播种量与施肥水平对东方山羊豆牧草产量的影响

罗天琼，莫本田，张 瑜，龙忠富

(1.贵州省农业科学院 草业研究所，贵州 贵阳 550006；2.贵州省农业科学院 畜牧兽医研究所，贵州 贵阳 550005)

0 引言

【研究意义】牧草是草地畜牧业最重要的生产资料之一，是建立人工草地、改良天然草地不可缺少的物质基础[1]。东方山羊豆(GalegaorientalisLam.)为引进新品种，属多年生直立根蘖型优质豆科牧草[2]。其草质柔嫩，鲜草产量高，粗蛋白质和氨基酸含量高，易于调制干草，家畜喜食且反刍动物青饲不易发生膨胀病，抗逆性较强。但东方山羊豆因对适宜区域的选择性及种子生产短缺等问题限制其种植与推广。【前人研究进展】国内有关东方山羊豆引种筛选、生物学特性与栽培技术、牧草青贮、养殖利用等方面都均有报道，但对于东方山羊豆遗传学特性、饲用价值及丰产栽培利用等方面研究报道不多[3-4]。近年来，前人在东方山羊豆丰产栽培方面开展一定研究，宝力德巴特等[5]研究表明，不同温度、不同发芽床条件下东方山羊豆草种最高硬实率达77%，其休眠性较高；采用细砂纸擦可破除种子硬实性，种子适宜发芽温度为20℃，发芽床为滤纸上或滤纸间，其发芽率可达98%。刘兴义等[6]对新引1号东方山羊豆新品系进行种植试验发现，北方地区建植人工草地时，适宜采用春播，播种量以15～18 kg/hm2为宜；天然草地补播适宜播种量为10～13 kg/hm2。李柱等[7]开展种植密度与产量相关性试验发现，在播种量为7.5 kg/hm2、行距45 cm时种子产量高达227.70 kg/hm2；当播种量为11.25 kg/hm2、行距为30 cm，人工草地干草产量高达15.67 t/hm2。张清斌等[8]开展东方山羊豆地上生物量与水肥耦合比关系研究发现，当年灌溉4 200 m3/hm2、施N肥180 kg/hm2、P肥300 kg/hm2时，种子产量高达467.40 kg/hm2；当年灌溉5 400 m3/hm2、施N肥270 kg/hm2、P肥135 kg/hm2时，人工草地干草产量高达22.60 t/hm2。王承军等[9-10]研究种植量、行距和施肥灌水组合对东方山羊豆种子产量的影响发现，在播种量为7.5 kg/hm2、行距60cm，施厩肥30 t/hm2、尿素150 kg/hm2、二胺225 kg/hm2、灌溉6 000 m3/hm2,种子产量可达431.70 kg/hm2。自2012年以来，贵州省草业研究所引进东方山羊豆开展栽培驯化及饲喂试验等，在各类试验中东方山羊豆表现出产量高、适口性好、营养价值高等特点，适应性强，在贵州具有广阔的推广利用前景。【研究切入点】目前，东方山羊豆在贵州高产栽培技术的系统研究未见报道。因此，以东方山羊豆播种量与肥料施用量为栽培因子，研究播种量与肥料施用量不同组合水平下东方山羊豆的牧草产量变化。【拟解决的关键问题】于2018—2019年采用五元二次通用组合设计方法，开展播种量、有机肥施用量、氮肥施用量、磷肥施用量、钾肥施用量5个栽培因子与东方山羊豆牧草产量之间的数量性状关系研究，寻找产量最高、经济效益最佳的栽培技术方案，为东方山羊豆在生产中大面积推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在贵州省草业研究所独山基地进行，试验地处北纬 25°50′、东经107°33′，海拔970 m，年均气温15℃，极端高温34℃，极端低温-8℃，年降水量1 346 mm，无霜期271 d；年日照时数1 337 h，年均相对湿度82%。土壤为黄棕壤，pH6.4，有机质2.52%，全氮0.30%，水解氮29.82 mg/kg,速效钾98.25 mg/kg。土壤总体肥力水平中等。

1.2 试验材料

东方山羊豆种子由贵州省草业研究所提供。试验肥料为有机肥、过磷酸钙、硫酸钾、尿素(N含量≥46.4%)，均为市购。2020年试验材料的市场价格：东方山羊豆种子150元/kg，有机肥0.36元/kg，尿素2.00元/kg，过磷酸钙0.70元/kg，硫酸钾4.00元/kg，东方山羊豆鲜草0.60元/kg，零工费为80元/个·d，用工量为75个/hm2。

1.3 试验方法

采用五元二次通用组合设计[11-13]，以播种量(x1)、有机肥施用量(x2)、氮肥施用量 (x3)、磷肥施用量(x4)、钾肥施用量(x5)为变量因子，以鲜草产量(y)为因变量，进行5因子5水平(1/2实施)不完全随机区组设计栽培试验，共计32个处理(Mc+2P+M0=16+10+6=32)。各试验因素变量的设计水平及编码值见表1，其中，零水平是生产上大面积采用的措施。小区面积15 m2(3 m×5 m)，采用条播方式播种，行距为50 cm，播种时间为2017年11月2日。各试验小区于植株株高60～65 cm时进行第一茬鲜草产量测定，以后再生草高达55～60 cm时进行刈割，记录鲜草产量。试验数据以2年(2018—2019年)平均产量计算。

表1 试验因素水平及编码Table 1 The level and coding of test factors kg/hm2

1.4 数据统计分析

采用DPS软件进行数据分析，用Excel软件作图。

2 结果与分析

2.1 栽培因子不同水平组合处理东方山羊豆牧草产量

从表2看出，在5个栽培因子不同水平组合的32个处理中，东方山羊豆牧草产量在18.35～63.78 t/hm2。其中，以处理23产量最高，为63.78 t/hm2；其次是处理10，产量为63.05 t/hm2；处理5产量位列第三，为60.34 t/hm2。处理21产量最低，为18.35 t/hm2。试验设计因子组合多，涵盖5个栽培因子可能的组合方式，可从中寻出最优组合。

表2 处理组合的因子水平及鲜草产量 Table 2 The factor level and fresh grass yield of different treatments

2.2 建立5个栽培因子与牧草产量的回归数学模型

2.3 各单因子对牧草产量的影响

2.3.1 5个因子对牧草产量影响的主次作用 对单因子分析的目的是探明各因素对牧草产量影响的主次作用。当其他试验因子取0水平时，各单因子对东方山羊豆牧草产量的偏回归方程分别为：y播种量=46.71-1.05x1-0.74x12，y有机肥=46.71+0.87x2-1.47x22，y氮肥=46.71+8.21x3+4.19x32，y磷肥=46.71-2.03x4+2.64x42，y钾肥=46.71-2.85x5+0.50x52。根据方程回归系数求出各因子的贡献率[21]。结果表明，播种量(x1)、有机肥施用量(x2)、氮肥施用量(x3)、磷肥施用量(x4)、钾肥施用量(x5)5个因子的综合贡献值分别为0.314、0.231、0.745、0.166、0.468。因此，5个栽培因子对东方山羊豆牧草产量影响的主次作用为氮肥施用量>钾肥施用量>播种量>有机肥施用量>磷肥施用量。

2.3.2 各因子不同水平条件牧草的产量 根据各单因子对牧草产量的偏回归方程，结合图1可看出各因子不同水平条件下牧草产量的变化。

图1 5个栽培因子不同水平条件东方山羊豆的牧草产量Fig.1 Forage yield of G. orientalis with five cultivation factors

1)氮肥施用量。氮肥与牧草产量的数量关系为开口向下的抛物线，当氮肥用量为180～585 kg/hm2(编码值为-2.0～1.0)时，随氮肥施用量增加，鲜草产量逐渐增加；当氮肥施用量为585～720 kg/hm2(编码值为1.0～2.0)时，随氮肥施用量增加，鲜草产量逐渐减少。当氮肥施用量为585 kg/hm2(编码值为1.0)时，鲜草产量达最高，为50.72 t/hm2。

2)磷肥施用量。磷肥施用量与鲜草产量的关系为开口向上的抛物线，当磷肥施用量为675～1 190.625 kg/hm2(编码值为-2.0～0.5)时，随磷肥施用量增加，鲜草产量逐渐减少；当磷肥施用量为1 190.625～1 500 kg/hm2(编码值为0.5～2.0)时，随磷肥施用量增加，鲜草产量逐渐增加。当磷肥施用量为675 kg/hm2(编码值为-2.0)时，鲜草产量为60.60 t/hm2达最高。

3)播种量。播种量与牧草产量的关系为开口向下的抛物线，当播种量为7.5～14.81 kg/hm2(编码值为-2.0～-0.5)，随播种量增加，鲜草产量呈增加趋势；当播种量为14.81～27.00 kg/hm2(编码值为-0.5～2.0)时，随播种量增加，鲜草产量呈下降趋势。当播种量为14.81 kg/hm2(编码值为-0.5)时，鲜草产量最高，为47.07 t/hm2。

4)有机肥施用量。有机肥施用量与牧草产量的关系为开口向下的抛物线，当有机肥用量为12 000～21 375 kg/hm2(编码值为-2.0～0.5)时，随有机肥施用量增加，鲜草产量呈增加趋势；当有机肥施用量为21 375～27 000 kg/hm2(编码值为0.5～2.0)时，随有机肥施用量增加，鲜草产量呈下降趋势。当有机肥为21 375 kg/hm2(编码值为0.5)时，鲜草产量最高，为46.77 t/hm2。

5)钾肥施用量。钾肥施用量与鲜草产量呈负相关性。当钾肥施用量为405～900 kg/hm2(编码值为-2.0～2.0)时，随钾肥施用量增加，鲜草产量降低。当钾肥施用量为405 kg/hm2(编码值为-2.0)时，鲜草产量最高，为54.44 t/hm2。

2.4 双因素互作对牧草产量的影响

通过降维法固定其他因子为零水平，分别求得播种量(x1)与有机肥(x2)、播种量(x1)与磷肥(x4)、播种量(x1)与钾肥(x5)、有机肥(x2)与磷肥(x4)、氮肥(x3)与磷肥(x4)、磷肥(x4)与钾肥(x5)施用量的互作效应与牧草产量(y)的数学模型为：y1,2=46.71-1.05x1+0.87x2-0.88x1x2-0.74x12-1.47x22,y1,4=46.71-1.05x1-2.03x4+1.92x1x4-0.74x12+2.64x42,y1,5=46.71-1.05x1-2.85x5+1.17x1x5-0.74x12+0.50x42,y2,4=46.71+0.87x2-1.47x4-5.05x2x4-0.74x22+2.64x42,y3,4=46.71+8.21x3-2.03x4+1.90x3x4+4.19x32+2.64x42,y4，5=46.71-2.03x4-2.85x5-1.59x4x5+2.64x42+0.50x45。经检测，各互作效应对牧草产量的影响均达极显著水平，并可从图2看出各因子互作条件下牧草的产量变化。

图2 各因子互作效应条件的牧草产量Fig.2 Forage yield of G. orientalis under the interaction conditions of different factors

2.4.1 播种量(x1)与有机肥(x2)的互作效应 当播种量为7.5～17.25 kg/hm2(编码值为-2.0～0)、有机肥施用量12 000～21 375 kg/hm2(编码值为-2.0～0.5)时，鲜草产量呈增加趋势；有机肥施用量21 375～27 000 kg/hm2(编码值为0.5～2.0)时，鲜草产量呈下降趋势。当播种量为19.69～27.0 kg/hm2(编码值在0.5～2.0)、有机肥施用量12 000～19 500 kg/hm2(编码值为-2.0～0)时，鲜草产量呈增加趋势；有机肥施用量19 500～27 000 kg/hm2(编码值为0～2.0)时，鲜草产量呈下降趋势。当播种量为12.375 kg/hm2(编码值为-1.0)、有机肥施用量为21 375 kg/hm2(编码值为0.5)时，鲜草产量稳定在47.55 t/hm2的较高水平。

2.4.2 播种量(x1)与磷肥(x4)的互作效应 当播种量为7.5～27.00 kg/hm2(编码值在-2.0～2.0)、磷肥施用量为675～984.375 kg/hm2(编码值在-2.0～0.5)时，鲜草产量呈下降趋势；磷肥施用量为984.375～1 500 kg/hm2((编码值在0.5～2.0)时，鲜草产量呈增加趋势。当播种量为7.5 kg/hm2(编码值为-2.0)、磷肥施用量为675 kg/hm2(编码值为-2.0)时，鲜草产量稳定在67.44 t/hm2的较高水平。

2.4.3 播种量(x1)与钾肥(x5)的互作效应 当播种量为7.5～19.69 kg/hm2(编码值在-2.0～0.5)、钾肥施用量为405～900 kg/hm2(编码值在-2.0～2.0)时，鲜草产量呈下降趋势。当播种量为19.69～27.00 kg/hm2(编码值为0.5～2.0)、钾肥施用量为405～776.25 kg/hm2(编码值在-2.0～1.0)时，鲜草产量呈下降趋势；钾肥施用量为776.25～900 kg/hm2(编码值在1.0～2.0)时，鲜草产量呈增加趋势。当播种量为7.5 kg/hm2(编码值为-2.0)、钾肥施用量为900 kg/hm2(编码值为-2.0)时，鲜草产量稳定在58.28 t/hm2的较高水平。

2.4.4 有机肥(x2)与磷肥(x4)的互作效应 当有机肥施用量为12 000～19 500 kg/hm2(编码值在-2.0～0)、磷肥施用量为675～1 190.625 kg/hm2(编码值在-2.0～0.5)时，鲜草产量呈下降趋势；磷肥施用量为1 190.625～1 500 kg/hm2(编码值在0.5～2.0)时，鲜草产量呈增加趋势。当有机肥用量为19 500～21 375 kg/hm2(编码值在0～0.5)、磷肥施用量为675～1 293.75 kg/hm2(编码值在-2.0～1.0)时，鲜草产量呈下降趋势；磷肥施用量为1 293.75～1 500 kg/hm2(编码值在1.0～2.0)时，鲜草产量呈增加趋势。当有机肥施用量为21 375～27 000 kg/hm2(编码值在0.5～2.0)、磷肥施用量为675～1 500 kg/hm2(编码值在-2.0～2.0)时，鲜草产量呈下降趋势。当有机肥施用量为27 000 kg/hm2(编码值为2.0)、磷肥施用量为675 kg/hm2(编码值为-2.0)时，鲜草产量稳定在76.65 t/hm2的较高水平。

2.4.5 氮肥(x3)与磷肥(x4)的互作效应 磷肥施用量为675～1 500 kg/hm2(编码值在-2.0～2.0)、氮肥施用量为180～585 kg/hm2(编码值在-2.0～1.0)时，鲜草产量呈增加趋势；磷肥施用量为585～720 kg/hm2(编码值在1.0～2.0)时，鲜草产量呈下降趋势。当氮肥施用量为517.50 kg/hm2(编码值为0.5)、磷肥施用量为675 kg/hm2(编码值-2.0)时，鲜草产量稳定在61.76 t/hm2的较高水平。

2.4.6 磷肥(x4)与钾肥(x5)的互作效应 磷肥施用量为675～881.25 kg/hm2(编码值在-2.0～-1.0)、钾肥施用量为405～714.375 kg/hm2(编码值在-2.0～0.5)时，鲜草产量呈下降趋势；钾肥施用量为714.375～900 kg/hm2(编码值在0.5～2.0)时，鲜草产量呈增加趋势。磷肥施用量为881.25～1 500 kg/hm2(编码值在1.0～2.0)、钾肥施用量为405～900 kg/hm2(编码值在-2.0～2.0)时，鲜草产量呈下降趋势。当磷肥施用量为1 500 kg/hm2(编码值为2.0)、钾肥施用量为405 kg/hm2(编码值为-2.0)时，鲜草产量稳定在66.58 t/hm2的较高水平。

2.5 模拟栽培因子寻优结果

对东方山羊豆牧草产量的数学模型进行单因子、双因子交互效应的分析及模拟优化结果表明：在不考虑肥料、种子价及经济效益最大化情况下，当播种量为7.5 kg/hm2、有机肥为27 000 kg/hm2、氮肥为585 kg/hm2、磷肥为675 kg/hm2、钾肥为405 kg/hm2的试验条件下，东方山羊豆牧草可获得94.02 t/hm2高产目标。综合考虑肥料、种子价格及经济效益最大化的栽培试验方案为：播种量为7.5 kg/hm2、有机肥为13 200 kg/hm2、氮肥为498.6 kg/hm2、磷肥为675 kg/hm2、钾肥为888.86 kg/hm2的试验条件下，东方山羊豆可获得91.44 t/hm2的鲜草产量。根据各因子的市场价格及用工数(每公顷用工数75个)，在最优栽培因子组合条件下，2020年种植东方山羊豆可获得纯收入37 964.26元/hm2，经济效益显著。

3 讨论

增施有机肥可以改良土壤理化性状，提高作物产量和质量；增施钾肥可以增强光合效率，调节气孔开闭，控制CO2和水的进出，促进碳水化合物的合成，加速光合产物的流动，促进蛋白质合成，从而提高植物的抗病、抗寒、抗旱和抗倒伏能力；氮肥对植物茎叶生长和果实发育具有重要的促进作用，增施磷肥可促进植物分蘖、早熟，增强抗寒能力，提高产量和质量。有学者通过氮肥营养对牧草和种子产量影响研究认为：植株对氮素的吸收、同化、转运利用与牧草、种子产量直接相关，即植株本身吸收氮素能力不同从而导致牧草和种子产量存在差异[22-26]。龙忠富等[15-20，27-28]研究认为，氮肥、磷肥、钾肥等单项措施对贵草1号黑麦草(LoliummultiflorumLam cv.Guicao No.1)、威宁球茎草芦(Phalaristuberosecv.Weining)、黔草2号苇状羊茅(FstucaarundinaceaSchrebLam.cv.Qiancao NO.2)、非洲狗尾草(SetariaancepsstapfexMassey)、地八角(Astraglusbhotanensis)、百喜草(PaspalumnotatumFluegge)牧草和种子产量的影响呈开口向上的抛物线趋势，即种子和牧草产量随氮磷钾肥施用量的增加而增加；当氮磷钾肥施用过量时将导致牧草和种子产量下降。其中氮肥、钾肥施用量和播种量对牧草产量影响较大，而有机肥和磷肥施用量对牧草产量的影响较小。当前，有机肥、氮肥、钾肥、磷肥和播种量等双因子及三因子对植物种子和牧草产量影响的研究较多，从前人研究中发现各试验因子交互作用对牧草和种子获得高产的影响较大；在氮钾肥低水平条件下，牧草和种子产量较高，而随着氮钾肥用量增加种子和牧草产量下降较快；在施氮肥、钾肥及有机肥基础上合理配施磷肥，可显著提高牧草和种子产量[29-33]。本研究表明：播种量与有机肥施用量、播种量与磷肥施用量、播种量与钾肥施用量、有机肥与磷肥施用量、有机肥与钾肥施用量、磷肥与钾肥施用量间相互作用对东方山羊豆牧草产量产生极显著影响；而播种量与氮肥施用量、有机肥与氮肥施用量互作对牧草产量影响不明显，说明本试验中有机肥的施用量较高，抑制其与氮肥、播种量间交互效应的正常发挥，其互作效应有待进一步深入研究。

4 结论

5个栽培因子对东方山羊豆牧草产量影响的顺序为氮肥施用量>钾肥施用量>播种量>有机肥施用量>磷肥施用量。试验单因子中氮肥、钾肥和播种量对东方山羊豆牧草产量影响起主导作用，双因子互作效应中以播种量与有机肥、播种量与磷肥、播种量与钾肥、有机肥与磷肥、有机肥与钾肥、磷肥与钾肥间互作起主导作用。从模拟寻优及经济效益方面综合考虑，5个栽培因子的最优组合为：播种量7.5 kg/hm2、有机肥13 200 kg/hm2、氮肥498.6 kg/hm2、磷肥675 kg/hm2及钾肥888.86 kg/hm2，该组合条件下，东方山羊豆鲜草产量可达91.44 t/hm2，可获纯收益37 964.26元/hm2。