十五草业攻关项目课题验收报告(一)

试验于2004—2005年在河北省张家口市沽源牧场的天然羊草(Aneurolepidium Chinese)草地进行。试验地分3种类型：常年放牧草地、2001年围栏封育的围封草地和浅耕翻改良的草地。

围封、浅耕翻改良均能显著提高退化的放牧羊草草地的土壤含水量(见表1-6)

在0～10cm土层内，三种类型草地的土壤含水量均有不同程度的增加，以

注: 多重比较仅限于同层之间, 同一行中标有不同字母表示差异显著(P < 0.05)。下同。

浅耕翻草地上升幅度最大。在试验初期大气降雨较少的情况下，0～10cm土层中土壤含水量在2004年7月、2005年6～7月显著低于围封草地 (P<0.05)，所以在干旱条件下，围封对保持土壤含水量更加有利。常年放牧的草地土壤含水量变化幅度最小；在10～20cm土层内，浅耕翻草地土壤含水量稍小于围封地。在20～30cm土层内土壤含水量变化趋势和10～20cm相似，但是变化幅度小一些，两种改良措施对底层土壤的含水量影响较小。

大气降雨量以及土样测定的日期对土壤水分含量有一定影响，2004年3块土壤样地土壤含水量呈上升趋势，9月达到最高值。2005大气降水主要集中在7～8月，尤其是在7月22日～8月10日之间，9月大气降雨量较2004年少，9月份浅耕翻和围封草地土壤含水量均有不同程度的下降。

与放牧样地相比较，围封、浅耕翻草地土壤碳含量升高。表1-7数据显示，围封和浅耕翻改良均能促进退化草地土壤有机质和土壤全氮含量。在0～10cm土层中有机质含量除了9月份以外，放牧样地土壤有机质与土壤全氮含量均显著高于围封、浅耕翻样地，围封、浅耕翻样地之间差异并不显著。在10～20cm土层中围封草地土壤有机质含量显著高于浅耕翻草地和放牧草地（p＜0.05），浅耕翻样地土壤的有机质含量及土壤全氮含量也显著高于放牧样地，说明围封对10～20cm土层中草地土壤有机质、土壤全氮含量的促进作用较为明显。20～30cm土层中围封、浅耕翻样地土壤有机质含量和土壤全氮含量变化不如0～20cm土层中明显，但是仍然显著高于放牧样地（P＜0.05），围封、浅耕翻样地之间差异不明显，总体上围封草地有机质和土壤全氮含量稍高。

表1-7 围封、浅耕翻改良对草地土壤有机质和全氮含量的影响(%)

土层深度 (cm)		利用方式	测定时间
土层深度 (cm)		利用方式	2004.6	2004.7	2004.8	2004.9	2005.6	2005.7	2005.8	2005.9
有机质 (%)	0～10	放牧	2.80^a	2.85^a	2.92^a	2.89^a	2.83^a	2.88^a	2.95^a	2.92^a
		围封	2.72^b	2.76^b	2.82^b	2.88^a	2.77^b	2.82^b	2.86^b	2.90^a
		浅耕翻	2.69^b	2.75^b	2.80^b	3.83^a	2.75^b	2.80^b	2.84^b	2.87^a
	10～20	放牧	1.85^c	1.91^c	1.94^c	1.90^b	1.87^c	1.89^c	1.93^c	1.91^c
		围封	2.08^a	2.15^a	2.19^a	2.24^a	2.11^a	2.19^a	2.24^a	2.29^a
		浅耕翻	2.01^b	2.07^b	2.11^b	2.18^b	1.98^b	2.05^b	2.11^b	2.20^b
	20～30	放牧	0.92^b	0.94^b	0.99^b	0.97^b	0.95^b	0.98^b	1.02^b	1.00^b
		围封	0.98^a	1.03^a	1.07^a	1.10^a	1.01^a	1.06^a	1.10^a	1.13^a
		浅耕翻	0.95^ab	1.00^a	1.04^a	1.07^a	0.98^ab	1.04^a	1.08^a	1.10^a
全氮 (%)	0～10	放牧	0.2889^a	0.2945^a	0.3037^a	0.3002^a	0.2942^a	0.2988^a	0.3054^a	0.3017^a
		围封	0.2434^b	0.2482^b	0.2565^b	0.2621^b	0.2550^b	0.2578^b	0.2619^b	0.2657^b
		浅耕翻	0.2304^c	0.2368^c	0.2461^c	0.2505^c	0.2357^c	0.2414^c	0.2465^c	0.2533^c
	10～20	放牧	0.1272^c	0.1290^c	0.1323^c	0.1307^c	0.1362^b	0.1399^c	0.1428^c	0.1420^b
		围封	0.1589^a	0.1624^a	0.1651^a	0.1682^a	0.1644^a	0.1650^a	0.1689^a	0.1712^a
		浅耕翻	0.1467^b	0.1498^b	0.1527^b	0.1590^b	0.1586^b	0.1607^b	0.1631^b	0.1653^b
	20～30	放牧	0.0642^b	0.0667^b	0.0689^b	0.0681^b	0.0658^b	0.0673^b	0.0679^b	0.0677^b
		围封	0.0735^a	0.0746^a	0.0774^a	0.0798^a	0.0763^a	0.0781^a	0.0797^a	0.0812^a
		浅耕翻	0.0721^ab	0.0738^ab	0.0768^ab	0.0783^ab	0.0743^ab	0.0750^ab	0.0766^ab	0.0791^ab

0～10cm土层内三块草地的速效磷含量总体趋势是随着时间的推移而下降(表1-8)，在8月份略有回升。初期以浅耕翻草地的速效磷含量最高，放牧草地最低，三者均达到显著差异水平（P<0.01）。随放牧强度增大，放牧地土壤速效磷含量自7月开始高于围封和浅耕翻的草地。10～20cm和20～30cm土壤速效磷含量显著低于0～10cm含量。从最终结果来看，围封草地较浅耕翻草地和放牧草地在牧草生长期末期，能存储更多的速效磷。

试验区0～10cm土壤的供钾能力极高，草地土壤不缺钾。0～10cm土层中放牧草地土壤速效钾含量一直显著高于围封地和浅耕翻草地(P<0.01)。8月份，牧草旺盛生长时期，土壤速效钾含量最低，9月略有回升。10～20cm和20～30cm土层土壤速效钾含量变化不如0～10cm土层显著，含量也比0～10cm低很多，说明放牧对土壤表层速效钾的含量影响较大。造成土壤速效钾含量随放牧强度增加的主要原因是放牧家畜排泄的粪便中含有大量钾，单位面积家畜数较大，每天通过粪便排泄到草地上的钾量也相应较大。

表1-8 围封、浅耕翻改良对草地土壤速效磷和速效钾含量的影响

土层深度 (cm)		利用方式	测定时间
土层深度 (cm)		利用方式	6/2004	7/2004	8/2004	9/2004	6/2005	7/2005	8/2005	9/2005
速效磷 (mg/kg)	0～10	放牧	9.03	8.89	10.21	7.34	9.78	7.45	10.31	6.65
		围封	10.36	7.89	8.34	5.56	10.77	6.55	7.95	4.96
		浅耕翻	11.50	7.74	8.67	5.53	11.53	6.25	8.88	5.74
	10～20	放牧	7.38	5.90	6.58	6.01	6.58	4.93	5.58	3.95
		围封	6.39	4.52	5.43	4.39	6.89	4.62	5.40	4.59
		浅耕翻	7.16	6.35	5.29	4.54	7.10	5.35	4.29	3.94
	20～30	放牧	5.12	5.10	3.56	3.15	4.98	4.55	3.26	3.65
		围封	5.13	3.34	3.75	4.01	5.57	3.84	3.85	4.29
		浅耕翻	4.25	3.62	4.17	3.67	4.24	3.52	4.05	3.27
速效钾 (mg/kg)	0～10	放牧	183.67	181.35	196.10	191.20	210.89	202.19	185.39	192.89
		围封	134.67	118.22	131.84	124.84	150.67	136.88	127.34	131.92
		浅耕翻	164.13	162.84	125.67	123.49	171.76	158.56	140.3	156.84
	10～20	放牧	140.28	120.18	113.23	121.23	150.4	135.46	99.19	147.61
		围封	112.34	109.65	104.32	99.97	100.50	95.47	92.81	85.13
		浅耕翻	96.35	84.45	77.81	85.50	111.62	96.36	81.93	87.315
	20～30	放牧	124.45	120.87	118.53	123.12	136.11	127.37	119.8	126.59
		围封	90.56	85.35	82.78	84.46	87.18	82.59	76.04	77.21
		浅耕翻	103.23	99.30	70.05	88.30	90.22	82.49	72.67	84.03

本试验测定了2005年6～9月间围封、浅耕翻改良和放牧样地的土壤微生物碳、氮含量。结果如表1-9所示，土壤微生物量碳氮含量以表层(0～10cm)最高，随土层加深，呈下降趋势，这说明土壤表层微生物活动强烈。土壤微生物具有明显的季节变化，呈现单峰值变化，自6～8月，土壤微生物碳、氮含量呈现上升趋势，8月中旬达到最大值，9月份均呈现下降趋势。

土壤微生物碳含量在0～10cm土层中变化较为强烈，6月～9月围封、浅耕翻样地土壤中微生物碳含量始终高于浅耕翻草地和围封草地，除了6月初浅耕翻样地与围封样地之间差异不显著外，浅耕翻样地、围封样地和放牧样地之间均达到显著差异水平（p＜0.05）。

土壤微生物碳含量随着土层的加深，急剧下降；10～20cm土壤中浅耕翻草地土壤微生物碳含量最高，围封草地次之，放牧草地最低，浅耕翻样地和围封样地均显著高于放牧样地（P＜0.05），浅耕翻样地与围封样地之间差别不显著，浅耕翻样地较围封样地稍高；20～30cm土层中微生物碳含量很少，约为表层的1/3；围封样地与浅耕翻样地之间差异不显著，浅耕翻样地稍大于围封草地，但是两者均与放牧草地达到显著差异水平（P＜0.05）。说明浅耕翻、围封措施可以影响到土壤底层（10～30cm）微生物碳含量。土壤微生物氮含量变化与土壤微生物碳含量变化基本一致。

表1-9 围封、浅耕翻改良对土壤微生物碳、氮含量的影响(mg/kg)

土层深度 (cm)		利用方式	测定时间
土层深度 (cm)		利用方式	6/2005	7/2005	8/2005	9/2005
土壤微生物碳含量	0～10	放牧（CK）	305.13^b	353.46^c	433.49^c	344.78^c
		围封	382.45^a	463.23^b	526.98^b	432.35^b
		浅耕翻	404.76^a	498.57^a	562.46^a	451.60^a
	10～20	放牧（CK）	131.36^b	156.79^b	165.97^b	143.34^b
		围封	160.64^a	194.78^a	220.59^a	178.61^a
		浅耕翻	171.86^a	204.59^a	229.47^a	185.57^a
	20～30	放牧（CK）	58.58^b	63.49^b	65.43^b	61.16^b
		围封	94.56^a	105.57^a	110.49^a	102.42^a
		浅耕翻	96.51^a	108.47^a	113.59^a	106.48^a
土壤微生物氮含量	0～10	放牧（CK）	14.611^b	17.478^c	19.551^c	17.834^c
		围封	17.776^a	19.956^b	23.476^b	19.971^b
		浅耕翻	18.054^a	21.794^a	25.632^a	21.471^a
	10～20	放牧（CK）	6.672^b	8.692^b	10.000^b	7.898^b
		围封	9.049^a	11.304^a	12.487^a	10.546^a
		浅耕翻	9.375^a	12.014^a	13.482^a	11.229^a
	20～30	放牧（CK）	2.061^b	2.477^b	2.493^b	2.221^b
		围封	3.167^a	3.426^a	3.654^a	3.571^a
		浅耕翻	3.273^a	3.643^a	3.793^a	3.486^a

围封、浅耕翻改良措施提高草地土壤含水量，其中浅耕翻改良措施较围封措施对土壤含水量的影响效果更加显著。

围封、浅耕翻改良措施可以显著影响羊草草地中土壤的化学性状。围封、浅耕翻改良措施可以提高土壤中尤其是10～20cm、20～30cm土层中有机质和土壤全氮的含量，其中围封措施对土壤底层中的土壤有机质的积累更为有利。围封、浅耕翻改良措施可以促进土壤中微生物的活动，对于提高10～20cm、20～30cm土层中微生物碳、微生物氮含量效果较为显著，浅耕翻措施的促进效果较围封措施更加显著。

围封、浅耕翻、放牧羊草草地中速效钾含量均处于较高水平，羊草草甸草地中并不缺少速效钾，但是围封、浅耕翻草地土壤中速效磷含量不足。

实验于2004—2005年在河北省张家口市沽源牧场天然羊草草地进行。

表1-10列举出了样地A(围封样地)、样地B(浅耕翻样地)和样地C（放牧样地CK）土壤种子库的物种组成。禾草在围封样地、浅耕翻样地和放牧样地中所占的比例分别是36%、42.11%和18.18％，前两者远远多于后者；多年生植物在浅耕翻草地中所占的比例数值最大，为78.95%，围封草地次之，为72%，放牧草地中多年生植物所占的物种比例最低，为54.55%；单子叶植物在围封样地中所占的比例为44%，稍高于样地围封样地的42.11%，放牧草地最低，只有31.82％。

在围封草地的所有土样里共萌发了801株幼苗；浅耕翻样地的土样里共萌发了605株幼苗；放牧样地中土样共萌发了334株。如表1-11所示，围封样地土壤种子库的密度最高，为(2670±714)粒·m^-2，浅耕翻样地土壤种子库的密度是(2017±554)粒·m^-2，放牧样地土壤种子库的密度是(1113±343)粒·m^-2，围封样地、浅耕翻样地与放牧样地之间均达到了显著水平(p<0.05)，围封、浅耕翻草地之间差异显著(p<0.05)。萌发数量最多的品种为南牡蒿，其次西伯利亚早熟禾、茵陈蒿。豆科植物2种，华北岩黄芪和扁蓿豆，存在于浅耕翻草地土样中，共有3株。最重要的多年生禾草羊草在围封样地和浅耕翻样地的萌发种子数分别为107粒和85粒，显著大于放牧样中的6粒。

表1-11　样地A、样地B和样地C土壤中种子库的密度(平均值±标准误差)

在地上植被中记录了46个物种，样地A有30种，其土壤种子库与地上植被共有物种数13；样地B有29种，其土壤种子库与地上植被共有物种数10种。样地C有物种33种，其土壤种子库与地上植被共有物种数11。分别用Sorensen指数计算土壤种子库与地上植被的相似性，样地A是0.4727，样地B是0.4082，样地C为0.3929。

植物种类 species	萌发种子数目 seed number				植被vegetation
植物种类 species	A	B	C	合计sum	A	B	C
羊草 leymus chinensis	107	85	6	19	＋	＋	＋
赖草leymus secalinum	7	6	0	13	＋	＋	＋
狗尾草 setaria viridis	6	10	2	18	－	－	＋
野黑麦 hordeum brevisubulatum	5	3	0	8	＋	＋	－
硬质早熟禾 poa sphondylodes	18	13	0	31	＋	＋	－
西伯利亚早熟禾poa sibirica	133	87	17	227	＋	＋	＋
小糠草 agrostis gigantea	15	9	0	24	＋	＋	－
野黑麦 hordeum brevisubulatum	4	1	0	5	＋	＋	＋
无芒雀麦 bromus inermis	0	3	0	3	＋	＋	－
隐子草 chloris virgata	0	0	26	16	－	－	＋
南牡蒿 artemisia eriopoda	344	241	29	424	＋	＋	＋
茵陈蒿 Artemisia capillaris	115	97	34	246	＋	＋	＋
细裂叶蒿 Artemisia tanacetifolia	0	0	3	3	－	－	＋
变蒿artemisia commutata	0	4	9	13	－	－	＋
蒙古蒿artemisia mongolica	0	6	0	6	＋	＋	－
碱地蒲公英 taraxacum sinicum	1	0	3	4	＋	＋	＋
倒羽叶凤毛菊 sauaaurea runicinata	0	1	0	1	＋	＋	＋
二裂叶萎陵菜 potentilla bifurca	0	0	83	83	－	－	＋
菊叶萎陵菜potentilla tanacetifolia	0	1	0	1	－	—	＋
大萼萎陵菜 potentilla conferata	3	0	0	3	＋	＋	－
地榆 sanguisorba officinalis	1	0	0	1	＋	－	－
灰绿藜 chenopodium glaucum	5	0	2	7	＋	－	－
扁蓿豆Medicago ruthenica L.	0	2	0	2	＋	＋	＋
华北岩黄芪 hedysarum gmelinii	0	1	0	1	＋	＋	－
刺藜chenopodium aristatum	8	0	0	8	－	－	－
绳虫实 corispermum declinatum	3	2	42	47	－	－	－
平车前 plantago depressa	4	0	6	10	－	－	＋
中亚苔草 carex stenophylloides	2	0	3	5	－	－	－
卵穗苔草 carex duriuscula	4	0	24	31	－	－	＋
反枝苋 amaranthus retroflexus	8	12	19	39	－	－	－
野苋 amaran ascendens	0	0	4	4	－	－	－
马蔺 iris ensata	0	0	5	5	＋	＋	＋
伞花繁缕 stellaria dichotoma	3	0	1	4	－	－	－
辣蓼 polygonum hydropiper	0	0	3	3	－	－	－
小花花旗竿 dontostemon micranthus	1	1	7	9	－	－	＋
独行菜 lepidium apetalum	0	0	18	18	－	＋	＋
角碱蓬 suaeda corniculata	0	0	2	2	－	－	＋
合计 total number	801	605	334	1730

羊草草地三块样地的土壤种子库密度大小分别为(2670±714) 粒·m^-2 、(2017±554)粒·m^-2 和(1113±294)粒·m^-2 。三种样地土壤种子库中的物种数为36种，远高于冷蒿草原的18种和克氏针茅围封草地的19种，高于于科尔沁围封草地的25种。三种土壤样地的土壤种子库与地上植被的相似性较高。

围封、浅耕翻处理均可显著提高羊草草地土壤种子库的密度。放牧地种子库中一年生植物的物种比例最高。浅耕翻改良、围封均可显著提高放牧草地土壤种子库的密度，改善种子库的物种组成，相比较而言，围封措施较浅耕翻措施更为有利。

围封、浅耕翻改良措施均可显著提高羊草草地中土壤种子库的密度，改善种子库的物种组成，增加了土壤种子库中羊草等禾类草、多年生物种种子的数量和比例，相比较而言，围封措施较浅耕翻措施对土壤种子库的丰富和改善作用更加明显。