不同供氮水平对豆禾混播草地草产量及品质的影响

土旦加，周学丽

(青海省草原改良试验站，青海 共和 813000)

氮素是核酸、磷脂、叶绿素及多种酶的重要组分[1]，且在光合色素、光合酶和产物的组成和分配有重要作用[2]。氮亦是植物生长发育和生命活动的基础物质，影响其生长、发育和产量被称为“生命元素”[3]。研究表明，氮素可以增加植物分枝数、叶面积等[4]，可提高植物产量和品质[5]。因此，近年来氮肥被大量推广和应用并成为作物增产的重要措施之一。我国当季氮肥的利用率不高仅为30%～35%，且每年有超过1 500×104t的氮未被合理利用，造成环境污染、生物多样性下降和生态系统失衡等[6]，因此研究氮肥的合理施用具有重要现实意义。

青藏高原作为世界第三极和中华水塔，是我国最大的畜牧业生产基地，亦是重要的生态安全屏障[7]。研究表明，近年来受气候变化和不合理利用等影响，高寒草地退化严重，造成经济和生态问题日益严重[8]。因此，发展可持续草地农业是减缓生态系统恶化和提高经济效益的重要措施。以往草地常以单播为主，长期种植导致土壤肥力减退、产量稳定性差[9]。混播可改变群体空间分布结构、改善通风透光、提高光能利用率、改善微环境、提高群体生产力。多项研究表明，豆禾混播可显著提高其产量和品质[10，11]、并减少氮肥施用，减少环境污染[12]。氮肥施用需因地制宜，其中草地生态系统所需氮肥输入量较农田稍少[13]。施用适宜氮肥对混播草地中禾草的株高、分蘖能力具有明显的促进作用[14]，过量氮肥会降低豆科植物固氮酶的活性，抑制固氮作用，影响生长[15]。因此，因地制宜并合理施用氮肥是混播草地研究的热门领域，但对高寒区不同氮肥水平对豆禾混播草地影响的研究较少。鉴于此，选取具有典型高寒区气候特征的青海省草原改良试验站为研究区域，以适宜本地生长的青牧1号老芒麦(Elymus.sibiricusL.cv.Qinghai No.1)和豌豆青建1号(PisumsativumLinn.cv.Qingjian No.1)的豆禾混播草地为材料，设4个氮肥水平处理，测定其产量和营养品质，分析不同氮肥量对豆禾混播草地生产力和品质的影响，同时利用隶属函数，对不同氮肥处理下混播牧草产量和品质进行综合评价，筛选青海地区豆禾混播高产优质的氮肥用量，以期为青海省豆禾混播草地施用氮肥技术的推广应用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地在青海省草原改良试验站，位于青海湖西北角(37°32′N，99°35′E)，海拔3 270 m。年均温为-0.7 ℃，年均降水量为359.8 mm，年均蒸发量为1 501 mm，≥0 ℃年积温为1 330 ℃，≥10 ℃年积温为250 ℃，无绝对无霜期，土壤为暗栗钙土，pH值7.5～8.2[16]。

1.2 试验材料

供试青牧1号老芒麦和豌豆青建1号均来源于青海省畜牧兽医科学院草原所，2个品种籽种质量均为二级，以下分别简称老芒麦、豌豆。

试验所用氮源为尿素(N 46%)、磷肥为过磷酸钙(含P2O512%)，均购于当地农资市场。

1.3 试验设计

采用青牧1号老芒麦和豌豆青建1号2种牧草构建豆禾混播草地，采用豆禾间行混播，豌豆播种量为45 kg/hm2，老芒麦播种量为90.0 kg/hm2，采用单因素4水平随机区组设计，共设4个处理，分别为：N0(不施氮肥)、N50(低氮：50 kg/hm2)、N100(中氮：100 kg/hm2)、N150(高氮：150 kg/hm2)，其中氮源为尿素(总氮≥46%，低氮、中氮、高氮水平下每小区尿素施入量分别为217.39 g、434.782 g、652.17 g)。各处理3次重复，共计9个小区，各小区面积4 m×5 m=20 m2，小区间隔为0.5 m，每区12行，行距30 cm。于2018年5月10日开始播种，以条播方式进行豆禾间行混播，以每小区磷肥P2O580 kg/hm2(过磷酸钙 666.67 kg/hm2)为底肥，底肥和尿素在播种前均匀撒施地表。建植完成后不再进行施肥，无灌溉，定期除杂草、防治病虫害。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 干草产量 9月底进行刈割，每小区测定1 m长4行，留茬5 cm，豌豆和老芒麦混合剪割后称鲜重，再分别取鲜样500 g左右带回实验室105 ℃杀青30 min，65 ℃烘干后称重，根据干鲜比和小区面积换算成干草产量。

1.4.2 营养指标 取鲜草500 g，105 ℃杀青30 min，65 ℃烘干后的干草样全部用高速粉碎机粉碎后装入塑料自封袋，备营养成分检测。测定粗蛋白(CP)含量采用凯氏定氮法；中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量采用范氏洗涤纤维法；粗灰分含量测定采用干灰化法；粗脂肪含量测定采用索氏浸提法[17]。相对饲喂价值(Relative feed value，RFV)根据NDF和ADF的含量采用以下公式计算[18]：RFV(%)=(88.9-0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29。

1.5 统计分析与评价方法

隶属函数值为综合评价不同供氮水平下豆禾混播草地的生长状况，对其草产量和营养指标进行综合评价；参照文献[19]计算不同处理各指标隶属函数值，计算公式为：

A：若指标与生长特性呈正相关关系，则

μ(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

B：若指标与生长特性呈负相关关系，则

μ(Xj)=1 -(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中，Xj表示第j个指标值，Xmin表示第j个指标的最小值，Xmax表示第j个指标的最大值。

用下列公式计算标准差系数Vj：

用下式计算各指标的权重Wj：

式中，Wj表示第j个指标的权重。

用下式计算各氮肥处理下豆禾混播草地的生长特性隶属函数值D，D值越大表明这种氮肥处理对混播草地生长的促进作用越强。

试验数据在Excel 2016进行整理和作图，采用SPSS 19.0对草产量和营养成分指标进行单因素方差分析(One way ANOVA)，并用Duncan法进行多重比较(P<0.05)，以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥水平对豆禾混播草地干草产量的影响

由表1可知，豆禾混播草地的干草产量随氮肥施入量增加呈增加趋势，其中N150(高氮)最高，达11 243.94 kg/hm2，N100(中氮)次之，N50(低氮)较好，N0(不施氮肥)最小，为7 464.73 kg/hm2；N150或N100、N50、N0间干草产量达显著水平(P<0.05)，N150和N100无显著差异；N150、N100和N50较N0处理分别显著增产50.43%、43.29%和30.43%(P<0.05)。

表1 不同氮肥水平对混播草地草产量的影响

2.2 不同氮肥水平对豆禾混播草地营养品质和相对饲喂价值的影响

由表2可知，豆禾混播草地的粗蛋白(CP)含量随氮肥施入量增加呈增加趋势，其中N150(高氮)最高，达22.74%，N100(中氮)较好，N50(低氮)次之，N0(不施氮肥)最小，为17.23%；N150或N100、N50、N0间CP含量达显著水平(P<0.05)，N150和N100无显著差异；N150、N100和N50较N0处理CP含量分别显著提高31.98%、27.28%和21.24%(P<0.05)。

表2 不同氮肥水平对混播草地粗蛋白、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维的影响

豆禾混播草地的酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)含量随氮肥施入量增加呈降低趋势，其中从低到高为N150>N100>N50>N0；各处理间ADF和NDF含量均差异显著(P<0.05)；其中N150、N100和N50较N0处理ADF含量分别显著降低12.20%、10.14%和6.24%(P<0.05)，NDF含量分别显著降低16.62%、15.94%和8.86%(P<0.05)。

由表3可知，豆禾混播草地的干物质(DM)随氮肥施入量增加呈增加趋势，其中N150(高氮)最高，达3 321.73 kg/hm2，N100(中氮)较好，N50(低氮)次之，N0(不施氮肥)最小，为2 377.62 kg/hm2；N150或N100、N50、N0间DM差异显著(P<0.05)，N150和N100无显著差异；N150、N100和N50较N0处理DM分别显著提高39.71%、34.86%和26.61%(P<0.05)。

表3 不同氮肥水平对混播草地干物质、粗脂肪和相对饲喂价值的影响

豆禾混播草地粗脂肪(EE)含量和相对饲喂价值(RFV)随氮肥量增加呈增加趋势，其中从高到低为N150>N100>N50>N0；N150或N100、N50、N0间EE含量差异显著(P<0.05)，N150和N100无显著差异；其中N150、N100和N50较N0处理EE含量分别显著提高25.93%、24.87%和16.93%(P<0.05)，相对饲喂价值(RFV)含量分别显著提高28.50%、26.01%和13.69%(P<0.05)。

2.3 隶属函数综合分析

表4可知，不同处理隶属函数值排名为N150>N100>N50>N0，说明N150(高氮)处理对豆禾混播草地生长的促进作用最强，N0(不施氮肥)最弱。在一定范围内，氮肥施入量越高，越有利于豆禾混播草地生长。

表4 不同氮肥水平对混播草地生长特性影响的隶属函数综合分析

3 讨论

3.1 不同氮肥水平对豆禾混播草地草产量的影响

草产量是评价牧草生产性能的重要指标，亦可直接反映载畜能力的强弱[20]。适量氮肥可提高苜蓿氮积累和产量[21]，亦可增加禾本科牧草的固氮能力增加其种群竞争力[22]。本研究中，N150(高氮)最高，N0(不施氮肥)最小，这与曹兰芹等[23]发现高氮处理的茎叶生物量、地上生物量、地下生物量和总生物量高于低氮处理的结果类似。本研究发现，N150或N100、N50、N0间干草产量达显著水平(P<0.05)，N150和N100无显著差异，说明较N0(不施氮肥)处理，N50(低氮)和N100(中氮)对混播草地干草增产高效，N150(高氮)处理低效，这也MOLL等[24]得出特定作物在某一水平下的生物量对低氮响应高效，而高氮时低效的结论相一致。

3.2 不同氮肥水平对豆禾混播草地营养品质和相对饲喂价值的影响

粗蛋白(CP)，酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)，干物质(DM)和粗脂肪(EE)是反映牧草营养价值的重要指标[25]。粗蛋白(CP)满足动物摄取蛋白质[26]，ADF和NDF影响家畜采食量和消化情况，EE影响适口性[27]。本研究发现，豆禾混播草地的粗蛋白(CP)、干物质(DM)、粗脂肪(EE)和相对饲喂价值(RFV)随氮肥施入量增加呈增加趋势，其中N150(高氮)最高，N100(中氮)较好，N50(低氮)次之，N0(不施氮肥)最小，N150或N100、N50、N0间均差异显著(P<0.05)，N150和N100无显著差异，这分别验证了随氮肥增加，则冬小麦粗CP含量增加[28]、玉米DM增加[29]、大豆EE增加[30]、黑麦草RFV增加[31]的结果。本研究发现，酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)含量随氮肥施入量增加呈降低趋势，其中，从低到高为N150

3.3 隶属函数综合分析

隶属函数值可综合反映不同氮肥水平处理对豆禾混播草地促生长作用的大小，隶属函数值越高则促生越强，反之则越弱。不同氮肥水平对豆禾混播草地的产量、营养品质和相对饲喂价值的作用存在差异，为客观且综合的比较不同处理对混播牧草的促生作用，用模糊隶属函数对不同处理进行综合分析。结果显示，不同处理隶属函数值排名为N150>N100>N50>N0，前文单因素方差结果显示，N150可显著提高豆禾混播草地的干草产量、粗蛋白含量、干物质、粗脂肪和相对饲喂价值，并显著降低酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量(P<0.05)。隶属函数法分析结果与前文结果相一致，且说明N150(高氮)处理对豆禾混播草地生长的促进作用最强，N0(不施氮肥)最弱，在一定范围内，氮肥施入量越高，越有利于豆禾混播草地生长。

4 结论

N150的处理可显著提高豆禾混播草地的干草产量、粗蛋白含量、干物质、粗脂肪和相对饲喂价值，同时显著降低酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量。综合分析表明，在一定范围内(150 kg/hm2)的氮肥施入量，利于豆禾混播草地生长。