氮磷肥對(duì)3種牧草的生長(zhǎng)效應(yīng)和氮磷吸收的影響

龍會(huì)英，張德*，曾麗萍，金杰，何光熊

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所，云南 元謀 651300；2.元謀干熱河谷植物園，云南 元謀 651300；3.紅河學(xué)院，云南 蒙自 651199)

養(yǎng)分添加是草地生態(tài)系統(tǒng)管理的有效手段之一[1]。氮和磷在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，是一種必需的營(yíng)養(yǎng)元素[2-3]，氮磷肥的施用有利于維持作物產(chǎn)量和質(zhì)量。添加氮素可提高土壤中可利用氮的含量，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)[4]，對(duì)禾本科作物而言，因其自身無(wú)固氮能力，適量增加氮肥的施用是提高產(chǎn)量的措施，在一定范圍內(nèi)施用氮肥，多花黑麥草(Loliummultiflorum)的株高和產(chǎn)量隨著氮肥水平的提高而增長(zhǎng)[5]。磷在天然草地的應(yīng)用雖然沒(méi)有氮肥廣泛，但它的作用是不能替代的[6-7]；磷既是植物體的組成成分，也是植物能量載體的主要組成成分和提供者[8]，在植物的光合作用和生理生化調(diào)節(jié)過(guò)程中起著重要的作用。研究表明，適當(dāng)增加氮磷的施入能促進(jìn)作物的生長(zhǎng)，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。適當(dāng)增加磷的施入能促使作物根系的生長(zhǎng)，基于豆科作物以磷固氮的特性，施入磷肥能增加豆科牧草根瘤固氮的能力。對(duì)于禾本科牧草，在一定的磷濃度范圍內(nèi)能促進(jìn)地下部生長(zhǎng)，其生物量隨著磷濃度的增加而增大[9]。目前就氮磷的施用對(duì)熱帶牧草影響的研究大多以地上部分為主，地下部分及氮磷添加對(duì)牧草氮磷吸收量影響的研究鮮有報(bào)道。西南地區(qū)的紅壤土(含燥紅土)氮磷較缺乏，氮磷的適量添加是保障作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的有效措施，因此，生產(chǎn)者大量施用氮肥來(lái)獲得高產(chǎn)。但是過(guò)量施用一方面增加生產(chǎn)成本，另一方面作物難以吸收和利用，造成區(qū)域土壤板結(jié)，過(guò)剩氮磷污染農(nóng)田和水體，造成區(qū)域農(nóng)田環(huán)境退化。本研究針對(duì)以上問(wèn)題和現(xiàn)狀，以豆科牧草灌木狀柱花草(Stylosanthesguianensiscv. seabrana)和禾本科草扭黃茅(Heteropogoncontortus)和孔穎草(Bothriochloapertusa)為材料，研究適量施氮和施磷對(duì)3種牧草旺盛期的絕對(duì)生長(zhǎng)變化量，3種牧草的生物量、根冠比以及對(duì)土壤氮磷吸收的影響和效果，為本研究中的3種牧草和其他牧草的施肥和栽培管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2015和2016年在云南省元謀縣黃瓜園鎮(zhèn)苴林基地進(jìn)行，北緯25°50′42″，東經(jīng)101°49′19″，海拔1073 m，年均氣溫 22 ℃，日照時(shí)數(shù)2670.4 h，最熱月(6月)28.5 ℃，最冷月(12月)15.9 ℃，≥10 ℃年均積溫8 552.7 ℃；降水量645 mm，集中于5-10月，占全年94.6%，干燥度4。樣地土壤為燥紅土，種植前試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分情況，詳見(jiàn)表1。

表1 種植牧草前試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分Table 1 Soil nutrients of on demonstration land before planting forage

1.2 試驗(yàn)材料

供試牧草為豆科灌木狀柱花草,引自澳大利亞；禾本科草扭黃茅和孔穎草，為云南干熱河谷優(yōu)勢(shì)草本植物。供試氮肥為含氮量46%的尿素，供試磷肥為含P2O516%的過(guò)磷酸鈣。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)，試驗(yàn)于2015和2016年進(jìn)行。柱花草、扭黃茅和孔穎草3種牧草均為單作，氮磷的施用量參照文獻(xiàn)[10-11]施用量，施氮量為純氮120 kg·hm-2[10]，施磷量為純磷75 kg·hm-2[11]，不施氮磷為對(duì)照，單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，合計(jì)27個(gè)小區(qū)試驗(yàn)。株距和行距都為50 cm，小區(qū)面積10 m2(2 m×5 m)。實(shí)行育苗移栽，2015年育苗時(shí)間為4月24日，移栽時(shí)間6月8日；2016年育苗時(shí)間為5月10日，移栽時(shí)間7月1日。每塘穴留成活植株1株，分別于2015年11月底和2016年12月初收獲。試驗(yàn)地不施底肥，P水平的磷肥作為底肥一次性施入，N水平一半氮肥在整地時(shí)施入，另一半氮肥在定植苗成活后施入。常規(guī)方法人工播種、栽植、除草、收獲[12]。

1.4 測(cè)定方法

種植牧草后，選擇重復(fù)1，對(duì)每個(gè)種植小區(qū)進(jìn)行生育期觀測(cè)，牧草生育期觀測(cè)參照文獻(xiàn)[12]觀測(cè)方法觀測(cè)。分別于每年的7和9月，在每小區(qū)選10株觀測(cè)牧草植株絕對(duì)株高后，計(jì)算不同處理下3種牧草生長(zhǎng)旺盛期絕對(duì)生長(zhǎng)變化量。于柱花草為現(xiàn)莢期，孔穎草和扭黃茅草為種熟期采收植物樣，每小區(qū)取5株，全收獲法及剖面挖根與清洗法，稱取待測(cè)樣(地上部和地下部)鮮重，待測(cè)樣在70～80 ℃烘干后稱取干重，3次重復(fù)。將樣品粉碎后分析植株氮、磷含量，由中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所土壤與環(huán)境分析測(cè)試中心協(xié)助測(cè)試。根據(jù)以上所測(cè)值計(jì)算不同處理下3種牧草地上部和地下部生物量、根冠比和牧草對(duì)氮磷吸收量。計(jì)算公式如下：

牧草旺長(zhǎng)期(7-9月是3種牧草在干熱河谷生長(zhǎng)最快的時(shí)期)絕對(duì)生長(zhǎng)量(cm)=9月份牧草株高-7月份牧草株高。

根冠比=牧草地下部生物量干重/牧草地上部生物量干重。

植株對(duì)氮和磷吸收量(kg·hm-2)=植株氮或磷含量×植株整體生物量[13-14]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 17.0軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

圖1 施氮和施磷對(duì)牧草旺盛期生長(zhǎng)量的影響Fig.1 Effect of nitrogen and phosphorus on the herbage accumulation rate of tested forages 圖中數(shù)據(jù)為2015和2016年的平均值。S0、SN、SP分別表示柱花草種植不施氮磷、僅施氮和僅施磷的不同施肥方式，H0、HN、HP分別表示扭黃茅種植不施氮磷、僅施氮和僅施磷的不同施肥方式，B0、BN、BP分別表示孔穎草種植不施氮磷、僅施氮和僅施磷的不同施肥方式。下同。The data in the Figure are the average value of 2015 and 2016.S0, SN and SP respectively indicated that S. guianensis was planted with different fertilizations of without any N and P, only N, and only P fertilizer. H0, HN and HP respectively indicated that H. contortus was planted with different fertilizations of without any N and P, only N, and only P fertilizer. B0, BN and BP respectively indicated that B. pertusa was planted with different fertilizations of without any N and P, only N, and only P fertilizer. The same below.

2.1 氮磷的施用對(duì)3種牧草旺盛期生長(zhǎng)量的影響

與未施氮磷肥比較，施氮和施磷均能促進(jìn)3種牧草的生長(zhǎng)，但差異均不顯著(P>0.05)。3種牧草對(duì)氮磷的施用響應(yīng)不同，對(duì)生長(zhǎng)量的影響表現(xiàn)有別，柱花草在施氮條件生長(zhǎng)較好，比未施氮增加15.45%，施磷比未施磷增加4.00%；孔穎草在施磷條件生長(zhǎng)較好，比未施磷增加11.60%；扭黃茅差別不大(圖1)。

2.2 氮磷的施用對(duì)3個(gè)牧草物候的影響

與未施氮比較，施氮推遲柱花草始分枝期、始現(xiàn)蕾期、種熟期分別為5、5和10 d；推遲扭黃茅始分蘗期、抽穗期、種熟期分別為10、5和5 d；推遲孔穎草分蘗期、抽穗期均為5 d，對(duì)種熟期沒(méi)有影響。與未施磷比較，施磷對(duì)柱花草始分枝推遲5 d，對(duì)始現(xiàn)蕾期沒(méi)有影響，種熟期推后10 d；扭黃茅始分蘗期、抽穗期和種熟期均推遲5 d；對(duì)孔穎草分蘗期沒(méi)有影響，抽穗期均推遲5 d，對(duì)種熟期影響較小(表2)。

2.3 氮磷的施用對(duì)3個(gè)牧草生長(zhǎng)及根冠比的影響

與未施氮比較，施氮提高柱花草生物量和根冠比，但不顯著(P>0.05)；與未施磷比較，施磷對(duì)柱花草年均地上部和地下部的生物量和根冠比的影響均不顯著(P>0.05)，有減少的趨勢(shì)。與未施氮肥和磷肥比較，氮磷的施用提高了扭黃茅的地上部生物量，但影響不顯著；氮磷肥的施用抑制扭黃茅地下部的生長(zhǎng)，施氮和施磷水平地下部生物量和根冠比顯著低于未施肥條件(P<0.05)；分析平均值，扭黃茅在未施氮條件下，其根冠比顯著高于施氮條件(P<0.05)。分析平均值，施氮磷條件下孔穎草總生物量顯著高于未施氮磷條件(P<0.05)，但對(duì)地上、地下部沒(méi)有顯著影響(P>0.05)，施磷條件下孔穎草根冠比顯著低于未施肥水平和施氮水平(P<0.05)(表3和表4)。

表2 氮磷施用條件下3個(gè)牧草的主要物候期Table 2 Major phenophase of three grasses on nitrogen and phosphorus (月-日Month-day)

表3 氮磷施用條件下3種牧草的生物量Table 3 Above-ground biomass and below-ground biomass of three grasses on nitrogen and phosphorus (kg·hm-2)

注：表中數(shù)據(jù)為2015和2016年平均值，同種牧草同列不同小寫(xiě)字母表示氮磷施用差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: The data in the Table are the average values of 2015 and 2016. Different small letters in the same column indicate significant differences among nitrogen and phosphorus fertilizer within a grass in a year atP<0.05. The same below.

2.4 氮磷的施用對(duì)牧草氮磷含量和吸收量的影響

與未施氮肥比較，施氮顯著提高柱花草氮含量(P<0.05)，增加6.74%，同時(shí)提高了柱花草氮磷的吸收量，分別增加20.61%和17.89%(平均值)；與未施磷肥對(duì)比，施磷提高了柱花草氮磷含量和磷的吸收量，但影響不顯著(P>0.05)。與未施氮磷比較，氮磷施用抑制扭黃茅對(duì)氮磷素的吸收，對(duì)扭黃茅氮磷含量和氮磷吸收量的影響均不顯著(P>0.05)。分析平均值，與未施氮磷比較，施氮和施磷顯著提高孔穎草氮的吸收量(P<0.05)，分別增加21.61%和21.04%。施氮和施磷提高孔穎草磷的吸收量，對(duì)其氮磷含量影響不顯著(P>0.05)(表5)。

表4 氮磷施用條件下3個(gè)牧草的總生物量及根冠比Table 4 The total biomass biomass and root/shoot of three grasses on nitrogen and phosphorus

表5 氮磷施用條件下牧草氮磷含量和吸收量Table 5 N content, P content, N accumulation and P accumulation of grass on nitrogen and phosphorus

3 討論

氮和磷在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中是一種必需的營(yíng)養(yǎng)元素[2-3]。一般認(rèn)為，豆科牧草可以利用自身的根瘤菌來(lái)固氮以滿足其生長(zhǎng)發(fā)育需要的氮素，種植中不需要施入氮肥[15]。但也有研究表明，氮肥施用明顯增加苜蓿產(chǎn)量，施氮肥30 kg·hm-2能提高苜蓿第1、3茬草產(chǎn)量[16]。針對(duì)干熱河谷土壤(以燥紅土為主)氮磷缺乏，有必要適量添加氮磷素促進(jìn)作物幼苗期的生長(zhǎng)。本研究表明，適量添加氮磷素有利3種作物地上部的生長(zhǎng)和生物量的提高，適量添加氮磷素促進(jìn)柱花草對(duì)氮磷的吸收，氮磷含量和根冠比均大于未添加水平(P<0.05)，說(shuō)明磷能夠刺激柱花草吸收大氣中的氮，增強(qiáng)柱花草生物固氮效率，促進(jìn)柱花草根系的生長(zhǎng)，延遲柱花草種熟期。2016年樣地土壤磷含量高于2015年，柱花草表現(xiàn)出2016年生物量高于2015年。施氮水平柱花草的生物量高于未施氮水平，與張杰[16]的研究結(jié)果一致。同時(shí)氮磷的施用也提高扭黃茅和孔穎草地上部生物量，本研究中氮磷的施用量適用3種牧草。在本研究中，沒(méi)有開(kāi)展對(duì)3種牧草氮磷施用量的梯度試驗(yàn)，不能較準(zhǔn)確的提出3種牧草最佳氮磷的施用量，3種牧草氮磷施用量的梯度試驗(yàn)待研究。

根冠比的變化，可作為施肥是否合適的一個(gè)指標(biāo)[17]。植物生長(zhǎng)在養(yǎng)分貧瘠的土壤，把生物量往根系運(yùn)輸促進(jìn)根系生長(zhǎng)來(lái)補(bǔ)償養(yǎng)分吸收，而過(guò)量施用氮肥引起了地上部徒長(zhǎng)和地下部生長(zhǎng)受到抑制[18]。本研究中，氮磷施用可以促進(jìn)扭黃茅地上部的生長(zhǎng)，提高扭黃茅地上部生物量；施氮水平地下部生物量顯著低于未施氮水平，施氮導(dǎo)致扭黃茅地上部徒長(zhǎng)，而地下部生長(zhǎng)受到抑制，根冠比顯著低于未施氮磷和施磷水平，說(shuō)明禾本科牧草扭黃茅對(duì)氮素較敏感，2015年試驗(yàn)地土壤氮含量高于2016年，扭黃茅表現(xiàn)出2015年生物量高于2016年。另一方面，2016年種植時(shí)間為7月，比2015年晚種23 d，減少了扭黃茅的旺盛生長(zhǎng)期的天數(shù)，表現(xiàn)出扭黃茅2015年生物量高于2016年。說(shuō)明扭黃茅適宜生長(zhǎng)在養(yǎng)分貧瘠土壤，生長(zhǎng)在干熱河谷土壤氮含量低的草山草坡，表現(xiàn)生長(zhǎng)旺盛，優(yōu)勢(shì)度為100%[12]，是一種耐低氮和低磷基因、耐旱耐瘠的植物。

以往研究表明，禾本科牧草沒(méi)有固氮能力，只有依靠其根系從土壤中吸收氮素來(lái)維持它們生長(zhǎng)發(fā)育，施入氮肥可以提高產(chǎn)量[19]，改善牧草的品質(zhì)(質(zhì)嫩、葉多、蛋白質(zhì)含量高等)，適口性好[20]。磷添加對(duì)青藏高原高寒草甸植物群落中的禾草生物量的影響最大，主要表現(xiàn)為促進(jìn)地下生物量及總生物量的增加[19]。本研究中，適量施用氮磷水平下，孔穎草的氮吸收量顯著高于未施肥水平，促進(jìn)孔穎草的生長(zhǎng)，孔穎草總生物量顯著高于未施肥水平(P<0.05)，尤其在施氮條件下生長(zhǎng)較好，說(shuō)明孔穎草對(duì)氮肥的響應(yīng)較敏感，適量施氮有效提高孔穎草生物量，與楊曉霞等[21]的研究結(jié)果一致(禾本科牧草需施氮肥)。本研究中，2015年試驗(yàn)地土壤氮含量高于2016年，孔穎草表現(xiàn)出2015年生物量高于2016年，孔穎草2016年種植時(shí)間為7月1日，比2015年晚種23 d，減少了孔穎草旺盛生長(zhǎng)期，孔穎草表現(xiàn)出2015年生物量高于2016年。

4 結(jié)論

結(jié)果表明，與未施氮磷比較，氮磷施用提高了3種牧草旺盛期(7-9月)的絕對(duì)生長(zhǎng)量，影響不顯著(P>0.05)，說(shuō)明適量的氮磷添加有利3種牧草地上部生長(zhǎng)量的增加，種熟期推遲；同時(shí)，氮磷的施用顯著提高孔穎草2015年和年均總的生物量、氮含量和氮吸收量(P<0.05)。施氮水平(N)有利于柱花草和孔穎草對(duì)氮的吸收，柱花草含氮量和孔穎草氮的吸收量顯著高于未施氮肥水平(P<0.05)，促進(jìn)柱花草和孔穎草的生長(zhǎng)，提高柱花草和孔穎草地上部和地下部生物量；與未施肥對(duì)比，施氮和施磷對(duì)扭黃茅地下部生物量和根冠比有顯著影響，其根冠比有所減少(P<0.05)。與未施磷肥對(duì)比，施磷顯著提高孔穎草總生物量和氮的吸收量(P<0.05)。