配方施肥对热研2号柱花草产量和品质的影响

2012-04-12杨帆张宇余爱魏志远唐树梅漆智平

草业学报 2012年2期

杨帆，张宇，余爱，魏志远，唐树梅，漆智平＊

（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，海南海口570228）

＊柱花草是优良的热带豆科（Fabaceae）牧草，原产中、南美洲［1］，属暖季性牧草，广泛分布于热带、亚热带地区。柱花草富含蛋白质、多种维生素及矿物质。柱花草粗蛋白含量高，超过玉米（Zeamays）和稻谷［2］，可以直接或青贮喂养畜禽，也可制成草粉用于配合饲料，还可以作为绿肥覆盖等，具有饲料、肥料、水土保持三大功能［3］。栽培柱花草具有较高的经济效益、生态效益和社会效益［4］，我国于20世纪50年代后期开始引种柱花草（Stylosanthes guianensis）［5］。热研2号柱花草（S.guianensiscv.Reyan No.2）是由中国热带农业科学院热带牧草研究中心选育的柱花草品种，并于1991年经全国牧草品种审定委员会审定登记［6］。热研2号柱花草具适应性强，耐酸性，耐贫瘠，抗性广，鲜草产量高的特点，是目前最适合我国南方种植的热带豆科牧草之一，也是最理想的草粉生产品种［5，7］。儋州市位于海南岛西北部，属热带季风气候区，具备柱花草良好生长的自然环境。种植热研2号柱花草将对我国热带畜牧业和饲料工业的发展起着重要作用。

牧草营养成分的种类和数量及营养价值的高低是评价牧草是否优良的重要指标［8］。提高粗蛋白含量，降低粗纤维含量是提高牧草营养价值、改善牧草品质的重要内容。试验以粗蛋白（CP）、粗纤维（CF）、粗脂肪（EE）和无氮浸出物（NFE）4种营养成分为判别指标，利用加权平均方法评价热研2号柱花草的营养价值。

目前，热研2号柱花草施肥主要集中于磷肥和钾肥方面的研究，配方施肥研究较少。本试验为了获得热研2号柱花草最佳的施肥效应，采用了农业部《测土配方施肥技术规范（试行）修订稿》中推荐的“3414”肥料效应试验方案［9］。“3414”设计是在国外“3411”多点肥料试验方案（表1中前11个处理）的基础上，加了12～14三个处理后得到的方案，该方案设计吸收了回归最优设计处理少，效率高的优点［10］。通过“3414”的肥效试验方案的实施，建立氮、磷、钾肥的施肥模型。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地位于海南省儋州市中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所十队试验基地（109°30′25.4″E，19°30′39.9″N）。供试土壤为花岗岩发育砖红壤，前茬作物为木薯（Manihotesculenta）。试验地0～20 cm土壤性质：p H 5.88，有机质12.06 g／kg，全氮10.94 g／kg，有效磷40.8 mg／kg，速效钾56.4 mg／kg，有效钙176.9 mg／kg。供试材料为热研2号柱花草，是儋州地区主要栽培豆科牧草。肥料为尿素（含N 46%），钙镁磷肥（含P2O518%），氯化钾（含 K2O 60%）。

1.2 试验设计

采用“3414”完全实施方案（表1）。氮、磷、钾3因素，4水平，14个处理。小区面积15 m2，种植密度为0.5 m×0.5 m，小区随机排列，3次重复。过道0.5 m，小区间隔0.5 m，保护行宽1 m。施肥方法：20%N、60%P2O5和40%K2O作基肥；移栽1月后，中耕除草，20%N、10%P2O5和40%K2O作第1次追肥，满足分枝期对养分的需求；第1次刈割后，以40%N作第2次追肥，促进刈割后柱花草的再生；第2次刈割后，20%N、30%P2O5和20%K2O作第3次追肥，保证柱花草安全过冬和第2年的生长。

表1 试验方案及热研2号柱花草鲜草产量Table 1 Experimental plan and the fresh yield of S.guianensis cv.Reyan No.2

1.3 试验方法

于2009年4月整地时，采集0～20 cm土壤，风干，制成土壤样品（过2.00和0.25 mm筛）。2009年4月5日，热研2号柱花草种子80℃浸种5 min后，播种育苗；2009年6月7－8日移栽；植物样品于2009年8月15日（营养期，留茬20 cm）、2009年11月14日（初花期，留茬22 cm）、2010年4月25日（留茬25 cm）3次采集（小区植株全部刈割称重，3次产量总和计为试验总产，同时测定各小区鲜草含水量）。刈割后，各小区取约400 g鲜草带回实验室，洗净，烘干，粉碎，过0.45 mm筛制成植物样品。

1.4 样品分析

土壤理化指标和植物样品分析采用常规分析方法。土壤样品：p H，电位法（水土比为2.5∶1.0）；有机质，高温外热重铬酸钾氧化－容量法；全氮，H2SO4－K2SO4－Cu2SO4混合催化开氏消煮法；有效磷，盐酸－氟化铵－钼锑抗比色法；速效钾，乙酸铵浸提－火焰光度法；有效钙，M3浸提－AAS。植物样品：鲜草含水量和植物样品含水量，常压恒温（105℃）干燥法；粗灰分（Ash），550℃灼烧残渣法；磷（P2O5），H2SO4和H2O2消解－钼锑抗比色法；钙，干灰化法－稀盐酸溶解－AAS；粗蛋白，H2SO4和H2O2消解－蒸馏法；粗纤维，酸碱法；粗脂肪，油重法（石油醚－索氏提取法）；无氮浸出物（%）＝100% －（水分＋粗灰分＋粗蛋白＋粗纤维＋粗脂肪）%；营养价值为CP、CF、EE和 NFE的加权平均（其权重分别为49.6%，14.4%，28.7%和7.3%），计算公式为：R＝∑Wi Ki（i为因素，Wi为权重，Ki为因素指标）。

1.5 数据统计

Excel（2007）收集和处理原始数据；SAS（9.0）软件进行数据的统计分析；测土配方施肥“3414”试验数据分析器SG－2.2软件（扬州市土壤肥料站开发）建立肥料效益模型。

2 结果与分析

2.1 不同肥料配比对热研2号柱花草产量的影响

不同处理的鲜草产量（表1）：不同处理间热研2号柱花草鲜草产量差异显著（F＝18.01，P＜0.000 1），处理1（不施肥）产量最低，为3 361.7 kg／667 m2，各配方施肥的产量均显著高于不施肥处理，处理6产量最高，为3 997.6 kg／667 m2。适宜的氮、磷、钾配比提高了热研2号柱花草鲜草产量。这与磷、钾能提高热研2号柱花草产量的结果一致［11］。

2.2 肥料模型的建立和分析

通过对试验结果的方差分析和回归拟合，可建立单因素肥效的一元二次拟合方程、双因素肥效交互作用的二元二次拟合方程和3因素肥效的三元二次拟合方程。结合当地肥料（N＝4.34元／kg、P2O5＝5.56元／kg和K2O＝8.00元／kg）和柱花草鲜草价格（0.30元／kg），分析拟合方程，可得出各种施肥参数。

2.2.1 互作效应施肥是提高栽培作物产量和品质的重要手段［12］。而氮、磷、钾作为作物生长的三大营养元素，在作物生长过程中起着重要的作用：氮可促进热研2号柱花草的生长和再生；磷是热研2号柱花草体内许多重要化合物的组分，并以多种方式参与各种代谢，但磷在土壤中溶解性差、难以移动，加上热研2号柱花草的不断刈割收获而消耗，磷已成为热研2号柱花草在南方种植的主要限制因子［13，14］；钾可提高热研2号柱花草的产量并改善其品质。众所周知，氮、磷、钾肥之间相互影响，相互制约，试验分析N、P、K的互作发现，N、P、K互作效应最高，比不施肥处理增产18.92%，两因素之间的互作效应小，且有P、K互作＞N、K互作＞N、P互作。

2.2.2 单因素肥料效应在磷、钾2水平基础上，以处理2，3，6，11试验结果对氮素肥效进行子函数拟合（图1），有Y＝－16.4N2＋152.42N＋3 657.6（R2＝0.998 4）［Y为鲜草产量（kg／667 m2），N，P，K分别为 N、P2O5、K2O 施用量（kg／667 m2）］。施氮量为 4.65 kg／667 m2时，鲜草产量最高为4 011.8 kg／667 m2。毛收益可达到1 074.7元／667 m2（毛收益＝产值－肥料投入）。在氮、钾2水平基础上，以处理4，5，6，7试验结果对磷素肥效进行子函数拟合，有Y＝－6.46P2＋97.9P＋3 595.3（R2＝0.969 6）。施磷量达到7.57 kg／667 m2时，鲜草产量最高为3 966.1 kg／667 m2。毛收益可达到1 066.2元／667 m2。在氮、磷2水平基础上，以处理8，9，6，10试验结果对钾素肥效进行子函数拟合，有Y＝－4.73K2＋85.62K＋3 568.4（R2＝0.948）。施钾量达到9.06 kg／667 m2时，鲜草产量最高为3 956.2 kg／667 m2。毛收益可达到1 052.4元／667 m2。氮、磷、钾均能很好地拟合热研2号柱花草产量，拟合效果氮素最好，磷素次之。结果显示（图1），氮肥对热研2号柱花草鲜草产量影响最大，磷肥次之，钾肥最小。

图1 N，P，K肥料效应曲线Fig.1 The curves of N，P，K fertilizers effect for S.guianensis cv.Reyan No.2

2.2.3 双因素肥料效应以钾2水平为基础的氮、磷二元二次肥料效应函数方程为：Y＝－11.07N2－6.27P2－1.50NP＋128.19N＋101.25P＋3 261.5（R2＝0.942 8）。方程F检验达5%的显著水平（F＝9.90，P＝0.04），说明在钾施肥量为2水平时，鲜草产量与氮、磷的施用量存在显著的回归关系。氮磷养分的最佳配比为：N 5.01 kg／667 m2，P2O50.30 kg／667 m2，最佳产量为3 323.0 kg／667 m2。以磷2水平为基础的氮、钾二元二次肥料效应函数方程为：Y＝－8.05N2－4.17K2＋5.20NK＋54.03N＋57.29K＋3 486.4（R2＝0.863 4）。方程F检验达5%的显著水平（F＝3.79，P＝0.015），说明在磷施肥量为2水平时，鲜草产量与氮、钾的施用量存在显著的回归关系。氮钾养分的最佳配比为：N 5.31 kg／667 m2，K2O 0.23 kg／667 m2，最佳产量为3 508.7 kg／667 m2。以氮2水平为基础，磷、钾二元二次肥料效应函数方程为：Y＝－6.16P2－4.82K2＋6.60PK＋40.95P＋34.07K＋3 634.1（R2＝0.962 0）。方程F检验达5%的显著水平（F＝15.18，P＝0.02），说明在氮施肥量为2水平时，鲜草产量与磷、钾的施用量存在显著的回归关系。氮、磷养分的最佳配比为：P2O52.72 kg／667 m2，K2O 0.01 kg／667 m2，最佳产量为3 666.9 kg／667 m2。通过对各二元二次肥料效应函数交互项（NP、NK、PK）的系数，可知2种肥料在热研2号柱花草大田试验下氮与钾，磷与钾表现为协同的正交互作用，氮与磷表现为拮抗的负交互作用，另外交互项的绝对值大小可看磷与钾交互作用最强。

2.2.4 三因子肥料效益因为不同处理热研2号柱花草鲜草产量差异显著，所以可建立施肥量与鲜草产量的回归关系，三元二次肥效方程为：Y＝－11.27N2－6.32P2－4.98K2－1.66NP＋2.93NK＋6.37PK＋107.39N＋51.58P＋26.33K＋3 361.7（F＝20.41＞F0.05＝6），说明此方程可以用于对热研2号柱花草鲜草产量进行预测，通过对方程的分析得出 N 5.39 kg／667 m2，P2O58.13 kg／667 m2，K2O 9.44 kg／667 m2时鲜草产量最大为3 985.2 kg／667 m2，毛收益为1 051.45元／667 m2，N∶P2O5∶K2O＝1.00∶1.51∶1.75。结合肥料和鲜草价格，利用测土配方施肥“3414”试验数据分析器计算的最佳产量为3 862.5 kg／667 m2，最佳施肥量为：N 4.33 kg／667 m2，P2O53.93 kg／667 m2，K2O 3.75 kg／667 m2，毛收益为1 088.11元／667 m2，N∶P2O5∶K2O＝1.00∶0.91∶0.87。

2.3 配方施肥对热研2号柱花草干物质产量和营养价值的影响

热研2号柱花草营养期干物质产量为96.7～163.4 kg／667 m2（表2），初花期干物质产量为326.8～373.2 kg／667 m2。同一处理初花期干物质产量显著高于营养期（F＝217.16，P＜0.000 1），不同处理初花期较营养期干物质增长率不同，处理1由于营养期干物质产量最小，增长率最高，达357%，处理2次之，为285%，处理11由于营养期干物质产量最高，增长率最低，为207%。

热研2号柱花草粗灰分、粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、无氮浸出物结果显示（表2）：粗灰分是饲料、动物组织和动物排泄物样品在550～600℃高温炉中将所有有机物质全部氧化后剩余的残渣，主要为矿物质氧化物或盐类等无机物质，粗灰分中的这些矿物元素在动物营养中起着重要作用。热研2号柱花草营养期粗灰分含量为11.33%～13.50%，处理9最高，处理11最低；初花期粗灰分含量为6.32%～7.94%，处理2最高，处理14最低；同一处理营养期粗灰分含量高于初花期。

粗蛋白是纯蛋白质和氨化物（氨基酸、酰胺、硝酸盐及铵盐等）的总称，是牧草营养成分的重要指标。热研2号柱花草营养期粗蛋白含量为13.50%～17.13%，处理7最高，初花期粗蛋白含量为9.50%～11.89%，处理11最高，不施肥处理最低。同一处理营养期粗蛋白含量高于初花期，不同施肥处理初花期粗蛋白含量较营养期减少比例不同，下降比例为22.91%～37.42%，处理7由于营养期含量最高，初花期含量中等，相对减少百分比最大，不施肥处理缺乏氮素，影响了蛋白质的合成，相对减少百分比次之，为34.02%。

粗纤维包括纤维素、半纤维素、木质素及角质等，主要影响反刍动物的消化。减少牧草粗纤维含量，提高粗蛋白含量已成为牧草培育的一个重要方向。热研2号柱花草营养期粗纤维含量为26.89%～29.90%，处理11最低，不施肥处理最高；初花期粗纤维含量为31.43%～35.77%，处理9最小，不施肥处理最高，且显著高于其他处理（F＝7.24，P＜0.000 1）；随热研2号柱花草生育时间的推移，同一处理初花期粗纤维含量高于营养期。

热研2号柱花草初花期粗蛋白含量低于营养期，而粗纤维含量却高于营养期，这与柱花草幼嫩期粗蛋白含量高，随植株开花成熟粗蛋白降低，而粗纤维含量增加一致［8，15］。

粗脂肪包括脂肪和类脂（固醇、磷脂）两类，是饲料中不可或缺的成分，在动物营养中起着重要作用。热研2号柱花草营养期粗脂肪含量为1.66%～2.91%，处理3最高；初花期粗脂肪含量为2.42%～4.24%，不施肥处理最高，处理2次之；同一处理初花期粗脂肪含量高于或等于营养期（处理3除外）。

无氮浸出物是非常复杂的一组物质，包括淀粉、可溶性单糖、双糖，一部分果胶、木质素、有机酸、单宁、色素等，是动物能量的主要来源。热研2号柱花草营养期无氮浸出物含量为28.44%～32.91%，处理11最高，处理7最小；初花期无氮浸出物含量为35.23%～39.52%，处理5最高，不施肥处理最低；同一处理初花期无氮浸出物含量高于营养期。

表2 热研2号柱花草营养期、初花期干物质和营养成分Table 2 Dry matter and nutrition of S.guianensis cv.Reyan No.2 at the vegetative stage and early flower

牧草的营养成分包括5种概略养分（粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、粗灰分和无氮浸出物）、钙、磷及微量元素等，而牧草的营养价值主要取决于营养成分的种类和数量。以CP、CF、EE和NFE为判别指标，利用加权平均方法评价热研2号柱花草的营养价值。热研2号柱花草营养期营养价值为13.63～15.11，处理7最高，处理11次之；初花期营养价值为13.37～14.12，处理2最高，处理11次之；同一处理营养期营养价值高于初花期。足够的钙磷含量和适宜的P／Ca（为0.4～0.6）是优良牧草必须具备的条件［8，16］，热研2号柱花草营养期的P／Ca为0.32～0.43，初花期P／Ca为0.37～0.49。综合营养成分的数量、营养价值和P／Ca，认为热研2号柱花草刈制干草的最佳时间为初花期。

粗蛋白和粗纤维含量是影响柱花草品质的2项重要指标，讨论了不同肥料水平对热研2号柱花草初花期粗蛋白和粗纤维的影响。选取处理2，4，6，11分析不同氮水平对热研2号柱花草初花期粗蛋白和粗纤维的影响：不同氮水平粗蛋白含量差异不显著，氮3水平最高，而粗纤维含量差异显著（F＝8.64，P＝0.007），有氮1＞氮2水平＞氮3水平＞不施氮。选取处理4，5，6，7分析不同磷水平对热研2号柱花草初花期粗蛋白和粗纤维的影响：不同磷水平粗蛋白含量差异不显著，有磷2水平＞磷3水平＞磷1水平＞不施磷，粗纤维含量差异也不显著，有磷2水平＞不施磷＞磷3水平＞磷1水平，因此适当增加磷施入量可提高热2号柱花草蛋白含量，降低粗纤维含量，这与磷能提高粗蛋白含量，改善柱花草品质一致［17］。选取处理8，9，6，10分析不同钾水平对热研2号柱花草初花期粗蛋白和粗纤维的影响：不同钾水平粗蛋白含量差异不显著，有钾3水平＞钾2水平＞不施钾＞钾1水平，而粗纤维含量差异显著（F＝4.50，P＝0.04），钾2水平高于不施钾和钾3水平，且显著高于钾1水平。

3 结论

不施肥处理热研2号柱花草鲜草产量为3 361.7 kg／667 m2，各配方施肥鲜草产量显著高于不施肥处理，处理6（N2P2K2）产量最高，为3 997.6 kg／667 m2。各配方施肥还能显著提高热研2号柱花草第1年（营养期和初花期）的干物质产量，处理6干物质产量也是最高，为522.7 kg／667 m2，较不施肥处理提高了18.42%。关于热研2号柱花草第1年生长中营养期和初花期的营养成分有粗蛋白和粗灰分含量营养期高于初花期，而粗纤维、粗脂肪（处理3除外）和无氮浸出物低于初花期的规律。

经热研2号柱花草“3414”田间试验，收集肥料、产量等信息建立一元二次、二元二次和三元二次肥料效应函数，通过对肥料效应函数的求导，可得不同肥效函数的施肥参数：一元二次肥效方程，氮、磷、钾最大施肥量分别为N＝4.65 kg／667 m2，最大产量为4 011.8 kg／667 m2；P2O5＝7.57 kg／667 m2，最大产量为3 966.1 kg／667 m2；K2O＝9.06 kg／667 m2，最大产量为3 956.2 kg／667 m2。氮磷、氮钾、磷钾二元二次肥效方程，理论氮、磷、钾施肥量分别为：N＝5.01 kg／667 m2，P2O5＝0.30 kg／667 m2，最佳产量为3 323.0 kg／667 m2；N＝5.31 kg／667 m2，K2O＝0.23 kg／667 m2，最佳产量为3 508.7 kg／667 m2；P2O5＝2.72 kg／667 m2，K2O＝0.01 kg／667 m2，最佳产量为3 666.9 kg／667 m2。三元二次方程最佳施肥量为N＝4.33 kg／667 m2，P2O5＝3.93 kg／667 m2，K2O＝3.75 kg／667 m2，最佳经济产量为3 862.5 kg／667 m2。结合儋州牧草生产，综合分析试验结果，建议该地区的施肥量为 N＝4 kg／667 m2，P2O5＝4 kg／667 m2，K2O＝4 kg／667 m2。

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