综合修复措施对高寒退化草地土壤特性的影响

李智燕，杨 浩，莫负涛，张贞明，杨延东，王洮源，金加明*

（1.甘肃省草原技术推广总站，甘肃 兰州 730010；2.碌曲县草原站，甘肃 碌曲 747200）

甘南藏族自治州地处甘肃省西北部，青藏高原东北边缘，是黄河和白龙江两大流域的水源涵养地[1]。全州天然草地面积272.27万hm2，占全州土地总面积的70.25%，可利用草场面积256.8万hm2，中度以上退化面积154.1万hm2，占天然草地总面积的56.6%[2]。近年来，受全球气候变暖、草原保护力度不足、草地利用方式不当、草地生态修复技术转化利用率低、草地掠夺式开发和长期超载放牧等因素的影响，天然草地退化问题依然严峻[3]。退化草地的修复治理是生态建设面临的重要任务，其不仅仅是草地生产力的修复，更是整个草地生态系统的正向演替发展。在应用传统草地修复措施的基础上，可以应用草地微生物菌肥进行综合修复。微生物菌肥是安全、绿色、无污染的环保型肥料，可以部分代替化肥应用于农业生产，它能够分解土壤中的有毒、有害物质，改善土壤结构，提高土壤有机质含量和改良盐碱地。因此，运用综合修复措施对退化草地的修复治理、生物多样性的恢复和草地生态系统的持续稳定向好具有实际意义。

草地生态系统是地球上最重要的生态系统之一，有调节气候、涵养水源和固碳等生态功能[4-5]。就草地生态系统而言，土壤是重要的基础组成部分，是植物、动物和微生物生存的载体，土壤中的生物活动不仅对土壤自身产生直接影响，而且对土壤上生长的草地生物群落产生影响[6-7]。植物生长所需要的水分和矿物质等养分由土壤直接供给，土壤品质的优劣直接影响生物多样性[8]，其养分含量不仅影响草地植物的生长发育，而且反映退化草地的修复效果，是草地生态系统健康评价的重要因素之一[9]。因此，研究综合改良措施对退化草地土壤特性的影响，对评价退化草地修复效果具有指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

碌曲县属甘南藏族自治州，地处甘、青、川三省交界处，青藏高原东部，海拔2 900～4 482 m，年平均气温2.3 ℃，气候特征表现为高寒湿润、降温频繁。年平均降水量650 mm，集中于6—8月。草地植物生长期约155 d，枯黄期210 d，境内尕海花格村、尕秀村和秀哇村3个自然村地处洮河源头。试验地位于碌曲县尕海镇尕秀村和秀哇村。试验地所在区域因过度放牧，草地表现为植被稀疏、低矮、盖度低，黄帚橐吾等毒杂草多，可食牧草种类不丰富，草地呈现退化演替[10]。

1.2 试验设计

针对不同退化程度的高寒草地，选择适宜的乡土草种，采用“灭鼠+补播（25%燕麦+75%垂穗披碱草）+草地微生物菌肥”的综合修复方式进行退化草地修复，具体修复年限设计见表1。于2022年选择有代表性的不同修复年限的草地进行土样采集，对照区为未经补播和未采用灭鼠措施的退化草地。

表1 综合修复措施试验处理

1.3 调查方法

在每个改良区域取样，每个样区随机确定3个取样点，分别以每个取样点为中心，在半径3 m的范围内用内径4 cm的土钻按0～10 cm、10～20 cm土层各随机取5钻土样，以每5钻土样组成1个混合土样（各采样区均为3个），标注标签，样品带回实验室。

测定土壤样品含水量：将样品均匀铺开放置于干燥阴凉通风处，自然风干，常翻动，并注意防止污染。待土壤样品完全风干后，碾磨，0.5 mm孔径过筛后装袋封存，待测。

土壤养分测定方法：含水量测定用铝盒法；土壤全氮含量测定用凯氏定氮法；土壤酸碱性测定用电位法；有机质含量测定用重铬酸钾硫酸氧化比色法；速效氮含量测定用钠氏试剂比色法；速效磷含量测定用钼兰比色法；速效钾含量测定用火焰光度计法[11]。

1.4 数据处理

用Excel和SPSS 17.0软件对试验数据进行统计处理、显著性检验及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 综合措施对不同修复年限草地土壤有机质的影响

对综合措施下不同修复年限的草地土壤有机质含量进行测定，结果表明（表2），0～10 cm和10～20 cm的土层有机质含量随草地修复年限的增加而显著上升。修复5年和修复4年的草地有机质含量无显著性差异，但均显著高于修复1年的处理和退化对照。

表2 综合措施对不同修复年限草地土壤有机质的影响

2.2 综合措施对不同修复年限草地土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量的影响

对综合措施下不同修复年限草地的土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量等进行测定，结果表明（表3、表4、表5），随着综合修复年限的增加，0～10 cm和10～20 cm土层的碱解氮含量逐渐降低；速效磷含量修复5年最高，与修复4年、修复当年和对照差异显著（P＜0.05），但与未退化草地的差异不显著；随着修复年限的增加，土壤速效钾含量呈降低趋势，对照组含量最高，补播当年的速效钾含量显著高于补播4年、5年的处理及未退化草地。

表3 综合措施对不同修复年限草地土壤碱解氮含量的影响

表4 综合措施对不同修复年限草地速效磷含量的影响

表5 综合措施对不同修复年限草地速效钾含量的影响

2.3 综合措施对不同修复年限草地土壤全量氮磷钾含量的影响

对综合措施下不同修复年限草地土壤的氮磷钾含量进行测定，结果表明（表6、表7、表8），0～10 cm土层退化草地的土壤全氮含量显著高于其他处理，而其他各年限处理间无显著差异。10～20 cm土层在修复当年和退化草地土壤的全氮含量显著高于其他处理。0～10 cm土层中，修复当年的土壤全磷含量显著低于其他处理，而其他不同恢复措施和退化程度下的草地全磷含量均无显著差异，0～20 cm土层的全磷含量对草地退化和不同恢复年限无显著响应。0～10 cm土层中，不同修复年限草地土壤的全钾含量随修复年限的增加呈递增趋势，退化对照下的草地全钾含量显著低于未退化草地和修复4年、5年的草地（P＜0.05）。

表6 综合措施对不同修复年限草地土壤氮含量的影响

表7 综合措施对不同修复年限草地土壤磷含量的影响

表8 综合措施对不同修复年限草地土壤钾含量的影响

2.4 综合措施对不同修复年限草地土壤理化性质的影响

对综合修复措施下的草地土壤理化性质进行研究，结果表明（表9、表10、表11），0～10 cm土层中，对退化草地采取恢复措施后其土壤容重与对照相比均显著降低（P＜0.05），土壤容重表现为未退化＞退化对照＞修复各年限，10～20 cm的土壤容重各处理间无显著差异（P＞0.05）。10～20 cm土层中，土壤紧实度在修复当年最高，对照组显著低于其他修复处理。0～10 cm土层中，土壤紧实度在各修复年限下与未退化草地相比无显著差异（P＞0.05）。随着补播年限的增加，土壤含水量显著降低（P＜0.05）。未退化草地和补播5年草地的土壤含水量在10～20 cm土层中差异不显著（P＞0.05）。

表9 综合措施对不同修复年限草地土壤容重的影响

表10 综合措施对不同修复年限草地土壤紧实度的影响

表11 综合措施对不同修复年限草地土壤含水量的影响

对研究区不同退化程度及不同修复年限下的草地土壤渗水特性进行研究，结果表明（表12），各深度土层的初渗率呈现重度退化＞修复草地＞未退化草地的变化规律，其中修复5年的初渗率显著小于修复4年处理。而稳渗率以修复当年最小，且修复5年＞修复4年处理。平均渗透速率与退化程度呈正相关，即重度退化下的平均渗透速率最大。

表12 综合措施对不同修复年限草地土壤渗水特性的影响

3 讨论与结论

草地土壤养分是评价草地健康与否的指标之一，是草地生态系统生物群落稳定性、土壤状况以及退化程度的重要体现，对于研究草地生态学具有重要意义[12-13]。研究表明，植被退化引起高寒草原土壤退化，草地发生严重退化后，植物难以生长，土壤裸露，土壤养分随之减少[14]，因此退化草地的修复归根结底是草地土壤的修复。

土壤中的有机质含量随着草地修复年限的增加而上升是因为草地修复措施的实施减缓了表层土壤的风蚀和流失[15]。随着修复年限的增加，土壤碱解氮含量逐渐减少。研究表明，修复5年草地的地上生物量和物种数显著大于其他退化处理，为维持植物正常生命活动，在这个过程中加速了对碱解氮的消耗；随着修复年限的增加，土壤速效钾含量减少，补播当年的速效钾含量高于补播4年、5年的处理，主要是因为草地修复后地上和地下生物量的增加，使得对土壤速效钾的转化利用增加，减少了土壤钾素的累积。

退化对照草地的土壤全氮含量显著高于其他处理，草地修复后减缓了土壤全氮的累积速度，可能与植被盖度增加后对速效氮的吸收转化加快从而加速了全氮的矿化有一定关系[16]。草地恢复4～5年后，0～10 cm土层的土壤全钾含量显著增加。由于草地修复后植被盖度增加，水热因子和家畜践踏导致土壤疏松，减少了钾的矿化，修复措施一定程度上促进了对钾的固持，使得土壤全钾含量增加。

土壤容重是土壤紧实状况的直接反映，影响着土壤中水、肥、气、热等的变化与协调[17]。退化草地经过改良后的土壤容重都显著低于对照，这是因为修复后土壤透气性增加。草地修复后植被盖度增加，表层植物根系增加，使表层土壤疏松的情况得以改善。修复草地的土壤含水量显著降低，因为重度退化草地土壤裸露面积较多，对降雨的吸收作用强，而未退化草地和修复5年的草地植被盖度较大，牧草对降雨的截留作用较强，使得土壤渗入的水较少，同时，单位面积内的牧草覆盖度较高使得植物根系对土壤水分的吸收能力变强，加之植物蒸腾，造成未退化草地和补播5年草地的表层土壤含水量较小，而下层土壤含水量较多[18-19]。

综合来看，根据当地气候特点，对于不同退化程度高寒草地选择适宜的乡土植物来修复，具体采用“灭鼠+补播（25%燕麦+75%垂穗披碱草）+菌肥”措施，随着修复年限的增加，草地生产能力提高，土壤有机质含量随之增加，其他土壤理化特性指标变化虽不一致，但土壤的透气性、蓄水能力持续向好，使草地环境向良性方向发展[20-22]。补播与灭鼠传统措施配合微生物菌肥同时进行，对退化草地的修复治理有良好效果，但由于不同退化类型草地物种丰富度不同，退化草地群落结构不稳定，对草地修复的碳汇评价等方面的影响还需要进一步研究。