《Global Ecology and Conservation》：Effects of native grass-legume mixed reseeding and fertilization on ecosystem restoration in temperate typical degraded steppe
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全球范围内，草原退化威胁着生态系统稳定性与可持续畜牧业生产，补播和施肥是被广泛采用的恢复措施。然而，二者对植物群落、土壤养分、牧草品质及功能群分配的单独效应与交互效应仍知之甚少。为弥补这一不足，研究人员在内蒙古呼伦贝尔开展了一项裂区试验，设置5种补播组合（R1
全球范围内，草原退化威胁着生态系统稳定性与可持续畜牧业生产，补播和施肥是被广泛采用的恢复措施。然而，二者对植物群落、土壤养分、牧草品质及功能群分配的单独效应与交互效应仍知之甚少。为弥补这一不足，研究人员在内蒙古呼伦贝尔开展了一项裂区试验，设置5种补播组合（R1–R5）和2种施肥处理（F1, F2）。结果表明，补播显著提高了地上生物量（AGB），其中原生禾豆混播组合（R3）表现最佳，提升了群落多样性并改善了牧草营养品质。施肥处理（F2）使表层土壤（0–15 cm）的土壤有机碳（SOC）含量提高2.92%，速效磷（AP）含量提高83.02%，但对深层土壤（15–30 cm）养分及植物群落多样性无显著影响。原生禾豆混播补播结合施肥（R3F2组合）获得了最高的禾草（41.48 ± 2.26%）和豆科（29.40 ± 1.36%）生物量比例，以及最低的杂类草比例（29.12 ± 3.61%）。本研究证实，原生禾豆混播补播结合施肥能够协同提升退化典型草原的植物群落生产力、表层土壤肥力和牧草营养品质。研究结果为优化恢复策略和促进退化草地生态系统可持续管理提供了重要见解。
论文解读：原生禾豆混播补播与施肥对退化典型草原生态系统的协同恢复效应
一、研究背景与问题
草地约占全球陆地面积的40%，支撑着超过十亿人口的生计与粮食安全，并在维持生物多样性、碳固存和气候调节中发挥不可替代的作用。然而，长期过度利用和保护不足已导致全球49%的草地出现退化，表现为生产力下降、植物多样性降低和土壤养分耗竭。气候变化、过度放牧及化肥过量施用进一步加剧了退化，引发生物多样性丧失和土壤碳固存能力下降等严重后果。补播和施肥是退化草地生态恢复中应用最广泛的两种措施。补播通过人工播种多年生草本植物来快速提升生产力和物种多样性，但已有研究结果并不一致，有的显示显著增加地上生物量（AGB），有的则无显著变化，甚至可能降低原生群落的多样性；且效应与草地类型密切相关。施肥可提高土壤养分有效性，但无机肥常以降低植物多样性为代价，而有机肥则能持续供应土壤有机质和养分，增加土壤有机碳（SOC）储量并改善土壤理化性质。内蒙古呼伦贝尔典型草原是温带典型草原的重要代表区域，生态脆弱且退化严重，但以往研究多聚焦于补播或施肥的单独效应，对二者交互作用的研究极为匮乏，尤其在土壤条件和植物组成具有区域特异性的温带典型草原中。这构成了发展区域特异性恢复策略的关键研究空白。
二、研究目标与假设
研究人员于2024年在呼伦贝尔陈巴尔虎旗的退化典型草原开展田间试验，设置5种补播组合（R1–R5）和2种有机肥处理（F1不施肥，F2施有机肥），采用裂区设计、随机完全区组、3个重复，共12个处理组合。研究旨在揭示补播和有机施肥对植物群落特征、物种多样性、土壤养分状况及牧草营养品质的单独与交互效应。基于文献和区域生态特征提出假设：（1）补播显著提高退化典型草原的AGB、物种丰富度和牧草营养品质，且原生禾豆混播组合对群落多样性的促进效应优于单功能群补播或商业品种补播；（2）施肥主要改善表层土壤（0–15 cm）养分有效性而非深层土壤（15–30 cm），进而提升植物生产力。
三、主要技术方法
研究样地位于内蒙古陈巴尔虎旗（49°25'48" N, 118°37'12" E，海拔582 m），属温带大陆性气候，年均温–0.21 °C，年均降水量354.25 mm。供试土壤为钙积层土（Kastanozem）。补播处理包括本地采集原生种组合R1（豆科混播）、R2（禾草混播）、R3（豆科禾草混播）和商业来源组合R4（禾草混播）、R5（豆科混播），对照C不补播。2024年6月条播，播种量3 kg mu?1；2024年7月和2025年7月每年施用牛羊粪1.5 kg m?2 yr?1。植物群落调查于2024–2025年每年8月中旬进行，测定高度、盖度、密度、AGB和物种数，计算Shannon多样性指数（H）、Pielou均匀度指数（E）、Simpson优势度指数（D）、Margalef丰富度指数（R）及重要值（P）。牧草品质在2025年8月测定酸性洗涤纤维（ADF）、中性洗涤纤维（NDF）、总氮（N）、粗蛋白（CP）和相对饲喂价值（RFV）。土壤在2025年8月采集0–15 cm和15–30 cm两层，测定pH、总碳（TC）、总氮（TN）、总磷（TP）、SOC、铵态氮（NH??–N）、硝态氮（NO??–N）和速效磷（AP）。统计方法采用线性混合效应模型（lme4包）、Tukey HSD多重比较、Pearson相关分析和结构方程模型（SEM）。
四、研究结果
4.1 补播对植物群落特征的影响
补播对AGB有显著正效应（P < 0.05），并在2024和2025年显著提高Simpson和Shannon指数（P < 0.05）；仅在2024年显著提高Margalef指数，在2025年显著提高植物群落盖度（P < 0.001）；对群落高度和密度无显著影响。各补播组合中，R3组合的Simpson、Shannon和Margalef指数显著高于对照（P < 0.05），而Pielou指数无显著差异；R3组合的群落生物量在2024和2025年分别较对照显著提高44.59%和78.79%，2025年盖度显著提高68.59%。2025年的群落高度和密度分别比2024年显著高34.00%和175.57%。
4.2 补播和施肥对土壤养分性质的影响
施肥对土壤pH、SOC和AP有显著影响（P < 0.05），不同土层间pH、TC、TN、TP、SOC、NH??–N、NO??–N和AP均存在显著差异；补播与施肥的交互作用显著影响土壤NO??–N和AP。施肥仅在表层（0–15 cm）产生显著效应：与不施肥相比，施肥处理的土壤pH、SOC和AP分别显著提高2.95%、2.92%和83.02%；15–30 cm土层各养分指标无显著差异。在R5组合下，施肥显著降低土壤NO??–N含量；在R2和R3组合下，施肥显著增加土壤AP含量。
4.3 补播和施肥对牧草营养品质的影响
补播显著影响牧草营养品质：CP含量差异显著（P < 0.05），NDF含量和RFV差异极显著（P < 0.01），ADF含量边缘显著（P = 0.065）。施肥及各交互作用对营养品质参数均无显著影响。与对照相比，R1、R3和R5组合的NDF含量分别显著降低9.66%、17.71%和9.46%；R3组合的ADF含量显著降低11.55%；R1和R3组合的CP含量分别显著提高21.86%和45.76%；R1、R3和R5组合的RFV分别显著提高15.53%、30.10%和11.65%。
4.4 补播与施肥对生物量分配的交互效应及其驱动因素
补播组合与施肥交互调控禾草、豆科和杂类草之间的生物量分配。R3F2处理（原生禾豆混播结合施肥）的禾草比例（41.48 ± 2.26%）和豆科比例（29.40 ± 1.36%）最高，杂类草比例（29.12 ± 3.61%）最低；R4F1处理（商业禾草混播不施肥）的杂类草比例最高（64.94 ± 2.71%），禾草比例最低（23.16 ± 1.80%）。在同一补播水平下，施肥普遍提高禾草和豆科比例、降低杂类草比例。相关分析显示，生物量与植被盖度及SOC、NO??–N、AP等土壤养分显著相关。SEM解释了生物量变异的54%，表明补播主要通过增加盖度促进生物量积累，施肥则通过直接路径和SOC介导的间接路径影响生物量，而AP增加未产生显著的间接效应。
五、讨论与结论
讨论指出，补播显著提高AGB和群落多样性，得益于补播物种引入重塑了生态位格局、缓解了种间竞争排斥，其中R3组合因优化的物种配置表现出最佳效果。2024年生物量增幅高于2025年可能与植物发育阶段转变有关，2025年高度和密度显著增加则归因于根系发育成熟和种子陆续萌发。施肥仅显著改善表层土壤养分，这一垂直分化受限于水分运移、根系分布和微生物活性梯度；补播与施肥对AP和NO??–N的交互作用表明，施肥效应受植物群落组成调节。牧草品质改善的机制在于原生禾豆混播优化了群落结构，豆科固氮与禾草光合的互补性提高了CP含量，同时抑制了高纤维杂类草生长。长期来看，恢复效益的稳定性需持续监测，且群落水平测定限制了对补播物种贡献的量化。研究结论为：原生禾豆混播补播（R3）结合有机施肥（F2）是退化典型草原的最优恢复策略，能协同提高植物群落生产力、表层土壤肥力和牧草营养品质，优化功能群分配并降低杂类草比例；但两年观察期尚不足以评估长期稳定性，未来需开展更长时程、物种特异性监测，以明确恢复轨迹和生态系统反馈机制。该研究为呼伦贝尔退化草地的可持续管理和全球相似生态系统的恢复实践提供了科学依据。
