“黑土灘”植被修復(fù)中無紡布覆蓋模式對牧草種子出苗影響的探討

鄭建宗 ，呂 嘉 ，宗 英，陳文東，萬 蓮

(1.海西州林業(yè)站，青海 德令哈 817099；2.海西州林草局，青海 德令哈 817099；3.海西州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，青海 德令哈 817099)

“黑土灘”無紡布覆蓋修復(fù)模式是指在對高寒地帶極度退化草地—“黑土灘”進(jìn)行植被修復(fù)當(dāng)中所采用的“淺耕+播種+蹄踩+覆蓋+保護(hù)”組合措施程序。其中：淺耕播種是利用機(jī)械輕微劃破退化草地表土，然后播撒種子；蹄踩是利用牲畜行走活動蹄趾前踢后拋土特性進(jìn)行播種鎮(zhèn)壓的措施；覆蓋是指在畜蹄踩踏工序完成后，在草床置放無紡布、麥草等有效提高地溫，保持土壤墑情的措施；保護(hù)為植被修復(fù)工作完成后進(jìn)行防鼠和禁牧的后期保護(hù)性措施[1]。

高寒地帶草地植被主要為草甸類，是惡劣生境條件的產(chǎn)物。其植被群落組成單調(diào)，自我修復(fù)能力弱，一旦破壞極難恢復(fù)，自然恢復(fù)達(dá)及植被群落頂級狀態(tài)時間慢長，重度退化草地約需40余年，極度退化草地約需70余年[2]。人工修復(fù)不僅經(jīng)濟(jì)投入大，而且難以達(dá)到植被群落原生頂級狀態(tài)，常常受到氣候影響，牧草出苗率較差，難以達(dá)到相關(guān)人工草地技術(shù)規(guī)范要求。早在20年前，科技工作者曾經(jīng)用塑料薄膜覆蓋種床修復(fù)植被，但最終因其透氣性差、代價高而被否定。近10年來，隨無紡布產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，“黑土灘”植被修復(fù)無紡布覆蓋模式逐漸興起，該模式關(guān)鍵在于無紡布覆蓋，透氣性能強(qiáng)，降解時間短，成本低，覆蓋后牧草出苗快，出苗率高，越冬率好。

本文以無紡布覆蓋與非覆蓋為植被修復(fù)措施，通過觀察其出苗時間、出苗密度等指標(biāo)，考察“黑土灘”退化草地植被修復(fù)的影響規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

“黑土灘”覆蓋與非覆蓋植被修復(fù)地，位于天峻縣城正北偏東舟群鄉(xiāng)草地，距縣城直線距離72.5 km處，北緯37°58′33.98″，東經(jīng)99°24′48.36″，海拔4 182 m左右。屬于低山山前扇地，坡度4°～13°。土層厚≥50 cm，土壤類型為高山草甸土亞類，質(zhì)地砂壤土，pH8.2～8.4，N含量0.239%，P2O5含量0.139%。年日照時間2 581.7 h，年輻射能146.27 KJ/cm2；年平均氣溫-2.4 ℃，日溫差年平均14 ℃，年極端最高氣溫19. 6 ℃，年極端最低氣溫-35.9 ℃，年≥0 ℃積溫980.1 ℃，年≥5 ℃積溫583.8 ℃；年降水量464.3 mm，集中在6～8三個月，其降雨量占年總量的64%。牧草生長期113 d左右，無絕對無霜期。原生植被為高寒草甸類高山嵩草、矮生嵩草型草地。退化后覆蓋度約10%，主要為野黃菊等雜草。

1.2 處理

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)置重復(fù)3個，小區(qū)面積36 m2，形狀12 m×3 m。牧草群落組成均為青海披堿草和青海草地早熟禾兩種，種子來源青海同德牧場；種子質(zhì)量青海披堿草為二級，青海草地早熟禾為一級。種子混合撒播，比例為2︰1，播種量為52.5 kg/hm2。基肥為二胺，施用量150 kg/hm2，出苗后追肥尿素150 kg/hm2。試驗(yàn)時間為2020年6月20日。

1.2.2 試驗(yàn)處理 覆蓋區(qū)為“淺耕+播種+蹄踩+覆蓋+保護(hù)”；非覆蓋模式為“淺耕+播種+蹄踩+保護(hù)”。差別在于播種和鎮(zhèn)壓完成后覆蓋與否，其他建植技術(shù)種肥用量及程序措施均相同。其中：淺耕播種是利用微耕機(jī)劃破地表，破土深度約10 cm，然后撒種。蹄踩是利用羊群來回踩踏3次，種子入土率≥95%。覆蓋物為pp丙綸無紡布，17 g/m2。試驗(yàn)區(qū)均進(jìn)行了播前滅鼠和播后圍欄保護(hù)措施。

2 結(jié)果與分析

2.1 出苗時間

出苗密度觀測統(tǒng)計(jì)為牧草出苗期完全結(jié)束之日。覆蓋模式為7月3日，出苗期為13 d；非覆蓋區(qū)為7月18日，出苗期為28 d。處理較對照相對早約15日。

2.2 出苗密度

兩模式重復(fù)出苗密度(單株/面積)如表1。

表1 重復(fù)出苗密度 株/30×30 cm2

用t檢驗(yàn)，計(jì)算覆蓋與非覆蓋所得t值為1.669，小于t(a=0.05)值3.495，表明兩模式無顯著差異。如表2所示。

表2 出苗密度方差表

2.3 評價

從牧草出苗時間上看，覆蓋模式不僅僅是較非覆蓋模式早15 d，還在生長生育上贏得了充分的機(jī)會，相當(dāng)于其生長期得到15 d的延長，據(jù)觀察其當(dāng)年有的株高可達(dá)到78 cm，大部分在50～60 cm之間，并有穗結(jié)種，當(dāng)年即可發(fā)揮水土保持能力和草地生產(chǎn)(刈割)作用；而非覆蓋區(qū)植株普遍高在10～25 cm，無結(jié)穗，草地不能(刈割)利用。從牧草出苗密度上看，兩模式雖然差異不明顯，但是，以《青海省人工草地建設(shè)技術(shù)規(guī)范》要求出苗密度300株/m2～400株/m2衡量，非覆蓋模式出苗密度為286株/m2，則不符合要求，覆蓋模式出苗密度為506株/m2，則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出要求。以上表明兩模式在生產(chǎn)實(shí)際中有較大差異。

3 討論

3.1 覆蓋起到了增溫作用

種子萌發(fā)中進(jìn)行系列生理活動，而其活動必須在一定溫度范圍內(nèi)完成[3]。在活動溫度范圍內(nèi)，出苗時間在最適溫度時相對較短，反之，發(fā)芽時間相對較長。顏紅波對多年生禾本科牧草種子分別在5～15 ℃、10～20 ℃等溫度浮動段進(jìn)行了發(fā)芽時間比較，結(jié)果是天數(shù)不同，>0 ℃積溫不同，變溫較恒溫出苗時間短[4]。賈生海等就無紡布覆蓋對牧草種子發(fā)芽出苗溫度提升和穩(wěn)定進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，表明無紡布覆蓋具有增溫、調(diào)溫、平穩(wěn)作用[5]。本試驗(yàn)兩模式出苗期差異較大，符合顏紅波、賈生海二位試驗(yàn)出苗規(guī)律。顏紅波試驗(yàn)發(fā)芽恒溫5 ℃和變溫5～10 ℃所需0 ℃積溫分別為115 ℃和67.5 ℃。試驗(yàn)地6月下旬至7月中旬平均日溫5.5 ℃，平均日溫差14 ℃，非覆蓋牧草出苗≥0 ℃積溫為154 ℃。根據(jù)無紡布覆蓋模式出苗期9 d，結(jié)合顏紅波種子變溫幅度試驗(yàn)推斷，覆蓋模式地表日溫約為10±0.7 ℃，最高溫度約19 ℃，日溫差應(yīng)為12±0.5 ℃。以上溫度與種子出苗關(guān)系如圖1所示。這樣，覆蓋與非覆蓋相比，其增溫幅度在6 ℃左右，日溫差低約2 ℃左右，增溫后日溫接近于顏紅波實(shí)驗(yàn)?zāi)敛莘N子5～15 ℃發(fā)芽變溫，非覆蓋與恒溫5 ℃發(fā)芽時間相近。至于與顏紅波試驗(yàn)溫差可能是高寒地帶溫差大，低溫時間長，高溫時間短的關(guān)系。

圖1 變溫與禾草種子發(fā)芽時間關(guān)系圖

3.2 覆蓋起到了保濕作用

舟群地區(qū)6～7月份平均降雨量為88～93 mm，平均蒸發(fā)量為1 651 mm，氣候有微干現(xiàn)象，種子出苗易受干旱影響。未覆蓋模式出苗特點(diǎn)是：地表微地形略凸出區(qū)無苗或稀少，略凹處出苗密集相對豐富出苗多，裸露禿斑處相對稀少。同時可見裸露禿斑表土有明顯干墑現(xiàn)象。由此可見，降雨并不能有效滿足所有牧草種子發(fā)芽出苗需要。草床覆蓋后，基本隔斷了大氣與土壤的直接接觸，在地表形成了相對獨(dú)立的空間，從而土壤空氣交流量和土壤水分蒸發(fā)速率減弱，相對濕度得到保持[5]。賈生海等人實(shí)驗(yàn)表明，400 g/m2無紡布覆蓋與非覆蓋對比，土壤水分相對增加18%[6]。同時，由于無紡布具有細(xì)微孔眼，降雨水分能及時滲入地表，從而增加和補(bǔ)充了土壤水分。禾草種子播種時墑情一般作業(yè)設(shè)計(jì)為黃墑狀態(tài)，其時土壤含水量約16%，滿足種子發(fā)芽對水分需要，無疑覆蓋增濕提高18%等于為種子發(fā)芽上了保險閥。由此可見，覆蓋為種子發(fā)芽出苗構(gòu)建了土壤水分蒸發(fā)屏障，避免了非覆蓋表土干墑而致種子吊苗等缺水現(xiàn)象。

3.3 覆蓋可保持土壤空氣交換 不影響種子對O2需要和CO2擴(kuò)散

種子萌發(fā)時，需要呼吸氧氣進(jìn)行生理活動。土壤中O2和CO2含量對種子發(fā)芽及其根系生長有較大影響。土壤空氣中O2含量≤0.2%時，大麥發(fā)芽停止，1%時發(fā)芽率為30%，5.2%時發(fā)芽率即達(dá)到60%，10%以上時種子才能正常發(fā)芽。CO220%時種子發(fā)芽會受到影響，CO2≥30%時，即使O2充足，種子發(fā)芽也會受到嚴(yán)重影響[7]。由此可見，種子發(fā)芽空氣中首要條件是：O2含量≥10%，CO2含量<20%。地表在無紡布覆蓋中，通常有40%～50%的邊沿松散未壓實(shí)，從而布下與布上空氣相通，并在風(fēng)力作用下形成不間斷的交換機(jī)制。地表空氣受土壤顆粒大小和排列、氣壓、溫度、空氣流動、土壤呼吸等因素影響，不斷進(jìn)行擴(kuò)散和交流，其擴(kuò)散量與土壤自由孔隙度的平方成正比[7]。土壤空氣組分發(fā)展規(guī)律是越靠近地表，越接近高空氣結(jié)構(gòu)；越遠(yuǎn)離空氣結(jié)構(gòu)，變化越大，其中變化最大為O2和CO2，但是最終趨向于穩(wěn)定的區(qū)間： O2為18%～20.03%，較空氣含量低2.94%～0.91%；CO2為0.15%～0.65%，較地表空氣高0.12%～0.62%[8]，含量均處于種子發(fā)芽安全范圍內(nèi)，因此對種子發(fā)芽無影響。

3.4 覆蓋起到了水土保持作用 避免了坡地牧草種子遭受沖刷

“黑土灘”緩坡是水土流失發(fā)生基礎(chǔ)。舟群地區(qū)6～8月是降雨集中季節(jié)，下墊面徑流不斷，坡地水土流失，播后種子及牧草幼苗隨之受到?jīng)_刷而致少種缺苗。無紡布覆蓋后，雨水只有通過無紡布細(xì)微眼孔滲入表土，而且量少速慢，絕大部分會在其表面形成徑流而流向低凹處難以成溪沖刷表土。據(jù)觀察，進(jìn)行覆蓋的“黑土灘”修復(fù)地均未發(fā)生地表侵蝕現(xiàn)象。相關(guān)表土覆蓋實(shí)驗(yàn)也證明防治侵蝕效果比較明顯[8]。

4 結(jié)論

“黑土灘”植被修復(fù)采用無紡布覆蓋措施、其顯著作用是地表增溫，小范圍日溫差減小，土壤保濕增墑作用明顯，有效改善了種子發(fā)芽出土的環(huán)境條件，同時，由于無紡布本身有一定通氣性能和覆蓋時與地表貼連的非完全性，從而有效保持了播種層土壤空氣擴(kuò)散交流，保障了種子發(fā)芽出土O2和CO2空氣環(huán)境質(zhì)量。覆蓋無紡布遏制了表土雨水徑流和土壤侵蝕，保障了種子及幼苗生育狀態(tài)。天然草地嚴(yán)重退化地區(qū)植被修復(fù)采用覆蓋模式在高寒地帶有一定的草地生產(chǎn)和生態(tài)建設(shè)作用。