2.2　草地施肥國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.2.1　施肥對(duì)牧草生理生化方面的影響

在草地生態(tài)系統(tǒng)中，牧草生長(zhǎng)不僅需要碳、氮、磷、鉀等大量元素，同時(shí)也需要鈣、鎂、硫、鐵、錳、銅等少量元素。草地生態(tài)系統(tǒng)中氮素供應(yīng)的狀況直接關(guān)系到植物的器官分化、形成和產(chǎn)量形成（牧草、種子）^［26］。施用氮肥不僅可以提高牧草產(chǎn)量，同時(shí)還可以優(yōu)化牧草品質(zhì)。草地中氮素在供應(yīng)不足的情況下，牧草體內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素和激素等的合成受到阻礙，繼而造成草場(chǎng)牧草產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降^{［27，28］}。因此研究氮素在草地生態(tài)系統(tǒng)中的輸入和輸出的變化規(guī)律，加強(qiáng)氮素的科學(xué)合理輸入意義重大。

磷素在生物體的生命活動(dòng)中參與細(xì)胞的分裂，物質(zhì)與能量的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)，其功能不可替代，牧草中磷的含量影響家畜生長(zhǎng)力及牲畜骨骼發(fā)育和繁殖。研究表明，牧草缺磷時(shí)，牲畜生長(zhǎng)發(fā)育緩慢，采食量下降^{［30，31］}。在天然草場(chǎng)施入磷肥，牧草產(chǎn)量和磷營(yíng)養(yǎng)含量顯著提高^［29］。

鉀肥可以提高牧草產(chǎn)量。研究表明，鉀肥在配施磷、銅、鋅、硼時(shí)，豆科多年生牧草白三葉的產(chǎn)量隨鉀肥用量遞增而增加^［32］。除了氮、磷、鉀等主要營(yíng)養(yǎng)元素外，其他中微量元素缺乏也對(duì)牧草營(yíng)養(yǎng)和牲畜生長(zhǎng)造成影響。因此摸清不同草場(chǎng)類型、不同利用方式的牧草、土壤養(yǎng)分季節(jié)和年度盈虧動(dòng)態(tài)，制定不同的營(yíng)養(yǎng)元素輸入方案，既能提高草場(chǎng)生產(chǎn)力、防止草地退化，又能對(duì)牲畜健康和生長(zhǎng)提供保障。

在自然界中，牧草同其他植物一樣，逆境對(duì)其生存與生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，而施肥能有效地提高牧草對(duì)逆境的適應(yīng)能力，改善逆境下牧草的一些生理活動(dòng)和過程，從而增強(qiáng)牧草對(duì)逆境脅迫的適應(yīng)性。關(guān)義新等研究表明，在相應(yīng)水分范圍內(nèi)增加施肥量，可對(duì)植物光合速率和光飽和點(diǎn)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致植物體內(nèi)葉綠素含量上升，促進(jìn)植物產(chǎn)量的增加^［33］。在干旱條件下，冬小麥等作物在播前施入氮肥，可使葉面積增加，蛋白質(zhì)、其他含氮化合物的合成加強(qiáng)，光合速率提高，作物抗旱能力增加^［34］。孫群等的研究表明，氮素能夠提高水分脅迫下葉片中超氧化物歧化酶活性和葉綠素含量^［35］。李以康等研究了自然生長(zhǎng)狀態(tài)下矮嵩草生長(zhǎng)季節(jié)生理特性的變化動(dòng)態(tài)，表明施肥總體上提高了矮嵩草葉抗氧化和滲透調(diào)節(jié)能力，促進(jìn)了矮嵩草的生長(zhǎng)^［36］。肖勝生等對(duì)內(nèi)蒙古錫林河流域羊草草原典型植被羊草進(jìn)行施肥研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，施氮量在中等水平時(shí)，羊草葉面積、葉綠素相對(duì)含量、葉氮濃度及凈光合速率顯著增加，而高氮輸入下表現(xiàn)為下降，施氮延長(zhǎng)了光合作用高峰期的持續(xù)時(shí)間^［37］。

2.2.2　施肥對(duì)土壤、牧草養(yǎng)分的影響

在進(jìn)行土壤養(yǎng)分分析時(shí)，氮素在土壤中的存在量可判定土壤肥力高低^［38］。不同的研究表明，施氮后土壤全氮含量變化不一，魏金明等研究發(fā)現(xiàn)，施肥雖然不能增加土壤全氮、全磷，但顯著增加了土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，原因在于氮肥添加刺激了土壤微生物活性，加快了土壤有機(jī)氮的分解^［39］。類似的研究結(jié)果在張杰琦等的研究中也得到證實(shí)^［40］。鄭海霞等在連續(xù)5年研究氮肥對(duì)內(nèi)蒙古草地的影響發(fā)現(xiàn)，土壤全氮對(duì)氮肥無明顯響應(yīng)，究其原因，一方面草地施肥影響了土壤微生物的活性，微生物對(duì)土壤有機(jī)氮的分解加快；而另一方面，牧草在肥料的作用下生長(zhǎng)加快，消耗了土壤固有的無機(jī)氮和添加的氮素，這些因素導(dǎo)致土壤全氮含量在總體上表現(xiàn)為不增加^［41］。而在氮素輸入對(duì)氮素有效性研究方面，于占源等在科爾沁沙地東南部研究添加氮素對(duì)沙質(zhì)草地土壤氮素有效性時(shí)發(fā)現(xiàn)，添加氮素顯著提高了沙質(zhì)草地生長(zhǎng)季土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、礦質(zhì)氮、凈氮礦化速率及硝化速率，導(dǎo)致了土壤有效氮的季節(jié)變異增大^［42］。吉林羊草草原土壤硝態(tài)氮和堿解氮含量也隨施氮量的增加而增加^［43］。

諸多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，草地施肥后土壤養(yǎng)分呈現(xiàn)向表層積聚的趨勢(shì)。在內(nèi)蒙古多倫縣圍欄封育五年的退化草地施用肥料試驗(yàn)結(jié)果表明，退化草地土壤肥力對(duì)施肥響應(yīng)提高，土壤內(nèi)部靠近地面的部分中全磷和有效磷等含量都有一定程度的提高^［23］。韓發(fā)等研究表明，施肥后三江源退化草地土壤全氮含量在土壤表層10cm以上升高，在10cm以下則表現(xiàn)為下降^［44］。Michelle等在北極苔原的長(zhǎng)期施肥試驗(yàn)也表明，施肥導(dǎo)致北極苔原生態(tài)系統(tǒng)土壤中氮素儲(chǔ)量在5cm以上表現(xiàn)為升高，在5～30cm沿向下層方向持續(xù)降低^［45］。在青藏高原矮嵩草草甸施入尿素后，隨著施肥量的增加，草地土壤中的全量養(yǎng)分和速效養(yǎng)分在施肥量為20g/m²和32g/m²時(shí)較高，施肥量再增加，則土壤資源表現(xiàn)為降低的趨勢(shì)。研究表明，長(zhǎng)期過量在土壤施入氮素，會(huì)使土壤氮累積量越來越高，對(duì)環(huán)境的污染進(jìn)一步加大^［46］。

施磷肥可增加土壤磷素養(yǎng)分的含量^［47］。孫效樸等研究表明每公頃每季施75kg P₂O₅可保證土壤磷素肥力的穩(wěn)定和糧食高產(chǎn)^［48］。劉樹堂等研究發(fā)現(xiàn)氮磷鉀混施和氮、磷配施情況下，土壤有效磷除了滿足作物生長(zhǎng)所需，每年還有富余^［49］。綜上所述，對(duì)土壤不施磷肥情況下，持續(xù)利用只會(huì)加劇土壤中磷素的消耗；單施磷肥或氮磷鉀混施條件下，土壤中磷素含量明顯增加，磷素養(yǎng)分可保持平衡。我國(guó)草原區(qū)多在北方，天然草地一般土壤含鉀量相對(duì)豐富，供鉀能力強(qiáng)，相反，南方草山草坡及人工草地，土壤缺鉀較為普遍，因此在草地施鉀肥時(shí)應(yīng)該考慮地域的差別。

關(guān)于施肥對(duì)草地植被養(yǎng)分的影響，鄧建明等研究指出，植物氮素吸收與土壤氮素相關(guān)性不顯著^［50］。Zhang等在探討氮素添加對(duì)羊草和黃橐苔草氮、磷影響時(shí)指出，施用氮磷肥的羊草、黃橐苔草中氮、磷含量明顯增加^［51］。陳曉鵬以西藏那曲縣矮嵩草-紫花針茅草甸為研究對(duì)象，通過設(shè)置不同梯度氮添加試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，草甸草場(chǎng)植被群落中，僅紫花針茅地上部分的氮吸收量受氮添加影響顯著，而植物地上部分磷吸收量不受到氮添加影響，植物群落根系氮儲(chǔ)存量未受到氮素添加的影響，表現(xiàn)為穩(wěn)定的狀態(tài)^［52］。

2.2.3　施肥對(duì)草地植物群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響

大量研究表明，植物群落限制資源的增加可以導(dǎo)致群落生產(chǎn)力的增加，而群落植物物種多樣性和密度卻出現(xiàn)增加、無影響和下降三種不同的結(jié)果^{［53～61］}。究其原因，可能是施肥草地群落的退化演替階段不同。部分觀點(diǎn)認(rèn)為，由于施肥增加了土壤中氮、磷等養(yǎng)分，消除了氮、磷資源的限制性，造成禾本科植物等氮、磷利用率高的物種加速生長(zhǎng)，遮蔽了其他矮小的物種，造成群落部分物種減少和消亡，降低了群落的多樣性和豐富度^{［62，63］}。閆志堅(jiān)等的研究結(jié)果表明，施肥+松土處理后，典型草原退化草地的群落特征明顯發(fā)生變化，處理后的草地植物群落總蓋度較對(duì)照增加了220%，羊草的株叢數(shù)也大幅增加^［64］。陳亞明等認(rèn)為在草地施肥時(shí)，隨著施肥水平的增加，草地物種多樣性、物種豐富度和相關(guān)指數(shù)均表現(xiàn)為顯著降低^{［65，66］}。這與國(guó)外關(guān)于在生產(chǎn)力增加梯度上物種豐富度呈現(xiàn)降低模式的結(jié)論相一致^{［67～69］}。李本銀等對(duì)內(nèi)蒙古多倫縣退化草地施肥后發(fā)現(xiàn)，施肥處理下草地種群結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，牧草種類也有相應(yīng)的變化，伴隨群落中冷蒿比例的下降，萎陵菜和羊草的比例上升，草地的物種豐富度和多樣性增加，草地向恢復(fù)演替的方向發(fā)展^［23］。

2.2.4　施肥對(duì)草地生產(chǎn)力的影響

草地施肥能增加草地群落的生產(chǎn)力，Baer等在美國(guó)曼哈頓研究了不同氮素添加水平對(duì)新建草地群落生產(chǎn)力與物種豐富度關(guān)系的影響，表明氮素水平與群落生產(chǎn)力存在正相關(guān)，而與生物多樣性呈負(fù)相關(guān)^［70］。程積民等在寧南黃土丘陵干草原類型區(qū)的長(zhǎng)芒草群落和百里香群落中進(jìn)行的氮磷鉀混施試驗(yàn)結(jié)果顯示，施肥后無論是群落內(nèi)種群的生物量，還是種群的單株生物量，都發(fā)生了不同程度的變化，長(zhǎng)芒草群落施肥后第三年同未施肥的對(duì)照比較，生物量增長(zhǎng)依次為高施肥區(qū)（4.13倍）、中施肥區(qū)（2.1倍）、低施肥區(qū)（1.3倍）；而百里香群落同對(duì)照相比，生物量增長(zhǎng)依次為高施肥區(qū)（2.5倍）、中施肥區(qū)（2.1倍）、低施肥區(qū)（1.0倍），說明兩種草地群落還有較大的生產(chǎn)潛力，只要保障充足的肥力和適宜的水熱條件，草地的生物量還可大幅度地提高^［71］。周青平等在青海省三角城種羊場(chǎng)開展的施氮肥試驗(yàn)同樣表明，施肥能夠提高山地干草原類草地產(chǎn)草量，在不同施氮量情況下，增產(chǎn)量隨著施氮量的增加而遞增，施氮水平達(dá)最高量（120kg/hm²）時(shí)仍有增產(chǎn)效果^［72］。眾多研究表明，草地施肥時(shí)并非是隨著施肥量不斷增加，牧草生產(chǎn)力也隨之提高的，而是牧草產(chǎn)量與施氮水平之間呈單峰曲線關(guān)系，曲線的完整變化包括效應(yīng)遞增、效應(yīng)遞減和負(fù)效應(yīng)三個(gè)階段。因此在負(fù)效應(yīng)階段，再增加施氮量，產(chǎn)草量不但不會(huì)增加，反而會(huì)下降^［73］。邱波等研究了不同磷酸氫二胺用量對(duì)甘南退化高寒草甸生產(chǎn)力的影響，認(rèn)為生產(chǎn)力隨著施肥量的增加迅速提高，但施肥對(duì)生產(chǎn)力的作用存在一個(gè)閾值，超過30g/m²時(shí)，施肥的作用就不明顯了^［65］。

沈振西等在開展青藏高原高寒矮嵩草草甸植物類群對(duì)模擬降水和施氮的響應(yīng)研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，施氮對(duì)高寒草甸植物類群的影響最大，在施肥量增加的情況下，高寒草甸群落中喜水肥的禾草類比例和生物量會(huì)逐漸增加，雜類草減少，而莎草類植物則保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)^［74］。張杰琦等在甘肅瑪曲的試驗(yàn)也證明，隨著施氮量的增加，草地地上生產(chǎn)力呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，各功能群中禾草生物量顯著增加，而雜類草和豆科牧草生物量隨施氮量的增加逐漸減少^［40］。何丹等在內(nèi)蒙古退化天然草地連續(xù)兩年進(jìn)行不同施氮水平的試驗(yàn)結(jié)果顯示，施用尿素可顯著提高草地群落的生產(chǎn)力，但并非施用量越多越好，施用尿素量高于50kg/hm²時(shí)，增加的牧草產(chǎn)量貢獻(xiàn)值最大的為雜類草，而禾本科牧草產(chǎn)量卻出現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此在改良退化草地時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要來確定肥料量，以控制群落的物種結(jié)構(gòu)組成，做到既增加牧草產(chǎn)量又提高群落中優(yōu)良牧草組分^［75］。紀(jì)亞君在研究施用氮肥對(duì)高寒草甸的增產(chǎn)效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，退化草地氮素補(bǔ)充后可滿足對(duì)氮肥敏感的禾本科優(yōu)良牧草生長(zhǎng)所需，迅速提高其生產(chǎn)力。通過對(duì)增產(chǎn)效應(yīng)的測(cè)算，每1kg尿素在施肥量為37.5kg/hm²時(shí)可獲得地上總生物量最大增產(chǎn)量，而當(dāng)施肥量為225kg/hm²時(shí)，禾本科牧草可以獲得最大增產(chǎn)量，因此從有利于退化天然草地向良性方向發(fā)展方面考慮，在對(duì)退化高寒草地施肥時(shí)，施肥量應(yīng)選擇禾本科牧草獲得高產(chǎn)的氮素用量^［76］。

施肥對(duì)人工草地增產(chǎn)效果同樣明顯，對(duì)一年生混播（燕麥+箭筈豌豆）草地施用羊糞肥和尿素，每公頃施羊糞肥15000kg、尿素150kg，當(dāng)年人工草地的產(chǎn)草量分別比不施肥對(duì)照提高166.7%和98.1%^［77］。田松軍等利用冬閑田研究了不同施肥水平對(duì)冬牧70黑麥、光葉紫花苕、一年生黑麥草、燕麥鮮草產(chǎn)量和干物質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著施肥量的增加，牧草鮮草產(chǎn)量和干物質(zhì)明顯增加，一年生黑麥和光葉紫花苕產(chǎn)量增加最為明顯，而燕麥在此施肥范圍內(nèi)產(chǎn)量增加量變化不大。究其原因，可能是由于不同類型的牧草對(duì)肥料的反應(yīng)不一，因此在進(jìn)行施肥時(shí)應(yīng)根據(jù)不同牧草的需肥特性來選擇適合的施肥量^［78］。德科加等在研究施肥對(duì)青藏高原燕麥種子生產(chǎn)的增產(chǎn)效應(yīng)過程中，明確了施氮對(duì)燕麥牧草、種子產(chǎn)量和品質(zhì)的影響顯著，施氮水平與牧草產(chǎn)量、種子產(chǎn)量之間呈顯著的二次回歸關(guān)系，表現(xiàn)為“低—高—低”的變化趨勢(shì)，但獲得最高牧草產(chǎn)量和種子產(chǎn)量的施肥量卻不一致。因此從高產(chǎn)和高效角度綜合考慮，生產(chǎn)中以收獲種子為目的時(shí)，施氮量應(yīng)選擇60kg/hm²，而以生產(chǎn)飼草為目的時(shí)，施氮量應(yīng)選擇75kg/hm^2［79］。

對(duì)多年生人工草地開展施肥的相關(guān)試驗(yàn)也表明，肥料的供應(yīng)水平直接影響牧草的產(chǎn)量，生長(zhǎng)七年的短芒老芒麥人工草地施氮磷鉀混合肥，不僅能增加牧草的生殖枝數(shù)量，提高牧草產(chǎn)量，而且為種子的形成奠定基礎(chǔ)^{［80～82］}。對(duì)三江源區(qū)二齡老芒麥人工草地施磷酸二銨時(shí)，施肥量對(duì)老芒麥人工草地的產(chǎn)草量增產(chǎn)效果極顯著，不同施肥量下老芒麥產(chǎn)量增產(chǎn)幅度在112%～262%，且該試驗(yàn)中施肥量為375kg/hm²時(shí)增產(chǎn)效果最明顯^［83］。

2.2.5　施肥對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程的影響

草地生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)重要的組成部分，日益受到碳循環(huán)研究者的重視^［84］。地球表面土地面積的1/4～1/3被草地植被覆蓋^［85］，其面積約為44.5億公頃，碳儲(chǔ)量達(dá)761Pg（1Pg=10¹⁵g），其中植被占總儲(chǔ)量的10.6%，土壤占總儲(chǔ)量的89.4%^［86］。我國(guó)草原面積廣闊，約占國(guó)土面積的40%以上，是最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，其固碳功能應(yīng)該得到充分的重視。根據(jù)Ni的統(tǒng)計(jì)，中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量為44.09Pg^［87］。與世界草地碳儲(chǔ)存的分布一樣，土壤中有41.03Pg，是植被層的13.5倍^［88］。從草原類型上分析，全國(guó)草地有機(jī)碳的2/3蓄積在草原和草甸類型草地，剩余2/3蓄積在其他類型草地^［89］；從生態(tài)系統(tǒng)來看，有研究表明，我國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)的總碳儲(chǔ)量約占陸地生態(tài)系統(tǒng)的16.7%^［90］。同時(shí)，許多資料還表明我國(guó)的草地植被為一個(gè)碳匯，而非碳源^［91］。

近年來，由于氣候變化和過度放牧的共同驅(qū)動(dòng)，草地生態(tài)功能下降，生產(chǎn)力衰減^［92］。研究認(rèn)為諸如免耕技術(shù)，提高施肥管理，進(jìn)行多年生牧草輪作，實(shí)行保護(hù)播種等管理措施，可以固定大量的大氣C。草地管理措施不僅為家畜增加了牧草產(chǎn)量，同時(shí)增大了土壤有機(jī)碳含量。人工施肥作為一項(xiàng)常規(guī)的草地管理，從維持草原生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分平衡角度及退化草地恢復(fù)和重建方面在國(guó)內(nèi)外得到大量應(yīng)用^［94］。然而有關(guān)施肥，特別是外源性氮輸入對(duì)于草地生態(tài)系統(tǒng)碳過程及機(jī)理的研究報(bào)道還不多，且研究結(jié)論也不盡相同。碳循環(huán)包括兩方面：一方面是光合作用過程中大氣吸收碳并固定在陸地生態(tài)系統(tǒng)中；另一方面是土壤呼吸中土壤碳通過一系列化學(xué)和生物過程以CO₂的形式排放到大氣中。地球上碳素在生物和非生物庫(kù)中循環(huán)流動(dòng)構(gòu)成了“碳循環(huán)”。碳平衡包括碳輸入和碳輸出兩個(gè)過程，輸入和輸出的差值為凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力（Net Ecosystem Productivity，NEP）。當(dāng)NEP為正值表明該系統(tǒng)向大氣中吸收CO₂，為大氣CO₂的“匯”；當(dāng)NEP為負(fù)值表明該系統(tǒng)從大氣中釋放CO₂，為大氣CO₂“源”^［95］。

施肥與碳輸入數(shù)量、質(zhì)量及形式等有一定的關(guān)系，但這種關(guān)系尚存在不確定性^［96］。不同肥料的施入量、施肥類型和比例及輸入歷史長(zhǎng)短都對(duì)結(jié)果產(chǎn)生不同的影響。一種觀點(diǎn)認(rèn)為施肥增加草地地上生物量^［97］，從而增加植物碳輸入量，其主要原因是施肥增加了速生植物的光合作用，雖然碳含量低，但大量碳的輸入從而增加土壤碳庫(kù)^［98］；另一方面，施肥改變了植物群落的組成和功能多樣性，進(jìn)一步增加了植物的生產(chǎn)力、植物碳百分比、植物碳總量，從而影響植物生態(tài)系統(tǒng)功能。David等研究認(rèn)為，施肥與特定植物功能群的增加和減少，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)功能產(chǎn)生或多或少的影響，并且其循環(huán)過程可能由不同物種或功能群引起^［99］。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為肥料輸入減少了土壤碳庫(kù)碳蓄積。研究發(fā)現(xiàn)，通過二十年長(zhǎng)期氮施肥的苔原生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳庫(kù)損失2kg/m²，減少了土壤有機(jī)碳^［100］。同時(shí)，還有研究發(fā)現(xiàn)，施肥對(duì)于土壤碳輸入影響不大。Soussana等通過外源性氮輸入措施對(duì)法國(guó)溫帶草原進(jìn)行研究認(rèn)為，適量或適度施肥對(duì)有機(jī)質(zhì)分解的作用小，但對(duì)于有機(jī)質(zhì)輸入碳庫(kù)的促進(jìn)作用較大，從而利于土壤碳庫(kù)的吸存能力，但高施肥對(duì)于土壤有機(jī)質(zhì)分解和土壤碳庫(kù)輸入都有促進(jìn)作用，綜合判斷其對(duì)土壤碳庫(kù)吸存能力無影響^［101］。

施肥同時(shí)影響草地生態(tài)系統(tǒng)微生物活動(dòng)。綜合研究文獻(xiàn)，主要存在兩方面的爭(zhēng)議。Emmett等研究發(fā)現(xiàn)外源性氮素對(duì)泥炭灰壤土酸性草地土壤可溶性有機(jī)碳含量的影響和形態(tài)及用量有關(guān)，施加20kg/（hm²·a）硝酸鈉肥料能顯著增加土壤可溶性有機(jī)碳含量^［102］。而施入相同劑量的硫酸銨則降低了土壤可溶性有機(jī)碳濃度含量；也有研究認(rèn)為，添加肥料使土壤微生物活性增加，并通過增加土壤腐殖質(zhì)的穩(wěn)定性等途徑來使土壤可溶性有機(jī)碳含量降低^［103］。施肥對(duì)土壤微生物量碳的影響通常和施肥時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。Fisk等發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期添加氮肥土壤微生物量碳含量降低，并呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系^［104］；相反，短期施肥增加土壤微生物碳量^［105］。另外，施肥和草地土壤活性碳與底物水平有關(guān)，即草地土壤活性碳很大程度由草地碳素基礎(chǔ)水平?jīng)Q定^［96］。

土壤碳輸出的形式、數(shù)量和速度同樣受到施肥的影響。施肥對(duì)于植物生長(zhǎng)的周期、某些化學(xué)成分和物理成分有很大的影響，例如施肥對(duì)于植物葉片含量和莖葉比例產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致生長(zhǎng)植物枯落物的有效組成變化，進(jìn)而影響枯落物分解速率、碳存留時(shí)間、碳浸入。周學(xué)東等研究發(fā)現(xiàn)施用氮肥影響牧草結(jié)構(gòu)，使其葉片數(shù)量增多、蛋白質(zhì)含量增高^［106］。儲(chǔ)祥云等研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于缺磷和全肥處理，地上的相對(duì)產(chǎn)量?jī)H為11%～17%，根莖比明顯較高^［107］。施肥這種促進(jìn)生長(zhǎng)率與枯落物積累及成分的關(guān)系在維管束和非維管束植物植物中存在，并且存在于許多種子植物中。如：施肥增加部分蕨類植物和苔蘚植物的生產(chǎn)力，產(chǎn)生具有高碳含量及分解緩慢的枯落物，增加了土壤碳蓄積能力和滯留時(shí)間，縮短了碳輸出周期^［98］。

植物中的木質(zhì)素、單寧等含量的高低決定了碳在植物中的滯留時(shí)間，增強(qiáng)了系統(tǒng)的碳匯能力，施肥影響木質(zhì)素分解酶等土壤真菌的產(chǎn)生，尤其是分解木質(zhì)素的白腐菌，從而影響碳輸出的時(shí)間。研究表明，高濃度氮輸入抑制白腐菌分解木質(zhì)素酶，因此在高肥力環(huán)境下木質(zhì)素含量高的草地植物組成和物種更難以分解^［108］，使得碳輸出下降，有利于碳貯存。雖然外源性氮輸入等施肥措施促進(jìn)草地生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力，但是施肥另一方面影響了產(chǎn)生化學(xué)和生物酶的土壤微生物的種群和數(shù)量，延緩或阻滯了土壤碳素向大氣中的釋放，加強(qiáng)了土壤的固碳能力。

土壤呼吸是碳輸出的主要形式，包括土壤微生物呼吸、土壤無脊椎動(dòng)物呼吸和植物根系呼吸三個(gè)生物學(xué)過程及土壤中含碳物質(zhì)的化學(xué)氧化過程^［84］。研究發(fā)現(xiàn)，添加有機(jī)肥可明顯提高土壤呼吸通量，化學(xué)肥料則對(duì)于土壤呼吸通量的變化沒有顯著性影響。Aerts等用肥料控制實(shí)驗(yàn)對(duì)大豆田地CO₂排放機(jī)理的研究結(jié)果表明，施用氮肥降低了CO₂的排放，可能是因?yàn)槭┯梅柿蠈?dǎo)致土壤pH值和土壤微生物活性降低，分解有機(jī)碳的速率下降^［109］。楊蘭芳等在研究玉米生長(zhǎng)中土壤呼吸及其受氮肥施用的影響中發(fā)現(xiàn)，外源氮的添加沒有影響裸土呼吸速率，而施加低氮的土壤呼吸速率比施加高氮的土壤呼吸速率低28%^［110］。畢建杰等通過施肥對(duì)不同品種麥田CO₂通量的影響研究得出，施氮處理水平下土壤CO₂釋放量最多，并認(rèn)為施肥增加土壤呼吸通量^［111］。王立剛對(duì)玉米農(nóng)田土壤呼吸的動(dòng)態(tài)研究發(fā)現(xiàn)，配施氮磷肥的土壤呼吸量有所增加，氮磷鉀肥主要促進(jìn)小麥根系生長(zhǎng)，且改善土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)根系呼吸速率^［112］。王永強(qiáng)研究施肥對(duì)內(nèi)蒙古武川縣連續(xù)七年免耕土壤呼吸的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，土壤呼吸年速率和季節(jié)速率與土壤有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)顯著性相關(guān)，和外源性氮磷鉀肥施加相關(guān)不顯著，但是三者對(duì)土壤呼吸速率影響顯著，單施氮磷鉀肥和混合配比施加土壤呼吸速率比不施加相比較分別提高14.9%，11.7%，5.2%和29%^［113］。綜上說明，施肥對(duì)于土壤呼吸尚有很大的不確定性，并且土壤呼吸受到建植或放牧歷史、土壤性狀及耕作制度的影響。

2.2.6　肥料施用方法對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)的影響

眾所周知，草地土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素的分布規(guī)律在不同環(huán)境條件下表現(xiàn)不一。這種差異對(duì)植物群落生產(chǎn)力、植物群落結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生影響。長(zhǎng)期以來，農(nóng)牧民在進(jìn)行草地施肥時(shí)存在很大的盲目性和隨意性，沒有制定出科學(xué)合理的施肥方案，造成了牧草增產(chǎn)效果差、土壤被污染的局面。在草地生態(tài)系統(tǒng)中，在不同的自然環(huán)境條件下，不同類型的草地，不同演替階段的群落，其土壤養(yǎng)分狀況千差萬別；草地群落中不同科屬牧草對(duì)肥料的需求不一，牧草在不同生育階段對(duì)肥料的要求也不一樣；在牧草的營(yíng)養(yǎng)水平和外部環(huán)境條件相同的情況下，施用的肥料形態(tài)不同，對(duì)牧草的生長(zhǎng)發(fā)育和養(yǎng)分吸收也會(huì)有不同的影響。

研究表明，不同草地類型、不同演替程度及不同利用方式的草地，其土壤養(yǎng)分狀況表現(xiàn)有很大的差別。蔡曉布等對(duì)藏北不同退化程度的高寒草原土壤肥力的變化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：草地土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效氮磷鉀含量在總體上隨草地退化的加劇而呈下降趨勢(shì)^［114］。傅華等在內(nèi)蒙古阿拉善進(jìn)行的不同海拔梯度下土壤養(yǎng)分特征研究表明，土壤全氮含量隨著海拔高度的降低而降低^［115］。魏登賢等對(duì)青海省三江源區(qū)不同退化程度高寒草甸土壤養(yǎng)分進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著草地退化程度的加劇，土壤營(yíng)養(yǎng)成分含量和土壤含水量呈顯著下降趨勢(shì)^［116］。因此在進(jìn)行退化草地恢復(fù)治理時(shí)，應(yīng)根據(jù)土壤養(yǎng)分制定不同的施肥策略。

草地施肥時(shí)應(yīng)考慮施混合肥，因?yàn)閹追N肥料的混施，可促進(jìn)土壤中脲酶及磷酸酶的活性，加速土壤中有機(jī)態(tài)氮素、磷素的分解，增加土壤中可被植物直接利用的無機(jī)態(tài)氮、磷及可溶性物質(zhì)^［117］。在對(duì)牧草和作物施肥時(shí)，將化學(xué)肥料與有機(jī)肥配合施用已成為一種趨勢(shì)，有些國(guó)家和地區(qū)大力提倡和積極推廣使用有機(jī)肥。研究表明，有機(jī)、無機(jī)肥混合施用作用明顯，可使土壤中碳的降解加快，草地土壤中氮氧化物損失得到緩解^{［118，119］}。持續(xù)在草地上施用有機(jī)肥可以提高化學(xué)肥料的利用率，提高牧草產(chǎn)量^{［120～122］}。目前在我國(guó)很多牧區(qū)，經(jīng)常采用牛羊糞直接或經(jīng)腐熟后施用。牛羊糞等有機(jī)肥料施入土壤后，由于增加了土壤有機(jī)物的輸入，不僅使顆粒狀有機(jī)質(zhì)含量提高，特別是游離態(tài)顆粒狀有機(jī)質(zhì)提高，而且促使土壤中更多的碳和氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)形態(tài)^［123］。

在草地施肥時(shí)，選擇的肥料種類可影響其施肥效果。以氮素為例，在土壤中的氮以多種形式的化學(xué)形態(tài)存在，無機(jī)氮素形態(tài)主要是銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，由于植物對(duì)二者的吸收、運(yùn)輸、儲(chǔ)藏和同化等方面存在很大差異，因此不同的氮肥形態(tài)對(duì)牧草生長(zhǎng)發(fā)育的影響是不同的。相關(guān)試驗(yàn)表明，植物對(duì)氮素的吸收利用能力存在差異，由于其所處不同的環(huán)境背景，形成了對(duì)不同氮素形態(tài)的偏向選擇性^［124］。一些植物對(duì)硝態(tài)氮肥料敏感，另一些種類表現(xiàn)出對(duì)銨態(tài)氮肥料的偏好^{［125，126］}，而多數(shù)種類植物在施用混合氮源的氮肥時(shí)比單一氮源的表現(xiàn)好^{［127～129］}。樊明壽等研究了硝態(tài)氮和銨態(tài)氮兩種不同形態(tài)氮素對(duì)燕麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明，在兩種形態(tài)肥料混合施入的情況下，燕麥生長(zhǎng)明顯優(yōu)于單一形態(tài)的處理，且隨著硝態(tài)氮在氮源中比例的提高，植株生長(zhǎng)量特別是根系生長(zhǎng)量增加明顯^［130］。李玉中等在東北天然羊草草地研究¹⁵N標(biāo)記肥去向及平衡狀況時(shí)發(fā)現(xiàn)，在該類型草地施肥時(shí)，由于土壤pH值過高，施N-N植物對(duì)氮的利用率（11.2%）較施N-N（20.13%）低，因此對(duì)該類型草地進(jìn)行施肥管理時(shí)應(yīng)以N-N為主^［131］。

綜上所述，在草地施肥時(shí)首先必須弄清楚草地的本底養(yǎng)分狀況，在綜合考慮草場(chǎng)土壤類型、土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況、氣候環(huán)境條件等自然條件和牧草不同生育階段對(duì)肥料需要的基礎(chǔ)上，才能確定不同草場(chǎng)草地施肥時(shí)的肥料種類、施用量和施肥時(shí)間，提高草地生產(chǎn)力，降低對(duì)環(huán)境的污染。