施氮水平和方式对王草生产特性和品质的影响

李 威，温翠平，漆智平，唐树梅

(1.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，海南 儋州 571737； 2.海南大学农学院，海南 儋州 571737)

王草(Pennisetumpurpureum×P.typhoideum)又名皇草(广东)、皇竹草(四川)、凌云草(贵州)等，英文名为King grass、Chinese sugarcane、Japannese cane、Indian sugarcan等，西班牙文名为Cana de uva、Cana Japondsa、Pasto Panama、Pennisetum hibrido。它是多年生草本植物，分布于中美洲、南美洲。中国热带农业科学院于1984年引自国际热带农业中心(CIAT)，经多年试种，于1998年通过全国牧草品质审定委员会审定，定名为“热研4号王草”，学名为P.purpureum×P.typhoideumcv. Reyan No.4,现已在海南、广东、广西、云南、贵州、四川、江西等省、自治区广泛种植。王草是以象草(P.purpureum)为母本，美洲狼尾草(P.typhoideum)为父本杂交育成，其杂种优势明显，生长期短、产量高、品质好、分蘖多、再生能力强，是世界热带、亚热带地区重要的禾本科牧草。王草在年均气温15 ℃以上、降水量800 mm以上的地区均可种植,其最适生长温度为25～33 ℃，生长临界温度为5～10 ℃，低于5 ℃停止生长。王草为C4禾草，光呼吸强度低，净光合作用效率高，植株全年都处于营养生长期，不抽穗(只有在海南可进入生殖生长期，但结实率极低)。王草一般1年能刈割4～5次，鲜草产量约150 t·hm-2，通常情况下，施肥的产量要比不施肥的产量高50%～200%。王草叶软汁多，适口性好，是各种草食性牲畜和鱼类的最佳饲料[1-6]。

20世纪90年代以来，我国农业生产中氮肥用量急剧增加，由于氮肥施用不合理而引起肥料利用率降低[7]，氮肥利用率低和大量的氮素损失直接和间接地导致一系列不良的环境反应，如地下水污染、江河湖泊富营养化、温室气体氧化亚氮(N2O)增加等[8]，然而氮却是作物的主要限产因子之一。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[9]。王草种植方式不当，施肥盲目，少施、多施或不施等现象普遍，在严重影响环境的同时也极大限制了王草的生产，同时，一个刈割期内，在不同生育时期分多次施肥还是一次性施肥，以及多次施肥方案中不同的氮肥施用比例对王草生产的影响也是个少有研究的课题。本研究主要在于探索施氮量和方式对王草生产的影响，以期为王草的生产栽培策略的制定提供重要的理论指导。

1 材料与方法

1.1试验材料 试验用土为花岗岩母质发育而成的砖红壤，其理化性状为pH值5.74，有机质含量11.80 g·kg-1，碱解氮含量87.4 mg·kg-1，有效磷含量3.4 mg·kg-1，速效钾含量81.4 mg·kg-1。栽培材料选用禾本科牧草“热研4号”王草，由中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所提供。

盆钵上口直径36 cm、下口直径26 cm、高31 cm，每盆装土20 kg。试验地点在海南大学儋州校区农学院网室大棚内。

1.2试验设计 施氮水平试验。设置6个水平3次重复，分别以N1、N2、N3、N4、N5、N6表示，其中N1为对照(不施肥)，N2施尿素0.87 g·盆-1(相当于纯氮45 kg·hm-2)，N3施尿素1.74 g·盆-1(相当于纯氮90 kg·hm-2)，N4施尿素3.48 g·盆-1(相当于纯氮180 kg·hm-2)，N5施尿素6.95 g·盆-1(相当于纯氮360 kg·hm-2)，N6施尿素13.91 g·盆-1(相当于纯氮720 kg·hm-2)，且每个处理都施用相同的磷钾底肥[钙镁磷肥4.44 g·盆-1(相当于纯氮90 kg·hm-2)、氯化钾2.67 g·盆-1(相当于纯氮180 kg·hm-2)]。刈割后再按上述处理追施氮肥一次，适时浇水。

施肥方式试验。同一施肥水平3.48 g·盆-1(相当于纯氮180 kg·hm-2)下设置6个处理3个重复，M1为对照(不施氮肥)，M2～M5分别在生长初期、分蘖期、拔节前期分3次施入，M6为一次性施入(表1)。每个处理均施用相同的磷钾底肥[钙镁磷肥4.44 g·盆-1(相当于纯氮90 kg·hm-2)、氯化钾2.67 g·盆-1(相当于纯氮180 kg·hm-2)]。刈割后再按上述施肥方式追肥一次，适时浇水。

试验于2010年10月-2011年6月在网室内进行，当王草平均生长至1.5 m后进行刈割，共刈割2次，测定产量和养分含量。王草采用茎秆扦插，待苗长到3～4片叶时移栽，每盆3株。

表1 试验设计处理 Table 1 Fertilizing schedule of this study

1.3测定内容与方法 鲜质量和干质量：施氮水平试验于2011年1月24日和4月3日进行2次刈割，施氮方式试验于2011年4月3日和6月2日进行刈割(分别以K1、K2表示)，鲜质量刈割后采用直接称量法测定鲜质量，带回实验室采用常压直接烘干法[10]烘干后称干质量。然后用粉碎机磨碎后备用测定养分含量。

株高和叶绿素：株高和叶绿素在刈割前1 d测定，株高直接用卷尺每盆测量3次，取其平均值；叶绿素含量用SPAD-502型叶绿素仪每株测定10次，取其平均值。

全氮含量测定采用半微量凯氏定氮法[11]；粗蛋白含量按照全氮含量×6.25折算；全磷含量采用钼锑抗-吸光光度法[11]测定；全钾含量用火焰光度法[11]测定。粗纤维含量测定采用酸碱消煮法[11]。

1.4数据处理与统计分析 用Microsoft Excel 2003进行数据处理，用SAS 9.0统计软件进行方差分析及多重比较。

2 结果与分析

2.1施氮水平和方式对王草生长特性的影响 从两次刈割的合计或平均值来看，随着施氮量的提高，干质量、株高和叶绿素SPAD值都呈增加趋势(表2)，但干质量在N4后开始下降；三者的对照(N1)与各施肥处理差异显著(P<0.05)，干质量N2、N6与N4差异显著，株高N2显著低于N4、N5和N6，叶绿素SPAD值N2、N3显著低于N4、N5和N6，其他处理差异都不显著(P>0.05)；干质量N2～N6各施氮处理产量较对照分别增加了78.64%、102.32%、127.39%、114.38%、81.15%；N5的平均株高和叶绿素SPAD值为最大，分别为168.36和39.45 cm。

从两次刈割的合计或平均值来看，每施氮方式处理均显著高于对照(M1)(P<0.05)，干质量M2～M4、M6都均显著低于M5(表3)。3次平均施肥M5的总干质量产量最高，两次刈割之和达到11 621.94 kg·hm-2。

2.2施氮水平和方式对王草植株养分含量的影响 从两次刈割的平均值来看，随着施氮量的提高，植株含氮量、粗蛋白呈上升趋势，含磷量、含钾量和粗纤维含量呈下降趋势(表4)。含氮量对照(N1)显著低于N4～N6(P<0.05)，与N2、N3差异不显著(P>0.05)，且N4、N5、N6之间差异显著；含磷量对照除与N4差异不显著外，与其他处理都显著；含钾量对照与处理差异都显著，N6与其他施氮水平处理差异显著，其他处理之间差异不显著；粗蛋白含量对照除与N2差异不显著，N2与N3差异不显著外，其他处理差异都显著；粗纤维含量对照与各施氮处理差异显著，N2与其他施氮处理差异显著，其他处理之间差异不显著。N6含氮量和粗蛋白含量最高，两次刈割平均值分别为2.63%和15.63%，对照含磷量、含钾量和粗纤维含量最高，平均值分别为0.136%、3.13%和24.16%。

表2 施氮水平对王草生长特性的影响Table 2 Effects of nitrogen fertilizing rate on growth characteristics of king grass

表3 施氮方式对王草生长特性的影响Table 3 Effects of nitrogen application methods on growth characteristics of king grass

表4 施氮水平对王草植株养分含量的影响Table 4 Effects of nitrogen levels on nutrient contents of king grass

从两次刈割的平均值来看，含氮量对照各施氮方式(P<0.05)，处理间差异不显著(表5)；含磷量对照显著高于M2、M3、M6，且M2、M5、M6显著低于M4，M2、M6显著高于M3，含钾量对照(M1)显著低于M2、M5.粗蛋白含量对照显著低于M2～M6，M6显著低于其他处理差异显著，其他处理间不显著。粗纤维含量对照只显著高于M6，其他处理间差异不显著。M4含氮量和粗蛋白含量最高，平均值分别为2.02%和12.65%；M1含磷量、含钾量和粗纤维含量为最高，平均值分别为0.14%、3.31%和24.17%。

两次刈割王草粗蛋白含量随施氮量变化的二次分析和模型表明(表6)，粗蛋白(%)随施氮量的二次曲线模型呈极显著相关(P<0.01)，说明王草刈割粗蛋白含量与施氮量关系与二次多项式相吻合。

2.3施氮水平和方式对王草植株N、P、K产量的影响 从两次刈割平均值来看，随着施氮量的提高全氮产量呈直线上升趋势，全磷、全钾产量先增加后下降(表7)；三者的对照均显著低于各处理(P<0.05)，全氮产量施氮处理间差异都显著；全磷产量N4、N5显著高于N6；全钾产量N2、N6显著低于N3～N5。各处理全氮产量较对照分别增加了71.43%、114.29%、228.57%、314.29%和357.14%,全磷产量较对照分别增加了52%、76%、100%、88%、56%,全钾产量较对照分别增加了54.24%、86.44%、96.61% 81.36%和30.51%。其中，N6全氮产量最高，两次刈割平均为110.91 kg·hm-2；N4全磷产量和全钾产量最高，两次刈割的平均产量分别为5.67和130.12 kg·hm-2。

表5 施氮方式对王草植株养分含量的影响Table 5 Effects of nitrogen application methods on nutrient contents of king grass

表6 王草两次刈割施氮量与粗蛋白含量的二次曲线模型Table 6 The effect of different nitrogen treatments on the crude protein model of king grass

表7 施氮水平对王草植株N、P、K产量的影响Table 7 Effects of nitrogen levels on N、P、K yield of king grass

从两次刈割平均值来看，含氮量、含磷量和含钾量对照均显著低于各施氮方式处理(P<0.05)(表7)。全氮产量M5，全磷产量显著低于与M5，其他处理间差异不显著。M5全氮、全磷和全钾产量都最高，其平均值分别达到了112.11、6.70、135.33 kg·hm-2。

2.4施氮水平和方式相关性分析 从王草农艺性状和养分含量的相关性分析(表9)来看，干质量与叶绿素SPAD值、叶绿素SPAD值与株高，全氮含量与粗蛋白含量呈极显著相关(P<0.01)；干质量与株高、全磷含量与全钾含量、全氮含量与全钾含量、全钾含量与粗蛋白含量呈显著负相关(P<0.05)。

从施氮方式对王草农艺性状和养分含量的相关性分析(表10)来看，干质量与叶绿素SPAD值，SPAD值与株高、全氮、粗蛋白极显著正相关(P<0.05)；干质量与株高、全氮、粗蛋白含量，株高与全氮、粗蛋白含量呈显著正相关(P<0.05)；干质量与全钾含量呈极显著负相关，叶绿素SPAD值与全钾含量、全氮与全钾含量、全钾与粗蛋白含量呈显著负相关。

表8 施氮方式对王草植株N、P、K产量的影响Table 8 Effects of nitrogen application methods on N、P、K yield of king grass

表9 施氮水平中农艺性状和养分含量的相关性分析Table 9 Correlation analysis of agronomic characteristics and nutrient content under different nitrogen fertilizing rate condition

表10 施氮方式中农艺性状和养分含量的相关性分析Table 10 Correlation analysis of agronomic characteristics and nutrient content under different nitrogen fertilizing rate condition

3 讨论

牧草的正常生长，除了需要一定的光照、水分、空气和温度外，还要从土壤中吸收各种营养物质。禾本科牧草不具备固氮能力，其生长发育所需氮素主要依靠根系从土壤中吸收，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[12]，以施肥的方式补充土壤氮素是王草优质高产的有效措施[13-14]。氮能刺激植物的生长，尤能促进分蘖及新生组织发育；同时，氮是叶绿素的主要成分，含氮量充足时，光合作用增强，碳的代谢加快，热量积累增加。因此，氮能显著提高牧草的产量[15-17]，增加植物叶绿素含量和株高[18]。潘家荣等[19]试验表明在一定施氮范围内，王草的产量随着施氮量的提高而提高，对农艺性状也有明显的改善作用，当施氮超过这个范围，反而对王草的生产不利，限制王草的生产性能，这与本试验研究一致。而不利的原因可能为施氮肥过量时，根活力受到显著影响，限制王草对氮素的吸收[20-21]，具体内容有待进一步探索。

磷存在于磷脂和核酸中，是植物体内糖分转化和淀粉、脂肪、蛋白质形成所不可缺少的物质，它能影响植物含氮化合物的代谢，提高植物蛋白质的含量；钾在植物体内多以离子状态和可溶性钾盐存在，它与植物体内碳水化合物的合成和转运关系极为密切，能把叶片中合成的淀粉转化成为磷脂酸，还能促进植物对氮素的吸收和蛋白质的形成。因此，只有保证氮、磷、钾均衡供应才能获得优质高产[22]。李文庆等[23]研究表明，王草百分磷钾含量与施氮量呈负相关，与本试验研究一致。第2次刈割的含磷量、含钾量明显要低于第1次刈割，说明刈割带走了土壤中的磷钾，土壤中的磷、钾高低明显能影响王草植株体内磷、钾量的高低，从而影响到下一次刈割王草的含磷、含钾量，在生产上有必要适时补充土壤中的磷钾肥。由于王草产量的关系，磷钾产量与施氮量呈正相关。

王草以茎叶为收获对象，茎叶中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。余有贵和贺建华[24]的研究表明，粗蛋白和粗纤维含量是牧草品质的两项重要指标，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，也是牧草育种的主要目标性状。适量的氮肥可改善禾本科牧草的品质，使其质嫩、叶片多、蛋白质含量高[23，25-27]，同时降低粗纤维含量[28]，使其适口性、，易消化利用[29]。本研究结果表明，施氮量与粗蛋白含量极显著相关，施氮能降低粗纤维的含量，改善王草品质。

牧草生长的整个生育期可分为3个阶段:自养生长阶段―营养生长阶段―生殖生长阶段。不同牧草的需肥规律不同，同一牧草在不同生育阶段需肥规律也不相同[30]。王渭玲和张冀涛[31]对旱地氮肥不同分配方式与小麦(Triticumaestivum)产量和品质关系的研究表明，氮肥分期施用比一次性作底肥施用能明显增加小麦产量并改善其籽粒品质。而Fischer等[32]指出，后期增施氮肥欲提高小麦籽粒蛋白质含量，只有在前期肥力水平相当高的情况下才能获得，这为提高作物产量和品质而在生育期内多次施肥提供了一个依据。本研究表明，在同一刈割期内、相同施氮量的前提下，在王草的生长初期、分蘖期、拔节期分3次施入比在生长初期一次性施入其粗蛋白含量显著提高，且只有分3次平均施肥能显著增加干草产量。这表明，相同的肥料多次施入优于一次性施入。本研究同时也说明了氮肥施用时期对产量和蛋白质含量的效应并不同步[33]。

4 结论

氮肥对王草的生产和品质有显著的促进作用。随施氮量的提高，王草的干质量、全磷、全钾产量先增加后降低；而株高、叶绿素SPAD值、含氮量、全氮产量和粗蛋白含量都呈现出单调递增趋势；百分全磷含量、全钾含量和粗纤维含量呈现出明显降低趋势。

氮肥施用时期对干草产量和粗蛋白含量的效应并不同步，在同一刈割期内、相同施氮量的前提下，在王草的生长初期、分蘖期、拔节期分3次施肥比在生长初期一次性施入相同的氮肥对王草的粗蛋白含量有显著的提高，其中分3次平均施肥对王草的干草产量提高影响最大。不同施肥方式对王草的生长影响顺序为M5>M4>M3>M2>M6>M1。

王草生长的最佳盆栽施氮量为3.48 g·盆-1(纯氮180 kg·hm-2)；施氮量在1.74～6.95 g·盆-1(纯氮90～360 kg·hm-2)王草能正常生长；小于0.87 g·盆-1(纯氮45 kg·hm-2)或大于13.91 g·盆-1(纯氮720 kg·hm-2)对王草生长有所限制，不施肥显著限制生长。生产上应注意适时追施磷、钾肥。

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