施用2种牛粪发酵肥对甜高粱生长量的影响

刘淑娟，刘虎俊，刘光武，李银科，万 翔，张芝萍，刘开琳，李菁菁

（甘肃省治沙研究所/甘肃省荒漠化与风沙灾害防治重点实验室省部共建培育基地，兰州 730070）

0 引言

甜高粱是粒用高粱(Sorghum bicolor)的一个变种，是目前世界上公认的最具开发利用价值的新型能源作物之一，已成为许多地方政府推广种植的饲料作物[1]。近年来，国内舍饲养牛业发展迅速，饲料供给及养殖场的粪便处理已经成为舍饲养牛业可持续发展的重要制约因素[2]。种植甜高粱，可利用其生物量大的特点，为养牛业提供粗饲料[3]，对于养殖业发展具有重要意义。另外，发酵牛粪作为有机肥[4]施入农田种植甜高粱，不仅能充分利用养殖废弃物，同时还能获得优质的肥料，形成种植业-养殖业一体化的循环农业发展模式。目前，甜高粱已在国内不同气候带进行了种植试验[5]，不仅受到地方政策鼓励，也进行了种植技术研发[6-7]。研究者研究甜高粱品种适应性[8]、生物量影响因素[9]、种植模式[10]、不同施肥量对甜高粱株高、茎粗、植株含糖量和产量的影响[11-13]，筛选出了适应当地气候条件优良品种，也形成了高产种植模式。研究结果表明鸡粪和牛粪有机肥对甜高粱产量影响各异[11]，牛粪有机肥施用可提高甜高粱产量[12-13]；不同类型甜高粱对肥料的需求水平不一致，饲用型甜高粱需施氮肥以获得高产，醇用型甜高粱偏好钾肥[14]。施肥对甜高粱影响的研究主要集中在施用量和施肥方式方面[12-15]，关注肥料的氮化合态对甜高粱影响的较少。而不同作物对不同化合态的氮吸收能力不同[16]，氮化合态也影响植物的生长与饲料品质[17-18]。本试验以饲用型甜高粱为材料，以沼气池发酵的沼液和有氧发酵的堆肥为基肥，研究2种牛粪有机肥对甜高粱生长量的影响，以期为规模化养牛场粪便高效肥料处理模式和甜高粱种植的肥料选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用饲用型甜高粱品种为‘大力士’，肥料为有氧发酵的牛粪堆肥和以牛粪为主要发酵原料的沼液。牛粪堆肥的腐殖酸、富里酸和全氮量分别是沼液的48.5、87.2、26.3倍，而沼液的速效钾、硝态氮和铵态氮是堆肥的18.6、11.6、967.92倍，2种肥料成分及酸碱性存在差异（表1）。

表1 2种牛粪发酵肥料的主要指标

1.2 试验设计

采用大区对比试验，每种肥料处理小区为20 m×40 m，不设重复。播种时间为5月20日，采用平地覆膜种植，点播株距20 cm，行距40 cm。牛粪堆肥和沼液作基肥在播种前施入一次，牛粪堆肥作基肥施用量约为0.75 kg/m2[19]，沼液做基肥施用量约为13.0 kg/m2。在甜高粱生长旺盛的7月22日（生长62天），灌水过程给沼液基肥地随水浇入沼液6.5 kg/m2。如果根据所测肥料成分计算，施入堆肥和沼液全氮量相近，但腐殖酸和富里酸分别相差1.86倍和3.35倍，速效钾、速效磷、硝态氮和铵态氮相差0.2%、15.92%、0.3%和0.004%。

1.3 测定项目与方法

高粱苗期至拔节前需要25～30天，是高粱纯营养生长期，生长较慢[20]，在生育期第78天刈割甜高粱的生物量和品质相对较高[20-21]。也有试验指出刈割间隔期为72天，有效地提高了饲用型甜高粱产量和茎秆品质[22]。因此，本试验的甜高粱生长量观测时期选择其生长量较大的播种后60～100天之间，每10天观测一次株高、茎粗、叶片数及叶宽。株高为地面至最大自然株高处，茎粗为地上第二节处，叶数为展开的所有数量，叶宽为总节数中间位置的叶的最大宽处。测定时，采取5点法分别沿试验区的中心位置等距离随机取10株，测定其生长量。在生长60天之后，观测植株的叶数不再增加。因此，生长速率以10天时间内每天的植株高度、茎粗和叶宽的增长率来表示，观测分析2种牛粪发酵肥对甜高粱生长量的影响。用Excel 2007进行数据分析和图表绘制。

2 结果与分析

2.1 茎的生长速率

在生长的70～90天，施用牛粪堆肥和沼液的甜高粱植株高的平均生长速率差异显著（P＜0.05，图1），约是不施肥处理的株高生长速率的1.12、1.02倍。施牛粪堆肥的甜高粱平均高生长率是沼液的1.09倍（图1）。在观测期内，施用牛粪堆肥的甜高粱平均高度生长率有60天大于施用沼液的。株高增长率的偏差值是施用牛粪堆肥的小于施用沼液的和对照的（图1）。因此，施用牛粪堆肥的甜高粱株高生长速率相对施用沼液的稳定。甜高粱植株的高生长分别有2个高峰期，即种植的第70天左右和第100天左右，第一个株高生长高峰期是施入沼液追肥之后。在这2个高生长较快时期，施用牛粪堆肥甜高粱平均株高生长速率小于施用沼液的（图1）。第一个和第二个生长高峰期，施用沼液的甜高粱平均高生长速率都约是施用牛粪堆肥的1.13倍（图1）。但是，施用牛粪堆肥甜高粱平均总高度(131.00 cm)大于施用沼液的株高(116.27 cm)。

在生长期60～90天，施用牛粪堆肥和沼液的甜高粱植株的茎粗生长率差异显著（P＜0.05，图2）。在观测期内，施用牛粪堆肥和沼液的甜高粱平均茎粗生长高峰期较株高生长推迟10天（图1和图2）。茎粗增长率的偏差值是施用沼液的小于施用牛粪堆肥和对照的。因此，施用沼液的甜高粱茎粗生长速率相对施用牛粪堆肥的稳定。施用沼液的甜高粱平均茎粗生长速率有一个高峰期（生长70～80天）（图2），是对照的2.8倍。施沼液的茎粗平均生长率是牛粪堆肥的1.87倍，生长速率较大（图2）。而且施用沼液的甜高粱平均茎粗(14.71 cm)大于施用牛粪堆肥的平均茎粗(13.22 cm)，也大于对照的。施肥的甜高粱茎粗生长变化只有90多天。

图1 施用2种牛粪有机肥的甜高粱的株高生长速率

图2 施用2种牛粪有机肥的甜高粱的茎粗生长率

2.2 叶宽的生长速度

在观测期70天前与90天之后，施用牛粪堆肥和沼液的甜高粱的叶宽生长速率差异不显著(P＞0.05)。只有80～90天的叶生长率差异显著（P＜0.05，图3），也就是再次施沼液追肥之后，施用沼液的甜高粱的叶宽生长速率约为不施肥处理的1.07倍，施牛粪堆肥的平均叶宽生长率是沼液的1.09倍。有2个时期施用沼液和堆肥的甜高粱平均叶宽生长率小于对照。但是，叶宽增长率的偏差值是施肥的大于对照的（图3），施用牛粪堆肥的平均叶宽(5.11 cm)和沼液的平均叶宽(4.68 cm)也大于对照的平均叶宽(4.25 cm)。施用牛粪堆肥的甜高粱叶宽生长持续了100天，对照和沼液的甜高粱叶宽在生长了90多天后就停止生长（图3）。

图3 施用2种牛粪有机肥的甜高粱的叶宽生长率

3 讨论

3.1 牛粪堆肥和沼液的肥效不同

施用牛粪堆肥和沼液增大了甜高粱株高生长率，约是不施肥处理的株高生长速率的1.12倍和1.02倍。施牛粪堆肥的甜高粱平均株高生长率是沼液的1.09倍。施沼液的甜高粱株高生长有2个时期大于施用牛粪堆肥的，但施用牛粪堆肥的甜高粱总株高生长量较大。施用有机肥作基肥可促进作物生长，即使不再追施速效氮肥，依然可以确保甜高粱生长良好[11-12]。不同类型甜高粱对肥料的需求水平不一致，饲用型甜高粱偏施氮肥获得高产[14]。缺氮会明显影响甜高粱的高生长、茎粗、成活叶片数和干物质[23]。施用牛粪堆肥的甜高粱株高生长率大于沼液的，这与牛粪堆肥的腐植酸和全氮量大于沼液的相一致。腐植酸能够调控土壤氮素去向、减少氮素损失，对提高氮肥利用率具有重要意义[24-25]。虽然，牛粪堆肥的速效钾、硝态氮和铵态氮含量相对较低，但是，其腐殖酸、富里酸和全氮量较大，提高了氮肥的利用效率，促进了甜高粱的生长率，且维持较长时间的生长。腐植酸能够通过与氮素、磷素和钾素发生结合效应，与磷酸盐产生竞争效应，对钾离子的吸附作用固持并活化土壤与肥料中的养分，提高土壤肥料有效性和缓释性能，提高肥料利用率，从而促进植物生长[26]。饲用甜高粱栽培中，施用牛粪有机肥是提高其产量的重要技术措施之一。

3.2 牛粪堆肥和沼液影响甜高粱的茎叶生长率不同

施用沼液的甜高粱茎粗生长率是牛粪堆肥的1.87倍，是对照的2.8倍。施牛粪堆肥的平均叶宽生长率是沼液的1.09倍，且叶宽生长持续时间较长。氮肥、磷肥和钾肥配合施用可大幅提高饲草高粱生物产量，氮素是影响高粱生物产量的首要养分因素，其次为磷素，第三是钾素。饲草高粱植株高度的变化规律主要取决于品种特性，施肥主要影响饲草高粱生物产量[27]。沼液不仅可以做基肥也可做追肥[28]。牛粪沼液的速效钾、硝态氮和铵态氮含量相对较大，施用沼液追肥后，甜高粱的叶生长率大幅增加。牛粪堆肥和沼液的所含肥料成分比例不同，影响甜高粱的组成部分不同。

3.3 适时施用牛粪堆肥和沼液以发挥其各自特性

牛粪堆肥的腐殖酸和全氮量相对较大适宜做底肥，沼液的速效钾、硝态氮和铵态氮所含比例较大，既可做基肥也可做追肥施用。此外，从资源利用和经济效益上看，施用有机肥能很好地利用养殖业产生的排泄物，减少环境污染。不同植物对NH4+和NO3-的吸收能力不同，从而影响生长发育[16]。植物对硝态氮和铵态氮的吸收和同化途径不同，2种氮源的混合比例和使用环境亦会对植物生长产生显著影响，因此要根据植物对氮源的喜好以及环境要素来确定氮源的形态和配比。本试验只进行了单种肥的施用，配合牛粪沼液和堆肥施用对高甜高粱生长率影响还有待研究。有机肥施用有利于促进甜高粱幼苗根系形态建成[29]，发酵牛粪影响土壤碱性磷酸酶活性[30]，从而促进甜高粱营养吸收与地上部分生长。本试验只观测2种有机肥对甜高粱的高、茎粗和叶宽的影响，土壤及甜高粱根系受肥料影响的变化还有待深入研究，从而说明有机肥作用机理。

4 结论

施用牛粪堆肥和沼液都能增大了甜高粱株高生长率，也能促进其叶和地径生长。但是，牛粪堆肥和沼液的所含肥料成分比例不同，影响甜高粱生长程度也有差异。牛粪堆肥的腐植酸和全氮量大于沼液的，更能促进甜高粱株高生长率。牛粪沼液的速效钾、硝态氮和铵态氮含量相对较大，施用沼液追肥后，甜高粱的叶生长率大幅增加。牛粪堆肥的腐殖酸和全氮量相对较大适宜做底肥，沼液的速效钾、硝态氮和铵态氮所含比例较大，既可做基肥也可做追肥施用。