氮素水平對狗牙根光合生理及飼用品質(zhì)的影響

王宏力，張寅坤，趙春程，張 婷，傅金民，徐 筱

（魯東大學(xué)濱海耐鹽草業(yè)工程技術(shù)中心，山東 煙臺 264025）

狗牙根(Cynodon dactylon)是禾本科(Poaceae)、狗牙根屬(Cynodon)多年生草本植物，是一類常見的暖季型草，在我國南方地區(qū)及過渡帶地區(qū)被廣泛應(yīng)用[1]。飼用狗牙根侵入性強、耐熱耐旱、耐踐踏，植株生長整齊，遺傳性狀穩(wěn)定，草質(zhì)柔嫩、適口性好、富含蛋白質(zhì)等優(yōu)點，已成為溫暖地區(qū)飼喂草食家畜的首選，深受種草養(yǎng)殖戶的喜愛，發(fā)展前景良好。

施肥是草地管理的重要手段，適量施肥有利于提高牧草的產(chǎn)量和飼用品質(zhì)。氮肥是牧草產(chǎn)量的一個重要因子，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)牧草非常重要的肥料。施氮能增加植株的長勢、增大葉片[2]。氮素是葉綠素合成的主要成分之一，施加氮素能促進葉綠素的合成[3]，增強葉片的凈光合速率；施氮不足或過量，都會降低植物的光合特性[4]。如果氮肥施用不足，草坪草生長緩慢，光合作用下降[5]；氮肥施用過多，雖然短期內(nèi)能夠使草坪維持較好的密度，但長此以往會加劇土壤質(zhì)量惡化，導(dǎo)致植物營養(yǎng)生長過剩，最終降低植物產(chǎn)量和品質(zhì)[1]?？傊貙χ参锷顒佑袠O其重要的作用；氮肥影響著牧草的積累量和營養(yǎng)價值[6]，對牧草品質(zhì)的高低起著十分重要的作用。

不同牧草對氮素的需求不同，過少或過多施氮都不利于牧草的生長及品質(zhì)的改善。目前，國內(nèi)外已有關(guān)于氮素對牧草生理或品質(zhì)影響的報道，主要集中于王草(Pennisetum purpureum × P. typhoideum)[7]、羊草(Leymus chiueusis)[8]、紫花苜蓿(Medicago sativa)[9]、黑麥草(Lolium perenne)[10]等品種；也有關(guān)于狗牙根施肥方面的研究報道，其主要集中于狗牙根‘Tifton85’[4,11]和‘Tifway’[12]等品種，其研究主要集中于光合作用[13]、營養(yǎng)價值[6]或品質(zhì)[14]，還沒有關(guān)于氮素對飼用狗牙根‘Wrangler’光合生理及品質(zhì)影響的研究，飼用狗牙根‘Wrangler’的氮肥施用的適量標準至今還未見報道。為此，通過研究不同氮素水平對飼用狗牙根‘Wrangler’的光合生理及牧草品質(zhì)的影響，旨在確定其生長、光合及品質(zhì)最優(yōu)時的施氮量，從而提高飼用狗牙根的產(chǎn)量和營養(yǎng)價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

飼用狗牙根‘Wrangler’于2018 年7 月采集于魯東大學(xué)濱海耐鹽草業(yè)工程技術(shù)中心基地，位于121°21′ E，37°31′ N，海拔110 m，年均氣溫13.4 ℃，年均降水量524.9 mm，屬于典型的暖溫帶大陸性季風氣候。采集生長狀況一致的材料洗去泥土，裝入盛有580 mL 1/2 Hogland 營養(yǎng)液的錐形瓶進行預(yù)培養(yǎng)，錐形瓶規(guī)格為直徑10 cm、深20 cm。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用營養(yǎng)液水培法，選用直徑10 cm、深20 cm的錐形瓶，每個錐形瓶中裝入580 mL 的營養(yǎng)液進行培養(yǎng)。培養(yǎng)過程中每2 d 更換一次營養(yǎng)液，營養(yǎng)液采用略修改的氮素處理[15]配方配置，具體配方如下：0.2 mmol·L-1KH2PO4，1 mmol·L-1MgSO4，1.5 mmol·L-1KCL，2.5 mmol·L-1CaCl2，1 × 10?3mmol·L-1H3BO3，5 ×10?5mmol·L-1(NH4)6Mo7O24，5 × 10?4mmol·L-1CuSO4，1 × 10?3mmol·L-1ZnSO4，1 × 10?3mmol·L-1MnSO4，0.1 mmol·L-1Fe(Ⅲ)-EDTA。試驗設(shè) 置3 個 不同的施氮水平，每個處理4 個重復(fù)，所用試劑是NH4NO3，氮素濃度分別為2、5、10 mmol·L-1，分別用N1、N2、N3表示，若不施加氮肥，狗牙根無法正常生長，因此，本試驗不做不施加氮肥對照。整個培養(yǎng)過程在魯東大學(xué)濱海耐鹽草業(yè)工程技術(shù)中心基地溫室中進行培養(yǎng)，溫室溫度為白天(30 ± 5) ℃、晚上(20 ± 5) ℃。

1.3 指標測定及方法

處理前，將植株剪成相同的高度，以便觀察氮素對植株生長的影響。處理15 d 后，進行草坪質(zhì)量評分，隨后測量株高、葉綠素含量和葉綠素熒光曲線。采用九分制法[16]對狗牙根的生長狀況進行評價；利用直尺測量狗牙根的株高；用紫外分光光度計(美析UV-1700，上海)采用二甲亞砜萃取、紫外分光光度法測量并計算狗牙根的葉綠素含量[17]；使用便攜式調(diào)制葉綠素熒光儀(WALZ/PAM-2500，德國)，于上午10：00 ? 11：30 選擇頂端第2 ? 3 片葉片，暗適應(yīng)30 min 后，使用葉片夾夾住葉片，將分析探頭置于葉夾上，打開葉夾遮光片，打開調(diào)制熒光儀脈沖飽和紅光[3 000 μmol·(m2·s)?1]，測量獲得葉綠素熒光誘導(dǎo)動力學(xué)曲線(O-J-I-P 曲線)及相關(guān)參數(shù)[18]，每個處理測定3 個重復(fù)。

剩余材料在105 ℃條件下殺青30 min，75 ℃烘干后用于測定含氮量、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維和粗灰分含量。用全自動凱氏定氮儀(海能K9860，濟南)采用凱氏定氮法[19]測含氮量及粗蛋白含量；用自動脂肪測定儀(海能SOX406，濟南)采用熱浸提-油重法[20]測粗脂肪含量；用粗纖維測定儀(海能F800，濟南)和馬弗爐(科晶KSL-1200X，合肥)采用酸堿洗滌法[21]測粗纖維含量；用馬弗爐(科晶KSL-1200X，合肥)采用580 ℃ 3 h 法[22]測粗灰分含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Origin 9.0 軟件作葉綠素熒光誘導(dǎo)動力學(xué)曲線，用Microsoft Excel 2010 和SPSS 19.0 軟 件 對 株高、葉綠素含量、葉綠素熒光參數(shù)、含氮量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗纖維含量和粗灰分含量進行數(shù)據(jù)處理、分析和作柱形圖，各處理差異顯著性用單因素方差分析(One-way ANOVA) (P ＜ 0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮對狗牙根生長的影響

不同施氮條件下狗牙根的生長狀況明顯不同，施加N2和N3植株的長勢明顯好于施加N1的植株(圖1A)。施加N1的植株評分為6 分，而施加N2和N3的植株的色澤評分為8 分。隨著氮濃度的增加，施加N2和N3比施加N1處理條件下狗牙根的株高顯著升高(P ＜ 0.05)，而施加N2和N3之間并無顯著差異(P ＞ 0.05) (圖1B)。

2.2 施氮對狗牙根葉綠素含量的影響

圖1 不同施氮水平對狗牙根生長及株高的影響Figure 1 Effects of different nitrogen concentrations on the growth and height of bermudagrass

施加氮素對狗牙根葉綠素含量影響顯著(P ＜0.05) (圖2)。隨著氮濃度的增加，施加N2和N3時狗牙根的葉綠素含量比施加N1時顯著升高(P ＜ 0.05)，而施加N2和N3之間葉綠素含量并無顯著差異(P ＞ 0.05)。

圖2 不同施氮水平對狗牙根葉片葉綠素含量的影響Figure 2 Effects of different nitrogen levels on the chlorophyll content of bermudagrass

2.3 施氮對狗牙根光合性能及葉綠素熒光參數(shù)的影響

從葉綠素熒光誘導(dǎo)動力學(xué)曲線(OJIP 曲線)可以看出，不同氮素處理的曲線在O 點和J 點處的熒光強度差異不大，在I 點、P 點開始出現(xiàn)明顯差異。N3條件下的I 點和P 點的熒光強度明顯高于N1。在不同氮濃度處理條件下，狗牙根的最大熒光強度表現(xiàn)為N3＞ N2＞ N1(圖3A)。

圖3 不同施氮水平對狗牙根葉綠素熒光誘導(dǎo)動力學(xué)曲線及葉綠素熒光參數(shù)的影響Figure 3 Effects of different nitrogen levels on the chlorophyll fluorescence transients (OJIP curve) andchlorophyll fluorescence parameters of bermudagrass

PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)反映了PSⅡ反應(yīng)中心內(nèi)光能轉(zhuǎn)換效率，F(xiàn)v/Fm隨著氮濃度的增加而增加，N3、N2與N1處理之間差異顯著(P ＜ 0.05)，N3與N2處理之間沒有顯著差異(P ＞ 0.05)，但在N3處理條件下Fv/Fm值略高(圖3B)。光合性能指數(shù)反映了植物光合機構(gòu)的狀態(tài)，以吸收光能為基礎(chǔ)的性能指數(shù)(PIABS)隨氮濃度的增加而增加，但未達到顯著水平(圖3C)；以單位面積為基礎(chǔ)的性能指數(shù)(PICS)隨氮濃度的增加而增加，N3與N1處理相比顯著提高(P ＜ 0.05) (圖3D)。

2.4 施氮對狗牙根含氮量的影響

隨著氮濃度的增加，狗牙根葉片的含氮量也逐漸增加(圖4)。N1與N2、N2與N3處理之間含氮量有差異但不顯著(P ＞ 0.05)，但施加N3與N1處理的狗牙根含氮量差異顯著(P ＜ 0.05)。隨著氮濃度的升高，狗牙根含氮量在N3水平下達到最高。

圖4 不同施氮水平對狗牙根含氮量的影響Figure 4 Effects of different nitrogen levels on the nitrogen content of bermudagrass

2.5 施氮對狗牙根牧草品質(zhì)的影響

隨著氮濃度的升高，粗蛋白含量呈增加趨勢，N3與N2、N1處理相比顯著升高(P ＜ 0.05)，N2與N1處理之間沒有顯著差異(P ＞ 0.05)，在N3處理條件下粗蛋白含量達到最高(圖5A)。狗牙根中粗脂肪的含量很少(圖5B)，N1、N2與N3處理之間的粗脂肪含量并沒有顯著差異(P ＞ 0.05)。隨著氮濃度的升高，狗牙根的粗纖維含量呈增加趨勢(圖5C)。N2、N3與N1相比粗纖維含量顯著升高(P ＜ 0.05)，而N3與N2之間并沒有顯著差異(P ＞ 0.05)。隨著氮濃度的升高，粗灰分含量呈降低趨勢(圖5D)。N2、N3與N1相比粗灰分含量顯著降低(P ＜ 0.05)，N2與N3之間粗灰分含量并沒有顯著差異(P ＞ 0.05)。

圖5 不同施氮水平對狗牙根粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、粗灰分含量的影響Figure 5 Effects of different nitrogen levels on crude protein, crude fat, crude fiber, and ash content of bermudagrass

3 討論

3.1 施氮對狗牙根農(nóng)藝性狀的影響

氮素是植體有機物合成過程的重要元素，與植物的生長發(fā)育密切相關(guān)，其含量的多少直接影響著植物的生長狀況。施氮可以使植物長勢更好，提高外觀質(zhì)量[23]。當施氮量少于植物正常生長需求時，植株生長減緩，葉面積減少，光合作用能力降低[13]，容易導(dǎo)致植物生長不良；施氮量高于植物正常需求時，導(dǎo)致植株營養(yǎng)生長過剩，降低植物整體性能。李志輝等[1]研究了不同氮素施用量對“邯鄲”狗牙根草坪質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)施氮可以改善狗牙根草坪的色澤，使葉片更加濃綠，改善草坪草的生長狀況。Guertal 和Hicks[12]研究不同氮源和施氮比率對‘TifSport’和‘Tifway’雜交狗牙根草坪建植的影響時，發(fā)現(xiàn)增加施氮量能夠增加狗牙根的枝條密度，長勢更好。本研究結(jié)果與此一致，施加N2、N3使狗牙根‘Wrangler’葉片色澤更加濃綠，長勢更好，說明施氮可以改善狗牙根的葉片色澤，促進其生長。

3.2 施氮對狗牙根光合生理特性的影響

氮素也是葉綠素合成過程的重要元素，與植物的光合作用密切相關(guān)。施氮有利于提高葉片的葉綠素含量，增強植物的光合作用能力[24]，然而過低或過量施氮都會影響葉綠素的合成，進而影響植物的光合作用[7]。張元帥等[25]研究了施氮對冬小麥(Triticum aestivum)旗葉葉綠素含量的影響，發(fā)現(xiàn)施氮能顯著提高冬小麥旗葉葉綠素的含量。本研究結(jié)果也表明，施加N2、N3顯著促進了狗牙根葉片葉綠素的合成(P ＜ 0.05)。

氮素通過影響葉綠素的合成，進一步影響植物的光合性能。OJIP 曲線反映了植物的光合性能強弱，通過OJIP 曲線可以看出氮素對植物光合性能的影響。黃琴琴等[26]研究了水氮耦合對葡萄(Vitis vinifera)葉片快速熒光誘導(dǎo)動力學(xué)特性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著施氮量的增加，不同氮素處理的曲線在O、J、I、P 四點的差異逐漸增大，施氮提高了熒光值。施氮也有利于提高植物的PSⅡ最大光化學(xué)效率，減弱光抑制，增加凈光合速率[24]。李丹丹等[4]、魏永濤等[27]分別研究了施氮對‘Tifton 85’狗牙根、烤煙(Nicotiana tabacum)光合特性的影響，發(fā)現(xiàn)在一定氮濃度范圍內(nèi)，‘Tifton 85’狗牙根和烤煙的PSⅡ最大光化學(xué)效率均隨著氮濃度的增加而增加。光合性能指數(shù)反映了外界條件對光合機構(gòu)的影響，其主要包括PIABS和PICS，體現(xiàn)了PSⅡ的整體性能[28]。王帥等[29]研究了氮肥水平對玉米(Zea mays)灌漿期穗位葉光合功能的影響，發(fā)現(xiàn)施氮提高了玉米葉片的PIABS，增強葉片的PSⅡ整體性能。高培軍[30]研究了施氮對毛竹(Phyllostachys heterocycla)光合能力的影響，發(fā)現(xiàn)施氮后毛竹葉片的PIABS和PICS均升高。本研究也是如此，隨著時間延長，在不同氮濃度處理下OJIP 曲線表現(xiàn)出逐漸升高，I 點和P 點的熒光強度在N3條件下最高；Fv/Fm、PIABS和PICS均隨著氮濃度的增加而升高，說明施氮可以提高狗牙根的光合性能和PSⅡ反應(yīng)中心的光能轉(zhuǎn)化效率，增強葉片PSⅡ光反應(yīng)的進行。

3.3 施氮對狗牙根含氮量及牧草品質(zhì)的影響

供給植物的氮素營養(yǎng)增加，植物對氮素的吸收增加，植物的含氮量也相應(yīng)增加。高麗欣等[31]研究了不同施氮水平對柳枝稷(Panicum virgatum)能源品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)柳枝稷的含氮量隨施氮量的增加而增加。本研究結(jié)果也表明，隨著施氮量的增加，狗牙根的含氮量也相應(yīng)增加，在N3水平下狗牙根的含氮量最大。

粗蛋白與植物體內(nèi)的含氮量密切相關(guān)，是評價牧草營養(yǎng)價值和品質(zhì)參數(shù)的關(guān)鍵指標，其含量的多少影響著牧草的品質(zhì)。粗蛋白主要包括蛋白質(zhì)和一些含氮化合物，對動物的生長發(fā)育十分重要，因此，提高牧草的粗蛋白含量，可以有效改善牧草的飼用品質(zhì)。有研究表明，施氮能夠增加牧草的粗蛋白含量[2]，對牧草的營養(yǎng)價值有很大的影響。李哲和張玉霞[9]研究了不同氮素水平對紫花苜蓿的影響，發(fā)現(xiàn)施加氮肥能顯著提高紫花苜蓿的粗蛋白含量。Holland 等[11]研究了施氮對‘Tifton 85’狗牙根營養(yǎng)價值的影響，發(fā)現(xiàn)狗牙根的粗蛋白含量隨施氮量的增加而增加，施氮提高了狗牙根的生產(chǎn)力和營養(yǎng)價值。李威等[7]、袁福錦等[32]分別研究了不同氮素水平對王草(Pennisetum purpureum)、俯仰臂形草(Brachiaria decumbens)品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)這兩者的粗蛋白含量都隨著施氮量的增加而增加。本研究結(jié)果也表明，狗牙根粗蛋白含量隨氮濃度增加而增加，在N3處理水平下粗蛋白含量達到最高，說明施氮能提高狗牙根的粗蛋白含量，提高狗牙根的飼用品質(zhì)。

粗脂肪中含有一些脂類物質(zhì)，包括脂肪、維生素等，其含量也是評價牧草營養(yǎng)品質(zhì)之一。施氮對粗脂肪含量有一定影響，有研究表明，施氮能提高紫花苜蓿[9]、多花黑麥草(Lolium multiflorum)[10]等的粗脂肪含量。董曉兵等[33]研究了施氮對羊草品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)施氮能增加羊草的粗脂肪含量，提高牧草品質(zhì)。本研究結(jié)果表明，隨著施氮量的增加，不同氮濃度處理之間的粗脂肪含量沒有顯著差異(P ＞0.05)，但N3比N2處理條件下的粗脂肪含量有升高的趨勢但不顯著，可能是施氮處理時間較短所致。

粗纖維是植物細胞壁的主要組成成分[21]，對植物起一定的支撐作用。粗纖維可以促進動物的腸胃蠕動，在一定程度上能幫助動物消化食物，也是評判牧草營養(yǎng)品質(zhì)的指標之一。氮肥對牧草的粗纖維含量有一定的影響，有研究表明，施氮能增加虉草(Phalaris arundinacea)[34]、 根 莖 冰 草 (Agropyron michnoi)[35]等的粗纖維含量。本研究結(jié)果也表明，施氮能夠增加牧草狗牙根的粗纖維含量。粗纖維對狗牙根也起一定的支撐作用，有利于增強狗牙根匍匐莖的擴展能力，促進狗牙根的生長發(fā)育。

粗灰分是植物在高溫灼燒后剩余的殘渣，其含量的多少可以評價飼料原料中營養(yǎng)成分[22]。施氮對粗灰分含量有一定的影響，有研究表明，施氮能夠降低俯仰臂形草[32]、羊草[33]等的粗灰分含量。李韋柳等[36]研究了施加不同氮量對狼尾草(Pennisetum alopecuroides)能源品質(zhì)的影響，研究表明，施氮能顯著降低狼尾草的粗灰分含量。本研究結(jié)果與此一致，說明施氮能夠降低狗牙根的粗灰分含量，提高牧草品質(zhì)。

4 結(jié)論

通過施加不同外源氮素濃度對狗牙根試驗的結(jié)果表明，施加氮肥可改善狗牙根的葉片色澤，增加狗牙根的長勢，改善狗牙根的生長狀況；可以增加狗牙根葉片的葉綠素含量，提高葉綠素熒光動力學(xué)曲線和PSⅡ的最大光化學(xué)效率，改善其光合性能；此外，施氮還可以改善狗牙根的牧草品質(zhì)，表現(xiàn)為提高狗牙根的粗蛋白含量和降低粗灰分含量，增加粗纖維含量，但并不能提高狗牙根的粗脂肪含量。結(jié)合本研究結(jié)果綜合分析，為獲得最優(yōu)的飼用狗牙根，施氮量最佳濃度為10 mmol·L-1。