王 玲，施建軍，史慧蘭，歐衛(wèi)友，王 超，邢云飛

（1. 青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院 / 青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海 西寧 810016；2. 青海大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院，青海 西寧 810016；3. 青海省草原總站，青海 西寧 810016）

青藏高原作為我國面積最大的天然草地及畜牧業(yè)基地[1-2]，歷年來是廣大科研工作者研究的重點(diǎn)，有關(guān)天然草地牧草營養(yǎng)成分和土壤養(yǎng)分方面已有大量研究報(bào)道[3-5]。目前，主要以青藏高原三江源區(qū)高寒草地為研究對(duì)象，從生態(tài)系統(tǒng)的角度，進(jìn)行不同層面的探討。結(jié)果表明，天然草地施肥不僅可以促進(jìn)植物的生長，提高植物中粗蛋白的含量，降低牧草纖維素和無氮浸出物的含量，使飼草葉多質(zhì)嫩，提高牧草適口性[6-9]，還可以刺激土壤中微生物活性，加快土壤有機(jī)碳的分解，進(jìn)而增加土壤速效磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的含量[10-13]。而環(huán)青海湖區(qū)域天然草地的相關(guān)報(bào)告并不多，尤其是在青海湖區(qū)域高寒草原進(jìn)行的施肥試驗(yàn)，缺乏針對(duì)青海湖區(qū)域牧草增產(chǎn)以及草原改良的技術(shù)研究[14-16]。

青藏高原海拔較高，氣候環(huán)境較惡劣，造成其草地生態(tài)系統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾和自我恢復(fù)能力較差[17-18]，進(jìn)一步導(dǎo)致高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的脆弱與敏感性，且有關(guān)天然草地的研究成果因草地類型、演替階段和地區(qū)的不同而不同[5,19-20]，所以在天然草地改良過程當(dāng)中，需要從當(dāng)?shù)馗吆菰寥?植被營養(yǎng)元素需求出發(fā)，以土壤中營養(yǎng)元素的積蓄以及轉(zhuǎn)移狀況為依據(jù)，明確人為草地施肥補(bǔ)給量，達(dá)到科學(xué)配比，才能有效改良高寒草原現(xiàn)狀[21]。鑒于此，本研究以海北藏族自治州海晏縣西海鎮(zhèn)金銀灘草原植被和土壤為研究對(duì)象，設(shè)置不同梯度氮磷合施的施肥處理，分析牧草營養(yǎng)品質(zhì)和土壤養(yǎng)分對(duì)不同水平氮、磷肥的不同響應(yīng)，探討不同梯度氮磷合施對(duì)金銀灘草原植被和土壤的作用和影響，以確立該地區(qū)高寒草原最佳施肥量以及施肥種類配比，旨在補(bǔ)充土壤中營養(yǎng)元素的缺乏，提高草地生產(chǎn)力，成為一項(xiàng)可推廣的技術(shù)措施。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)樣地基本概況

該試驗(yàn)地位于海北藏族自治州海晏縣西海鎮(zhèn)(100°53′-101°54′ E，36°58′-36°56′ N)，平均海拔3 210 m，年均溫1.5 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 980 h，年降水量400 mm，年蒸發(fā)量1 581.75 mm，無絕對(duì)無霜期，氣候寒冷。主要植物種有紫花針茅(Stipa capillata)、冷地早熟禾(Poa crymophila)、垂穗披堿草(Elymus nutans)，羊茅(Festuca ovina)、青藏扁蓿豆(Medicago archiducis-nicolai)、黑柴胡(Bupleurum smithii)等。pH 7 ～ 8，0-10 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量在130 g·kg-1以上，土壤速效磷含量在50 mg·kg-1以上，土壤速效氮含量在8 mg·kg-1以上[22]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017 年6 月28 日，在海晏縣西海鎮(zhèn)金銀灘草原上選擇植被生長狀況一致的草地，總面積為55 hm2，四周用電圍欄保護(hù)。在圍欄內(nèi)選擇地勢平坦樣區(qū)3 塊，進(jìn)行平行試驗(yàn)，面積均為2 000 m2。每塊平行樣地均平均劃分為10 個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，面積均為200 m2。選用尿素(CON2H4)和磷酸二銨(P2O5)進(jìn)行隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，按10 個(gè)不同梯度N、P 合施處理進(jìn)行施肥。試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)區(qū)土壤與植被生長狀況 以 及 青 海 湖 地 區(qū) 草 地 施 肥 的 研 究 成 果[5-7,14-16,22]，合理設(shè)置3 個(gè)氮元素水平(35，70，140 kg·hm-2)和3 個(gè)磷元素水平(26，52，65 kg·hm-2)，其中不施任何肥料為對(duì)照組(CK) (表1)。試驗(yàn)材料為云南云天化牌尿素(總氮 ≥ 46.4%)和磷酸二銨(N ≥ 18.0%，P2O5≥ 46.0%)。

表 1 不同試驗(yàn)小區(qū)施肥量Table 1 Fertilization amount in different test areas

1.3 測定指標(biāo)與方法

2018 年9 月上旬進(jìn)行植物群落特征調(diào)查，在不同梯度氮磷合施小區(qū)內(nèi)，采用樣方法在每個(gè)處理中重復(fù)取樣6 次，取樣面積為1 m × 1 m。齊地面剪取樣方內(nèi)植物后在80 ℃烘箱中烘干至恒重，用于牧草養(yǎng)分的測定牧草粗蛋白、全磷、粗纖維、粗脂肪、粗灰分。每個(gè)處理用土鉆(內(nèi)徑3.5 cm)采集0-10、10-20、20-30 cm 土層土樣，每個(gè)重復(fù)取5 鉆，同層混合，混和后去除土壤樣品內(nèi)的石塊和植物殘根等雜質(zhì)，自然風(fēng)干并過篩后測定土壤全氮、全磷、速效氮、速效磷、pH 和有機(jī)質(zhì)[23]。

采用Microsoft Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與作圖分析，所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷合施對(duì)高寒草原牧草營養(yǎng)成分的影響

2.1.1 對(duì)牧草粗蛋白的影響

不同梯度氮磷合施后，牧草粗蛋白含量整體高于對(duì)照 (圖1)。施N 量分別為35、70、140 kg·hm-2時(shí)，隨著施磷量的增加，牧草粗蛋白含量分別比對(duì)照高9.94%～53.32%、52.39%～96.68%、25.93%～74.24%；施P 量分別為26、52、65 kg·hm-2時(shí)，隨著施氮量的增加，牧草粗蛋白含量分別比對(duì)照高17.70 %～52.39%、9.94%～96.68%、25.93%～56.86%。不同梯度氮磷合施處理下，牧草粗蛋白含量以N2P2處 理 最 高，為64.43 g·kg-1，顯 著 高 于 對(duì) 照96.68% (P＜0.05)。該試驗(yàn)地對(duì)照組優(yōu)良牧草生物量比例為80.43%～86.96%，不同梯度氮磷合施后優(yōu)良牧草生物量的比例與對(duì)照相比高5.54%～9.92%。

圖 1 氮磷合施對(duì)牧草粗蛋白含量的影響Figure 1 Effects of combined application of nitrogen and phosphorus on crude protein content of forage

2.1.2 對(duì)牧草全磷的影響

圖 2 氮磷合施對(duì)牧草全磷含量的影響Figure 2 Effects of combined application of nitrogen and phosphorus on total phosphorus content of forage

不同梯度氮磷合施后，牧草全磷含量整體高于對(duì) 照 (圖2)。施N 量 分 別 為35、70、140 kg·hm-2時(shí)，隨著施磷量的增加，牧草全磷含量均呈上升的趨勢，施N 量為140 kg·hm-2時(shí)，隨著施磷量的增加，牧草全磷含量呈先上升后降低的趨勢；施P 量分別為26、52、65 kg·hm-2時(shí)，隨著施氮量的增加，牧草全磷含量分別比對(duì)照高15.68%～91.22%、92.88%～176.00%、47.51%～117.21%。不同梯度氮磷合施處理下，牧草全磷含量在N2P2施肥處理下最高，為46.62 g·kg-1，顯著高于CK (P＜0.05)。不同梯度氮磷合施下，隨著磷酸二銨施用量的增加，牧草全磷含量亦隨之增加，且隨著尿素施用量的增加對(duì)牧草全磷含量的增加起到促進(jìn)作用，氮磷合施對(duì)牧草全磷含量的影響顯著(P＜0.05)。

2.1.3 對(duì)牧草粗纖維、粗脂肪、粗灰分的影響

氮磷合施影響了牧草粗纖維、粗脂肪、粗灰分的含量，但不同施肥量間存在一定差異(表2)。不同梯度氮磷合施后，牧草粗纖維含量整體顯著降低(P＜0.05)，施N 量為35 kg·hm-2時(shí)，隨著施P 量的增加，牧草粗纖維含量呈先上升后下降的趨勢，施N 量為70 kg·hm-2時(shí)，隨著施P 量的增加，牧草粗纖維含量呈逐漸下降的趨勢，施N 量為140 kg·hm-2時(shí)，隨著施P 量的增加，牧草粗纖維含量呈先降低再上升的趨勢，不同梯度氮磷合施處理下，牧草粗纖維含量在N2P3最低；不同梯度氮磷合施后，牧草粗脂肪含量整體有所增加，施N 量為35、140 kg·hm-2時(shí)，隨著施P 量的增加，牧草粗脂肪含量呈先上升后降低再上升的趨勢，施N 量為70 kg·hm-2時(shí)，隨著施P 量的增加，牧草粗脂肪含量呈一直上升的趨勢，各個(gè)施肥處理下牧草粗脂肪含量分別比對(duì)照高4.88%～29.27%、4.88%～12.20%、4.88%～14.63%；不同梯度氮磷合施后，牧草粗灰分含量整體顯著增加(P＜0.05)，但無明顯變化規(guī)律，N3P2施肥處理下牧草粗灰分含量最高，比對(duì)照高13.39%。氮磷合施對(duì)牧草粗纖維、粗脂肪、粗灰分的含量的影響顯著(P＜0.05)。

表 2 氮磷合施對(duì)牧草粗纖維、粗脂肪、粗灰分含量的影響Table 2 Effects of combined application of nitrogen and phosphorus on crude fiber, crude fat, and crude ash content of forage

2.1.4 對(duì)牧草經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的影響

為進(jìn)一步明確不同梯度氮磷合施對(duì)環(huán)青海湖高寒草原增產(chǎn)、增收的效果，磷酸二銨按3.20 元·kg-1計(jì)，尿 素 按2.0 元·kg-1，干 草 價(jià) 格 按1.4 元·kg-1，勞動(dòng)力費(fèi)用按15.0 元·畝-1，計(jì)算不同梯度氮磷合施后牧草收益和凈收益[22](凈收益 = 牧草收益-化肥-勞動(dòng)力費(fèi)用)。結(jié)果表明(圖3)，不同梯度氮磷合施后，牧草凈收益整體顯著高于對(duì)照(P＜0.05)，且牧草收益和凈收益均呈先上升后降低的趨勢，而化肥 + 勞動(dòng)力費(fèi)用則隨著施肥梯度的增加呈一直增加的趨勢。不同梯度氮磷合施后，牧草收益在N2P2施肥處理下最高，比對(duì)照高180.10%；不同梯度氮磷合施后，凈收益比對(duì)照顯著增加35.92%～154.86%。綜合比較，N 元素施量為70～140 kg·hm-2，P 元 素 施 量 為26～52 kg·hm-2時(shí)，不同梯度氮磷合施經(jīng)濟(jì)效益較高，牧草凈收益增加1 646.74～5 797.68 元·hm-2。

2.2 氮磷合施對(duì)高寒草原土壤養(yǎng)分的影響

2.2.1 對(duì)高寒草原土壤全量養(yǎng)分的影響

氮磷合施對(duì)高寒草原0-30 cm 土層中全氮、全磷養(yǎng)分的影響顯著(P＜0.05)。結(jié)果表明(圖4)，在0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm 土層中，不同梯度氮磷合施下，土壤全磷養(yǎng)分含量分別比對(duì)照高28.96%～115.77%、45.50%～116.11%、0～56.47%，土壤全磷養(yǎng)分含量分別在N2P3、N2P3、N1P3施肥處理下最高。同一施肥處理不同土層當(dāng)中，0-10、10-20、20-30 cm 土層中土壤全磷養(yǎng)分含量差異顯著，但規(guī)律不明顯。

圖 3 氮磷合施對(duì)牧草收益的影響Figure 3 Effect of combined application of nitrogen and phosphorus on pasture profit

圖 4 氮磷合施對(duì)土壤全量養(yǎng)分的影響Figure 4 Effects of combined application of nitrogen and phosphorus on total nutrient in soil

在0-10、10-20、20-30 cm 土層中，不同梯度氮磷合施下土壤全氮養(yǎng)分含量分別比對(duì)照高1.22 %～35.45%、0.61%～23.04%、5.80%～42.12%，不同土層土壤全氮養(yǎng)分含量分別在N2P2、N1P2、N2P2施肥處理下最高，且N2P2施肥處理下土壤全氮養(yǎng)分含量均高于N2P2、N1P2。同一施肥處理不同土層當(dāng)中，除了N2P3施肥處理，0-10 cm 土層中土壤全氮養(yǎng)分含量顯著高于10-20、20-30 cm土層，在N 施量為70、140 kg·hm-2時(shí)，隨著施磷量的增加，10-20 與20-30 cm 土層中土壤全氮相比，并未有顯著性差異。不同梯度氮磷合施在一定程度上增加了土壤表層全量養(yǎng)分的含量，尤其對(duì)0-10 cm 土層中土壤全磷影響較大。

2.2.2 對(duì)高寒草原土壤速效養(yǎng)分的影響

圖 5 氮磷合施對(duì)土壤速效養(yǎng)分的影響Figure 5 Effects of combined nitrogen and phosphorus application on soil available nutrients

不同梯度氮磷合施能顯著增加高寒草原土壤養(yǎng)分中速效磷的含量(圖5)。在0-10 cm 土層中土壤速效磷含量在不同施肥區(qū)間均呈一直上升的趨勢，在10-20 cm 土層中，在N 施量為35、70 kg·hm-2時(shí)，隨著施磷量的增加，土壤速效磷含量呈先上升后下降的趨勢，在N 施量為140 kg·hm-2時(shí)，隨著施磷量的增加，土壤速效磷含量呈一直上升的趨勢，在20-30 cm 土層中土壤速效磷含量在不同施肥區(qū)間均呈先上升后下降的趨勢；除了N1P3、N2P1施肥處理，同一施肥處理不同土層間的土壤速效磷養(yǎng)分含量差異顯著，且0-10 cm 土層中土壤速效磷養(yǎng)分含量最大，10-20 cm 土層次之、20 -30 cm 土層最低。

不同梯度氮磷合施下土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量整體亦有所增加(圖5)。在0-10 cm 土層中，土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量分別比對(duì)照高18.26%～114.68%、20.12%～262.40%，在10-20 cm 土層中，土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量分別比對(duì)照高19.54%～77.32%、64.11%～306.85%，在20-30 cm土層中，土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量分別比對(duì)照高3.22%～71.53%、2.35%～265.01%，不同梯度氮磷合施下，土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量與對(duì)照相比均有顯著性差異。在N 施量為140 kg·hm-2時(shí)，隨著施磷量的增加，0-10 cm 土層中土壤銨態(tài)氮養(yǎng)分含量顯著高于與10-20、20-30 cm 土層，其他施肥處理除了N1P3，均無顯著性差異；同一施肥處理不同土層當(dāng)中土壤硝態(tài)氮養(yǎng)分含量之間差異性顯著，除了N2P2、N3P3施肥處理，0-10 cm土層中土壤硝態(tài)氮養(yǎng)分含量顯著高于10-20 cm、20-30 cm 土層。氮磷合施對(duì)高寒草原0-30 cm土層中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量的影響顯著(P＜0.05)。

2.2.3 對(duì)高寒草原土壤pH、有機(jī)質(zhì)的影響

不同梯度氮磷合施下，不同土層之間土壤pH 有一定的變化，但無顯著差異(P ＞ 0.05) (表3)，其中0-10 cm 土層中土壤pH 最低，10-20 cm 土層中土壤pH 次之，20-30 cm 土層中pH 最高，且0-30 cm 土 層 中 土 壤 酸 堿 度 均 為 堿 性, N3P1、N3P3施肥處理下，0-10 cm 與20-30 cm 土層中土壤pH 差異顯著，其他同一施肥處理不同土層當(dāng)中土壤pH 之間差異性并不顯著；不同梯度氮磷合施下，不同土層之間土壤有機(jī)質(zhì)含量差異顯著(P ＜0.05)，其變化規(guī)律與土壤pH 相反，其中0-10 cm土層中土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，10-20 cm 土層中土壤有機(jī)質(zhì)含量次之，20-30 cm 土層中土壤有機(jī)質(zhì)含量最低，同一施肥處理不同土層當(dāng)中土壤有機(jī)質(zhì)含量之間差異顯著。說明氮磷合施對(duì)高寒草原不同施肥處理下不同土層中土壤pH 無顯著影響，而對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響較顯著。

表 3 氮磷合施對(duì)土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量的影響Table 3 Effects of combined nitrogen and phosphorus application on soil pH and organic matter content

3 討論與結(jié)論

天然草地由于過度放牧和大量刈割牧草的利用，造成天然草地土壤-植物系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)和能量歸還減少；牲畜糞便被牧民當(dāng)作燃料揀拾，并未全部用來補(bǔ)充土壤中丟失的營養(yǎng)物質(zhì)；再加上青藏高原氣候干旱，降水量較少，通過雨水補(bǔ)給土壤的營養(yǎng)元素量有限，這些因素打破了草地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部土壤與植物間原有營養(yǎng)元素的平衡，造成高寒草原土壤肥力降低，生產(chǎn)力下降。研究表明，在天然草地改良技術(shù)當(dāng)中，效果最好的是施肥，其次是灌溉，最后為補(bǔ)播[5,24]。

通過草地施肥能夠增加土壤中營養(yǎng)元素含量，提高牧草產(chǎn)量，增加牧草體內(nèi)粗蛋白的含量，降低纖維素含量，提升牧草品質(zhì)[5]。本研究中，氮磷合施下粗蛋白含量呈拋物線增長趨勢，牧草粗蛋白含量總體有所增加，其中氮元素施量為140 kg·hm-2，磷元素施量為52 kg·hm-2時(shí)，粗蛋白含量最高，超過此施肥區(qū)間粗蛋白含量反而降低，這一規(guī)律與王偉和德科加[6]在稱多縣高寒草甸的研究結(jié)果一致。這可能是由于牧草粗蛋白質(zhì)含量是以牧草體內(nèi)全氮含量為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，而氮磷合施增加了土壤中可供牧草吸收利用的速效氮含量，因此牧草體氮元素營養(yǎng)含量升高，粗蛋白含量也隨之升高，由此可見牧草體內(nèi)粗蛋白含量與高寒草地土壤當(dāng)中速效氮含量正相關(guān)[25]。隨著氮肥和磷肥用量的增加，不同種類豆科植物數(shù)量顯著增加，而豆科品種本身的粗蛋白含量比禾本科高，而粗纖維含量較低，進(jìn)而提高了牧草品質(zhì)[26]。粗脂肪能促進(jìn)脂質(zhì)化合物的形成，提高脂肪含量，供應(yīng)牧草所需熱量，本研究中粗脂肪隨著氮磷合施用量的增加而增加，這與卡著才讓等[27]的“施肥只是增加了牧草氮素，而并沒有增加牧草其他養(yǎng)分含量”的結(jié)論不一致。適量的施肥能夠提高牧草體內(nèi)粗蛋白降低粗纖維含量，但施肥過量營養(yǎng)元素的利用效率反而降低，進(jìn)而影響牧草植物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)含量[28]。

氮磷營養(yǎng)元素在土壤中的現(xiàn)存量可決定土壤肥力的高低[10,29]。不同梯度氮磷合施下，高寒草原土壤全氮全磷的含量整體有所增加，但與速效養(yǎng)分相比，其增長速度偏低，究其原因可能是高寒草原施肥影響了土壤微生物的活性，加速了其對(duì)土壤全氮全磷的分解[11-12]，亦或許是因?yàn)椴莸刂参镌诘谞I養(yǎng)元素的作用下快速生長，對(duì)土壤中氮磷營養(yǎng)元素消耗速度加速，所以土壤全氮全磷含量整體變化幅度不大[13,30-32]。不同梯度氮磷合施對(duì)土壤中速效養(yǎng)分的含量亦有顯著影響，有研究表明施肥顯著提高土壤中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮及硝化速率，導(dǎo)致土壤中速效養(yǎng)分季節(jié)性變化明顯[33]。氮磷合施對(duì)0-30 cm 土壤中營養(yǎng)元素有一定的影響，尤其對(duì)0-10 cm 土壤中氮磷的含量影響較大，說明氮磷合施后土壤養(yǎng)分呈現(xiàn)向表層土壤聚集的趨勢[34]。在內(nèi)蒙古多倫縣的施肥研究表明，草地土壤養(yǎng)分對(duì)施肥有一定的響應(yīng)，并且靠近地面表層土壤氮磷營養(yǎng)元素均有一定程度的提高，尤其是全磷和速效磷的含量[35]。也有一些研究表明，施肥反而降低在10 cm 以下的土壤的營養(yǎng)元素的含量[36]。隨著施肥量的增加，土壤中的量養(yǎng)分和速效養(yǎng)分達(dá)到一定值之后，施肥量再增加，土壤中營養(yǎng)元素的含量并沒有明顯變化，甚至出現(xiàn)下降的趨勢，并且施肥過量，土壤中氮磷累積過多，反而不利于植物的生長，甚至污染環(huán)境[37]。

綜上，氮磷合施顯著增加了牧草粗蛋白和牧草全磷含量，而牧草粗纖維的含量隨之降低，對(duì)牧草粗脂肪和粗灰分含量的增加起到促進(jìn)作用。氮磷合施增加了土壤養(yǎng)分中全氮、全磷、速效磷、氨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，尤其對(duì)0-10 cm 土層中土壤營養(yǎng)元素的影響較大。綜合考慮，環(huán)湖區(qū)域高寒草原牧草適宜施肥區(qū)間為氮元素施量為70～140 kg·hm-2，磷元素施量為26～52 kg·hm-2。本研究將陸續(xù)開展多年施肥，并將考慮不同氮素形態(tài)的合理搭配的問題，進(jìn)一步探討高寒草原牧草與土壤對(duì)氮磷的響應(yīng)，進(jìn)而提高營養(yǎng)元素資源的利用率和草地生產(chǎn)力。