CN116013408A

CN116013408A - 一种退化草地养分调控时间与阈值确定方法

Info

Publication number: CN116013408A
Application number: CN202310290827.XA
Authority: CN
Inventors: 伍露; 刘鸿雁; 蒋璐冰
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2023-03-23
Filing date: 2023-03-23
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2043-03-23
Also published as: CN116013408B

Abstract

本发明涉及退化草地的生态修复领域，尤其涉及一种退化草地养分调控时间与阈值确定方法，包括：获取待测试实验区域，所述待测试实验区域布有若干退化草地，退化草地上生长有若干草地植物；在若干预设时间段内对所述退化草地进行若干养分调控处理；对所述待测试实验区域内经过若干养分调控处理后的退化草地进行检测，获取评价因子参数；将评价因子参数代入预先设定的草地退化评价公式，获取所述退化草地的恢复指数；比较不同养分调控处理下的草地恢复指数，确定最佳的养分调控时间与阈值。本发明提供的方法可以有效解决退化草地盲目使用养分造成的修复效率低、养分利用不充分等问题。

Description

一种退化草地养分调控时间与阈值确定方法

技术领域

本发明涉及退化草地的生态修复领域，尤其涉及一种退化草地养分调控时间与阈值确定方法。

背景技术

针对草地退化现象目前多采用围栏封育和人工施肥两种策略进行草地恢复，然而围栏封育的周期较长，且效果一般，对牧业发展十分不利，于是人们更多的选择向草地中添加氮肥来进行草地恢复。研究表明，不同生长期间添加氮肥的效果差异明显，不合时宜的添加氮肥会造成氮肥的浪费，同时氮肥的用量也十分考究，过多的氮肥使用会造成氮流失，氮利用效率下降，而若氮肥投入不足，又会在刈割后带走生态系统中大量养分，造成土壤氮库亏缺，不利于草地生态系统的可持续发展。

发明内容

为此本发明提供了一种退化草地养分调控时间与阈值确定方法，通过设计验证实验收集参数，代入兼顾生态、生产和系统养分利用效率的草地恢复评价指数，得到最佳的养分调控时间与阈值，从而解决退化草地因盲目使用养分而造成的草地恢复效率低、养分利用不充分等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种退化草地养分调控时间与阈值确定方法，包括：

步骤S100：获取待测试实验区域，所述待测试实验区域布有若干退化草地，退化草地上生长有若干草地植物；

步骤S200：在若干预设时间段内对所述退化草地进行若干养分调控处理；

步骤S300：对所述待测试实验区域内经过若干养分调控处理后的退化草地进行检测，获取评价因子参数；

步骤S400：将所述检测得到的评价因子参数代入预先设定的草地恢复评价公式，获取所述退化草地的草地恢复指数，草地恢复指数的计算公式为：

其中为草地恢复指数，为第i个评价因子的权重，为第i个评价因子的等级值；

步骤S500：比较不同养分调控处理下的草地恢复指数，确定最佳的养分调控时间与阈值。

进一步地，草地植物的生长周期分为快速生长前期、快速生长中期、生长后期三个生长阶段，不同生长阶段的植物对养分的吸收差异性较大，所述预设时间段是根据植物的不同生长阶段进行设置。

进一步地，所述养分调控处理是向退化草地中按比例添加NPK复合肥。

进一步地，在进行所述养分调控处理时，一次性向退化草地中添加NPK复合肥。

进一步地，所述评价因子参数包括：植被群落覆盖度、植被群落高度、牧草产量、牧草粗蛋白、系统养分利用效率。

进一步地，所述牧草粗蛋白的计算公式为：

其中，为牧草粗蛋白含量，为第i种物种生物量占群落生物量的比重，为第i种物种的粗蛋白含量。

进一步地，所述系统养分利用效率的计算公式为：

其中，为系统养分利用效率，为植物养分利用效率，为土壤养分利用效率。

进一步地，所述植物养分利用效率的计算公式为：

其中，是植物养分利用效率，是养分调控处理的地上生物量，是放牧处理的地上生物量，是养分调控的植株总N含量，是放牧处理下的植株总N含量。

进一步地，所述土壤养分利用效率的计算公式为：

其中是土壤养分利用效率，是养分调控前的土壤0-40cm剖面速效N含量，是养分调控后土壤0-40cm剖面速效N含量，是养分调控量。

进一步地，所述评价因子的权重及评价因子的等级值如下表所示：

其中，表头括号中的数字为各评价因子的权重。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过合理的实验设计和兼顾生态、生产和系统养分利用效率的草地恢复评价指数的引入，对若干预设时间段内经过若干养分调控处理后的退化草地进行量化定位，获取了目标退化草地的最佳养分调控时间与阈值，从而做到时间上和调控量上的精准把握，预防了草地的养分流失、节约了施肥成本、提高了退化草地的恢复效率。

尤其，本发明在实验区域的选取上，分类选取了沙土母质退化草地及壤土母质退化草地两种类型的退化草地，分别在两种类型的退化草地上进行对照试验，兼顾了不同环境的参数收集，使得发明的适用范围更广，实验的结果更具合理性。

尤其，所述时间段是根据植物的不同生长阶段进行设置，分别在植物快速生长的前期、快速生长的中期、生长的后期进行平行实验，保证得到的数据更加全面，排除了偶然性带来的误差。

尤其，本发明养分调控处理是向退化草地中按比例添加NPK复合肥，区别于单纯的添加氮肥或者磷肥，同时补充多种元素的NPK复合肥养分调控效率更高。

尤其，本发明对养分的调控处理方式进行了分类区分，分别按照1、重度放牧；2、自然围封；3、以10g NPK/m²向退化草地加入养分；4、以20g NPK/m²向退化草地加入养分；5、以30g NPK/m²向退化草地加入养分，分别进行对照实验，充分考虑了空白实验和破坏实验，阈值控制的范围大，保证了实验结果的可靠性。

尤其，本发明引入了牧草粗蛋白的计算公式，使得牧草蛋白指标得以量化。

尤其，本发明引入了系统养分利用效率的计算公式，使得系统养分利用效率得以量化。

尤其，本发明引入了退化草地评价指标表，使得每个评价因子的具体数据能转化成对应等级值，使得可以代入计算公式算得到具体的草地恢复评价指数。

附图说明

图1为本发明实施例提供的退化草地养分调控时间与阈值确定方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

请参阅图1所示，本发明实施例提供的退化草地养分调控时间与阈值确定方法包括：

具体而言，所述时间段是根据植物的不同生长阶段进行设置。

具体而言，分别在植物快速生长的前期、快速生长的中期、生长的后期对退化草地进行养分调控，每个时间段设置为三周，验证不同生长时期养分调控对草地恢复的影响。

具体而言，植物在不同生长时期对养分的吸收利用程度不同，区别于传统随机性养分调控，本发明设置了三个实验周期可以获取最佳的养分调控时机，并且可以排除生长时期不同对草地恢复带来的影响，使得实验结果更加全面完整。

具体而言，所述养分调控处理是向退化草地中按比例添加NPK复合肥。

具体而言，本发明对养分的调控处理分为五种方式，分别按照1、重度放牧；2、自然围封；3、以10g NPK/m²向退化草地加入养分；4、以20g NPK/m²向退化草地加入养分；5、以30gNPK/m²向退化草地加入养分。

具体而言，区别于传统的单纯添加氮肥或者磷肥，选择可以同时补充多种土壤元素的NPK复合肥作为添加养分，养分调控效率更高。设置了五种方式的养分调控处理互为对照实验，充分考虑了空白实验和破坏实验，阈值控制的范围大，保证了实验结果的可靠性。

具体而言，在进行所述养分调控处理时，一次性向退化草地中添加NPK复合肥。

具体而言，本发明中养分调控时，养分的添加均为一次性加入，已有研究指出，养分的添加频率并不会影响养分的最终促进效果。

具体而言，区别于传统的多次施肥法一次性添加养分更省时省力，在实践中的可行性更高。

具体而言，所述评价因子参数包括：植被群落覆盖度、植被群落高度、牧草产量、牧草粗蛋白、系统养分利用效率。

具体而言，退化草地的恢复需要综合考虑生态环境、农业生产和养分利用率三个方面的指标，本发明选取了所述三个方面最具代表的五个指标作为评价因子。

具体而言，通过对植被群落覆盖度、植被群落高度、牧草产量、牧草粗蛋白、系统养分利用的综合评估即可得出最佳的草地恢复指数。

具体而言，所述牧草粗蛋白的计算公式为：

具体而言，默认植株内氮元素均来自蛋白质，通过凯氏定氮法得出主要物种植株粗蛋白含量，统计得到物种生物量占群落生物量的比重，再将上述参数代入牧草粗蛋白的计算公式，得到群落粗蛋白含量，其中群落是指该物种草地植物的集合。

具体而言，本发明引入了牧草粗蛋白的计算公式，使得牧草蛋白指标得以量化。

具体而言，所述系统养分利用效率的计算公式为：

具体而言，系统养分利用效率反应了养分在添加入土壤后被植物的有效吸收利用效率，系统养分利用效率由植物养分利用效率和土壤养分利用效率组成。

具体而言，本发明引入了系统养分利用效率的计算公式，使得系统养分利用效率得以量化。

具体而言，所述植物养分利用效率的计算公式为：

具体而言，通过计算营养调控措施，产草量的增加与植株养分吸收增加的比值获取植物养分利用效率，其中的计算结果和

的计算结果均为正数。

具体而言，本发明通过在不同处理条件下的地上生物量和不同处理条件下的植株总N数量来确定植物养分利用效率的计算公式，使得植物养分利用效率得以量化。

具体而言，所述土壤养分利用效率的计算公式为：

具体而言，通过计算养分调控措施，产草量的增加与系统N库消耗的N之间的比值来作为土壤养分利用效率的指标。

具体而言，本发明引入了土壤养分利用效率的计算公式，使得土壤养分利用效率得以量化。

具体而言，所述评价因子的权重及评价因子的等级值如下表所示：

其中，表头括号中的数字为各评价因子的权重。

具体而言，通过检测得到的评价因子具体数据，带入表中对应范围，判断各个评价因子的得分，再结合各个评价因子的权重带入草地恢复评价公式中计算得到草地恢复指数。

具体而言，通过将评价因子的具体数据带入表中转换为对应的系数，从而计算出草地恢复指数，达到利用数据参数客观评估退化草地的恢复情况，相比其他方法更加科学、直观，其中草地恢复指数S的值越大，草地恢复程度越好。实施例1

退化草地恢复实验

选取在内蒙古赛罕乌拉森林保护区的常年放牧退化草地，布设沙土母质及壤土母质两类退化草地为实验草地；

将所述两类实验草地按照养分调控方式不同分别划为重度放牧、自然围封、以10gNPK/m²向退化草地加入养分、以20g NPK/m²向退化草地加入养分、以30g NPK/m²向退化草地加入养分五种实验草地，并设置快速生长前期、快速生长中期、生长后期三个实验周期，每个实验周期为三周，在每个实验周期开始的第一天对所述实验草地同时进行养分调控；

分别在每个实验周期的最后一天同时对所述实验草地进行数据采集，获取所述实验草地植被群落覆盖度数据见下表。

不同时期的养分调控均可促进退化草地群落覆盖度的增加。养分调控和自然围封对群落覆盖度的促进效果在生长早期和中期的效果优于后期的效果，在生长早期，自然围封可促使植被群落覆盖度在壤土和沙土分别增加55%和40%，在两种母质的退化草地上，不同的养分调控量对覆盖度的作用无显著性差异。生长中期围封措施可促使壤土和沙土退化草地覆盖度增加约60%，叠加养分调控措施后，壤土退化草地植被覆盖度均大于90%，沙土退化草地覆盖度保持在70%-75%左右，不同养分调控量处理之间无显著性差异。壤土退化草地上生长后期养分调控对覆盖度的促进作用约为30%-33%，与生长中期措施趋势一致，养分回补未进一步促进覆盖度的提升而生长后期养分调控对沙土退化草地覆盖度无显著性影响。实施例2

分别在每个实验周期的最后一天同时对所述实验草地进行数据采集，获取所述实验草地植被群落高度数据见下表。

养分调控和自然围封对群落高度的影响与群落覆盖度相似，在生长早期对株高的促进作用最明显。两种母质退化草地生长早期自然围封后群落株高分别增加58%和144%，而进一步养分调控使得株高分别显著增加120%和222%，不同养分调控量之间株高无显著性差异。生长中期自然围封或养分调控，壤土母质退化草地株高增加60%-70%，沙土母质退化草地株高增加120%-130%。生长后期自然围封或养分调控对群落株高无显著促进效果。实施例3

分别在每个实验周期的最后一天同时对所述实验草地进行数据采集，获取所述实验草地牧草产量数据见下表。

自然围封和养分调控对牧草产量的促进作用在生长前期和中期最明显，且对沙土母质退化草地的促进作用优于壤土母质退化草地。生长早期自然围封+养分调控使得牧草产量增加一倍以上，当养分调控阈值超过20g N/m²后，牧草产量不再增加。沙土牧草产量平均增加100%-163%，当养分调控量超过20gN/m²后，牧草产量下降。生长中期施肥对两种母质退化草地的作用效果与生长早期一致，其中，沙土母质草地产草量增加50%-110%，壤土母质草地产草量增加35%-194%。生长后期自然围封对产草量无显著促进作用，沙土母质草地养分调控处理下增产30%-50%，壤土母质产草量对该时期养分调控不敏感。实施例4

分别在每个实验周期的最后一天同时对所述实验草地进行数据采集，获取所述实验草地牧草粗蛋白数据见下表。

自然围封措施对牧草粗蛋白无显著影响，不同时期养分调控均会促进群落粗蛋白含量的增加，促进作用有差异。其中在生长早期沙土母质草地群落粗蛋白含量随养分调控量线性增加，而不同养分调控量在沙土草地上无显著差异。沙土草地生长中期养分调控量超过20g N/m²后，粗蛋白含量无进一步增加，养分调控促使粗蛋白含量增加50%-70%，沙土草地粗蛋白含量增加6%-37%。生长季后期养分调控，沙土草地群落粗蛋白增加49%-65%，而沙土草地增加35%-78%。实施例5

分别在每个实验周期的最后一天同时对所述实验草地进行数据采集，获取所述实验草地植被养分利用效率数据见下表。

养分调控均会对植被养分利用效率产生影响，同一批次不同养分调控的处理的草地植被养分利用率差异不大。壤土母质退化草地早期进行养分调控的效果要好于中期和晚期，沙土母质退化草地中期进行养分调控的效果要好于早期和晚期。

结果分析

兼顾生态、生产和系统养分利用效率三个目标，将上述评价因子数据带入草地恢复评价公式得到下表。

得出壤土母质退化草地在快速生长早期进行养分调控较优，而沙土母质退化草地在快速生长中期进行养分调控最好，最佳养分调控量为20g N/m²。

综上所述，本发明通过设计验证实验收集参数，将植被群落覆盖度、植被群落高度、牧草产量、牧草粗蛋白、系统养分利用效率等参数代入草地恢复评价公式获取草地恢复评价指数，通过比较草地恢复评价指数，获取最佳的退化草地养分调控时间与阈值。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种退化草地养分调控时间与阈值确定方法，其特征在于，包括：

步骤S400：将所述检测得到的评价因子参数代入预先设定的草地恢复评价公式，获取所述退化草地的草地恢复指数，草地恢复指数计算公式为：

2.根据权利要求1所述退化草地养分调控时间与阈值确定方法，其特征在于，草地植物的生长周期分为快速生长前期、快速生长中期、生长后期三个生长阶段，不同生长阶段的草地植物对养分的吸收差异性较大，所述预设时间段是根据植物的不同生长阶段进行设置。

3.根据权利要求2所述退化草地养分调控时间与阈值确定方法，其特征在于，所述养分调控处理是向退化草地中按比例添加NPK复合肥。

4.根据权利要求3所述退化草地养分调控时间与阈值确定方法，其特征在于，所述养分调控处理为一次性向退化草地中添加NPK复合肥。

5.根据权利要求4所述退化草地养分调控时间与阈值确定方法，其特征在于，所述评价因子参数包括：植被群落覆盖度、植被群落高度、牧草产量、牧草粗蛋白、系统养分利用效率。

6.根据权利要求5所述退化草地养分调控时间与阈值确定方法，其特征在于，所述牧草粗蛋白含量的计算公式为：

7.根据权利要求5所述退化草地养分调控时间与阈值确定方法，其特征在于，所述系统养分利用效率的计算公式为：

8.根据权利要求7所述退化草地养分调控时间与阈值确定方法，其特征在于，所述植物养分利用效率的计算公式为：

9.根据权利要求8所述退化草地养分调控时间与阈值确定方法，其特征在于，所述土壤养分利用效率的计算公式为：

10.根据权利要求9所述退化草地养分调控时间与阈值确定方法，其特征在于，所述评价因子的权重及评价因子的等级值如下表所示：

其中，表头括号中的数字为各评价因子的权重。