第一作者:杨开虎(1989-),男(回族),新疆昌吉人,在读硕士生,研究方向为牧草资源调查与评价。E-mail:[email protected]
在新疆伊犁昭苏县境兵团76团猫尾草( Phleum pretense)栽培草地开展施氮研究。试验设4个施氮处理CK(0)、N1(90 kg·hm-2)、N2(180 kg·hm-2)、N3(270 kg·hm-2),分别在抽穗期、扬花期、结实初期、结实后期及收割后再生草进行饲草产量测定,并对各生育期饲草营养物质的含量进行测定分析,探讨不同施氮水平对猫尾草饲草产量和品质的影响。采用单因素方差法分析了不同施肥水平下猫尾草各个生育期饲草产量和营养品质各试验处理间的差异显著性。结果表明,施氮显著提高了饲草产量( P<0.01),当施氮量为N3(270 kg·hm-2)时可收获干草7 133.6 kg·hm-2,比对照(4 952.2 kg·hm-2)高44.1%;施氮显著提高了牧草粗蛋白的含量( P<0.05),当施氮量为N2(180 kg·hm-2)时饲草粗蛋白含量最高,为6.48%,比对照(4.43%)高出2.05个百分点;猫尾草生长高度随着施氮量的增长而增高;施氮量越高氮素利用效率越低,4个施肥水平下促进饲草产量增加最高的施氮水平是270 kg·hm-2,而就饲草营养品质的促进成效而言,最为显著的施氮水平是180 kg·hm-2。
By measuring forage production and nutrient of Phleum pretense under different nitrogen application rates during the heading, flowering, early seeding, late seeding and regeneration stage, the effect of nitrogen application rate on the yield and quality of P. pretense was analyzed in Yili, Xinjiang. The results showed that nitrogen application could significantly increase hay yield and crude protein ( P<0.05). When the nitrogen application rate was 270 kg·ha-1, hay yield reached 7 133.6 kg·ha-1 which increased by 44.1% comparing with the yield of control (4 952.2 kg·ha-1). When nitrogen application rate was 180 kg·ha-1, crude protein content reached 6.48% which increased by 2.05 percentage points comparing with the content of control (4.43%). Plant height of P. pretense increased with nitrogen application rate increasing. The higher the rate of nitrogen, the lower the nitrogen use efficiency. The results indicated that nitrogen 270 kg·ha-1 is the most beneficial to increase forage production of four fertilizer level, and nitrogen 180 kg·ha-1 is the most beneficial to improve nutritional quality.
栽培草地是现代畜牧业生产体系中的一个关键组成部分, 栽培草地弥补了天然草地饲草生产不足的缺口, 源源不断地为家畜提供量多质优的饲草, 在放牧家畜饲草四季供给平衡方面担当着不可或缺的角色, 并在畜牧业经济健康发展中具有重要的作用。
近年来, 氮肥的增产效应和合理施用问题已成为农业可持续发展中的关键问题之一[1]。有关禾本科牧草施氮的研究比较多, 研究表明, 施氮肥可以显著提高狼尾草(Pennisetum alopecuroides)的株高、产量及粗蛋白的含量[2]; 一定范围内的施氮量对王草(P. typhoideum)的生产和品质有显著的促进作用[3]; 施氮对黑麦草(Lolium perenne)的生产也有促进作用, 施氮对高寒地区混播栽培草地产量和品质也有促进作用[4]。单播猫尾草(Phleum pretense)栽培草地施氮肥研究以及施氮对猫尾草产量和品质动态影响尚未出现过相关报道, 本研究以当地现有猫尾草栽培草地大田条件为基础, 参考新疆伊犁昭苏县内小麦(Triticum aestivum)生产中氮肥的施入水平, 采用追施氮肥技术研究不同施氮水平对猫尾草饲草产量和品质的影响作用, 探寻提高饲草产量和营养品质的最佳施氮量, 以期为当地栽培草地生产管理提供依据, 并为猫尾草栽培草地相关研究提供参考。
试验区位于新疆伊犁昭苏县境西北部的沙尔套山山麓带上段现有的猫尾草栽培草地内。其地理坐标是43° 08' N, 80° 42' E, 研究区海拔1 906 m, 气候属中温带山区湿润冷凉气候类型; 年均气温2.0 ℃, 降水量500 mm左右[5], 研究区为建植生长第2年的猫尾草栽培草地。2013年春季播种, 采用油菜(Brassica campestris)作保护作物, 猫尾草播种量为19.5 kg· hm-2, 油菜播种量为12 kg· hm-2; 播种深度2~3 cm, 行距12 cm。施底肥复合肥15 kg· hm-2。试验区无灌溉条件, 依赖自然降水, 土壤类型为黑钙土, 土壤有机质含量为14.45%, 土壤全氮、全磷、全钾含量分别为3.90、3.41、4.43 g· kg-1, 速效氮、速效磷、速效钾含量分别为399.0、13.2、383.0 mg· k
试验区栽培草地播种猫尾草为引入丹麦猫尾草品种, 施用氮肥为尿素, 其含氮量≥ 46%(由新疆宜化化工有限公司生产)。
试验于2014年5-10月开展。在猫尾草栽培草地大田內随机选取地势平整、长势相近的20 m× 40 m的样地3块(间隔50 m以上); 每块样地设4小区, 各小区内土壤肥力均等, 所处的坡向一致, 每小区面积10 m× 20 m; 试验设置CK、N1、N2、N3共4个施氮处理, 施氮量分别为尿素0、90、180、270 kg· hm-2。分两次施氮肥, 每次施总量的一半, 在中等雨量时均匀施撒。第1次施肥日期为2014年6月24日, 猫尾草处于孕穗期, 第2次施肥日期为2014年7月13日, 猫尾草处于抽穗期。
1.4.1 采样时间 在猫尾草抽穗期(7月11日)、扬花期(7月25日), 结实初期(8月6日), 结实后期(8月23日)及再生草时期(9月15日)做产量测定并采集分析样。
1.4.2 饲草产量测定 每个小区随机取1 m× 1 m样方, 刈割留茬6~7 cm(模拟机械收割时的留茬高度); 将剪割的草装入布袋内称量鲜重, 每个样方取分析样约500 g, 将茎、叶、穗分开并称重, 置入室内自然风干测得干重, 每个小区设3次重复测定。
1.4.3 再生草产量测定 再生草产量指猫尾草被机械收割后至家畜放牧利用前这一时期猫尾草的产量, 该时期的生长牧草是放牧利用, 刈割留茬1~2 cm(模拟家畜放牧时的采食高度)。
1.4.4 株高测定 每个小区内随机选取具有代表性的10株猫尾草株丛用卷尺测量自然生长的高度。
1.4.5 粗蛋白含量测定 将采取的分析样采置入105 ℃的烘箱内烘6 h后再放入干燥器内冷却30 min。采用凯氏定氮法测定[7], 粗蛋白含量等于全氮含量× 6.25。
1.4.6 酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维测定 将采取的分析样采置入105 ℃的烘箱内烘6 h后再放入干燥器内冷却30 min, 采用van Soest分析法[8]测定酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量。
1.4.7 氮素生产效率评价指标 参考王永军等[9]的方法, 评价指标为干物质生产效率(Dry Matter Production Effiency, DMPE), 等于每公顷干物质的产量与施氮量之比; 粗蛋白生产效率(Crude Protein Production Effiency, CPPE)等于粗蛋白产量与施氮量之比。计算方法为:
DMPE=每公顷干物质产量/施氮量× 100%;
CPPE=每公顷粗蛋白产量/施氮量× 100%。
用Microsoft Excel 2003处理试验数据, 用SPSS 20.0对饲草产量、营养物质含量及氮素利用效率进行单因素(One-way ANOVA)方差分析, 比较不同施氮水平之间的差异性。
2.1.1 饲草产量的分析与比较 随着施氮量的增加, 猫尾草各生育期风干草产量均有不同程度的提高(表1)。从抽穗期到结实后期, 风干草产量不断增加, 各施氮处理猫尾草风干草产量均在结实后期达到最大值; 这是因为该时期猫尾草完全成熟, 干物质积累量最大, 其中N3处理(270 kg· hm-2)的产量最高, 为7 133.6 kg· hm-2, 比对照处理4 952.2 kg· hm-2高出44.1%。抽穗期N1、N2、N3处理分别较CK增长了850.9、1 348.6和2 158.8 kg· hm-2; 扬花期N1、N2、N3处理分别较CK增长了1 216.5、1 351.9和2 272.2 kg· hm-2; 结实初期N1、N2、N3处理分别较CK增长了1 064.2、1 267.1和2 377.2 kg· hm-2; 结实后期N1、N2、N3处理分别较CK增长了623.1、1 126.2和2 181.4 kg· hm-2。由此可得, 随着施氮量的增加, 饲草增长量也在提高, 其中N3处理增幅最大; 但是各物候期对氮肥的响应程度不同, N1、N2处理下, 扬花期的增幅最大, N3处理下, 结实初期增幅最大。
2.1.2 再生草饲草产量的影响 再生草的产量是指猫尾草被机械收割后(8月20日)至家畜进入栽培草地自由放牧时(9月15日)所生长的再生饲草量, 产量测定为模拟牲畜采食的留茬高度(1~2 cm), 该时期再生草的生长时间短, 水热条件差, 猫尾草所累积生长的产量十分低。各施氮处理下均对再生草的生长及产量积累具有促进作用, 但不同施氮水平再生饲草产量之间有差异性; N3处理(270 kg· hm-2)风干草产量最高, 为761 kg· hm-2, 比CK(279 kg· hm-2)高出172.8%, N1、CK之间差异不显著(P> 0.05), 其他各处理差异显著(P< 0.05)(图1)。
2.1.3 猫尾草饲草产量构成动态变化与分析 猫尾草饲草的产量由茎秆、叶片、穗序3部分组成, 不同生育期各部分占饲草产量的比例不同(图2)。随着生育期的推进, 叶片占饲草产量的比例越来越低, 茎秆和花穗占饲草产量的比例越来越高。在各生育期, 施氮都增加了饲草的产量; 在抽穗期, 施氮对猫尾草茎秆、叶片、穗序的产量都有所提高; 在扬花期、结实初期和结实后期, 施氮主要是增加了茎秆和穗序的产量比重, 且随着施氮水平的提高其茎秆和穗序产量所占比重在增加。
2.1.4 株高 施肥可以明显促进猫尾草株高的增加(表2)。处在同一生长时期, 随着施氮量的增加猫尾草株高也逐渐增加, 各生育期都呈现这一变化趋势。全生育期内株高增长幅度抽穗期-扬花期(38 cm)较扬花期-结实期(4.5 cm)要大, 这是由于处在抽穗和扬花时期水热条件俱佳, 猫尾草生长速度加快。处理N3(270 kg· hm-2)在结实后期株高达到最大值(126.7 cm), 比CK(112.4 cm)高14.3 cm。分析结果表明, 全生育期内不同施氮量处理猫尾草的生长株高与未施肥处理之间均差异显著(P< 0.05)。
牧草中蛋白质含量的高低是衡量牧草品质的重要指标, 牧草蛋白质含量越高, 其品质就越好。猫尾草饲草中粗蛋白的含量随着生长发育的推移而呈现不断降低的趋势, 不同施氮处理对处在不同时期饲草的粗蛋白含量差异显著不同(表3); 在抽穗期和扬花期, 粗蛋白含量N3> N2> N1> CK, 特别是N2、N3处理, 粗蛋白含量显著高于CK(P< 0.05), 而N2、N3处理之间差异不显著(P> 0.05); 结实初期和结实后期各处理之间表现是粗蛋白含量N2> N3> N1> CK, N2处理与其他各处理均差异显著(P< 0.05), N3处理与CK差异显著(P< 0.05), N3、N1处理之间差异不显著(P> 0.05); 在抽穗期和扬花期, 粗蛋白含量随着施氮量的增加而增加, 在结实期和结实后期, 粗蛋白含量并不是随着施氮量增加而增加, 当施氮量超过N2水平(180 kg· hm-2)时粗蛋白的含量降低。施氮在各个物候期都增加了猫尾草粗蛋白的含量, 在各生育期增幅不同, 在抽穗期N1、N2和N3处理分别较CK增加了0.82%、1.42%和1.63%; 在扬花期N1、N2和N3处理分别较CK增加了0.50%、1.11%和1.21%; 在结实初期N1、N2和N3处理分别较CK增加了0.70%、1.99%和1.13%; 在结实后期N1、N2、N3处理分别较CK增加了0.83%、2.02%和1.43%。这表明, 不同物候期猫尾草粗蛋白含量对氮肥响应不同, N1处理在抽穗期和结实后期增幅最大, N2处理在结实后期增幅最大, N3处理在抽穗期增幅最大, 抽穗期和扬花期N3处理增加的最多, 结实初期和结实后期N2处理增加的最多。
在生长期内, 猫尾草ADF和NDF的含量均呈上升趋势, 结实后期猫尾草的ADF和NDF含量最高(表3)。施氮降低了猫尾草ADF和NDF的含量, 抽穗期和扬花期猫尾草ADF和NDF的含量随着施氮水平的增加而降低, N3< N2< N1< CK; 在结实初期和结实后期饲草中NDF和ADF的含量并没有一直随着施氮的增加而降低, 当施氮量超过N2(180 kg· hm-2)时出现增加趋势, 除结实初期NDF表现为N1< N3外, 其余处理表现为N2< N3< N1< CK。不同施氮在各生育期内都降低猫尾草ADF的含量, 但各生育期降幅不同, 抽穗期N1、N2、N3处理分别较CK降低了1.8、2.25和3.9个百分点; 扬花期N1、N2和N3处理分别较CK降低了2.14、2.62和7.17个百分点; 结实初期N1、N2和N3处理分别较CK降低了1.45、3.69和2.71个百分点; 结实后期N1、N2和N3处理分别较CK降低了1.16、3.31和2.69个百分点。由此可知, 各生育期猫尾草ADF含量对氮肥响应不同, 其N1、N2和N3处理均在扬花期降幅最大, 抽穗期和扬花期N3处理降低的最多, 结实初期和结实后期N2处理降低的最多。收获时(结实后期)N2处理ADF含量(50.43%)最低, 比CK(53.74%)低3.31个百分点。NDF含量在各生育期降幅低于ADF的含量, 对氮肥响应的变化趋势与ADF一致。
氮素生产效率是评价牧草生产对氮素利用成效的一种方式。不同施氮水平下猫尾草的干物质生产效率(DMPE)随着生育期的推进均增大, 至结实后期达到生育期内最大值; N1和N3施氮水平下粗蛋白生产效率(CPPE)随着牧草的生长阶段的推移而降低, 抽穗期粗蛋白生产效率最高(表4)。从不同施氮水平进行比较, 牧草DMPE和CPPE均随着施氮量的增加而降低, 不同施氮水平之间差异均显著(P< 0.05), 这说明施氮越多, 氮素利用效率越低, 损失率也越大。
禾本科牧草的生长发育所需氮素依赖根系从土壤中吸收, 但土壤中可利用的氮素难以满足禾本科牧草高产优质的需要, 施氮肥对于补充土壤氮素是提高牧草生产效率最有效的措施[9]。氮能显著提高牧草产量[10], 氮是叶绿素的主要成分, 含氮量充足时, 光合作用增强[11], 植物的株高增加[12]。因此, 氮能显著提高牧草的产量; 氮能刺激植物的生长, 尤能促进分蘖及新生组织发育, 增加物质积累量。松中照夫和顾洪如[13]认为, 施氮使猫尾草单茎重增加, 因而提高了产量。潘家荣等[14]研究表明, 在一定施氮范围内, 牧草的产量随着施氮量的提高而提高, 但是当施氮超过一定范围, 反而对牧草的生产不利, 其原因可能是施氮肥过量时, 根系活力受到显著影响, 限制了牧草对氮素的吸收[15]。本研究表明, 猫尾草在0~270 kg· hm-2的施氮范围内对猫尾草饲草产量增长在各生育期都是促进作用, 但不同生育期对施氮量的响应程度不同, 其中N1、N2处理下处在扬花期时增幅最大, N3处理下结实初期增幅最大。
猫尾草以收获饲草为目的, 饲草粗蛋白和粗纤维含量的高低, 直接关系到草食动物的饲养效果。粗蛋白和粗纤维含量是牧草品质的两项重要指标, 余有贵和贺建华[16]的研究表明, 提高牧草粗蛋白含量和降低纤维素含量是提高牧草营养价值、改善牧草品质的重要内容。适量的氮肥可改善禾本科牧草的品质, 使其质嫩、蛋白质含量提高同时降低粗维含量[17, 18, 19]。本研究表明, 不同施氮水平都能增加饲草粗蛋白的含量, 并降低饲草ADF和NDF的含量。在抽穗期和结实期, 施氮量与饲草粗蛋白的含量呈正相关, 与ADF和NDF的含量呈负相关; 在结实初期和结实后期, N2处理(180 kg· hm-2)的饲草粗蛋白含量最高, 当施氮量超过这个水平, 饲草粗蛋白含量增长出现下降趋势。这一结论与周青平等[20]和王月福等[21]的研究结果相似, 即适量增施氮肥可以提高氮肥利用效率, 提高牧草蛋白质的含量, 降低粗纤维的含量, 而过量增施氮肥使牧草中粗蛋白质含量增加的幅度变小, 氮肥利用效率降低。不同生育期猫尾草营养物质的含量对氮肥的响应也不同, 猫尾草粗蛋白含量对氮肥响应不同, N1处理在抽穗期和结实后期增幅最大, N2处理在结实后期增幅最大, N3处理在抽穗期增幅最大, 抽穗期和扬花期N3处理增加的最多, 结实初期和结实后期N2处理增加的最多。N1、N2、N3处理ADF含量均在扬花期降幅最大, 抽穗期和扬花期N3处理降低的最多, 结实初期和结实后期N2处理降低的最多。
1)施用氮素增加了猫尾草的株高, 提高了猫尾草饲草产量和再生饲草的产量, 在0~270 kg· hm-2的施氮范围内施氮水平越高饲草产量越高。各生育期对氮的响应程度不同, 其中N1、N2处理下扬花期的增幅最大, N3处理下结实初期增幅最大。
2)施用氮素提高了饲草种粗蛋白的含量, 并降低了饲草ADF和NDF的含量, 从而提高了饲草品质。但是施氮水平超过N2处理(180 kg· hm-2)时, 施饲草品质呈现出下降趋势。各生育期对氮肥的响应变化不同, 粗蛋白含量N1处理在抽穗期和结实后期增幅最大, N2处理在结实后期增幅最大, N3处理在抽穗期增幅最大; ADF含量N1、N2、N3处理均在扬花期降幅最大。
3)施氮量与氮素生产效率和利用效率呈负相关, 施氮量越高, 氮素利用效率越低。
4)从饲草生产角度看, N3处理(270 kg· hm-2)饲草产量最大, 从饲草营养品质角度分析最佳施氮水平为N2处理(180 kg· hm-2)。综合考虑各因素, 在当地环境条件下以收获最多的饲草为主要生产任务并兼顾饲草品质和生产效率猫尾草的最佳收获期是结实初期, 最佳施氮水平为270 kg· hm-2。
The authors have declared that no competing interests exist.
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