施肥对荒漠化草地产量及营养物质的影响

白玉婷，卫智军＊，吕世杰，闫瑞瑞，乌仁其其格，王天乐，孙世贤，肖嘉圃

（1.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古呼和浩特 010019；2.内蒙古农业大学理学院，内蒙古呼和浩特 010018；3.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081；4.呼伦贝尔学院生命科学与化学学院，内蒙古海拉尔 021008；5.中国农业科学院草原研究所，内蒙古呼和浩特 010020）

施肥对荒漠化草地产量及营养物质的影响

白玉婷1，卫智军1＊，吕世杰2，闫瑞瑞3，乌仁其其格4，王天乐1，孙世贤5，肖嘉圃1

（1.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古呼和浩特 010019；2.内蒙古农业大学理学院，内蒙古呼和浩特 010018；3.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081；4.呼伦贝尔学院生命科学与化学学院，内蒙古海拉尔 021008；5.中国农业科学院草原研究所，内蒙古呼和浩特 010020）

2014年以内蒙古短花针茅荒漠草地为研究对象，采用正交试验设计，研究了氮肥（N）、磷肥（P）、有机肥（A）配施对该地区产草量和营养物质的影响。结果表明：（1）牧草最高产量的施肥组合为氮肥（15g／m2）＋磷肥（22.5g／m2）＋有机肥（1500g／m2）；（2）牧草的粗蛋白含量以N3P2A3组合最优；牧草粗灰分最优组合为N4P2A2；牧草粗脂肪含量最优组合为N4P3A1；牧草中性洗涤纤维含量最优组合为N3P2A3；牧草酸性洗涤纤维含量和相对饲用价值最优组合均为N3P4A3。本试验所测牧草营养成分含量与不同施肥种类和水平之间直观比较结果无明显规律性，说明该地区植物营养与氮肥、磷肥、有机肥之间的关系极为复杂，有待今后深入探讨。

荒漠草地；施肥；营养成分；产量

荒漠草地是草原向荒漠过度的旱生化草原生态系统，是旱生性最强的一类草原〔1〕。由于荒漠草地干旱少雨的气候条件和人类过度利用草地，造成草地土壤肥力逐渐下降，严重影响牧草的生长。许志信等在上世纪80年代就已经提出了天然草地存在退化的现象，并就其改良方法进行了多项研究〔2〕。常用的改良方法中，养分元素添加一直被认为是一种快速、有效解决草地土壤营养匮乏的方式之一。在全世界的草地生态系统中，多数生态系统受矿质营养限制，其中氮、磷是牧草产量的重要限制因子〔3〕。施肥是消除或缓解氮、磷两者限制的一种措施，并且可以显著地提高草地生态系统的地上生物量〔4〕。干旱半干旱地区的禾本科植物通常需要人工施氮肥来保证其正常生长，从而很大程度上的消除了氮限制对生态系统的影响。大量试验表明〔5－6〕，施氮肥会显著增加草地生态系统的群落地上生物量。白春利〔7〕在内蒙古荒漠草原进行了施肥实验表明：施氮肥使得群落地上生物量增加幅度与施肥梯度呈正相关关系，这意味着施N肥能在短期内加速草原生态系统生产力的恢复。磷是植物生命活动中的重要元素。内蒙古锡林郭勒草原土壤普遍缺磷，这往往成为该地区饲料生产的另一种主要限制因子。李楠〔8〕研究表明，磷是吉林省西部半干旱羊草草原的主要限制牧草生长的营养成分，施用磷肥可使干草产量显著提高。有机肥可以为牧草提供全面营养和改善土壤的理化性质，而且肥效长，对草地可食牧草产量的增加最为显著〔9〕。关于有机肥的增产效果，国内已进行过大量试验，从长期的增产效应来看，有机肥增产效果绝不逊于化肥，甚至超过化肥。试验表明，有机肥和无机肥配合施用的效果要优于各自单独添加的效果〔10〕。邱波、罗燕江等对青藏高原东缘高寒草甸施用氮磷复合肥的研究表明，在施肥2年后，地上生物量会随施肥梯度的增加而显著提高〔11〕。长期定位施肥研究表明〔12〕，平衡施用无机肥（氮、磷、钾）或有机肥与无机肥配合施用对不同的土壤类型中氮、磷、钾以及微量元素等养分的含量均有积极的影响。不同土壤养分对施肥制度对应着不同土壤类型的草地，响应过程也不一致。

从营养价值来看，粗蛋白质是家畜必不可少的营养物质；中性洗涤纤维含量的高低直接影响家畜采食率，其含量高则适口性差；酸性洗涤纤维含量则影响家畜对牧草的消化率，其含量与养分消化率成负相关〔13〕。评定牧草营养价值的方法通常有分析各种营养物质的含量、测定能量、消化率、进行代谢试验等几种〔14〕。目前广泛使用的是概略养分和规范式洗涤纤维分析法，以牧草的粗蛋白、粗脂肪、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、粗灰分等作为评价指标〔15〕。相对饲用价值（RFV）由中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维计算出来的，用于评定干草质量的一个指数。RFV越高，就说明该种牧草具有越高的营养价值。草地施肥可提高青草及干草的适口性和消化率。据前苏联资料：未施肥的100kg干草，含2.6kg可消化粗蛋白和48.5个饲料单位，而施肥草地则含6.5kg可消化粗蛋白和58.8个饲料单位。

近年来，草地施肥成为国内外草地改良研究的热点〔16〕，但更多的草地施肥试验研究只针对单一施肥或两种肥料合施，对于天然荒漠草原氮肥、磷肥和有机肥合施的研究则相对较少。本试验通过设置不同种类肥料和不同浓度施肥量处理，研究了施肥对荒漠草原牧草生物量和营养物质的影响，以期筛选出适合该地区牧草施肥种类与浓度的最优组合，为该地区退化草地改良提供理论和依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗朱日和镇（112°47′11.2″E，42°15′48.7″N）进行。该地区地形平坦，有明显的钙积层，主要分布在10～35cm。土壤为淡栗钙土，腐殖质层厚5～10cm。年平均降水量177.2mm，而60%～80%的降水集中在牧草生长旺季的7月到9月。试验区地带性植被为短花针茅（Stipa breviflora）荒漠草原，建群种为短花针茅（Stipa breviflora），优势种为无芒隐子草（Cleistogenes songorica），主要伴生种为寸草苔（Carex duriuscula）、狭叶锦鸡儿（Caragana stenophylla）、戈壁天门冬（Asparagus gobicus）、木地肤（Kochia prostrata）、碱韭（Allium polyrhizum）、银灰旋花（Convolvulus am mannii）、茵陈蒿（Artemisia capillaries）、阿尔泰狗娃花（Heteropappus altaicus）、乳白花黄芪（Astragalus gulactites）等。

1.2 试验设计

于2013年5月研究区域内选择一块地势平坦区域作为样地建立试验小区，每个小区面积200m2，中间设置2m的缓冲带，共16个小区。进行土壤本底调查后，于2013年6月进行有机肥和无机肥施肥试验。试验采用正交试验设计，考虑其各因素水平，肥料施用量、各肥料水平和正交表选用情况，见表1。有机肥为当地农户家用羊粪，其总养分含量（有机质≥25%，N、P、K≥6%），以尿素（N≥46%）氮肥，以磷酸二铵（P≥64%）为磷肥。根据土壤调查结果及相关文献比较，不同种类施肥各设置了4个水平。氮肥（N1∶0、N2∶7.5g／m2、 N3∶15g／m2、N4∶22.5g／m2）；磷肥（P1∶0、P2∶11.25g／m2、P3∶22.50g／m2、P4∶33.75g／m2）；有机肥（A1∶0、A2∶1500g／m2、A3∶3000g／m2、A4∶45g／m2）。其中，氮肥和磷肥采用开沟施肥，有机肥为磷酸二铵在小区中均匀撒施。

表1 草地施肥方案Table 1 Seheme that the grassland applies fertilizer

1.3 试验内容与方法

1.3.1 牧草产量的测定方法

于2014年植物生长盛期（8月中旬）测定草产量，每个处理区的典型地段随机取3个样方，每个样方面积为1m×1m，将样方内植物齐地面收割，采到的样品带回实验室洗净，并将样品置于60℃烘箱内烘干至恒重（约48h）并称其干重。

1.3.2 牧草营养成分的测定方法

将上述烘干样品粉粹后测定其粗蛋白质（CP）含量、酸性洗涤纤维（ADF）、中性洗涤纤维（NDF）、粗灰分（CA）含量和粗脂肪（EE）含量。粗蛋白质采用利用FOSS Kjeltec 8400全自动凯氏定氮仪进行测定；粗脂肪采用索氏浸提法测定；粗灰分采用550℃烧灼残渣法测定，用质量分数表示〔17〕；酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维采用Ankom A220i型纤维分析系统进行测定〔18〕。

采用公式（1）～（3）计算牧草相对饲用价值（RFV）：

其中：DMI（dry matter intake）为干物质采食量，%BW（body weight）为占动物代谢体重的百分比，NDF（neutral detergent fiber）为中性洗涤纤维，DM（dry matter）为干物质，DDM（digestible dry matter）为可消化干物质，ADF（acid detergent fiber）为酸性洗涤纤维，RFV（relative feed value）为相对饲用价值。

1.4 数据统计

采用SPSS 21软件进行单因素方差（Oneway ANOVA）分析；采用Office Excel 2010进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对群落地上生物量的影响

通过正交试验的方差分析，在p＝0.05的水平下，氮肥、有机肥对牧草干草产量的增加有显著影响（表2），各施肥同等水平牧草产量极差（R）大小为氮肥（N）＞磷肥（P）＞有机肥（A）（表3），比较不同肥料对牧草产量影响大小为氮肥（N）＞有机肥（A）＞磷肥（P）。

表2 不同施肥种类对群落地上生物量的单因素方差分析Table 2 One－way ANOVA of different fertilizer on aboveground biomass of community

不同施肥种类因素间方差分析得出，氮肥（N）干草产量均值大小为N3＞N4＞N2＞N1，其中N2、N3、N4干草产量显著高于N1（p＜0.05），N2、N3、N4之间差异不显著（p＞0.05）。磷肥（P）干草产量均值大小为P3＞P2＞P1＞P4，P1、P2、P3之间均无显著性差异（p＞0.05）且均显著高于P4（p＜0.05）。有机肥（A）牧草产量均值大小为A2＞A3＞A1＞A4，其中A2、A3水平处理下干草产量显著高于A1、A4（p＜0.05），A2与A3、A1与A4之间无显著性差异（p＞0.05）。分析得出不同施肥组合对群落地上生物量的最优组合为N3P3A2。

表3 不同水平施肥处理下群落地上生物量的影响Table 3 Effect of different fertilizer levels on aboveground biomass of community

2.2 不同施肥水平下牧草营养物质的比较

2.2.1 不同施肥水平对牧草粗蛋白（CP）的影响

通过正交试验的方差分析（图1），氮肥各水平间差异不显著（p＞0.05）且均值大小为N3＞N2＞N4＞N1。不同施肥水平的磷肥对牧草粗蛋白均值大小为P2＞P4＞P3＞P1，P2显著高于P1（p＜0.05），P3、P4与其他水平之间均无显著性差异（p＞0.05）。不同施肥水平的有机肥对牧草粗蛋白均值大小为A3＞A4＞A2＞A1，其中，A3牧草蛋白质含量显著高于A1、A2（p＜0.05），A4水平处理下牧草粗蛋白含量与其他水平无显著性差异（p＞0.05）。经分析得出，不同施肥组合对牧草粗蛋白含量的最优组合为N3P2A3。

2.2.2 不同施肥水平对牧草粗灰分（CA）的影响

通过正交试验的方差分析（图2），氮肥各水平间差异显著（p＜0.05），N4显著高于N2、N3无显著性差异且与N1无显著性差异，其均值大小为N4＞N1＞N2＞N3。磷肥、有机肥各水平间差异均不显著，磷肥各水平均值大小为P2＞P4＞P3＞P1，有机肥各水平均值大小为A2＞A4＞A3＞A1。综合分析得出，不同施肥组合对牧草粗灰分含量的最优组合为N4P2A2。

图2 不同施肥水平对牧草粗灰分含量的影响Fig.2 Effect of different fertilizer levels on thick ash content of the grass

2.2.3 不同施肥水平对牧草粗脂肪（EE）含量的影响

通过正交试验的方差分析得出（图3），氮肥、磷肥和有机肥各水平间无显著性差异（p＞0.05），氮肥各水平均值大小为N4＞N1＞N2＞N3。磷肥各水平均值大小为P2＞P4＞P3＞P1，有机肥各水平均值大小为A2＞A3＞A3＞A1。综合分析得出，不同施肥组合对牧草粗脂肪含量的最优组合为N4P3A1。

图3 不同施肥水平对牧草粗脂肪含量的影响Fig.3 Effect of different fertilizer levels on rude fat content of the grass

2.2.4 不同施肥水平对牧草洗涤纤维（ADF、NDF）和相对饲用价值（RFV）的影响

通过正交试验的方差分析（表4），氮肥、磷肥和有机肥对酸性洗涤纤维含量的影响存在显著性差异。氮肥各水平间差异，N4显著低于N1、N3（p＜0.05），其均值大小为N3＜N2＜N1＜N4。磷肥中P4显著低于P1、P2、P3（p＜0.05），其均值大小为P4＜P2＜P3＜P1。有机肥A3显著低于A1、A2、 A4（p＜0.05），其他水平间无显著性差异。有机肥均值大小为A3＜A4＜A2＜A1。有机肥对牧草中性洗涤纤维含量和牧草相对饲用价值（RFV）的影响差异显著，而氮肥、磷肥差异不显著。从表4中得出，氮肥、磷肥和有机肥水平间对中性洗涤纤维含量均值大小为N3＜N1＜N4＜N2；磷肥均值大小为P2＜P4＜P3＜P1；有机肥中均值大小为A3＜A4＜A2＜A1。氮肥、磷肥和有机肥水平间对中性洗涤纤维含量均值大小为N3＞N1＞N2＞N4；磷肥均值大小为P2＞P4＞P3＞P1；有机肥均值大小为A3＞A4＞A2＞A1。综合分析得出，不同施肥组合对牧草酸性洗涤纤维含量、中性洗涤纤维含量和牧草相对饲用价值的最优组合分别为N3P4A3、N3P2A3、N3P4A3。

表4 不同水平施肥处理下ADF、NDF、RFV的单因素方差分析Table 4 One－way ANOVA of different fertilizer on ADF、NDF、RFV

3 讨论

各地区草地退化程度不同，不同施肥浓度对各地区草地生物量变化响应不同，所以对于施肥浓度高低的定义均是相对而言，并没有一个界限。本试验中，随着氮肥浓度增大，生物量呈先上升后下降的趋势，说明草地群落对氮素的需求可能也存在一个阈值，李禄军在科尔沁沙质草地试验中发现同样趋势〔19〕。黄菊莹等在对宁夏荒漠草地施肥的研究中发现，当N素添加量超过每年10g／m2后，群落地上生物量的增幅将不再明显〔20〕。本试验中氮肥施用量在15g／m2牧草产量最高，原因是本地区处于短花针茅为优势种的荒漠草原，土壤板结，通透性差，有机质分解缓慢，土壤中可供植物吸收利用的速效养分含量低，加之降水量少，又无灌溉条件，氮肥利用率较低。车敦仁在高寒牧区草地施肥试验表明〔21〕，施加磷肥虽然在一定程度上能增加群落地上生物量，但是其作用要低于施加氮肥，这与本试验研究结果基本一致。本试验中，氮肥、磷肥、有机肥对牧草产量的增加均有显著影响，但磷肥的影响程度低于氮肥和有机肥，以施用22.50g／m2有机肥产草量最高，较对照增产12.5%。王生明等研究表明，随着有机肥施用量的增加，牧草产量相应增加，有机肥施用量为1 500g／m2，其产量最高〔22〕，本试验中，有机肥施用量在1 500g／m2时，牧草产量最高，这与前人研究结果基本一致。

施肥通过改变了牧草的茎叶比、营养枝和生殖枝比例，从而提高牧草中蛋白质、钙磷钾的含量，所以提高了牧草品质。由于牧草粗蛋白含量的高低一般是以植株体内全氮含量为依据，所以氮肥对粗蛋白含量的影响较为明显。本试验中粗蛋白含量随着氮肥和磷肥用量的增加呈先升高后降低趋势，在N3水平粗蛋白含量最高，与刘利群〔23〕的研究结果一致；酸性洗涤纤维含量和中性洗涤纤维含量随着氮肥和磷肥用量的增加而降低，说明施肥能够降低牧草的纤维含量，提高牧草的品质，与马孝慧〔24〕研究结果一致。从本试验结果分析，由于样本测定的是植物群落，所以在相同样点的不同牧草之间各项营养物质的指标之间会存在一个互补的关系，表现出来的是很多指标差异性不显著。粗脂肪是牧草主要的热量供给者，含量随着氮肥、磷肥用量的增加而升高，促进植株体内脂质化合物的形成，从而提高牧草的脂肪含量。粗灰分含量随着氮肥用量增加而升高，随着磷肥和有机肥用量增加呈先增加后降低趋势，说明氮、磷肥和有机肥对于提高牧草矿物质含量有一定的促进作用。

4 结论

4.1 不同种类和水平的施肥处理对荒漠草地地上生物量影响显著。不同肥料对牧草产量影响大小为氮肥（N）＞有机肥（A）＞磷肥（P），其中氮肥（15g／m2）＋磷肥（22.5g／m2）＋有机肥（1 500g／m2）组合地上生物量最高。

4.2 本试验中，牧草的粗蛋白含量以氮肥（15g／m2）＋磷肥（11.25g／m2）＋有机肥（3 000g／m2）组合最优；牧草粗灰分和粗脂肪含量的最优组合为氮肥（22g／m2）＋磷肥（11.25g／m2）＋有机肥（1 500g／m2）；氮肥（15g／m2）＋磷肥（11.25g／m2）＋有机肥（3 000g／m2），牧草中性洗涤纤维含量最高；牧草粗灰分和粗脂肪含量的最优组合为氮肥（15g／m2）＋磷肥（33.75g／m2）＋有机肥（1 500g／m2）。

4.3 鉴于本试验在荒漠化草原对植物群落所测牧草五种营养成分含量与16个N、P、K肥配施处理各施肥量之间直观比较结果规律性不统一，说明该地区植物营养、供试土壤养分肥力与N、P、K肥之间的关系极为复杂，有待今后深入探讨。

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［＊通讯作者］卫智军 E－mail：nmndwzj＠163.com

Effects of Fertilizer Application on the Yield of Forage and Nutrient Content on desert grassland

BAI Yuting1，WEI Zhijun1＊，LV Shijie2，YAN Ruirui3，WU Renqiqige4，WANG Tianle1，SUN Shi－xian5，XIAO Jiapu1
（1.College of Grassland，Resource and Environment，Inner Mongolia Agricultural University Huhhot 010019，China；2.College of Science，Inner Mongolia Agricultural University，Huhhot 010018，China；3.College of Science，Inner Mongolia Agricultural University，Beijing 100081，China；4.Life Science and Chemistry school at Hulunbuir College，Hailar 021008，China；5.Institute of Grassland Research，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Hohhot 010010，China）

The effects of applying nitrogen，phosphorus，organic fertilizer on the forage yield and nutrient content by using orthogonal test on Stipa breviflora desert grassland of Inner Mengoulia in 2014.The results showed：（1）The optimum combination of yield was N：15g／m2，P2O5：22.5g／m2，organic fertilizer：1500g／m2.（2）The optimum combination of crude protein was N3P2A3；the optimum combination of crude ash was N4P2A2；the optimum combination of crude fat was N4P3A1；the optimum combination of NDF was N3P2A3；the optimum combination of ADF and RFV was N3P4A3.The test shows that the nutrient content of grass have no clear regularity between different fertilizer types and levels，because of the complex relation between plant nutrient and nitrogen，phosphorus，organic fertilizer and Remains to be studied in the future.

Desert grassland；Fertilization；Nutrition；Production

S812.4

A

2095—5952（2017）02—0010—08

2017－04－26

国家公益性行业（农业）科研专项“半干旱牧区天然打草场培育与利用技术研究与示范”项目（2013060）；国家重点研发计划项目“呼伦贝尔退化草甸草原综合治理技术与模式”课题（2016YFC0500603）。

白玉婷（1990－），女，内蒙古呼和浩特市人，博士研究生，主要从事草地资源与生态管理研究，E－mail：nmgndbyt＠163.com。