国内外草地施肥研究进展

潘 利，张玉娟，阎子盟，唐士明，黄 顶(中国农业大学动物科技学院，北京100193)

我国是草地资源非常丰富的国家，我国草地面积近4亿hm2，占国土面积的40%左右，是我国农田面积的3倍多。草地是重要的生产资料，也是重要的可更新的资源，能生产肉、奶、皮、毛，能提供大量的畜产品。然而，人类在利用草地(割草和放牧)时，土壤养分随着草产品及畜产品的输出被过量的带出草地，在未得到有效补充的情况下草地肥力下降，严重影响牧草生长，使草地生态系统受到伤害，为了维持草地的营养平衡，需要合理施肥。草地施肥是维持草原生态系统养分平衡的重要管理措施之一。施肥能够迅速补充土壤中缺少的牧草生长所需的营养元素，从而提高牧草产量，也能通过增加蛋白质含量，改善牧草品质。笔者从草地施肥和草地施肥效应2个方面综述了近年来国内外施肥对草地生态系统的影响方面的研究进展。

1 草地施肥研究

1.1 施肥种类和施肥量 施肥种类主要包括无机肥料、有机肥料和微生物肥料。在甘南沙化高寒草甸的施肥结果表明，从草地生产力、群落结构的合理性以及群落的稳定性综合考虑，有机肥、磷肥和氮肥的施肥量分别为3、0.2和0.15 kg/m2，氮磷钾合施的配比为 N 0.03 kg/m2、P 0.07 kg/m2、K 0.03 kg/m2，这是高寒沙化草甸施肥的最佳水平［1］。

1.2 施肥方法 草地施肥方法主要有基肥和追肥，后者又分为撒施、条施、沟施、灌溉施肥和根外追肥等。追肥方法是否得当对于发挥肥效具有重要意义。在青海高寒牧区的研究表明深施产量显著高于表施，且牧草粗蛋白质、粗脂肪和粗灰分含量也较高［2］;在青海草地，磷宜用作种肥，其肥效优于作基肥和追肥;氮应用作追肥，其肥效优于作基肥和种肥［3］。

1.3 施肥时间 由于地域的不同，南北地区施肥时间不同，北方地区通常是夏秋季节，而南方地区是春夏季节。普遍认为有效的施肥季节为林本生长旺盛期，即春季和初夏，此时更有利予根系吸收养分。在青海退化草地的研究表明，确定“黑土型”退化草地上人工植被的施肥组合方案为施肥时间在分蘖后到7月上旬，同时为了获得较高的牧草产量，以每2年施肥1 次为佳［4］。

2 草地施肥效应研究

2.1 施肥对群落结构的影响 施肥对群落结构的影响主要表现在植物的盖度、高度和生物量等方面。在青海省河南县高寒草甸草地的研究表明，试验区内草地植被结构发生了明显变化，植物高度增高，植被盖度增加，这是因为施肥增加了土壤中的有效资源水平，降低了物种对限制资源的竞争强度，从而使群落生物量增加［5-6］。在我国西北科尔沁沙化草地进行了连续5年的施加氮肥试验，年施氮量为20 g/m2，结果表明施加氮肥后地上生物量增加了98%［7］。在沙化草地施肥第1年和第2年，羊粪和氮磷肥混施的处理后地上生物量均达到最高［8］;施磷能大幅度提高紫花苜蓿的产量，增产30.8% ～70.2%［9］;施用钾肥能大幅度提高牧草产量，鲜草产量比对照增加16.6 t/hm2［10］。张杰琦等在氮素添加对高寒草甸的研究表明施氮肥增加了植物群落植被的高度和盖度［11］。施肥对草地植被生物量的形成有非常显著的促进作用，这与众多文献的结论是一致的［12-19］。

2.2 施肥对物种多样性的影响 大量研究表明，施肥将减少群落的植物种类，降低物种多样性，随着施肥梯度的增加，多样性指数逐渐下降［20］。Joseph M.等对潘诺尼亚黄土草地的施肥试验表明，与未施肥相比，多样性指数和物种丰富度增加1.5倍，可能是因为极度干旱的气候使物种有显著的再生潜力［21］。SZ.czobell研究也表明，群落里如果没有优势种，施肥对其物种的丰富度没有影响［22］。添加 N、P、K、水等营养物质，研究不同组合的资源添加对高寒草甸植物群落物种丰富度和生产力的影响，结果表明随着施入不同资源增加，物种多样性降低［23-24］。

2.3 施肥对牧草营养成分的影响 施肥加速了羊草的生长，提高了牧草产量和蛋白质总量;在不同施肥中，施N、P效果最佳，粗蛋白的含量随着N肥施加量的增加而增加，但施肥对酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维没有影响［25］。施肥量对草地粗蛋白总收获量的影响也达到极显著水平(P＜0.01)，但不同牧草品种对肥料的反应不同［26-27］。单施氮肥可以显著增加禾草中粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)和钙(Ca)的含量，减少无氮浸出物(NEF)和磷(P)的含量，而对粗纤维(CF)含量的影响甚微［28］。研究表明，随着氮肥施用量的增加，牧草蛋白质和脂肪含量增加，但是P、K含量降低［29］。苏亚丽研究表明粗蛋白和干物质含量随着氮肥和磷肥用量的增加而升高，但随着灌水量的增加而降低;随着氮肥、磷肥用量和灌水量的增加，粗纤维含量降低，粗脂肪含量升高;粗灰分含量随着氮肥用量和灌水量的增加而升高，随着磷肥用量的增加［30］。马孝慧的研究表明纤维含量随着氮肥和磷肥用量的增加而降低，当氮、磷肥用量相同时，增加灌水量也可以降低纤维含量，说明施肥和灌水配合施用能够降低紫花苜蓿的纤维含量，提高牧草的品质［31］，与贾珺等［32］研究结果相一致。由于苜蓿粗蛋白含量的高低一般是以植株体内全氮含量为依据，所以氮肥对粗蛋白含量的影响较为明显，粗蛋白含量随着氮肥和磷肥用量的增加而升高，灌水量对粗蛋白含量的影响为负效应，随着灌水量的加大，粗蛋白含量呈降低的趋势，与文霞［33］和刘利群等［34］的研究结果相一致。施肥能够提高牧草的蛋白质和可溶性碳水化合物的含量，与大多数研究结果相一致［35-37］。

2.4 施肥对土壤理化性质的影响 以前关于施肥对土壤有机碳影响的研究较多，大多数研究认为施肥可以通过提高作物产量及其归还量而增加土壤中有机碳含量［38］，但也有一些研究认为化肥的施用对土壤有机碳无显著影响，甚至会产生降低效应［39］。魏金明在水肥添加对内蒙古典型草原土壤碳、氮、磷及pH的影响的研究表明添加水分降低了土壤铵态氮和硝态氮含量，而添加氮肥显著增加了土壤铵态氮和硝态氮的含量;添加磷肥显著增加了土壤全磷和速效磷含量，均为不施磷肥的9倍;氮肥和磷肥的添加均不同程度降低了土壤PH［40］。土壤中有机碳含量取决于碳的输入和输出，增水和施肥等改良措施通常能够提高牧草产量，进而增加土壤有机碳的输入［41］。郑海霞等［42］在内蒙古草原的研究发现连续5年施用氮肥对土壤总有机碳含量无显著影响。这可能是因为施氮刺激了土壤微生物的活性，加快了土壤有机氮的分解，从而使其含量降低;同时，施氮后植物的快速生长消耗了土壤中大量的无机氮，因此土壤全氮含量没有显著增加。Nayak D等［43］建议使用农家肥，有利于有机碳的固存，而且不污染环境，施N、NP、NPK分别增加土壤有机碳0.06%、0.23% 和0.44%。武建双等［44］在藏北地区的试验表明不同施氮处理下的土壤各层pH均无明显改变;土壤营养状况发生明显改变，其中土壤中碱解氮和有效磷的变化幅度最为显著，全磷含量在土壤各层均无明显变化;土壤各层次的碱解氮含量有不同程度的下降。有机质对于维持和提高土壤的质量和产量是非常重要的。研究表明，在0～5、5～10、10～15 cm的土层，随着施氮量的增加，轻组有机质含量、氨基酸含量增加，特别是0～5 cm，轻组有机质含量的提高对于改善土壤有机质的质量具有重要作用［45-48］。

2.5 施肥对土壤呼吸的影响 研究表明，氮、磷和钾的施加能够改变土壤温度和水分，从而影响土壤呼吸［49］。氮、磷和钾是牧草生长所必需的大量元素，同时也是草地生态系统中的限制因素，对高寒草地的施肥试验发现添加氮素增加了土壤呼吸［50］;对温带草地进行施肥试验处理后也得到相似的结果，适度添加氮素增加了土壤呼吸，尤其是土壤异养呼吸［51］;对东北湿地草地生态系统的氮素添加研究表明，氮素添加通过增加凋落物的分解速率而增加土壤呼吸［52］;对内蒙古温带草地进行不同浓度的施肥发现，施肥没有改变土壤呼吸的季节变化规律，但却在施肥后第1年促进了土壤呼吸，同时施肥也改变了土壤呼吸和不同气候要素之间的关系，比如增加了土壤呼吸对水分的依赖性，降低了土壤呼吸温度敏感系数［53］。有关研究还表明，对内蒙古高原的荒漠化草原的施肥作用没有明显增加土壤呼吸［54］;对内蒙古3种不同类型的草地进行施肥处理后抑制了土壤呼吸、氮的矿化，减少了微生物氮含量，这种抑制作用在长期的氮施肥试验中表现更为明显［55］。此外，也有研究表明氮素添加后的第1个生长季对微生物活性和微生物量都没有影响，并且土壤呼吸与微生物数量之间没有显著相关关系［56］。

3 小结

(1)施肥可以显著提高牧草的生物量，改善牧草的营养成分。氮肥是第一考虑因子，单施氮肥、氮磷配施、氮肥和有机肥混合施用等都有较好的效果，磷肥次之，钾肥效果最差，在施用化肥时配合施用有机肥能获得更好的效果。

(2)施肥将减少群落的植物种类，降低物种多样性，随着施肥梯度的增加，多样性指数逐渐下降，原因是施肥后养分利用率高的植物迅速生长，改变了植物的竞争格局，物种间的竞争由地下转向地上光的竞争，光能利用率高的植物高度和盖度大大增加，弱小的的植物被其遮蔽，不能充分进行光合作用，生长缓慢，逐渐消失。

(3)土壤呼吸是陆地碳循环的重要过程，也是草地生态系统与大气之间进行交换的主要途径，施肥对土壤呼吸的影响存在不同的响应，今后可从施肥对碳氮共同作用下草地生态系统的响应机制着手研究。

［1］陈文业，赵明，李广宇，等.不同类型施肥水平对甘南沙化高寒草甸植物群落特征及生产力的影响［J］.自然资源学报，2012，27(2):254-267.

［2］纪亚君，周青平.高寒牧区禾本科牧草施肥研究［J］.中国土壤与肥料，2009(1):27-30.

［3］车敦仁，郎百宁，王大明，等.追氮时期和方式对禾草产量及营养成分的影响［J］.青海畜牧兽医杂志，1988(5):10-12.

［4］马玉寿，郎百宁.施氮量与施氮时间对小嵩草草甸草地的影响［J］.草业科学，2003，20(3):47-50.

［5］祁向前.高寒草甸草地施肥灌溉试验研究［J］.草业与畜牧，2012(11):23-25.

［6］SCHOOLMASTER JR D R，MITTELBACH G G，GROSS K L.Resource competition and community response to fertilization:the outcome depends on spatial strategies［J］.Theoretical Ecology，2014，7(2):127-135.

［7］王鹤龄，牛俊义，郑华平，等.玛曲高寒沙化草地生态位特征及其施肥改良研究［J］.草业学报，2008，17(6):18-24.

［8］德科加，周青平，刘文辉，等.施氮量对青藏高原燕麦产量和品质的影响［J］.中国草地学报，2007，29(5):23-27.

［9］张学洲，李学森，顾祥，等.氮、磷、钾不同施肥配比效应对人工混播草地产量与品质的影响［J］.新疆农业科学，2010(11):19-22.

［10］赵慧星，李小坤，鲁剑巍，等.钾肥分期施用对苏丹草生长和产量的影响［J］.土壤肥料，2005(6):39-42.

［11］张杰琦，王刚，李奇，等.氮素添加对高寒草甸植物群落物种丰富度及其与生产力关系的影响［J］.植物生态学报，2010(13):1125-1131.

［12］潘玲，魏臻武，武自念，等.施肥和播种量对扬州地区苜蓿生长特性和产草量的影响［J］.草地学报，2012，20(6):1099-1104.

［13］李禄军，于占源，曾德慧，等.施肥对科尔沁沙质草地群落物种组成和多样性的影响［J］.草业学报，2010，19(2):98-102.

［14］李昂，吕正文，顾梦鹤，等.施肥和刈割对混播草地生物量的影响［J］.草业科学，2008，25(7):83-86.

［15］WARAMIT N，MOORE K J，FALES S L.Forage quality of native warmseason grasses in response to nitrogen fertilization and harvest date［J］.Animal Feed Science and Technology，2012，174(1):46-59.

［16］STEVENS C J，DUPRÉ C，DORLAND E，et al.Nitrogen deposition threatens species richness of grasslands across Europe［J］.Environmental Pollution，2010，158(9):2940-2945.

［17］LIEBISCH F，BÜNEMANN E K，HUGUENIN-ELIE O，et al.Plant phosphorus nutrition indicators evaluated in agricultural grasslands managed at different intensities［J］.European Journal of Agronomy，2013，44:67-77.

［18］VITOUSEK P M，PORDER S，HOULTON B Z，et al.Terrestrial phosphorus limitation:mechanisms，implications，and nitrogen-phosphorus interactions［J］.Ecological Applications，2010，20(1):5-15.

［19］KING C，MCENIRY J，RICHARDSON M，et al.Yield and chemical composition of five common grassland species in response to nitrogen fertiliser application and phenological growth stage［J］.Acta Agriculturae Scandinavica，Section B-Soil＆ Plant Science，2012，62(7):644-658.

［20］张英，严林，江小蕾.西宁地区草坪主要杂草种类和危害情况调查及其防除对策［J］.草业科学，2005，22(7):53-58.

［21］CRAINE J M，JACKSON R D.Plant nitrogen and phosphorus limitation in 98 North American grassland soils［J］.Plant Soil，2010，334:73-84.

［22］CZOBELL S Z，NEMETH Z，SZIRMAI O，et al.Short-term effects of extensive fertilization on community composition and carbon uptake in a Pannonian loess grassland［J］.Photosynthetica，2013，51:432-439

［23］马涛，武高林，何彦龙，等.青藏高原东部高寒草甸群落生物量和补偿能力对施肥与刈割的响应［J］.生态学报，2007，27(6):131-135.

［24］顾梦鹤，杜小光，文淑均，等.施肥和刈割对垂穗披碱草(Elymus nutans)，中华羊茅(Festuca sinensis)和羊茅(Festuca ovina)种间竞争力的影响［J］.生态学报，2008，28(6):34-37

［25］DONZELLI D.Ecohydrological modelling of soil water and nuntrients dynamics in tropical and subtropical biomes［J］.Italy，2012，25(8):16-19.

［26］DICKSON T L，GROSS K L.Plant community responses to long term fertilization:changes in functional group abundance drive changes in species richness［J］.Oceologia，2013，173(4):1513-1520.

［27］邱波，任青吉，罗燕江，等.高寒草甸不同生境类型植物群落的α及β多样性研究［J］.西北植物学报，2004，24(4):655-661.

［28］仁青吉，罗燕江，王海洋，等.青藏高原典型高寒草甸退化草地的恢复［J］.草业学报，2004，13(2):43-49.

［29］齐瑞.青藏高原亚高寒草甸植物群落对氮磷添加的响应［D］.兰州:兰州大学，2013.

［30］苏亚丽，张力君，孙启忠，等.水肥耦合对敖汉苜蓿营养成分的影响［J］.草地学报，2011，19(5):821-824.

［31］马孝慧.施肥对苜蓿产量与品质的影响及其经济效益分析［D］.乌鲁木齐:新疆农业大学，2005:76-81.

［32］贾珺，韩清，周芳.氮磷配比对旱地紫花苜蓿产量构成因子及营养成分的影响［J］.中国草地学报，2009，31(3):77-81.

［33］文霞.水肥对紫花苜蓿生产性能和品质的影响研究［D］.兰州:兰州大学，2010:17-21.

［34］刘利群.不同施肥量对苜蓿产量及品质影响的探讨［J］.新疆农业职业技术学院学报，2007，15(2):39-43.

［35］CLARK C M，TILMAN D.Loss of plant species after chronic low-level nitrogen deposition to prairie grasslands［J］.Nature，2008，451(7179):712-715.

［36］尤英豪.羊草草地施肥效果探究［J］.吉林林业科技，2005，34(1):43-47.

［37］何玮，张新全，杨春华.刈割次数、施肥量及混播比例对牛鞭草和白三叶混播草地牧草品质的影响［J］.草业科学，2006，23(4):59-63.

［38］纪亚君，周青平.高寒牧区禾本科牧草施肥研究［J］.中国土壤与肥料，2009(1):39-43.

［39］VUCKOVIC S，CUPINA B，SIMIC A，et al.Effect of nitrogen fertilization and undersowing on yield and quality of Cynosuretum cristati-type meadows in hilly-mountainous grasslands in Serbia［J］.Journal of Central European Agriculture，2006，6(4):509-514.

［40］魏金明，姜勇，符明明，等.水，肥添加对内蒙古典型草原土壤碳，氮，磷及 pH 的影响［J］.生态学杂志，2011，30(8):1642-1646.

［41］高中超，迟凤琴，赵秋.施肥对退化草原植物群落产量及土壤理化性质的影响［J］.草原与草坪，2007(2):60-62.

［42］郑海霞，齐摇莎，ANGELIKA K，等.氮肥和羊粪对内蒙古典型草原土壤多糖含量及组成的影响［J］.土壤通报，2008，39(6):1298-1301.

［43］NAYAK D，CHENG K，WANG W，et al.Technical options to reduce greenhouse gas emissions from croplands and grasslands in China［J］.2013，19(6):75-83.

［44］武建双，沈振西，张宪洲，等.藏北高原人工垂穗披碱草种群生物量分配对施氮处理的响应［J］.草业学报，2009，18(6):113-116.

［45］MALHI S S，WANG Z H，SCHNITZER M，et al.Nitrogen fertilization effects on quality of organic matter in a grassland soil［J］Nutrient Cycling in Agro，2015，73:191-199.

［46］KESHAVARZ AFSHAR R，CHAICHI M R，MOGHADAM H，et al.Irrigation，Phosphorus Fertilizer and Phosphorus Solubilizing Microorganism Effects on Yield and Forage Quality of Turnip(Brassica rapa L.)in an Arid Region of Iran［J］.Agricultural Research，2012，34(5):1-9.

［47］XU Z W，WAN S Q，ZHU G L，et al.The Influence of Historical Land Use and Water Availability on Grassland Restoration［J］.Restoration Ecology，2010，18(4):217-225.

［48］RUSSELL A E，LAID D A，PARKIN T B，et al.Impact of nitrogen fertilization and cropping system on carbon sequestration in Midwestern Mollisols［J］.Soil Science Society of America Journal，2005，69(9):413-422.

［49］WENDEL S，MOORE T，BUBIER J，et al.Experimental nitrogen，phosphorus，and potassium deposition decreases summer soil temperatures，water contents，and soil CO2concentrations in a northern bog［J］.Biogeosciences，2011，8(3):38-44.

［50］HOSSAIN M Z，SUGIYAMA SHU-ICHI.Effects of chemical composition on the rate and temporal pattern of decomposition in grassland species leaf litter［J］.Japanese Society of Grassland，2007，15(9):63-67.

［51］DIEMER M.Effects of elevated CO2on gas exchange characteristics of alpine grassland［J］.Acta Oecologica International Journal of Ecology，1997，18(3):177-182.

［52］SONG C，LIU D，YANG G，et al.Effect of nitrogen addition on decomposition of Calamagrostis angustifolia litters from freshwater marshes of Northeast China［J］.Ecological Engineering，2011，37(10):1578-1582.

［53］PENG Q，DONG Y，QI Y，et al.Effects of nitrogen fertilization on soil respiration in temperate grassland in Inner Mongolia，China［J］.Environmental Earth Sciences，2011，62(6):1163-1171.

［54］珊丹，韩国栋，赵萌莉，等.控制性增温和施氮对荒漠草原土壤呼吸的影响［J］.干旱区资源与环境，2009，23(9):106-112.

［55］FISK M C，FAHEY T J.Microbial biomass and nitrogen cycling responses to fertilization and litter removal in young northern hard wood forests［J］.Biogeochemistry，2001，53(2):201-223.

［56］LIU W X，XU W H，HAN Y，et al.Responses of microbial biomass and respiration of soil to top ography，burning，and nitrogen fertilization in a temperate steppe［J］.Biology and Fertility of Soils，2007，44(2):259-268.