不同施肥和混播条件下高寒受损煤矿区人工草地生态系统健康评价研究

doi:10.11686/cyxb2024455

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (10): 16-29.DOI: 10.11686/cyxb2024455

不同施肥和混播条件下高寒受损煤矿区人工草地生态系统健康评价研究

李婷¹(), 杨鑫光²(), 段成伟¹, 孙华方¹, 高涛², 陈同德², 杨凯², 杨千慧²

^1.青海民族大学生态环境与资源学院，青海省特色经济植物高值化利用重点实验室，青海西宁 810007
^2.青海民族大学政治与公共管理学院，青海省土地资源勘测与规划重点实验室，青海西宁 810007

收稿日期:2024-11-19 修回日期:2024-12-27 出版日期:2025-10-20 发布日期:2025-07-11
通讯作者: 杨鑫光
作者简介:E-mail： yangxg618@163.com
李婷（2000-），女，安徽安庆人，在读硕士。E-mail： lt2317617885@163.com
基金资助:
青海省科技特派员专项(2025-NK-P02);青海省青海民族大学理工类科学研究项目(2024XJMD07);全球大气本底与青藏高原大数据应用中心-青海省2024年创新平台建设专项项目(2024-SF-J10)

An investigation into the health of synthetic grassland ecosystems in high-alpine regions under varied fertilization and mixed planting circumstances recovering from coal mining damage

Ting LI¹(), Xin-guang YANG²(), Cheng-wei DUAN¹, Hua-fang SUN¹, Tao GAO², Tong-de CHEN², Kai YANG², Qian-hui YANG²

^1.Qinghai University for Nationalities，College of Ecology，Environment，and Resources，Qinghai Provincial Key Laboratory of High-Value Utilization of Characteristic Economic Plants，Xining 810007，China
^2.Qinghai University for Nationalities，College of Politics and Public Administration，Qinghai Key Laboratory of Land Resources Survey and Planning，Xining 810007，China

Received:2024-11-19 Revised:2024-12-27 Online:2025-10-20 Published:2025-07-11
Contact: Xin-guang YANG

摘要/Abstract

摘要：

高寒受损煤矿区生态系统恢复是世界性难题之一，通过优选恢复措施开展推广应用，对于保障矿区生态系统稳定具有重要意义。本研究通过设置禾本科（同德短芒披碱草、青海冷地早熟禾、青海草地早熟禾、中华羊茅）、豆科（花苜蓿、黄花草木樨、紫花苜蓿）、禾本科+豆科3种播种方式，按照羊板粪和渣土不同比例设置重施肥（1∶5）、中施肥（1∶8）、轻施肥（1∶11）、不施肥4种施肥水平（12种处理），同时选择草地生态系统健康评价模型OCVOR，定量判断不同恢复措施、不同恢复年限下的植被生长、土壤性质变化及生态系统健康状况。结果表明：随着恢复年限的增加，禾本科+豆科草地在重施肥和中施肥水平下（HBF₁、HBF₂）有利于植被盖度和地上生物量稳定；3种播种方式下土壤有机碳、碱解氮、速效磷、速效钾含量均表现为先上升、后下降趋势；恢复第3年，随着施肥量的增加，土壤有机碳和碱解氮含量逐步增加（P<0.05），而速效磷和速效钾含量变化规律不明显。随着恢复年限的增加，禾本科草地在重施肥、中施肥、轻施肥下（HF₁、HF₂、HF₃），豆科草地在重施肥下（BF₁）OCVOR指数显著增加（P<0.05），禾本科+豆科草地在重施肥、中施肥、轻施肥下（HBF₁、HBF₂、HBF₃）OCVOR指数极显著增加（P<0.01）；除BF₁外，HF₁、HF₂、HF₃、HBF₁、HBF₂、HBF₃处理下生态系统健康程度和恢复效果均表现为不健康、一般，与恢复1年相比，恢复3年后6种处理下的OCVOR指数分别增加了28.61%、33.03%、11.46%、38.96%、33.79%、9.83%，其中增幅最大的为HBF₁。综合来看，禾本科+豆科混播在重施肥处理下（HBF₁）更有利于木里矿区生态系统健康稳定。

关键词: 高寒矿区, 人工草地, 生态系统, 健康评价

Abstract:

The restoration of ecosystems in damaged alpine coal mining areas is a global problem. It is important to ensure the stability of ecosystems in mining areas by optimizing restoration measures. In this study， three sowing methods were implemented， namely： i） revegetation by sowing four gramineous species （Elymus breviaristatus， Poa crymophila， Poa pratensis， Festuca sinensis； gramineous grasslands， designated H）， ii） sowing three Fabaceae species （Medicago ruthenica， Melilotus officinalis， Medicago sativa； leguminous grassland， designated B）， and iii） sowing four Poaceae and three Fabaceae species （gramineous and leguminous grasslands， designated HB）. Additionally， utilizing different proportions of sheep manure and slag soil， four fertilization levels were implemented， namely （sheep manure ： slag soil） heavy fertilization （1∶5， F₁）， medium fertilization （1∶8， F₂）， light fertilization （1∶11， F₃）， and no fertilization （F₄）. Hence， 12 different restoration treatments were generated by factorial combination of these three sowing and four fertilizing methods. The variation in herbage growth and soil properties under the different restoration treatments was evaluated and compared over a number of years. The ecosystem health evaluation was quantitatively judged by using the grassland ecosystem health assessment model OCVOR. The results showed that vegetation cover and aboveground biomass were optimized by the mixed sowing of Poaceae and Fabaceae under the heavy and medium fertilization levels （HBF₁， HBF₂） and increased with time from establishment. Levels of soil organic carbon， available nitrogen， available phosphorus， and available potassium were all substantially higher on the restoration plots after two years of restoration than after one year， but after three years had declined again to levels similar to those measured after one year. In the third year of restoration， the levels of soil organic carbon and available nitrogen were progressively increased （P<0.05） with increased fertilization level， while the law of changes in available phosphorus and available potassium were not significant. The OCVOR index of gramineous grassland under the heavy， medium， and light fertilization （HF₁， HF₂， HF₃）， and also of the leguminous grassland under the heavy fertilization （BF₁） increased significantly （P<0.05） with the years of restoration. Additionally， the OCVOR index of gramineous and leguminous grassland increased significantly under the heavy， medium and light fertilization （HBF₁， HBF₂， HBF₃）（P<0.01） over time. Except for the treatment BF₁， the ecosystem health status and recovery under the treatments HF₁， HF₂， HF₃， HBF₁， HBF₂ and HBF₃ were determined to be unhealthy. Corresponding to these evaluation results， the OCVOR index under the same six treatments increased by 28.61%， 33.03%， 11.46%， 38.96%， 33.79% and 9.83%， respectively， after 3 years of restoration， compared to the first year of restoration. Moreover， the biggest increases were seen under the HBF₁treatment. Overall， the treatment comprising mixed sowing of Poaceae and Fabaceae under the heavy fertilization level （HBF₁） was found to be most conducive to the health and stability of the ecosystem in the Muli mining area.

Key words: high cold mining areas, artificial grassland, ecosystem, health evaluation

李婷, 杨鑫光, 段成伟, 孙华方, 高涛, 陈同德, 杨凯, 杨千慧. 不同施肥和混播条件下高寒受损煤矿区人工草地生态系统健康评价研究[J]. 草业学报, 2025, 34(10): 16-29.

Ting LI, Xin-guang YANG, Cheng-wei DUAN, Hua-fang SUN, Tao GAO, Tong-de CHEN, Kai YANG, Qian-hui YANG. An investigation into the health of synthetic grassland ecosystems in high-alpine regions under varied fertilization and mixed planting circumstances recovering from coal mining damage[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2025, 34(10): 16-29.

图/表 8

图1 江仓5号井遥感地理位置基于自然资源部标准地图服务网站GS（2024）0650号标准地图制作，底图边界无修改。Based on the standard map service website GS（2024）0650 of the Ministry of Natural Resources， the boundary of the base map is not modified.

Fig.1 Remote sensing geographic location of Jiangcang No.5 well

图2 牧草混播+土壤改良的双因素随机试验小区设计H表示禾本科牧草，B表示豆科牧草，HB表示禾本科与豆科牧草的混合；F1为羊板粪与渣土比例1∶5，F2为羊板粪与渣土比例1∶8，F3为羊板粪与渣土比例1∶11，F4为不施用羊板粪。H represents gramineous grass， B represents leguminous grass， and HB represents the mixture of gramineous grass and leguminous grass. F1 is 1∶5 proportions of sheep manure and slag soil， F2 is 1∶8 proportions of sheep manure and slag soil， F3 is 1∶11 proportions of sheep manure and slag soil， F4 is not applied sheep manure.

Fig.2 Design of a two-factor randomized community experiment based on grass mixing and soil improvement

表1 高寒矿区人工草地生态系统健康评价指数及等级

Table 1 Indexes and ranks of artificial grassland health evaluation in alpine mining areas

序号 Number	健康指数 Health index	健康等级 Health rank	恢复效果 Restoration effect
1	0.80≤V≤1.00	健康Health	很好Very good
2	0.60≤V<0.80	亚健康Sub-health	好Good
3	0.40≤V<0.60	不健康Unhealthy	一般General
4	0.20≤V<0.40	警戒Warning	差Poor
5	0.00≤V<0.20	崩溃Collapse	很差Very poor

图3 不同恢复年限不同恢复措施下的植被特征不同大写字母表示相同处理不同恢复年限之间差异性显著（P<0.05），不同小写字母表示相同恢复年限不同处理之间差异性显著（P<0.05），下同。The different uppercase letters represent the significant differences among different recovery years for the same treatment （P<0.05）， the different lowercase letters represent the significant differences among different treatments within the same recovery year （P<0.05）. The same below.

Fig.3 Vegetation characteristics under different restoration years and management practices

图4 不同恢复年限不同恢复措施下的土壤性状特征

Fig.4 Soil characteristics under different restoration years and measures

表2 不同恢复年限不同恢复措施下的草地生态系统健康及恢复效果评价

Table 2 Evaluation of grassland ecosystem health and restoration effects under different restoration years and management practices

处理 Treatment	恢复1年Recovery for 1 year			恢复2年Recovery for 2 years			恢复3年Recovery for 3 years
处理 Treatment	OCVOR指数 OCVOR index	健康水平 Health level	恢复效果 Restoration effect	OCVOR指数 OCVOR index	健康水平 Health level	恢复效果 Restoration effect	OCVOR指数 OCVOR index	健康水平 Health level	恢复效果 Restoration effect
HF₁	0.39±0.07bcd	警戒Warning	差Poor	0.41±0.06bcd	不健康Unhealthy	一般General	0.50±0.08bc	不健康Unhealthy	一般General
HF₂	0.40±0.02bc	不健康Unhealthy	一般General	0.40±0.06bcd	不健康Unhealthy	一般General	0.54±0.04b	不健康Unhealthy	一般General
HF₃	0.41±0.02bc	不健康Unhealthy	一般General	0.39±0.06bcd	警戒Warning	差Poor	0.46±0.04c	不健康Unhealthy	一般General
HF₄	0.35±0.03def	警戒Warning	差Poor	0.36±0.02de	警戒Warning	差Poor	0.27±0.04e	警戒Warning	差Poor
BF₁	0.34±0.02ef	警戒Warning	差Poor	0.31±0.07ef	警戒Warning	差Poor	0.39±0.09d	警戒Warning	差Poor
BF₂	0.39±0.04bcd	警戒Warning	差Poor	0.31±0.07ef	警戒Warning	差Poor	0.38±0.08d	警戒Warning	差Poor
BF₃	0.36±0.04def	警戒Warning	差Poor	0.30±0.06f	警戒Warning	差Poor	0.34±0.06d	警戒Warning	差Poor
BF₄	0.31±0.07f	警戒Warning	差Poor	0.26±0.04f	警戒Warning	差Poor	0.19±0.06f	崩溃Collapse	很差Very poor
HBF₁	0.37±0.03cde	警戒Warning	差Poor	0.43±0.02b	不健康Unhealthy	一般General	0.51±0.03bc	不健康Unhealthy	一般General
HBF₂	0.36±0.04def	警戒Warning	差Poor	0.42±0.03bc	不健康Unhealthy	一般General	0.48±0.03bc	不健康Unhealthy	一般General
HBF₃	0.42±0.02b	不健康Unhealthy	一般General	0.44±0.02b	不健康Unhealthy	一般General	0.46±0.02c	不健康Unhealthy	一般General
HBF₄	0.38±0.02bcde	警戒Warning	差Poor	0.37±0.02cd	警戒Warning	差Poor	0.36±0.02d	警戒Warning	差Poor
UG	1.00±0.00a	健康Health	很好Very good	1.00±0.00a	健康Health	很好Very good	1.00±0.00a	健康Health	很好Very good
CK	0.00±0.00g	崩溃Collapse	很差Very poor	0.00±0.00g	崩溃Collapse	很差Very poor	0.00±0.00g	崩溃Collapse	很差Very poor

表2 不同恢复年限不同恢复措施下的草地生态系统健康及恢复效果评价

Table 2 Evaluation of grassland ecosystem health and restoration effects under different restoration years and management practices

处理 Treatment	恢复1年Recovery for 1 year			恢复2年Recovery for 2 years			恢复3年Recovery for 3 years
处理 Treatment	OCVOR指数 OCVOR index	健康水平 Health level	恢复效果 Restoration effect	OCVOR指数 OCVOR index	健康水平 Health level	恢复效果 Restoration effect	OCVOR指数 OCVOR index	健康水平 Health level	恢复效果 Restoration effect
HF₁	0.39±0.07bcd	警戒Warning	差Poor	0.41±0.06bcd	不健康Unhealthy	一般General	0.50±0.08bc	不健康Unhealthy	一般General
HF₂	0.40±0.02bc	不健康Unhealthy	一般General	0.40±0.06bcd	不健康Unhealthy	一般General	0.54±0.04b	不健康Unhealthy	一般General
HF₃	0.41±0.02bc	不健康Unhealthy	一般General	0.39±0.06bcd	警戒Warning	差Poor	0.46±0.04c	不健康Unhealthy	一般General
HF₄	0.35±0.03def	警戒Warning	差Poor	0.36±0.02de	警戒Warning	差Poor	0.27±0.04e	警戒Warning	差Poor
BF₁	0.34±0.02ef	警戒Warning	差Poor	0.31±0.07ef	警戒Warning	差Poor	0.39±0.09d	警戒Warning	差Poor
BF₂	0.39±0.04bcd	警戒Warning	差Poor	0.31±0.07ef	警戒Warning	差Poor	0.38±0.08d	警戒Warning	差Poor
BF₃	0.36±0.04def	警戒Warning	差Poor	0.30±0.06f	警戒Warning	差Poor	0.34±0.06d	警戒Warning	差Poor
BF₄	0.31±0.07f	警戒Warning	差Poor	0.26±0.04f	警戒Warning	差Poor	0.19±0.06f	崩溃Collapse	很差Very poor
HBF₁	0.37±0.03cde	警戒Warning	差Poor	0.43±0.02b	不健康Unhealthy	一般General	0.51±0.03bc	不健康Unhealthy	一般General
HBF₂	0.36±0.04def	警戒Warning	差Poor	0.42±0.03bc	不健康Unhealthy	一般General	0.48±0.03bc	不健康Unhealthy	一般General
HBF₃	0.42±0.02b	不健康Unhealthy	一般General	0.44±0.02b	不健康Unhealthy	一般General	0.46±0.02c	不健康Unhealthy	一般General
HBF₄	0.38±0.02bcde	警戒Warning	差Poor	0.37±0.02cd	警戒Warning	差Poor	0.36±0.02d	警戒Warning	差Poor
UG	1.00±0.00a	健康Health	很好Very good	1.00±0.00a	健康Health	很好Very good	1.00±0.00a	健康Health	很好Very good
CK	0.00±0.00g	崩溃Collapse	很差Very poor	0.00±0.00g	崩溃Collapse	很差Very poor	0.00±0.00g	崩溃Collapse	很差Very poor

图5 不同恢复年限下的OCVOR指数变化特征*表示在0.05水平上相关性显著。**表示在0.01水平上相关性显著。OCVOR：草地健康评价模型。下同。* indicates that the correlation is significant at the 0.05 level. ** indicates that the correlation is significant at the 0.01 level. OCVOR： Grassland health evaluation model. The same below.

Fig.5 Characteristics of OCVOR index changes under different recovery years

图6 植物生长、土壤指标和OCVOR指数相关性分析SOC：土壤有机碳Soil organic carbon；AN：土壤碱解氮Soil available nitrogen；AP：土壤速效磷Soil available phosphorus；AK：土壤速效钾Soil available potassium；AGB：地上生物量Above-ground biomass；VC：植被盖度Vegetation coverage。?： P≤0.05.

Fig.6 Correlation analysis of plant growth， soil indicators and OCVOR index

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不同施肥和混播条件下高寒受损煤矿区人工草地生态系统健康评价研究

An investigation into the health of synthetic grassland ecosystems in high-alpine regions under varied fertilization and mixed planting circumstances recovering from coal mining damage

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