氮素水平对狗牙根光合生理及饲用品质的影响

王宏力，张寅坤，赵春程，张 婷，傅金民，徐 筱

（鲁东大学滨海耐盐草业工程技术中心，山东 烟台 264025）

狗牙根(Cynodon dactylon)是禾本科(Poaceae)、狗牙根属(Cynodon)多年生草本植物，是一类常见的暖季型草，在我国南方地区及过渡带地区被广泛应用[1]。饲用狗牙根侵入性强、耐热耐旱、耐践踏，植株生长整齐，遗传性状稳定，草质柔嫩、适口性好、富含蛋白质等优点，已成为温暖地区饲喂草食家畜的首选，深受种草养殖户的喜爱，发展前景良好。

施肥是草地管理的重要手段，适量施肥有利于提高牧草的产量和饲用品质。氮肥是牧草产量的一个重要因子，是生产优质高产牧草非常重要的肥料。施氮能增加植株的长势、增大叶片[2]。氮素是叶绿素合成的主要成分之一，施加氮素能促进叶绿素的合成[3]，增强叶片的净光合速率；施氮不足或过量，都会降低植物的光合特性[4]。如果氮肥施用不足，草坪草生长缓慢，光合作用下降[5]；氮肥施用过多，虽然短期内能够使草坪维持较好的密度，但长此以往会加剧土壤质量恶化，导致植物营养生长过剩，最终降低植物产量和品质[1]。总之，氮素对植物生命活动有极其重要的作用；氮肥影响着牧草的积累量和营养价值[6]，对牧草品质的高低起着十分重要的作用。

不同牧草对氮素的需求不同，过少或过多施氮都不利于牧草的生长及品质的改善。目前，国内外已有关于氮素对牧草生理或品质影响的报道，主要集中于王草(Pennisetum purpureum × P. typhoideum)[7]、羊草(Leymus chiueusis)[8]、紫花苜蓿(Medicago sativa)[9]、黑麦草(Lolium perenne)[10]等品种；也有关于狗牙根施肥方面的研究报道，其主要集中于狗牙根‘Tifton85’[4,11]和‘Tifway’[12]等品种，其研究主要集中于光合作用[13]、营养价值[6]或品质[14]，还没有关于氮素对饲用狗牙根‘Wrangler’光合生理及品质影响的研究，饲用狗牙根‘Wrangler’的氮肥施用的适量标准至今还未见报道。为此，通过研究不同氮素水平对饲用狗牙根‘Wrangler’的光合生理及牧草品质的影响，旨在确定其生长、光合及品质最优时的施氮量，从而提高饲用狗牙根的产量和营养价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料

饲用狗牙根‘Wrangler’于2018 年7 月采集于鲁东大学滨海耐盐草业工程技术中心基地，位于121°21′ E，37°31′ N，海拔110 m，年均气温13.4 ℃，年均降水量524.9 mm，属于典型的暖温带大陆性季风气候。采集生长状况一致的材料洗去泥土，装入盛有580 mL 1/2 Hogland 营养液的锥形瓶进行预培养，锥形瓶规格为直径10 cm、深20 cm。

1.2 试验设计

试验采用营养液水培法，选用直径10 cm、深20 cm的锥形瓶，每个锥形瓶中装入580 mL 的营养液进行培养。培养过程中每2 d 更换一次营养液，营养液采用略修改的氮素处理[15]配方配置，具体配方如下：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。试验设 置3 个 不同的施氮水平，每个处理4 个重复，所用试剂是NH4NO3，氮素浓度分别为2、5、10 mmol·L-1，分别用N1、N2、N3表示，若不施加氮肥，狗牙根无法正常生长，因此，本试验不做不施加氮肥对照。整个培养过程在鲁东大学滨海耐盐草业工程技术中心基地温室中进行培养，温室温度为白天(30 ± 5) ℃、晚上(20 ± 5) ℃。

1.3 指标测定及方法

处理前，将植株剪成相同的高度，以便观察氮素对植株生长的影响。处理15 d 后，进行草坪质量评分，随后测量株高、叶绿素含量和叶绿素荧光曲线。采用九分制法[16]对狗牙根的生长状况进行评价；利用直尺测量狗牙根的株高；用紫外分光光度计(美析UV-1700，上海)采用二甲亚砜萃取、紫外分光光度法测量并计算狗牙根的叶绿素含量[17]；使用便携式调制叶绿素荧光仪(WALZ/PAM-2500，德国)，于上午10：00 − 11：30 选择顶端第2 − 3 片叶片，暗适应30 min 后，使用叶片夹夹住叶片，将分析探头置于叶夹上，打开叶夹遮光片，打开调制荧光仪脉冲饱和红光[3 000 μmol·(m2·s)−1]，测量获得叶绿素荧光诱导动力学曲线(O-J-I-P 曲线)及相关参数[18]，每个处理测定3 个重复。

剩余材料在105 ℃条件下杀青30 min，75 ℃烘干后用于测定含氮量、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维和粗灰分含量。用全自动凯氏定氮仪(海能K9860，济南)采用凯氏定氮法[19]测含氮量及粗蛋白含量；用自动脂肪测定仪(海能SOX406，济南)采用热浸提-油重法[20]测粗脂肪含量；用粗纤维测定仪(海能F800，济南)和马弗炉(科晶KSL-1200X，合肥)采用酸碱洗涤法[21]测粗纤维含量；用马弗炉(科晶KSL-1200X，合肥)采用580 ℃ 3 h 法[22]测粗灰分含量。

1.4 数据分析

用Origin 9.0 软件作叶绿素荧光诱导动力学曲线，用Microsoft Excel 2010 和SPSS 19.0 软 件 对 株高、叶绿素含量、叶绿素荧光参数、含氮量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗纤维含量和粗灰分含量进行数据处理、分析和作柱形图，各处理差异显著性用单因素方差分析(One-way ANOVA) (P ＜ 0.05)。

2 结果与分析

2.1 施氮对狗牙根生长的影响

不同施氮条件下狗牙根的生长状况明显不同，施加N2和N3植株的长势明显好于施加N1的植株(图1A)。施加N1的植株评分为6 分，而施加N2和N3的植株的色泽评分为8 分。随着氮浓度的增加，施加N2和N3比施加N1处理条件下狗牙根的株高显著升高(P ＜ 0.05)，而施加N2和N3之间并无显著差异(P ＞ 0.05) (图1B)。

2.2 施氮对狗牙根叶绿素含量的影响

图1 不同施氮水平对狗牙根生长及株高的影响Figure 1 Effects of different nitrogen concentrations on the growth and height of bermudagrass

施加氮素对狗牙根叶绿素含量影响显著(P ＜0.05) (图2)。随着氮浓度的增加，施加N2和N3时狗牙根的叶绿素含量比施加N1时显著升高(P ＜ 0.05)，而施加N2和N3之间叶绿素含量并无显著差异(P ＞ 0.05)。

图2 不同施氮水平对狗牙根叶片叶绿素含量的影响Figure 2 Effects of different nitrogen levels on the chlorophyll content of bermudagrass

2.3 施氮对狗牙根光合性能及叶绿素荧光参数的影响

从叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP 曲线)可以看出，不同氮素处理的曲线在O 点和J 点处的荧光强度差异不大，在I 点、P 点开始出现明显差异。N3条件下的I 点和P 点的荧光强度明显高于N1。在不同氮浓度处理条件下，狗牙根的最大荧光强度表现为N3＞ N2＞ N1(图3A)。

图3 不同施氮水平对狗牙根叶绿素荧光诱导动力学曲线及叶绿素荧光参数的影响Figure 3 Effects of different nitrogen levels on the chlorophyll fluorescence transients (OJIP curve) andchlorophyll fluorescence parameters of bermudagrass

PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)反映了PSⅡ反应中心内光能转换效率，Fv/Fm随着氮浓度的增加而增加，N3、N2与N1处理之间差异显著(P ＜ 0.05)，N3与N2处理之间没有显著差异(P ＞ 0.05)，但在N3处理条件下Fv/Fm值略高(图3B)。光合性能指数反映了植物光合机构的状态，以吸收光能为基础的性能指数(PIABS)随氮浓度的增加而增加，但未达到显著水平(图3C)；以单位面积为基础的性能指数(PICS)随氮浓度的增加而增加，N3与N1处理相比显著提高(P ＜ 0.05) (图3D)。

2.4 施氮对狗牙根含氮量的影响

随着氮浓度的增加，狗牙根叶片的含氮量也逐渐增加(图4)。N1与N2、N2与N3处理之间含氮量有差异但不显著(P ＞ 0.05)，但施加N3与N1处理的狗牙根含氮量差异显著(P ＜ 0.05)。随着氮浓度的升高，狗牙根含氮量在N3水平下达到最高。

图4 不同施氮水平对狗牙根含氮量的影响Figure 4 Effects of different nitrogen levels on the nitrogen content of bermudagrass

2.5 施氮对狗牙根牧草品质的影响

随着氮浓度的升高，粗蛋白含量呈增加趋势，N3与N2、N1处理相比显著升高(P ＜ 0.05)，N2与N1处理之间没有显著差异(P ＞ 0.05)，在N3处理条件下粗蛋白含量达到最高(图5A)。狗牙根中粗脂肪的含量很少(图5B)，N1、N2与N3处理之间的粗脂肪含量并没有显著差异(P ＞ 0.05)。随着氮浓度的升高，狗牙根的粗纤维含量呈增加趋势(图5C)。N2、N3与N1相比粗纤维含量显著升高(P ＜ 0.05)，而N3与N2之间并没有显著差异(P ＞ 0.05)。随着氮浓度的升高，粗灰分含量呈降低趋势(图5D)。N2、N3与N1相比粗灰分含量显著降低(P ＜ 0.05)，N2与N3之间粗灰分含量并没有显著差异(P ＞ 0.05)。

图5 不同施氮水平对狗牙根粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分含量的影响Figure 5 Effects of different nitrogen levels on crude protein, crude fat, crude fiber, and ash content of bermudagrass

3 讨论

3.1 施氮对狗牙根农艺性状的影响

氮素是植体有机物合成过程的重要元素，与植物的生长发育密切相关，其含量的多少直接影响着植物的生长状况。施氮可以使植物长势更好，提高外观质量[23]。当施氮量少于植物正常生长需求时，植株生长减缓，叶面积减少，光合作用能力降低[13]，容易导致植物生长不良；施氮量高于植物正常需求时，导致植株营养生长过剩，降低植物整体性能。李志辉等[1]研究了不同氮素施用量对“邯郸”狗牙根草坪质量的影响，发现施氮可以改善狗牙根草坪的色泽，使叶片更加浓绿，改善草坪草的生长状况。Guertal 和Hicks[12]研究不同氮源和施氮比率对‘TifSport’和‘Tifway’杂交狗牙根草坪建植的影响时，发现增加施氮量能够增加狗牙根的枝条密度，长势更好。本研究结果与此一致，施加N2、N3使狗牙根‘Wrangler’叶片色泽更加浓绿，长势更好，说明施氮可以改善狗牙根的叶片色泽，促进其生长。

3.2 施氮对狗牙根光合生理特性的影响

氮素也是叶绿素合成过程的重要元素，与植物的光合作用密切相关。施氮有利于提高叶片的叶绿素含量，增强植物的光合作用能力[24]，然而过低或过量施氮都会影响叶绿素的合成，进而影响植物的光合作用[7]。张元帅等[25]研究了施氮对冬小麦(Triticum aestivum)旗叶叶绿素含量的影响，发现施氮能显著提高冬小麦旗叶叶绿素的含量。本研究结果也表明，施加N2、N3显著促进了狗牙根叶片叶绿素的合成(P ＜ 0.05)。

氮素通过影响叶绿素的合成，进一步影响植物的光合性能。OJIP 曲线反映了植物的光合性能强弱，通过OJIP 曲线可以看出氮素对植物光合性能的影响。黄琴琴等[26]研究了水氮耦合对葡萄(Vitis vinifera)叶片快速荧光诱导动力学特性的影响，发现随着施氮量的增加，不同氮素处理的曲线在O、J、I、P 四点的差异逐渐增大，施氮提高了荧光值。施氮也有利于提高植物的PSⅡ最大光化学效率，减弱光抑制，增加净光合速率[24]。李丹丹等[4]、魏永涛等[27]分别研究了施氮对‘Tifton 85’狗牙根、烤烟(Nicotiana tabacum)光合特性的影响，发现在一定氮浓度范围内，‘Tifton 85’狗牙根和烤烟的PSⅡ最大光化学效率均随着氮浓度的增加而增加。光合性能指数反映了外界条件对光合机构的影响，其主要包括PIABS和PICS，体现了PSⅡ的整体性能[28]。王帅等[29]研究了氮肥水平对玉米(Zea mays)灌浆期穗位叶光合功能的影响，发现施氮提高了玉米叶片的PIABS，增强叶片的PSⅡ整体性能。高培军[30]研究了施氮对毛竹(Phyllostachys heterocycla)光合能力的影响，发现施氮后毛竹叶片的PIABS和PICS均升高。本研究也是如此，随着时间延长，在不同氮浓度处理下OJIP 曲线表现出逐渐升高，I 点和P 点的荧光强度在N3条件下最高；Fv/Fm、PIABS和PICS均随着氮浓度的增加而升高，说明施氮可以提高狗牙根的光合性能和PSⅡ反应中心的光能转化效率，增强叶片PSⅡ光反应的进行。

3.3 施氮对狗牙根含氮量及牧草品质的影响

供给植物的氮素营养增加，植物对氮素的吸收增加，植物的含氮量也相应增加。高丽欣等[31]研究了不同施氮水平对柳枝稷(Panicum virgatum)能源品质的影响，发现柳枝稷的含氮量随施氮量的增加而增加。本研究结果也表明，随着施氮量的增加，狗牙根的含氮量也相应增加，在N3水平下狗牙根的含氮量最大。

粗蛋白与植物体内的含氮量密切相关，是评价牧草营养价值和品质参数的关键指标，其含量的多少影响着牧草的品质。粗蛋白主要包括蛋白质和一些含氮化合物，对动物的生长发育十分重要，因此，提高牧草的粗蛋白含量，可以有效改善牧草的饲用品质。有研究表明，施氮能够增加牧草的粗蛋白含量[2]，对牧草的营养价值有很大的影响。李哲和张玉霞[9]研究了不同氮素水平对紫花苜蓿的影响，发现施加氮肥能显著提高紫花苜蓿的粗蛋白含量。Holland 等[11]研究了施氮对‘Tifton 85’狗牙根营养价值的影响，发现狗牙根的粗蛋白含量随施氮量的增加而增加，施氮提高了狗牙根的生产力和营养价值。李威等[7]、袁福锦等[32]分别研究了不同氮素水平对王草(Pennisetum purpureum)、俯仰臂形草(Brachiaria decumbens)品质的影响，发现这两者的粗蛋白含量都随着施氮量的增加而增加。本研究结果也表明，狗牙根粗蛋白含量随氮浓度增加而增加，在N3处理水平下粗蛋白含量达到最高，说明施氮能提高狗牙根的粗蛋白含量，提高狗牙根的饲用品质。

粗脂肪中含有一些脂类物质，包括脂肪、维生素等，其含量也是评价牧草营养品质之一。施氮对粗脂肪含量有一定影响，有研究表明，施氮能提高紫花苜蓿[9]、多花黑麦草(Lolium multiflorum)[10]等的粗脂肪含量。董晓兵等[33]研究了施氮对羊草品质的影响，发现施氮能增加羊草的粗脂肪含量，提高牧草品质。本研究结果表明，随着施氮量的增加，不同氮浓度处理之间的粗脂肪含量没有显著差异(P ＞0.05)，但N3比N2处理条件下的粗脂肪含量有升高的趋势但不显著，可能是施氮处理时间较短所致。

粗纤维是植物细胞壁的主要组成成分[21]，对植物起一定的支撑作用。粗纤维可以促进动物的肠胃蠕动，在一定程度上能帮助动物消化食物，也是评判牧草营养品质的指标之一。氮肥对牧草的粗纤维含量有一定的影响，有研究表明，施氮能增加虉草(Phalaris arundinacea)[34]、 根 茎 冰 草 (Agropyron michnoi)[35]等的粗纤维含量。本研究结果也表明，施氮能够增加牧草狗牙根的粗纤维含量。粗纤维对狗牙根也起一定的支撑作用，有利于增强狗牙根匍匐茎的扩展能力，促进狗牙根的生长发育。

粗灰分是植物在高温灼烧后剩余的残渣，其含量的多少可以评价饲料原料中营养成分[22]。施氮对粗灰分含量有一定的影响，有研究表明，施氮能够降低俯仰臂形草[32]、羊草[33]等的粗灰分含量。李韦柳等[36]研究了施加不同氮量对狼尾草(Pennisetum alopecuroides)能源品质的影响，研究表明，施氮能显著降低狼尾草的粗灰分含量。本研究结果与此一致，说明施氮能够降低狗牙根的粗灰分含量，提高牧草品质。

4 结论

通过施加不同外源氮素浓度对狗牙根试验的结果表明，施加氮肥可改善狗牙根的叶片色泽，增加狗牙根的长势，改善狗牙根的生长状况；可以增加狗牙根叶片的叶绿素含量，提高叶绿素荧光动力学曲线和PSⅡ的最大光化学效率，改善其光合性能；此外，施氮还可以改善狗牙根的牧草品质，表现为提高狗牙根的粗蛋白含量和降低粗灰分含量，增加粗纤维含量，但并不能提高狗牙根的粗脂肪含量。结合本研究结果综合分析，为获得最优的饲用狗牙根，施氮量最佳浓度为10 mmol·L-1。