聚谷氨酸硫基復(fù)合肥在甜高粱和多花黑麥草上的肥效

唐海洋，馮濤，同琳靜，石麗娜，牛欣祎，沈益新

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210095)

聚谷氨酸硫基復(fù)合肥在甜高粱和多花黑麥草上的肥效

唐海洋，馮濤，同琳靜，石麗娜，牛欣祎，沈益新

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210095)

為了評(píng)價(jià)聚谷氨酸硫基復(fù)合肥(S-based γ-PGA fertilizer)在甜高粱(Sorghumbicolor)和多花黑麥草(Loliummultiflorum)上的肥效，以尿素和硫基復(fù)合肥(S-based fertilizer)為對(duì)照，采用盆栽試驗(yàn)，研究了不同施氮水平(75、150、225 kg·hm-2)下聚谷氨酸硫基復(fù)合肥對(duì)甜高粱和多花黑麥草生產(chǎn)性能及氮素利用效率的影響。結(jié)果表明，聚谷氨酸硫基復(fù)合肥處理的甜高粱產(chǎn)量、粗蛋白含量及氮素利用效率在150和225 kg·hm-2兩個(gè)施氮水平下均優(yōu)于對(duì)照(P<0.05)；多花黑麥草生產(chǎn)性能與對(duì)照相比差異不顯著(P>0.05)，但氮素利用效率在75和150 kg·hm-2兩個(gè)施氮水平下均優(yōu)于對(duì)照(P<0.05)。分析結(jié)果說明，聚谷氨酸硫基復(fù)合肥肥效優(yōu)于尿素和硫基復(fù)合肥，且甜高粱和多花黑麥草能夠獲得較高的產(chǎn)量、品質(zhì)，且氮素利用效率高。

甜高粱；多花黑麥草；聚谷氨酸硫基復(fù)合肥；生產(chǎn)性能；氮素利用率

隨著農(nóng)區(qū)草食畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，充分利用邊際土地進(jìn)行優(yōu)質(zhì)飼草生產(chǎn)是解決農(nóng)區(qū)畜禽粗飼料短缺的重要舉措[1-3]。甜高粱(Sorghumbicolor)和多花黑麥草(Loliummultiflorum)在我國(guó)長(zhǎng)江中下游農(nóng)區(qū)表現(xiàn)出產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)、適口性好、飼草品質(zhì)佳等優(yōu)點(diǎn)，是該地區(qū)優(yōu)質(zhì)青綠飼料的重要來源。甜高粱和多花黑麥草對(duì)肥料，尤其是氮肥的需求較高。研究表明，追施氮量200～400 kg·hm-2時(shí)，甜高粱和多花黑麥草均能夠獲得較高的干物質(zhì)產(chǎn)量和飼草品質(zhì)[4-5]。但該地區(qū)生產(chǎn)過程中大量使用氮肥，不僅降低了氮肥利用效率，增加生產(chǎn)投入，同時(shí)也引發(fā)了水體富營(yíng)養(yǎng)化等一系列的環(huán)境問題[6-7]。因此，開發(fā)新型肥料、提高肥料利用效率、減少養(yǎng)分流失對(duì)促進(jìn)長(zhǎng)江中下游地區(qū)飼草生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。聚谷氨酸(γ-poly glutamic acid,γ-PGA)是一種通過微生物發(fā)酵的新型高分子水溶性聚合物，具有可降解性和螯合性，在肥料增效方面有著廣闊的應(yīng)用前景[8]。研究發(fā)現(xiàn)，與普通肥料相比，添加γ-PGA的化學(xué)肥料具有提高肥料利用率、增加作物產(chǎn)量、改善作物農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)性狀的作用[8-9]。為驗(yàn)證聚谷氨酸硫基復(fù)合肥用于牧草生產(chǎn)的肥效，本研究以甜高粱和多花黑麥草為材料，通過盆栽試驗(yàn)，對(duì)比研究不同施氮水平下聚谷氨酸硫基復(fù)合肥與尿素、硫基復(fù)合肥對(duì)兩種牧草產(chǎn)量、品質(zhì)及氮素利用率的影響。

1 材料和方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)

盆栽試驗(yàn)在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行。南京地區(qū)年均溫15.4 ℃，年平均降水量1 106 mm，全年日照時(shí)數(shù)1 816～2 503 h，全年無霜期200～300 d。試驗(yàn)所用土壤為沙和土混合物，沙土質(zhì)量比為1∶2。試驗(yàn)土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22.6 g·kg-1，全氮0.76 g·kg-1，速效磷6.88 mg·kg-1，速效鉀68.60 mg·kg-1。

1.2試驗(yàn)材料

甜高粱供試品種為“大卡”，多花黑麥草供試品種為普通四倍體品種，種子由河南世紀(jì)天緣生態(tài)科技有限公司提供。氮肥為尿素 (總氮≥46.4%)，兗礦魯南化肥廠生產(chǎn)；聚谷氨酸硫基復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)和硫基復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)由南京工業(yè)大學(xué)提供。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

本研究采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)設(shè)75、150、225 kg·hm-23個(gè)肥料用量，裂區(qū)為尿素、硫基復(fù)合肥、聚谷氨酸硫基復(fù)合肥3種肥料,共9個(gè)處理，不施肥處理設(shè)為對(duì)照組，4次重復(fù)。

2015年4月28日，將甜高粱種子播種于塑料盆(口徑32 cm)中，幼苗高度5～10 cm時(shí)間苗，每盆保留4株株距均勻、長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗。2015年5月28日，各處理追施試驗(yàn)肥料(各施氮水平尿素施入量分別為1.08、2.16和3.24 g；硫基復(fù)合肥和聚谷氨酸硫基復(fù)合肥施入量分別為3.33、6.67和1.00 g)。施肥處理30 d后采樣測(cè)定相關(guān)性狀。

多花黑麥草于2016年3月15日均勻播種于塑料盆(口徑32 cm)中，待幼苗長(zhǎng)至10 cm左右時(shí)定苗，每盆保留8株株距均勻，長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗。2016年4月15日，各處理追施肥料。施肥方法同甜高粱。施肥處理30 d后采樣測(cè)定相關(guān)性狀。

1.4測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1甜高粱測(cè)定內(nèi)容及方法 每盆取3株長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株，測(cè)量絕對(duì)株高。收割地上部分，莖葉分離，用圖像處理技術(shù)測(cè)量單株葉面積。將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室置于105 ℃鼓風(fēng)干燥箱下殺青30 min，再于65 ℃下烘干至恒重并稱重，計(jì)算單株干物質(zhì)產(chǎn)量。植株各部分粉碎均勻混合后過孔徑為0.18 mm的篩，進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)分析。

粗蛋白(CP)含量采用凱氏定氮法[10]用FOSS Kjeltec 8400全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定，中性洗滌纖維(NDF)含量和酸性洗滌纖維(ADF)含量按范氏纖維分析法[11]用ANKOM 220纖維分析儀測(cè)定。

1.4.2多花黑麥草測(cè)定內(nèi)容及方法 每盆取5株長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株，測(cè)量株高，并計(jì)數(shù)分蘗個(gè)數(shù)，以平均值作為單株分蘗數(shù)。刈割地上部分，將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室置于105 ℃鼓風(fēng)干燥箱下殺青30 min，再于65 ℃下烘干至恒重并稱重，計(jì)算單株干物質(zhì)產(chǎn)量。植株各部分粉碎均勻混合后過孔徑為0.18 mm的篩，進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)分析。營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)分析內(nèi)容及方法同甜高粱。

1.5數(shù)據(jù)處理及分析

氮素利用效率有關(guān)參數(shù)按以下公式計(jì)算：

氮素積累量=干物質(zhì)含氮量×單株干物質(zhì)量；

氮肥偏生產(chǎn)力=施氮處理地上部干物質(zhì)產(chǎn)量/施氮量；

氮素吸收利用率=(施氮處理單株氮素積累量-無氮處理單株氮素積累量)/施氮量×100%。

采用SPSS 20.0軟件對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示測(cè)定結(jié)果，分別對(duì)同一施氮水平不同肥料處理、同種肥料不同施氮水平處理進(jìn)行單因素方差分析，并用Duncan法對(duì)各測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1相同施氮水平下不同肥料處理對(duì)甜高粱和多花黑麥草生產(chǎn)性能的影響

2.1.1甜高粱生產(chǎn)性能 在3個(gè)施氮水平下，聚谷氨酸硫基復(fù)合肥處理的甜高粱葉面積和株高與硫基復(fù)合肥和尿素處理均無顯著差異(P>0.05)，但有高于后二者的趨勢(shì)。聚谷氨酸硫基復(fù)合肥處理的干物質(zhì)量在150和225 kg·hm-2施氮水平下均顯著高于尿素(P<0.05)，與硫基復(fù)合肥相比差異不顯著(P>0.05)(表1)。

營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)上，除聚谷氨酸硫基復(fù)合肥處理ADF含量在225 kg·hm-2施氮水平下顯著低于尿素外(P<0.05)，其余各施氮水平下聚谷氨酸硫基復(fù)合肥處理的甜高粱ADF和NDF含量均與硫基復(fù)合肥和尿素?zé)o顯著差異(P>0.05)。聚谷氨酸硫基復(fù)合肥處理的植株粗蛋白含量在150和225 kg·hm-2兩個(gè)施氮水平下均明顯高于硫基復(fù)合肥和尿素，在75 kg·hm-2施氮水平下顯著高于尿素(P<0.05)，但與硫基復(fù)合肥相比無顯著差異(P>0.05)(表1)。

2.1.2多花黑麥草生產(chǎn)性能 除聚谷氨酸硫基復(fù)合肥處理的多花黑麥草株高在150 kg·hm-2施氮水平下顯著高于尿素和硫基復(fù)合肥外(P<0.05)，其余各施氮水平下聚谷氨酸硫基復(fù)合肥處理植株的分蘗數(shù)、株高和干物質(zhì)產(chǎn)量分別與硫基復(fù)合肥和尿素相比無顯著差異(P>0.05)，但有高于后二者的趨勢(shì)(表2)。

聚谷氨酸硫基復(fù)合肥處理的多花黑麥草NDF含量在150和225 kg·hm-2兩個(gè)施氮水平下均顯著高于硫基復(fù)合肥和尿素(P<0.05)，但ADF含量和粗蛋白含量在各施氮水平下均與尿素和硫基復(fù)合肥無顯著差異(P>0.05)(表2)。

2.2聚谷氨酸硫基復(fù)合肥不同施氮水平的生產(chǎn)性能和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

隨著聚谷氨酸硫基復(fù)合肥施氮水平的增加，甜高粱和多花黑麥草的葉面積、分蘗數(shù)、株高、干物質(zhì)量及粗蛋白含量均顯著升高(P<0.05)，NDF和ADF含量顯著下降(P<0.05)(表3)。其中，甜高粱的葉面積、株高、DM、NDF含量在150和225 kg·hm-2兩個(gè)施氮水平之間差異不顯著(P>0.05)。

表1 不同肥料處理對(duì)甜高粱生產(chǎn)性能的影響Table 1 Effect of different fertilizer treatments on the production performance in sweet sorghum

注：不同小寫字母表示同列同一施氮水平不同氮肥間差異顯著(P<0.05)。表2、表4同。

Note: Different lowercase letters within the same column for the same nitrogen application level indicate significant difference between different fertilizer kinds at the 0.05 level; similarly for Table 2 and Table 4.

隨著聚谷氨酸硫基復(fù)合肥施氮量的增加，多花黑麥草的分蘗數(shù)、株高、干物質(zhì)量及粗蛋白含量均顯著升高(P<0.05)，NDF和ADF含量均顯著下降(P<0.05)。其中，多花黑麥草的株高、DM、NDF、ADF及粗蛋白含量在150和225 kg·hm-2兩個(gè)施氮水平之間差異不顯著(P>0.05)(表3)。

表2 不同肥料處理對(duì)多花黑麥草生產(chǎn)性能的影響Table 2 Effect of different fertilizer treatments on the production performance in Italian ryegrass

表3 不同施氮水平對(duì)甜高粱和多花黑麥草生產(chǎn)性能的影響Table 3 Effect of different N fertilizer levels on the production performance in sweet sorghum and Italian ryegrass

注：同行不同小寫字母表示施氮水平間差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters within the same row indicate significant difference between different nitrogen application levels at the 0.05 level.

2.3不同肥料處理的氮素利用效率

聚谷氨酸硫基復(fù)合肥處理的甜高粱氮素積累量、氮肥吸收利用效率在3個(gè)施氮水平下均顯著高于硫基復(fù)合肥和尿素(P<0.05)；氮肥偏生產(chǎn)力除75 kg·hm-2施氮水平下顯著高于硫基復(fù)合肥和尿素外(P<0.05)，在其它兩個(gè)施氮水平下與硫基復(fù)合肥和尿素相無顯著差異(P>0.05)(表4)。

聚谷氨酸硫基復(fù)合肥處理的多花黑麥草的氮素積累量和氮肥吸收利用效率除在225 kg·hm-2施氮水平下與硫基復(fù)合肥和尿素相比無顯著差異外(P>0.05)，其余各施氮水平均顯著高于后二者(P<0.05)；氮肥偏生產(chǎn)力在150 kg·hm-2施氮水平下顯著高于硫基復(fù)合肥和尿素(P<0.05)，在其它兩個(gè)施氮水平下則無顯著差異(P>0.05)(表4)。

表4 不同肥料處理對(duì)甜高粱和多花黑麥草氮素利用率的影響Table 4 Effect of different fertilizer treatments on the nitrogen use efficiency in sweet sorghum and Italian ryegrass

Note: NAA, nitrogen accumulation amount; PEP, partial factor productivity; NRE, nitrogen recovery efficiency.

3 討論及結(jié)論

施氮可以明顯促進(jìn)作物及牧草生長(zhǎng)，尤其是葉片和分蘗生長(zhǎng)，提高作物和牧草的產(chǎn)量[12-16]。本研究結(jié)果顯示，在一定施氮范圍內(nèi)，甜高粱的葉面積、多花黑麥草的分蘗數(shù)及甜高粱和多花黑麥草的株高、干物質(zhì)產(chǎn)量均隨施氮量的增加而增加。在相同施氮水平下，與尿素和硫基復(fù)合肥相比，聚谷氨酸硫基復(fù)合肥對(duì)促進(jìn)甜高粱葉面積和多花黑麥草分蘗生長(zhǎng)，以及提高甜高粱和多花黑麥草干物質(zhì)產(chǎn)量的效果更佳。這可能與聚谷氨酸是一種陰離子氨基酸聚合體，有利于作物根系對(duì)氮素的吸收有關(guān)[17]。

適當(dāng)施肥能有效改善禾本科牧草的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，主要表現(xiàn)為葉量增加、粗蛋白含量提高、粗纖維含量降低，同時(shí)提高了牧草的適口性及消化率[2]。本研究顯示，甜高粱和多花黑麥草的粗蛋白含量隨施氮量的增加而增加，NDF和ADF含量則隨施氮量的增加而降低。在相同施氮水平下，聚谷氨酸硫基復(fù)合肥比尿素和硫基復(fù)合肥更有效地提高了甜高粱的粗蛋白含量，降低了多花黑麥草NDF含量。這可能是聚谷氨酸促進(jìn)了植物根系對(duì)氮素的吸收，延緩了植株衰老，從而提升了營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

氮素利用效率受施氮量和肥料種類的影響。一般情況下，作物的氮素利用效率隨著施氮量的增加而下降[18-20]。本研究顯示，在相同施氮水平下，與尿素和硫基復(fù)合肥相比，聚谷氨酸硫基復(fù)合肥對(duì)提高甜高粱和多花黑麥草的氮肥吸收利用效率、氮素積累量和氮肥偏生產(chǎn)力效果更好。這是因?yàn)榫酃劝彼崴鶖y帶的大量羧基和酰胺基能夠提高根際養(yǎng)分有效性，同時(shí)減少銨態(tài)氮及水分的流失[21-23]，促進(jìn)了作物對(duì)氮素的吸收并提高了氮素利用效率。

綜上所述，聚谷氨酸硫基復(fù)合肥在促進(jìn)甜高粱和多花黑麥草的生長(zhǎng)、改善牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和氮素利用率方面優(yōu)于硫基復(fù)合肥和尿素。由此可見，作為一種新型肥料，聚谷氨酸硫基復(fù)合肥在禾本科飼草生產(chǎn)上具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

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Effectofsulphur-basedγ-polyglutamicacidfertiliseronfieldperformanceofsweetsorghumandItalianryegrass

Tang Hai-yang， Feng Tao， Tong Lin-jing， Shi Li-na， Niu Xin-yi， Shen Yi-xin

(College of Agro-grassland Science，Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095, Jiangsu, China)

To evaluate the effect of sulphur-based γ-poly glutamic acid fertiliser (S-based γ-PGA fertiliser) on sweet sorghum (Sorghumbicolor) and Italian ryegrass (Loliummultiflorum), we studied their growth performance and N uptake efficiency under different N application levels in pot tests with urea and S-based fertiliser as control. The results showed that under treatment by S-based γ-PGA fertilizer, sorghum yield, crude protein content, and N uptake efficiency were better than that in the control group at N application levels of 150 and 225 kg N·ha-1. There was no difference in the growth performance of Italian ryegrass compared to that in the control, whereas the N uptake efficiency was higher than that in the control at 75 and 150 kg N·ha-1. The results suggested that S-based γ-PGA fertiliser has a better effect than that of urea and S-based fertiliser, the yield and quality of sweet sorghum and Italian ryegrass can be improved, and that the N uptake efficiency is high.

sweet sorghum; Italian ryegrass; S-based γ-PGA fertilizer; forage productivity performance; nitrogen use efficiency

Shen Yi-xin E-mail：yxshen@njau.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0627

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S543+.606.2

A

1001-0629(2017)10-2117-07

2016-12-19

2017-03-24

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃(9860001)

唐海洋(1991-)，男，寧夏銀川人，在讀碩士生，研究方向?yàn)轱暡菰耘嗯c利用。E-mail：octoceantang@163.com

沈益新(1958-)，男，江蘇無錫人，教授，博士，研究方向?yàn)轱暡菰耘嗯c利用。E-mail：yxshen@njau.edu.cn

(責(zé)任編輯 武艷培)