三江源区不同建植年代人工草地群落演替与土壤养分变化

摘 要 研究了三江源区不同建植期人工修复草地在不同演替阶段毒杂草[主要是甘肃马先蒿（Pedicularis kansuensis）]的入侵规律、数量特征，植物群落物种组成、生物量和草地质量以及土壤养分、微生物活性的变化规律.结果表明，不同建植期人工修复草地植物群落的种类组成、植物功能群组成和群落数量特征存在显著差异. 随着演替时间的推移，人工草地群落盖度、高度、物种数、生物量和多样性指数均表现出“V”字型变化规律，杂类草— —甘肃马先蒿的数量特征变化尤为明显，在4 a的人工草地群落中开始局部入侵，在5~6 a的人工草地群落中大面积入侵，其入侵速度、入侵面积达到高峰期. 土壤的含水量、容重、土壤中有机质、氮素和磷素在演替过程（7 a、9 a草地）中逐渐降低，到一定时期又逐步增加；随着演替的进行，不同建植期人工草地的土壤微生物生物量碳和酶活性均呈“V”字型变化. 对于退化生态系统的恢复首先是植被恢复，其次是土壤肥力的恢复. 土壤有机质等养分的积累、微生物活性的改善不仅能使土壤-植物复合系统的功能得以恢复，同时也能促进物种多样性的形成，有利于人工草地群落稳定性的提高. 在试验区尽管植被恢复演替进行得比较缓慢，但从土壤发展的角度看，仍属进展演替. 所以，在退化高寒草甸的恢复过程中，若降低和有效控制外界的干扰（如围栏封育），可为退化草地恢复提供繁殖体与土壤环境，实现人工草地逐步向恢复（正向）演替进行. 图3 表6 参34

    当前，在人口、资源和放牧等压力之下，草地健康状况日趋恶化，草地不断退化和消失，生态灾难日益严重，草原牧区的生态难民事件已非个例，这已严重影响广大牧区、半牧区和少数民族地区社会经济的发展. 草地退化对全球生态安全、环境质量及社会发展的负面影响日益严重，从恢复生态学角度研究退化草地生态系统的恢复与重建对策，尤其是人工草地已成为草原生态问题的重要组成部分，并将继续成为21世纪国际环境科学界关注的热点[1]. 天然草地要得到真正意义上的恢复，就必须做到适当放牧，减轻人为干扰，合理利用是最好的保护. 而退化草地的恢复和草地畜牧业的发展是一对矛盾体，矛盾的焦点在于饲草料问题. 正是由于这种原因，人工草地得以迅速发展. 因此，在生产实践中如何维护高效、持久的人工草地，提高人工草地的初级生产力和经济价值并保证草地质量已成为研究人工草地的关键，也是恢复与重建江河源区严重退化“黑土滩”草地的重要手段之一[2].
    采用多年生禾本科牧草建植的人工草地利用3~5 a后，因管理和利用不当（如放牧等）出现了特征不一的不同演替阶段的植被类型，特别是建植后5~8 a间的人工草地由于放牧压力过大，管理措施跟不上，导致群落逆向演替发展（包括土壤的逆向演替）[2]，毒杂草（甘肃马先蒿edicularis kansuensis）大量入侵，人工草地的基本特征基本消失，草地质量显著下降，但这并不意味着草地完全退化和毫无放牧利用价值. 这个演替阶段如果实施围栏封育（不要破坏此阶段的植被和土壤），合理利用和管理草地，可能为一些优良牧草的侵入、定居和繁衍，为高寒草甸的恢复演替创造有利的环境条件[因为大量的杂类草入侵和繁衍，在群落中的适合度有所提高，特别是一些克隆植物通过强大的克隆繁殖功能，形成一些密集的匍匐茎网状结构，提高了植被覆盖度，减少土壤水分的蒸发，这在一定程度上阻止了植物群落向盖度很低且容易沙化的极度退化（“黑土滩”）阶段演替].
    相对于原来的生态系统而言，生态恢复意味着生态系统结构（物种组成、营养作用）的恢复和生态功能（关键的生态系统过程、主要元素地球化学循环的改变）的恢复[3]. 土壤退化和土地利用的改变是控制陆地生态系统碳、氮收支的重要影响因子之一. 微生物生物量碳的变化经常被用来评价土地利用或管理对土壤有机碳含量和土壤质量的影响[4]. 土壤结构改变而引起的土壤特征也影响着原有植被的重新建立[5].
    土壤养分以各种无机物（如：铵、磷酸盐）和有机物（如：氨基酸、核酸）形式存在，并且通过土壤酶（如：蛋白酶、核糖核酸酶）的活动转化为植物易于吸收的成分[6]. 土壤微生物量虽然只占土壤有机质库中的很小部分，主要包括生物量碳和氮，但却是控制生态系统中碳、氮和其它养分流的关键[7]. 土壤微生物量对环境的变化极为敏感，能够较早地指示生态系统功能的变化[8]. 微生物量的任何变化将会影响养分的循环和有效性[9~10]. 土壤酶既是土壤有机物转化的执行者，又是植物营养元素的活性库[11]. 土壤酶活性与土壤理化特征[12]、微生物群落结构[13]、植被[14]、干扰[15~16]、演替[17]有关. 土壤是陆地生态系统中的基本成分，因此土壤的恢复是生态恢复过程中极其重要的过程.
    因此，我们就三江源区不同建植期人工草地毒杂草（主要是甘肃马先蒿）的入侵规律、数量特征，植物群落物种组成、生物量和草地质量，尤其是土壤养分、微生物活性在人工草地恢复演替过程中的变化等作一些尝试性研究，为探索三江源区人工草地的演替规律和稳定性积累经验，也为三江源区退化草地的恢复与重建提供科学依据.