播量和施肥及无纺布覆盖对高寒矿区植被恢复和土壤温湿度的影响

张玉芳，徐有学，唐俊伟，贾顺斌，李长慧，张 英，高志香，金立群，3，张 静，李希来

(1.青海大学农牧学院，青海 西宁 810016；2.青海省草原总站，青海 西宁 810008；3.青海湟源县草原站，青海 西宁 812100)

青海木里矿区由于长期煤矿开采，堆积的大面积渣山造成周边高寒沼泽湿地和土壤的破坏[1]，使矿区生态系统处于在短期内不可能恢复原自然环境的状态[2]，因此，木里矿区生态恢复意义重大。以往研究发现，土壤有机质是影响煤矿区渣山植被恢复的重要因子[3]，矿区土壤有机质匮乏，施用有机肥能增加土壤养分，促进植被生长，合理的种植密度可改善土壤容重和持水力等物理性质[4]。

高寒矿区有关植被相关研究主要集中在覆土处理对煤矿区露天排土场植被及土壤理化性质的影响[5]，人工建植、人工建植+覆土、人工建植+施肥等恢复措施对煤矿区植被和土壤恢复效果研究[6]，不同恢复年限对高寒露天煤矿区渣山植被和土壤特性的影响[7]等，这些研究并未涉及有机肥和播量梯度试验。本试验通过研究不同播量及有机肥水平下植被的生长状况，来确定最适施肥量和最适播种量，通过测定土壤表层温湿度，确定植被不同生长时期下土壤温湿度的变化，为高寒矿区植被恢复提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

青海木里矿区为青海省最大的煤田，位于青海省海北州与海西州交界处的大通河上游盆地中。木里矿区包括江仓、聚乎更、弧山和哆嗦贡玛四个区。试验研究地位于木里矿区江仓圣雄矿(江仓5号井)，地理坐标为：99°27′E～99°35′E，38°02′N～ 38°03′N，年平均气温-4.2 ℃，年最低气温-35.6 ℃，日平均气温稳定通过0 ℃的积温482.3 ℃，年平均大风日数30 d，年平均降水量477.1 mm，多集中在5～9月间，约占全年的90%。无明显四季之分，冬春寒冷而漫长，夏秋凉爽而短促，冷季长达7～8个月。

1.2 试验设计

采用双因素随机区组试验设计。有机肥(有机质≥45%、水分≤30%、总养分(N+P2O5+KO≥5.0%)施肥量设置4个水平，梯度为0 kg/m2(M0)、1 kg/m2(M1)、2 kg/m2(M2)和3 kg/m2(M3)；播量梯度3个，分别为10 g/m2(S1)、20 g /m2(S2)、30 g/m2(S3)。其中，播种草种为50%的同德短芒披碱草(ElymusbreviaristatusKeng cv.Tongde)、12.5%的青海中华羊茅(FestucasinensisKengcv.Qinghai)、12.5%的青海冷地早熟禾(Poacrymophilacv.Qinghai)、10%的同德小花碱茅(Puccinelliatenuifloracv.Tongde)和15%的青海扁茎早熟禾(Poapratensisvar.ancepsGaudcv.Qinghai)。每个区组内设有12个间距0.5 m，面积为3 m×2 m的小区，小区隔离带为1 m，共计36个小区。

2020年6月25日，对样地进行清除石块整治，将氮肥(尿素)40 g/m2、磷肥(磷酸二铵)30 g/m2撒施于每个试验小区。将不同水平梯度有机肥和草种撒施到试验小区，进行人工耙地，确保草种和有机肥均匀分布于试验小区，控制草种入土深度2～3 cm。播后每个小区覆盖无纺布，并在试验小区内埋入土壤温湿度仪(型号HOBO)，深度为10～15 cm，试验小区之外埋入三台温湿度仪，作为不覆盖无纺布处理。2020年8月28日，进行植被生长状况调查，同时清除地面破损的无纺布。

1.3 试验方法

1.3.1 植被生长状况调查 2020年8月28日，用50 cm×50 cm的样方对36个小区内植被分蘖数、高度、盖度和地上生物量进行测定，每试验小区做3个重复。

(1)植物分蘖数：测定样方内同一物种的分枝数。

(2)植被高度：用钢尺测定每个样方内植被高度，每个物种至少测定五次。

(3)植被盖度：目测样方内植被总盖度。

(4)地上生物量：剪取样方内的所有植被，现场测定植被鲜重并记录。

1.3.2 土样温湿度调查 利用HOBO温湿度传感器记录仪，连续监测2020年6月、7月、8月渣山表层土壤温湿度(深度10～15 cm)，其中土壤湿度用体积含水率表示，即土体中水的体积与土体的总体积的比值。

1.4 数据分析

用Excel 2009完成数据整理及作图，SPSS 26.0完成统计分析。方差分析检验播量、有机肥对矿区改良土植被生长的影响，并用One-way ANOVA对各试验处理小区数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同播量及有机肥对植被生长的影响

表1结果显示，植被盖度在有机肥和播量处理下发生了显著变化(P<0.05)，植被高度、地上生物量及分蘖数在各处理下未发生显著变化(P>0.05)。如图1(A)所示，在不考虑有机肥施用情况下播种量S2处理水平的植被高度和盖度最大，分别比S1高出8.2%、45.3%；地上生物量及分蘖数在不同播量处理下表现为S1>S3>S2。植被高度、盖度、地上生物量及分蘖数分别在交互M1S3、M3S3、M2S3、M2S3处理下最大，比M1S1分别高出69.1%、53.7%、113.4%、18.9%，但植被高度、地上生物量、分蘖数在各处理间差异不显著(P>0.05)。从植被地上生物量和植物分蘖数角度看，播量与有机肥的交互作用对植被生长具有一定的促进作用，其中M2S3处理下植被生长较好。

表1 有机肥和播量对植被生长特征影响的双因素方差分析

图1 不同水平有机肥及播量对植被高度(A)、盖度(B)、地上生物量(C)、植被分蘖数(D)的影响

2.2 不同月份间渣山表土温湿度的比较

表2结果显示，6月份到8月份，各试验处理下土壤温度呈先增加后减少趋势，与不覆盖无纺布处理下土壤温度变化趋势一致，但各处理在6、7、8月份的土壤温度均高于不覆盖无纺布处理下土壤温度(P>0.05)，说明植被覆盖及无纺布覆盖对渣山表层土壤起到了一定的保温作用。

表2 不同月份间土壤温度的变化 单位：℃

表3结果显示，从6月份到8月份，各试验处理以及不覆盖无纺布处理下土壤湿度变化差异不显著(P>0.05)，幅度范围为0.13～0.19 m3/m3。这说明短期内种草复绿及无纺布覆盖对渣山表层土壤湿度影响不大，也说明渣山表层土壤的保水性较好，木里矿区降水量不是限制植物生长的关键因子。

表3 不同月份间土壤湿度的变化 单位：m3/m3

2.3 覆盖无纺布处理对土壤温湿度的影响

表4结果显示，覆盖无纺布处理下渣山表层土壤温度达到12.96 ℃，比对照土壤温度高1.69 ℃(P<0.05)，但覆盖无纺布处理对土壤湿度影响不显著(P>0.05)。

表4 覆盖无纺布处理对渣山表土温湿度的影响

3 讨论

3.1 有机肥对植被生长的影响

植被恢复措施不仅促进矿区地上植被的恢复，还可改善地下土壤质量，是渣山植被稳定恢复的常见方法[8]。牛羊有机肥含有有机质、氮、磷、钾、钙、镁、硫和微量元素等各种植物所需的养分[9]，经腐殖化过程能形成部分腐殖质，可改善土壤结构，增强土壤保水保肥的能力[10]，在矿区生态恢复中较为常见。

本研究结果显示，有机肥处理可显著提高植被盖度，对植物分蘖数、高度、地上生物量等无显著影响。金立群等[11]在高寒矿区研究发现，植被建植3 a及5 a时的植物高度、盖度及地上生物量显著大于恢复1 a的。由于本研究时间较短，有机肥在高寒矿区缓释养分速度较低，促进植被生长效果不明显，这说明恢复年限是促进植被生长的关键，有机肥对植物生长特征的影响，需后续进一步观测。

3.2 覆盖无纺布对土壤温湿度的影响

无纺布是一种由聚丙烯、聚乙烯、聚酯等原料经加工而成的土工合成材料，具有保温、保湿、透气、耐用等特点[12]。无纺布对土壤温度的影响，主要通过影响太阳辐射的吸收转化和地面热量的传导来完成[12]。本研究结果显示，覆盖无纺布可显著提高土壤温度，这与程建萍等[13]的研究结果一致。覆盖无纺布对渣山土壤湿度没有显著的影响，产生这一结果可能与温湿度测定的位置10～15 cm较深有关，这一深度渣山土壤保湿效果较好，因此，覆盖无纺布没有效果。如果监测0～5 cm的渣山表层土壤温湿度，无纺布覆盖的增温增湿效果会显著增加。所以，建议高寒木里矿区未来研究，重点观测渣山表层土壤0～5 cm温湿度的变化。

4 结论

(1)增加施用有机肥能明显增加植被盖度(P<0.05)和高度(P<0.05)，对植被地上生物量和分蘖节影响不显著。综合来看，2 kg/m2的有机肥+30 g/m2的播量试验处理下，当年植被生长最好。

(2)无纺布覆盖对渣山表层土壤具有明显的保温作用，但其保湿作用不明显。