一種退化羊草草地補播苜蓿的方法與流程

本發明屬于生態環境治理和修復領域，具體涉及一種退化羊草草地補播苜蓿的方法。

背景技術：

草地生態系統是我國陸地面積最大的生態系統類型，占國土面積的40.7％，大約為4億公頃。近年來，由于不合理的放牧制度、盲目開墾、濫行樵采等人為原因，以及氣候變化所帶來的自然因素，導致我國已有90％的草地面積出現不同程度的退化現象，主要表現在草地生產力下降、生物多樣性喪失、土壤侵蝕加劇，嚴重制約了草地生態系統的功能性和穩定性。因此，合理有效的對草地生態系統進行恢復和重建成為目前一項非常緊迫的任務。

草地補播是退化草地植被恢復的一項重要改良措施，受到國內外學者的重視。草地補播是在不破壞或盡量少破壞原有植被的前提下，在天然草地中播種一些適應當地自然條件、營養價值高的優質牧草，從而實現增加草地的植被多樣性和草地的覆蓋度，最終提高的生產力和品質。眾所周知，氮素是植物生長所必需的重要元素，也是限制草地生態系統發展的一個重要因素，土壤中氮素的缺失極大地影響著草地生物多樣性和生態系統的初級生產力。自工業革命以后，為了提高氮素含量，化石燃料的燃燒和化肥的大量使用在提高生產力的同時也對生態系統帶來了嚴重的負面影響。從1960年至2000年，氮肥在陸地生態系統中的施用量增加了8倍，但是僅有不足40％的氮肥被植物吸收同化，低的氮素利用效率不僅造成了經濟浪費，而且極大的干擾了生態系統的氮素循環，成為生物多樣性喪失的一個重要驅動因子。大量的氮肥添加實驗證明，氮富集通過增加一些功能群或物種的快速生長，影響植被之間的競爭關系，從而排擠掉一些生長速率較低且對光照和養分競爭能力較弱的物種。另外，氮富集容易造成外來物種的入侵，本土種的丟失，從而改變整個生態系統的進程。相比于無機氮肥的施加，在有效氮素匱乏的草地生態系統中補播豆科牧草不僅可以提高草地的生產力，而且可以促進植被的氮素利用效率，幫助解決過量使用無機氮肥造成的環境污染問題。豆科牧草因為其共生固氮的特性，所固定的氮素不僅能滿足自身的生長需求，還能通過根部或根瘤降解等方式為土壤氮庫輸入氮素，從而為其他非固氮植物提供養分。

由于缺乏適應性強的豆科牧草種質資源和適當的草地管理措施，補播的豆科牧草存在競爭力弱、擴散困難、難以在天然草地長期維持等問題，無論是從農藝管理或是生態恢復的角度出發，天然草原都很難在自然狀況下長期維持較高的豆科比例，嚴重制約了利用補播豆科恢復退化草地進程的。野生黃花苜蓿和紫花苜蓿WL168屬于根蘗型苜蓿，由于其發達的匍匐根系，具有抗寒抗旱、耐踐踏、耐牧等優勢。特別是黃花苜蓿，是一種重要的野生豆科牧草，廣泛分布于歐、亞兩洲，同時在我國內蒙古的呼倫貝爾市、錫林郭勒盟、赤峰市等地有大面積的野生分布，適宜在寒冷、干旱地區生長，是我國北方高寒地區天然草地補播的首選優良豆科牧草。但是，國內現有對黃花苜蓿的研究多集中在種子資源的栽培馴化方面，鮮有對黃花苜蓿補播效果方面的報道。而國外對苜蓿補播的研究報道，苜蓿在補播后適應性弱，受到草地原生植被的競爭抑制，因為無法有效的從競爭中獲取生長所需的養分和光照，補播的苜蓿常常在第二年就受到原生植被的競爭排除，無法在天然草原中長期維持。

技術實現要素：

本發明的一個目的是提供一種退化草地補播苜蓿的方法。

本發明提供的退化草地補播苜蓿的方法包括如下步驟：在退化草地上播種苜蓿種子，所述播種后還包括施肥和刈割的步驟。

上述方法中，所述施肥為施磷肥。

上述方法中，所述磷肥的施用量為32kg/公頃/年。

上述方法中，所述磷肥的施用次數為2次，分別在播種后第二年開始，每年的苜蓿生長季初期和所述刈割后，每次所述磷肥的實施量為16kg/公頃/年。

在本發明的具體實施例中，所述磷肥具體為過磷酸鈣(P₂O₅≥12％)，是江蘇美樂肥料有限公司(標準：GB20413-2006，許可證號：(蘇)XK13-002-00002)的產品。

上述方法中，所述刈割為使所述退化草地上的所有植被材料的留茬高度為8-10cm；所述留茬高度具體為10cm。

上述方法中，每次所述刈割后還包括將割下的植被材料移出補播區域的步驟。

上述方法中，所述刈割的時間為播種后第二年開始，每年的苜蓿初花期。通過割草機對退化草地上的植被材料進行刈割，每個生長季只刈割一次。

上述方法中，所述播種前還包括對退化草地進行刈割和對苜蓿種子進行根瘤菌接種的步驟；

所述對退化草地進行刈割為使所述退化草地上的所有植被材料的留茬高度為8-10cm；

所述接種的根瘤菌劑為多萌根瘤菌，是北京克勞沃集團的產品；

所述苜蓿種子與所述根瘤菌劑的質量比為50：(5-6)。

上述方法中，所述播種的方式為免耕補播；在本發明的具體實施例中，使用免耕補播機(型號：9QFB-2.4)對退化羊草草地進行苜蓿補播。

上述方法中，所述播種的時間為每年6月1日至6月15日之間；所述播種的時間具體為2013年6月4日。

上述方法中，所述播種的量為每公頃播種15kg苜蓿種子，機械播種時，每畝可用10kg小米或沙子拌種。所述播種的行距為30cm；所述播種的深度為2cm。

上述方法中，所述苜蓿為黃花苜蓿或紫花苜蓿；所述黃花苜蓿具體為野生黃花苜蓿(Medicago falcata L.)；所述紫花苜蓿具體為根蘗型紫花苜蓿品種WL168(Medicago sativa ssp.)。

上述方法中，所述退化草地為退化羊草草地；所述退化羊草草地具體為東北退化羊草草地，位于內蒙古呼倫貝爾市海拉爾區謝爾塔拉牧場。

本發明的另一個目的是提供上述方法的新用途。

本發明提供了上述方法在如下1)-6)中任一種中的應用：

1)促進苜蓿在退化草地上的長期維持或延長苜蓿在退化草地上的維持時間；

2)提高退化草地的生產力；所述提高退化草地生產力具體體現在增加退化草地的生物量；

3)提高退化草地的牧草品質；所述提高退化草地的牧草品質具體體現在提高退化草地的牧草粗蛋白含量和/或提高退化草地的牧草相對飼用價值；

4)促進退化草地生態系統中氮素的利用和循環；

5)維持退化草地系統的多樣性和穩定性；

6)增加退化草地的植被多樣性和草地的覆蓋度。

本發明的優勢：

1、本發明選擇在天然草地中適應性和競爭力較強的兩種苜蓿進行補播，并在補播過程中，選擇用免耕補播的方式進行，避免了現有補播研究中深翻、開溝等對原生草地破壞程度大的農藝措施，且利用機械補播可大幅降低人工撒播所帶來的巨大的人力成本，保留了草地中的原生植被的生境和土壤中碳氮養分，適合在退化的天然草地上進行大范圍推廣。

2、本發明采用磷肥添加的方式補充補播苜蓿在天然草地生長時所需的養分。因為土壤中有效磷含量不足通常是限制豆科建植和維持的主要因素之一。豆科植物施磷可以促進核糖核酸的合成，從而促進蛋白質的合成，有益于氮同化。當土壤中的有效磷缺乏時，豆科植物生長受到嚴重的抑制。

3、本發明通過適時刈割的方式，降低原生植被對補播苜蓿的光照競爭，促進補播草地的生產性能和牧草品質。刈割是草地利用的主要方式之一，也是傳統的草原管理方式。刈割可以及時地移除地上植被以及凋落物，為幼苗的生長提供更好的生存空間和光照條件，利于生物多樣性的維持，有利于草原初級生產的形成和提高其穩定性。

本發明使用免耕補播的方式，將苜蓿補播進入天然草地，然后通過定期施肥和刈割的草地管理方式維持苜蓿在天然草地中的比例。具體包括如下步驟：使用免耕補播機(型號：9QFB-2.4)對退化羊草草地進行苜蓿補播。最佳播種時間為6月1日-6月15日之間。播前對天然退化草地的原生植被進行刈割，留茬高度為8-10cm。苜蓿的播種量均為15kg/ha，機械播種時，每畝可用10kg小米或沙子拌種。播種前進行根瘤菌接種(500g種子接種50-60g根瘤菌劑)，播種深度為1.5cm，播種行距為30cm。待苜蓿成功建植后第二年進行施磷肥和刈割管理。磷肥顆粒粉碎后于每年的6月20日(生長季初期)和7月20日(刈割之后)分兩次施用，每次施用量為16kg P ha^-1year^-1。刈割處理是在每年苜蓿初花期，用割草機進行刈割，每個生長季只刈割一次，留茬高度為10cm。每次刈割后立即將割下的植被材料清理出小區。通過實驗證明：黃花苜蓿在補播4年后仍然表現良好，在補播的草地進行施肥和刈割的處理可以顯著增加草地的生產力，2014-2016年補播苜蓿草地的平均生產力為不補播草地的2.16倍。紫花苜蓿在補播后表現良好，相比不補播的草地，在補播紫花苜蓿后施肥和刈割的草地的生產力在三年間平均提高了81.63％。另外，在施肥和刈割的處理下，補播苜蓿顯著的提高了牧草的粗蛋白和相對飼用價值。相比不補播的草地，補播苜蓿后施肥和刈割的處理并沒有對草地生態系統的群落多樣性產生顯著影響。本發明草地補播技術操作簡單，所用的補播、肥料等材料來源廣泛、生產工藝簡單、成本低廉，所用機械是常見的牧草生產機器，補播和管理效果顯著，適合進行大范圍推廣。本發明的補播技術不僅提高了退化的羊草草地的生產力和牧草品質，增加了草地土壤中氮素的營養，促進草地生態系統中氮素的利用和循環，而且為維持草地系統的多樣性和穩定性，建立高產穩定的天然草地提供了技術支撐。具有極高的經濟和生態價值、較高的實用性和可推廣性及非常廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1為免耕補播機。

圖2為草地免耕補播處理。

圖3為補播苜蓿的返青情況。

圖4為補播苜蓿的生長情況。

具體實施方式

下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。

下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。

下述實施例中的定量試驗，均設置六次重復實驗，結果取平均值。

下述實施例中的免耕補播機的型號為9QFB-2.4，在授權號為CN103004335A的名稱為“草地切根施肥補播復式作業機械”的專利中公開過，公眾可從中國農業大學獲得。

實施例1、一種退化羊草草地補播苜蓿的方法

一、補播品種

補播品種為野生黃花苜蓿(Medicago falcata L.)，采集于呼倫貝爾天然草地，種子發芽率為92％。

二、播種方法

1、播種時間和播種地點

播種時間：2013年6月4日；

播種地點：內蒙古呼倫貝爾市海拉爾區謝爾塔拉牧場(49°21'0.72"N，120°5'48.77"E)。

2、播種前準備

(1)刈割

播種前對原生植被進行刈割，包括豆科和非豆科的全部原生植被，留茬高度為8-10cm。

(2)根瘤菌接種

播種前采用直接拌種的方式對黃花苜蓿種子進行根瘤菌接種，接種量為500g苜蓿種子接種55g根瘤菌劑(購買于北京克勞沃集團，產品名稱：多萌根瘤菌)，得到接菌后種子。

3、播種

使用免耕補播機(圖1)對退化羊草草地進行苜蓿補播(圖2)。播種行距：30cm；播種深度：2cm；播種量：每公頃播種15kg接菌后種子。機械播種時，每畝用10kg小米進行拌種。

4、播種后施肥和刈割

待苜蓿成功建植后第二年開始，每年進行施肥和刈割管理。具體步驟如下：

(1)施肥

施用的磷肥：過磷酸鈣(P₂O₅≥12％)(購買于江蘇美樂肥料有限公司，標準：GB20413-2006，許可證號：(蘇)XK13-002-00002)，磷肥的施用量為32kg/公頃/年，具體是將磷肥顆粒粉碎后于每年的6月20日(苜蓿生長季初期)和7月20日(苜蓿初花期刈割后)分兩次施用，每次施用量為16kg P ha^-1year^-1。

(2)刈割

于苜蓿初花期用實驗式小型割草機(安捷順，安徽，中國)進行刈割，包括豆科和非豆科的全部原生植被。每個生長季只刈割一次，留茬高度為10cm。每次刈割后立即將割下的植被材料清理出補播小區。

三、補播效果

分別于2014年8月25日，2015年8月30日和2016年8月25日檢測補播后草地生產力、牧草粗蛋白含量、牧草相對飼用價值和草地群落物種數，并以未進行補播的羊草草地作為對照。

上述草地生產力測定方法如下：在補播小區中隨機選擇3個50×50cm的樣方，進行生物量的監測。將樣方內的所有植被分種后齊地刈割，分裝在牛皮種子袋后帶回實驗室，在65℃的烘箱中烘干72h至恒重后稱重記錄各物種的地上生物量。總地上生物量為每次刈割后收獲的地上生物量與生長季末剩余的地上生物量的總和，用3個50×50cm樣方的總生物量的平均值代表每個小區的分種地上生物量或總地上生物量。為了便于統計，所有生物量的單位換算至g/m²。

上述牧草粗蛋白含量測定方法如下：稱取0.5g(精確到0.0001g)粉碎的植物樣品至消煮管，加5g催化劑(K₂SO₄:CuSO₄·5H₂O＝500:50)和10mL 98％硫酸，在420℃消煮約1-1.5h。消煮徹底后，消煮液呈現清澈的藍綠色。待冷卻后，用全自動凱氏定氮儀(Kjeltec Analyzer Unit 2300,FOSS,Sweden)進行植物全氮分析。粗蛋白含量＝植物全氮×6.25。

上述牧草相對飼用價值測定方法如下：通過測定植物中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)來計算相對飼用價值(RFV)。相對飼用價值(RFV)的計算公式是：RFV＝DMI×DDM/1.29；DMI(％BW)＝120/NDF(％DM)；DDM(％DM)＝88.9-0.779ADF(％DM)。其中，DMI為粗飼料干物質隨意采食量，單位為％BW，DDM為可消化干物質，單位為％DM。中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)的檢測方法參照授權號為CN201110092444.9，發明名稱為“牧草中性洗滌纖維含量的測定方法”的專利文獻中的方法。

上述草地群落物種數采用目測觀測法，具體如下：在小區中隨機放置一個1×1m的樣方框，記錄群落中所有植物的物種數，并記錄每個物種的個數作為物種多度。

實施例2、一種退化羊草草地補播苜蓿的方法

一、補播品種

補播品種為根蘗型紫花苜蓿品種WL168(Medicago sativa ssp.)。根蘗型紫花苜蓿WL168種子是北京正道生態技術有限公司(北京，中國)的產品，發芽率為98％。

二、播種方法

1、播種時間和播種地點

播種時間：2013年6月4日；

播種地點：內蒙古呼倫貝爾市海拉爾區謝爾塔拉牧場(49°21'0.72"N,120°5'48.77"E)。

2、刈割

播種前對原生植被進行刈割，包括豆科和非豆科的全部原生植被，留茬高度為8-10cm。

3、播種

使用免耕補播機對退化羊草草地進行苜蓿補播。播種行距：30cm；播種深度：2cm；播種量：每公頃播種15kg接菌后種子。機械播種時，機械播種時，每畝用10kg小米進行拌種。

4、播種后施肥和刈割

待苜蓿成功建植后第二年開始，每年進行施肥和刈割管理。具體步驟如下：

(1)施肥

施用的磷肥：過磷酸鈣(P₂O₅≥12％)(購買于江蘇美樂肥料有限公司，標準：GB20413-2006，許可證號：(蘇)XK13-002-00002)，磷肥的施用量為32kg/公頃/年，具體是將磷肥顆粒粉碎后于每年的6月20日(苜蓿生長季初期)和7月20日(苜蓿初花期刈割后)分兩次施用，每次施用量為16kg P ha^-1year^-1。

(2)刈割

于苜蓿初花期用實驗式小型割草機(安捷順，安徽，中國)進行刈割，包括豆科和非豆科的全部原生植被。每個生長季只刈割一次，留茬高度為10cm。每次刈割后立即將割下的植被材料清理出補播小區。

三、補播效果

按照實施例1的步驟三中的方法分別于2014年8月25日，2015年8月30日和2016年8月25日檢測補播后草地生產力、牧草粗蛋白含量、牧草相對飼用價值和草地群落物種數，并以未進行補播的羊草草地作為對照。

對比例1、一種退化羊草草地補播苜蓿的方法

一、補播品種

補播品種為黃花苜蓿(Medicago falcata L.)。

二、播種方法

1、播種時間和播種地點

播種時間：2013年6月4日；

播種地點：內蒙古呼倫貝爾市海拉爾區謝爾塔拉牧場(49°21'0.72"N,120°5'48.77"E)。

2、播種前準備

(1)刈割

播種前對原生植被進行刈割，包括豆科和非豆科的全部原生植被，留茬高度為8-10cm。

(2)根瘤菌接種

播種前采用直接拌種的方式對黃花苜蓿種子進行根瘤菌接種，接種量為500g苜蓿種子接種50-60g根瘤菌劑(購買于北京克勞沃集團，產品名稱：多萌根瘤菌)，得到接菌后種子。

3、播種

使用免耕補播機對退化羊草草地進行苜蓿補播。播種行距：30cm；播種深度：2cm；播種量：每公頃播種15kg接菌后種子。機械播種時，每畝用10kg小米進行拌種。

4、播種后施肥和刈割

播種后未施用磷肥，也沒有進行刈割的步驟。

三、補播效果

按照實施例1的步驟三中的方法分別于2014年8月25日，2015年8月30日和2016年8月25日檢測補播后草地生產力、牧草粗蛋白含量、牧草相對飼用價值和草地群落物種數，并以未進行補播的羊草草地作為對照。

對比例2、一種退化羊草草地補播苜蓿的方法

一、補播品種

補播品種為根蘗型紫花苜蓿品種WL168(Medicago sativa ssp.)。根蘗型紫花苜蓿WL168種子是北京正道生態技術有限公司(北京，中國)的產品，發芽率為98％。

二、播種方法

1、播種時間和播種地點

播種時間：2013年6月4日；

播種地點：內蒙古呼倫貝爾市海拉爾區謝爾塔拉牧場(49°21'0.72"N,120°5'48.77"E)。

2、播種前準備

播種前對原生植被進行刈割，包括豆科和非豆科的全部原生植被，留茬高度為8-10cm。

3、播種

使用免耕補播機對退化羊草草地進行苜蓿補播。播種行距：30cm；播種深度：2cm；播種量：每公頃播種15kg接菌后種子。機械播種時，每畝用10kg小米進行拌種。

4、播種后施肥和刈割

播種后未施用磷肥，也沒有進行刈割的步驟。

三、補播效果

按照實施例1的步驟三中的方法分別于2014年8月25日，2015年8月30日和2016年8月25日檢測補播后草地生產力、牧草粗蛋白含量、牧草相對飼用價值和草地群落物種數，并以未進行補播的羊草草地作為對照。

表1補播及施肥刈割處理下三年草地生產力的比較

表2補播及施肥刈割處理下三年牧草粗蛋白含量的比較

表3補播及施肥刈割處理下三年牧草相對飼用價值的比較

表4補播及施肥刈割處理下草地群落物種數的比較

補播苜蓿的返青情況和生長情況分別如圖3和圖4所示。草地生產力、牧草粗蛋白含量、牧草相對飼用價值和草地群落物種數的統計結果如表1-表4所示。

由表1可以看出，相比不補播的草地，補播苜蓿后進行施肥和刈割處理，草地群落地上生物量顯著高于不補播的草地的生物量。實施例1中草地的地上生物量在2014-2016年間比對照分別高出70.66％、204.50％和72.02％，實施例2中草地地上生物量在2014-2016年間分別比對照分別高出64.52％、128.70％和51.66％。此外，相比僅補播而未進行施肥刈割的對比例1、2，補播后進行施肥刈割的實施例1、2中草地的地上生物量也顯著得到提升。實施例1中草地的地上生物量在2014-2016年間比對比例1分別高出24.40％、72.41％和64.81％，實施例2中草地地上生物量在2014-2016年間比對比例2分別高出50.45％、96.76％和55.55％。

由表2可以看出，相比不補播的草地，補播苜蓿后進行施肥和刈割處理，牧草的粗蛋白含量顯著提高。實施例1中牧草的粗蛋白含量在2014-2016年間分別比對照高出73.72％、49.36％和41.87％，實施例2中牧草的粗蛋白含量在2014-2016年間分別比對照高出66.85％、35.38％和15.48％。此外，相比僅補播而未進行施肥刈割的對比例1、2，補播后進行施肥刈割的實施例1、2中草地的牧草的粗蛋白含量也顯著得到提升。實施例1中牧草的粗蛋白含量在2014-2016年間比對比例1分別高出39.39％、16.82％和28.04％，實施例2中牧草的粗蛋白含量在2014-2016年間比對比例2分別高出34.09％、25.91％和16.26％。

由表3可以看出，相比不補播的草地，補播苜蓿后進行施肥和刈割處理，牧草的相對飼用價值顯著提高。實施例1中牧草的相對飼用價值在2014-2016年間分別比對照高出52.77％、36.43％和35.68％，實施例2中牧草的相對飼用價值在2014-2016年間分別比對照高出48.28％、39.19％和31.83％。此外，相比僅補播而未進行施肥刈割的對比例1、2，補播后進行施肥刈割的實施例1、2中草地的牧草的相對飼用價值也顯著得到提升。實施例1中牧草的相對飼用價值在2014-2016年間比對比例1分別高出20.64％、20.20％和45.04％,實施例2中牧草的相對飼用價值在2014-2016年間比對比例2分別高出34.31％、29.54％和44.32％。

由表4可以看出，補播苜蓿后進行施肥和刈割處理并沒有對草地群落的物種數發生顯著改變。實施例1中草地群落的物種數在2014-2016年間分別為19、15.5和15.11株，實施例2中群落的物種數在2014-2016年間分別為18.33、16.2和15.39株，與對照在三年間的物種數相比并未發生顯著的改變。而相比僅補播而未進行施肥刈割的對比例1、2，補播后進行施肥刈割的實施例1、2中草地的物種數并未發生顯著的改變。

因此，本發明的補播苜蓿管理的方法，可以明顯提高草地群落地上生物量、牧草的粗蛋白含量和相對飼用價值。不僅有助于提高退化的羊草草地的生產力和牧草品質，促進草地生態系統中氮素的利用和循環，而且為維持草地系統的多樣性和穩定性，建立高產穩定的天然草地提供了技術支撐。具有極高的經濟和生態價值、較高的實用性和可推廣性及非常廣闊的應用前景。