物菌劑配施可使多數牧草達到顯著的增產效果。而在單倍保濕劑下單施微生物菌劑對紫花苜蓿的生長和產量促進作用最大，但差異不顯著，這與宋雙雙等[19]認為低濃度保濕劑與中濃度微生物菌劑混施對紫花苜蓿生長的影響最佳觀點一致。產量受刈割時間、刈割茬數等多種因素影響，大量研究表明，禾本科牧草的最佳刈割期為孕穗至抽穗初期，豆科為現蕾至初花期[21]。本研究受限于試驗條件和周期，所測定的鮮草產量建立在牧草播種當季越冬前第一次刈割測產基礎上，除紫花苜蓿處于開花期外，其余牧草均處于孕穗至抽穗期，因此僅具有一定的參考性，后續研究尚需在此基礎上進行長期多次刈割測產以獲取累積產量，并作進一步分析。另外，研究發現不同植物在同一時期所表現出的生長性狀存在較大差異，這是因為植株自身特性及發育規律的差異使其對外界各種環境條件影響的反應不同，進而表現出的生長差異[22-23]。

由老芒麥測定指標間的變異特征和相關分析結果可知，各項指標之間具有不同的差異性和相關性。其中單株鮮質量與株高、分蘗數極顯著正相關，這與劉金平等[24]認為分蘗數、株高是決定禾本科植物單株生物量的主要因子結論一致；老芒麥的鮮草產量與單株鮮質量、單位面積株數分別呈極顯著、顯著正相關，這與鄢家俊等[25]認為密度與高度是決定禾本科植物鮮草產量的第一、二主要因子結論不同，而與游明鴻等[26]的研究結果類似，其差異在于單株鮮質量和株高在產量構成中的比重不同。同時也反映了本試驗選擇上述指標來研究不同處理對牧草的生長狀況和生產性能的影響，是符合客觀規律及生產實踐需求的，但由于植物形態的多樣性和相關評估因子的復雜性，還需進一步豐富測定指標，以進行更全面、準確地研究。

綜上所述，復合肥和微生物菌劑混合配施在康藏高原退化草地改良中具有較大的應用潛力。供試的6種牧草均能適應該地區生長，但草地早熟禾和紫花苜蓿生長較為緩慢。綜合考慮生長性狀和產量因素，在該試驗條件下，宜采用T6(即60 g·m-2復合肥+60 g·m-2微生物菌劑+ 7.95 g·m-2保濕劑)處理下的披堿草或T3(即60 g·m-2復合肥+60 g·m-2微生物菌劑+ 4.05 g·m-2保濕劑)處理下的老芒麥進行草地栽培推廣，從而有效實現高寒草甸草地資源的生態修復與社會經濟價值。由于特殊地區田間試驗受多種條件及因素影響，如播種季節、氣候條件等，不同試驗地牧草的增產效果或存在一定差異，加之農業生產過程較為復雜，在實際應用中應視草種特性、生境狀況等進行具體分析和處理。為彌補此方面的不足，后續研究工作將圍繞復合肥和微生物菌劑對特定牧草增產效果的最佳配比等方面展開。