外施椰糠及泥炭土對高寒草甸鼠害型禿斑地的改良效果

拉毛草，周富斐，楚 彬，董 瑞，花 蕊，馬義杰，董克池，葉國輝，花立民

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院 / 草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實驗室 / 國家林業(yè)草原高寒草地鼠害防控工程技術(shù)研究中心, 甘肅 蘭州 730070）

高寒草甸是青藏高原廣泛分布的主要植被類型，約占青藏高原草地面積的 46.7%，是我國高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的重要組分[1]。近年來，在全球氣候變化及人類活動的共同影響下，高寒草甸退化加劇，嚴(yán)重威脅著高寒牧區(qū)社會和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[2-3]。已有研究表明，超載過牧導(dǎo)致了高寒草甸退化，草地鼠害爆發(fā)則加速了高寒草甸退化進(jìn)程[4]，其中高原鼠兔(Ochotona curzoniae)的掘洞和覆土造成植物死亡、根系分解并導(dǎo)致土層塌陷，又在風(fēng)蝕水蝕的作用下，形成高寒草甸禿斑地[5]。在家畜和高原鼠兔的共同影響下，禿斑面積逐漸擴(kuò)大，導(dǎo)致植物多樣性下降[6]，土壤養(yǎng)分輸入減少和結(jié)構(gòu)惡化[7-8]，最終由禿斑塊形成黑土灘型鼠荒地。因此，防止和及時治理禿斑地是治理黑土灘型鼠荒地的關(guān)鍵。

獨(dú)特的高原氣候和超載過牧現(xiàn)狀對高寒草甸鼠害地修復(fù)帶來極大挑戰(zhàn)。修復(fù)難度大、成本高且恢復(fù)時間長等是其顯著特點(diǎn)[9]。在當(dāng)前自然和社會的現(xiàn)實背景下，青藏高原高寒草甸區(qū)采取補(bǔ)播、施肥和圍封主要措施治理禿斑地[10-11]。補(bǔ)播能增加草地植物種類，改善草群品質(zhì)，并提高植被蓋度和草產(chǎn)量[12]。但補(bǔ)播又存在諸多問題，如補(bǔ)播群落組成單一、穩(wěn)定性差、種子出苗及存活率低、容易造成二次退化[13-15]。施肥可在較短時間提高草地生產(chǎn)力，促進(jìn)草地植被恢復(fù)[16]。但是，由于不同植物對礦物元素響應(yīng)不同，施肥會導(dǎo)致高寒草甸物種多樣性降低，且施肥的經(jīng)濟(jì)性值得商榷[15]。圍封是目前恢復(fù)退化草地的有效方法之一[17]。但合理圍封時間的確定、對牧民經(jīng)濟(jì)的影響程度等目前尚在探究之中。故此，傳統(tǒng)的補(bǔ)播、施肥和圍封等禿斑地治理措施已難以滿足高寒草甸生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的要求，尋找行之有效的治理措施迫在眉睫。

禿斑塊土壤種子庫和土壤理化性質(zhì)是影響其植被恢復(fù)的重要因素。前期研究發(fā)現(xiàn)禿斑內(nèi)土壤種子庫并不缺乏[4]，那么限制禿斑塊植被恢復(fù)的就有可能是土壤的理化性狀。禿斑塊由于土壤裸露和高原紫外線強(qiáng)烈導(dǎo)致形成土壤結(jié)皮[15]，使得雨水難以滲透到土壤，并導(dǎo)致土壤物理結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[18]，土壤蓄水保肥能力變?nèi)?，影響禿斑內(nèi)土壤種子的萌發(fā)。故此，本研究提出如下假設(shè)：通過改善土壤物理結(jié)構(gòu)，增加土壤含水量和養(yǎng)分利用率，可以促進(jìn)土壤種子萌發(fā)，進(jìn)而實現(xiàn)植被恢復(fù)。

綜上，本研究選擇青藏高原東緣甘肅省瑪曲縣高寒草甸典型禿斑地，選取禿斑塊分布相對均勻的樣地，淺翻 + 施椰糠、淺翻 + 施椰糠 + 施泥炭和淺翻3 個地面處理措施，以無處理禿斑地為對照，調(diào)查禿斑塊內(nèi)植物群落特征、土壤理化性狀，對比不同治理措施對高寒草甸禿斑地的植被恢復(fù)效果，從而篩選出靶向性、可推廣的高寒草甸禿斑地植被恢復(fù)技術(shù)，為今后治理高寒草甸禿斑地提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本研究區(qū)位于甘肅省瑪曲縣河曲馬場(33°50′ N,102°08′ E)，海拔3 434 m，年均溫1.15 ℃，最高溫度23.6 ℃，極端最低溫度-20.9 ℃。日照時間長，輻射量大，雨熱同期，平均日照時數(shù)為2 594 h，年降水量582.1 mm，多集中在6 月－9 月(圖1)。屬圍封樣地，主要草地類型為高寒草甸，優(yōu)勢種以矮生嵩草(Kobresia humilis)、垂 穗 披 堿 草(Elymus nutans)和線葉嵩草(K.capillifolia)為主，主要伴生種有長毛鳳毛菊(Saussurea villosa)、鵝絨委陵菜(Potentilla anserina)、蒲公英(Taraxacum mongolicum)和二裂委陵菜(P.bifurca)等[19]。主要危害鼠種為高原鼠兔(Ochotona curzoniae)。

圖1 研究樣地所在區(qū)域及1 月－8 月平均溫度和降水量 (2019－2021)Figure 1 Study area and average temperature and precipitation from January to August (2019－2021)

1.2 材料及方法

1.2.1 試驗材料

椰糠是天然的有機(jī)栽培介質(zhì)，無草種、病菌、線蟲和蟲卵存在，使用安全，無公害，天然環(huán)保。具有儲水、蓄肥、透氣性好和可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于我國農(nóng)業(yè)作物的無土栽培。

泥炭土是一種富含有機(jī)質(zhì)的特殊軟土，是在植被豐富、水量充沛的泥炭地或沼澤環(huán)境下各種植物殘體分解后緩慢沉積形成的，土體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密度小、孔隙比大、含水率高，能提高植物根系優(yōu)良的生長環(huán)境。以上兩種材料均由廣東雨林農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。材料理化性質(zhì)如表1 所列。

表1 材料理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of materials

1.2.2 試驗設(shè)計

本研究選取禿斑塊分布廣泛且相對均勻的100 hm2禿斑地圍封。用無人機(jī)(大疆精靈 3)對樣地進(jìn)行低空航拍，航拍后使用 Photoscan 軟件拼接影像及預(yù)處理后得到研究樣地圖。在Arcgis 10.2 中對影像進(jìn)行分類處理，分為植被與裸地斑塊(禿斑塊)，再選擇形狀基本一致的裸地斑塊進(jìn)行試驗。為研究施椰糠或泥炭對禿斑地植物生長的影響，考慮到覆蓋椰糠或泥炭需要淺翻將其與表土混勻。故此，設(shè)計了淺翻(SP)、淺翻(SP) + 施椰糠(CF)、淺翻(SP) +施椰糠(CF) + 施泥炭(PS) 3 種處理措施。每個處理12 個重復(fù)(每個斑塊直徑大小約為52、65、70、105、110、125、165、180、190、205、215、230 cm)，以無任何處理措施為對照(CK)。在2019 年4 月初添加約20 L·m-2椰糠或椰糠和泥炭的混合物，2021 年8 月結(jié)束。試驗地?zé)o草種補(bǔ)播，每年8 月初調(diào)查植物群落和土壤理化性狀。植物群落特征調(diào)查和土壤理化性狀調(diào)查均選擇在同一禿斑內(nèi)。

1.3 試驗方法

1.3.1 椰糠和泥炭的使用

將椰糠磚放在密閉容器中并加水?dāng)嚢?，直到椰糠磚全部散開后靜置1 d。泥炭不需要前期處理，直接使用即可。采用撒播方式覆蓋椰糠或泥炭在禿斑塊上，厚度約為2 cm。之后利用微耕機(jī)對禿斑塊進(jìn)行淺翻(深度約5 cm)，使椰糠或泥炭與表土混合均勻。椰糠施入比例1 ∶ 2，椰糠與泥炭混合比例體積比4 ∶ 1[20-21]。由于泥炭土保水保肥性差，且不可再生，不宜單獨(dú)施用。

1.3.2 植物群落特征調(diào)查

在不同處理措施的禿斑內(nèi)隨機(jī)設(shè)置樣方，于8 月份調(diào)查植物群落蓋度、高度、物種數(shù)和地上生物量。使用0.5 m × 0.5 m 樣方，針刺100 次獲取禿斑內(nèi)每一物種的蓋度，用鋼卷尺人工測定物種的高度，每個物種測定5 次并取其平均值，同時記錄樣方內(nèi)的物種數(shù)，后將樣方內(nèi)植物齊地面剪下105 ℃殺青30 min，65 ℃烘48 h 至恒重，測定植物地上生物量。

1.3.3 土壤理化性狀調(diào)查

不同治理措施的禿斑內(nèi)0－10 、10－20 和20－30 cm 土壤樣品在調(diào)查植被的同一時間段利用土鉆法(內(nèi)徑6 cm)采集，同一個樣方內(nèi)取一鉆，土樣風(fēng)干后，分別過0.25 和2 mm 篩備用。做樣品消煮的預(yù)處理后，利用半微量凱氏定氮法[22]、消煮-鉬銻抗比色法[23]測定土壤全氮和全磷。采用重鉻酸鉀外加熱法[24]測定土壤有機(jī)質(zhì)含量。后期分析數(shù)據(jù)時將3 個土層全氮、全磷、有機(jī)質(zhì)、C/N、C/P 和N/P 取其平均值。因土壤種子庫主要分布在0－5 cm 的表層土壤中，采用環(huán)刀法取土壤剖面0－5 cm 表層原狀土樣，密封后帶回實驗室，采用室內(nèi)浸泡法[25]測定土壤最大持水量、毛管持水量、毛管孔隙度和總孔隙度，采用烘干法測定土壤容重。

1.3.4 指標(biāo)計算

式中：m1為環(huán)刀 + 原狀土浸泡24 h 后重量；m2為放置沙子表面2 h 后重量；m3為烘干重 + 環(huán)刀重；m4為烘干重。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用 Excel 2021 軟 件 進(jìn) 行 基 本 數(shù) 據(jù) 處 理，用GraphPad Prism 8 制作圖表，采用 SPSS 24.0 進(jìn)行單雙因素方差分析，用 LSD 方法進(jìn)行多重比較。

采用Canoco 5.0 軟件進(jìn)行物種與環(huán)境變量多元排序[26]。分析過程中對植物群落數(shù)據(jù)做除趨勢對應(yīng)分析(detrended correspondence analysis，DCA)。計算 DCA 排序軸梯度長度小于 3 的采用冗余分析(redundancy analysis，RDA)和偏冗余分析(partial redundancy analysis，partial RDA)。為評估環(huán)境因子植物群落特征影響貢獻(xiàn)值，計算各環(huán)境因子的總效應(yīng)和凈效應(yīng)[27]。

2 結(jié)果與分析

2.1 外施椰糠及泥炭土對禿斑塊植物群落特征的影響

對禿斑地經(jīng)過外施椰糠及泥炭土改良3 年后，禿斑內(nèi)植物群落特征的影響不同(圖2)。SP + CF 措施下植物群落的生物量顯著高于CK (P ＜0.05)，與SP + CF + PS 和SP 無顯著差異(P ＞0.05)；與CK 相比，SP + CF+PS 和SP 措 施 下 物 種 數(shù) 無 顯 著 變 化。蓋度變化無明顯規(guī)律。

圖2 外施椰糠及泥炭土對禿斑地植物群落特征的影響Figure 2 Effects of coconut chaff and peat soil on plant community characteristics in bald land

2019 年，SP + CF 措施下，植物蓋度、高度、生物量顯著低于SP (P ＜0.05)，與SP + CF + PS 相比差異 不 顯 著(P ＞0.05)；物 種 數(shù) 高 于CK (P ＜0.05)。2020 年，SP + CF 的蓋度低于SP (P ＜0.05)，與SP +CF + PS 和CK 差異不顯著(P ＞0.05)；高度顯著高于SP + CF + PS 和SP 措施(P ＜0.05)，與CK 無顯著差異(P ＞0.05)；生物量、物種數(shù)與其他處理無顯著差異(P ＞0.05)。2021 年，SP + CF 的蓋度、高度和生物量均高于CK (P＜ 0.05)，與SP + CF + PS 和SP 差異不顯著(P ＞0.05)；物種數(shù)無顯著差異(P ＞0.05)。

方差分析結(jié)果表明(表2)，處理措施對植物蓋度、高度、物種數(shù)和生物量的主效應(yīng)影響均顯著(P＜0.05)。年份對植物高度和蓋度的主效應(yīng)影響顯著，對生物量影響不顯著(P＞ 0.05)。處理措施與年份間交互，對植物蓋度、高度和生物量具有顯著影響(P＜ 0.05)。

表2 植物群落特征與治理措施和年份的關(guān)系Table 2 Relationship between plant community characteristics, control measures, and years

2.2 外施椰糠及泥炭土對禿斑地土壤持水量和孔隙度的影響

外施椰糠及泥炭土對禿斑地土壤持水量和孔隙度的影響不同(圖3)。禿斑地改良 3 年后，3 種恢復(fù)措施中，SP + CF 措施下土壤最大持水量顯著高于CK (P ＜0.05)，與SP + CF + PS 和SP 無顯著差異(P＞0.05)。

圖3 外施椰糠及泥炭土?xí)r禿斑地土壤持水量和孔隙度變化Figure 3 Changes in soil water holding capacity and porosity in bald spot land when coconut bran and peat soil were applied externally

2019 年，SP + CF 措施的土壤最大持水量、毛管持水量、毛管孔隙度和總孔隙度與SP + CF + PS 和SP 無顯著差異(P＞ 0.05)，但均大于CK (P ＜0.05)。2020 年，SP + CF 措施下，土壤最大持水量高于CK(P ＜0.05)，與SP + CF + PS 和SP 無顯著差異(P＞0.05)；毛管持水量、毛管孔隙度和總孔隙度無顯著差異(P＞ 0.05)。2021 年，SP + CF 措施下，土壤最大持水量顯著高于CK (P ＜0.05)，與SP + CF + PS 和SP 無顯著差異(P＞ 0.05)；毛管持水量和毛管孔隙度與SP + CF + PS、SP 和CK 相比均無顯著差異(P＞0.05)。

方差分析結(jié)果表明(表3)，處理措施和年份對土壤最大持水量、毛管持水量、毛管孔隙度和總孔隙度均產(chǎn)生顯著影響(P ＜0.05)。處理措施與年份間交互，對土壤最大持水量、毛管孔隙度產(chǎn)生顯著影響(P＜ 0.05)，對毛管持水量和土壤總孔隙度影響不顯著(P＞ 0.05)。

表3 土壤持水量和孔隙度與治理措施和年份的關(guān)系Table 3 Relationships between soil water holding capacity, porosity, control measures, and years

2.3 外施椰糠及泥炭土對禿斑地土壤養(yǎng)分的影響

分析禿斑地土壤全氮、全磷和有機(jī)質(zhì)變化發(fā)現(xiàn)，處理措施對禿斑地養(yǎng)分影響顯著(表4)。治理3 年后，3 種措施對0－10 cm 表層土壤有機(jī)質(zhì)影響效果顯著，均大于CK (P＜ 0.05)。其中，SP + CF 措施下0－10 cm 表層土壤有機(jī)質(zhì)均大于SP + CF +PS、SP 以及CK (P＜ 0.05)。

表4 外施椰糠及泥炭土的禿斑地土壤養(yǎng)分分析Table 4 Analysis of soil nutrients after coconut fiber and peat soil application in bare fields

2019 和2020 年，禿 斑 地 在SP + CF 措 施 下，3 個土層土壤有機(jī)質(zhì)均大于CK (P＜ 0.05)；2021 年，SP + CF 措施下，0－10 cm 土層土壤全磷和有機(jī)質(zhì)均大于SP + CF + PS、SP 和CK (P＜ 0.05)。

2.4 外施椰糠及泥炭土對禿斑地土壤生態(tài)化學(xué)計量特征的影響

對外施椰糠及泥炭土?xí)r禿斑地土壤生態(tài)化學(xué)計量特分析表明(表5)，3 種措施下，禿斑地治理3 年后(即2021 年) 0－10、10－20 cm 土層土壤C/P 顯著高于 SP + CF + PS、SP 和CK (P＜ 0.05)。20－30 cm土層土壤C/P 顯著大于CK (P＜ 0.05)。

表5 外施椰糠及泥炭土的禿斑地土壤生態(tài)化學(xué)計量分析Table 5 Eco-stoichiometric analysis of soil with bald patches soil with coconut fiber and peat soil

2019 年，SP + CF 措施下，0－10、10－20 和20－30 cm 土層土壤 C/N 顯著高于CK (P＜ 0.05)，與SP +CF + PS 和SP 無顯著差異(P＞ 0.05)；0－10、10－20和20－30 cm 土層土壤 C/P 顯著大于CK (P＜ 0.05)；0－10、10－20 和20－30 cm 土層土壤N/P 無顯著差異(P＞ 0.05)。2020 年，SP + CF 治理措施下0－10、10－20 cm 土層土壤C/N、C/P 和N/P 與SP、SP + CF +PS 以及CK 無顯著差異(P＞ 0.05)；20－30 cm 土層土 壤C/P 顯 著 大 于SP + CF + PS 和CK (P＜ 0.05)，C/N、N/P 無顯著差異(P＞ 0.05)。2021 年，SP + CF措施下，0－10、10－20 和20－30 cm 土層土壤C/N無顯著差異(P＞ 0.05)；0－10、10－20 cm 土層土壤C/P 顯 著 高 于 SP + CF + PS、SP 和CK (P＜ 0.05)，20－30 cm 土層土壤C/P 顯著大于CK (P＜ 0.05)，與SP + CF + PS 和SP 無顯著差異(P＞ 0.05)；0－10 cm土層土壤N/P 與SP + CF + PS、SP 以及CK 無顯著差 異(P＞ 0.05)，10－20 和20－30 cm 土 層 土 壤N/P 顯著大于SP 和CK (P＜ 0.05)。

方差分析結(jié)果表明(表6)，處理措施和年份及交互對土壤全氮、全磷、有機(jī)質(zhì)、C/N、C/P、和N/P均產(chǎn)生顯著影響(P ＜0.05)。

表6 土壤養(yǎng)分和化學(xué)計量比與相關(guān)影響因素的關(guān)系Table 6 Relationship between soil nutrients and stoichiometric ratio and related influencing factors

2.5 外施椰糠及泥炭土?xí)r禿斑地土壤環(huán)境因子與植物群落特征的關(guān)系

DCA 分析結(jié)果表明，各排序軸長均小于 3，需通過冗余分析解釋土壤因子對植物群落特征的影響。檢驗到部分環(huán)境因子的膨脹系數(shù)( inflation factors，IFs)大于 10，為排除因子間受自相關(guān)的影響，剔除膨脹系數(shù)大于10 的因子，將膨脹系數(shù)小于5 的因子進(jìn)行分析。由土壤因子與植物群落特征排序相關(guān)性可知(圖4)，RDA 的第1 軸反映土壤有機(jī)質(zhì)(organic matter，OM)、土壤總孔隙度(Tp)和土壤全磷(total phosphorus，P)對植物群落的影響。第2 軸反映毛管持水量(capillary water holding capacity，Cc)、土壤全氮(total nitrogen，N)和氮磷比(nitrogen phosphorus ratio，N/P)對植物群落的影響。沿著軸1 方向，植物群落特征主要受土壤有機(jī)質(zhì)的影響，其次是土壤總孔隙度(Tp)的影響。植物蓋度(coverage，Cr)、高度(height，Ht)和物種數(shù)(number of species，Sp)與土壤有機(jī)質(zhì)(OM)和土壤總孔隙度(Tp)緊密相關(guān)，生物量(biomass，Bs)與土壤氮磷比(N/P)和全磷(total phosphorus，P)緊密相關(guān)。

圖4 外施椰糠及泥炭土?xí)r禿斑地植物群落特征隨土壤生態(tài)化學(xué)計量和物理性質(zhì)的變化Figure 4 Changes in plant community characteristics with soil ecological stoichiometry and physical properties in bald land treated with coconut fiber and peat soil

采用RDA 和去除協(xié)同變量的偏冗余分析（partial RDA）方法，對土壤因子經(jīng) Monte Carlo 隨機(jī)置換檢驗 999 次(表7)，結(jié)果表明7 個獨(dú)立的環(huán)境解釋變量中，土壤全磷、OM、C/P、N/P、Cc、Tp 對植物群落特征解釋總效應(yīng)均達(dá)顯著水平(P＜ 0.05)，而土壤全氮對植物群落特征解釋總效應(yīng)未達(dá)到顯著水平(P＞ 0.05)。除去協(xié)同變量影響，OM、土壤C/P、土壤Cc 和Tp 對植物群落特征解釋凈效應(yīng)達(dá)到顯著水平(P＜ 0.05)。其余因子對解釋變量凈效應(yīng)均無顯著影響(P＞ 0.05)，土壤因子累計解釋凈效應(yīng)達(dá)到15.7%。綜合分析表明OM 和Cc 對植物群落特征解釋貢獻(xiàn)最大。

表7 環(huán)境因子對植物群落特征影響解釋的總效應(yīng)和凈效應(yīng)Table 7 Total and net and effects of environmental factors on plant community characteristics

3 討論

禿斑地是一種無植被覆蓋或低植被覆蓋的次生裸地，也是高寒草甸退化形成黑土灘的重要起始階段[28]。采取有效措施恢復(fù)禿斑地對修復(fù)退化的高寒草甸具有重要意義[29]。本研究結(jié)果表明，3 種不同措施治理禿斑地第3 年，生物量基本上均高于無處理對照，3 種措施對植物生物量恢復(fù)具有顯著效果。其中，淺翻處理下植物高度和生物量均大于無處理對照；淺翻 + 施椰糠處理下植物蓋度、高度以及生物量顯著高于無處理對照。恢復(fù)措施和年份間存在顯著交互作用。這與張明偉[30]的研究結(jié)果相同。張明偉等的研究表明椰糠是一種可以替代泥炭的優(yōu)良覆蓋材料，具有較強(qiáng)的蓄水保肥能力，能提高種子發(fā)芽率，使地上部分植物生長健壯。結(jié)合淺翻措施打破土壤板結(jié)，使土壤疏松多孔，有利于水分儲存。這與羅旭榮等[21]的研究結(jié)果不同，可能是淺翻 + 施椰糠 + 施泥炭措施中，椰糠與泥炭的配比不同，所試用的土壤類型不同，隨著椰糠占比降低土壤保水保肥能力下降，進(jìn)而植物恢復(fù)效果一般。這進(jìn)一步說明采取適宜的改良措施對禿斑地的恢復(fù)具有重要意義。綜上，淺翻 + 施椰糠處理措施能顯著提高禿斑地植物蓋度、高度以及生物量，為植物生長提供優(yōu)良環(huán)境。

土壤是草地生態(tài)系統(tǒng)中植物與環(huán)境相互作用的重要樞紐，其理化性質(zhì)是評價土壤質(zhì)地與肥力的重要指標(biāo)[31]。其中土壤物理結(jié)構(gòu)及孔隙特性是土壤水源涵養(yǎng)能力的基礎(chǔ)，即孔隙度的變化直接影響土壤持水量，進(jìn)而改變土壤的通氣、蓄水和持水特性[32]。本研究中淺翻 + 施椰糠的治理措施，一方面提高了禿斑地土壤最大持水量和總孔隙度，另一方面防止土壤水分和養(yǎng)分流失，為土壤微生物和種子庫提供優(yōu)良場所，這與車飛偉等[33]和趙文舉等[34]的研究結(jié)果相同。本研究偏冗余分析表明土壤有機(jī)質(zhì)和毛管持水量對植物群落特征方差解釋量達(dá)到顯著水平。土壤有機(jī)質(zhì)的變化與土壤中團(tuán)聚體的發(fā)育、滲透性的大小及土壤抗蝕能力直接相關(guān)[35]。當(dāng)土壤孔隙度相同，土壤內(nèi)部孔隙數(shù)量和大小確定時，土壤有機(jī)質(zhì)的吸水能力有利于提高土壤的持水性能[36]。土壤毛管持水量是土壤中所能保持的毛管上升水的最大數(shù)量，是對植物的有效水分。毛管孔隙度對土壤的持水量有直接影響，有機(jī)質(zhì)含量則主要通過毛管孔隙度的改變對土壤持水量產(chǎn)生間接影響，毛管孔隙是土壤孔隙的主要組成部分，在很大程度上反映土壤的通氣性和透水性，是植物輸送土壤養(yǎng)分和水分的重要通道[37]。土壤有機(jī)質(zhì)、土壤毛管持水量和孔隙度的提高有利于禿斑內(nèi)植物獲取土壤養(yǎng)分和水分。因此，為滿足土壤種子庫水分需求，恢復(fù)禿斑塊植物需增加土壤有機(jī)質(zhì)，改善禿斑地土壤毛管持水量和總孔隙度。

土壤化學(xué)性質(zhì)是綜合評價土壤系統(tǒng)質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)[38]。本研究中禿斑地治理3 年后，淺翻 +施椰糠的治理措施顯著提高0－10 cm 表層土壤全磷和有機(jī)質(zhì)。這與高志香等[39]和王鈺皓等[40]的研究結(jié)果相同，覆蓋材料能減少土壤養(yǎng)分和水分的流失。椰糠自身具有較高的碳氮含量，對于提高禿斑內(nèi)土壤的養(yǎng)分含量具有顯著效果。土壤生態(tài)化學(xué)計量特征能夠反映生態(tài)系統(tǒng)多重化學(xué)元素平衡狀況，是探討生命主要組成元素循環(huán)的有效方法，在生態(tài)系統(tǒng)平衡中發(fā)揮著重要作用[41]。C/N 和C/P 可指示植物營養(yǎng)利用效率[42]，而N/P 可反映環(huán)境對植物生長的養(yǎng)分供應(yīng)狀況。本研究結(jié)果表明在淺翻 + 施椰糠治理措施下，禿斑地恢復(fù)3 年后，2019 和2021 年0－10、10－20 和20－30 cm 土層土壤C/P 均大于無處理對照。冗余分析表明，土壤C/P、N/P 對植物群落特征解釋總效應(yīng)均達(dá)顯著水平。除去協(xié)同變量影響，土壤C/P 對植物群落特征解釋凈效應(yīng)達(dá)到顯著水平。因此，3 種治理措施均對禿斑地植物生長有顯著影響。其中，淺翻 + 施椰糠的治理措施能有效減少0－10 cm 土壤表層N、P 和有機(jī)質(zhì)流失，平衡土壤C/P 和N/P，對禿斑地植物的恢復(fù)具有顯著效果。

椰糠已成為國內(nèi)外農(nóng)作物栽培中廣泛應(yīng)用的新型基質(zhì)和土壤調(diào)理劑原料[43-44]，在我國應(yīng)用時間不長且在退化草地恢復(fù)中少有應(yīng)用，但由于椰糠產(chǎn)品來自天然，可再生，價格低廉、擁有類海綿體結(jié)構(gòu)、保水性及透氣性俱佳、pH 近中性和使用壽命長等特點(diǎn)[45-46]。本研究中淺翻草甸土后撒播椰糠，使禿斑地土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，土壤孔隙度和持水性能加以改善進(jìn)而促進(jìn)植物恢復(fù)，在本研究中采取淺翻 + 施椰糠治理100 hm2鼠害地需成本約10 000元，相對于補(bǔ)播草種等治理措施來講價格略顯昂貴，但當(dāng)椰糠添加量不超過土壤體積的3 ∶ 2 時，土壤的pH、容重、總孔隙度以及持水孔隙度等均有利于植物的生長。適宜的椰糠配比有利于降低植物根區(qū)鹽分積累，平衡離子比例[47-48]。同時椰糠吸水量為自身重量的56 倍，持續(xù)供水時間可達(dá)8～9 d，自然分解緩慢，從而可降低高原風(fēng)蝕對禿斑地植物生長帶來的危害[49]。因此，從對禿斑地治理效果以及長期效益考慮淺翻 + 施椰糠是一種較可取的治理措施。

4 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)外施椰糠及泥炭土對禿斑地植物群落和土壤理化性質(zhì)影響顯著。淺翻 + 施椰糠措施增加了植物的蓋度、高度、生物量以及土壤最大持水量和總孔隙度，對禿斑塊植物群落、土壤物理性狀以及土壤生態(tài)化學(xué)計量比的改善具有顯著效果。此外，本研究發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)、土壤毛管持水量和總孔隙度影響土壤養(yǎng)分平衡最終影響植物群落。今后禿斑地治理措施應(yīng)該多關(guān)注土壤持水性能和孔隙度的改善，盡可能使土壤水分和土壤生態(tài)化學(xué)計量比滿足禿斑塊植物生長的需求，從而使禿斑內(nèi)植物得以恢復(fù)。