不同水肥處理對菊苣產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

羅彬彬，劉 洋，韋仕君,2，楊梨英，姚紅艷

(1.貴州大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550025； 2.冊亨縣草地生態(tài)畜牧業(yè)發(fā)展中心，貴州 冊亨 552200)

菊苣(Cichoriumintybus)又叫咖啡草，屬菊科(Asteraceae)菊苣屬多年生草本植物，優(yōu)良闊葉型飼草，具有適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)、再生快、營養(yǎng)豐富、適口性好、產(chǎn)草量高、用途多等優(yōu)良特性，是一個具有重要經(jīng)濟(jì)價值和開發(fā)潛力的新興優(yōu)質(zhì)飼料作物[1-2]，在作為飼草時還可以增強(qiáng)畜禽的抗病能力，提高奶牛產(chǎn)奶量及牛奶中的乳蛋白率[3-5]。菊苣富含人體必需的氨基酸，營養(yǎng)豐富，菊苣根中富含的低聚果糖能有利于人體消化系統(tǒng)的循環(huán)，可促進(jìn)雙歧桿菌快速繁殖，降低消化道疾病。而且是一種優(yōu)良的新型中藥材蔬菜，具有菜、藥兼用的開發(fā)潛力[6-9]。但是由于貴州是典型的喀斯特地區(qū)[10]，土層瘠薄，土壤保水能力弱[11]，使菊苣栽培效益明顯降低。

隨著貴州草地生態(tài)畜牧業(yè)的發(fā)展，大量國內(nèi)外菊苣優(yōu)良品種逐漸被引進(jìn)，可供農(nóng)牧民選擇的、適宜不同生態(tài)區(qū)栽培的品種逐漸增多，種植面積不斷擴(kuò)大，如將軍菊苣，其適應(yīng)性、產(chǎn)量以及品質(zhì)在高原地區(qū)的栽培效益僅次于紫花苜蓿(Medicagosativa)[12]。因此，如何通過水、肥等方面的調(diào)節(jié)來提高菊苣單位面積產(chǎn)量、質(zhì)量是目前貴州草地生態(tài)畜牧業(yè)發(fā)展過程中急需解決的問題之一。同時，水肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源，是農(nóng)作物高產(chǎn)的基本保證[13]，在不同水肥處理作用過程中可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)、疊加和拮抗作用[14-15]。目前，對小麥(Triticumaestivum)、水稻(Oryzasativa)、玉米(Zeamays)、大豆(Glycinemax)等農(nóng)作物的研究較為深入，其結(jié)果顯示，不同水肥處理對作物生產(chǎn)性能的促進(jìn)作用主要表現(xiàn)為增加植株高度、擴(kuò)大葉面積、促進(jìn)分蘗、提高光合速率等[16-17]，通過對水肥的合理調(diào)控和刈割，能夠有效地改善農(nóng)作物[18]和牧草的品質(zhì)[19]，同時改善水肥利用率[20]。另外，在影響植物葉綠素含量因素研究中發(fā)現(xiàn)，除了香草酸和苯甲酸等10多種化感物處理可以降低葉綠素含量外[21-22]，水肥情況變化也會對葉綠素含量產(chǎn)生影響[23]。

在不同水肥處理對菊苣影響的研究中，大多數(shù)是將水分或肥料作為菊苣的單一影響因素進(jìn)行研究分析，其研究表明，當(dāng)菊苣受到水分脅迫時，菊苣可溶性糖含量先升高后下降[24]，株高和生物量也會明顯降低[25]，同時生物量還受凋落物分解等因素的影響，從而抑制生物量的積累和增加[26]。在對菊苣施用不同肥料時，對其鮮草產(chǎn)量的影響大小表現(xiàn)為有機(jī)肥>磷肥>氮肥>鉀肥，并且其產(chǎn)量隨施肥量的增加而升高，當(dāng)達(dá)到一個穩(wěn)定值之后不再上升，氮肥和磷肥對菊苣草產(chǎn)量、干物質(zhì)、粗蛋白、粗灰分均有顯著影響，對粗纖維、粗脂肪含量無顯著影響[27]。另外，許留興等[28]研究表明，由于菊苣纖維含量高，水分較低，木質(zhì)化程度高，水分散失較慢等原因，在貴州無法調(diào)制菊苣青干草，鮮草不能長時間保存，因此部分牧民已開始逐漸放棄菊苣的種植。因此，為尋找貴州地區(qū)菊苣栽培的最佳水肥配比施用方案，提高菊苣栽培的綜合效益，本研究將結(jié)合不同土壤水分、N、P、K肥耦合處理對菊苣生產(chǎn)特性和品質(zhì)的影響做進(jìn)一步研究，為菊苣高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為普納菊苣(Puna)，由貴州省草業(yè)科學(xué)研究所提供，肥料(尿素，總氮≥46%；鈣鎂磷肥，P2O5≥12%；硫酸鉀，K2O≥50%)由貴州赤天化股份有限公司提供。

1.2 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黔中腹地的花溪區(qū)(106°27′-106°52′ E， 26°11′-26°34′ N，平均海拔1 140 m)，該區(qū)是貴陽市的一個縣級區(qū)，全區(qū)地貌以山地和丘陵為主，氣候具有高原季風(fēng)濕潤氣候的特點(diǎn)，年均溫為14.9 ℃，無霜期平均246 d，年降水量1 178.3 mm，空氣優(yōu)良天數(shù)341 d，土地總面積95 760 hm2，耕地面積11 849 hm2。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

本試驗(yàn)于2017年3-6月在貴州大學(xué)草業(yè)科學(xué)系試驗(yàn)農(nóng)場(土壤全氮含量0.23%、堿解氮含量11.39 mg·kg-1、速效磷含量19.55 mg·kg-1、速效鉀含量237.9 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)含量11.6 g·kg-1、pH 7.74、水分27.4%)進(jìn)行。試驗(yàn)采用土壤水分含量(W)、氮肥(N)、磷肥(P)、鉀肥(K)4因素3水平正交試驗(yàn)設(shè)計，選用L9(34)正交設(shè)計表，每個處理3次重復(fù)，每個重復(fù)樣區(qū)面積2 m2，移栽20株長勢相似的菊苣幼苗，最后隨機(jī)選取4株作為試驗(yàn)對象。各處理水平梯度設(shè)計如表1所列，不同水肥處理正交設(shè)計如表2所列。

表1 不同因素及水平梯度Table 1 Different factors and horizontal gradients

W, soil water; similarly for the following tables.

表2 土壤水分、N、P、K 4因素3水平正交設(shè)計表Table 2 Soil water， N，P，K four factors three horizontal orthogonal design table

表中CK處理的“0”代表沒有經(jīng)過任何處理，即W為0是表示保持土壤本身的原來狀態(tài)，不灌水也不排水；N、P、K為0則表示沒有添加任何肥料。在試驗(yàn)過程中土壤水分控制用“北京澳作生態(tài)儀器有限公司”提供的“水分儀手持表”進(jìn)行早中晚定時監(jiān)測控制。

The “0” in the CK treatment in the table indicates that no treatment has been performed, ie, W=0 indicates that the original state of the soil itself is maintained, and no irrigation or drainage is performed; N, P, and K values of 0 indicate that no fertilizer has been added. In the process of testing, the soil moisture was controlled by the “moisture meter hand-held meter” provided by “Beijing Aozuo Ecological Instrument Co., Ltd.” for early, middle and late time monitoring and control.

1.4 指標(biāo)測定方法

株高：在試驗(yàn)區(qū)選取長勢一致的4株菊苣進(jìn)行標(biāo)記，然后用卷尺直接測量從地面到最高處高度取平均值。單株鮮草產(chǎn)量：刈割測試株高時標(biāo)記的4株菊苣進(jìn)行稱重取其平均值即第1茬單株鮮草產(chǎn)量，原計劃每年刈割5茬?？扇苄蕴牵狠焱壬?。葉綠素含量：有機(jī)溶劑混合液浸提法。粗蛋白：用凱氏法測定試樣中的含氮量，然后乘以系數(shù)6.25得到粗蛋白含量，具體步驟參照GB/T6432-94《飼料中粗蛋白測定方法》。粗脂肪：用索氏提取法提取，具體步驟參照GB/T6433-2006《飼料中粗脂肪測定方法》。粗灰分：灼燒法檢測粗灰分含量，具體步驟參照GB/T6438-2007《飼料中粗灰分測定方法》。粗纖維：用酸堿消煮法提取粗纖維含量，具體步驟參照GB/T6434-2006《飼料中粗纖維的測定-過濾法》。干物質(zhì)：烘箱烘干法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計并制作圖表，采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行差異顯著性分析(LSD法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥處理對菊苣生產(chǎn)性能的影響

菊苣經(jīng)過不同水肥處理后，株高和鮮草產(chǎn)量相對于CK均得到明顯改善(圖1)，并且經(jīng)過T8處理的株高和單株鮮草產(chǎn)量均達(dá)到最大值，分別是44.56 cm和399.34 g，其中鮮草產(chǎn)量是CK的4倍，株高是CK的1.5倍；其次是T7處理，株高和鮮草產(chǎn)量分別是40.97 cm和380.32 g；最低的是CK處理，株高和鮮草產(chǎn)量分別是29.68 cm和95.78 g。而不同水肥處理之間，T3處理的株高和鮮草產(chǎn)量也相對較低，分別是35.7 cm、158.55 g，并且鮮草產(chǎn)量顯著低于除CK之外的其他處理(P<0.05)。同時，由極差分析可知，菊苣株高和鮮草產(chǎn)量的最優(yōu)水肥組合分別為W3N2P3K2和W3N2P1K2(表3)。

2.2 不同水肥處理對菊苣品質(zhì)的影響

2.2.1不同水肥處理對菊苣可溶性糖含量及葉綠素含量的影響 適宜水肥條件下可有效提高菊苣可溶性糖、葉綠素a和葉綠素b的含量。不同水肥處理之間，T4處理對菊苣可溶性含糖量影響最大(圖2)，且達(dá)到最大值(7.4 mg·g-1)，顯著高于其他任何處理(P<0.05)；葉綠素a和葉綠素b含量均在T2處理時達(dá)到最大值，分別是28.4和11.5 mg·g-1，T6處理次之，分別是22.7和9.4 mg·g-1，在處理T4時葉綠素a含量最小(17.9 mg·g-1)，在CK處理時葉綠素b含量分別最小(3.9 mg·g-1)；經(jīng)不同水肥處理后各處理葉綠素a含量均大于葉綠素b，且葉綠素b含量相對于CK均有顯著提高，T1、T4、T7、T8處理間均無顯著性差異；另外，葉綠素a在T1、T4、T8處理時含量值相對較低，T1與T8間無差異，T1、T8顯著高于T4。同時，通過極差分析可知，菊苣可溶性含糖量、葉綠素a和葉綠素b最優(yōu)水肥組合分別為W2N1P2K3、W1N3P2K2和W1N3P2K2(表4)。

圖1 不同水肥處理對菊苣生產(chǎn)性能的影響Fig. 1 Effect of different water and fertilizer treatments on Cichorium intybus production performance

同指標(biāo)數(shù)據(jù)上不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Different lowercase letters indicate significant difference between different theatments at the 0.05 level; similarly for the following figures.

表3 菊苣生產(chǎn)性能極差分析Table 3 Production performance analysis table

Ki表示第i因素各試驗(yàn)水平指標(biāo)值的和，ki表示第i因素各試驗(yàn)水平指標(biāo)值和平均值，下同。

Kiis the sum of the values of the test level of thei-th factor, andkiis the mean value of the sum of the test index values of thei-th factor; similarly for the following tables.

2.2.2不同水肥處理對菊苣營養(yǎng)成分含量的影響 通過各種不同水肥處理后菊苣粗蛋白含量均提高，各水肥處理與對照之間差異顯著(P<0.05)(圖3)，CK處理的粗蛋白含量最低(125 g·kg-1)，在處理T5時達(dá)到最大值(294.1 g·kg-1)，而相比CK處理，粗蛋白含量提高一倍多；另外，粗蛋白含量在處理T1與T2、T8間無顯著差異，T2與T8間差異顯著。水肥條件的改變對菊苣粗纖維含量也表現(xiàn)出不同的影響，與CK(385 g·kg-1)相比較，除T1、T8處理菊苣粗纖維含量降低，處理T6無顯著變化以外，其余處理均顯著增加，且在T5處理時達(dá)到最大值(509 g·kg-1)，T8處理粗纖維含量最低，為331 g·kg-1，相比CK處理下降了14%，T2與T7間無顯著差異。經(jīng)過不同水肥處理后，菊苣粗脂肪含量除T1處理與CK處理無差異外，其余處理均顯著提高了其粗脂肪含量，并在處理T6時含量達(dá)到最大，為38.7 g·kg-1，相比CK處理(12.9 g·kg-1)提高了2倍，在T1處理時粗脂肪含量最低(12.2 g·kg-1)，T2、T3處理間無顯著差異，T4、T5處理間無顯著差異，T8、T9處理間無顯著差異。不同水肥處理后，菊苣粗灰分含量也表現(xiàn)出不同的變化，T5、T7、T8、T9處理后粗灰分含量均顯著高于CK處理，且在T8處理時達(dá)到最大值，為194.9 g·kg-1，比CK處理(168.7 g·kg-1)顯著提高了15.5%；T2、T6處理后與CK無顯著差異，T1、T3、T4處理顯著降低了菊苣粗灰分含量，且在T3處理時降低到最低值，為151.8 g·kg-1，比CK處理顯著降低了10%。不同水肥處理后均顯著降低了菊苣干物質(zhì)含量，在T8處理時降到最低，為82.4 g·kg-1，相比CK處理(136.7 g·kg-1)降低了39.7%。另外，極差分析得出，菊苣粗蛋白、粗纖維、粗脂肪、粗灰分和干物質(zhì)含量最優(yōu)水肥組合為W1N2P3K1、W3N2P1K2、W1N3P3K2、W3N2P1K2和W1N3P3K1(表4)。

圖2 不同水肥處理對菊苣可溶性含糖量及葉綠素含量的影響Fig. 2 Effect of different fertilizer and water treatments on soluble sugar content and chlorophyll content of Cichorium intybus

圖3 不同水肥對菊苣營養(yǎng)成分含量的影響Fig. 3 Effect of different water and fertilizer treatments on the nutritional components of Cichorium intybus

3 討論

3.1 不同水肥與株高和鮮草產(chǎn)量的相互關(guān)系

水分的極差值R最大時，對菊苣株高和鮮草產(chǎn)量的影響最大(表3)，該結(jié)果與范志東[29]對苜蓿不同水肥耦合研究結(jié)果相符，因此水分是影響株高和鮮草產(chǎn)量的主要因素。另外，單一的水肥條件可能對菊苣株高和產(chǎn)量的增加效果不明顯，但合理的水肥配施顯著提高了菊苣鮮草產(chǎn)量，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是水、氮、磷、鉀肥的配合施肥較好的平衡了土壤中菊苣所需養(yǎng)分，而這些肥料均可影響菊苣對其他養(yǎng)分的吸收，產(chǎn)生間接效應(yīng)，從而使菊苣產(chǎn)量顯著提高。

3.2 不同水肥與菊苣品質(zhì)的相互關(guān)系

可溶性糖是植物重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和防脫水劑，與植物的抗逆性密切相關(guān)，可溶性糖含量的增加有利于提高菊苣的抗寒性能。在研究影響菊苣可溶性含糖量、葉綠素a和葉綠素b含量的4個因素中，其極差值最大的因素分別是土壤水分、氮肥、氮肥，即對菊苣可溶性含糖量影響最大的是土壤水分，對葉綠素a和葉綠素b影響最大的是氮肥，葉綠素隨氮肥的增施呈上升趨勢(表4)，與杜金鴻[30]水氮互作影響的研究結(jié)果一致。另外蓮座期是菊苣各項(xiàng)營養(yǎng)指標(biāo)最佳時期，經(jīng)過各水肥條件處理后粗蛋白含量均得到提高，且其含量隨著N肥和P肥用量的增加而升高，隨著灌水量的增加而降低，這一結(jié)果與文霞[31]的研究結(jié)果一致，適當(dāng)增施氮肥和磷肥有利于蛋白質(zhì)的積累[32]，與趙云等[32]研究結(jié)果一致，同時提高土壤含水量可降低菊苣粗纖維的含量，與文霞研究結(jié)果一致[31]，與賈珺等[33]研究結(jié)果不一致，分析其原因可能是地區(qū)光照、氣候、土壤或水分控制等差異所致。鉀肥對粗脂肪、水肥對粗灰分等影響與紫花苜蓿[34]和敖漢苜蓿[35]研究結(jié)果一致。

表4 菊苣營養(yǎng)品質(zhì)極差分析Table 4 Quality analysis table

4 結(jié)論

本研究對菊苣合理的水肥條件進(jìn)行了探索，得出如下結(jié)論：1)在產(chǎn)量方面，各種水肥處理均顯著提高了菊苣鮮草產(chǎn)量，年產(chǎn)量在7.93×104～1.997×105kg·hm-2，且在40%土壤含水量、500 kg·hm-2氮肥、300 kg·hm-2磷肥、200 kg·hm-2鉀肥的水肥條件下達(dá)到最大值(1.997×105kg·hm-2)；不同水肥處理后，菊苣產(chǎn)量相比無任何處理對照(4.97×104kg·hm-2)提高了60%～300%；2)在菊苣品質(zhì)方面，經(jīng)過不同水肥處理后菊苣粗蛋白含量均顯著提高，在30%土壤含水量、500 kg·hm-2氮肥、600 kg·hm-2磷肥、100 kg·hm-2鉀肥的水肥條件下達(dá)到最高值(294.1 g·kg-1)，相比對照其含量提高了一倍多。本研究結(jié)果為貴州地區(qū)高產(chǎn)量、高蛋白的菊苣牧草生產(chǎn)提供了指導(dǎo)意義，為貴州地區(qū)畜牧業(yè)的快速發(fā)展提供了飼草保障。

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