刈割和施肥對(duì)熱研4號(hào)王草生物量影響初報(bào)

曹啟民，張永北，王 博，覃姜薇，王貴珍

（海南省農(nóng)墾科學(xué)院，海南 ?？?570206）

能源植物被認(rèn)為是最有發(fā)展?jié)摿Φ纳镔|(zhì)能源之一，近幾年來發(fā)展迅速。草本植物由于具有高太陽能轉(zhuǎn)化和水分利用效率，以及高生物質(zhì)產(chǎn)量、高適應(yīng)性、強(qiáng)抗逆能力、環(huán)境友好而成為重要的能源植物被開發(fā)利用［1-2］。國內(nèi)外對(duì)能源草的研究主要集中于能源草的種質(zhì)資源開發(fā)、栽培管理、能效評(píng)估、生物能源轉(zhuǎn)化技術(shù)等方面［3-7］。研究表明，可作為能源草開發(fā)的資源約 164 種，涉及 33 個(gè)科。其中禾本科最多，共 59 種，多為富含碳水化合物的多年生能源草［8-9］。李高楊等［10］探討了優(yōu)質(zhì)能源植物的篩選及評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)果表明，熱研4號(hào)王草（Pennisetum purpureum Rich.×P.americana King grass cv.Reyan No.4）是最適宜生產(chǎn)清潔生物質(zhì)能源的能源草之一。熱研4號(hào)王草是禾本科狼尾草屬高稈多年生草本植物，原產(chǎn)于熱帶非洲，是象草（P.purpureum）和美洲狼尾草（P.americanum）的雜交種，以優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)而著稱，具有強(qiáng)光合作用，利用年限長，再生能力、適應(yīng)性和抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)，被譽(yù)為“草中之王”［11］。研究表明，刈割時(shí)間與施肥等農(nóng)業(yè)措施對(duì)能源草的生長、產(chǎn)量、品質(zhì)和用途等方面的指標(biāo)均具重要影響［12-16］。迄今國內(nèi)外有關(guān)刈割時(shí)間對(duì)單位面積上熱研4號(hào)王草生物質(zhì)產(chǎn)量的報(bào)道很少。因此，本研究通過探討刈割和施肥對(duì)熱研4號(hào)王草生長和產(chǎn)量的影響，進(jìn)而確定最佳的施肥量、刈割時(shí)間和刈割頻率，旨在提高熱研4號(hào)王草增產(chǎn)以及高效利用的潛力，從而為熱帶地區(qū)熱研4號(hào)王草高效生產(chǎn)和利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于海南省澄邁縣白蓮鎮(zhèn)境內(nèi)，地處低緯度熱帶北緣，屬于熱帶海洋性季風(fēng)氣候，春季溫暖少雨多旱，夏季高溫多雨，秋季多臺(tái)風(fēng)暴雨。全年日照時(shí)間長，輻射能量大，年平均日照時(shí)數(shù)2 000 h以上。年平均氣溫24.3℃，最高平均氣溫28℃左右，最低平均氣溫18℃左右；極端氣溫為最高39.7℃，最低2.7℃。年平均降水量1 668 mm，年平均蒸發(fā)量1 835 mm，平均相對(duì)濕度為84%。常年風(fēng)向以東南風(fēng)和東北風(fēng)為主，年平均風(fēng)速3.3 m/s。試驗(yàn)地土壤為玄武巖發(fā)育的磚紅壤，土壤基本理化性質(zhì)如下：有機(jī)質(zhì)22.63 g/kg、速效氮46.07 mg/kg、速效磷23.27 mg/kg、速效鉀155.33 mg/kg，pH值5.2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料為熱研4號(hào)王草，購于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院。試驗(yàn)肥料復(fù)合肥（N∶P∶K=9∶5∶6），購自于海南邦禾益生園生物科技有限公司。

試驗(yàn)按隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定刈割時(shí)間和施肥2個(gè)因素，刈割時(shí)間設(shè)5個(gè)水平，分別為20、30、40、50、60 d；施肥設(shè)3個(gè)水平，分別為1 563、3 127、4 690 kg/hm2。以不刈割不施肥為對(duì)照，每個(gè)處理3次重復(fù)，共20個(gè)處理，60個(gè)小區(qū)，小區(qū)長4.8 m、寬4 m，面積19.2 m2，小區(qū)種植密度株行距均為80 cm。小區(qū)間隔3 m，區(qū)組間隔6 m，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)施肥第1次每處理同時(shí)施肥，以后每次刈割后施肥同第1次，留茬高度15 cm。

試驗(yàn)時(shí)間為2015年6月27日至8月26日，60 d。刈割間隔20 d的處理可刈割3次，刈割間隔30 d的處理可刈割2次，其他刈割間隔處理各刈割1次。分別測定每小區(qū)的鮮草質(zhì)量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用MS Excel 2007、SPSS 19.0等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用 t 測驗(yàn)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 相同刈割時(shí)間不同刈割次數(shù)對(duì)鮮草生物量的影響

由圖1A可知，刈割時(shí)間為20 d，刈割3次的熱研4號(hào)王草在第2次刈割時(shí)生物量最大，最大值為施肥量1 563 kg/hm2時(shí)的41 340.10 kg/hm2，且與施肥量是3 127、4 690 kg/hm2處理的各次刈割生物量差異顯著，但與對(duì)照差異不顯著。第1次刈割與第3次刈割，鮮草生物量在不同施肥量之間差異不顯著，與對(duì)照差異也不顯著。表明刈割時(shí)間為20 d，3次刈割熱研4號(hào)王草生物量在夏季60 d的生長周期內(nèi)，第2次刈割生物量最大，且不受施肥量影響。

從圖1B可以看出，刈割時(shí)間為30 d，刈割2次的熱研4號(hào)王草，不同施肥量處理第1次刈割鮮草生物量均多于第2次，除施肥量為3 127 kg/hm2的處理外，且均與第2次差異顯著，表明刈割時(shí)間為30 d，2次刈割熱研4號(hào)王草第1次刈割生物量較大，且不受施肥量的影響。這與刈割時(shí)間為20 d，刈割3次的處理相似。刈割時(shí)間為30 d，第1次刈割正是刈割時(shí)間為20 d處理的第1次刈割后第10 d，這段時(shí)間正處于降雨階段，因此，與刈割時(shí)間為20 d處理的第2次刈割生物量最大類似，降雨導(dǎo)致了第1次刈割鮮草生物量較第2次刈割大。但這需要進(jìn)一步深入研究證實(shí)。

圖1 刈割時(shí)間為20 d、刈割3次（A）與刈割時(shí)間為30 d、刈割2次（B）的鮮草生物量比較

2.2 相同施肥量不同刈割時(shí)間對(duì)單次刈割鮮草生物量的影響

由圖2可知，施肥量相同但刈割時(shí)間不同，鮮草生物量不同。隨著刈割時(shí)間的增加，施肥量為1 563 kg/hm2各處理鮮草生物量逐步增加，刈割時(shí)間為60 d的鮮草生物量最大、達(dá)111 514.06 kg/hm2，最少的是刈割時(shí)間為20 d的鮮草生物量、為21 555.91 kg/hm2，且兩者差異顯著，但刈割時(shí)間為20 d，與刈割時(shí)間為30、40 d的鮮草生物差異不顯著，與刈割時(shí)間為50 d的差異顯著（圖2A）。施肥量為3 127、4 690 kg/hm2處理表現(xiàn)出與施肥量為1 563 kg/hm2處理相似的規(guī)律，最大和最小鮮草生物量分別是刈割時(shí)間為60 d與刈割時(shí)間為20 d的處理，但不同的是施肥量為3 127、4 690 kg/hm2處理刈割時(shí)間為30、40 d之間鮮草生物量差異顯著（圖2B），施肥量為4 690 kg/hm2處理刈割時(shí)間為20、30、40 d三者之間鮮草生物量差異顯著（圖2C）。3種不同施肥量處理間共同特點(diǎn)就是刈割時(shí)間為50 d和60 d之間鮮草生物量差異不顯著，而與其他各處理差異顯著。表明熱研4號(hào)王草在夏季60 d的生長周期內(nèi)，刈割時(shí)間數(shù)值越高、刈割次數(shù)越低，鮮草生物量就越大 。

圖2 施肥量與刈割時(shí)間對(duì)單次刈割鮮草生物量的影響

2.3 施肥量、刈割時(shí)間以及刈割次數(shù)對(duì)鮮草總生物量的影響

從圖3可以看出，施肥量為1 563 kg/hm2的處理，刈割時(shí)間為40 d的鮮草總生物量最小、僅為43 077.08 kg/hm2，且與其他不同刈割時(shí)間鮮草總生物量差異顯著（圖3A）；施肥量為3 127 kg/hm2的處理，刈割時(shí)間為40 d的鮮草總生物量最小、為51 761.98 kg/hm2，但與刈割時(shí)間為20 d的鮮草總生物量差異不顯著，與其他不同刈割時(shí)間鮮草總生物量差異顯著（圖3B）；施肥量為4 690 kg/hm2的處理，刈割時(shí)間為20 d的鮮草總生物量最小、僅為39 186.25 kg/hm2，且與其他不同刈割時(shí)間鮮草總生物量差異顯著（圖3C）；鮮草總生物量最大和最小的均是施肥量為4 690 kg/hm2的處理，最大總生物量是刈割時(shí)間為60 d的113 077.34 kg/hm2，最小生物量是刈割時(shí)間為20 d的39 186.25 kg/hm2。表明夏季生長的熱研4號(hào)王草，60 d的生長周期內(nèi)，施用復(fù)合肥（N∶P∶K=9∶5∶6）4 690 kg/hm2，60 d后刈割，可以獲得最大的鮮草生物量。

圖3 施肥量與刈割時(shí)間和刈割次數(shù)對(duì)鮮草總生物量的影響

2.4 不同施肥量對(duì)刈割時(shí)間為40、50、60 d的鮮草總生物量的影響

從圖4可以看出，在刈割時(shí)間為40 d、施肥量為4 690 kg/hm2時(shí)，鮮草總生物量比施肥量為1 563 kg/hm2的處理顯著增加。在刈割時(shí)間為50 d和60 d時(shí)，隨著施肥量的增加，產(chǎn)量并無差異。

圖4 不同施肥量對(duì)刈割時(shí)間為40、50、60 d的鮮草總生物量的影響

3 結(jié)論與討論

本研究主要為了能在短時(shí)間內(nèi)獲得熱研4號(hào)王草的最大生物量，以期為生產(chǎn)車用沼氣的工廠提供大量原料。雖然有關(guān)各種牧草的刈割對(duì)產(chǎn)量與品質(zhì)的影響報(bào)道較多［12-16］，但這些研究的目的主要在畜牧飼草利用方面，顯然與我們研究的目的不同，因此在刈割時(shí)間及次數(shù)等參數(shù)的設(shè)定上有很大差異。另外，海南高溫高濕的自然環(huán)境為熱研4號(hào)王草的快速生長提供了良好條件。大面積種植熱研4號(hào)，考慮實(shí)際成本和效益，灌溉設(shè)施不可能大面積配套，因此研究中未設(shè)定灌溉因素，忽略人工澆水的因素，這也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況。

本研究結(jié)果表明，刈割時(shí)間為20 d，3次刈割熱研4號(hào)王草生物量在夏季60 d的生長周期內(nèi)，第2次刈割生物量最大?？赡茉蚴堑?次刈割后，下雨導(dǎo)致了熱研4號(hào)王草生長速率加快，而且土壤適宜的含水量也提高了植物對(duì)肥料的利用率。王永林等［17］研究表明，在人工灌溉的條件下生長的兩種熱帶牧草，生長速率加快，刈割周期變短，產(chǎn)量明顯增加。此外，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)，第一次刈割后到第二次刈割前，試驗(yàn)地所處區(qū)域的有效降雨量達(dá)6 mm。這相當(dāng)于試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了一次有效的人工灌溉，因此導(dǎo)致第2次刈割熱研4號(hào)王草生物量明顯增大。刈割時(shí)間為30 d、2次刈割的熱研4號(hào)王草生物量也表現(xiàn)出類似的情況。說明降雨對(duì)適時(shí)刈割的鮮草生物量產(chǎn)生重要影響。但這需要進(jìn)一步深入研究證實(shí)。

本研究將施肥量作為重要的考量因素，并沒有對(duì)熱研4號(hào)王草刈割生物量產(chǎn)生顯著的影響。施肥量不同，在刈割時(shí)間為40 d、施肥量為4 690 kg/hm2時(shí)比施肥量為1 563 kg/hm2的產(chǎn)量顯著增加。在刈割時(shí)間為50、60 d時(shí)，隨著施肥量的增加，產(chǎn)量并無差異。這說明施肥量并沒有對(duì)刈割時(shí)間和刈割次數(shù)在鮮草生物量上產(chǎn)生影響，這與其他類似研究結(jié)果有很大不同，前人研究結(jié)果大都表明，施肥對(duì)不同種類牧草的產(chǎn)量產(chǎn)生重要影響［18-20］。這可能是施肥方式或肥料比例、肥料利用率等方面的差異所致［21-22］，而且本研究所設(shè)定的刈割時(shí)間短，每次刈割前的施肥到下一次刈割并沒有對(duì)熱研4號(hào)王草的生長產(chǎn)生影響，因此生物量沒有明顯變化。另外，試驗(yàn)區(qū)域的干旱氣候，也是造成施肥因素沒有產(chǎn)生影響的重要原因之一。

綜上所述，熱研4號(hào)王草在海南夏季6～8月份60 d的生長期內(nèi)，在相同施肥量下，就單次刈割生物量和總生物量而言，刈割時(shí)間間隔越長、刈割次數(shù)越低，鮮草生物量就越大，刈割時(shí)間為50 d和60 d之間鮮草生物量差異不顯著；不同的施肥條件下，在刈割時(shí)間間隔為40 d時(shí)，施肥量為4 690 kg/hm2比施肥量為1 563 kg/hm2的產(chǎn)量顯著增加，刈割時(shí)間間隔為50 d和60 d時(shí)，隨著施肥量的增加產(chǎn)量并無差異。