干旱條件下微肥對羊草生長的影響

董曉兵，郭秀芳，2，楊偉光，2，3，張慶分，2，劉 輝，劉大偉，楊光悅，齊冬梅，劉公社

(1.中國科學院植物研究所，北京 100093；2.中國科學院大學，北京 100049；3.黑龍江省畜牧研究所，齊齊哈爾 161005；4.新疆絲路草業(yè)(集團)有限公司，烏魯木齊 830000；5.西咸新區(qū)涇河新城管委會，西安 713700)

羊草(Leymus chinensis)是賴草屬多年生根莖型牧草，廣泛分布于歐亞草原區(qū)東部，其作為經(jīng)濟和生態(tài)兼顧的優(yōu)良禾草在改善我國草原生態(tài)環(huán)境和治理荒漠化土地方面占有重要地位[1-2].目前內蒙古、新疆、黑龍江等地紛紛開始大面積建植人工羊草草地，2016年新增羊草面積近11.3萬hm2，隨著羊草草地建植面積的不斷擴大，如何提高草產(chǎn)量和質量、促進牧草產(chǎn)業(yè)化發(fā)展值得深入研究.

草地合理施肥是提高牧草生物量和品質、加速退化草地恢復重建的關鍵措施[3]，多數(shù)研究者將注意力集中在大量元素肥料[4-6]，而忽視了微量元素肥料.然而優(yōu)質牧草產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)過程遇到的重大、關鍵性的問題之一就是牧草的微量元素施肥嚴重缺乏[7].

微量元素是生物體內多種酶的組成成分，有很強的專一性，對植物生長起促進作用.草地缺乏微量元素會影響牧草的產(chǎn)量和質量，進而影響家畜的營養(yǎng)狀況與生長發(fā)育.目前，微量元素肥料在糧食作物、果樹生產(chǎn)上應用的比較多，但在牧草應用上報道較少[8-9].已有研究表明，微量元素肥料對紫花苜蓿實現(xiàn)高產(chǎn)是非常必要的[10-11]，灌溉情況下微肥對羊草生長影響的研究也已開展[5].試驗證明合理施用微肥有顯著增產(chǎn)作用，用量少，見效快，具有顯著經(jīng)濟效益[12].

新疆地區(qū)水資源緊缺，大面積土地由于缺乏灌溉條件而得不到充分灌溉，致使肥料的利用、草地的生產(chǎn)潛力不能有效發(fā)揮.因此，如何在此干旱地區(qū)自然降雨條件下提高羊草人工草地產(chǎn)草量，對新疆的牧草產(chǎn)業(yè)及畜牧業(yè)具有重要現(xiàn)實意義.本研究以中科1號人工羊草地為材料，在施入適量氮磷肥的基礎上研究干旱地區(qū)自然降雨條件下微肥對羊草干草產(chǎn)量、種子產(chǎn)量及粗蛋白含量的影響，為同類地區(qū)羊草生產(chǎn)提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)自然概況

試驗地位于新疆奎屯市開干齊鄉(xiāng)(44°27′N，85°01′E)，海拔 490 m，屬大陸性干旱氣候，年均溫7.1℃，≥10℃的積溫平均3599℃，全年日照時數(shù)2697.6 h，無霜期160～180 d.年均降水量182 mm，蒸發(fā)量1710 mm.2017年5月～6月降雨量為80.1 mm，其中5月份降雨55.1 mm，6月份降雨25 mm.

1.2 試驗材料

選用三年生中科1號羊草(Leymus chinensis.Var.‘Zhongke No.1’)草地為研究對象.試驗地于2015年5月20日播種，播種量22.5 kg/hm2；2016年3月下旬返青，返青率為98%，5月中旬進入孕穗期，6月下旬種子成熟.供試土壤為棕漠土，施肥前有機質含量為2.14%，速效N含量為62 mg/kg，速效P含量為20.1 mg/kg，速效 K 含量為133 mg/kg，pH 值 8.94，含鹽量6.49‰；屬于低氮、中磷、中鉀的硫酸鈉型鹽堿地.

1.3 研究方法

1.3.1 試驗設計

試驗設6個施肥處理，以單施氮磷肥為對照，微量元素設置5個處理，F(xiàn)eSO4·7H2O(37.5 kg/hm2)、MnSO4(15 kg/hm2)、ZnSO4·7H2O(75 kg/hm2)、Na2B4O7·10H2O(112.5 kg/hm2)、(NH4)2MoO4(3 kg/hm2)，用 Fe、Mn、Zn、B、Mo 表示，160 kg N/hm2、150 kg P2O5/hm2作為肥底，肥料均選用分析純.所有處理均3次重復，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積30 m2(5 m×6 m)，行距2 m；所有肥料混勻后在羊草拔節(jié)期(2017年5月3日)撒施方式施入.

1.3.2 樣品采集及分析

2017年6月28日羊草種子成熟時，每小區(qū)隨機選取1 m×1 m的樣方，測量株高、葉高、葉數(shù)、葉長、葉寬、穗數(shù)、穗長、小穗數(shù)、每小穗小花數(shù)[13].試驗以收獲種子為主要目的，因此樣方收割后先剪掉穗子計算種子產(chǎn)量，然后將副產(chǎn)品莖葉自然風干計算干草產(chǎn)草量，收獲穗子后的樣品殺青、粉碎，凱氏定氮法測粗蛋白含量.

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用 Microsoft Excel 2007作圖，SPSS 17.0進行肥料對草產(chǎn)量、種子產(chǎn)量的顯著性分析.

2 結果與分析

2.1 微肥對羊草營養(yǎng)生長及干草產(chǎn)量的影響

2.1.1 微肥對羊草株高和葉高的影響

通過調查羊草的株高和葉高，發(fā)現(xiàn)施用氮磷肥羊草株高、葉高分別為93 cm、65.7 cm，微肥影響羊草株高、葉高，差異未達顯著水平(圖1).Fe、Mn處理羊草株高均為100 cm，高出對照7.5%；Fe處理羊草葉高為71.7 cm，高出對照9.1%.整體而言施用微肥株高都有所增加，增加幅度在1% ～7.5%之間；微肥對葉高的影響程度較株高小，其中施用Zn、B肥葉高反而降低.

圖1 微肥對羊草株高和葉高的影響Fig.1 Effects of trace element fertilizer on the plant height and leaf height

2.1.2 微肥對羊草葉部性狀的影響

各處理羊草葉片的生長情況見表1.不施肥情況下羊草葉長為26.3 cm，施用氮磷肥后葉長稍有增加，增幅1.5%；施用 Fe、Mn肥葉長較 CK分別增加4.9%、13.5%，增加幅度高于氮磷肥；施用Zn、B、Mo肥對葉長的影響不顯著.不施肥情況下葉寬為0.5 cm，葉數(shù)為5片，施用氮磷肥后葉寬增加到0.7 cm，葉數(shù)增加到6片，兩者增幅明顯；在氮磷肥基礎上配施微肥，葉寬不再變化，而葉數(shù)除了Fe肥以外其余微肥施用增加了1片；說明羊草葉寬和葉數(shù)的增加以氮磷肥為主，微肥起次要作用.

表1 微肥對羊草葉部性狀的影響Table 1 Effects of trace element fertilizer on leaf traits

2.1.3 微肥對羊草干草產(chǎn)量的影響

微肥顯著提高羊草干草產(chǎn)量，各微肥種類間差異顯著(P＜0.05)(圖2).不施肥處理干草產(chǎn)量為4733 kg/hm2，單施氮磷肥處理(CK)干草產(chǎn)量為5367 kg/hm2，增產(chǎn)13.4%.以氮磷肥為基礎施用B、Fe肥干草產(chǎn)量最高，分別較CK增產(chǎn)11.8%、11.2%；硼能促進作物根系生長，對碳水化合物的合成與轉運有重要作用.微肥的增產(chǎn)順序為B＞Fe＞Mn＞Mo＞Zn，相鄰微肥處理增產(chǎn)效果差異不顯著，較CK均達到顯著差異水平.氮磷肥對提高干草產(chǎn)量來說起主導作用，在氮磷肥基礎上增施微肥效果顯著，微肥可有效促進干草產(chǎn)量的增加.

圖2 微肥對羊草干草產(chǎn)量的影響Fig.2 Effects of trace element fertilizer on hay yield

2.2 微肥對羊草種子產(chǎn)量及生殖生長的影響

2.2.1 微肥對羊草穗部性狀的影響

微肥對穗長和穗數(shù)的影響達到顯著水平(表2).不施肥條件下穗數(shù)為357個/m2、穗長為17.3 cm、每小穗小花數(shù)為5個、小穗數(shù)為18.7個，施氮磷肥顯著提高羊草穗數(shù)、穗長、每小穗小花數(shù)、小穗數(shù)，較不施肥處理分別增加8.4%、21.4%、40%、19.3%.微肥促進羊草穗部性狀的生長，穗數(shù)、穗長、小穗數(shù)都有不同程度的增加.B肥效果較好，較CK穗數(shù)增加8.5%、穗長增加28.6%；每小穗小花數(shù)施肥處理間差異不顯著，但較不施肥處理均有所增加；施用Mo肥小穗數(shù)最高，較CK增加16.6%.

表2 微肥對羊草穗部性狀的影響Table 2 Effects of trace element fertilizer on ear traits

2.2.2 微肥對羊草種子產(chǎn)量的影響

不施肥情況下羊草種子產(chǎn)量為357 kg/hm2，施用氮磷肥種子產(chǎn)量增加到377 kg/hm2；在適量氮磷肥基礎上增施微肥，種子產(chǎn)量升高，差異顯著(P＜0.05)(圖3).施用 Fe、B肥時種子產(chǎn)量為443 kg/hm2、441 kg/hm2，較對照高出 17.5%.施用 Mn、Zn、Mo 肥對種子產(chǎn)量的增產(chǎn)影響不顯著.

2.3 微肥對羊草粗蛋白含量的影響

粗蛋白質含量的高低是評價羊草品質優(yōu)良的一個重要指標.不施肥條件下羊草粗蛋白含量為5.95%，施用氮磷肥粗蛋白含量增加到9.48%.在氮磷肥基礎上增施微肥，粗蛋白含量繼續(xù)增加，增幅達顯著水平(圖4)；其中Fe、Mo肥增加幅度最大，較CK分別增加4.52個百分點和3.14個百分點.而施入B后粗蛋白含量下降.

圖3 微肥對羊草種子產(chǎn)量的影響Fig.3 Effects of trace element fertilizer on seed yield

圖4 微肥對羊草粗蛋白含量的影響Fig.4 Effects of trace element fertilizer on crude protein content

3 討論與結論

3.1 微肥對羊草營養(yǎng)生長的影響

施用微肥株高和葉高有所增加，但差異不顯著，對葉高的影響程度較株高小；董曉兵(2015)開展的類似研究發(fā)現(xiàn)微肥對羊草株高影響效果不顯著，與本研究在干旱條件下的結果一致；而程渡(2004)等研究發(fā)現(xiàn)微肥可以促進羊草株高增加，提高羊草產(chǎn)草量.Fe是植物中一些重要氧化還原酶的組分，且對葉綠體結構的形成至關重要；施用Fe、Mn肥葉長增加效果顯著，可能是因為Fe、Mn是葉綠素構成重要元素，能夠提高光合效率，從而促進營養(yǎng)生長[13]，施用Zn、B、Mo肥對葉長影響不顯著.

氮磷肥是羊草生長的必需營養(yǎng)元素，氮磷肥配施增加羊草產(chǎn)草量[4]，與本研究結果相同.在氮磷肥基礎上增施微肥顯著提高羊草干草產(chǎn)量，微肥的增產(chǎn)順序為:B＞Fe＞Mn＞Mo＞Zn，其中B肥較對照增產(chǎn)11.8%，而董曉兵(2015)在灌溉條件下研究發(fā)現(xiàn)B肥對干草產(chǎn)量增產(chǎn)30%以上；灌溉條件有利于羊草對微肥的吸收，增產(chǎn)效果更顯著.Brouwer和Osborn(1999)研究發(fā)現(xiàn)微量元素在苜蓿體內含量雖然很少，但在新陳代謝過程中起著轉運物質和交換能量的作用，對苜蓿的產(chǎn)量影響顯著.

3.2 微肥對羊草生殖生長的影響

微肥對植物的生殖生長具有重要的調控作用，微肥影響羊草穗部指標，施用B肥顯著增加羊草穗數(shù)和穗長，施用Mo肥小穗數(shù)最多.可能是因為各個元素在羊草中所起作用不同.B與花粉形成、花粉管萌發(fā)和受精有密切關系.Mo是植物體內黃嘌呤氧化酶及硝酸還原酶的組成成分，可以促進植物體內氮代謝.Zn除了與生長素有關之外，還是其它酶類的輔酶；有促進細胞色素C合成作用.

微肥提高羊草種子產(chǎn)量和穗部指標，不同微肥種類間差異顯著.施用Fe、B肥時種子產(chǎn)量增產(chǎn)幅度較大，施用Mn、Zn肥對種子產(chǎn)量的增產(chǎn)不顯著.本研究發(fā)現(xiàn)施用B肥增產(chǎn)17.5%、施用Mo肥增產(chǎn)14.6%，劉公社(2015)等研究發(fā)現(xiàn)灌溉條件下微肥可有效增加羊草穗長、小穗數(shù)和穗粒數(shù)，提高種子產(chǎn)量，其中B肥增產(chǎn)10.9%，Mo肥增產(chǎn)16.1%；不同微肥對種子產(chǎn)量增產(chǎn)幅度差異較大，但整體而言灌溉和非灌溉條件下種子增產(chǎn)幅度在10%～18%之間.

3.3 微肥對羊草粗蛋白含量的影響

在氮磷肥基礎上增施 Fe、Mn、Zn、Mo肥，粗蛋白含量顯著增加，胡華鋒[18]研究發(fā)現(xiàn)紫花苜蓿噴施微肥后，其粗蛋白質含量有所提高，微肥效果一致.本研究發(fā)現(xiàn)施用Fe、Mo肥粗蛋白含增加效果顯著，而施入B后粗蛋白含量下降，董曉兵(2015)在羊草上施用B肥也發(fā)現(xiàn)粗蛋白含量下降的現(xiàn)象，可能是由于施入B后種子產(chǎn)量和干草產(chǎn)量大幅度提高造成的.

無論灌溉或非灌溉條件，微肥都可增產(chǎn)羊草干草產(chǎn)量和種子產(chǎn)量，灌溉條件下干草產(chǎn)量增幅大于非灌溉條件，而種子產(chǎn)量在兩種模式下增產(chǎn)幅度相當.總之，干旱區(qū)自然降雨條件下微量元素肥料宏觀上可以增加羊草的生物量，微觀上則可以提高羊草的粗蛋白含量，增產(chǎn)規(guī)律與前人研究結果一致.不同的微量元素在植物中扮演的角色不同，但都至關重要，缺一不可，微肥可以通過促進其光合作用，加速氮代謝，進而促進羊草營養(yǎng)生長和生殖生長，具體機制還有待進一步研究.

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