施氮水平和方式對王草生產特性和品質的影響

李 威，溫翠平，漆智平，唐樹梅

(1.中國熱帶農業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所，海南 儋州 571737； 2.海南大學農學院，海南 儋州 571737)

王草(Pennisetumpurpureum×P.typhoideum)又名皇草(廣東)、皇竹草(四川)、凌云草(貴州)等，英文名為King grass、Chinese sugarcane、Japannese cane、Indian sugarcan等，西班牙文名為Cana de uva、Cana Japondsa、Pasto Panama、Pennisetum hibrido。它是多年生草本植物，分布于中美洲、南美洲。中國熱帶農業(yè)科學院于1984年引自國際熱帶農業(yè)中心(CIAT)，經多年試種，于1998年通過全國牧草品質審定委員會審定，定名為“熱研4號王草”，學名為P.purpureum×P.typhoideumcv. Reyan No.4,現(xiàn)已在海南、廣東、廣西、云南、貴州、四川、江西等省、自治區(qū)廣泛種植。王草是以象草(P.purpureum)為母本，美洲狼尾草(P.typhoideum)為父本雜交育成，其雜種優(yōu)勢明顯，生長期短、產量高、品質好、分蘗多、再生能力強，是世界熱帶、亞熱帶地區(qū)重要的禾本科牧草。王草在年均氣溫15 ℃以上、降水量800 mm以上的地區(qū)均可種植,其最適生長溫度為25～33 ℃，生長臨界溫度為5～10 ℃，低于5 ℃停止生長。王草為C4禾草，光呼吸強度低，凈光合作用效率高，植株全年都處于營養(yǎng)生長期，不抽穗(只有在海南可進入生殖生長期，但結實率極低)。王草一般1年能刈割4～5次，鮮草產量約150 t·hm-2，通常情況下，施肥的產量要比不施肥的產量高50%～200%。王草葉軟汁多，適口性好，是各種草食性牲畜和魚類的最佳飼料[1-6]。

20世紀90年代以來，我國農業(yè)生產中氮肥用量急劇增加，由于氮肥施用不合理而引起肥料利用率降低[7]，氮肥利用率低和大量的氮素損失直接和間接地導致一系列不良的環(huán)境反應，如地下水污染、江河湖泊富營養(yǎng)化、溫室氣體氧化亞氮(N2O)增加等[8]，然而氮卻是作物的主要限產因子之一。近年來，氮肥的增產效應和合理施用問題已成為農業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的關鍵問題之一[9]。王草種植方式不當，施肥盲目，少施、多施或不施等現(xiàn)象普遍，在嚴重影響環(huán)境的同時也極大限制了王草的生產，同時，一個刈割期內，在不同生育時期分多次施肥還是一次性施肥，以及多次施肥方案中不同的氮肥施用比例對王草生產的影響也是個少有研究的課題。本研究主要在于探索施氮量和方式對王草生產的影響，以期為王草的生產栽培策略的制定提供重要的理論指導。

1 材料與方法

1.1試驗材料 試驗用土為花崗巖母質發(fā)育而成的磚紅壤，其理化性狀為pH值5.74，有機質含量11.80 g·kg-1，堿解氮含量87.4 mg·kg-1，有效磷含量3.4 mg·kg-1，速效鉀含量81.4 mg·kg-1。栽培材料選用禾本科牧草“熱研4號”王草，由中國熱帶農業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所提供。

盆缽上口直徑36 cm、下口直徑26 cm、高31 cm，每盆裝土20 kg。試驗地點在海南大學儋州校區(qū)農學院網室大棚內。

1.2試驗設計 施氮水平試驗。設置6個水平3次重復，分別以N1、N2、N3、N4、N5、N6表示，其中N1為對照(不施肥)，N2施尿素0.87 g·盆-1(相當于純氮45 kg·hm-2)，N3施尿素1.74 g·盆-1(相當于純氮90 kg·hm-2)，N4施尿素3.48 g·盆-1(相當于純氮180 kg·hm-2)，N5施尿素6.95 g·盆-1(相當于純氮360 kg·hm-2)，N6施尿素13.91 g·盆-1(相當于純氮720 kg·hm-2)，且每個處理都施用相同的磷鉀底肥[鈣鎂磷肥4.44 g·盆-1(相當于純氮90 kg·hm-2)、氯化鉀2.67 g·盆-1(相當于純氮180 kg·hm-2)]。刈割后再按上述處理追施氮肥一次，適時澆水。

施肥方式試驗。同一施肥水平3.48 g·盆-1(相當于純氮180 kg·hm-2)下設置6個處理3個重復，M1為對照(不施氮肥)，M2～M5分別在生長初期、分蘗期、拔節(jié)前期分3次施入，M6為一次性施入(表1)。每個處理均施用相同的磷鉀底肥[鈣鎂磷肥4.44 g·盆-1(相當于純氮90 kg·hm-2)、氯化鉀2.67 g·盆-1(相當于純氮180 kg·hm-2)]。刈割后再按上述施肥方式追肥一次，適時澆水。

試驗于2010年10月-2011年6月在網室內進行，當王草平均生長至1.5 m后進行刈割，共刈割2次，測定產量和養(yǎng)分含量。王草采用莖稈扦插，待苗長到3～4片葉時移栽，每盆3株。

表1 試驗設計處理 Table 1 Fertilizing schedule of this study

1.3測定內容與方法 鮮質量和干質量：施氮水平試驗于2011年1月24日和4月3日進行2次刈割，施氮方式試驗于2011年4月3日和6月2日進行刈割(分別以K1、K2表示)，鮮質量刈割后采用直接稱量法測定鮮質量，帶回實驗室采用常壓直接烘干法[10]烘干后稱干質量。然后用粉碎機磨碎后備用測定養(yǎng)分含量。

株高和葉綠素：株高和葉綠素在刈割前1 d測定，株高直接用卷尺每盆測量3次，取其平均值；葉綠素含量用SPAD-502型葉綠素儀每株測定10次，取其平均值。

全氮含量測定采用半微量凱氏定氮法[11]；粗蛋白含量按照全氮含量×6.25折算；全磷含量采用鉬銻抗-吸光光度法[11]測定；全鉀含量用火焰光度法[11]測定。粗纖維含量測定采用酸堿消煮法[11]。

1.4數(shù)據處理與統(tǒng)計分析 用Microsoft Excel 2003進行數(shù)據處理，用SAS 9.0統(tǒng)計軟件進行方差分析及多重比較。

2 結果與分析

2.1施氮水平和方式對王草生長特性的影響 從兩次刈割的合計或平均值來看，隨著施氮量的提高，干質量、株高和葉綠素SPAD值都呈增加趨勢(表2)，但干質量在N4后開始下降；三者的對照(N1)與各施肥處理差異顯著(P<0.05)，干質量N2、N6與N4差異顯著，株高N2顯著低于N4、N5和N6，葉綠素SPAD值N2、N3顯著低于N4、N5和N6，其他處理差異都不顯著(P>0.05)；干質量N2～N6各施氮處理產量較對照分別增加了78.64%、102.32%、127.39%、114.38%、81.15%；N5的平均株高和葉綠素SPAD值為最大，分別為168.36和39.45 cm。

從兩次刈割的合計或平均值來看，每施氮方式處理均顯著高于對照(M1)(P<0.05)，干質量M2～M4、M6都均顯著低于M5(表3)。3次平均施肥M5的總干質量產量最高，兩次刈割之和達到11 621.94 kg·hm-2。

2.2施氮水平和方式對王草植株養(yǎng)分含量的影響 從兩次刈割的平均值來看，隨著施氮量的提高，植株含氮量、粗蛋白呈上升趨勢，含磷量、含鉀量和粗纖維含量呈下降趨勢(表4)。含氮量對照(N1)顯著低于N4～N6(P<0.05)，與N2、N3差異不顯著(P>0.05)，且N4、N5、N6之間差異顯著；含磷量對照除與N4差異不顯著外，與其他處理都顯著；含鉀量對照與處理差異都顯著，N6與其他施氮水平處理差異顯著，其他處理之間差異不顯著；粗蛋白含量對照除與N2差異不顯著，N2與N3差異不顯著外，其他處理差異都顯著；粗纖維含量對照與各施氮處理差異顯著，N2與其他施氮處理差異顯著，其他處理之間差異不顯著。N6含氮量和粗蛋白含量最高，兩次刈割平均值分別為2.63%和15.63%，對照含磷量、含鉀量和粗纖維含量最高，平均值分別為0.136%、3.13%和24.16%。

表2 施氮水平對王草生長特性的影響Table 2 Effects of nitrogen fertilizing rate on growth characteristics of king grass

表3 施氮方式對王草生長特性的影響Table 3 Effects of nitrogen application methods on growth characteristics of king grass

表4 施氮水平對王草植株養(yǎng)分含量的影響Table 4 Effects of nitrogen levels on nutrient contents of king grass

從兩次刈割的平均值來看，含氮量對照各施氮方式(P<0.05)，處理間差異不顯著(表5)；含磷量對照顯著高于M2、M3、M6，且M2、M5、M6顯著低于M4，M2、M6顯著高于M3，含鉀量對照(M1)顯著低于M2、M5.粗蛋白含量對照顯著低于M2～M6，M6顯著低于其他處理差異顯著，其他處理間不顯著。粗纖維含量對照只顯著高于M6，其他處理間差異不顯著。M4含氮量和粗蛋白含量最高，平均值分別為2.02%和12.65%；M1含磷量、含鉀量和粗纖維含量為最高，平均值分別為0.14%、3.31%和24.17%。

兩次刈割王草粗蛋白含量隨施氮量變化的二次分析和模型表明(表6)，粗蛋白(%)隨施氮量的二次曲線模型呈極顯著相關(P<0.01)，說明王草刈割粗蛋白含量與施氮量關系與二次多項式相吻合。

2.3施氮水平和方式對王草植株N、P、K產量的影響 從兩次刈割平均值來看，隨著施氮量的提高全氮產量呈直線上升趨勢，全磷、全鉀產量先增加后下降(表7)；三者的對照均顯著低于各處理(P<0.05)，全氮產量施氮處理間差異都顯著；全磷產量N4、N5顯著高于N6；全鉀產量N2、N6顯著低于N3～N5。各處理全氮產量較對照分別增加了71.43%、114.29%、228.57%、314.29%和357.14%,全磷產量較對照分別增加了52%、76%、100%、88%、56%,全鉀產量較對照分別增加了54.24%、86.44%、96.61% 81.36%和30.51%。其中，N6全氮產量最高，兩次刈割平均為110.91 kg·hm-2；N4全磷產量和全鉀產量最高，兩次刈割的平均產量分別為5.67和130.12 kg·hm-2。

表5 施氮方式對王草植株養(yǎng)分含量的影響Table 5 Effects of nitrogen application methods on nutrient contents of king grass

表6 王草兩次刈割施氮量與粗蛋白含量的二次曲線模型Table 6 The effect of different nitrogen treatments on the crude protein model of king grass

表7 施氮水平對王草植株N、P、K產量的影響Table 7 Effects of nitrogen levels on N、P、K yield of king grass

從兩次刈割平均值來看，含氮量、含磷量和含鉀量對照均顯著低于各施氮方式處理(P<0.05)(表7)。全氮產量M5，全磷產量顯著低于與M5，其他處理間差異不顯著。M5全氮、全磷和全鉀產量都最高，其平均值分別達到了112.11、6.70、135.33 kg·hm-2。

2.4施氮水平和方式相關性分析 從王草農藝性狀和養(yǎng)分含量的相關性分析(表9)來看，干質量與葉綠素SPAD值、葉綠素SPAD值與株高，全氮含量與粗蛋白含量呈極顯著相關(P<0.01)；干質量與株高、全磷含量與全鉀含量、全氮含量與全鉀含量、全鉀含量與粗蛋白含量呈顯著負相關(P<0.05)。

從施氮方式對王草農藝性狀和養(yǎng)分含量的相關性分析(表10)來看，干質量與葉綠素SPAD值，SPAD值與株高、全氮、粗蛋白極顯著正相關(P<0.05)；干質量與株高、全氮、粗蛋白含量，株高與全氮、粗蛋白含量呈顯著正相關(P<0.05)；干質量與全鉀含量呈極顯著負相關，葉綠素SPAD值與全鉀含量、全氮與全鉀含量、全鉀與粗蛋白含量呈顯著負相關。

表8 施氮方式對王草植株N、P、K產量的影響Table 8 Effects of nitrogen application methods on N、P、K yield of king grass

表9 施氮水平中農藝性狀和養(yǎng)分含量的相關性分析Table 9 Correlation analysis of agronomic characteristics and nutrient content under different nitrogen fertilizing rate condition

表10 施氮方式中農藝性狀和養(yǎng)分含量的相關性分析Table 10 Correlation analysis of agronomic characteristics and nutrient content under different nitrogen fertilizing rate condition

3 討論

牧草的正常生長，除了需要一定的光照、水分、空氣和溫度外，還要從土壤中吸收各種營養(yǎng)物質。禾本科牧草不具備固氮能力，其生長發(fā)育所需氮素主要依靠根系從土壤中吸收，但土壤中可利用的氮素難以滿足禾本科牧草高產優(yōu)質的需要[12]，以施肥的方式補充土壤氮素是王草優(yōu)質高產的有效措施[13-14]。氮能刺激植物的生長，尤能促進分蘗及新生組織發(fā)育；同時，氮是葉綠素的主要成分，含氮量充足時，光合作用增強，碳的代謝加快，熱量積累增加。因此，氮能顯著提高牧草的產量[15-17]，增加植物葉綠素含量和株高[18]。潘家榮等[19]試驗表明在一定施氮范圍內，王草的產量隨著施氮量的提高而提高，對農藝性狀也有明顯的改善作用，當施氮超過這個范圍，反而對王草的生產不利，限制王草的生產性能，這與本試驗研究一致。而不利的原因可能為施氮肥過量時，根活力受到顯著影響，限制王草對氮素的吸收[20-21]，具體內容有待進一步探索。

磷存在于磷脂和核酸中，是植物體內糖分轉化和淀粉、脂肪、蛋白質形成所不可缺少的物質，它能影響植物含氮化合物的代謝，提高植物蛋白質的含量；鉀在植物體內多以離子狀態(tài)和可溶性鉀鹽存在，它與植物體內碳水化合物的合成和轉運關系極為密切，能把葉片中合成的淀粉轉化成為磷脂酸，還能促進植物對氮素的吸收和蛋白質的形成。因此，只有保證氮、磷、鉀均衡供應才能獲得優(yōu)質高產[22]。李文慶等[23]研究表明，王草百分磷鉀含量與施氮量呈負相關，與本試驗研究一致。第2次刈割的含磷量、含鉀量明顯要低于第1次刈割，說明刈割帶走了土壤中的磷鉀，土壤中的磷、鉀高低明顯能影響王草植株體內磷、鉀量的高低，從而影響到下一次刈割王草的含磷、含鉀量，在生產上有必要適時補充土壤中的磷鉀肥。由于王草產量的關系，磷鉀產量與施氮量呈正相關。

王草以莖葉為收獲對象，莖葉中粗蛋白和粗纖維含量的高低，直接關系到草食動物的飼養(yǎng)效果。余有貴和賀建華[24]的研究表明，粗蛋白和粗纖維含量是牧草品質的兩項重要指標，提高牧草粗蛋白含量和降低纖維素含量是提高牧草營養(yǎng)價值、改善牧草品質的重要內容，也是牧草育種的主要目標性狀。適量的氮肥可改善禾本科牧草的品質，使其質嫩、葉片多、蛋白質含量高[23，25-27]，同時降低粗纖維含量[28]，使其適口性、，易消化利用[29]。本研究結果表明，施氮量與粗蛋白含量極顯著相關，施氮能降低粗纖維的含量，改善王草品質。

牧草生長的整個生育期可分為3個階段:自養(yǎng)生長階段―營養(yǎng)生長階段―生殖生長階段。不同牧草的需肥規(guī)律不同，同一牧草在不同生育階段需肥規(guī)律也不相同[30]。王渭玲和張冀濤[31]對旱地氮肥不同分配方式與小麥(Triticumaestivum)產量和品質關系的研究表明，氮肥分期施用比一次性作底肥施用能明顯增加小麥產量并改善其籽粒品質。而Fischer等[32]指出，后期增施氮肥欲提高小麥籽粒蛋白質含量，只有在前期肥力水平相當高的情況下才能獲得，這為提高作物產量和品質而在生育期內多次施肥提供了一個依據。本研究表明，在同一刈割期內、相同施氮量的前提下，在王草的生長初期、分蘗期、拔節(jié)期分3次施入比在生長初期一次性施入其粗蛋白含量顯著提高，且只有分3次平均施肥能顯著增加干草產量。這表明，相同的肥料多次施入優(yōu)于一次性施入。本研究同時也說明了氮肥施用時期對產量和蛋白質含量的效應并不同步[33]。

4 結論

氮肥對王草的生產和品質有顯著的促進作用。隨施氮量的提高，王草的干質量、全磷、全鉀產量先增加后降低；而株高、葉綠素SPAD值、含氮量、全氮產量和粗蛋白含量都呈現(xiàn)出單調遞增趨勢；百分全磷含量、全鉀含量和粗纖維含量呈現(xiàn)出明顯降低趨勢。

氮肥施用時期對干草產量和粗蛋白含量的效應并不同步，在同一刈割期內、相同施氮量的前提下，在王草的生長初期、分蘗期、拔節(jié)期分3次施肥比在生長初期一次性施入相同的氮肥對王草的粗蛋白含量有顯著的提高，其中分3次平均施肥對王草的干草產量提高影響最大。不同施肥方式對王草的生長影響順序為M5>M4>M3>M2>M6>M1。

王草生長的最佳盆栽施氮量為3.48 g·盆-1(純氮180 kg·hm-2)；施氮量在1.74～6.95 g·盆-1(純氮90～360 kg·hm-2)王草能正常生長；小于0.87 g·盆-1(純氮45 kg·hm-2)或大于13.91 g·盆-1(純氮720 kg·hm-2)對王草生長有所限制，不施肥顯著限制生長。生產上應注意適時追施磷、鉀肥。

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