劉淑娟,劉虎俊,劉光武,李銀科,萬 翔,張芝萍,劉開琳,李菁菁
(甘肅省治沙研究所/甘肅省荒漠化與風(fēng)沙災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室省部共建培育基地,蘭州 730070)
甜高粱是粒用高粱(Sorghum bicolor)的一個(gè)變種,是目前世界上公認(rèn)的最具開發(fā)利用價(jià)值的新型能源作物之一,已成為許多地方政府推廣種植的飼料作物[1]。近年來,國內(nèi)舍飼養(yǎng)牛業(yè)發(fā)展迅速,飼料供給及養(yǎng)殖場(chǎng)的糞便處理已經(jīng)成為舍飼養(yǎng)牛業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素[2]。種植甜高粱,可利用其生物量大的特點(diǎn),為養(yǎng)牛業(yè)提供粗飼料[3],對(duì)于養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展具有重要意義。另外,發(fā)酵牛糞作為有機(jī)肥[4]施入農(nóng)田種植甜高粱,不僅能充分利用養(yǎng)殖廢棄物,同時(shí)還能獲得優(yōu)質(zhì)的肥料,形成種植業(yè)-養(yǎng)殖業(yè)一體化的循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。目前,甜高粱已在國內(nèi)不同氣候帶進(jìn)行了種植試驗(yàn)[5],不僅受到地方政策鼓勵(lì),也進(jìn)行了種植技術(shù)研發(fā)[6-7]。研究者研究甜高粱品種適應(yīng)性[8]、生物量影響因素[9]、種植模式[10]、不同施肥量對(duì)甜高粱株高、莖粗、植株含糖量和產(chǎn)量的影響[11-13],篩選出了適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂驐l件優(yōu)良品種,也形成了高產(chǎn)種植模式。研究結(jié)果表明雞糞和牛糞有機(jī)肥對(duì)甜高粱產(chǎn)量影響各異[11],牛糞有機(jī)肥施用可提高甜高粱產(chǎn)量[12-13];不同類型甜高粱對(duì)肥料的需求水平不一致,飼用型甜高粱需施氮肥以獲得高產(chǎn),醇用型甜高粱偏好鉀肥[14]。施肥對(duì)甜高粱影響的研究主要集中在施用量和施肥方式方面[12-15],關(guān)注肥料的氮化合態(tài)對(duì)甜高粱影響的較少。而不同作物對(duì)不同化合態(tài)的氮吸收能力不同[16],氮化合態(tài)也影響植物的生長與飼料品質(zhì)[17-18]。本試驗(yàn)以飼用型甜高粱為材料,以沼氣池發(fā)酵的沼液和有氧發(fā)酵的堆肥為基肥,研究2種牛糞有機(jī)肥對(duì)甜高粱生長量的影響,以期為規(guī)?;B(yǎng)牛場(chǎng)糞便高效肥料處理模式和甜高粱種植的肥料選擇提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)用飼用型甜高粱品種為‘大力士’,肥料為有氧發(fā)酵的牛糞堆肥和以牛糞為主要發(fā)酵原料的沼液。牛糞堆肥的腐殖酸、富里酸和全氮量分別是沼液的48.5、87.2、26.3倍,而沼液的速效鉀、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮是堆肥的18.6、11.6、967.92倍,2種肥料成分及酸堿性存在差異(表1)。
表1 2種牛糞發(fā)酵肥料的主要指標(biāo)
采用大區(qū)對(duì)比試驗(yàn),每種肥料處理小區(qū)為20 m×40 m,不設(shè)重復(fù)。播種時(shí)間為5月20日,采用平地覆膜種植,點(diǎn)播株距20 cm,行距40 cm。牛糞堆肥和沼液作基肥在播種前施入一次,牛糞堆肥作基肥施用量約為0.75 kg/m2[19],沼液做基肥施用量約為13.0 kg/m2。在甜高粱生長旺盛的7月22日(生長62天),灌水過程給沼液基肥地隨水澆入沼液6.5 kg/m2。如果根據(jù)所測(cè)肥料成分計(jì)算,施入堆肥和沼液全氮量相近,但腐殖酸和富里酸分別相差1.86倍和3.35倍,速效鉀、速效磷、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮相差0.2%、15.92%、0.3%和0.004%。
高粱苗期至拔節(jié)前需要25~30天,是高粱純營養(yǎng)生長期,生長較慢[20],在生育期第78天刈割甜高粱的生物量和品質(zhì)相對(duì)較高[20-21]。也有試驗(yàn)指出刈割間隔期為72天,有效地提高了飼用型甜高粱產(chǎn)量和莖稈品質(zhì)[22]。因此,本試驗(yàn)的甜高粱生長量觀測(cè)時(shí)期選擇其生長量較大的播種后60~100天之間,每10天觀測(cè)一次株高、莖粗、葉片數(shù)及葉寬。株高為地面至最大自然株高處,莖粗為地上第二節(jié)處,葉數(shù)為展開的所有數(shù)量,葉寬為總節(jié)數(shù)中間位置的葉的最大寬處。測(cè)定時(shí),采取5點(diǎn)法分別沿試驗(yàn)區(qū)的中心位置等距離隨機(jī)取10株,測(cè)定其生長量。在生長60天之后,觀測(cè)植株的葉數(shù)不再增加。因此,生長速率以10天時(shí)間內(nèi)每天的植株高度、莖粗和葉寬的增長率來表示,觀測(cè)分析2種牛糞發(fā)酵肥對(duì)甜高粱生長量的影響。用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表繪制。
在生長的70~90天,施用牛糞堆肥和沼液的甜高粱植株高的平均生長速率差異顯著(P<0.05,圖1),約是不施肥處理的株高生長速率的1.12、1.02倍。施牛糞堆肥的甜高粱平均高生長率是沼液的1.09倍(圖1)。在觀測(cè)期內(nèi),施用牛糞堆肥的甜高粱平均高度生長率有60天大于施用沼液的。株高增長率的偏差值是施用牛糞堆肥的小于施用沼液的和對(duì)照的(圖1)。因此,施用牛糞堆肥的甜高粱株高生長速率相對(duì)施用沼液的穩(wěn)定。甜高粱植株的高生長分別有2個(gè)高峰期,即種植的第70天左右和第100天左右,第一個(gè)株高生長高峰期是施入沼液追肥之后。在這2個(gè)高生長較快時(shí)期,施用牛糞堆肥甜高粱平均株高生長速率小于施用沼液的(圖1)。第一個(gè)和第二個(gè)生長高峰期,施用沼液的甜高粱平均高生長速率都約是施用牛糞堆肥的1.13倍(圖1)。但是,施用牛糞堆肥甜高粱平均總高度(131.00 cm)大于施用沼液的株高(116.27 cm)。
在生長期60~90天,施用牛糞堆肥和沼液的甜高粱植株的莖粗生長率差異顯著(P<0.05,圖2)。在觀測(cè)期內(nèi),施用牛糞堆肥和沼液的甜高粱平均莖粗生長高峰期較株高生長推遲10天(圖1和圖2)。莖粗增長率的偏差值是施用沼液的小于施用牛糞堆肥和對(duì)照的。因此,施用沼液的甜高粱莖粗生長速率相對(duì)施用牛糞堆肥的穩(wěn)定。施用沼液的甜高粱平均莖粗生長速率有一個(gè)高峰期(生長70~80天)(圖2),是對(duì)照的2.8倍。施沼液的莖粗平均生長率是牛糞堆肥的1.87倍,生長速率較大(圖2)。而且施用沼液的甜高粱平均莖粗(14.71 cm)大于施用牛糞堆肥的平均莖粗(13.22 cm),也大于對(duì)照的。施肥的甜高粱莖粗生長變化只有90多天。
圖1 施用2種牛糞有機(jī)肥的甜高粱的株高生長速率
圖2 施用2種牛糞有機(jī)肥的甜高粱的莖粗生長率
在觀測(cè)期70天前與90天之后,施用牛糞堆肥和沼液的甜高粱的葉寬生長速率差異不顯著(P>0.05)。只有80~90天的葉生長率差異顯著(P<0.05,圖3),也就是再次施沼液追肥之后,施用沼液的甜高粱的葉寬生長速率約為不施肥處理的1.07倍,施牛糞堆肥的平均葉寬生長率是沼液的1.09倍。有2個(gè)時(shí)期施用沼液和堆肥的甜高粱平均葉寬生長率小于對(duì)照。但是,葉寬增長率的偏差值是施肥的大于對(duì)照的(圖3),施用牛糞堆肥的平均葉寬(5.11 cm)和沼液的平均葉寬(4.68 cm)也大于對(duì)照的平均葉寬(4.25 cm)。施用牛糞堆肥的甜高粱葉寬生長持續(xù)了100天,對(duì)照和沼液的甜高粱葉寬在生長了90多天后就停止生長(圖3)。
圖3 施用2種牛糞有機(jī)肥的甜高粱的葉寬生長率
施用牛糞堆肥和沼液增大了甜高粱株高生長率,約是不施肥處理的株高生長速率的1.12倍和1.02倍。施牛糞堆肥的甜高粱平均株高生長率是沼液的1.09倍。施沼液的甜高粱株高生長有2個(gè)時(shí)期大于施用牛糞堆肥的,但施用牛糞堆肥的甜高粱總株高生長量較大。施用有機(jī)肥作基肥可促進(jìn)作物生長,即使不再追施速效氮肥,依然可以確保甜高粱生長良好[11-12]。不同類型甜高粱對(duì)肥料的需求水平不一致,飼用型甜高粱偏施氮肥獲得高產(chǎn)[14]。缺氮會(huì)明顯影響甜高粱的高生長、莖粗、成活葉片數(shù)和干物質(zhì)[23]。施用牛糞堆肥的甜高粱株高生長率大于沼液的,這與牛糞堆肥的腐植酸和全氮量大于沼液的相一致。腐植酸能夠調(diào)控土壤氮素去向、減少氮素?fù)p失,對(duì)提高氮肥利用率具有重要意義[24-25]。雖然,牛糞堆肥的速效鉀、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量相對(duì)較低,但是,其腐殖酸、富里酸和全氮量較大,提高了氮肥的利用效率,促進(jìn)了甜高粱的生長率,且維持較長時(shí)間的生長。腐植酸能夠通過與氮素、磷素和鉀素發(fā)生結(jié)合效應(yīng),與磷酸鹽產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng),對(duì)鉀離子的吸附作用固持并活化土壤與肥料中的養(yǎng)分,提高土壤肥料有效性和緩釋性能,提高肥料利用率,從而促進(jìn)植物生長[26]。飼用甜高粱栽培中,施用牛糞有機(jī)肥是提高其產(chǎn)量的重要技術(shù)措施之一。
施用沼液的甜高粱莖粗生長率是牛糞堆肥的1.87倍,是對(duì)照的2.8倍。施牛糞堆肥的平均葉寬生長率是沼液的1.09倍,且葉寬生長持續(xù)時(shí)間較長。氮肥、磷肥和鉀肥配合施用可大幅提高飼草高粱生物產(chǎn)量,氮素是影響高粱生物產(chǎn)量的首要養(yǎng)分因素,其次為磷素,第三是鉀素。飼草高粱植株高度的變化規(guī)律主要取決于品種特性,施肥主要影響飼草高粱生物產(chǎn)量[27]。沼液不僅可以做基肥也可做追肥[28]。牛糞沼液的速效鉀、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量相對(duì)較大,施用沼液追肥后,甜高粱的葉生長率大幅增加。牛糞堆肥和沼液的所含肥料成分比例不同,影響甜高粱的組成部分不同。
牛糞堆肥的腐殖酸和全氮量相對(duì)較大適宜做底肥,沼液的速效鉀、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮所含比例較大,既可做基肥也可做追肥施用。此外,從資源利用和經(jīng)濟(jì)效益上看,施用有機(jī)肥能很好地利用養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的排泄物,減少環(huán)境污染。不同植物對(duì)NH4+和NO3-的吸收能力不同,從而影響生長發(fā)育[16]。植物對(duì)硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的吸收和同化途徑不同,2種氮源的混合比例和使用環(huán)境亦會(huì)對(duì)植物生長產(chǎn)生顯著影響,因此要根據(jù)植物對(duì)氮源的喜好以及環(huán)境要素來確定氮源的形態(tài)和配比。本試驗(yàn)只進(jìn)行了單種肥的施用,配合牛糞沼液和堆肥施用對(duì)高甜高粱生長率影響還有待研究。有機(jī)肥施用有利于促進(jìn)甜高粱幼苗根系形態(tài)建成[29],發(fā)酵牛糞影響土壤堿性磷酸酶活性[30],從而促進(jìn)甜高粱營養(yǎng)吸收與地上部分生長。本試驗(yàn)只觀測(cè)2種有機(jī)肥對(duì)甜高粱的高、莖粗和葉寬的影響,土壤及甜高粱根系受肥料影響的變化還有待深入研究,從而說明有機(jī)肥作用機(jī)理。
施用牛糞堆肥和沼液都能增大了甜高粱株高生長率,也能促進(jìn)其葉和地徑生長。但是,牛糞堆肥和沼液的所含肥料成分比例不同,影響甜高粱生長程度也有差異。牛糞堆肥的腐植酸和全氮量大于沼液的,更能促進(jìn)甜高粱株高生長率。牛糞沼液的速效鉀、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量相對(duì)較大,施用沼液追肥后,甜高粱的葉生長率大幅增加。牛糞堆肥的腐殖酸和全氮量相對(duì)較大適宜做底肥,沼液的速效鉀、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮所含比例較大,既可做基肥也可做追肥施用。