不同供氮水平對豆禾混播草地草產(chǎn)量及品質的影響

土旦加，周學麗

(青海省草原改良試驗站，青海 共和 813000)

氮素是核酸、磷脂、葉綠素及多種酶的重要組分[1]，且在光合色素、光合酶和產(chǎn)物的組成和分配有重要作用[2]。氮亦是植物生長發(fā)育和生命活動的基礎物質，影響其生長、發(fā)育和產(chǎn)量被稱為“生命元素”[3]。研究表明，氮素可以增加植物分枝數(shù)、葉面積等[4]，可提高植物產(chǎn)量和品質[5]。因此，近年來氮肥被大量推廣和應用并成為作物增產(chǎn)的重要措施之一。我國當季氮肥的利用率不高僅為30%～35%，且每年有超過1 500×104t的氮未被合理利用，造成環(huán)境污染、生物多樣性下降和生態(tài)系統(tǒng)失衡等[6]，因此研究氮肥的合理施用具有重要現(xiàn)實意義。

青藏高原作為世界第三極和中華水塔，是我國最大的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地，亦是重要的生態(tài)安全屏障[7]。研究表明，近年來受氣候變化和不合理利用等影響，高寒草地退化嚴重，造成經(jīng)濟和生態(tài)問題日益嚴重[8]。因此，發(fā)展可持續(xù)草地農(nóng)業(yè)是減緩生態(tài)系統(tǒng)惡化和提高經(jīng)濟效益的重要措施。以往草地常以單播為主，長期種植導致土壤肥力減退、產(chǎn)量穩(wěn)定性差[9]?；觳タ筛淖內后w空間分布結構、改善通風透光、提高光能利用率、改善微環(huán)境、提高群體生產(chǎn)力。多項研究表明，豆禾混播可顯著提高其產(chǎn)量和品質[10，11]、并減少氮肥施用，減少環(huán)境污染[12]。氮肥施用需因地制宜，其中草地生態(tài)系統(tǒng)所需氮肥輸入量較農(nóng)田稍少[13]。施用適宜氮肥對混播草地中禾草的株高、分蘗能力具有明顯的促進作用[14]，過量氮肥會降低豆科植物固氮酶的活性，抑制固氮作用，影響生長[15]。因此，因地制宜并合理施用氮肥是混播草地研究的熱門領域，但對高寒區(qū)不同氮肥水平對豆禾混播草地影響的研究較少。鑒于此，選取具有典型高寒區(qū)氣候特征的青海省草原改良試驗站為研究區(qū)域，以適宜本地生長的青牧1號老芒麥(Elymus.sibiricusL.cv.Qinghai No.1)和豌豆青建1號(PisumsativumLinn.cv.Qingjian No.1)的豆禾混播草地為材料，設4個氮肥水平處理，測定其產(chǎn)量和營養(yǎng)品質，分析不同氮肥量對豆禾混播草地生產(chǎn)力和品質的影響，同時利用隸屬函數(shù)，對不同氮肥處理下混播牧草產(chǎn)量和品質進行綜合評價，篩選青海地區(qū)豆禾混播高產(chǎn)優(yōu)質的氮肥用量，以期為青海省豆禾混播草地施用氮肥技術的推廣應用提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地在青海省草原改良試驗站，位于青海湖西北角(37°32′N，99°35′E)，海拔3 270 m。年均溫為-0.7 ℃，年均降水量為359.8 mm，年均蒸發(fā)量為1 501 mm，≥0 ℃年積溫為1 330 ℃，≥10 ℃年積溫為250 ℃，無絕對無霜期，土壤為暗栗鈣土，pH值7.5～8.2[16]。

1.2 試驗材料

供試青牧1號老芒麥和豌豆青建1號均來源于青海省畜牧獸醫(yī)科學院草原所，2個品種籽種質量均為二級，以下分別簡稱老芒麥、豌豆。

試驗所用氮源為尿素(N 46%)、磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)，均購于當?shù)剞r(nóng)資市場。

1.3 試驗設計

采用青牧1號老芒麥和豌豆青建1號2種牧草構建豆禾混播草地，采用豆禾間行混播，豌豆播種量為45 kg/hm2，老芒麥播種量為90.0 kg/hm2，采用單因素4水平隨機區(qū)組設計，共設4個處理，分別為：N0(不施氮肥)、N50(低氮：50 kg/hm2)、N100(中氮：100 kg/hm2)、N150(高氮：150 kg/hm2)，其中氮源為尿素(總氮≥46%，低氮、中氮、高氮水平下每小區(qū)尿素施入量分別為217.39 g、434.782 g、652.17 g)。各處理3次重復，共計9個小區(qū)，各小區(qū)面積4 m×5 m=20 m2，小區(qū)間隔為0.5 m，每區(qū)12行，行距30 cm。于2018年5月10日開始播種，以條播方式進行豆禾間行混播，以每小區(qū)磷肥P2O580 kg/hm2(過磷酸鈣 666.67 kg/hm2)為底肥，底肥和尿素在播種前均勻撒施地表。建植完成后不再進行施肥，無灌溉，定期除雜草、防治病蟲害。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 干草產(chǎn)量 9月底進行刈割，每小區(qū)測定1 m長4行，留茬5 cm，豌豆和老芒麥混合剪割后稱鮮重，再分別取鮮樣500 g左右?guī)Щ貙嶒炇?05 ℃殺青30 min，65 ℃烘干后稱重，根據(jù)干鮮比和小區(qū)面積換算成干草產(chǎn)量。

1.4.2 營養(yǎng)指標 取鮮草500 g，105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干后的干草樣全部用高速粉碎機粉碎后裝入塑料自封袋，備營養(yǎng)成分檢測。測定粗蛋白(CP)含量采用凱氏定氮法；中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量采用范氏洗滌纖維法；粗灰分含量測定采用干灰化法；粗脂肪含量測定采用索氏浸提法[17]。相對飼喂價值(Relative feed value，RFV)根據(jù)NDF和ADF的含量采用以下公式計算[18]：RFV(%)=(88.9-0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29。

1.5 統(tǒng)計分析與評價方法

隸屬函數(shù)值為綜合評價不同供氮水平下豆禾混播草地的生長狀況，對其草產(chǎn)量和營養(yǎng)指標進行綜合評價；參照文獻[19]計算不同處理各指標隸屬函數(shù)值，計算公式為：

A：若指標與生長特性呈正相關關系，則

μ(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

B：若指標與生長特性呈負相關關系，則

μ(Xj)=1 -(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中，Xj表示第j個指標值，Xmin表示第j個指標的最小值，Xmax表示第j個指標的最大值。

用下列公式計算標準差系數(shù)Vj：

用下式計算各指標的權重Wj：

式中，Wj表示第j個指標的權重。

用下式計算各氮肥處理下豆禾混播草地的生長特性隸屬函數(shù)值D，D值越大表明這種氮肥處理對混播草地生長的促進作用越強。

試驗數(shù)據(jù)在Excel 2016進行整理和作圖，采用SPSS 19.0對草產(chǎn)量和營養(yǎng)成分指標進行單因素方差分析(One way ANOVA)，并用Duncan法進行多重比較(P<0.05)，以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 不同氮肥水平對豆禾混播草地干草產(chǎn)量的影響

由表1可知，豆禾混播草地的干草產(chǎn)量隨氮肥施入量增加呈增加趨勢，其中N150(高氮)最高，達11 243.94 kg/hm2，N100(中氮)次之，N50(低氮)較好，N0(不施氮肥)最小，為7 464.73 kg/hm2；N150或N100、N50、N0間干草產(chǎn)量達顯著水平(P<0.05)，N150和N100無顯著差異；N150、N100和N50較N0處理分別顯著增產(chǎn)50.43%、43.29%和30.43%(P<0.05)。

表1 不同氮肥水平對混播草地草產(chǎn)量的影響

2.2 不同氮肥水平對豆禾混播草地營養(yǎng)品質和相對飼喂價值的影響

由表2可知，豆禾混播草地的粗蛋白(CP)含量隨氮肥施入量增加呈增加趨勢，其中N150(高氮)最高，達22.74%，N100(中氮)較好，N50(低氮)次之，N0(不施氮肥)最小，為17.23%；N150或N100、N50、N0間CP含量達顯著水平(P<0.05)，N150和N100無顯著差異；N150、N100和N50較N0處理CP含量分別顯著提高31.98%、27.28%和21.24%(P<0.05)。

表2 不同氮肥水平對混播草地粗蛋白、酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維的影響

豆禾混播草地的酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)含量隨氮肥施入量增加呈降低趨勢，其中從低到高為N150>N100>N50>N0；各處理間ADF和NDF含量均差異顯著(P<0.05)；其中N150、N100和N50較N0處理ADF含量分別顯著降低12.20%、10.14%和6.24%(P<0.05)，NDF含量分別顯著降低16.62%、15.94%和8.86%(P<0.05)。

由表3可知，豆禾混播草地的干物質(DM)隨氮肥施入量增加呈增加趨勢，其中N150(高氮)最高，達3 321.73 kg/hm2，N100(中氮)較好，N50(低氮)次之，N0(不施氮肥)最小，為2 377.62 kg/hm2；N150或N100、N50、N0間DM差異顯著(P<0.05)，N150和N100無顯著差異；N150、N100和N50較N0處理DM分別顯著提高39.71%、34.86%和26.61%(P<0.05)。

表3 不同氮肥水平對混播草地干物質、粗脂肪和相對飼喂價值的影響

豆禾混播草地粗脂肪(EE)含量和相對飼喂價值(RFV)隨氮肥量增加呈增加趨勢，其中從高到低為N150>N100>N50>N0；N150或N100、N50、N0間EE含量差異顯著(P<0.05)，N150和N100無顯著差異；其中N150、N100和N50較N0處理EE含量分別顯著提高25.93%、24.87%和16.93%(P<0.05)，相對飼喂價值(RFV)含量分別顯著提高28.50%、26.01%和13.69%(P<0.05)。

2.3 隸屬函數(shù)綜合分析

表4可知，不同處理隸屬函數(shù)值排名為N150>N100>N50>N0，說明N150(高氮)處理對豆禾混播草地生長的促進作用最強，N0(不施氮肥)最弱。在一定范圍內，氮肥施入量越高，越有利于豆禾混播草地生長。

表4 不同氮肥水平對混播草地生長特性影響的隸屬函數(shù)綜合分析

3 討論

3.1 不同氮肥水平對豆禾混播草地草產(chǎn)量的影響

草產(chǎn)量是評價牧草生產(chǎn)性能的重要指標，亦可直接反映載畜能力的強弱[20]。適量氮肥可提高苜蓿氮積累和產(chǎn)量[21]，亦可增加禾本科牧草的固氮能力增加其種群競爭力[22]。本研究中，N150(高氮)最高，N0(不施氮肥)最小，這與曹蘭芹等[23]發(fā)現(xiàn)高氮處理的莖葉生物量、地上生物量、地下生物量和總生物量高于低氮處理的結果類似。本研究發(fā)現(xiàn)，N150或N100、N50、N0間干草產(chǎn)量達顯著水平(P<0.05)，N150和N100無顯著差異，說明較N0(不施氮肥)處理，N50(低氮)和N100(中氮)對混播草地干草增產(chǎn)高效，N150(高氮)處理低效，這也MOLL等[24]得出特定作物在某一水平下的生物量對低氮響應高效，而高氮時低效的結論相一致。

3.2 不同氮肥水平對豆禾混播草地營養(yǎng)品質和相對飼喂價值的影響

粗蛋白(CP)，酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌纖維(NDF)，干物質(DM)和粗脂肪(EE)是反映牧草營養(yǎng)價值的重要指標[25]。粗蛋白(CP)滿足動物攝取蛋白質[26]，ADF和NDF影響家畜采食量和消化情況，EE影響適口性[27]。本研究發(fā)現(xiàn)，豆禾混播草地的粗蛋白(CP)、干物質(DM)、粗脂肪(EE)和相對飼喂價值(RFV)隨氮肥施入量增加呈增加趨勢，其中N150(高氮)最高，N100(中氮)較好，N50(低氮)次之，N0(不施氮肥)最小，N150或N100、N50、N0間均差異顯著(P<0.05)，N150和N100無顯著差異，這分別驗證了隨氮肥增加，則冬小麥粗CP含量增加[28]、玉米DM增加[29]、大豆EE增加[30]、黑麥草RFV增加[31]的結果。本研究發(fā)現(xiàn)，酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)含量隨氮肥施入量增加呈降低趨勢，其中，從低到高為N150

3.3 隸屬函數(shù)綜合分析

隸屬函數(shù)值可綜合反映不同氮肥水平處理對豆禾混播草地促生長作用的大小，隸屬函數(shù)值越高則促生越強，反之則越弱。不同氮肥水平對豆禾混播草地的產(chǎn)量、營養(yǎng)品質和相對飼喂價值的作用存在差異，為客觀且綜合的比較不同處理對混播牧草的促生作用，用模糊隸屬函數(shù)對不同處理進行綜合分析。結果顯示，不同處理隸屬函數(shù)值排名為N150>N100>N50>N0，前文單因素方差結果顯示，N150可顯著提高豆禾混播草地的干草產(chǎn)量、粗蛋白含量、干物質、粗脂肪和相對飼喂價值，并顯著降低酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量(P<0.05)。隸屬函數(shù)法分析結果與前文結果相一致，且說明N150(高氮)處理對豆禾混播草地生長的促進作用最強，N0(不施氮肥)最弱，在一定范圍內，氮肥施入量越高，越有利于豆禾混播草地生長。

4 結論

N150的處理可顯著提高豆禾混播草地的干草產(chǎn)量、粗蛋白含量、干物質、粗脂肪和相對飼喂價值，同時顯著降低酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量。綜合分析表明，在一定范圍內(150 kg/hm2)的氮肥施入量，利于豆禾混播草地生長。