第37卷第3期 草原与草坪2017年 91 不同施肥处理对高寒草地地上生物量及 植物群落特征的影响 王 娟 ,焦 婷 ,聂中南 ,祁 娟 ,张德罡 ,肖元明 ,霍诗梅 , (1.甘肃农业大学草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中一美草地畜牧业 可持续发展研究中心,甘肃兰州730070;2.Department of Environment and Primary Industries, Private Bag 105,Hamilton,Vic:3300,Australia) 摘要:试验以天祝高寒放牧草地植物为研究对象,进行了8种肥料(N,P,K,Zn,Cu,Mo,Se,B) 的根部喷施试验,于7月和8月份测定不同处理草地植物群落特征。结果表明:除禾草类群外,各施肥 处理对天祝高寒草地不同植物学类群地上生物量影响不显著(P>O.05),氮肥提高了禾草类植物的生 物量,但与对照差异不显著;施肥处理对赖草(Leymus secalinUS)、早熟禾(Poa pratensis)的盖度以及赖 草的密度有极显著影响(P<0.01)。 关键词:施肥;高寒草地;地上生物量;群落特征 中图分类号:S 812 文献标志码:A 文章编号:1009-5500(2017)03-0091-06 近年来,草原生态系统严重退化,其结构和功能显 响 。张杰琦等 州研究发现,氮素添加能改变植 著受损 ]。草原生态系统的退化机理及退化草地 物群落的盖度和物种丰富度,显著改变了植物群落的 恢复途径的研究成为草地生态学关注的热点之 地上生产力。桑杰等m 进行了高寒地区微肥对多年 一 ]。天祝高寒草地是江河源区主要植被类型,其 生人工草地生产性能的影响研究,结果表明B,Cu和 生物资源异常丰富,蕴育着众多世界上独特的土著生 Zn肥对牧草的地上生物量和种子产量有提高作用,且 物和物种资源,它的状况直接关系到我国江河源头的 B肥对中华羊茅(Festuca china)和冷地早熟禾(Poa 蓄水量和下游甚至整个亚洲东部生态系统安全[7]。由 alpigena)的分蘖密度和有效小穗数影响显著。当前 于自然和人为因素的影响,其生态系统平衡受到破 有关施肥对草地生态系统的影响多集中在N,P和K 坏[8],环境日趋恶化,草地严重退化。因此,修复与重 等大量元素的研究上,有关微量元素的相关研究仍不 建其生态系统是草地生态学研究中至关重要的工作。 多见n。]。此次研究探讨了在施加大量元素N,P和K 在严酷的环境压力下,仅靠自然恢复植被难度大,见效 以及Zn.Cu、、Mo、Se、B等5种微量元素的条件下,退 慢,只有辅助人为干扰才能加速退化草地的修复与重 化高寒草甸植物生产力、群落结构的变化,旨在为人工 建。施肥是人类在草地生态系统管理实践中的主要干 施肥措施在维持天然草地植物群落多样性及提高生产 扰类型之一_9],对生态系统恢复具有重要的影 力等方面提供理论依据。 1材料和方法 收稿日期:2015-07-13;修回日期:2017-02-25 基金项目:甘肃农业大学草业科学柔性引进人才科研基金 1.1研究区概况 项目(GSAU20000608);草业生态系统教育部重 天祝县位于甘肃省中部、祁连山东端,属青藏高原 点实验室项目(CYZS2O11005);甘肃农业大学 地区,地理位置为E 102。17 ~103。40 ,N 36。30 ~ SRTP项目(20130215)资助 37。35 。海拔2 960 m,气候寒冷,年均气温0.0℃,> 作者简介:王娟(1989一),女,甘肃陇西人,在读硕士。 0℃的年积温1 300℃,>10℃的年积温800℃,年日照 E-mail:wangjuangsau@163.com . 2 553 h。年降水量400 mm,年蒸发量1 398 mm,为降 焦婷为通讯作者。 水量的3倍多。日平均气温>1O℃的月份仅有7、8两 92 GRASSLAND AND TURF(2017) Vo1.37 NO.3 个月;无霜期30 d,但野生牧草仍有130 d的生长期。 试验地土壤为山地黑钙土,土壤表层O~10 cm的土层 1.4测定指标与方法 于2013年5月初施肥,7、8月两次测定地上植物 碳酸盐反应强,pH 7.5,0~40 cm土壤有机质高达 12 以上。含全氮0.77 ,全磷0.11 ,全钾2.14 , 水解氮496 mg/g,速效钾330 mg/g。 1.2试验设计 高度、盖度、密度。高度分别用直尺随机测定样方中各 主要优势种的高度10次,取其平均值;盖度用样点法 测定每种植物的分盖度;密度以每个样方中选择3个 i0 cm×10 cm小样方,计数每个样方中出现植物种的 株数\丛数\分蘖数;8月距地面3 cm刈割每个样方中 采用随机区组试验设计,选择N,P,K,Zn,Cu, Mo,Se,B等8种不同肥料分别施于所选的放牧样地。 牧草地上部分,并将每个样方内的草样按不同的植物 学类群(禾草类、莎草类、豆科类、杂草类、枯草类)进行 分类后称其鲜重,带回实验室置于120℃烘箱杀青15 样地选择在地势较平坦且具有代表性的地段,进行围 栏保护。试验设9个处理,其中8个处理各施1种肥 料,以不施肥为对照(CK)。每处理4次重复,共36个 样方,样方面积1 m×1 m。每个样方所施肥料溶解于 盛有100 mL蒸馏水的喷壶中,采用根部喷施法施肥, airn,然后在65℃烘箱烘7~8 h,烘至恒重,称其干重 并计算鲜于比,测定地上生物量。 再用等量蒸馏水冲洗喷壶,随后以同样的方式喷施于 样地。 I.3试验材料 2结果与分析 2.1 不同施肥处理对天祝高寒草地地上生物量的 影响 试验所选微肥种类及施用量见表1。每种微肥的 施用量参照文献I:17,19—22]。 表1微肥种类及施用量 Table 1 The type and amount of trace elements applied 与对照相比,不同施肥处理对天祝高寒草地地上 生物总量没有显著影响(P>0.05),仅N肥处理下地 上生物量高于对照以外,其余施肥处理下地上生物量 均表现出低于对照处理的趋势。N、Se肥处理下其鲜 干比显著高于P肥处理(P%0.05),同时N、se肥处理 之间差异不显著(P>0.05)。不同植物类群的生物量 对施肥处理的响应不同。豆科类、莎草类、杂草类和枯 草类植物的生物量对不同施肥处理没有表现出显著的 差异(P>0.05)。N肥处理下禾草类植物的生物量显 著高于K,Zn和Mo处理(P<O.05),并表现出高于其 他处理的趋势(表2)。 表2不同施肥处理下天祝高寒草地地上生物量 Table 2 Effects of different trace elements on the aboveground biomass of Tianzhu alpine meadow kg/hm 注:数据为平均值士标准误,同列不同小写字母表示差异显著(P<O.05);没有肩注表示差异不显著(P>O.05) 第37卷第3期 草原与草坪2017年 93 2.2不同微肥处理对天祝高寒草地优势种植物盖度 理对天祝高寒草地上主要牧草种高度均没有产生显 的影响 著影响(P>0.05);披碱草、针茅、早熟禾和其他种 测定时间和施肥处理之间的交互作用对披碱草、 的高度在不同测定时间之间表现出极显著差异(P< 针茅等主要牧草种及其他种的盖度均没有显著影响 0.01),赖草和篇蓄豆高度的差异在不同测定时间之 (P>0.05);洽草(Koeleria cristata)、篇蓄豆(Pocock— 间均达到显著水平(P%O.05),洽草和矮嵩草高度在 ia ruthenia)和其他物种的盖度对不同施肥处理、测定 不同测定时间之间仍未表现出显著差异(P>0.05) 时间均没有表现出显著差异(P>O.05);披碱草(Ely— (表4)。 mUS dahuricus)、针茅(Stipa capillata)和矮嵩草(Ko— 2.4不同微肥处理对天祝高寒草地主要植物种密度 bresia humilis)的盖度在不同施肥处理下不存在显著 的影响 差异,但是在不同测定时间披碱草、针茅和矮嵩草的盖 测定时间和施肥处理的交互作用对于天祝高寒草 度差异均达到极显著水平(P(O.01)。赖草盖度在不 地主要牧草种的密度同样没有产生显著的影响(P> 同施肥处理之间差异极显著(P<0.01),在不同测定 0.05)。不同施肥处理下仅赖草密度之间差异达到极 时间其盖度却差异不显著(P>0.05)。早熟禾在不同 显著水平(P%0.01)其余物种密度之间差异均未达到 施肥处理和不同测定时间其盖度差异均达到极显著差 显著水平(P>0.05),在不同测定时间之间,针茅、蔚 异(P<0.01)(表3)。 蓄豆、唐松草(Thalictrum aquilegifolium)的密度差 2.3不同微肥处理对天祝高寒草地主要植物种高度 异均达到极显著水平(P<0.01)。赖草、矮嵩草的密 的影响 度在不同测定时间没有表现出显著的差异(P>0.05) 测定时间和施肥处理的交互作用及不同施肥处 (表5)。 表3不同施肥处理下天祝高寒草地主要植物种盖度 Table 3 Effects of different trace elements on the groundcover(%)of major plant species in the Tianzhu alpine meadow 披碱草 27.8 27.7 26.4 25.6 34.0 30.3 26.1 36.1 37.7 NS NS 针茅 7.9 8.9 9.6 9.0 10.3 8.7 8.1 10.3 11.6 NS NS 赖草 22.4 28.5 21.0 31.7 30.6 24.7 25.3 27.8 24.8 NS NS 洽草 24.0 25.4 29.2 24.9 29.2 24.3 19.4 25.8 23.3 NS NS 94 GRASSLAND AND TURF(2O17) Vo1.37 No.3 矮嵩草 扁蓿豆 早熟禾 其他种 6.9 9.1 8.2 9.1 10.7 8.2 7.9 9.2 8.0 0.4 8.13 8.1 8.6 8.5 10.2 9.75 8.3 8.2 6.7 0.3 4.7 5.2 5.4 7.0 6.6 5.4 4.9 5.0 3.9 0.6 6.93 6.9 9.1 5.9 8.3 10.1 6.6 6.9 4.8 0.4 16.3 10.6 27.3 22.2 19.8 27.0 19.7 26.1 27.1 1.5 27.4 27.1 34.7 27.9 32.0 28.3 28.7 29.1 26.9 1.1 NS NS NS NS NS NS 7.4 6.4 10.5 9.6 10.9 10.3 9.0 9.9 8.6 1.1 11.8 17.8 21.2 17.1 18.7 17.7 17.5 16.3 l5.5 0.9 **NS NS 针茅 赖草 570.o 430.o 635.o 670.o t66.7 335.o 670.o 330.o 500.o 52.o 266.3 333.o 228.3 167.o 200.o 216.5 300.o 300.o l67.o 5o.1 ** 200.0 170.0 220.0 100.0 100.0 365.0 130.0 70.0 200.0 29.0 233.0 233.0 164.8 300.0 167.0 233.5 l33.0 100.0 333.0 28.0 NS 矮嵩草 扁蓿豆 唐松草 330.0 430.0 420.0 600.0 343.3 185.0 830.0 530.0 300.0 48.9 255.7 267.0 41 6.8 333.0 166.5 483.0 333.0 133.0 400.0 47.1 NS 600.0 600.0 685.01000.0400.0 600.0 870.0 900.0 8O0.0 62.0 544.3 500.0 483.3 533.0 450.0 566.5 300.0 167.0 533.0 59.7 ** 630.0 230.0 170.0 170.0 333.3 200.0 3O.0 830.0 200.0 42.1 133.3 167.0 125.0 33.0 350.0 216.5 100.0 100.0 200.0 40.6 ** 3 讨论 近年来,天祝高寒草原过度放牧加上草地生态系 量均低于对照,也可能是因为人为添加微量元素过量 而对植物生长产生抑制。 张杰琦等 在氮素添加对高寒草甸影响的研究 统本身的不断退化,其植物群落结构已遭到严重破坏, 依靠自然恢复能力来修复草地十分困难。施肥已成为 现代草原生态系统管理的一项重要措施Lg]。施肥对于 草地生态系统的作用主要是改变了土壤的营养状况, 中发现施氮肥增加了植物群落植被的高度和盖度。同 时也有学者发现l29 ,施用B,Zn和Mo肥能够不问 程度地提高苜蓿株丛数、改善结瘤、促进分枝、增加株 高,提高叶面积指数。施用适量的Se、cu肥不仅可以 促进植物生长发育,提高作物产量,而且可有效改善作 物品质,增强作物的抗逆性,提高作物产量 … ]。研 究结果表明,赖草和早熟禾的盖度对不同施肥处理表 导致植物竞争强度的改变,从而使植物群落发生改 变[2 ,仅少数研究发现土壤施肥并未引起植物群落的 明显改变 引。生物量是评价生态系统结构和功能 的基本数据,在高寒草地上施肥可以改善土壤的肥力 状况进而影响草地地上生物量[ ]。 研究发现氮肥处 理下禾草的生物量明显高于其他处理,这与张彦东 现出极显著差异,其余物种盖度均对不同施肥处理没 有显著的响应;不同施肥处理对试验中所有物种高度 的影响均没有表现出显著的差异,仅对赖草的密度产 生显著影响。试验得出的施肥对植物群落高度、盖度 和密度影响的结果与报道试验结果不一致,原因可能 是先前施肥试验尤其是添加微量元素的试验大多集巾 在单一农作物、中药材如紫花苜蓿印 、玉米I一 I、甜 等l_2 ]发现在严重退化的草地上添加氮肥后禾本科植 物大量增加的结果相符合。同时不同施肥处理对天祝 高寒草地地上生物总量没有显著影响,该结果与陈文 业等口 的施肥可明显提高草地生物量的结论不一致。 这可能与施肥量、试验样地植物群落的不同有关,或者 是试验处理所添加的营养元素并不是该生态系统的限 制性因素。微量元素对植物的生长具有重要的作用, 菜[ ]、燕麦[“]、柴胡等[ 或者是人工草地[∞ ,其种 群单一,种间关系和群落内环境可能与天祝高寒草地 完全不同,同样也可能是由于不同试验具体的试验条 件不同造成。退化和演替阶段的不同可能也是导致试 验结果差异的一个重要原因。由于试验条件的本 但是过量使用微量元素也会对植物生长产生负效 应L2引,试验中所有微量元素肥料处理下草地地上生物 第37卷第3期 试验仅有一个试验梯度且没有组合施肥处理,在后续 试验中可尽量设置多个试验梯度和更多的施肥处理, 以期获得天祝高寒草地更加准确的施肥数据。 4 结论 在本研究中,施肥处理对天祝高寒草地不同植物 类群地上生物量无显著影响;施肥处理与测定时间对 天祝高寒草地植物群落特征无交互作用,不同物种对 施肥处理的响应不同,高寒植物群落特征具有明显的 时间效应,施肥处理对高寒草地植物群落特征的影响 还需进一步研究。 参考文献: [1] 陈全功,卫亚星,梁天刚.青海达IEI县退化草地研究I退化 草地遥感调查[J].草业学报,1998,7(2):58—63, [2]韩永荣.青藏高原生态退化的原因和对策EJ].水利发展 研究,2002(6):27—32. [3]顾自林,赵忠.祁连山北麓草原生态环境现状及保护对策 [J].草原与草坪,2009(5):8O一83. [43张海峰,刘峰贵,周强,等.青海南部高原高寒草场退化机 理及生态重建[J].自然灾害学报,2004,13(4):115—120. [5]崔向新.希拉穆仁草原退化特征及其受损恢复机理研究 [D].呼和浩特:内蒙古农业大学,2008. [6]李凤霞,张德罡.草地退化指标及恢复措施[J].草原与草 坪,2005(1):24—28. [7]王荃,洪绂曾,宗锦耀.“三江源”地区草地资源现状及持 续利用途径[J].草地学报,2005(13):28—32. [8]陈全功.江河源区草地退化与生态环境的综合治理[J]. 草业学报,2006,16(1):10—15. [9]李娜娜.管理措施对高寒草甸植物群落地上、地下生产力 的影响[D].兰州:兰州大学,2014. [1O]陈子萱,田福平,郑阳.施肥对玛曲高寒沙化草地主要植 物种生态位的影响[J].草地学报,2011,19(5):84—88. [11]德科加.青藏高原高寒草甸草地N、P、K施肥组合研究 [J].草原与草坪,2010,30(4):22—25. [12]曹文侠,李文,李小龙,等.施氮对高寒草甸草原植物群 落和土壤养分的影响[J].中国沙漠,2015,35(3):658— 666. [13]李小坤,鲁剑巍,陈防.牧草施肥研究进展[J].草业学 报,2008,17(2):136—142. [141施建军,马玉寿,董全民,等.“黑土型”退化草地人工植 被施肥试验研究[J].草业学报,2007,16(2):25—31. 草原与草坪2017年 95 [15] 陈文业,赵明,李广宇,等.不同类型施肥水平对甘南沙 化高寒草甸植物群落特征及生产力的影响[J].自然资 源学报,2012,27(2):254—267. [16] 张杰琦,李奇,任正炜,等.氮素添加对青藏高原高寒草 甸植物群落物种丰富度及其与地上生产力关系的影响 [J].植物生态学报,2010,34(10):1125—1131. [17] 桑杰,王垄,王生耀.高寒地区微肥对多年生人工草地生 产性能的影响[J].草业与畜牧,2007(5):14—17. [18] 白玉婷,卫智军,刘文亭,等.草地施肥研究及存在问题 分析[J].草原与草坪,2016,28(2):7—12. [19] 杨定国.川I西北草原土壤硼、锰丰缺状况初探[J].环境 科学学报,1989,9(3 301—307. [20] 李丽霞,郝明德.黄土高原地区长期施用微肥土壤Cu、 Zn、Mn、Fe含量的时空变化[J].植物营养与肥料学报, 2006,12(1):44—48. [21] 贾恒义,彭琳.黄土丘陵区草地土壤微量元素的初步研 究口].草业科学,1990,7(1):35—38. [22] 郭孝.Fe、Zn、B、Mo四种微肥在人工草地中应用的探讨 [J].中国草食动物,2004,24(4):42—44. [23] Goldberg D E,Miller T E.Effects of different resource additions of species diversity in an annual plant commu— nityEJ].Ecology,1990,71(1):213—225. [24] Theodose T A,Bowman W D.Nutrient availability,plant abundance,and species diversity in tWO alpine tundra communities[J].Ecology,199q,78(6):1861—1872. [25] Huberty L E,Gross K L,Miller C J.Effects of nitrogen addition on successional dynamics and species diversity in Michigan old-ifelds[J].Journal of Ecology,1998,86 (5):794—803. [26] 张彦东,沈有信,刘文耀.金沙江干旱河谷退化草地群落 对氮磷施肥的反应[J].植物研究,2004,24(1):59—64. [27] 权国玲.人工施肥对天然羊草草原土壤与植物群落的影 响[D].兰州:兰州大学,2016. [28] 张衡锋,张焕朝,韦庆翠,等.4种微肥对番红花生长、品 质及产量的影响[J].南京林业大学学报(自然科学版), 2016,40(1):169一i73. [29] 王克武,陈清,李晓林.施用硼、锌、钼肥对紫花苜蓿生长 及品质的影响[J].土壤肥料,2003(3):24—28. [3O] 郭孝.Fe、Zn、B、Mo四种微肥在人工草地中应用的探讨 [J].中国草食动物,2004,24(4):42—44. [31] 张新军,杨才,曾昭海,等.叶面喷施硒肥对裸燕麦产量 和品质的影响[J].麦类作物学报,2015,35(3):408— 96 GRASSLAND AND TURF(2017) Vo137 NO.3 .4l2. 研究EJ].中国农学通报,2015,31(33):160—165. E353 孟杰,陈兴福,杨文钰,等.锌硼钼配施对jE柴胡产量及 E32]董晓兵,郝明德,姜梅,等.微肥对羊草干草产量及品质 的影响EJ].西北农业学报,2015,24(1):137—143 [33] 李青军,李宁,胡国智,等.微肥对玉米生长发育、养分吸 柴胡皂苷a,d含量的影响[J].中国中药杂志,2014,39 (22):4297—4303. 收及产量的影响[J].中国土壤与肥料,2013(4):83—87. [34]张福顺,刘乃新,吴玉梅.过量铜对甜菜营养吸收的影响 [36] 张途正,王生耀.高寒地区微肥对多年生人 I=草地生产 性能的影响口].草原与草坪,2009(6):20—23. Effect 0f different fertilization treatments on ● 1 l ● 1 ・ aDoveground bl0mass and community CnaraCterlStlCS 0f alpine meadOW■ ■ ● ●Ii 一 ‘ 1 WANG Juan1,JIAO Ting ,NIE Zhong—nan ’。,QI Juan ,ZHANG De—gang . XIAO Yuan—ming .HUO Shi—mei (1・College oj Pratacultural Science,Gansu Agricultural University/Key Laboratory oJ Grassland Ecosy st t, MinistrY Of Education/Pratacultural Engineering Laboratory oJ Gansu Province/SincrU.S.Centers fe r Grazingland Ecosystem Sustainability,Lanzhou 730070,China;2Department oJ’Envir0nin t .and Primary Industries,Private Bag 105,Hamilton,Vic3300,Au trali“) .Abstract:In order tO explore the effects of different fertilization treatments on plants in degraded alpine meadow,8 fertilizers(N,P,K,Zn,Cu,Mo Se,B)were sprayed on pasture and the characteristics of Dlant㈣m— munity in July and August 2013 were measured inTianzhu.The results showed that the differences of aboveground biomass among the different plant groups under different treatments were nOt significant(P l二 O.05)except grass group.The aboveground biomass of grass group under K fertilizer treatment was significal1t— ly lower than that under N,Cu fertilizer treatments and control(P<O05).Compared with the control,N fe rti卜 .izer increased aboveground biomass of grass apparently(P>005).There were no significant interactions be— .tween fertilization treatments,and the responses of different species to fertilization treatments variedThe fert .lization treatments showed significant effects only on the coverage of LeymussecalinusPoapratensis and the ,density of L.secalinus(P<O.O1),and no significant effects on the coverage,density of other species and thc height of all of species were found(P>O05). .Key words:fertilization;alpine meadow;aboveground biomass;communitv characteristics