全 文 ：第 19 卷 第 5 期
Vol. 19 No. 5
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2011 年 9 月
Sep. 2011
施肥和杂草防除对三江源区人工草地群落特征的影响
施建军1, 2 , 洪绂曾1, 3 , 马玉寿2 , 张德罡1, 王彦龙2 , 杨时海2 , 董全民2 , 李世雄2
( 1. 甘肃农业大学, 甘肃 兰州 730070; 2. 青海省畜牧兽医科学院, 青海 西宁 810016;
3. 中国农业大学草地研究所, 北京 100193)
摘要:针对三江源区多年生人工草地可持续利用问题, 采用杂草防除与施肥相结合的方式, 对 5 龄垂穗披碱草
( Elymus nutans )人工草地进行改良试验,研究了不同防除剂浓度和不同施肥水平对高寒人工草地群落特征和生产
能力影响,为老龄/ 黑土型0人工草地可持续性利用提供科学依据。结果表明: 喷施苯磺隆可有效降低群落中杂类
草盖度、生物量和多样性, 在苯磺隆 108 g # hm- 2浓度时杂类草的防除效果好。随施肥量增加, 群落中禾草总盖度
和生物量的变化均显著增加,而杂类草生物量差异不显著。喷施苯磺隆 108 g # hm- 2、施尿素 150 kg # hm- 2和氯
化钾 60 kg# hm- 2时,改良效果显著高于其他处理,是三江源区人工草地进行改良的适宜参考标准。
关键词:施肥; 苯磺隆;人工草地; 群落特征
中图分类号: S812 文献标识码: A 文章编号: 1007-0435( 2011) 05-0724-05
Effects of Fertilization and Herbicide on Plant Community of Artificial
Grassland in the Three Rivers Area
SHI Jian- jun1, 2 , HONG Fu-zeng 1, 3 , MA Yu-shou2 , ZHANG De-gang 1 ,
WANG Yan-long
2
, YAN G Sh-i hai
2
, DONG Quan- min
2
, L I Sh-i x iong
2
( 1. Agricultural U niver sity of Gansu, Lanzhou, Gansu Province 730070, Chin a;
2. Qin ghai Academ y of An imal and Veterinary Sciences, Xining, Qinghai Province 810016, Chin a;
3. Grassland Inst itute of Agricultural University of C hina, Bei jing 100193, China)
Abstract: T o propo se scient if ically sustainable ut ilization theo ries of ar tif icial grassland in Three Rivers ar-
ea, impr oved experiments of 5 year s E lymus nutans art if icial grassland w ere conducted using combinations
of fert ilizat ion and w eeds contro l. Supplemental effects of dif ferent fert ilizat ion and herbicide quant ities on
plant community and product iv ity of art ificial grassland w ere also studied. Results of tw o experimental
year s show ed that the application of t ribenuron-methly , w ith opt imum concentr at ion is 108 g # hm- 2 , re-
duced the coverage, biomass and div ersity of for bs. Coverage and biomass o f grass w ere increased signif-i
cant ly w ith incr eased fert ilizer, w hereas there ar e no signif icant differences in forbs. The control ef ficiency
of the combination of 108 g # hm- 2 t ribenuron-methly, 150 kg # hm - 2 urea and 60 kg # hm- 2 potassium
chloride w as significant ly higher than o ther combinations. Therefor e, it is a reference standard for art if icial
grassland maintaining in the orig inal area of T hree Rivers.
Key words: Fert ilizat ion; T ribenuron-methly ; A rt if icial g rassland; P lant community
三江源区高寒草地退化已对三江源区和中下游
地区的社会发展和人类居住环境构成巨大的影响,
中度以上退化草地面积占该区域草地总面积的63. 3%,
/黑土型0退化草地面积已达 466. 7万 hm2。通过建
植人工草地的方式恢复和治理三江源区的退化草
地,是保护和治理该地区/黑土型0退化草地的一项
重要技术措施 [ 1~ 5] , 已经在大范围内示范推广。但
是, 老龄人工草地杂类草增加, 草地生产力下降, 建
植的人工草地面临着可持续利用的问题。采用合理
的改良措施是提高草地生产力、恢复草地生态平衡、
增加草地物种资源多样性和持续利用草地的有效措
施[ 6~ 11] , 国内对草地改良及恢复方面的研究报道较
收稿日期: 2011-03-28;修回日期: 2011- 04-22
基金项目: / 十一五0科技支撑计划项目( 2009BAC 61B02) ;青海省科技项目( 2009A1-1) ( 2009-N- 502) ( 2009-Z-602) ( 2008- N-113)资助
作者简介:施建军( 1971- ) ,男,甘肃临泽人,博士研究生,副研究员,主要从事三江源人工草地方面的研究, E-mail: 378605242@ qq. com;
* 通信作者 Author for correspondence, E-mail: mayush ou@ sina. com
第 5期 施建军等:施肥和杂草防除对三江源区人工草地群落特征的影响
多[ 6~ 8, 11, 17, 26, 27] , 但对三江源区多年生混播人工草地
改良措施研究较少 [ 9, 10, 12, 22]。总结前期防除试验和
施肥试验结果 [ 9, 10, 12] , 采用杂草防除与施肥相结合
的方式,改良 5龄垂穗披碱草( Elymus nutans)人工
草地,研究不同防除剂浓度和不同施肥水平对高寒
人工草地群落特征和生产能力影响, 为老龄/黑土
型0人工草地可持续性利用提供科学依据。
1 材料与方法
1. 1 试验区自然条件
试验地位于大武镇以西 2 km 处的果洛藏族自
治州玛沁县大武镇一大队( N34b27. 859c, E100b12.
727c) ,海拔为 3756 m ,年均温为- 3. 9 e ,最冷月 1
月平均气温为- 12. 6 e , 最热月 7 月平均气温为
91 7 e ,牧草生长季为 156 d,无绝对无霜期, 年均降
水量为 513. 2 ~ 542. 9 mm , 年蒸发量为 2471. 6
mm[ 14]。试验区为 5龄垂穗披碱草人工草地, 建植
前是/黑土型0退化草地,土壤为高山草甸土。优势
种为垂穗披碱草、甘肃马先蒿 ( P ediculari s kan-
suensi s)、次优势种为中华羊茅( Festuca sinensis )、
蒿( A r tem isia)等。
1. 2 材料
除草剂为 10%苯磺隆可湿性粉剂(江苏南京祥
宇农药有限公司生产)。肥料包括氮、钾肥, 分别为
尿素(含 N 46%)和氯化钾(含K 60%) , 均为甘肃刘
家峡化肥厂生产。
1. 3 试验方法
试验以苯磺隆为除草剂, 设 3个浓度梯度,分别
为2倍( 54 g # hm- 2 )、4倍( 108 g # hm- 2 )和6倍( 162
g # hm- 2 )浓度(以药品说明平均浓度为 1倍浓度)于
6月 26日对 5龄垂穗披碱草人工草地进行灭杂。7
月5日配合氮钾肥进行施肥, 氮肥为尿素, 钾肥为氯
化钾;设 4个水平, 分别为 A 水平( N, K肥施量均为
0)、B水平( N, K肥施量分别为 75和 0 kg # hm- 2 )、C
水平( N, K肥施量分别为 112. 5和 30 kg # hm- 2 )、D
水平( N, K肥施量分别为 150和60 kg # hm- 2 ) ,正交
设计共12个处理,每个处理3次重复。小区面积4 m
@ 5 m,共 36个小区,总面积 1000 m2。
1. 4 测定项目与方法
1. 4. 1 盖度和高度
8月 20日, 每小区以对角线取 3个 1 m @ 1 m
样方,分别测定群落总盖度和各牧草分盖度,并在小
区内随机测量各牧草 15株的单株高度,取平均值作
为该牧草的生长高度,群落高度为所有测量单株高
度的平均值。
1. 4. 2 产草量
按禾草类和杂类草将 3个样方内所有牧草以留
茬高度 5 cm 剪下[ 15~ 17] , 分别称鲜重, 之后随机将 3
个样方内的禾草和杂草分别各取 50 g 装袋带回,烘
箱内 65 e 烘 24 h称重,折算单位面积干草产量。
1. 5 数据分析
1. 5. 1 重要值
重要值( I V)是度量群落水平反应的综合数量
指标,采用甘肃农业大学实验指导中重要值的计算
公式:
I Vi= ( RC i+ RH i+ RB i ) / 3
式中: I Vi 为第 i 个种在群落中的重要值 RC i
为第 i 个种的相对盖度, RH i 为第 i 个种的相对高
度, RB i 为第 i 个种的相对生物量。
1. 5. 2 A多样性指数
多样性指数采用 Shannon-Wiener、指数 ( Hc)
和 Pielou 的均匀度指数( E)
Hc= - E
S
i= 1
P i LnP i
E= H / LnS
式中: P i 为属于种 i 的个体在全部个体中的比
例, S 为物种数目。
1. 5. 3 B多样性指数
群落相似性系数 SU rensen 指数是计测 B多样
性指数时常用且效果较好的一种测度 [ 18] , 其计算公
式为: I S s= 2c( a+ b) @ 100。
式中: a为群落 A 中的种数; b 为群落 B 中的种
数; c为群落 A、B中共有种数。
2 结果
2. 1 喷施苯磺隆对草地群落的影响
2. 1. 1 喷施苯磺隆对群落物种组成的影响
喷施苯磺隆第 1 年, 4 倍浓度下的群落物种数
平均最低, 2倍浓度下的群落物种数平均最高,差异
不显著(表 1)。比较不同浓度下群落中杂类草优势
种甘肃马先蒿的变化发现, 随苯磺隆浓度增加, 甘肃
马先蒿高度显著下降, 生殖枝比例显著下降 ( P<
01 05)。比较喷施苯磺隆后 2年的群落物种组成,第
725
草 地 学 报 第 19卷
2年平均物种数低于第 1年, 但差异不显著。以 B
多样性指数比较, 2倍浓度下的 B指数最高, 6 倍和
4倍浓度 B指数相同。以A多样性指数比较,第 1年
4倍浓度下最高, 且 3个浓度之间差异不大, 第 2 年
喷施苯磺隆 2倍浓度下 A多样性指数最高, 6 倍浓
度下最低。
2. 1. 2 喷施苯磺隆对群落盖度的影响
喷施苯磺隆可有效降低杂类草覆盖度, 随喷施
浓度增加,杂类草盖度降低。喷药第 1年 4 倍浓度
下杂类草盖度比 2倍浓度下的低 7. 25% , 6 倍浓度
下杂类草盖度又比 4倍浓度下的低 2. 50%, 但差异
不显著。第 2 年杂类草盖度低于第 1 年, 3 个浓度
下杂类草盖度差异小于第 1年, 4 倍浓度下杂类草
盖度比 2倍浓度下的低 3. 70% , 6 倍浓度下杂类草
盖度只比 4倍浓度下的低 0. 89%(表 1)。
群落中禾草类总盖度变化趋势与杂类草盖度相
反, 随苯磺隆喷施浓度增加,禾草类盖度升高。喷药
第 1年 6倍浓度下禾草类盖度比 2 倍浓度下的高
15. 50% ,差异显著( P< 0. 05) (表 1)。第 2年禾草
类盖度高于第 1 年, 4倍浓度下禾草类盖度最低, 6
倍浓度下禾草类盖度最高, 方差分析表明 3个浓度
下禾草类盖度差异极显著( P< 0. 01)。人工草地的
群落盖度主要由禾草类决定, 群落盖度的变化与禾
草类变化趋势一致。
表 1 除草剂对群落特征的影响
Table 1 Effects of herbicide on plant community
项目
Item
物种数
Species
杂草生物量
Forbs
biomass
禾草生物量
Grass
biomass
杂草盖度
Forbs
coverage
禾草盖度
Grass
coverage
群落盖度
Community
coverage
多样性
Diversity
index
除草剂浓度
Herbicide
concent ra tion
/ g# hm- 2
第 1年
First
year
第2 年
Second
yea r
第 1年
First
y ear
第 2年
Second
year
第 1年
F irst
y ear
第 2年
Second
year
第 1年
F irst
y ear
第 2年
Second
year
第1 年
First
y ear
第 2年
Second
year
第1 年
First
yea r
第 2年
Second
year
第 1年
First
year
第 2年
Second
year
162 11. 50a 10. 75a 32. 25Bb 20. 29a 596. 25a 269. 96Aa 27. 25a 24. 15a 96. 00a 103. 15Aa 86. 25a 92. 75Aa 1. 480a 1. 383a
108 10. 75a 10. 75a 44. 75Bb 22. 01a 560. 25a 190. 13Bb 29. 75a 25. 04a 87. 25ab 86. 75Bb 83. 75a 86. 68Bb 1. 487a 1. 469a
54 11. 75a 11. 25a 94. 38Aa 19. 77a 506. 25a 226. 88ABab 37. 00a 28. 74a 80. 50b 94. 90ABab 81. 75a 86. 15Bb 1. 453a 1. 657a
F 值 0. 15 0. 05 7. 54 0. 10 0. 60 14. 77 1. 81 0. 38 4. 91 8. 13 1. 23 11. 72 0. 78 2. 52
注: F( 2, 18) 0. 05= 3. 55, F( 2, 18) 0. 01= 6. 01。不同小、大写字母分别代表在 0. 05 和0. 01水平下差异显著,下同
Not e: F (2, 18) 0. 05= 3. 55, F(2, 18) 0. 01= 6. 01. Different small and capital lett ers in the same row mean significant diff erences at t he 0. 05 and 0. 01 lev els re-
spectively , the same as below
2. 1. 3 喷施苯磺隆对群落生产力的影响
第1年随苯磺隆浓度增加,杂类草生物量大幅降
低, 6倍浓度下的杂类草生物量只有 2 倍浓度下的
1/ 3,是 4 倍浓度下的 72. 07%, 差异极显著 ( P <
0101) (表 1) ,高浓度苯磺隆对杂类草抑制强烈, 但 4
倍浓度以上抑制强度减缓。随苯磺隆浓度增加,杂类
草优势种甘肃马先蒿生物量显著下降( P< 0. 05) ,生
殖生长受到明显抑制。第 2年杂类草生物量大幅下
降, 3个浓度下杂类草生物量基本一致。
随苯磺隆浓度增加, 禾草类生物量增加, 但是第
1年 3个浓度差异不显著, 第 2年差异达到极显著
( P< 0. 01)。第 1 年生物量是第 2 年的 2 倍多(表
1) ,可能是受施肥影响。喷施苯磺隆有效抑制了杂
类草的生长和生殖, 降低了其对禾草的种间竞争力,
提高了禾草类的生产力。
2. 2 施肥对草地群落的影响
2. 2. 1 施肥对草地生产力的影响
第 1年随施肥量增加, 群落中禾草类生物量增
加, 从 A 水平到 D水平, 呈先急升、后平缓、再急升
的增加趋势, 最高生物量是最低生物量的 3. 6倍,差
异显著( P< 0. 05) (表 2)。第 2年随施肥量增加, 群
落中禾草类生物量增加,趋势趋于平缓, 比施肥第 1
年大幅降低, 最高生物量只有第 1年的 38. 75%, 各
处理间生物量差异极显著( P< 0. 01) (表 2)。生物
量降低主要原因是氮肥为速效肥, 肥效主要在施肥
当年;其次与牧草生长特性有关, 前期研究表明 6龄
垂穗披碱草人工草地生产力约为 5 龄草地的
2/ 3 [ 13] ;还与年际间气候条件有关,生长季降水分布
是否与生长期同步也对草地生产力影响巨大。
喷施苯磺隆后,第 1年杂类草生物量随施肥量
增加,呈先降后升趋势,差异不显著。第 2年杂类草
生物量显著低于第 1年,下降 37. 45% ~ 86. 87%,
并随施肥量增加, 呈下降趋势, D水平下杂类草生物
量只有 A 水平下的 32. 00% , 差异达极显著 ( P<
01 01) (表 2)。
2. 2. 2 施肥对群落盖度的影响
第 1年随施肥量增加,杂类草总盖度降低, D水
726
第 5期 施建军等:施肥和杂草防除对三江源区人工草地群落特征的影响
平下杂类草总盖度是 A水平下的 53. 77%, 但差异显
著( P< 0. 05) (表 2)。禾草类总盖度和样方盖度随施
肥量增加而增加, 增幅分别达 9. 34% ~ 20. 34% 和
5. 67% ~ 14. 33%, 方差分析显著差异极显著( P<
0101) (表 2)。第 2年杂类草总盖度变化趋势与第 1
年相同,但和第 1年比均下降。禾草类总盖度和样方
盖度变化趋势与第 1年相同, 但和第 1年比均上升,
各水平下禾草类总盖度之间差异显著( P< 0. 05)。
2. 2. 3 施肥对群落多样性的影响
随施肥量增加,群落 A多样性指数在第 1年降
低, 第 2年增加,差异显著( P< 0. 05)。以 B多样性
指数比较, 2年间群落相似性指数在 80%左右, 不同
施肥水平下的 B多样性指数基本一致, 差异不显著
(表 2)。
表 2 施肥对群落特征的影响
Table 2 Effects o f fertilization on plant community
项目
I tem
物种数
Specie s
杂草生物量
Forbs
biomass
禾草生物量
Grass
biomass
杂草盖度
Forbs
coverage
禾草盖度
Grass
coverage
群落盖度
Community
coverage
多样性
Diversity
index
施肥水平
Fe rt ilization
levels
/ kg # hm - 2
第 1年
First
year
第 2年
Second
year
第 1年
First
y ear
第 2年
Second
year
第 1年
F irst
y ear
第 2年
Second
year
第 1年
F irst
y ear
第 2年
Second
year
第1 年
First
y ear
第 2年
Second
year
第1 年
First
yea r
第 2年
Second
year
第 1年
First
year
第 2年
Second
year
N( 0) , P( 0) 9. 25a 12. 00a 54. 67a 34. 19Aa 245. 00c 156. 89Cc 39. 67a 30. 64a 80. 33ABab 86. 97b 76. 67Bb 85. 67b 1. 225a 1. 575ab
N( 75) , P( 0) 8. 25a 11. 00a 52. 50a 19. 73Bb 530. 33b 171. 56Cc 36. 67ab 28. 17a 79. 33Bb 93. 27ab 82. 67ABab 87. 33ab 1. 126a 1. 609ab
N( 112. 5) , P( 30) 8. 50a 11. 00a 38. 00a 17. 89BCbc 560. 00b 245. 83Bb 27. 67bc 27. 71a 91. 33ABab 96. 00ab 85. 33ABab 88. 90ab 1. 051a 1. 649ab
N( 150) , P( 60) 8. 00a 9. 67a 83. 33a 10. 94Cc 881. 67a 341. 67Aa 21. 33c 17. 39a 100. 67Aa 103. 50a 91. 00Aa 92. 20a 1. 019a 1. 179b
F 值 0. 85 0. 39 1. 88 5. 15 3. 28 11. 04 3. 73 1. 65 6. 20 4. 25 6. 42 5. 06 1. 34 3. 61
注( No te) : F( 3, 18) 0. 05= 3. 16, F( 3, 18) 0. 01= 5. 09
3 讨论
/黑土型0人工草地(垂穗披碱草人工草地)生长
4年后生物量大幅度下降, 群落中出现大量毒杂草,
草地质量变劣, 采用施肥、灭杂等措施是维持人工草
地可持续利用的有效手段 [ 9, 11, 12, 19]。喷施苯磺隆后
导致杂类草生长点坏死, 植株畸形、矮化以及根部腐
坏,当年使之部分或全部枯萎,降低杂类草高度和盖
度以及生物量。喷施苯磺隆有效抑制杂类草生长发
育,使禾草类在竞争中占据有利地位,从而使禾草类
生长高度和生物量增加,提高草地生产力。高寒地
区人工草地发展始于上世纪 90年代后期,目前对于
高寒人工草地的杂草防除研究很少,主要集中于农
田除草剂在该区域应用的广普性种类和剂量选择
上[ 12, 19]。受到草地建植前退化草地植被类型的影
响,人工草地退化后杂类草的优势种不同,所以适宜
的除草剂和剂量也不同, 目前多以内吸型的苯磺隆
(龙拳、杜邦巨星)、使它隆、麦阔净、甲磺隆、麦客隆
以及2, 4-D丁酯等除草剂为主, 施用剂量均以超过
农田最大剂量为佳。但对其在土壤中的残留还未见
报道,只是依据其在农田施用中的影响作为参考, 目
前施用较多且残留较低的是 2, 4-D丁酯和苯磺隆系
列[ 12, 19]。
施肥作为草地改良的主要措施,可有效增加草
地速效养分, 改善草地植物群落结构, 增加草群高度
和提高生物量[ 9, 10, 20~ 27, ]。高寒地区施肥对草地群
落结构的影响,除增产和提高土壤肥力外, 可有效改
变草地植物地上、地下竞争力,引起群落多样性格局
的变化。许多研究表明,施肥会导致群落多样性降
低, 尤其是持续高施肥量下会显著降低群落物种丰
富度 [ 22~ 24]。但也有研究认为,施肥增加了物种数量
和多样性 [ 14, 20, 21] ,郑华平 [ 22]认为这是由于施肥群落
的退化演替阶段不同造成的, 严重退化草地由于物
种丰富度低于原始植被,造成施肥驱动力高于群落
种间竞争效应从而增加群落丰富度。本试验中施肥
对群落多样性的影响是随施肥量增加, 群落多样性
在试验当年降低, 第 2年增加。5 龄垂穗披碱草人
工草地群落组成已趋于向建植前的/黑土型0退化草
地演替, 除杂类草优势种甘肃马先蒿、细叶亚菊
( A j ania tenui f olia)、婆婆纳( Veronica didyma)等
稀少种密度很低, 由于喷施苯磺隆抑制了杂类草的
生长,同时施肥进一步提高了禾草类的竞争力, 造成
稀少种在群落中的竞争力急剧下降, 导致群落多样
性降低。增加施肥量使草地土壤养分大量增加, 对
草地植物第 2年的生长促进作用加强, 同样造成施
肥驱动力高于群落种间竞争效应的状况,促进了群
落中杂类草常见种的发育, 提高了群落多样性。
杂草防除和施肥措施相结合, 不仅可有效抑制
727
草 地 学 报 第 19卷
杂类草的生长生殖, 还大幅提高了垂穗披碱草人工
草地中禾草类的生产力, 优于防除和施肥的单一措
施所得到的效果。在同类 5龄草地上进行的防除试
验,禾草类生物量在 155~ 607 g # m- 2之间[ 12] ,本试
验5龄草地的禾草类生物量在 155~ 1055 g # m- 2之
间。杂草防除对禾草促进有限,施肥能显著提高垂
穗披碱草的产量。
4 结论
4. 1 喷施苯磺隆可有效降低人工草地群落中杂类
草盖度、生物量和多样性。尤其是对群落中甘肃马
先蒿的效果明显,使其高度和生殖枝比例显著下降。
随苯磺隆浓度增加, 禾草类总盖度和生物量均增加,
杂草盖度和生物量降低。喷药第 2年, 随苯磺隆浓
度增加,群落杂类草生物量显著降低,禾草生物量和
盖度显著增加。
4. 2 第 1年随着施肥量的增加,禾草总盖度和群落
盖度增加,禾草生物量增加,杂类草生物量差异不显
著。第 2年禾草生物量随施肥量增大极显著增加,
杂类草生物量显著降低。
4. 3 以群落各指标综合比较,试验处理中喷施苯磺
隆108 g # hm- 2、施尿素 150 kg # hm- 2和氯化钾 60
kg # hm- 2时,群落禾草盖度和生物量增高而杂类草
盖度最低且生物多样性降低, 改良效果显著高于其
他处理,是对本区人工草地进行综合改良的适宜参
考标准。
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(责任编辑 李美娟)
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