不同施肥和土壤保湿处理对康藏高原牧草生长和产量的影响

李春容，罗言云，王倩娜

(四川大学 建筑与环境学院，成都 610065)

草地是促进康藏地区可持续发展的重要自然资源，在水源涵养、防风固沙和生物多样性保护等方面发挥着重要的生态系统服务功能。随着全球气候日益变暖，加上人类不合理的开发利用[1]，使康藏地区出现天然草地严重退化、水土流失加剧等问题。据统计，地处康藏高原东南部的甘孜州退化草地面积占可利用草地面积的78%[2]，高寒草甸退化草地的生态修复与治理迫在眉睫[3]。

研究表明，施肥是改良退化草地、提高牧草生产力的重要技术措施之一[4]。在实际生产中，由于水溶性复合肥的物理性状好、养分含量高、施用方便，生产者大都选择施用水溶性复合肥[5]。而微生物菌剂属于微生物肥料的一种，是指用特定微生物菌种培养的活性微生物制剂，主要分为根瘤菌菌剂、固氮菌菌剂、菌根菌剂和复合微生物菌剂等[6]，其中复合微生物菌剂是近年来研究较多的一种肥料，有研究证明使用复合微生物菌剂的增产效果比单一菌肥的效果好[7]。微生物菌剂作为一种重要肥源和土壤修复剂，也越来越受到人们的青睐，并且已在作物或草地生产上得到广泛应用。土壤保湿剂是一种具有超强吸水保水性的高分子聚合物，能在一定程度上提高水肥利用效率，促进植株生长。

目前，关于施肥对牧草影响的研究主要集中在单一或混播草种对不同施肥时期、施肥量、施肥方式以及氮磷钾肥不同比例的响应等方面，如Shi等[8]研究了施氮时间和施氮量对半干旱多年生羊草种子产量、牧草产量和氮利用效率的影响；贡嘎桑布[9]通过研究紫花苜蓿在不同磷钾肥比例组合下部分表型性状的差异，探讨种植紫花苜蓿的最佳施肥方法和施肥量；张学梅等[10]研究燕麦和箭筈豌豆混播及燕麦单播草地产量和水分利用效率对不同种植模式和施肥水平的响应；董晓兵等[11]研究不同微肥对羊草干草产量、品质和养分吸收的影响。在康藏地区的牧草试验研究较少，而针对高寒草甸多种牧草展开不同施肥和土壤保湿处理的对比研究鲜见报道。本试验在四川省甘孜州白玉县高寒草甸进行，探讨6种常见牧草在不同施肥和土壤保湿处理下的生长及产量情况，以期获得更为合理的康藏高原草地施肥方案，为高寒地区牧草的高产高效栽培及高寒草甸退化草地的环境生态修复提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在“康藏高原退居土地生态修复方法与关键技术研究与示范“试验基地进行，试验地为白玉县城乡建设用地增减挂钩试点项目(项目编号：5133302018000134)的退居土地(拆除废弃房屋后的宅基地及其附属用地)。位于四川省甘孜州白玉县河坡乡，东经98°53′56″，北纬31°22′32″，海拔2 991 m。属大陆季风高原性气候，年平均温度12.3 ℃，年降水量600 mm，主要集中在6-9 月，约占全年降水量的70%，无霜期达156 d，年均日照时数2 133.6 h·d。

试验地土壤为沙壤土，基础肥力较差。于2019年5月进行翻耕平整，翻耕深度≥30 cm。试验前采用“五点取样法”取出0～30 cm耕层土样进行理化指标分析，基本理化性质见表1。

表1 供试土壤基本理化性质Table 1 Basic physical and chemical properties of tested soil

1.2 试验材料

供试草种选取适合康藏高原的6种牧草，分别为老芒麦(ElymussibiricusLinn.)、披碱草(ElymusdahuricusTurcz.)、‘雅润’燕麦(AvenasativaL.‘Yarun’)、‘巴润’草地早熟禾(PoapratensisL.‘Baron’)、‘阿尔冈金’紫花苜蓿(MedicagosativaL.‘Algonquin’)和‘维多利亚’黑麦草(LoliumperenneL.‘Victoria’)。以上草种由成都绿牧天下农业科技有限公司提供，种子均已通过休眠，生活力旺盛。

供试复合肥为水溶性缓释肥(简称NPK，总养分≥40%，N-P2O5-K2O:20-8-12)；供试微生物菌剂是一种新型复合微生物肥料(简称CAMP，有效活菌数≥3.0 亿·g-1，pH≥7)，主要由光合菌群、溶磷菌群、酵母菌群、硝酸菌群、固氮菌群、乳酸菌群、放线菌群和生长菌群八大类菌群组成，具有调酸碱、促吸收、补元素、增肥效、防病害的功效；供试保湿剂是以低交联型聚丙烯酸钠盐为主要成分的功能型高分子吸水性树脂(简称SAP)，白色颗粒状，吸水倍率≥400，播种前用于土壤保湿。以上肥料及保湿剂均由四川天禾嘉美农业科技有限公司提供。

1.3 试验方法

2019年6月进行土壤改良田间试验，采用随机区组设计，共设7 个施肥及保湿处理，具体配方及用量见表2。在试验样地内按1 m×3 m面积划分小区，每小区为1个重复，每个处理重复3 次，6种牧草各有21 个小区，各小区之间以 0.5 m宽沟隔开，四周设1 m保护行。肥料和保湿剂施入方式为人工均匀撒施，然后浇1次透水。

于降过透水后的2019-06-12进行播种，按各牧草适宜的播种量称取种子后均匀撒播。播种量分别为：老芒麦和披碱草7.5 g·m-2、‘雅润’燕麦和‘阿尔冈金’紫花苜蓿6 g·m-2、‘巴润’草地早熟禾20 g·m-2、‘维多利亚’黑麦草30 g·m-2。播种完成后用遮光网覆盖，直至种子萌发。其余栽培管理、病虫害防治等按常规田间方法，并保持各小区严格一致。

1.4 项目测定

1.4.1 株高 2019-07-15、2019-08-16、2019-09-16(即播种后第30天、第60天、第90天)在试验地内分别测定各处理植株在不同生长阶段的株高，用卷尺测量从地面到植株自然状态最高部位的绝对高度。每小区随机选取5 株植株分别测定，取平均值。

1.4.2 分蘖数和单株鲜质量 于牧草植株越冬前(10月16日)，在每个小区内随机选5株植株，齐地面刈割后统计单株分蘖数，并称鲜质量，分别求出各小区平均值。

1.4.3 单位面积株数和鲜草产量 于10月16日，各牧草基本进入抽穗至开花期，及时进行刈割测产。每小区随机选取0.5 m×0.5 m样方，齐地面刈割，计量各样方的植物株数，并测定其地上生物量，后折算成每公顷鲜草产量。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2013和DPS 7.05软件进行数据分析和图表制作，用Duncan’s新复极差法进行方差分析，比较各处理间均值的差异显著性水平，并用SPSS 25.0检测各项指标间的相关性。

表2 施肥和土壤保湿处理方案Table 2 Scheme of fertilization and soil moisture treatments

2 结果与分析

2.1 不同施肥和土壤保湿处理对牧草株高的影响

株高可直接反映牧草的生长状况，是衡量其生产性能的一个重要指标。图1显示，由于施肥和土壤保湿处理的不同，各牧草株高均受到影响。与对照相比，在保湿剂基础上施加复合肥或微生物菌剂均能增加植株的生长高度，但不同植物对不同处理的响应各有差异。

不同处理之间(图1)，6 种牧草的株高整体均呈先增后减再增的趋势，这种趋势在3 个生长时期表现出相似性。多重比较结果可知，在第30天和第60天，株高较高的处理有T6、T3和T5。当植株生长至第90天即9月中旬时，除老芒麦和披碱草表现为T1>T4，T2>T5，T3>T6，且处理间差异极显著(P<0.01)外，其余牧草均表现为T1T2>T1， T6>T5>T4，但处理间差异水平不一，说明在同一保湿处理下，2种肥料混合配施比单施一种肥料更利于牧草生长，且单施微生物菌剂比单施复合肥效果好。

同一处理下(表3)，老芒麦和黑麦草在第60天～第90天的株高增长率明显比第30天～第60天的高，而披碱草、草地早熟禾和紫花苜蓿却与之相反。可见，随生长时间的延长，老芒麦和黑麦草的株高受促进作用增强，披碱草、草地早熟禾和紫花苜蓿则受到一定抑制，且这种促进或抑制作用在不同处理间表现不一致。对燕麦而言，在第30天～第60天，CK、T1、T2、T3处理下株高分别增加 193.3%、 165.9%、131.7%和 124.9%，而在第60天～第90 天，其增长率大幅下降；T4、T5、T6处理下，株高增长率在第30 天～第60天分别为30.4%、31.5%、25.2%，明显低于同一时期其他处理，而在第60天～第90天均成倍上升。到第90天，各处理株高增长率为60%～80%，保持相对平衡。由此可见，保湿剂施用量对不同时期燕麦生长的影响较大。根据试验区气候，前期由于雨量充沛，不施或少施保湿剂更能促进植株生长；后期可能由于气温逐渐升高，植株需水量变大，对照和单倍保湿剂下燕麦生长明显受抑，双倍保湿剂下生长更快。

2.2 不同施肥和土壤保湿处理对牧草分蘖数的影响

植株分蘖数的多少能在一定程度上影响其生产性能和抗逆性的高低[12]。图2显示，不同施肥和土壤保湿处理对分蘖数的影响有较大差异。总体而言，黑麦草和披碱草的分蘖数较多，单株最多可达85.5 个，且处理间差异显著(P<0.05)；紫花苜蓿和草地早熟禾较少，最少仅1.7 个，不同植株的分蘖差异主要是由植物特性决定的。同一牧草在T1～T6处理下分蘖数均高于CK，表明施肥和土壤保湿对植株分蘖力有直接促进作用。其中黑麦草受施肥处理的影响最为显著，T6处理下分

不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。显著性比较在同一时期同一草种内进行。下同

表3 不同生长时期各牧草的株高增长率Table 3 Height growth rate of grazing grasses at different growth stages

蘖数最多，单株比CK多48.9 个，为CK的2.34倍；其次为T5，为CK的2.22 倍；T2与CK差异较小，仅比CK增加0.41 倍。

不同处理之间，分蘖数较多的处理有T6、T5、T3和T2。其中，老芒麦、披碱草、燕麦、草地早熟禾和黑麦草表现为T6>T5>T4，T3>T2>T1，表明在同一保湿处理下，施肥对以上植株分蘖力的作用顺序为：复合肥和微生物菌剂混合配施>单施微生物菌剂>单施复合肥，这与株高的变化趋势基本一致。而紫花苜蓿表现为T5> T6>T4，T3>T2>T1，说明施用双倍保湿剂后，混合配施对紫花苜蓿分蘖力的促进效果反而比单施微生物菌剂差，但仍比单施复合肥效果好。

牧草编号同表1，下同

2.3 不同施肥和土壤保湿处理对牧草单株鲜质量和鲜草产量的影响

单株鲜质量和鲜草产量是牧草最主要的经济性状指标。由图3、图4可知，不同处理对各牧草的单株鲜质量和鲜草产量均产生不同程度的影响，但整体上二者变化趋势基本一致。其中，老芒麦、披碱草、燕麦和草地早熟禾随处理变化先增后减再增，T4处理时骤降；紫花苜蓿呈先增后减持续波动的趋势，分别在T3和T5处理达峰值，即呈“双峰”变化；黑麦草则不断增加，T6处理时最大，其单株鲜质量和鲜草产量分别为74.36 g、 28.56 t·hm-2。

就单株鲜质量而言(图3)，在单倍保湿剂下，各牧草均表现为T3>T2>T1>CK，表明单施微生物菌剂比单施复合肥更利于提高牧草的单株鲜质量，且两种肥料混合配施效果最好。在双倍保湿剂下，除紫花苜蓿表现为T5>T6>T4外，其余牧草均表现为T6>T5>T4，表明混合配施对紫花苜蓿的单株鲜质量有一定抑制作用，但仍比单施复合肥效果好，这与牧草的分蘖数结果一致，说明两个指标间关联性较强。在同一施肥处理下，披碱草、燕麦、草地早熟禾和黑麦草表现为T6>T3，T5>T2，T4>T1；老芒麦表现为T3>T6，T2>T5，T1>T4；紫花苜蓿表现为T3>T6，T5>T2，T4>T1，处理间差异不显著(P> 0.05)。说明除表现完全相反的老芒麦及混合配施下的紫花苜蓿外，施用双倍保湿剂比单倍保湿剂更能促进牧草植株鲜质量的增长。

图3 不同施肥和土壤保湿处理下各牧草的单株鲜质量Fig.3 Fresh mass per plant of forage grasses under different fertilization and soil moisture treatments

对于鲜草产量(图4)，供试牧草中产量较高的有披碱草、老芒麦和燕麦，其中T6处理披碱草产量为124.78 t·hm-2，比CK增加99.47%，显著高于其他处理(P<0.05)；T3处理老芒麦产量为112.56 t·hm-2，比CK增加48.97%，除与T2差异不显著外，与其余处理均有显著差异。研究发现，老芒麦、披碱草、燕麦、草地早熟禾和黑麦草在不同处理下鲜草产量表现为T6>T5>T4，T3>T2>T1，这与上述单株鲜质量的变化情况类似。对紫花苜蓿而言，与CK相比，T1、T2、T3、T4、T5和T6处理分别增加21.30%、 28.52%、16.25%、20.58%、23.55%和2.69%，其中T2与CK差异显著，其余处理间差异不显著，说明单施微生物菌剂和单倍保湿剂更能促进紫花苜蓿增产。

图4 不同施肥和土壤保湿处理下各牧草的鲜草产量Fig.4 Fresh yield of forage grasses under different fertilization and soil moisture treatments

2.4 测定指标的变异特征和相关分析

上述结果表明，康藏高原各牧草的生长性状对施肥和土壤保湿处理的响应具有不同程度的差异性。本研究以总体产量较高的老芒麦为例，对其测定指标平均值进行描述性统计分析(表4)，结果表明：除单位面积株数在不同处理间差异呈显著水平外，其余测定指标均达极显著水平，变异系数为7.86%～17.67%。其中，分蘖数和鲜草产量的变异系数为17.67%和14.46%，一般认为变异系数大于10%则表示样本之间存在较大差异[13]，说明分蘖数和鲜草产量在老芒麦产草性能上进行种子筛选驯化的潜力最大。单位面积株数、株高和单株鲜质量的变异系数依次为 8.12%、8.00%和7.86%，3项指标在不同处理间变异幅度较为均衡。

将各项指标进行简单相关分析(表5)，结果表明5 个指标间的相关性差异较大。其中，鲜草产量与单株鲜质量和分蘖数极显著正相关，与株高和单位面积株数显著正相关，与分蘖数的相关系数在所有指标中最高(r=0.983)；单株鲜质量与株高和分蘖数均呈极显著正相关；株高与分蘖数虽显著相关，但相关性较小(r=0.796)；单株鲜质量、株高和分蘖数均与单位面积株数无显著相关性。总体而言，植株越高，分蘖数越多，单株鲜质量就越大，其理论鲜草产量也相应越高。由此可初步得出，株高和分蘖数是影响单株鲜质量的两大主要因子，而鲜草产量主要由单位面积株数和单株鲜质量构成[14]，其值的大小直接反映牧草地生产力水平的高低。

表4 供试老芒麦各项测定指标平均值描述统计Table 4 Descriptive statistics of average value of determined indicators of Elymus sibiricus Linn.

表5 供试老芒麦各项测定指标间的相关性分析Table 5 Correlation analysis between determined indicators of Elymus sibiricus Linn.

3 讨论与结论

由于康藏高原特殊的自然地理条件，其草地生态系统对外界干扰具有高度敏感性，加之该地区牧草生长期较短，尤其是冬春供应不平衡，植被一旦遭到破坏，将会导致地表土养分和水土状况急剧恶化，甚至陷入草地持续退化的恶性循环。因此，在退化草地修复中应首要考虑补充土壤中必要的养分和水分，针对不同牧草类型选择对其生长和产量最有利的施肥和土壤保湿处理方案，这也是提高草地生产力水平的关键。本研究结果表明，在保湿剂基础上施加复合肥或微生物菌剂均能有效改善牧草的植物学性状，促进植株生长，在一定程度上增加牧草的株高、分蘖数和单株鲜质量，从而提高其鲜草产量，这与郑茗月等[15]的研究结果较一致。

本研究通过新复极差分析，同一牧草在6种施肥和土壤保湿处理下的生长指标较对照处理有不同差异程度的增加。在同一保湿处理下，供试牧草在单施微生物菌剂(T2、T5)处理下的株高、分蘖数和单株鲜质量测定值均大于在单施复合肥(T1、T4)处理下的测定值，在株高上的差异尤其显著，最高时可增加122.1%，说明相较复合肥，微生物菌剂对改善牧草生长性状效果更好。微生物菌剂中的复合微生菌群能有效抑制土壤病虫害生长，促进板结土壤中难溶性养分的溶解和释放，使土壤中的营养元素、促生物质等诱导植物的外在形态和生产性能向有利的方向发展[16]。有研究证明微生物可显著增加土壤养分和土壤粘度，从而对植物的生长发挥效用[17]。另外，本研究发现在单倍保湿剂下，T3处理各牧草的生长指标均比T1和T2高；双倍保湿剂下，除紫花苜蓿的分蘖数和单株鲜质量表现为T5高于T4和T6处理，即两种肥料混合配施可能会对微生物菌剂作用于苜蓿植株的肥效产生一定抑制外，其余牧草的各项生长指标均表现为T6高于T4和T5处理。这说明在复合肥基础上适当配施微生物菌剂，能够对多数牧草的生长发育发挥最大的促进作用。混合后复合肥的氮磷钾可提高微生物的活性，从而更易被植物吸收利用，明显提高肥效，这与张佼等[5]认为配施优于单施的结果一致。进一步比较分析可知，在混合配施处理下，单倍保湿剂能够满足老芒麦正常生长发育的水分需求，并使各项测定指标处于最优水平，这在一定程度上反映了老芒麦抗旱性较强；其他牧草的多数性状指标则在双倍保湿剂下更高。说明不同牧草在不同生长阶段的需水量存在差异性，且多在双倍保湿剂下生长更好。原因在于保湿剂与其他肥料混施后，可对肥料起到保水和缓释双重作用，增加土壤含水量，从而为微生物的生存繁殖提供良好的环境[18-19]。在牧草生长前期保湿剂效果普遍较好，生长后期由于被土壤微生物逐渐分解利用，加之自然降水量减少，双倍保湿剂明显比单倍保湿剂的保水保肥性能更持久，因而效果更好。

测定指标中，鲜草产量是衡量草种适应性强弱和生产潜力最直接且较为关键的指标[20]。本研究结果表明，针对不同牧草类型，其鲜草产量较高的处理有T6、T3和T2，其中产量在T6处理最高的有披碱草、燕麦和黑麦草，T3处理最高的有老芒麦和草地早熟禾，紫花苜蓿在T2处理达到最大值。说明微生物菌剂具有明显的调控作用，复合肥和微生物菌剂配施可使多数牧草达到显著的增产效果。而在单倍保湿剂下单施微生物菌剂对紫花苜蓿的生长和产量促进作用最大，但差异不显著，这与宋双双等[19]认为低浓度保湿剂与中浓度微生物菌剂混施对紫花苜蓿生长的影响最佳观点一致。产量受刈割时间、刈割茬数等多种因素影响，大量研究表明，禾本科牧草的最佳刈割期为孕穗至抽穗初期，豆科为现蕾至初花期[21]。本研究受限于试验条件和周期，所测定的鲜草产量建立在牧草播种当季越冬前第一次刈割测产基础上，除紫花苜蓿处于开花期外，其余牧草均处于孕穗至抽穗期，因此仅具有一定的参考性，后续研究尚需在此基础上进行长期多次刈割测产以获取累积产量，并作进一步分析。另外，研究发现不同植物在同一时期所表现出的生长性状存在较大差异，这是因为植株自身特性及发育规律的差异使其对外界各种环境条件影响的反应不同，进而表现出的生长差异[22-23]。

由老芒麦测定指标间的变异特征和相关分析结果可知，各项指标之间具有不同的差异性和相关性。其中单株鲜质量与株高、分蘖数极显著正相关，这与刘金平等[24]认为分蘖数、株高是决定禾本科植物单株生物量的主要因子结论一致；老芒麦的鲜草产量与单株鲜质量、单位面积株数分别呈极显著、显著正相关，这与鄢家俊等[25]认为密度与高度是决定禾本科植物鲜草产量的第一、二主要因子结论不同，而与游明鸿等[26]的研究结果类似，其差异在于单株鲜质量和株高在产量构成中的比重不同。同时也反映了本试验选择上述指标来研究不同处理对牧草的生长状况和生产性能的影响，是符合客观规律及生产实践需求的，但由于植物形态的多样性和相关评估因子的复杂性，还需进一步丰富测定指标，以进行更全面、准确地研究。

综上所述，复合肥和微生物菌剂混合配施在康藏高原退化草地改良中具有较大的应用潜力。供试的6种牧草均能适应该地区生长，但草地早熟禾和紫花苜蓿生长较为缓慢。综合考虑生长性状和产量因素，在该试验条件下，宜采用T6(即60 g·m-2复合肥+60 g·m-2微生物菌剂+ 7.95 g·m-2保湿剂)处理下的披碱草或T3(即60 g·m-2复合肥+60 g·m-2微生物菌剂+ 4.05 g·m-2保湿剂)处理下的老芒麦进行草地栽培推广，从而有效实现高寒草甸草地资源的生态修复与社会经济价值。由于特殊地区田间试验受多种条件及因素影响，如播种季节、气候条件等，不同试验地牧草的增产效果或存在一定差异，加之农业生产过程较为复杂，在实际应用中应视草种特性、生境状况等进行具体分析和处理。为弥补此方面的不足，后续研究工作将围绕复合肥和微生物菌剂对特定牧草增产效果的最佳配比等方面展开。