施肥對羊草割草場土壤養(yǎng)分的影響

溫 超，楊曉松，高麗娟，斯日古楞，張 軍，張璞進，木 蘭，曄薷罕，單玉梅

（1. 內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2. 內(nèi)蒙古通遼市畜牧獸醫(yī)科學研究所， 內(nèi)蒙古 通遼028000）

科爾沁沙化草原主要分布在內(nèi)蒙古自治區(qū)東部的通遼市和赤峰市，屬于我國北方典型的農(nóng)牧交錯地帶，具有非常重要的生態(tài)作用［1］。 科爾沁沙化草原環(huán)境脆弱， 長期不合理利用導(dǎo)致該地區(qū)草原退化和沙漠化嚴重［2］。 對于退化草原的改良與恢復(fù)，目前主要采取圍封、補播、劃破草皮以及施肥等技術(shù)手段［3-5］。 施肥可以迅速給草地補充營養(yǎng)物質(zhì)，改善土壤養(yǎng)分狀況，促進植被恢復(fù)，提高草地生產(chǎn)力，增加群落蓋度和高度，提升草地植物營養(yǎng)品質(zhì)［6-8］。 切根作為一種較成熟的草地改良技術(shù)，主要針對以根莖型禾草（如羊草） 為主的退化草地，通過切斷羊草根莖，刺激無性繁殖，加快更新復(fù)壯，促進羊草草原恢復(fù)［9］。 草原退化的重要原因之一是土壤養(yǎng)分狀況的改變。土壤貧瘠化，土壤養(yǎng)分含量的降低，導(dǎo)致草地生態(tài)系統(tǒng)植被的退化。因此， 該研究針對科爾沁草原羊草割草場的退化問題，采取切根改良的基礎(chǔ)上配合氮、磷肥混施的方法，分析土壤養(yǎng)分對不同梯度氮、磷肥的響應(yīng)，探究切根后施肥對草原土壤養(yǎng)分的作用和影響， 為快速恢復(fù)退化草原土壤養(yǎng)分和草原改良提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗樣地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科爾沁左翼中旗珠日河牧場白音查干分場，地理坐標為44°24′56″N，121°52′34″E， 屬內(nèi)陸半干旱草原氣候，受東亞季風影響，有明顯的大陸性氣候特征，冬季寒冷，夏季炎熱，溫度變幅大，降水少而集中，春季多大風天氣。全年平均氣溫5.6 ℃，極端最高氣溫40.9 ℃，極端最低氣溫32.9 ℃；年平均無霜期143 d，日照時數(shù)3 101 h，≥10 ℃以上年積溫3 114.4 ℃，年平均降雨量約354 mm，全年降雨量的70%以上集中在6—8 月。 地勢較平坦，土壤類型屬砂壤土。 試驗區(qū)植被類型為羊草+雜類草，建群種為羊草（Leymus chinensis），伴生種有糙隱子草 （Cleistogenes squarrosa）、 胡 枝 子（Lespedeza davurica）、 蘆葦 （Phragmites australis） 和沙打旺（Astragalus adsurgens）等。

1.2 試驗設(shè)計

試驗樣地選取長期割草利用的羊草草原，每年割草時間固定在8 月中旬至9 月初，冬季適當放牧。 2014 年4 月初開始試驗，試驗采取單因素隨機區(qū)組設(shè)計， 共設(shè)4 個處理，3 個區(qū)組作為重復(fù)，共計12 個試驗小區(qū)。 每個試驗小區(qū)面積為3 m×5 m， 中間設(shè)置1 m 的緩沖帶。 5 月下旬， 采用9QP-830 型草地破土切根機在試驗小區(qū)進行切根處理，切根深度設(shè)為15 cm，切根寬度設(shè)為30 cm，呈南北條狀，同時施加氮、磷肥。 已有的研究結(jié)果表明，氮、磷肥配施比例為2∶1 時，群落地上生物量相對較高［10］，所以該試驗將N、P 元素添加比例設(shè)置為2∶1。 4 個氮、磷肥添加處理分別設(shè)為CK（對照）、NP1 （尿素75 kg/hm2＋磷酸二銨45 kg/hm2）、NP2（尿素150 kg/hm2＋磷酸二銨90 kg/hm2）和NP3（尿素225 kg/hm2＋磷酸二銨135 kg/hm2）。 N 元素選擇有機態(tài)尿素（CON2H4，總氮含量≥46.4%），P元素選擇磷酸二銨 （總養(yǎng)分N+P2O5含量≥64.0%）。

1.3 試驗方法

8 月中旬，在每個小區(qū)隨機設(shè)置一個1 m×1 m 樣方，在齊地面刈割植物樣品后的樣方內(nèi)采集土壤樣品，隨機設(shè)置3 個取樣點，用直徑為3.5 cm的土鉆分3 層 （0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm）收集地下土壤樣品， 將同一土層的土壤樣品均勻混合帶回實驗室風干， 研磨過篩后用于測定土壤養(yǎng)分含量。土壤全氮含量采用凱氏定氮法測定；速效氮含量采用堿解法測定； 全磷含量采用鉬銻抗比色法測定； 速效磷含量采用酸溶—鉬銻抗比色法測定；全鉀含量采用氫氧化鈉熔融法測定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提—火焰光度法測定； 有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀滴定法測定［11］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 對數(shù)據(jù)進行分析處理，SAS 9.0 軟件進行單因素方差分析，利用LSD 法進行多重比較，作圖軟件為SigmaPlot 13.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對土壤氮含量的影響

方差分析結(jié)果表明，隨著土壤深度的增加，土壤氮含量呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢（見圖1）。 從圖1Ⅰ可以看出， 施肥對0～10 cm、20～30 cm 土壤層全氮含量無顯著（P＞0.05）影響；20～30 cm 土壤層各處理間全氮含量由小到大順序為CK＞NP1＞NP3＞NP2，10～20 cm 土壤層在NP3 處理下全氮含量與CK 相比顯著（P＜0.05）降低。 3 個施肥處理水平均顯著（P＜0.05）提高0～10 cm、10～20 cm 土壤層的速效氮含量，20～30 cm 土壤層各處理間速效氮含量無顯著（P＞0.05）差異（見圖1Ⅱ）。

圖1 不同施肥處理對土壤氮含量的影響

2.2 施肥對土壤磷含量的影響

由圖2Ⅰ可知土壤全磷含量的分析結(jié)果。 0～10 cm土壤層全磷含量在0.21～0.24 g/kg，CK 最低，NP3處理最高，數(shù)值上差別不大，但方差分析結(jié)果顯示兩者差異顯著（P＜0.05）。10～20 cm、20～30 cm 土壤層全磷含量數(shù)值上也無明顯差別，且方差分析結(jié)果顯示各處理間均無顯著（P＞0.05）差異。 由圖2Ⅱ可以看出， 施肥可以增加土壤速效磷含量，0～10 cm土壤層各處理間速效磷含量由小到大順序為CK＜NP1＜NP2＜NP3，與CK 相比均顯著（P＜0.05）增加；10～20 cm 土壤層速效磷含量無顯著 （P＞0.05）變化；20～30 cm 土壤層速效磷含量NP2 處理最大，CK 處理最低。

圖2 不同施肥處理對土壤磷含量的影響

2.3 施肥對土壤鉀含量的影響

由圖3Ⅰ可以看出，0～10 cm 土壤層全鉀含量在各處理間均無顯著（P＞0.05）變化，施肥降低了10～20 cm、20～30 cm 土壤層全鉀含量， 只有NP1處理下10～20 cm 土壤層全鉀含量與CK 相比無顯著（P＞0.05）差異，其余處理與CK 相比均有顯著（P＜0.05）降低。 隨著土層深入，土壤速效鉀含量降低， 施肥減少了0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 土壤層速效鉀含量，0～10 cm 土壤層速效鉀含量在數(shù)值上由大到小表現(xiàn)為CK＞NP2＞NP1＞NP3，且NP3處理下速效鉀含量與CK 相比顯著（P＜0.05）降低，而在10～20 cm、20～30 cm 土壤層各處理間均無顯著（P＞0.05）差異（見圖3Ⅱ）。

圖3 不同施肥處理對土壤鉀含量的影響

2.4 施肥對土壤有機質(zhì)含量的影響

土壤有機質(zhì)含量是衡量土壤肥力的重要指標之一，在科爾沁羊草割草場施肥處理可以顯著（P＜0.05） 提高土壤有機質(zhì)含量，0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 土壤層有機質(zhì)含量增幅均在60.00%以上，0～10 cm 土壤層增幅最大， 平均可達70.77%（見圖4）。

圖4 不同施肥處理對土壤有機質(zhì)含量的影響

3 討論

科爾沁羊草草原是重要的草地類型之一，長期割草利用方式，使得生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分大量流失，導(dǎo)致該地區(qū)草原普遍存在嚴重的退化現(xiàn)象。 切根和施肥都是羊草退化草地恢復(fù)的重要技術(shù)方法，可以促進羊草生長，提高草地生產(chǎn)力［7］。 合理施肥對于維持草原生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分平衡十分重要， 不僅能提高牧草產(chǎn)量和品質(zhì)， 還可以提高土壤養(yǎng)分含量［6，8］。 研究表明，施肥可以大幅提高速效氮、速效磷含量，增加土壤凈氮礦化速率和總礦化速率，而且土壤凈氮礦化速率與硝化速率及氮素添加量顯著正相關(guān)［12-15］。 也有研究認為施肥對土壤全氮、全磷含量無顯著影響， 長期施肥也可能導(dǎo)致土壤氮礦化速率的降低［16-18］。 該試驗中施肥對土壤全氮含量無顯著影響， 最高施肥處理增加了0～10 cm土壤層全磷含量，對0～10 cm、10～20 cm 土壤層速效氮含量有顯著（P＜0.05）提高，0～10 cm 土壤層速效磷含量顯著（P＜0.05）增加。

鉀是植物生長發(fā)育過程中重要的營養(yǎng)元素之一，對植物品質(zhì)和產(chǎn)量具有重要的影響。許多研究結(jié)果顯示，我國土壤中全鉀含量在16.6 g/kg 左右，高的可達33.2 g/kg［11］，尤其是北方地區(qū)土壤富含鉀［19-20］。 該試驗區(qū)全鉀含量也相對較高，施加氮、磷肥會促進植物生長， 在一定程度上加速對土壤中鉀元素的吸收， 已有研究表明施加磷肥會造成土壤鉀含量的降低， 特別是速效鉀含量會顯著降低， 是因為土壤中的鉀大多數(shù)是難以直接被植物吸收利用的礦化鉀， 速效鉀含量一般只能占到全鉀的2%以下［11，21-22］。 該研究中施肥降低了土壤全鉀和速效鉀含量，尤其是最大施肥處理0～10 cm土壤層速效鉀含量顯著（P＜0.05）降低，與對照相比下降了20.62%。 速效鉀含量的降低可能會影響植物對鉀元素的吸收， 可能需要配施一定量的鉀肥，另外，施肥通常會增加土壤有機質(zhì)含量［23-24］。 該研究結(jié)果也顯示，土壤有機質(zhì)含量有顯著（P＜0.05）增加。

4 結(jié)論

綜上所述，在對羊草草原切根的同時進行施氮、磷肥可以有效改善土壤肥力， 提高土壤有機質(zhì)含量， 增加0～10 cm 土壤層全氮和全磷含量， 顯著（P＜0.05）提高土壤速效氮和速效磷含量，最高氮磷肥組合尿素225 kg/hm2＋磷酸二銨135 kg/hm2顯著（P＜0.05）降低10～20 cm、20～30 cm 土壤層全鉀含量和0～10 cm 土壤層速效鉀含量。 考慮到土壤速效鉀含量降低的問題， 在施肥組合上可能需要配施一定量的鉀肥， 更有助于各種營養(yǎng)元素的均衡，提高利用效率，促進退化草地的快速恢復(fù)。