施肥對荒漠化草地產量及營養(yǎng)物質的影響

白玉婷，衛(wèi)智軍＊，呂世杰，閆瑞瑞，烏仁其其格，王天樂，孫世賢，肖嘉圃

（1.內蒙古農業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院，內蒙古呼和浩特 010019；2.內蒙古農業(yè)大學理學院，內蒙古呼和浩特 010018；3.中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；4.呼倫貝爾學院生命科學與化學學院，內蒙古海拉爾 021008；5.中國農業(yè)科學院草原研究所，內蒙古呼和浩特 010020）

施肥對荒漠化草地產量及營養(yǎng)物質的影響

白玉婷1，衛(wèi)智軍1＊，呂世杰2，閆瑞瑞3，烏仁其其格4，王天樂1，孫世賢5，肖嘉圃1

（1.內蒙古農業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院，內蒙古呼和浩特 010019；2.內蒙古農業(yè)大學理學院，內蒙古呼和浩特 010018；3.中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；4.呼倫貝爾學院生命科學與化學學院，內蒙古海拉爾 021008；5.中國農業(yè)科學院草原研究所，內蒙古呼和浩特 010020）

2014年以內蒙古短花針茅荒漠草地為研究對象，采用正交試驗設計，研究了氮肥（N）、磷肥（P）、有機肥（A）配施對該地區(qū)產草量和營養(yǎng)物質的影響。結果表明：（1）牧草最高產量的施肥組合為氮肥（15g／m2）＋磷肥（22.5g／m2）＋有機肥（1500g／m2）；（2）牧草的粗蛋白含量以N3P2A3組合最優(yōu)；牧草粗灰分最優(yōu)組合為N4P2A2；牧草粗脂肪含量最優(yōu)組合為N4P3A1；牧草中性洗滌纖維含量最優(yōu)組合為N3P2A3；牧草酸性洗滌纖維含量和相對飼用價值最優(yōu)組合均為N3P4A3。本試驗所測牧草營養(yǎng)成分含量與不同施肥種類和水平之間直觀比較結果無明顯規(guī)律性，說明該地區(qū)植物營養(yǎng)與氮肥、磷肥、有機肥之間的關系極為復雜，有待今后深入探討。

荒漠草地；施肥；營養(yǎng)成分；產量

荒漠草地是草原向荒漠過度的旱生化草原生態(tài)系統(tǒng)，是旱生性最強的一類草原〔1〕。由于荒漠草地干旱少雨的氣候條件和人類過度利用草地，造成草地土壤肥力逐漸下降，嚴重影響牧草的生長。許志信等在上世紀80年代就已經提出了天然草地存在退化的現象，并就其改良方法進行了多項研究〔2〕。常用的改良方法中，養(yǎng)分元素添加一直被認為是一種快速、有效解決草地土壤營養(yǎng)匱乏的方式之一。在全世界的草地生態(tài)系統(tǒng)中，多數生態(tài)系統(tǒng)受礦質營養(yǎng)限制，其中氮、磷是牧草產量的重要限制因子〔3〕。施肥是消除或緩解氮、磷兩者限制的一種措施，并且可以顯著地提高草地生態(tài)系統(tǒng)的地上生物量〔4〕。干旱半干旱地區(qū)的禾本科植物通常需要人工施氮肥來保證其正常生長，從而很大程度上的消除了氮限制對生態(tài)系統(tǒng)的影響。大量試驗表明〔5－6〕，施氮肥會顯著增加草地生態(tài)系統(tǒng)的群落地上生物量。白春利〔7〕在內蒙古荒漠草原進行了施肥實驗表明：施氮肥使得群落地上生物量增加幅度與施肥梯度呈正相關關系，這意味著施N肥能在短期內加速草原生態(tài)系統(tǒng)生產力的恢復。磷是植物生命活動中的重要元素。內蒙古錫林郭勒草原土壤普遍缺磷，這往往成為該地區(qū)飼料生產的另一種主要限制因子。李楠〔8〕研究表明，磷是吉林省西部半干旱羊草草原的主要限制牧草生長的營養(yǎng)成分，施用磷肥可使干草產量顯著提高。有機肥可以為牧草提供全面營養(yǎng)和改善土壤的理化性質，而且肥效長，對草地可食牧草產量的增加最為顯著〔9〕。關于有機肥的增產效果，國內已進行過大量試驗，從長期的增產效應來看，有機肥增產效果絕不遜于化肥，甚至超過化肥。試驗表明，有機肥和無機肥配合施用的效果要優(yōu)于各自單獨添加的效果〔10〕。邱波、羅燕江等對青藏高原東緣高寒草甸施用氮磷復合肥的研究表明，在施肥2年后，地上生物量會隨施肥梯度的增加而顯著提高〔11〕。長期定位施肥研究表明〔12〕，平衡施用無機肥（氮、磷、鉀）或有機肥與無機肥配合施用對不同的土壤類型中氮、磷、鉀以及微量元素等養(yǎng)分的含量均有積極的影響。不同土壤養(yǎng)分對施肥制度對應著不同土壤類型的草地，響應過程也不一致。

從營養(yǎng)價值來看，粗蛋白質是家畜必不可少的營養(yǎng)物質；中性洗滌纖維含量的高低直接影響家畜采食率，其含量高則適口性差；酸性洗滌纖維含量則影響家畜對牧草的消化率，其含量與養(yǎng)分消化率成負相關〔13〕。評定牧草營養(yǎng)價值的方法通常有分析各種營養(yǎng)物質的含量、測定能量、消化率、進行代謝試驗等幾種〔14〕。目前廣泛使用的是概略養(yǎng)分和規(guī)范式洗滌纖維分析法，以牧草的粗蛋白、粗脂肪、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、粗灰分等作為評價指標〔15〕。相對飼用價值（RFV）由中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維計算出來的，用于評定干草質量的一個指數。RFV越高，就說明該種牧草具有越高的營養(yǎng)價值。草地施肥可提高青草及干草的適口性和消化率。據前蘇聯資料：未施肥的100kg干草，含2.6kg可消化粗蛋白和48.5個飼料單位，而施肥草地則含6.5kg可消化粗蛋白和58.8個飼料單位。

近年來，草地施肥成為國內外草地改良研究的熱點〔16〕，但更多的草地施肥試驗研究只針對單一施肥或兩種肥料合施，對于天然荒漠草原氮肥、磷肥和有機肥合施的研究則相對較少。本試驗通過設置不同種類肥料和不同濃度施肥量處理，研究了施肥對荒漠草原牧草生物量和營養(yǎng)物質的影響，以期篩選出適合該地區(qū)牧草施肥種類與濃度的最優(yōu)組合，為該地區(qū)退化草地改良提供理論和依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在內蒙古錫林郭勒盟蘇尼特右旗朱日和鎮(zhèn)（112°47′11.2″E，42°15′48.7″N）進行。該地區(qū)地形平坦，有明顯的鈣積層，主要分布在10～35cm。土壤為淡栗鈣土，腐殖質層厚5～10cm。年平均降水量177.2mm，而60%～80%的降水集中在牧草生長旺季的7月到9月。試驗區(qū)地帶性植被為短花針茅（Stipa breviflora）荒漠草原，建群種為短花針茅（Stipa breviflora），優(yōu)勢種為無芒隱子草（Cleistogenes songorica），主要伴生種為寸草苔（Carex duriuscula）、狹葉錦雞兒（Caragana stenophylla）、戈壁天門冬（Asparagus gobicus）、木地膚（Kochia prostrata）、堿韭（Allium polyrhizum）、銀灰旋花（Convolvulus am mannii）、茵陳蒿（Artemisia capillaries）、阿爾泰狗娃花（Heteropappus altaicus）、乳白花黃芪（Astragalus gulactites）等。

1.2 試驗設計

于2013年5月研究區(qū)域內選擇一塊地勢平坦區(qū)域作為樣地建立試驗小區(qū)，每個小區(qū)面積200m2，中間設置2m的緩沖帶，共16個小區(qū)。進行土壤本底調查后，于2013年6月進行有機肥和無機肥施肥試驗。試驗采用正交試驗設計，考慮其各因素水平，肥料施用量、各肥料水平和正交表選用情況，見表1。有機肥為當地農戶家用羊糞，其總養(yǎng)分含量（有機質≥25%，N、P、K≥6%），以尿素（N≥46%）氮肥，以磷酸二銨（P≥64%）為磷肥。根據土壤調查結果及相關文獻比較，不同種類施肥各設置了4個水平。氮肥（N1∶0、N2∶7.5g／m2、 N3∶15g／m2、N4∶22.5g／m2）；磷肥（P1∶0、P2∶11.25g／m2、P3∶22.50g／m2、P4∶33.75g／m2）；有機肥（A1∶0、A2∶1500g／m2、A3∶3000g／m2、A4∶45g／m2）。其中，氮肥和磷肥采用開溝施肥，有機肥為磷酸二銨在小區(qū)中均勻撒施。

表1 草地施肥方案Table 1 Seheme that the grassland applies fertilizer

1.3 試驗內容與方法

1.3.1 牧草產量的測定方法

于2014年植物生長盛期（8月中旬）測定草產量，每個處理區(qū)的典型地段隨機取3個樣方，每個樣方面積為1m×1m，將樣方內植物齊地面收割，采到的樣品帶回實驗室洗凈，并將樣品置于60℃烘箱內烘干至恒重（約48h）并稱其干重。

1.3.2 牧草營養(yǎng)成分的測定方法

將上述烘干樣品粉粹后測定其粗蛋白質（CP）含量、酸性洗滌纖維（ADF）、中性洗滌纖維（NDF）、粗灰分（CA）含量和粗脂肪（EE）含量。粗蛋白質采用利用FOSS Kjeltec 8400全自動凱氏定氮儀進行測定；粗脂肪采用索氏浸提法測定；粗灰分采用550℃燒灼殘渣法測定，用質量分數表示〔17〕；酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維采用Ankom A220i型纖維分析系統(tǒng)進行測定〔18〕。

采用公式（1）～（3）計算牧草相對飼用價值（RFV）：

其中：DMI（dry matter intake）為干物質采食量，%BW（body weight）為占動物代謝體重的百分比，NDF（neutral detergent fiber）為中性洗滌纖維，DM（dry matter）為干物質，DDM（digestible dry matter）為可消化干物質，ADF（acid detergent fiber）為酸性洗滌纖維，RFV（relative feed value）為相對飼用價值。

1.4 數據統(tǒng)計

采用SPSS 21軟件進行單因素方差（Oneway ANOVA）分析；采用Office Excel 2010進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對群落地上生物量的影響

通過正交試驗的方差分析，在p＝0.05的水平下，氮肥、有機肥對牧草干草產量的增加有顯著影響（表2），各施肥同等水平牧草產量極差（R）大小為氮肥（N）＞磷肥（P）＞有機肥（A）（表3），比較不同肥料對牧草產量影響大小為氮肥（N）＞有機肥（A）＞磷肥（P）。

表2 不同施肥種類對群落地上生物量的單因素方差分析Table 2 One－way ANOVA of different fertilizer on aboveground biomass of community

不同施肥種類因素間方差分析得出，氮肥（N）干草產量均值大小為N3＞N4＞N2＞N1，其中N2、N3、N4干草產量顯著高于N1（p＜0.05），N2、N3、N4之間差異不顯著（p＞0.05）。磷肥（P）干草產量均值大小為P3＞P2＞P1＞P4，P1、P2、P3之間均無顯著性差異（p＞0.05）且均顯著高于P4（p＜0.05）。有機肥（A）牧草產量均值大小為A2＞A3＞A1＞A4，其中A2、A3水平處理下干草產量顯著高于A1、A4（p＜0.05），A2與A3、A1與A4之間無顯著性差異（p＞0.05）。分析得出不同施肥組合對群落地上生物量的最優(yōu)組合為N3P3A2。

表3 不同水平施肥處理下群落地上生物量的影響Table 3 Effect of different fertilizer levels on aboveground biomass of community

2.2 不同施肥水平下牧草營養(yǎng)物質的比較

2.2.1 不同施肥水平對牧草粗蛋白（CP）的影響

通過正交試驗的方差分析（圖1），氮肥各水平間差異不顯著（p＞0.05）且均值大小為N3＞N2＞N4＞N1。不同施肥水平的磷肥對牧草粗蛋白均值大小為P2＞P4＞P3＞P1，P2顯著高于P1（p＜0.05），P3、P4與其他水平之間均無顯著性差異（p＞0.05）。不同施肥水平的有機肥對牧草粗蛋白均值大小為A3＞A4＞A2＞A1，其中，A3牧草蛋白質含量顯著高于A1、A2（p＜0.05），A4水平處理下牧草粗蛋白含量與其他水平無顯著性差異（p＞0.05）。經分析得出，不同施肥組合對牧草粗蛋白含量的最優(yōu)組合為N3P2A3。

2.2.2 不同施肥水平對牧草粗灰分（CA）的影響

通過正交試驗的方差分析（圖2），氮肥各水平間差異顯著（p＜0.05），N4顯著高于N2、N3無顯著性差異且與N1無顯著性差異，其均值大小為N4＞N1＞N2＞N3。磷肥、有機肥各水平間差異均不顯著，磷肥各水平均值大小為P2＞P4＞P3＞P1，有機肥各水平均值大小為A2＞A4＞A3＞A1。綜合分析得出，不同施肥組合對牧草粗灰分含量的最優(yōu)組合為N4P2A2。

圖2 不同施肥水平對牧草粗灰分含量的影響Fig.2 Effect of different fertilizer levels on thick ash content of the grass

2.2.3 不同施肥水平對牧草粗脂肪（EE）含量的影響

通過正交試驗的方差分析得出（圖3），氮肥、磷肥和有機肥各水平間無顯著性差異（p＞0.05），氮肥各水平均值大小為N4＞N1＞N2＞N3。磷肥各水平均值大小為P2＞P4＞P3＞P1，有機肥各水平均值大小為A2＞A3＞A3＞A1。綜合分析得出，不同施肥組合對牧草粗脂肪含量的最優(yōu)組合為N4P3A1。

圖3 不同施肥水平對牧草粗脂肪含量的影響Fig.3 Effect of different fertilizer levels on rude fat content of the grass

2.2.4 不同施肥水平對牧草洗滌纖維（ADF、NDF）和相對飼用價值（RFV）的影響

通過正交試驗的方差分析（表4），氮肥、磷肥和有機肥對酸性洗滌纖維含量的影響存在顯著性差異。氮肥各水平間差異，N4顯著低于N1、N3（p＜0.05），其均值大小為N3＜N2＜N1＜N4。磷肥中P4顯著低于P1、P2、P3（p＜0.05），其均值大小為P4＜P2＜P3＜P1。有機肥A3顯著低于A1、A2、 A4（p＜0.05），其他水平間無顯著性差異。有機肥均值大小為A3＜A4＜A2＜A1。有機肥對牧草中性洗滌纖維含量和牧草相對飼用價值（RFV）的影響差異顯著，而氮肥、磷肥差異不顯著。從表4中得出，氮肥、磷肥和有機肥水平間對中性洗滌纖維含量均值大小為N3＜N1＜N4＜N2；磷肥均值大小為P2＜P4＜P3＜P1；有機肥中均值大小為A3＜A4＜A2＜A1。氮肥、磷肥和有機肥水平間對中性洗滌纖維含量均值大小為N3＞N1＞N2＞N4；磷肥均值大小為P2＞P4＞P3＞P1；有機肥均值大小為A3＞A4＞A2＞A1。綜合分析得出，不同施肥組合對牧草酸性洗滌纖維含量、中性洗滌纖維含量和牧草相對飼用價值的最優(yōu)組合分別為N3P4A3、N3P2A3、N3P4A3。

表4 不同水平施肥處理下ADF、NDF、RFV的單因素方差分析Table 4 One－way ANOVA of different fertilizer on ADF、NDF、RFV

3 討論

各地區(qū)草地退化程度不同，不同施肥濃度對各地區(qū)草地生物量變化響應不同，所以對于施肥濃度高低的定義均是相對而言，并沒有一個界限。本試驗中，隨著氮肥濃度增大，生物量呈先上升后下降的趨勢，說明草地群落對氮素的需求可能也存在一個閾值，李祿軍在科爾沁沙質草地試驗中發(fā)現同樣趨勢〔19〕。黃菊瑩等在對寧夏荒漠草地施肥的研究中發(fā)現，當N素添加量超過每年10g／m2后，群落地上生物量的增幅將不再明顯〔20〕。本試驗中氮肥施用量在15g／m2牧草產量最高，原因是本地區(qū)處于短花針茅為優(yōu)勢種的荒漠草原，土壤板結，通透性差，有機質分解緩慢，土壤中可供植物吸收利用的速效養(yǎng)分含量低，加之降水量少，又無灌溉條件，氮肥利用率較低。車敦仁在高寒牧區(qū)草地施肥試驗表明〔21〕，施加磷肥雖然在一定程度上能增加群落地上生物量，但是其作用要低于施加氮肥，這與本試驗研究結果基本一致。本試驗中，氮肥、磷肥、有機肥對牧草產量的增加均有顯著影響，但磷肥的影響程度低于氮肥和有機肥，以施用22.50g／m2有機肥產草量最高，較對照增產12.5%。王生明等研究表明，隨著有機肥施用量的增加，牧草產量相應增加，有機肥施用量為1 500g／m2，其產量最高〔22〕，本試驗中，有機肥施用量在1 500g／m2時，牧草產量最高，這與前人研究結果基本一致。

施肥通過改變了牧草的莖葉比、營養(yǎng)枝和生殖枝比例，從而提高牧草中蛋白質、鈣磷鉀的含量，所以提高了牧草品質。由于牧草粗蛋白含量的高低一般是以植株體內全氮含量為依據，所以氮肥對粗蛋白含量的影響較為明顯。本試驗中粗蛋白含量隨著氮肥和磷肥用量的增加呈先升高后降低趨勢，在N3水平粗蛋白含量最高，與劉利群〔23〕的研究結果一致；酸性洗滌纖維含量和中性洗滌纖維含量隨著氮肥和磷肥用量的增加而降低，說明施肥能夠降低牧草的纖維含量，提高牧草的品質，與馬孝慧〔24〕研究結果一致。從本試驗結果分析，由于樣本測定的是植物群落，所以在相同樣點的不同牧草之間各項營養(yǎng)物質的指標之間會存在一個互補的關系，表現出來的是很多指標差異性不顯著。粗脂肪是牧草主要的熱量供給者，含量隨著氮肥、磷肥用量的增加而升高，促進植株體內脂質化合物的形成，從而提高牧草的脂肪含量。粗灰分含量隨著氮肥用量增加而升高，隨著磷肥和有機肥用量增加呈先增加后降低趨勢，說明氮、磷肥和有機肥對于提高牧草礦物質含量有一定的促進作用。

4 結論

4.1 不同種類和水平的施肥處理對荒漠草地地上生物量影響顯著。不同肥料對牧草產量影響大小為氮肥（N）＞有機肥（A）＞磷肥（P），其中氮肥（15g／m2）＋磷肥（22.5g／m2）＋有機肥（1 500g／m2）組合地上生物量最高。

4.2 本試驗中，牧草的粗蛋白含量以氮肥（15g／m2）＋磷肥（11.25g／m2）＋有機肥（3 000g／m2）組合最優(yōu)；牧草粗灰分和粗脂肪含量的最優(yōu)組合為氮肥（22g／m2）＋磷肥（11.25g／m2）＋有機肥（1 500g／m2）；氮肥（15g／m2）＋磷肥（11.25g／m2）＋有機肥（3 000g／m2），牧草中性洗滌纖維含量最高；牧草粗灰分和粗脂肪含量的最優(yōu)組合為氮肥（15g／m2）＋磷肥（33.75g／m2）＋有機肥（1 500g／m2）。

4.3 鑒于本試驗在荒漠化草原對植物群落所測牧草五種營養(yǎng)成分含量與16個N、P、K肥配施處理各施肥量之間直觀比較結果規(guī)律性不統(tǒng)一，說明該地區(qū)植物營養(yǎng)、供試土壤養(yǎng)分肥力與N、P、K肥之間的關系極為復雜，有待今后深入探討。

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［＊通訊作者］衛(wèi)智軍 E－mail：nmndwzj＠163.com

Effects of Fertilizer Application on the Yield of Forage and Nutrient Content on desert grassland

BAI Yuting1，WEI Zhijun1＊，LV Shijie2，YAN Ruirui3，WU Renqiqige4，WANG Tianle1，SUN Shi－xian5，XIAO Jiapu1
（1.College of Grassland，Resource and Environment，Inner Mongolia Agricultural University Huhhot 010019，China；2.College of Science，Inner Mongolia Agricultural University，Huhhot 010018，China；3.College of Science，Inner Mongolia Agricultural University，Beijing 100081，China；4.Life Science and Chemistry school at Hulunbuir College，Hailar 021008，China；5.Institute of Grassland Research，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Hohhot 010010，China）

The effects of applying nitrogen，phosphorus，organic fertilizer on the forage yield and nutrient content by using orthogonal test on Stipa breviflora desert grassland of Inner Mengoulia in 2014.The results showed：（1）The optimum combination of yield was N：15g／m2，P2O5：22.5g／m2，organic fertilizer：1500g／m2.（2）The optimum combination of crude protein was N3P2A3；the optimum combination of crude ash was N4P2A2；the optimum combination of crude fat was N4P3A1；the optimum combination of NDF was N3P2A3；the optimum combination of ADF and RFV was N3P4A3.The test shows that the nutrient content of grass have no clear regularity between different fertilizer types and levels，because of the complex relation between plant nutrient and nitrogen，phosphorus，organic fertilizer and Remains to be studied in the future.

Desert grassland；Fertilization；Nutrition；Production

S812.4

A

2095—5952（2017）02—0010—08

2017－04－26

國家公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項“半干旱牧區(qū)天然打草場培育與利用技術研究與示范”項目（2013060）；國家重點研發(fā)計劃項目“呼倫貝爾退化草甸草原綜合治理技術與模式”課題（2016YFC0500603）。

白玉婷（1990－），女，內蒙古呼和浩特市人，博士研究生，主要從事草地資源與生態(tài)管理研究，E－mail：nmgndbyt＠163.com。