不同施氮水平對(duì)西藏飼用黑麥種籽產(chǎn)量性狀和土壤養(yǎng)分的影響

張光雨，沈振西，鐘志明，崔建釗，扎西頓珠

（1中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，拉薩高原生態(tài)系統(tǒng)研究站，北京100101；2西藏高原草業(yè)工程技術(shù)研究中心，拉薩850000；3中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049；4日喀則市科學(xué)技術(shù)局高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心，西藏日喀則857000；5西藏自治區(qū)拉薩市達(dá)孜區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，拉薩850000）

0 引言

西藏地處中國西南邊陲，平均海拔4000.0 m以上，近一半的土地屬干旱半干旱氣候，自然條件惡劣，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，導(dǎo)致西藏的土地自然生產(chǎn)潛力低、承載能力十分有限[1-3]。近40年來，由于過度放牧導(dǎo)致西藏的天然草地出現(xiàn)了不同程度的退化，生產(chǎn)力已不能滿足其需求，草畜失調(diào)的問題日益突出[4]。為了緩解天然草地的壓力，保護(hù)西藏的生態(tài)環(huán)境，大力推廣人工草地已成為一項(xiàng)關(guān)鍵措施[5]。不管是人工草地還是天然草地補(bǔ)播都需要相適應(yīng)的牧草品種[6]?！?0’黑麥(Secalecerealvar.Dongmu 70)是禾本科黑麥屬一年生飼用作物，原產(chǎn)于美國，于1979年引入中國江蘇省太湖地區(qū)?！?0’黑麥外部形態(tài)與大麥相似，具有根系發(fā)達(dá)，莖干粗、韌性強(qiáng)，分蘗能力強(qiáng)；抗寒、抗病蟲能力強(qiáng)，產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)[7]。以飼用黑麥‘冬牧70’建植一年生人工草地，已經(jīng)成為西藏地區(qū)發(fā)展飼草生產(chǎn)的重要技術(shù)措施之一。進(jìn)一步研究并探討不同施氮水平對(duì)‘冬牧70’籽粒產(chǎn)量的影響并確定最優(yōu)施氮量，對(duì)實(shí)現(xiàn)西藏地區(qū)‘冬牧70’種籽自給和飼草生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大將具有積極的支撐作用。徐靜等[8]研究表明單施N、P、K肥處理對(duì)小黑麥生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量的作用表現(xiàn)次序?yàn)镹＞P＞K，施氮均能顯著提高穗長、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和籽粒產(chǎn)量。韓芳等[9]研究表明，施氮量與谷子的株高、穗粗、穗長、單株粒質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量等性狀均呈極顯著或顯著相關(guān)，隨著施氮量的增加，谷子株高、穗長、穗粗呈增加趨勢。孫元樞等[10]研究得出施氮水平在90.0 kg/hm2時(shí)，小黑麥鮮草產(chǎn)量增產(chǎn)幅度較大，當(dāng)施氮水平超過142.0 kg/hm2時(shí)，小黑麥鮮草產(chǎn)量有減產(chǎn)趨勢。楊小輝等[11]在哈爾濱研究結(jié)果顯示，氮肥對(duì)飼用小黑麥產(chǎn)量和品質(zhì)影響很大，在單施尿素情況下，抽穗期、開花期和半乳熟期收獲時(shí)，均以施氮量200.0 kg/hm2產(chǎn)量最高，品質(zhì)最優(yōu)，緩釋肥和有機(jī)肥對(duì)飼用小黑麥產(chǎn)量和品質(zhì)貢獻(xiàn)也較大。但是游永亮等[12]表明不同施氮肥處理下飼用小黑麥莖葉比兩年平均值差異不顯著，且與不施肥處理相比差異不顯著，并且隨著施氮量增加，飼用小黑麥倒伏情況有逐漸增加趨勢，施氮磷肥對(duì)飼用小黑麥增產(chǎn)效果不明顯，但在提高粗蛋白含量方面具有一定促進(jìn)作用，認(rèn)為在海河平原區(qū)肥力較差土壤上種植飼用小黑麥建議施氮肥120.0～180.0 kg/hm2。以上研究結(jié)果并不一致，在不同品種和不同區(qū)域內(nèi)因土壤類型等生境條件不同，適宜施氮量也不盡相同。目前飼用黑麥種籽生產(chǎn)在西藏河谷地區(qū)如何合理施氮方面尚未見報(bào)道，加上中國農(nóng)作物化肥用量達(dá)328.5 kg/hm2，遠(yuǎn)高于世界平均水平(120 kg/hm2)，是美國的2.6倍、歐盟的2.5倍，因此，合理的施肥量以及精準(zhǔn)施肥方式對(duì)牧草在飼草和種籽產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)效益和農(nóng)田生態(tài)保護(hù)以及土壤環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)方面具有重要的意義，因此在該地區(qū)開展不同氮肥對(duì)飼用小黑麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究十分必要。本文研究了不同梯度的施氮水平對(duì)飼用黑麥‘冬牧70’產(chǎn)量性狀的影響，旨在為今后‘冬牧70’種籽生產(chǎn)提供合理的氮素投入科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于中國科學(xué)院國家農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)拉薩站試驗(yàn)田（東經(jīng)91°17′，北緯29°40′），屬于典型的西藏河谷農(nóng)業(yè)區(qū)；氣候類型為半干旱溫帶高原季風(fēng)氣候，土壤為砂壤土，土層較薄且不均勻，大約20.0 cm以下可見大塊石礫；海拔3688.0 m，年平均氣溫7.7℃，平均降水量425.0 mm，生長季大氣壓約為64.7～65.0 kpa。

土壤母質(zhì)層主要為沖洪積物，土壤發(fā)育具有明顯的幼年特征，機(jī)械組成以細(xì)砂顆粒為主，細(xì)砂占40.0%～60.0%，粘粒占10.0%～25.0%[13]。

經(jīng)測定試驗(yàn)田的pH 7.44，有機(jī)質(zhì)含量為2.92%，速效磷、速效氮和速效鉀的含量分別為59.67 mg/kg、80.17 mg/kg、和30.67 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

飼用黑麥品種：‘冬牧70’。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018—2019年進(jìn)行，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，施氮設(shè) 5 個(gè)處理(CK、75.0 kg/hm2、150.0 kg/hm2、225.0 kg/hm2、300.0 kg/hm2)，3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)。小區(qū)面積45.0 m2(5.0 m×9.0 m)。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

田間調(diào)查包括穗數(shù)，千粒重，穗粒數(shù)，籽粒產(chǎn)量在內(nèi)的產(chǎn)量性狀。其中每個(gè)小區(qū)選取中間3行進(jìn)行有效穗數(shù)統(tǒng)計(jì)，各處理按小區(qū)進(jìn)行收割，單獨(dú)脫粒、晾曬、記產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在Excel軟件上進(jìn)行整理，并用SPPS 20軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和方差分析，GraphPad 5.0作圖，所有的統(tǒng)計(jì)顯著性檢驗(yàn)P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮處理對(duì)穗數(shù)和穗粒數(shù)的影響

隨著施氮量的增加，‘冬牧70’黑麥的穗數(shù)呈先上升后下降的趨勢（圖1-A），不施肥、施氮肥75、150、225、300 kg/hm2的穗數(shù)分別是161.0萬、259.3萬、325.0萬、614.3萬、526.3萬個(gè)/hm2，在施氮225.0kg/hm2時(shí)穗數(shù)達(dá)到最大，顯著高于不施肥、75 kg/hm2和10 kg/hm2的施肥處理(P＜0.05)，施氮225kg/hm2與施氮300kg/hm2差異不顯著，但是施肥處理的穗數(shù)顯著高于不施肥處理(P＜0.05)，說明施肥能顯著提高‘冬牧70’黑麥的穗數(shù)。穗粒數(shù)隨著施氮量的增加整體呈上升趨勢（圖2-B），不施肥、施氮肥75、150、225、300kg/hm2的穗粒數(shù)分別是19.3、18.6、23.7、23.8、24.8粒/穗，在施氮300.0kg/hm2時(shí)達(dá)到最大，施肥處理150.0、225.0、300.0 kg/hm2間穗粒數(shù)差異不顯著。

圖1 不同施肥處理對(duì)穗數(shù)和穗粒數(shù)的影響

2.2 不同施氮處理對(duì)千粒重、籽粒產(chǎn)量的影響

隨著施氮量的增加，‘冬牧70’黑麥的千粒重在24.9～25.5 g，不施肥處理與施肥處理差異不顯著，且不同施肥處理間也沒有顯著差異（圖2-A）。籽粒產(chǎn)量隨著施氮量的增加呈一直上升的趨勢（圖2-B），不施肥、施氮肥75、150、225、300 kg/hm2的穗數(shù)分別是1057.3、2438.7、3834.0、5806.7和6687.3kg/hm2，在施氮300kg/hm2時(shí)達(dá)到最大，施氮225.0 kg/hm2和300.0 kg/hm2處理顯著高于不施氮、75.0 kg/hm2和150.0 kg/hm2的施肥處理(P＜0.05)，施肥處理顯著高于不施肥處理，說明施肥能顯著提高‘冬牧70’黑麥的籽粒產(chǎn)量。

圖2 不同施肥處理對(duì)千粒重、籽粒產(chǎn)量的影響

2.3 不同施氮處理對(duì)籽粒增重的影響

隨著施氮量的增加，籽粒增重呈先上升后下降的趨勢（圖3），不施肥、施氮肥75、150、225、300 kg/hm2的籽粒增重分別是18.4%、18.6%、28.0%和18.3%，說明施肥可以增重籽粒，但是當(dāng)施氮量超過一定的范圍籽粒的增重將不在上升，在施氮225.0 kg/hm2時(shí)籽粒的增重最大。

圖3 不同施肥處理對(duì)籽粒增重的影響

2.4 不同施氮處理對(duì)有機(jī)質(zhì)和氮磷含量的影響

從圖4-A可以看出冬牧70黑麥經(jīng)過一個(gè)生長季的生長，有機(jī)質(zhì)的含量均有所增加，增加幅度在307.27%～610.61%，各處理間有機(jī)質(zhì)增幅從大到小依次是：施肥300 kg/hm2＞225 kg/hm2＞150 kg/hm2＞75 kg/hm2＞CK，其中施肥150、225和300 kg/hm2處理的有機(jī)質(zhì)增加最為明顯，說明施肥不但能增加冬牧70的籽粒產(chǎn)量，并且可以有效提升土壤中有機(jī)質(zhì)的含量。從圖4-B可以看出水解性氮的含量隨著施氮量的逐漸增加，施肥300 kg/hm2處理的水解性氮含量最高，為149.5 mg/kg，顯著高于其他施肥處理和不施肥處理，水解性氮最低的為不施肥處理，為93.1 mg/kg，其余處理中水解性氮的含量從大到小依次為：225 kg/hm2＞150 kg/hm2＞75 kg/hm2，其中施肥處理的水解性氮含量顯著高于不施肥處理，施肥300 kg/hm2的水解性氮含量比不施肥處理高出60.66%，施肥225 kg/hm2的水解性氮含量比不施肥處理高出47.54%，施肥150 kg/hm2的水解性氮含量比不施肥處理高出32.79%，施肥75 kg/hm2的水解性氮含量比不施肥處理高出22.95%，說明當(dāng)施肥300 kg/hm2時(shí)水解性氮的含量出現(xiàn)盈余現(xiàn)象，冬牧70黑麥不能充分吸收，此時(shí)施肥過量。從圖4-C可以看出速效磷的含量隨著施氮量的逐漸增加，施肥300 kg/hm2處理的速效磷含量最高，為43.5 mg/kg，顯著高于其他施肥處理和不施肥處理，水解性氮最低的為不施肥處理，為11.7 mg/kg，其余處理中水解性氮的含量從大到小依次為：225 kg/hm2＞150 kg/hm2＞75 kg/hm2，其中施肥處理的速效磷含量顯著高于不施肥處理，施肥300 kg/hm2的速效磷含量比不施肥處理高出271.79%，施肥225 kg/hm2的速效磷含量比不施肥處理高出150.43%，施肥150 kg/hm2的速效磷比不施肥處理高出95.90%，施肥75 kg/hm2的速效磷含量比不施肥處理高出40.60%，說明施氮肥對(duì)速效磷的含量有促進(jìn)作用。

圖4 不同施氮處理對(duì)有機(jī)質(zhì)和氮磷含量的影響

3 討論與結(jié)論

禾本科牧草不具備固氮功能，其所需的氮肥以及各種養(yǎng)分必須從土壤中吸取。氮素在作物產(chǎn)量和品質(zhì)形成中起著關(guān)鍵作用。合理施用氮肥是當(dāng)今世界作物生產(chǎn)中獲得較高目標(biāo)產(chǎn)量的關(guān)鍵措施[14]。絕大多數(shù)試驗(yàn)證實(shí)，氮肥施入土壤后，由于“正激發(fā)效應(yīng)”的存在，施氮處理的作物會(huì)較對(duì)照處理的作物吸收更多的土壤氮[15-18]。

在施肥對(duì)飼用黑麥飼草產(chǎn)量影響研究方面，李志堅(jiān)等[19-20]認(rèn)為氮肥對(duì)黑麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率最大，就產(chǎn)量而言，最佳施氮量為199.5～274.5 kg/hm2，李志堅(jiān)還認(rèn)為施肥量特別是氮肥施入量對(duì)飼用黑麥干草品質(zhì)有較大影響，黑麥干草中的粗蛋白含量主要受施氮水平的影響，隨著氮肥投入的增加黑麥粗蛋白含量不斷增加，在飼用黑麥生產(chǎn)中，為了獲得較高的飼用黑麥干草質(zhì)量，在土地為壤質(zhì)底粘潮土，耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量0.72%，全氮0.062%，堿解氮36.65 mg/kg，pH 8.54下，氮肥施量不應(yīng)低于226.5 kg/hm2。這與本研究結(jié)果不一致，本研究結(jié)果表明在施氮肥300.0 kg/hm2時(shí)籽粒產(chǎn)量還在增加，原因可能是西藏地力條件差，所需氮肥含量較高，此外與同一地塊作物冬小麥[21]和春青稞[22]表現(xiàn)不一致，說明‘冬牧70’黑麥作為飼用型作物，在土壤肥力差的沙性土壤條件下需要更高的氮素投入水平才能達(dá)到最大的籽粒產(chǎn)量。但是在施氮水平超過225.0kg/hm2后籽粒增量出現(xiàn)下降，原因是隨著施氮量的增加出現(xiàn)報(bào)酬遞減。施肥量對(duì)燕麥有效穗數(shù)、株高、生育期及產(chǎn)量均有影響,其中有效穗數(shù)及產(chǎn)量隨著施肥量的增加而增加[23]。大量試驗(yàn)表明[24-26]，施肥量對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素如穗粒重、有效穗數(shù)影響顯著，施N和施P均能提高青藏高原地區(qū)穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重、種子產(chǎn)量[26]，與本研究結(jié)果一致。氮肥在推動(dòng)農(nóng)作物增產(chǎn)中起非常重要作用是肯定的，但隨氮肥的大量使用，造成的某些副作用和問題諸如氮肥利用率低等問題，諸多對(duì)氮肥與小麥產(chǎn)量關(guān)系的研究表明[27-28]：施氮量與小麥子粒產(chǎn)量呈拋物線關(guān)系，即在一定適宜的施氮量范圍內(nèi)，產(chǎn)量隨施氮量增加而增加，超出臨界施氮量范圍后再增施氮肥，產(chǎn)量呈下降趨勢。

從土壤有機(jī)質(zhì)的含量變化來看，施肥處理對(duì)有機(jī)質(zhì)有較為明顯的提升作用，增強(qiáng)了土壤的肥力。土壤中氮磷兩種元素的變化也較為明顯，主要原因是可能是通過施氮增大了土壤孔隙度從而提高了通氣狀況，增加了土壤中的陽離子交換量(CEC)，并促進(jìn)土壤中氮素的固定，減少氮素的流失，增加了作物對(duì)氮素的吸收。另外在磷素流失的研究中，有效磷是能被作物直接吸收的形態(tài)，隨著有機(jī)質(zhì)的增加使其內(nèi)部發(fā)生礦化作用的有機(jī)磷釋放到土壤當(dāng)中，從而提升了有效磷的含量，說明施肥在一定程度上能夠增加土壤中有效磷的含量。結(jié)合‘冬牧70’籽粒增重的結(jié)果來看，施肥225 kg/hm2即能顯著提高籽粒的產(chǎn)量，又能提升土壤中的有機(jī)質(zhì)、水解性氮和速效磷的含量，雖然施肥300 kg/hm2處理對(duì)土壤水解性氮和速效磷的提升較也為顯著，但是‘冬牧70’并不能全部吸收造成養(yǎng)分的浪費(fèi)，因此施氮肥225.0 kg/hm2能實(shí)現(xiàn)較高的籽粒產(chǎn)量和氮素利用效率。

本研究填補(bǔ)了在西藏河谷地區(qū)飼用黑麥種籽生產(chǎn)合理施氮方面的空白，為今后‘冬牧70’種籽生產(chǎn)所需合理的氮素提供了科學(xué)依據(jù)。但是隨著施氮量的增加，籽粒產(chǎn)量也一直在增加，并沒有出現(xiàn)拐點(diǎn)，因此施氮量達(dá)到多少籽粒產(chǎn)量出現(xiàn)下降還待進(jìn)一步研究。

研究結(jié)果初步表明，在西藏地區(qū)肥力差的土壤條件下，飼用黑麥‘冬牧70’種籽生產(chǎn)的施氮水平應(yīng)控制在225.0 kg/hm2以下，以實(shí)現(xiàn)較高的籽粒產(chǎn)量和氮素利用效率。