貴州巖溶山區(qū)人工草地群落特征和生產(chǎn)性能對(duì)不同氮磷施肥組合的響應(yīng)

汪依 張明均， 楊 豐， 王建立， 柳 鑫， 田思惠， 田曉龍， 趙學(xué)春

(1.貴州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽(yáng) 550025； 2.貴州省草地技術(shù)試驗(yàn)推廣站，貴州貴陽(yáng) 550025)

施肥是管理人工草地的重要措施，是維持草地生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)平衡、產(chǎn)量和品質(zhì)的必要手段[1-2]，合理施肥是培育草地和防止草場(chǎng)退化的有效措施。牧草產(chǎn)量受多種因素的共同影響，其中施肥對(duì)牧草產(chǎn)量的影響最為顯著[3]，而且是管理者可以控制的最重要因素之一[4]。通過(guò)施肥調(diào)控可以使草地物種組成和產(chǎn)量保持在較為理想的水平[5]，但過(guò)量施肥不僅抑制牧草生長(zhǎng)，同時(shí)還造成肥料浪費(fèi)和環(huán)境污染等問(wèn)題，影響草地植物的正常生長(zhǎng)和品質(zhì)[6-7]。

貴州高原地處亞熱帶西部，境內(nèi)由于海拔的升高，具有溫帶濕潤(rùn)氣候特點(diǎn)。地形支離破碎，山地立體特征明顯，土壤風(fēng)化淋溶強(qiáng)烈，有機(jī)質(zhì)礦化快，人工草地中牧草所需的各種礦質(zhì)養(yǎng)分被大量淋失，草地土壤肥力低下，施肥量普遍比東部平原地區(qū)高20%左右[8]。貴州現(xiàn)有的18萬(wàn)hm2人工草地，因施肥或利用不當(dāng)導(dǎo)致退化的草地達(dá)11.98萬(wàn)hm2，合理施肥成為本區(qū)域草地持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)措施[9]。

關(guān)于我國(guó)南方人工草地合理施肥的研究主要集中在牧草產(chǎn)量和牧草營(yíng)養(yǎng)對(duì)施肥的反應(yīng)方面，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)上以單因素為主，鮮有2個(gè)、多個(gè)因素及它們的交互效應(yīng)對(duì)草地影響的研究。貴州巖溶山區(qū)氮肥和磷肥是人工草地群落肥力的主要限制因子，單獨(dú)施氮或磷增產(chǎn)幅度都比較低[10]，只有通過(guò)氮肥、磷肥的合理搭配施用才能充分發(fā)揮肥料的作用[11-12]，迅速補(bǔ)充草地土壤中所缺的營(yíng)養(yǎng)元素，提高牧草的產(chǎn)量和質(zhì)量[13]。本研究旨在探討貴州省巖溶山區(qū)人工草地群落特征和生產(chǎn)性能對(duì)氮、磷施肥組合的短期響應(yīng)及氮、磷施肥的最佳組合，并對(duì)人工草地生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，為貴州巖溶山區(qū)草地生產(chǎn)的合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所麥坪基地(26°15′～26°25′N，106°29′～106°37′E，平均海拔 1 050 m)，距離貴陽(yáng)市花溪區(qū)中心城區(qū)17 km，地處長(zhǎng)江、珠江分水嶺和南明河上游，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候帶，巖溶地貌發(fā)育典型。年均降水量1 100～1 200 mm，最冷月均溫 4.5 ℃，極端最低溫-6.0 ℃，極端最高溫35.0 ℃，無(wú)霜期270 d，日照時(shí)數(shù) 1 354 h，≥0 ℃和≥10 ℃年積溫分別為 5 400 h 和4 600 h。土壤類型以黃壤為主，pH值4.5～5.5，0～30 cm土層中全氮含量為0.17%，速效氮含量為 153.11 mg/kg，速效磷含量為 12.56 mg/kg。

研究區(qū)內(nèi)的人工草地以撒播的方式建植于2008年春夏之交，地勢(shì)較平坦，坡度小于5°，草地群落以多年生黑麥草和白三葉為共優(yōu)勢(shì)種，蓋度約為80%，草地利用方式為圍欄放牧，放牧強(qiáng)度約為7只羊/hm2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇坡度較小、地形和植被整齊均一的人工草地地塊，劃分3塊面積均為200 m2施肥區(qū)，按照6個(gè)氮肥施肥梯度(Ni，i=1，2，3，…)和6個(gè)磷肥施肥梯度(Pi，i=1，2，3，…)的完全交互組合方式，每個(gè)施肥區(qū)再劃分36個(gè)2 m×2 m的小區(qū)，各區(qū)的四角用木樁標(biāo)記，每個(gè)小區(qū)設(shè)3個(gè)重復(fù)，共計(jì)108個(gè)小區(qū)。氮肥和磷肥的供施肥料分別選用水溶性較好的尿素(N含量46%，顆粒直徑1 mm，市場(chǎng)價(jià)格為1.8元/kg)、重過(guò)磷酸鈣(P2O5含量16%，粉末狀，市場(chǎng)價(jià)格0.4元/kg)。氮肥施肥梯度分別為：N1：0 kg/hm2，N2：100 kg/hm2，N3：200 kg/hm2，N4：300 kg/hm2，N5：400 kg/hm2，N6：500 kg/hm2；磷肥施肥梯度分別為：P1：0 kg/hm2，P2：50 kg/hm2，P3：100 kg/hm2，P4：150 kg/hm2，P5：200 kg/hm2，P6：250 kg/hm2，氮肥、磷肥施肥組合見(jiàn)表1。

施肥于牧草生長(zhǎng)季節(jié)初期(2013年3月20日)進(jìn)行，按照表1的肥料配比方式將尿素和重過(guò)磷酸鈣均勻撒施在每個(gè)小區(qū)的土壤表面，每個(gè)施肥水平重復(fù)3次。同時(shí)進(jìn)行草地群落調(diào)查，于每個(gè)小區(qū)內(nèi)選取1 m2的樣方。為避免邊緣效應(yīng)，群落調(diào)查樣方距離小區(qū)邊緣50 cm。計(jì)測(cè)樣方的群落蓋度(%)、密度(株/m2)、高度(cm)，樣方內(nèi)每個(gè)物種的密度(株/m2)、高度(cm)、蓋度(%)。分物種剪取地上部分，裝袋帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，于80 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量，稱取每個(gè)物種的生物量(g/m2)、總生物量(g/m2)。以草地主要優(yōu)勢(shì)種處于最佳刈割時(shí)期(4月30日，多年生黑麥草、鴨茅為抽穗期，白三葉為現(xiàn)蕾期)進(jìn)行施肥后的草地群落調(diào)查，調(diào)查方法和內(nèi)容同施肥前。

表1 氮肥磷肥施肥組合小區(qū)

注：N表示尿素，P表示重過(guò)磷酸鈣。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel、SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、方差分析、多重比較與回歸分析。

采用以下公式計(jì)算人工牧草群落生物多樣性：

(1)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：H=-∑Pi/lnPi；

(2)Simpson多樣性指數(shù)：D=1-∑Pi2(i為1，2，3，…，S)；

(3)Pielou均勻度指數(shù)：J=H/lnS；

(4)Sorenson相似性系數(shù)：Cs=2j/(a+b)。

式中：S為物種總數(shù)；H為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)；Pi為抽樣個(gè)體屬于某一物種的概率；D為Simpson指數(shù)；J為Pielou均勻度指數(shù)；Cs為Sorenson相似性系數(shù)，j為2群落或樣地共有的種數(shù)，a為施肥前草地的物種數(shù)，b為施肥后草地的物種數(shù)。

經(jīng)濟(jì)效益分析采用以下公式計(jì)算：

(5)牧草產(chǎn)值=草地生物量×干草價(jià)格；

(6)牧草成本=肥料用量×肥料價(jià)格；

(7)牧草凈產(chǎn)值=各處理產(chǎn)值之和-肥料成本；

(8)效益增加值=施肥凈產(chǎn)值-未施肥凈產(chǎn)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對(duì)人工草地牧草高度、蓋度、密度的影響

2.1.1 牧草高度 施肥可以不同程度地影響人工草地的高度、蓋度、密度。從圖1-A可以看出，除N6P2處理外，施肥處理的牧草高度均明顯高于未施肥N1P1的牧草高度，牧草高度在N1P6處理下達(dá)到最大值，為(23.46±1.81) cm，比不施肥處理增高了95.5%。單施氮肥(NiP1，i=1，2，3，…)條件下，牧草高度隨氮肥施肥量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在N3P1施肥量時(shí)達(dá)到最大值，為(15.49±1.37) cm；當(dāng)磷肥在P2、P3、P4水平時(shí)，牧草高度隨氮肥施肥量增加亦呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)；當(dāng)磷肥在P5、P6水平時(shí)，牧草高度隨氮肥施肥量增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。單施磷肥(N1Pi，i=1，2，3，…)條件下，牧草高度隨磷肥施肥量的增加呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，在N1P6施肥處理下達(dá)到最大值，為(23.46±1.81) cm；當(dāng)?shù)适┓侍荻扔蒒2增加至N6時(shí)，牧草高度隨磷肥施肥量的增加升高趨勢(shì)逐漸變緩。

2.1.2 牧草蓋度 從圖1-B可以看出，施肥處理的群落蓋度均高于不施肥處理N1P1，群落蓋度在N2P6處理下達(dá)到最大值(95.02±2.99)%，與不施肥相比，蓋度增加了18.29%。單施氮肥(NiP1，i=1，2，3，…)條件下，群落蓋度隨氮肥施肥量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，最大值為(90.9±2.65)%；當(dāng)磷肥在P2、P3、P4、P5、P6水平時(shí)，群落蓋度隨氮肥施肥量增加亦呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，但增大的趨勢(shì)逐漸變緩，最大值出現(xiàn)的位置由P2、P3、P4水平時(shí)的N3位置逐漸前移至P5、P6水平的N2位置。單施磷肥(N1Pi，i=1，2，3，…)條件下，除N1P4施肥水平外，群落蓋度隨磷肥施肥量的增加呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，在N1P6處理下達(dá)到最大值，為(92.67±4.04)%；當(dāng)?shù)仕皆贜2水平時(shí)，群落蓋度隨磷肥施肥量增加亦呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)；當(dāng)?shù)仕皆黾又罭3、N4、N5、N6時(shí)，群落蓋度隨磷肥施肥量增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。

2.1.3 牧草密度 從圖1-C可以看出，施肥處理的群落密度均高于不施肥處理N1P1，群落密度在N2P3處理下達(dá)到最大值，為(15.07±1.55)株/m2，與不施肥處理相比提高了 74.02%。單施氮肥(NiP1，i=1，2，3，…)條件下，群落密度隨氮肥施肥量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在N4P1施肥量時(shí)達(dá)到最大值，為(11.27±1.78)株/m2；當(dāng)磷肥水平在P2、P3、P4、P5、P6水平時(shí)，群落密度隨氮肥施肥量增加亦呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。在單施磷肥水平上，群落密度亦呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，在N1P4施肥量時(shí)達(dá)到最大值，為(12.78±1.25)株/m2；當(dāng)?shù)仕皆贜2、N3、N4、N5、N6水平時(shí)，群落密度隨磷肥施肥量的增加均呈現(xiàn)先增大后逐漸減小的趨勢(shì)，當(dāng)?shù)适┓侍荻扔蒒2增加至N6時(shí)，群落密度隨磷肥施肥量的增加而變化的趨勢(shì)逐漸變緩。

2.2 施肥對(duì)人工草地群落多樣性的影響

2.2.1 Shannon-Weiner多樣性指數(shù) 施肥可以不同程度影響人工草地的生物多樣性。從圖2-A可以看出，除N4P6和N6P1處理外，施肥處理的Shannon-Weiner多樣性指數(shù)均明顯高于不施肥處理N1P1，Shannon-Weiner多樣性指數(shù)在N3P5處理下達(dá)到最大值，為0.76±0.06，比不施肥增高了38.18%。單施氮肥(NiP1，i=1，2，3，…)條件下，Shannon-Weiner多樣性指數(shù)隨氮肥施肥量增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在N2P1施肥量時(shí)達(dá)到最大值，為0.62±0.06；當(dāng)磷肥分別在P2、P3、P4、P5、P6水平時(shí)，Shannon-Weiner多樣性指數(shù)隨氮肥施肥量增加亦呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。在單施磷肥(N1Pi，i=1，2，3，…)條件下，Shannon-Weiner多樣性指數(shù)隨磷肥施肥量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在N1P5施肥處理下達(dá)到最大值，為0.73±0.07；當(dāng)?shù)试贜2、N3、N4、N5、N6水平時(shí)，Shannon-Weiner多樣性指數(shù)隨磷肥施肥量的增加均呈現(xiàn)先增大后逐漸減小的趨勢(shì)。

2.2.2 Simpson多樣性指數(shù) Simpson多樣性指數(shù)與Shannon-Weiner多樣性指數(shù)相同，從圖2-B可以看出，單施氮肥(NiP1，i=1，2，3，…)條件下，Simpson多樣性指數(shù)呈現(xiàn)先逐漸增大后逐漸減小的趨勢(shì)，當(dāng)磷肥分別在P2、P3、P4、P5、P6水平時(shí)，Simpson多樣性指數(shù)隨氮肥施肥量增加亦呈現(xiàn)先逐漸增大后逐漸減小的趨勢(shì)。與單施氮肥結(jié)果相反，單施磷肥(N1Pi，i=1，2，3，…)條件下，Simpson多樣性指數(shù)隨磷肥施肥量的增加呈現(xiàn)先逐漸減小后逐漸增大的趨勢(shì)；當(dāng)?shù)试贜2、N3、N4、N5、N6水平時(shí)，Simpson多樣性指數(shù)隨磷肥施肥量的增加均呈現(xiàn)先逐漸減小后逐漸增大的趨勢(shì)。

2.2.3 Pielou均勻度指數(shù) 從圖2-C可以看出，施肥處理的Pielou均勻度指數(shù)均明顯高于不施肥處理N1P1，Pielou均勻度指數(shù)在N5P5處理下達(dá)到最大值，為0.96±0.10，比不施肥增高了14.28%。單施氮肥(NiP1，i=1，2，3，…)條件下，Pielou均勻度指數(shù)隨氮肥施肥量增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在N3P1施肥量時(shí)達(dá)到最大值，為0.91±0.07；當(dāng)磷肥水平分別在P2、P3水平時(shí)，Pielou均勻度指數(shù)隨氮肥施肥量增加亦呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)；當(dāng)磷肥水平在P4水平時(shí)，Pielou均勻度指數(shù)隨氮肥施肥量增加亦呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)；當(dāng)磷肥水平分別在P5、P6水平時(shí)，Pielou均勻度指數(shù)隨氮肥施肥量增加亦呈現(xiàn)“W”形變化的趨勢(shì)。單施磷肥(N1Pi，i=1，2，3，…)條件下，Pielou均勻度指數(shù)隨磷肥施肥量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在N1P4施肥處理下達(dá)到最大值，為0.96±0.07；當(dāng)?shù)试贜2、N3、N4、N5、N6水平時(shí)，Pielou均勻度指數(shù)隨磷肥施肥量的增加均呈現(xiàn)先增大后逐漸減小的趨勢(shì)。

2.2.4 Sorenson相似性系數(shù) 從圖2-D可以看出，Sorenson相似性系數(shù)隨施肥量的變化與Pielou均勻度指數(shù)表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)，在N3P3處理下施肥前和施肥后的Sorenson相似性系數(shù)達(dá)到最大值，為0.96±0.09，比不施肥處理增高了 23.01%。單施氮肥(NiP1，i=1，2，3，…)條件下，Sorenson相似性系數(shù)隨氮肥施肥量增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在N3P1施肥量時(shí)達(dá)到最大值，為0.86±0.08；當(dāng)磷肥水平分別在P2、P3、P4、P5水平時(shí)，Sorenson相似性系數(shù)隨氮肥施肥量增加亦呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)；當(dāng)磷肥水平在P6水平時(shí)，Sorenson相似性系數(shù)隨氮肥施肥量增加呈現(xiàn)先降低再升高后逐漸降低的趨勢(shì)。在單施磷肥(N1Pi，i=1，2，3，…)條件下，Sorenson相似性系數(shù)隨磷肥施肥量增加呈現(xiàn)先增大后減小再升高的趨勢(shì)，在N1P4施肥處理下達(dá)到最大值，為0.87±0.10；當(dāng)?shù)试贜2、N3、N4、N5、N6水平時(shí)，施肥前后群落的Sorenson相似性系數(shù)隨磷肥施肥量增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。

2.3 施肥對(duì)人工草地牧草產(chǎn)量的影響

從表2可以看出，除N1P6、N6P1、N6P2、N6P5外理外，施肥處理的牧草產(chǎn)量均有明顯的提高，在N3P4處理下牧草產(chǎn)量達(dá)到最大值，為(2 623.81±383.31) kg/hm2，比不施肥處理增加了92.53%。單施氮肥(NiP1，i=1，2，3，…)條件下，草地產(chǎn)量隨氮肥施肥量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在N4P1施肥量時(shí)達(dá)到最大值，為(2 036.62±122.32) kg/hm2，與未施肥相比牧草產(chǎn)量提高了49.52%；當(dāng)磷肥水平分別在P2、P3、P4、P5水平時(shí)，牧草產(chǎn)量隨氮肥施肥量增加亦呈現(xiàn)先升增加后降低的趨勢(shì)；當(dāng)磷肥水平在P6水平時(shí)，牧草產(chǎn)量隨氮肥施肥量增加呈先增加后降低再增加的趨勢(shì)，最大值為(2 089.43±311.13) kg/hm2。與單施氮肥的情況相同，單施磷肥(N1Pi，i=1，2，3，…)條件下，牧草產(chǎn)量隨磷肥施肥量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，在N1P3施肥處理下達(dá)到最大值，為(1 606.84±86.44) kg/hm2；當(dāng)?shù)试贜2、N3、N4水平時(shí)，牧草產(chǎn)量隨磷肥施肥量的增加均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)；當(dāng)?shù)试贜5、N6水平時(shí)，牧草產(chǎn)量隨磷肥施肥量的增加均呈現(xiàn)先增加后降低再增加的趨勢(shì)。

表2 不同施肥處理的牧草產(chǎn)量

2.4 施肥對(duì)草地經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.4.1 牧草凈產(chǎn)值 從表3可以看出，牧草凈產(chǎn)值在N2P4施肥處理下達(dá)到最大值，為(2 311.65±306.62)元/hm2，比不施肥處理增加 948.80元/hm2；牧草凈產(chǎn)值在N6P1施肥處理下最小，為(44.80±7.67)元/hm2。單施氮肥(NiP1，i=1，2，3，…)條件下，牧草凈產(chǎn)值隨氮肥施肥量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在N3P1施肥量時(shí)達(dá)到最大值，為(1 616.13±199.23)元/hm2，與未施肥相比牧草凈產(chǎn)值提高了18.6%；當(dāng)磷肥分別在P2、P3、P4、P5、P6水平時(shí)，牧草凈產(chǎn)值隨氮肥施肥量增加亦呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。與單施氮肥的情況相同，單施磷肥(N1Pi，i=1，2，3，…)條件下，牧草凈產(chǎn)值隨磷肥施肥量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在N1P3施肥處理下達(dá)到最大值，為(1 566.85±56.42)元/hm2；當(dāng)?shù)试贜2、N3、N4水平時(shí)，牧草凈產(chǎn)值隨磷肥施肥量的增加均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)；當(dāng)?shù)试贜5、N6水平時(shí)，牧草凈產(chǎn)值隨磷肥施肥量的增加均呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢(shì)。

表3 不同施肥處理的牧草凈產(chǎn)值

2.4.2 牧草效益增加值 從表4可以看出，牧草效益增加值隨施肥處理的變化與牧草凈產(chǎn)值的變化規(guī)律一致，不同施肥處理對(duì)牧草效益增加值影響較大，牧草效益增加值在N2P4施肥處理下達(dá)到最大，為948.84元/hm2；牧草效益增加值在N6P1施肥處理下最小，為-1 318.03元/hm2。單施氮肥(NiP1，i=1，2，3，…)條件下，牧草效益增加值隨氮肥施肥量的增加呈現(xiàn)先逐漸升高后逐漸降低的趨勢(shì)，在N3P1施肥量時(shí)達(dá)到最大值，為253.26元/hm2；當(dāng)施肥量增加到N5P1時(shí)，牧草效益增加值變?yōu)樨?fù)值；當(dāng)磷肥水平分別在P2、P3、P4、P5、P6水平時(shí)，隨氮肥施肥量增加牧草效益增加值呈現(xiàn)先逐漸提高后逐漸降低的趨勢(shì)；當(dāng)施肥量增加到N5P2、N5P3、N5P4、N4P5、N3P3時(shí)，牧草效益增加值在P2、P3、P4、P5、P6施肥水平變?yōu)樨?fù)值。與單施氮肥的情況相同，單施磷肥(N1Pi，i=1，2，3，…)條件下，隨磷肥施肥量的增加牧草效益增加值呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，在N1P3施肥處理下達(dá)到最大值，為 204.01元/hm2，最小值出現(xiàn)在N1P6施肥處理?xiàng)l件下，為 -387.85元/hm2；當(dāng)?shù)仕皆贜2、N3、N4水平時(shí)，隨磷肥施肥量的增加牧草效益增加值均呈現(xiàn)先增大后逐漸減小的趨勢(shì)，當(dāng)施肥量增加到N3P6、N4P5時(shí)，牧草效益增加值在P3、P4施肥水平變?yōu)樨?fù)值；當(dāng)?shù)仕皆贜5、N6水平時(shí)，隨磷肥施肥量的增加牧草效益增加值均呈現(xiàn)先增大后減小再增大的趨勢(shì)，其值均為負(fù)值。

表4 不同施肥處理的牧草效益增加值

根據(jù)牧草產(chǎn)量和氮肥、磷肥施用量，以二次多項(xiàng)式模擬牧草產(chǎn)量與氮肥、磷肥施肥量間的關(guān)系，得出氮肥和磷肥的二元肥效方程：Y=867.68+7.67N+0.07N2+78.39P-3.23P2+0.15NP。式中：Y表示草地產(chǎn)量(kg/hm2)；N表示氮肥(kg/hm2)；P表示磷肥(kg/hm2)。

根據(jù)上述模型可計(jì)算出任一肥料組合的理論牧草產(chǎn)量。計(jì)算得出單位面積最高牧草產(chǎn)量為2 651.30 kg/hm2，按照當(dāng)時(shí)干草的市場(chǎng)價(jià)格1.00元/kg，氮肥1.80元/kg，磷肥 0.40元/kg，利潤(rùn)率375.50%，此時(shí)的施肥量為：氮肥 180.50 kg/hm2、磷肥45.50 kg/hm2。

3 討論與結(jié)論

3.1 施肥對(duì)人工草地群落特征的影響

人工草地的建植和管理方式極大地改變了草地生態(tài)系統(tǒng)的生物和非生物因子，改變了草地生態(tài)系統(tǒng)的能量和物質(zhì)流通模式，施肥是最直接有效的人工草地管理方式之一[14]。貴州省人工草地栽培牧草以豆科牧草和禾本科牧草為優(yōu)勢(shì)種。施肥方式以單施為主，其中豆科牧草草地施肥方式以施磷肥為主，禾本科牧草草地施肥方式以施氮肥為主[8]。研究表明，施肥對(duì)人工草地的群落結(jié)構(gòu)和多樣性均有明顯影響。沈景林等的施肥試驗(yàn)表明，施肥可以增加草地草群的高度、密度，改善草群結(jié)構(gòu)，使草群中雜類草比率下降，禾草和豆科牧草的比率提高[15]；周青平等研究結(jié)果，施氮肥對(duì)高寒草地群落的影響得出施肥后的蓋度比未施肥增加10.60%～174.00%，高度增加15.40%～83.10%，密度增加1.70%～235.00%[16]；韓潼等研究發(fā)現(xiàn)，在施肥當(dāng)年，施肥處理就使植被蓋度大于不施肥處理[17]；高超等施肥試驗(yàn)表明，施肥可顯著增加羊草種群的高度、密度、蓋度[18]。本研究結(jié)果表明，施肥的牧草高度、密度、蓋度均高于不施肥處理，尤其在N1P6處理下的牧草高度比不施肥處理增加了32.20%。僅N6P1處理的牧草高度低于未施肥，其原因可能是過(guò)多的氮肥抑制了牧草的生長(zhǎng)。

適度施肥不僅能改變草地群落結(jié)構(gòu)和特征，同時(shí)影響群落的生物多樣性[19]。生物多樣性對(duì)養(yǎng)分增加的反應(yīng)比較復(fù)雜，眾多研究認(rèn)為，施肥會(huì)導(dǎo)致群落植物多樣性下降[20]，但也有研究表明，施肥對(duì)植物多樣性無(wú)顯著影響。Goldberg等進(jìn)行的為期1年施肥試驗(yàn)表明，生物多樣性對(duì)施肥的反應(yīng)均未出現(xiàn)明顯變化[21]。邱波等研究了施肥對(duì)高寒草甸物種多樣性的影響后發(fā)現(xiàn)：物種豐富度隨著施肥先增加后降低，Shannon-Weiner多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)均隨施肥增加而下降[22]。也有學(xué)者認(rèn)為，施肥可以增加植物群落的物種豐富度以及多樣性[23-24]。鄭華平等在對(duì)高寒沙化草地進(jìn)行施肥研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，施肥使重度退化的沙地群落生物多樣性增加[25]。本研究表明，隨施肥量的增加，草地群落多樣性均有一定程度的增加，其中Shannon-Weiner多樣性指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)隨施氮肥量的增加先增大后減小，隨施磷肥量的增加先減小后增大；Pielou均勻度指數(shù)和Sorenson相似性系數(shù)先增加后降低。造成2種不同結(jié)果的原因可能是施肥群落的退化演替階段不同[26]。施肥改善了土壤的基質(zhì)條件，因而有助于植物多樣性的增加和恢復(fù)。

3.2 施肥對(duì)人工草地產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響

大量研究表明，施氮、磷可顯著增加草地生產(chǎn)性能[27]。氮肥對(duì)促進(jìn)作物的生長(zhǎng)發(fā)育、增產(chǎn)和增收效果最明顯，施氮肥不僅可以促進(jìn)禾本科植物分蘗，而且能增加地上部與地下部的干物質(zhì)量[28]。在一定施肥范圍內(nèi)，增施氮肥與作物的品質(zhì)和產(chǎn)量呈正相關(guān)，當(dāng)超過(guò)施氮臨界值時(shí)，產(chǎn)量開(kāi)始下降，增施氮肥與作物產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)[29]。磷是豆科植物最重要的營(yíng)養(yǎng)元素之一[30]，缺磷是導(dǎo)致草地退化的主要養(yǎng)分限制因素，在一定的施磷肥范圍內(nèi)，生長(zhǎng)速率逐漸加快，但當(dāng)施磷肥超過(guò)一定范圍時(shí)，繼續(xù)增施磷肥植物產(chǎn)量的增加反而減小[31]。同時(shí)，在適宜范圍內(nèi)，氮、磷肥表現(xiàn)出協(xié)同促進(jìn)作用，而高于這個(gè)范圍時(shí)會(huì)表現(xiàn)出拮抗作用[32]，氮、磷肥互作能夠促進(jìn)牧草生長(zhǎng)發(fā)育協(xié)調(diào)進(jìn)行，產(chǎn)量與品質(zhì)同步增長(zhǎng)[33]。紀(jì)亞君采用氮肥單因子試驗(yàn)表明，氮肥對(duì)高寒草甸有增產(chǎn)效應(yīng)，最佳施氮量為150.00 kg/hm2，2年累積可增加地上總生物量 2 883.00 kg/hm2，而當(dāng)施肥量持續(xù)增加，草地的總生物量將出現(xiàn)下降[34]。馬玉壽等在達(dá)日縣高寒草甸的小蒿草草甸的研究表明，隨著施氮肥量的增加，禾本科牧草占整個(gè)草群生物量的比例明顯上升，當(dāng)施肥量為150.00 kg/hm2時(shí)，優(yōu)良牧草生物量也提高了106%[35]；德科加等在干草原類草場(chǎng)獲得最佳產(chǎn)草量及經(jīng)濟(jì)效益的施肥量為450.00 kg/hm2[36]；邱波等研究了不同施肥梯度對(duì)甘南退化高寒草甸生產(chǎn)力和物種多樣性的影響發(fā)現(xiàn)，施肥量對(duì)生產(chǎn)力的影響存在一個(gè)閾值(300.00 kg/hm2)，超過(guò)這個(gè)值，施肥的作用就不顯著了[22]。本研究中，通過(guò)模型得出最高牧草產(chǎn)量為2 651.30 kg/hm2，此時(shí)的施肥量為氮肥180.50 kg/hm2、磷肥45.50 kg/hm2，施肥量大于馬玉壽、紀(jì)亞君等得出的最高產(chǎn)量時(shí)的施肥量，低于德科加、邱波等得出的最高產(chǎn)量時(shí)的施肥量。在實(shí)際生產(chǎn)中，施肥量多少取決于所追求的目標(biāo)。以經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，就要求適宜的施肥量。以產(chǎn)量為目標(biāo)，就要投入較高的施肥量[37]。從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，本研究得出最佳施肥組合為施氮肥100.00 kg/hm2、磷肥50.00 kg/hm2，此時(shí)的凈產(chǎn)值為 2 311.60元/hm2。

3.3 結(jié)論

氮肥和磷肥處理可以顯著提高人工草地的高度、蓋度和密度，植物高度隨氮肥和磷肥施肥量的增加呈逐漸升高的趨勢(shì)，群落蓋度和密度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。

草地群落多樣性隨施肥量的增加均有一定程度的增加，其中Shannon-Weiner多樣性指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)隨施氮肥量的增加先增大后減小，隨施磷肥量的增加先減小后增大；Pielou均勻度指數(shù)和Sorenson相似性系數(shù)隨氮肥和磷肥施肥量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)。

牧草產(chǎn)量隨氮肥和磷肥施肥量的增加呈現(xiàn)先逐漸升高后逐漸降低的趨勢(shì)，最大值為2 623.81 kg/hm2；牧草凈產(chǎn)值和效益增加值在N2P4施肥處理下達(dá)到最大，牧草凈產(chǎn)值為 2 311.65元/hm2，效益增加值為948.84元/hm2。

氮肥、磷肥施肥量與牧草產(chǎn)量的二元肥效方程為：Y=867.68+7.67N+0.07N2+78.39P-3.23P2+0.15NP，得出最大牧草產(chǎn)量為2 651.30 kg/hm2，此時(shí)的施肥組合為：氮肥180.50 kg/hm2、磷肥45.50 kg/hm2；最佳效益施肥組合為施氮肥100.00 kg/hm2、磷肥50.00 kg/hm2。

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