水肥調(diào)控對(duì)無(wú)芒雀麥品質(zhì)的影響

羅鳳敏，雷虹娟，汪 季，王 靜，高 亮，高君亮，黨曉宏

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010019； 2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院沙漠林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，內(nèi)蒙古 磴口 015200； 3.包頭市達(dá)茂旗林業(yè)局，內(nèi)蒙古 包頭014300)

水肥調(diào)控對(duì)無(wú)芒雀麥品質(zhì)的影響

羅鳳敏1,2，雷虹娟3，汪 季1，王 靜1，高 亮1，高君亮2，黨曉宏1

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010019； 2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院沙漠林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，內(nèi)蒙古 磴口 015200； 3.包頭市達(dá)茂旗林業(yè)局，內(nèi)蒙古 包頭014300)

為了提高無(wú)芒雀麥(Bromusinermis)對(duì)水分和養(yǎng)分的利用效率，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究了灌水量、氮肥、磷肥和鉀肥施用量對(duì)科爾沁沙地?zé)o芒雀麥品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，1)氮肥對(duì)干物質(zhì)含量和粗纖維含量有極顯著影響(P<0.01)，對(duì)粗脂肪含量和粗灰分含量有顯著影響(P<0.05)；水分對(duì)干物質(zhì)含量和粗纖維含量也有極顯著影響(P<0.01)，但是對(duì)粗脂肪和粗灰分含量影響不顯著(P>0.05)；磷肥和鉀肥的作用相似，對(duì)干物質(zhì)和粗纖維含量有顯著影響(P<0.05)，但是對(duì)粗脂肪和粗灰分含量影響不顯著(P>0.05)。4個(gè)因子對(duì)無(wú)芒雀麥品質(zhì)的獨(dú)立效應(yīng)表現(xiàn)為氮肥>灌水量>磷肥>鉀肥。2)采用多指標(biāo)綜合評(píng)分法對(duì)各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的綜合效應(yīng)進(jìn)行分析得出，提高無(wú)芒雀麥品質(zhì)最優(yōu)水肥使用量組合為：氮肥450 kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+磷肥200 kg·hm-2+鉀肥75 kg·hm-2。

無(wú)芒雀麥；水肥調(diào)控；品質(zhì)；科爾沁沙地；正交試驗(yàn)

我國(guó)栽培草地和改良草地因?yàn)橥寥婪柿Σ蛔愣鴮?dǎo)致生產(chǎn)力低下，開(kāi)發(fā)利用高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牧草是確保草畜產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要舉措[1]。尤其在農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)，退耕還草、建植優(yōu)質(zhì)栽培草地等舉措，對(duì)維持區(qū)域生態(tài)平衡和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)均具有重要意義[2]。無(wú)芒雀麥(Bromusinermis)作為我國(guó)重要的栽培禾草之一，具有葉量大、適口性好、營(yíng)養(yǎng)豐富等特點(diǎn)，各種家畜均喜食。另外，由于其根莖發(fā)達(dá)，再生性強(qiáng)，能形成致密的草地，是一種優(yōu)良的水保植物，故被廣泛應(yīng)用于栽培草地建設(shè)、牧草產(chǎn)業(yè)化及水土保持等諸多領(lǐng)域[3-4]。

牧草的品質(zhì)是衡量牧草優(yōu)質(zhì)與否的基本指標(biāo)，施肥和灌水是增加牧草產(chǎn)量和改善品質(zhì)的重要措施[5-9]。然而，隨著世界范圍內(nèi)肥料生產(chǎn)量和使用量的不斷增加，如何根據(jù)不同地區(qū)、不同土壤條件，科學(xué)有效地確定最佳施肥種類(lèi)、施肥水平和施肥組合，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益已成為廣大農(nóng)業(yè)科技工作者研究的熱點(diǎn)[10-12]。另外，不同的水肥配合對(duì)植物的增產(chǎn)效應(yīng)差別很大，因此，水肥調(diào)控機(jī)制的研究是生產(chǎn)和科學(xué)發(fā)展的需要[13]。為了達(dá)到充分發(fā)揮水肥激勵(lì)機(jī)制的目的，既要考慮土壤水分狀況及與其相適應(yīng)的肥料用量，還要根據(jù)植物的需水需肥規(guī)律，尋找作物最適宜的水肥施用量。在水資源短缺的北方旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，水分和養(yǎng)分用量的優(yōu)化組合既是提高水分和養(yǎng)分利用效率的關(guān)鍵，也是提高產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵[14]。目前，水肥耦合的研究多集中于糧食和經(jīng)濟(jì)作物，并且大多采用室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)大田推廣具有一定的局限性。

科爾沁沙地是我國(guó)典型的農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)，由于受氣候和人為活動(dòng)的影響，該區(qū)域內(nèi)沙漠化的發(fā)展已對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了不良影響[15]。為了遏制荒漠化的進(jìn)一步發(fā)展，退耕還草，發(fā)展栽培草地是當(dāng)?shù)厥走x的措施之一。因此，在科爾沁沙地種植優(yōu)良牧草無(wú)芒雀麥并開(kāi)展水肥調(diào)控研究，尋求出提高無(wú)芒雀麥產(chǎn)量與品質(zhì)的最優(yōu)水肥使用量模式，對(duì)改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展均具有重要意義?；诖?，本研究擬通過(guò)田間試驗(yàn)，分析各影響因素及水平間的組合效應(yīng)，確定最優(yōu)的組合方案，探索最適宜的水肥配比，達(dá)到節(jié)約水肥用量和改善牧草品質(zhì)的目的，為科爾沁沙地?zé)o芒雀麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的生產(chǎn)技術(shù)體系提供科學(xué)依據(jù)與理論指導(dǎo)。

1 材料及方法

1.1材料

供試牧草為2012年種植的無(wú)芒雀麥。供試肥料為貴州開(kāi)磷(集團(tuán))有限責(zé)任公司生產(chǎn)的尿素(N 46%)和磷酸二胺(P2O546%)，阜新市禾瑞肥業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的硫酸鉀(K2O 50%)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2012年6月14日播種，人工開(kāi)溝條播，播深5 cm，行距30 cm，播種量15 kg·hm-2，2012年7月5日出苗。試驗(yàn)地面積20 m×6 m，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積1 m2，共16個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，3個(gè)重復(fù)。正交試驗(yàn)的16組試驗(yàn)采用方塊排列法，此方法可以消除土壤肥力在縱橫兩個(gè)方向上的影響。把整個(gè)試驗(yàn)田(保護(hù)帶除外)按行因素水平數(shù)和列因素水平數(shù)劃成行與列的小區(qū)。

試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置水分(W)、氮(N)、磷(P)、鉀(K)4個(gè)因素，每因素取4個(gè)水平，選用L16(44)正交表[16]，共16個(gè)處理組合，3次重復(fù)(表1)。返青后和一次刈割后進(jìn)行灌水及施肥，肥料開(kāi)溝施入，灌水量和肥料總量各占1/2。田間管理主要是在生長(zhǎng)期內(nèi)隨時(shí)拔除雜草。

1.3測(cè)定指標(biāo)和方法

測(cè)定初花期牧草全株的干物質(zhì)含量，粗脂肪、粗纖維、粗灰分采用風(fēng)干樣測(cè)定，4項(xiàng)指標(biāo)均參照飼料概略養(yǎng)分分析法進(jìn)行測(cè)定[17]。

干物質(zhì)含量(DM)：105 ℃干燥法測(cè)定。將采集的樣品用四分法縮減至約200 g，置于105 ℃烘箱中快速烘殺15 min，而后立即放到65 ℃烘箱中烘干至恒重。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表L16(44)Table 1 The table of orthogonal test L16(44)

粗脂肪含量(EE)：索氏提取法。

粗纖維含量(CF)：酸堿消煮法。

粗灰分含量(CASH)：直接灰化法。將坩堝放入550 ℃的馬弗爐中灼燒至干重，稱(chēng)取約5 g，精確至0.000 1 g，將盛有試樣的坩堝放在墊有石棉網(wǎng)的電爐上灰化至無(wú)煙，然后移入預(yù)先加熱至550 ℃的馬弗爐中灼燒3 h，直至試樣完全灰化，取出后放入干燥器內(nèi)冷卻，稱(chēng)量，再放入550 ℃的馬弗爐中灼燒至恒重。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，SPSS 17.0軟件對(duì)四因素四水平的各處理進(jìn)行正交設(shè)計(jì)的單因素方差分析，用極差和方差表示測(cè)定結(jié)果。

為探求兼顧各指標(biāo)綜合效應(yīng)的最優(yōu)方案，本研究采用綜合比較法，其評(píng)價(jià)步驟為：

(1)相對(duì)極差(R/x)：各因素的極差R與其試驗(yàn)結(jié)果平均值x之比。

(2)確定加權(quán)系數(shù)(b)：本例由于各指標(biāo)同等重要，故各指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)均為1。

(3)計(jì)算各因素加權(quán)相對(duì)極差之和。

(4)進(jìn)行綜合比較。

2 結(jié)果與分析

不同水肥處理下的無(wú)芒雀麥干物質(zhì)含量、粗脂肪含量、粗纖維含量及粗灰分含量各有差異(表2)。以處理8的干物質(zhì)含量最高，為0.761；處理12的粗脂肪含量最高，為1.126%；處理8的粗纖維含量最低，為38.561%；處理12的粗灰分含量最高，為13.470%。

表2 不同水肥處理下無(wú)芒雀麥品質(zhì)比較Table 2 Comparison of Bromus inermis quality under different treatment

2.1水肥對(duì)無(wú)芒雀麥干物質(zhì)含量的影響

無(wú)芒雀麥的干物質(zhì)含量，施用氮肥的極差最大，為1.130，施用鉀肥的極差最小，為0.305(表3)。各因素對(duì)無(wú)芒雀麥干物質(zhì)含量影響大小表現(xiàn)為B>A>C>D。以干物質(zhì)含量為依據(jù)，無(wú)芒雀麥的最優(yōu)水肥處理組合為B4A3C2D2，最佳的水肥使用量組合為氮肥450 kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+磷肥200 kg·hm-2+鉀肥75 kg·hm-2。

對(duì)無(wú)芒雀麥干物質(zhì)含量方差分析結(jié)果表明，氮肥、灌水量對(duì)干物質(zhì)含量有極顯著影響(P<0.01)，磷肥、鉀肥對(duì)干物質(zhì)含量具有顯著影響(P<0.05)(表4)。

2.2水肥對(duì)無(wú)芒雀麥粗脂肪含量的影響

無(wú)芒雀麥的粗脂肪含量，施用氮肥的極差最大，為1.394，施用鉀肥的極差最小，為0.448(表5)。各因素對(duì)無(wú)芒雀麥粗脂肪含量影響大小表現(xiàn)為B>A>C>D。以粗脂肪含量為依據(jù)，無(wú)芒雀麥的最優(yōu)水肥處理組合為B4A3C2D2，最佳的水肥使用量組合為氮肥450 kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+磷肥200 kg·hm-2+鉀肥75 kg·hm-2。

表3 干物質(zhì)含量極差分析Table 3 The range analysis for dry matter content of Bromus inermis

表4 無(wú)芒雀麥干物質(zhì)含量方差分析Table 4 Variance analysis of dry matter of Bromus inermis

表5 粗脂肪含量極差分析Table 5 The range analysis for crude fat content of Bromus inermis

表6 無(wú)芒雀麥粗脂肪含量方差分析Table 6 Variance analysis of crude fat of Bromus inermis

對(duì)無(wú)芒雀麥粗脂肪含量的方差分析結(jié)果表明，氮肥對(duì)粗脂肪含量有顯著影響(P<0.05)，其他三因素對(duì)粗脂肪含量無(wú)顯著影響(P>0.05)(表6)。

2.3水肥對(duì)無(wú)芒雀麥粗纖維含量的影響

無(wú)芒雀麥的粗纖維含量，施用氮肥的極差最大，為38.661，施用鉀肥的極差最小，為14.561(表7)。各因素對(duì)無(wú)芒雀麥粗纖維含量影響大小表現(xiàn)為B>A>C>D。以粗纖維含量為依據(jù)，無(wú)芒雀麥的最優(yōu)水肥處理組合為B4A3C2D2，最佳的水肥使用量組合為氮肥450 kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+磷肥200 kg·hm-2+鉀肥75 kg·hm-2。

表7 粗纖維含量極差分析Table 7 The range analysis for crude fiber content of Bromus inermis

表8 無(wú)芒雀麥粗纖維含量方差分析Table 8 Variance analysis of crude fiber of Bromus inermis

對(duì)無(wú)芒雀麥粗纖維含量的方差分析結(jié)果表明，氮肥、灌水量對(duì)粗纖維含量有極顯著影響(P<0.01)，磷肥、鉀肥對(duì)粗纖維含量具有顯著影響(P<0.05)(表8)。

2.4水肥對(duì)無(wú)芒雀麥粗灰分含量的影響

無(wú)芒雀麥的粗灰分含量，施用氮肥的極差最大，為16.955，施用鉀肥的極差最小，為4.779(表9)。各因素對(duì)無(wú)芒雀麥粗灰分含量影響大小表現(xiàn)為B>A>C>D。以粗灰分含量為依據(jù)，無(wú)芒雀麥的最優(yōu)水肥處理組合為B4A3C2D2，最佳的水肥使用量組合為：氮肥450 kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+磷肥200 kg·hm-2+鉀肥75 kg·hm-2。

表9 無(wú)芒雀麥粗灰分含量極差分析Table 9 The range analysis for crude ash content of Bromus inermis

對(duì)無(wú)芒雀麥粗灰分含量的方差分析結(jié)果表明，氮肥對(duì)粗灰分含量有顯著影響(P<0.05)，其他三因素對(duì)粗灰分含量無(wú)顯著影響(P>0.05)(表10)。

表10 無(wú)芒雀麥粗灰分含量方差分析Table 10 Variance analysis of crude ash of Bromus inermis

2.5各指標(biāo)綜合效應(yīng)分析

比較各因素加權(quán)相對(duì)極差之和，確定因素的主次順序，由表11最后一行可知，因素的主次順序?yàn)锽ACD。

表11 各指標(biāo)綜合比較表Table 11 The result of comprehensive comparison of each index

注：b1=b2=b3=b4=1,x1～x4分別為相對(duì)應(yīng)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果的平均值。

Note：b1=b2=b3=b4=1, x1～x4is the average test result of every index respectively.

綜合比較各指標(biāo)同一因素加權(quán)相對(duì)極差的大小，即可確定最優(yōu)方案為B4A3C2D2。即N肥450 kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+P肥200 kg·hm-2+K肥75 kg·hm-2。

3 討論與結(jié)論

合理施用有機(jī)肥、化肥與其他肥料均可改善其品質(zhì)[18-21]。研究結(jié)果表明，施用氮肥能在保證無(wú)芒雀麥營(yíng)養(yǎng)成分不受影響的條件下顯著增加牧草產(chǎn)量。氮肥能夠促進(jìn)無(wú)芒雀麥的蛋白質(zhì)合成，增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)光合產(chǎn)物的積累，進(jìn)而促進(jìn)無(wú)雀麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)[22-23]。本研究也發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的結(jié)果，氮肥對(duì)無(wú)芒雀麥粗脂肪含量和粗灰分含量都有顯著影響(P<0.05)，尤其是對(duì)干物質(zhì)含量和粗纖維含量有極顯著影響(P<0.01)。由此可知，氮肥對(duì)牧草營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累作用顯著，而且，氮肥對(duì)牧草的品質(zhì)具有顯著影響[24-28]。磷肥和鉀肥盡管對(duì)無(wú)芒雀麥粗脂肪和粗灰分含量影響不顯著(P>0.05)，但對(duì)干物質(zhì)和粗纖維含量有顯著影響(P<0.05)，因此認(rèn)為，磷肥和鉀肥對(duì)無(wú)芒雀麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響盡管不如氮肥顯著，但是，適量的磷肥和鉀肥是無(wú)芒雀麥生長(zhǎng)過(guò)程中不可或缺的。此外，水肥因子對(duì)無(wú)芒雀麥品質(zhì)的獨(dú)立效應(yīng)表現(xiàn)為氮肥>灌水>磷肥>鉀肥，說(shuō)明氮肥是改善無(wú)芒雀麥品質(zhì)的關(guān)鍵因素，其次為灌水量、磷肥和鉀肥。

在半干旱區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)中，水肥具有明顯的耦合效應(yīng)，肥料的增產(chǎn)作用不僅在于肥料本身，更重要的是與水分的互作。因?yàn)樗质亲魑锷L(zhǎng)發(fā)育所必需的要素之一，是植株體內(nèi)生理生化活動(dòng)的參與者和介質(zhì)，它能加速肥料的溶解和有機(jī)肥料的礦化，促進(jìn)養(yǎng)分的釋放，因此，適量的水分對(duì)肥效的發(fā)揮具有促進(jìn)作用。沈榮開(kāi)和王康[29]對(duì)冬小麥(Triticumaestivum)和玉米(Zeamays)的研究表明氮肥效益的發(fā)揮與農(nóng)田水分狀況具有十分密切的關(guān)系。但是，如果水分含量過(guò)高，則會(huì)稀釋土壤中養(yǎng)分的濃度，加速養(yǎng)分流失，不利于植物生長(zhǎng)。孟兆江等[30]對(duì)夏玉米的研究表明，水肥配合存在著閾值反應(yīng)，低于閾值水平，肥料無(wú)明顯增產(chǎn)效應(yīng)，水分利用率值低；高于閾值，水肥互作增產(chǎn)效應(yīng)顯著。

本研究采用綜合評(píng)分法對(duì)無(wú)芒雀麥各品質(zhì)指標(biāo)的綜合效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)無(wú)芒雀麥產(chǎn)量和品質(zhì)影響最顯著的水肥使用量組合為氮肥450 kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+磷肥200 kg·hm-2+鉀肥75 kg·hm-2。由此可知，對(duì)于無(wú)芒雀麥的水肥調(diào)控也存在一個(gè)閾值，高于閾值或低于閾值，無(wú)芒雀麥品質(zhì)均未表現(xiàn)出明顯的效應(yīng)。

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(責(zé)任編輯 武艷培)

EffectsofirrigationandfertilizeronqualityofBromusinermis

LUO Feng-min1,2, LEI Hong-juan3, WANG Ji1, WANG Jing1, GAO Liang1, GAO Jun-liang2, DANG Xiao-hong1

(1.College of Ecology and Environmental Science, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019, China; =2.Experimental Center of Desert Forestry, CAF, Dengkou 015200, China; =3.Damao County Forestry Bureau, Baotou 014300, China)

In order to improve the water and fertilizer utilisation efficiency ofBromusinermis, the influences of irrigation, quantity of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer on quality ofB.inermisin Kerqin sandy land were analyzed using orthogonal design method.The results showed that the quantity of nitrogen fertilizer had very significantly effects (P<0.01) on the dry biomass and crude fiber content and had significant effects (P<0.05) on the crude fat content and ash content.The irrigation had very significantly effects (P<0.01) on the dry biomass and crude fiber content and did not have significant effects on the crude fat content and ash content.Both phosphorus fertilizer and potassium fertilizer had significantly effects (P<0.05) on the dry biomass and crude fiber content and did not have significant effects on the crude fat content and ash content.The independent effects of four factors on quality was nitrogen fertilizer>irrigation quantity>phosphorus fertilizer>potassium fertilizer.The multiple indices comprehensive analysis revealed that the optimum treatment to improveB.inermisquality was the combination of 450 kg·ha-1nitrogen fertilizer, 1 000 m3·ha-1irrigation quantity, 200 kg·ha-1phosphorus fertilizer and 75 kg·ha-1potassium.

Bromusinermis; water and fertilizer regulation; quality; Kerqin sandy land; orthogonal expriment

WANG Ji E-mail: wangji1957@163.com

2014-01-10 接受日期：2014-04-18

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“半干旱區(qū)受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建及資源持續(xù)利用技術(shù)研發(fā)與示范”(2011BAC07B02-03)

羅鳳敏(1988-)，女，內(nèi)蒙古敖漢旗人，在讀碩士生，研究方向?yàn)榛哪乐?。E-mail:lfm359541965@126.com

汪季(1957-)，男，山東濟(jì)南人，教授，博士，研究方向?yàn)榛哪乐?。E-mail:wangji1957@163.com

S812.8;S543+.806

：A

：1001-0629(2014)11-2135-06

10.11829j.issn.1001-0629.2014-0018