高丹草“土-草-畜”界面的氮素運移規(guī)律*

李 源, 趙海明, 游永亮, 武瑞鑫, 劉貴波**, 楊志敏, 祖曉偉

(1. 河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所/河北省農(nóng)作物抗旱研究重點實驗室 衡水 053000; 2. 張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 張家口075000; 3. 河北省畜牧總站 石家莊 050030)

氮素是植物生長發(fā)育所需的最重要的營養(yǎng)元素之一, 氮肥對作物產(chǎn)量的貢獻高達30%～50%。以往在氮素利用效率研究上常采用差值法計算, 然而, 此方法難以區(qū)分作物吸收的氮是來自肥料氮還是土壤氮, 導(dǎo)致不能計算出施入氮(肥料氮)在土壤中的殘留量及吸收利用情況。隨著同位素標記技術(shù)的發(fā)展,N同位素示蹤技術(shù)能有效克服上述方法的不足, 由于N同位素?zé)o放射性, 對人體沒有危害, 是一種穩(wěn)定的示蹤劑, 能精準地計算出標記氮的運移去向, 目前該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在氮素循環(huán)研究。

近年來, 祝?？⒌取an等、徐明杰等、黨廷輝等、石玉等利用N同位素示蹤技術(shù)分別研究了水稻()、玉米()、小麥()在“土壤-作物”界面的氮素吸收情況; 岳現(xiàn)錄等、Domene等、廖先苓等利用N同位素示蹤技術(shù)分別分析了肉牛、白鼠、山羊在“牧草-家畜”界面的氮素消化情況。可以看出, 前者多側(cè)重于糧食作物對土壤氮的吸收上, 后者多集中在動物對植物性氮的消化上。但是, 牧草不同于糧食作物, 是不能被人直接消化吸收的, 必須經(jīng)過反芻動物的消化作用, 才能變成被人吸收的動物性蛋白。而牛、羊作為重要的反芻動物, 其體內(nèi)的動物性蛋白主要來自于牧草, 牧草中植物性氮又主要來源于土壤, 在這個系統(tǒng)中, 氮素作為一個重要的營養(yǎng)元素, 目前少見從“土壤(土)-牧草(草)-家畜(畜)”系統(tǒng)的角度揭示出氮素運移規(guī)律的研究。雖然尹浩冰等綜述了草地生態(tài)系統(tǒng)的氮循環(huán)研究, 但主要集中于“土-草”界面的氮素轉(zhuǎn)移規(guī)律, 無法明確吸收的植物氮被反芻動物再利用情況; 黃秀聲等雖然分析了8種牧草對氮素的吸收和轉(zhuǎn)化效率, 但在“草-畜”界面是以白鼠為研究對象, 不能真正代表反芻動物實際的吸收情況。因此, 研究氮素在“土壤(土)-牧草(草)-家畜(畜)”界面的運移規(guī)律, 對提高牧草氮肥利用效率、明確反芻家畜對植物性氮的消化吸收、以及減少施肥造成的環(huán)境污染具有重要意義。

高丹草(×)是高粱()與蘇丹草()的遠緣雜交種, 具有雜交優(yōu)勢強、生物產(chǎn)量高、飼用品質(zhì)優(yōu)、抗逆性強、多茬利用特性, 在農(nóng)區(qū)逐漸受到廣大種養(yǎng)戶的青睞。近年來, 關(guān)于高丹草施氮肥研究主要集中在施氮肥對高丹草產(chǎn)量、品質(zhì)及環(huán)境的影響方面, 尚少見從“土-草-畜”系統(tǒng)研究高丹草氮素運移規(guī)律的報道?；诖? 本研究采用N同位素標記技術(shù), 通過施入N標記尿素, 從“土壤殘留-植物吸收-動物消化”等3個層面, 探討了施入氮在高丹草“土-草-畜”界面的運移規(guī)律, 研究結(jié)果可為高丹草合理施肥、草食家畜對氮素的消化吸收提供理論依據(jù), 為高丹草綠色生產(chǎn)及利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地自然概況

試驗地位于河北省衡水市的河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所試驗站(E115°42′, N37°44′), 海拔高度20 m, 多年平均氣溫12.6 ℃, 年平均降水510 mm, 其中70%降水集中在7?8月。無霜期206 d。試驗田土壤為黏質(zhì)壤土, 0～60 cm基礎(chǔ)土壤養(yǎng)分: pH 8.25, 全鹽量0.93 g?kg, 有機質(zhì)13.66 g?kg, 全氮0.93 g?kg, 堿解氮58.12 mg?kg, 速效磷7.61 mg?kg, 速效鉀159.78 mg?kg。

1.2 試驗材料

試驗用化肥為N標記的尿素(N豐度為10.17%), 由上海化工研究院生產(chǎn); 普通尿素(N含量為46.4%), 由滄州大化股份有限公司生產(chǎn); 磷肥為過磷酸鈣肥(PO含量為16%), 由云南個舊大通磷化工有限公司生產(chǎn)。試驗所用的高丹草品種為‘冀草2號’, 是由河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所選育的國審品種, 品種登記號為393, 該雜交種的突出特性: 1)具有光周期敏感特性, 在長日照條件下表現(xiàn)為長時間的營養(yǎng)生長, 短日照條件下營養(yǎng)生長時間變短; 2)保持A型高粱雄性不育的特點, 自交后代不結(jié)實。

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2015年6?10月在河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所試驗站進行。N標記施肥試驗劃分5個施肥水平, 純N量分別為0 kg?hm、90 kg?hm、180 kg?hm、270 kg?hm和360 kg?hm, 分別用N0、N90、N180、N270和N360表示, 其中N處理為試驗對照(CK)。各N施肥處理的磷肥(PO)施用量為180 kg?hm, 作為底肥一次性施入。采用隨機區(qū)組設(shè)計, 3次重復(fù), 共計15個小區(qū), 每小區(qū)長4.5 m, 寬2.4 m, 總面積10.8 m, 每區(qū)種6行高丹草, 南北方向播種, 行距40 cm, 株距15 cm。

N施肥試驗采用“小區(qū)套微區(qū)”設(shè)計進行布局, 具體為: 在每試驗小區(qū)的中間設(shè)置為微區(qū), 微區(qū)長1.5 m, 寬0.8 m, 面積1.2 m(圖1), 施肥時,N標記尿素施在微區(qū); 同時, 在微區(qū)四周保留與微區(qū)等長、等寬的區(qū)域作為保護區(qū)(圖1), 保護區(qū)施肥用普通尿素來替代N標記尿素; 微區(qū)和保護區(qū)之間沒有隔離, 而是利用等滲原理, 同時對微區(qū)和保護區(qū)進行施肥, 可保證N標記肥料均勻施在微區(qū)。同時為防止不同小區(qū)之間的肥料滲透, 在各小區(qū)之間均留有間隔1.5 m的觀察道。

圖1 田間小區(qū)平面示意圖(黑色部分為微區(qū), Δ表示施15N尿素; 白色部分為保護區(qū), ◎表示施普通尿素）Fig.1 Schematic diagram of field plot (black part was micro area, “Δ”means application of 15N urea; white part was protected area, “◎”means application of common urea)

N標記尿素分2次施入, 每次各施50%。第1次作為底肥在播種當天施入, 施肥時在去除試驗小區(qū)地上雜物、保證平整的基礎(chǔ)上, 將N標記尿素均勻撒施微區(qū)的土壤表面, 然后翻耕, 與耕作層(0～20 cm土壤)混合均勻; 第2次作為追肥在拔節(jié)期(播種后44 d, 株高70 cm左右)施入, 追肥時將N標記尿素溶解于水中, 形成水溶液, 灌入微區(qū), 同時在微區(qū)四周的保護區(qū)灌溉普通尿素的水溶液, 灌水量按300 m?hm計算。

試驗采用造墑播種, 灌水量為750 m?hm, 于2015年6月11日點播種植, 播后苗前采用38%莠去津懸浮劑均勻噴施地表防除雜草。

分別于8月19日、10月27日進行第1、2茬草的刈割, 第1茬草刈割時為拔節(jié)后期, 第2茬草為孕穗期, 刈割時留茬高度15 cm。每次刈割時, 測定微區(qū)株高、莖葉比、草產(chǎn)量等主要農(nóng)藝性狀; 同時, 在每個微區(qū)取健壯、長勢均勻的單株5株, 莖、葉分開, 自然晾曬成風(fēng)干樣品, 用于測定植物樣品中全N和N豐度。在第2茬草刈割后, 對所有處理小區(qū)的微區(qū)0～1 m的土層取樣, 按每0.2 m分層取樣, 陰干后將每層土樣等量混合, 用于測定土壤樣品中全氮含量和N豐度。

為進一步探討氮在草食動物(肉羊、奶牛)中的運移規(guī)律, 在第1茬草刈割后, 收集每個處理3個重復(fù)的微區(qū)的高丹草鮮樣, 用體積為25 L的容器進行青貯發(fā)酵, 青貯密度為700 kg?m, 然后用高丹草青貯草進行肉羊、奶牛的消化率試驗, 采用半體內(nèi)法(瘤胃尼龍袋法)進行。肉羊消化試驗選用3只體況正常、健康的裝有永久瘺管的綿羊, 將樣品放置在瘺管羊瘤胃內(nèi)進行降解, 48 h取出, 收集殘留樣品, 測定殘留樣品的全氮含量和N豐度。奶牛消化試驗選用3頭裝有永久瘺管的處于泌乳中后期的荷斯坦奶牛, 體重650 kg左右, 48 h取出樣品, 收集消化后剩余的高丹草殘留樣品, 測定殘留樣品的全氮含量和N豐度。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 農(nóng)藝性狀測定

株高: 每次刈割時, 測量從地面到植株新葉最高部位的絕對高度; 莖葉比: 在施N標記肥料的微區(qū)中選代表性的植株5株, 人工莖、葉分開, 稱其鮮重, 自然風(fēng)干后再稱其干重, 可計算出鮮干比和莖葉比;草產(chǎn)量: 測定時先刈割微區(qū)四周保護區(qū)的高丹草, 然后對微區(qū)全部進行刈割測定, 再通過鮮干比折算成干草產(chǎn)量。

1.4.2 土壤養(yǎng)分測定

試驗播種前, 采集每個微區(qū)0～60 cm的土壤樣品, 測定土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分, 具體取樣時, 每20 cm取一層, 陰干后將每層土樣等量混合后測定。采用比色法測定土壤的pH, 采用電導(dǎo)率法測定土壤全鹽量, 利用稀釋熱法測定土壤有機質(zhì)含量, 利用凱氏定氮法測定土壤全氮含量, 堿解氮含量采用擴散法測定, 速效磷含量利用0.5 mol?LNaHCO浸提法測定, 利用乙酸銨浸提火焰光度法測定速效鉀含量。

采用凱氏定氮法測定植物、土壤以及反芻動物消化后樣品的全氮含量; 采用ZHT-03型質(zhì)譜儀測定植物、土壤以及反芻動物消化后樣品的N豐度。并計算氮素利用率、土壤殘留率、損失率、分配率等相關(guān)指標。

1.5 氮素轉(zhuǎn)移計算方法

1.5.1 “土-草”界面氮素運移計算方法

1.5.2 “草-畜”界面氮素運移計算方法

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗旨在明確施入氮在“土-草-畜”界面的運移規(guī)律, 通過以下方式實現(xiàn): 首先計算不同N施肥處理下“土-草”界面N的植物利用率、土壤殘留率、損失率, 以及“草-畜”界面N的動物消化率、利用率、殘留率值; 然后再將同一界面不同N施肥處理下的上述指標值進行平均, 得出施入氮在不同界面下的運移分配比例; 在此基礎(chǔ)上, 明確施入氮在“土-草-畜”界面的運移規(guī)律。其中“土-草”界面施入氮的植物利用率、土壤殘留率、損失率, 以及施入氮在高丹草莖、葉部位的分配率的計算依據(jù)1.5.1部分; “草-畜”界面氮素運移率值依據(jù)1.5.2部分計算, 通過計算反芻動物對N高丹草動物消化率, 再進一步換算出反芻動物對施入氮的利用率和殘留率。

運用Excel 2007軟件計算不同N施肥處理下的高丹草農(nóng)藝性狀值以及施入氮的植物利用率、土壤殘留率、損失率、動物利用率等數(shù)據(jù)的平均值和標準差, 采用SPSS 18.0軟件“General Linear Model→Multivariate”進行不同N施肥處理的方差分析; 表中所列數(shù)據(jù)均用“平均值±標準差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥對高丹草主要農(nóng)藝性狀的影響

當?shù)?茬草生長69 d后(8月19日)刈割, 不同施肥處理下株高、莖葉比無顯著差異; 干草產(chǎn)量在N180處理下為最高, 顯著高于CK和N90處理(<0.05), 但與N270、N360處理間的干草產(chǎn)量無顯著差異(表1)。第2茬草生長67 d后(10月27日)刈割, 不同施肥處理下株高、莖葉比以及干草產(chǎn)量無顯著差異。分析全年干草產(chǎn)量得出, 在N180處理下的總干草產(chǎn)量最高, 顯著高于CK和N90處理(<0.05), 但與N270、N360處理間的干草產(chǎn)量無顯著差異。

表1 不同15N施肥處理對高丹草不同茬次主要農(nóng)藝性狀的影響Table1 Effect of different 15N treatments on main agronomic characters of Sorghum bicolor×S. sudanense

2.2 氮肥在高丹草“土-草”界面的運移規(guī)律

2.2.1 不同施氮處理下施入氮的植物利用率、土壤殘留率以及損失率

隨著N施肥量的增加, 高丹草植株對施入氮的利用率呈“先增加后降低”趨勢, 其中在N180處理下N利用率最高, 為28.44%, 顯著高于N360處理(<0.05), 但與N90、N270處理間無顯著差異(圖2)。隨著N施肥量的增加, 0～1 m土壤N殘留率呈先增加后降低趨勢, 在N180處理下,N元素的殘留率達最高, 為28.24%, 顯著高于N360處理(<0.05)。隨著N施肥量的增加, 施入氮的損失率呈先降低后增加趨勢, 在N180施肥處理下,N元素的損失率相對較低, 為43.32%, 但在N360高施肥量處理下,N元素的損失率達60.82%, 與其他處理呈顯著差異(<0.05)。

圖2 不同15N施用量下高丹草“土-草”界面施入氮的植物利用率、土壤殘留率和損失率Fig.2 Plant utilization rate, soil residual rate and loss rate of 15N at the interface of soil-forage of Sorghum bicolor×S. sudanense under different 15N application rates

2.2.2 施入氮在高丹草“土-草”界面的運移分配

平均分析不同N施肥處理下施入氮的利用率、土壤殘留率及損失率得出, 施入氮在高丹草“土-草”界面的運移規(guī)律為: 施入氮在土壤殘留為25.22%, 損失為50.83%, 高丹草吸收23.95%; 總體去向表現(xiàn)為:損失率>土壤殘留率>植物吸收率(圖2)。

2.2.3 高丹草吸收的氮素在莖、葉的分配

高丹草吸收的施入氮在第1、2茬及全年均以葉中的分配率高于莖, 尤以第2茬最為明顯(圖3)。而隨著N標記肥料的增加, 第1茬、第2茬和全年的莖、葉N分配率在不同施肥處理下均無顯著差異。由此表明, 高丹草吸收的氮素在莖、葉的分配率與施肥量多少無關(guān)。試驗表明, 高丹草營養(yǎng)生長階段, 葉中的N分配率高于莖。其中葉中施入氮分配率為54.35%, 高于莖中的45.65%。

圖3 不同15N施用量下15N在高丹草莖、葉的分配率Fig.3 Distribution rates of 15N in the stem and leaf of Sorghum bicolor×S. sudanense under different 15N application rates

2.3 氮肥在高丹草“草-畜”界面的運移規(guī)律

2.3.1 施入氮在肉羊“草-畜”界面的運移規(guī)律

不同N處理下, 肉羊?qū)標記高丹草的消化率及殘留率均無顯著差異(圖4); N180處理下肉羊?qū)κ┤氲睦寐曙@著高于N360處理(<0.05), 但與其他處理無顯著差異。由圖2已知, “土-草”界面中, 施入氮的23.95%可被高丹草吸收利用, 此部分標記的高丹草再經(jīng)肉羊消化后, 平均分析得出, 施入氮在肉羊“草-畜”界面的運移規(guī)律為: 肉羊吸收19.46%, 高丹草殘留為4.49% (圖4)。綜合得出, 施入氮在“土-草-畜(肉羊)”界面的運移規(guī)律表現(xiàn)為: 施入氮在土壤殘留為25.22%, 在高丹草殘留為4.49%, 肉羊吸收19.46%, 損失為50.83%。

圖4 不同15N施用量下“草-畜”界面15N的肉羊消化率、利用率和消化殘留率Fig.4 Sheep digestibility, utilization rate and residue rate of15N at the interface of forage-livestock under different 15N application rates

2.3.2 施入氮在奶?！安?畜”界面的運移規(guī)律

N270處理下, 奶牛對N標記高丹草的消化率顯著低于N360處理(<0.05), 與其他處理無顯著差異;N標記高丹草消化殘留率在N180和N270處理下顯著高于N360處理, 但與N90處理無顯著差異(圖5);N180處理下奶牛對施入氮的利用率最高, 但與其他處理間無顯著差異。由圖2已知, “土-草”界面中, 施入氮的23.95%可被高丹草吸收利用, 此部分標記的高丹草再經(jīng)奶牛消化后, 平均分析得出, 施入氮在奶?！安?畜”界面的運移規(guī)律為: 奶牛吸收18.17%, 高丹草殘留為5.78% (圖5)。綜合得出, 施入氮在“土-草-畜(奶牛)”界面的運移規(guī)律表現(xiàn)為: 施入氮在土壤殘留為25.22%, 在高丹草殘留為5.78%, 奶牛吸收18.17%, 損失為50.83%。

圖5 不同15N施用量下“草-畜”界面15N的奶牛消化率、利用率和消化殘留率Fig.5 Dairy cow digestibility, utilization rate and residue rate of 15N at the interface of forage-livestock under different 15N application rates

3 討論

文獻表明, 前人在氮素運移規(guī)律研究上多集中在“土壤-作物”或者“牧草-家畜”等單一界面, 主要側(cè)重于氮素利用率的研究; 而牧草是反芻家畜重要的日糧組成, 牧草必須經(jīng)過反芻動物消化吸收, 才能變成被人吸收的動物性蛋白; 因此研究牧草“土-草-畜”界面的氮素運移規(guī)律, 對提高牧草氮肥利用效率、明確反芻動物對植物性氮的消化吸收以及減少施肥造成的環(huán)境污染具有重要意義。但相關(guān)研究還少有從氮循環(huán)角度揭示高丹草“土-草-畜”界面的氮素運移規(guī)律。本研究采用N同位素標記法, 通過施入N標記尿素, 可得出“土-草”界面氮素運移比例, 然后再以N標記高丹草為材料, 利用反芻動物模擬消化得出施入N在“草-畜”界面的運移比例; 在此基礎(chǔ)上, 揭示了施入氮在高丹草“土-草”界面的運移規(guī)律為: 土壤殘留25.22%, 損失50.83%, 高丹草吸收23.95%;高丹草再經(jīng)反芻動物消化后, 施入氮在“土-草-畜(肉羊)”界面的運移規(guī)律為: 土壤殘留25.22%, 高丹草殘留4.49%, 肉羊吸收19.46%, 損失50.83%; 在“土-草-畜(奶牛)”界面的運移規(guī)律為: 土壤殘留25.22%, 高丹草殘留5.78%, 奶牛吸收18.17%, 損失50.83%。

本研究得出高丹草“土-草”N元素的運移規(guī)律表現(xiàn)為: 損失率(50.83%)>土壤殘留率(25.22%)>植物吸收率(23.95%), 植物吸收率偏低、損失率偏高, 與前人研究結(jié)果有一定差異, 可能與該試驗的土壤肥力有關(guān), 土壤基礎(chǔ)數(shù)據(jù)顯示, 該試驗土壤肥力屬于中等偏上的肥力, 土壤中氮源豐富, 可能造成高丹草優(yōu)先吸收土壤氮, 而后再吸收施入的N, 導(dǎo)致高丹草對施入氮的利用率偏低, 而且隨著N施肥量的增加, 高丹草對施入氮的利用率表現(xiàn)顯著下降趨勢, 表明過量施肥不僅沒有提高氮肥利用效率, 反而會造成肥料的浪費。土壤殘留率與前人研究結(jié)果相比較低, 可能是因為前人都是針對一季作物開展的氮素吸收及殘留研究, 而本研究中是在收獲了兩茬高丹草后得到的試驗結(jié)果, 第2茬草吸收的氮相當于是在第1茬刈割后的基礎(chǔ)上, 對第1茬土壤殘留N的再吸收, 由此造成土壤中N殘留率偏低。然而, 不足之處是未對土壤殘留氮的去向進行再研究, 是繼續(xù)被下茬作物再吸收, 還是經(jīng)土壤淋溶損失, 還需要進一步研究明確。本試驗得出施入氮的損失率偏高, 可能主要原因: 一是與施肥時間和測產(chǎn)周期有關(guān), 本研究采用的是“底施+追施”的方式進行施肥, 追肥是在出苗后35 d進行, 但第1、2茬草的測產(chǎn)時間分別是在出苗后的69 d和136 d完成, 尤其是第2茬草測產(chǎn)時間離追肥期相對較長, 在此過程中, 氮肥揮發(fā)或者淋溶損失較多; 二是與微區(qū)施肥方式有關(guān), 在微區(qū)N施肥上, 將微區(qū)和保護區(qū)同時施肥, 參考等滲原理, 微區(qū)和保護區(qū)之間應(yīng)該沒有相互滲透, 因此二者之間并沒有采用隔離板阻擋, 而實際在操作中可能會造成N肥料向保護區(qū)的滲透, 造成損失; 三是與土壤殘留取樣有關(guān), 本研究在測定土壤殘留時, 取樣土層為1 m范圍, 也可能由于下滲原因, 1 m以下的土層內(nèi)也存在N殘留, 而這部分殘留被算作損失之內(nèi)。

在“草-畜”界面N元素運移規(guī)律研究上, 廖先苓等得出山羊?qū)標記的稻草消化率為31.16%;Domene等得出Wistar大鼠對菜豆()、豇豆()和豌豆()N的消化率分別為77.6%、84.4%和86.3%; 黃秀聲等得出小白鼠對蘇丹草N消化率達65.73%;岳現(xiàn)錄等得出肉牛對青貯玉米N的吸收和損失率合計為64.0%; Powell等得出奶牛對N標記的飼料消化后, 糞便N殘留率為22%～28%, 而對普通飼料添加N 化肥消化后, 糞便中N殘留率為64%～78%。可以看出, 前人研究的重點是不同動物對N標記牧草的消化率和殘留率的研究, 但均未從“土-草-畜”系統(tǒng)揭示施入氮被反芻動物吸收的情況。基于此, 本研究以N標記高丹草為試驗材料, 通過飼喂肉羊、奶牛等反芻動物, 從“土-草-畜”系統(tǒng)解釋了施入氮被反芻動物吸收的情況, 結(jié)果得出, 施入氮經(jīng)“土-草-畜(肉羊)”界面轉(zhuǎn)化后, 肉羊?qū)κ┤氲睦寐蕿?9.46%, 經(jīng)“土-草-畜(奶牛)”界面轉(zhuǎn)化后, 奶牛對施入氮的利用率為18.17%。不足之處是由于N肥料價格昂貴, 形成的N標記高丹草樣品數(shù)量少, 難以完成系統(tǒng)的飼喂試驗, 因此在計算反芻動物消化率時只能采用瘤胃尼龍袋法模擬進行, 實際上動物瘤胃消化部分并不能完全被家畜吸收, 也可能隨糞便代謝一部分, 同時在試驗中忽略了高丹草青貯過程中的氮損失量, 由于這兩部分的損失未計算, 實際測定的肉羊、奶牛N元素利用率值相對偏高, 在以后試驗中還需注意改進。同時, 由于試驗條件有限, 本研究重點分析了施入氮在“土-草-畜”界面的運移規(guī)律, 未考慮反芻動物代謝后的糞尿還田后被高丹草再吸收過程中的氮素運移規(guī)律, 未來還需加強這一過程研究, 為研究種養(yǎng)結(jié)合模式中的氮素循環(huán)研究提供理論依據(jù)。

在不同作物器官氮素分配比例研究上, 晏娟等在水稻、徐明杰等在玉米上的研究得出, 開花期前N主要分配在葉片中, 而花后逐漸向籽粒中轉(zhuǎn)移。晏娟等得出, 水稻開花期之前N主要分配在葉片中, 其分配比例在58%以上; 而花后籽粒中N分配比例在55%以上。徐明杰等得出, 玉米開花期葉片N分配率在46%以上, 花后籽粒中N分配比例在60%以上。馬興華等研究得出, 成熟期氮素在小麥植株中的分配比例為籽粒>莖稈+葉鞘>葉片>穗軸+穎殼, 其中籽粒中的分配比例約80%, 營養(yǎng)器官中的分配比例約20%。上述研究初步得出,N元素轉(zhuǎn)移規(guī)律基本表現(xiàn)為開花期主要積累在葉片中, 而隨著籽實的形成,N元素逐漸向籽實轉(zhuǎn)移; 而高丹草與糧食作物不同, 它是以收獲營養(yǎng)體為主的, 并不需要完成整個生育期; 因此在高丹草營養(yǎng)器官在氮素分配比例與糧食作物是有區(qū)別的, 本研究明確了高丹草莖葉器官中的氮素的分配比例。平均分析得出, 高丹草營養(yǎng)生長階段, 葉中N元素分配率為54.35%, 高于莖中的45.65%。

在海河平原區(qū)高丹草合理施氮量研究中, 李源等曾得出該區(qū)高丹草合理的施氮量為180～270 kg?hm, 但在中高等肥力土壤下高丹草是否可減施或隔年(季節(jié))施肥還需進一步研究。本研究結(jié)果得出, 隨著施肥量增加, 高丹草氮素利用效率并沒有顯著增加, 最高利用率不足30%, 施肥過多則造成了資源的浪費。由此表明, 在中高等肥力土壤下, 高丹草可減施或隔年(季節(jié))施肥。

4 結(jié)論

本試驗采用N同位素標記法, 揭示了高丹草“土-草-畜”界面的氮素運移規(guī)律。在高丹草“土-草”界面施入氮的運移規(guī)律為: 土壤殘留25.22%, 損失50.83%, 高丹草吸收23.95%; 施入氮在高丹草莖、葉部位的分配規(guī)律為: 葉(54.35%)>莖(45.65%); 高丹草再經(jīng)反芻動物消化后, 施入氮在“土-草-畜(肉羊)”界面的運移規(guī)律為: 土壤殘留25.22%, 高丹草殘留4.49%, 肉羊吸收19.46%, 損失50.83%; 在“土-草-畜(奶牛)”界面的運移規(guī)律為: 土壤殘留25.22%, 高丹草殘留5.78%, 奶牛吸收18.17%, 損失50.83%。研究結(jié)果可為高丹草合理施肥及草畜轉(zhuǎn)化研究提供理論依據(jù)。