幾種不同修復(fù)方式對(duì)天然退化草地恢復(fù)效果的研究

宋曉輝，金 凈，阿拉塔，劉亞玲，胡努斯吐，邢 旗

(蒙草生態(tài)環(huán)境（集團(tuán)）股份有限公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010030)

草原不僅是畜牧業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境場(chǎng)所，有防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候以及維持生物多樣性等作用[1]?；哪菰遣莸厣鷳B(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是抵御荒漠化的最后一道生態(tài)屏障[2]。但近年來(lái)的過(guò)度放牧和氣候變暖等現(xiàn)象日漸突出，使得草地發(fā)生不同程度的退化，給生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)極大的危害[3]。

草地退化及退化后果引起了政府部門(mén)的高度重視，進(jìn)而采取了相關(guān)措施并取得了一定成效。目前，天然退化草地的修復(fù)方式主要有圍封禁牧、施肥、補(bǔ)播和使用保水劑等[4]。圍封禁牧下的植被可以得到一定程度的恢復(fù)[5]，植物群落高度、蓋度、密度和生物量都有所提高[6-7]。合理適度地施肥是改善退化草地的重要措施之一，其可以增加土壤肥力，改善草地植物群落結(jié)構(gòu)[8]。對(duì)退化草地進(jìn)行補(bǔ)播，可增加優(yōu)質(zhì)牧草比例、提高植被蓋度和生物量，進(jìn)而起到改良與修復(fù)作用[9]。保水劑吸收的水分有85%以上對(duì)植物有效，其可隨著植物的生長(zhǎng)和根際土壤水分的變化反復(fù)釋放和吸收水分,供植物根部緩慢吸收利用[10]。

草地退化是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，只憑借單一的方法很難起到理想的治理效果，退化草地的恢復(fù)要求必須將圍欄封育、補(bǔ)播和施肥等多種技術(shù)手段有效結(jié)合起來(lái)[11]。本研究首先在退化的天然草場(chǎng)進(jìn)行圍封禁牧，而后分別設(shè)置了補(bǔ)播、補(bǔ)播+保水劑、施肥、帶水補(bǔ)播、補(bǔ)播+施肥和對(duì)照等不同處理，旨在探討不同處理下植被的物種數(shù)、高度、蓋度和生物量會(huì)發(fā)生怎樣的改變。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地選擇在錫林郭勒盟蘇尼特右旗賽罕塔拉鎮(zhèn)都呼木嘎查，其位于 112°32′56″E 和 42°42′17″N，地處荒漠草原，年均降水量約為180 mm，多年平均氣溫為3.6℃，無(wú)霜期為135 d，植被蓋度為15%～40%[12]。植被層低矮且稀疏，種類(lèi)組成較為貧乏，植物群落由近30種植物組成。建群種為短花針茅，優(yōu)勢(shì)種為無(wú)芒隱子草和冷蒿。主要伴生種有銀灰旋花、多根蔥、沙蔥、細(xì)葉蔥、櫛葉蒿、狹葉錦雞兒、木地膚、冰草、阿爾泰狗娃花、羊草以及豬毛菜等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇地勢(shì)平坦的樣地圍封禁牧，其長(zhǎng)度為120 m,寬度為60 m。在圍封樣地內(nèi)設(shè)置6個(gè)不同試驗(yàn)處理，分別是補(bǔ)播、補(bǔ)播+保水劑、施肥、帶水補(bǔ)播、補(bǔ)播+施肥和對(duì)照，3次重復(fù)，共計(jì)有18個(gè)小區(qū)（圖1）。

圖1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)圖

2018—2020 年，于每年的5月初開(kāi)始試驗(yàn)。補(bǔ)播采用約翰迪爾18行免耕播種機(jī)進(jìn)行條播，行距為15 cm，深度為2～3 cm。將一年生和多年生的豆科與禾本科牧草相結(jié)合，選用燕麥草、冰草（蒙古冰草、沙生冰草、扁穗冰草）、沙打旺、草木樨等適合荒漠草原生長(zhǎng)的植物種進(jìn)行搭配組合。補(bǔ)播量為l5 kg/畝，其中一年生燕麥草為1.5 kg/畝，冰草（蒙古冰草、沙生冰草、扁穗冰草）為3 kg/畝，沙打旺為0.3 kg/畝，草木樨為0.2 kg/畝。復(fù)合肥用量為15 kg/畝。帶水補(bǔ)播系利用蒙草公司與內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院共同研制的帶水免耕播種機(jī)免耕補(bǔ)播混合草種，用水量為3.5 t/畝。補(bǔ)播+保水劑的處理方法是利用免耕播種機(jī)免耕補(bǔ)播混合草種，保水劑用量為4 kg/畝。

1.3 數(shù)據(jù)采集

2018—2020 年，于每年的8月末在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)1 m×1 m的樣方，分別觀測(cè)每個(gè)樣方內(nèi)植物的物種數(shù)、植被高度和群落蓋度，然后將樣方內(nèi)的每個(gè)物種齊地刈割，把生物量裝袋記錄，并帶回實(shí)驗(yàn)室在65℃下烘干48 h，稱(chēng)重記錄其重量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，使用Sigmaplot10.0繪圖，使用SAS9.0分析軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 年份和不同處理對(duì)物種數(shù)、植株平均高度、蓋度和生物量的影響

由表1可以看出，不同年份對(duì)群落物種數(shù)、植被平均高度、群落蓋度和生物量都沒(méi)有產(chǎn)生顯著性影響（P＞0.05）。不同處理對(duì)群落物種數(shù)和群落蓋度產(chǎn)生了極顯著影響（P＜0.001）。年份和不同處理的交互作用對(duì)群落物種數(shù)、植株平均高度、群落蓋度和生物量也都沒(méi)有產(chǎn)生顯著性影響（P＞0.05）。

表1 年份和不同處理對(duì)物種數(shù)、植株平均高度、蓋度和生物量影響程度的雙因素方差分析

2.2 不同處理對(duì)群落物種數(shù)的影響

群落物種數(shù)在補(bǔ)播、補(bǔ)播+保水劑、帶水補(bǔ)播、補(bǔ)播+施肥的處理下和對(duì)照之間沒(méi)有顯著性差異 （P＞0.05），施肥處理下的物種數(shù)顯著低于補(bǔ)播、帶水補(bǔ)播和對(duì)照（P＜0.05），但與補(bǔ)播+保水劑和補(bǔ)播+施肥處理之間沒(méi)有顯著性差異（P＞0.05）（圖2）。

圖2 不同處理的群落物種數(shù)的單因素方差分析

2.3 不同處理對(duì)植株平均高度的影響

植株平均高度在6個(gè)不同處理下的排列順序是：施肥＞補(bǔ)播+施肥＞帶水補(bǔ)播＞補(bǔ)播+保水劑＞對(duì)照＞補(bǔ)播，但差異均不顯著（P＞0.05）（圖3）。

圖3 不同處理的植株平均高度的單因素方差分析

2.4 不同處理對(duì)群落蓋度的影響

施肥處理下的群落蓋度較帶水補(bǔ)播和補(bǔ)播+施肥處理高出 62.31%和 61.64%（P＜0.05），與補(bǔ)播、補(bǔ)播+保水劑和對(duì)照之間沒(méi)有顯著差異（P＞0.05），群落蓋度在補(bǔ)播、補(bǔ)播+保水劑、帶水補(bǔ)播、補(bǔ)播+施肥和對(duì)照之間的差異均不顯著（P＞0.05）（圖4）。

圖4 不同處理的草群蓋度的單因素方差分析

2.5 不同處理對(duì)群落生物量的影響

由圖5可知，群落生物量在帶水補(bǔ)播處理下最高，在補(bǔ)播處理下最低，但6個(gè)不同處理之間的差異均不顯著（P＞0.05）。

圖5 不同處理的生物量的單因素方差分析

3 討論

植物群落特征不僅能反映植物在群落中的地位和作用，而且還是植物對(duì)環(huán)境干擾所做出的響應(yīng)。植物種群高度、蓋度和密度最終會(huì)影響到群落高度、蓋度和密度的變化[13-14]。群落高度、蓋度、密度、生物量和物種數(shù)都會(huì)受到降水、放牧等因素的影響。降水量的變化直接影響土壤含水量，間接影響植物根系的生長(zhǎng)，進(jìn)而可以改變植物的高度、密度、蓋度和生物量等[15-16]。放牧家畜在采食過(guò)程中通過(guò)踐踏損害了草地的物理結(jié)構(gòu)，如緊實(shí)度、通透性等，這使得土壤中有機(jī)物質(zhì)的分解速度變慢，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分對(duì)植物根系供應(yīng)不足，最終阻礙植株的生長(zhǎng)發(fā)育[17]。在本研究中，不同年份對(duì)群落物種數(shù)、植被平均高度、群落蓋度和生物量均沒(méi)有產(chǎn)生顯著性影響，這可能是因?yàn)樵囼?yàn)地前期已被圍封禁牧，如此就排除了家畜對(duì)草地的采食和踐踏行為。還可能是因?yàn)檫B續(xù)3年牧草生長(zhǎng)旺季的降水量沒(méi)有發(fā)生顯著變化，植物根系吸收水分和養(yǎng)分的能力由此受到限制，導(dǎo)致試驗(yàn)地內(nèi)的植物群落特征沒(méi)有產(chǎn)生顯著性變化。

施肥作為草原生態(tài)系統(tǒng)管理的一項(xiàng)重要措施，其作用是改變土壤養(yǎng)分和影響植物群落的種間競(jìng)爭(zhēng)，最終使植物群落發(fā)生改變[18]。在本試驗(yàn)的6個(gè)不同處理中，施肥處理下的物種數(shù)顯著降低，而蓋度顯著高于其他處理，這與張杰琦等[19]的研究結(jié)果相符合。其原理是施復(fù)合肥只對(duì)群落中的某些種群起到促進(jìn)作用，這類(lèi)植物在群落種間競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，可以快速生長(zhǎng)發(fā)育。而對(duì)不喜復(fù)合肥的植物起到了抑制作用，且這類(lèi)植物在競(jìng)爭(zhēng)中較為弱勢(shì)，生長(zhǎng)緩慢，所以最終導(dǎo)致施肥處理下的群落蓋度高而物種數(shù)低[20]。生物量是評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)的基本數(shù)據(jù)，施肥通過(guò)改變土壤肥力進(jìn)而對(duì)草地生物量產(chǎn)生影響[21]。張永超[22]等研究發(fā)現(xiàn)，在退化草地進(jìn)行補(bǔ)播可以提高草地生產(chǎn)力，增加優(yōu)質(zhì)牧草的比例和蓋度。但在本試驗(yàn)中，施肥、補(bǔ)播等6個(gè)不同處理就群落生物量而言沒(méi)有出現(xiàn)顯著性差異，這與陳文業(yè)[23]、張永超[22]等人的研究結(jié)果不一致。此可能與試驗(yàn)樣地植物群落種類(lèi)的不同有關(guān)。施肥、補(bǔ)播等處理只增加了適宜生長(zhǎng)的牧草品種，這類(lèi)牧草具有更強(qiáng)的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)力，在原生植被中占據(jù)了重要位置，但適應(yīng)力弱的牧草品種沒(méi)有得到適宜生長(zhǎng)的環(huán)境，所以綜合起來(lái)生物量沒(méi)有發(fā)生顯著的變化[24]。植株的高度可以直觀地反映植株的生長(zhǎng)狀況。本試驗(yàn)中植株的平均高度在不同處理間沒(méi)有出現(xiàn)顯著性差異，這是由于將樣地內(nèi)長(zhǎng)勢(shì)較高的植株與長(zhǎng)勢(shì)較低的植株取其均值后產(chǎn)生抵消作用的結(jié)果。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)中，群落特征在年際間沒(méi)有發(fā)生明顯的變化；施肥改變了群落結(jié)構(gòu)特征，降低了群落的物種數(shù)，增加了群落蓋度；生物量和植株的平均高度在6個(gè)不同處理下沒(méi)有發(fā)生明顯改變。