农牧交错区品种与施肥对牧草适应性及产量的影响

贾倩民 ，陈彦云 ，*，陈科元 ，仇红燕 ，李旺霞

(1.西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，银川 750021；2.宁夏大学生命科学学院，银川 750021)

宁夏盐池县是一个以牧为主、半农半牧的北方典型农牧交错区，也是我国荒漠化的主要分布区[1]。由于脆弱的生态环境及经济活动强度的加大，造成该地区大面积草地生产力下降[2]，加之农田长期大量化肥的使用及施用不当，使土壤环境污染逐年加剧，影响作物的正常生长和品质[3-4]，严重制约着农牧业经济和社会的可持续发展[5]。因而，实施科学的栽培技术，尤其是合理的施肥是迅速提高草地生产力的关键。国内外研究表明，有机肥富含作物生长所需要的多种元素及有机物质,并可以降解土壤中的碳化合物，提高化肥利用率和土壤养分供给能力，从而提高作物产量和品质[6-12]。植物秸秆作为肥料不仅能提高作物产量，而且可以节约资源、保护地力和生态环境[13-15]。如果能将农牧交错区大量牲畜粪便及植物废渣科学地运用，充分利用自然资源，则可以减少化肥的使用量[16]。在人工草地建植方面有机肥、化肥、植物废渣配合施肥的研究较少，本试验利用正交表对牧草品种、有机肥、化肥及加工后的植物废渣安排试验，研究不同牧草品种及施肥对人工草地适应性及产量的影响，旨在通过这种方法得到适合该地区人工草地建植的最优组合，为稳定人工植被建设及全面发展草地畜牧业提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验地位于宁夏盐池县(106°30′～107°47′E，37°04′～38°10′N)花马池镇北王卷村，属于毛乌素沙地西南缘，气候为大陆性气候，年均气温7.7℃，极端最高和最低气温分别是 38.1℃和-29.6℃，年均降水量约280 mm，主要集中在7、8、9三个月，蒸发量高达2710 mm，年均无霜期165 d。试验地为弃耕盐碱地，土壤为风沙土，表层土壤 (0～20 cm)pH 值 9.15，含盐量 0.31%，有机质含量 0.5%～0.8%。灌溉用水为地下水，矿化度 4～6 g·L-1，含盐量高，水质较差。

1.2 试验设计

采用正交设计L18(61×36)，表头与因素水平设计见表1。共4因素，因素A为品种，6个水平依次为扁穗冰草(Agropyron cristatum)(A1)、蒙古冰草(Agropyron mongolicum Keng)(A2)、沙打旺(Astragalus adsurgens)(A3)、紫花苜蓿(Medirago sativa)(A4)、草木樨(Melilotus suaveolens)(A5)和披碱草(Elymus dahuricus)(A6)。因素B为有机肥羊粪，3 个水平依次为 12 t·hm-2(B1)、24 t·hm-2(B2)和 36 t·hm-2(B3)。因素 C 为化肥氮磷钾(N:P:K=11:9:9)，3 个水平依次为低肥配比(N 55 kg·hm-2、P 45 kg·hm-2和 K 45 kg·hm-2)(C1)、中肥配比 (N 165 kg·hm-2、P 135 kg·hm-2和 K 135 kg·hm-2)(C2)、高肥配比(N 275 kg·hm-2、P 225 kg·hm-2和 K 225 kg·hm-2)(C3)。因素D为植物废渣，3个水平依次为5 t·hm-2(D1)、10 t·hm-2(D2)、和 15 t·hm-2(D3)，共 18个处理，重复3次。小区面积25 m2(5 m×5 m)。

1.3 田间管理

2012年5月12日播种，禾本科播种量约15 kg·hm-2，播深 1～2 cm，豆科播种量约 30 kg·hm-2，播深2～3 cm，均采用条播，行距30 cm。试验期间采用相同的管理措施，有机肥和植物废渣在土壤翻耕前，一次性把肥料均匀撒于地表翻入土中。磷肥和钾肥作为种肥，在播种时采用沟内条施。氮肥按总氮量的30%作基肥，返青后再追肥70%。试验用有机肥为当地农户家用羊粪，植物废渣为当地工厂苦豆子秸秆废渣。氮肥为尿素(N46%)，磷肥为磷酸二铵 (N16%、P 46%)，钾肥为硫酸钾(K2O 50%)。

表1 正交试验表头与因素水平设计

1.4 测定内容与方法

2012年各小区选取1 m代表性样条，全苗后于6月18日数其出苗数，于8月25日数其存活数，2013年4月15日测定返青数，计算出苗率、存活率、越冬率，重复3次，取平均值。2013年6月5日各小区选代表性植株10株测定绝对高度(从地面至植株最高部位的高度)，之后挖取完整植株测量根长，分别计算平均值作为株高和根长。2013年6月5日和8月12日各小区选1 m2样方刈割，烘干后称其干重，重复3次，取平均值，两茬产草量之和作为干草产量。

1.5 数据分析

用Excel 2003软件进行数据整理；用SPSS 18.0软件进行因素间效应检验，并用Duncan法进行多重比较；根据极差R和公式R'=d×R×M0.5(d为折算系数，M为因素水平重复数)计算同水平等价极差R'[17]。

2 结果与分析

2.1 品种与施肥对出苗率的影响

对表2中18个处理的出苗率进行方差分析，结果见表3，因素间效应检验表明，4个因素对出苗率的影响程度都达到极显著水平 (P＜0.01)，同水平等价极差 R'大小为 B＞A＞C＞D(表 4)，比较得出，各因素的影响程度为B＞A＞C＞D。因素内多重比较可知，因素A的出苗率均值大小为A4＞A3＞A6＞A5＞A1＞A2，A4与 A3之 间差 异 不 显 著(P＞0.05)， 与 A6、A5、A1、A2之 间 差 异 显 著(P＜0.05)，A3与 A6、A5之间差异不显著，与 A1、A2间差异显著(P＜0.05)。因素B的出苗率均值大小为 B3＞B2＞B1，B2与 B3之间差异不显著，两者与 B1差异均显著。因素C的出苗率均值大小为C2＞C3＞C1，C2与 C3之间差异不显著，与 C1差异显著。因素 D 的出苗率均值大小为D2＞D1＞D3，D2与D1之间差异不显著，与D3差异显著。分析得出，出苗率的最优组合为A4B3C2D2，与出苗率最高的处理 A4B3C2D1(处理 12)相比，只有因素D不一致，而因素D的影响程度最小，且D1与D2之间差异不显著，表明出苗率的正交设计结果是可靠的。

表2 试验各指标的测定结果

2.2 品种与施肥对存活率的影响

牧草的存活率可反映牧草在当地的适应情况，对存活率进行因素间效应检验表明(表4)，因素A和B对存活率的影响极显著(P＜0.01)，因素C影响显著 (P＜0.05)，因素 D影响不显著(P＞0.05)。再由R'大小分析得出，各因素的影响程度为B＞A＞C＞D。对影响显著或极显著的因素进行多重比较，因素A的存活率均值大小为A4＞A3＞A6＞A5＞A1＞A2，A4显著高于其他水平(P＜0.05)，A3与 A5、A6之间差异不显著(P＞0.05)，与 A1、A2差异显著，A5、A6与 A1之间差异不显著，与A2差异显著。因素B的存活率均值大小为B3＞B2＞B1，B3与 B2之间差异不显著，两者与 B1差异均显著。因素C的存活率均值大小为C3＞C2＞C1，C3与 C2差异不显著，与 C1差异显著。由于因素D对存活率的影响程度不显著，得出存活率的最优组合为A4B3C3Dx(x=1,2,3)，与存活率最高的组合A4B3C2D1(处理12)基本一致。

2.3 品种与施肥对越冬率的影响

牧草越冬受遗传性以及干旱、低温、土壤等环境因素的影响[18-19]。对18个处理的存活率进行分析，因素间效应检验表明(表4)，因素A和B对越冬率影响极显著 (P＜0.01)，因素 D影响显著(P＜0.05)，因素 C 影响不显著(P＞0.05)。同水平等价极差R'大小为A＞B＞D＞C，比较得出，各因素的影响程度为A＞B＞D＞C。对影响显著或极显著的因素进行多重比较得知，因素A的越冬率均值大小为 A4＞A3＞A6＞A1＞A5＞A2，A4与 A3差异不显著，两者均显著高于 A1、A5和 A2(P＜0.05)，A6、A1、A5和A2之间差异均不显著(P＞0.05)。因素B越冬率均值大小为 B3＞B2＞B1，B3与 B2差异不显著，与 B1差异显著。因素D越冬率均值大小为D2＞D1＞D3，D2与D1之间差异不显著，与D3差异显著。以上分析得出，越冬率的最优组合为A4B3CxD2(x=1,2,3)，与越冬率最高的组合A4B3C2D1(处理12)相比只有因素D不一致，而D2与D1差异不显著，表明正交设计结果是可靠的。

表3 出苗率因素间的方差分析

表4 出苗率、存活率和越冬率的统计分析

2.4 品种与施肥对根长的影响

干旱情况下根长越长，说明植物抗旱性越强[20]。对18个处理的根长进行统计分析，因素间效应检验表明(表5)，因素A、B和C对根长影响极显著(P＜0.01)，因素 D 影响显著(P＜0.05)。同水平等价极差R'大小为A＞B＞C＞D，比较得出，各因素的影响程度为A＞B＞C＞D。多重比较得知，因素A根长均值大小为 A4＞A3＞A2＞A5＞A6＞A1，A4与 A3之间差异显著 (P＜0.05)，两者均显著大于其他水平，A2、A5、A6之间差异不显著(P＞0.05)，均显著大于 A1。因素 B 根长均值大小为 B3＞B2＞B1，B2与 B3差异不显著，两者与B1差异显著。因素C根长均值大小为 C3＞C2＞C1，C3与 C2差异不显著，两者均显著高于 C1。因素 D 根长均值大小为 D1＞D2＞D3，D1与D2差异不显著，与D3差异显著。得出根长的最优组合为A4B3C3D1，与根长最大的组合A4B3C2D1(处理12)基本一致。

2.5 品种与施肥对株高的影响

株高是重要的生产要素之一，因素间效应检验表明 (表5)，因素A和C对株高影响极显著(P＜0.01)，因素 B 和 D 影响显著(P＜0.05)，再由同水平等价极差R'大小综合比较得出，各因素影响程度为A＞C＞B＞D。多重比较结果得知，因素A株高均值大小为 A5＞A3＞A4＞A6＞A2＞A1，A5与 A3之间差异显著(P＜0.05)，两者均显著大于其他水平，A4与A6之间差异不显著，两者均显著大于A2和A1。因素 B 株高均值大小为 B3＞B2＞B1，B3与 B2、B1之间差异显著，B2与B1差异不显著。因素C株高均值大小为 C3＞C2＞C1，C3与 C2差异不显著，两者均与C1差异显著。因素D株高均值大小为D1＞D2＞D3，D1与 D2差异不显著，均显著大于 D3。得出株高的最优组合为A5B3C3D1，与18个处理中株高最大的组合A5B3C2D2(处理15)基本一致。

2.6 品种与施肥对干草产量的影响

对18个处理的干草产量进行统计分析，因素间效应检验表明(表5)，4个因素对干草产量的影响程度均达到极显著水平(P＜0.01)，同水平等价极差R'大小为A＞B＞C＞D，比较得出各因素的影响程度为A＞B＞C＞D。因素内多重比较得知，因素A干草产量均值大小为 A5＞A4＞A3＞A6＞A1＞A2，A5与A4之间差异不显著(P＞0.05)，两者均显著高于其他水平，A6显著高于 A1和 A2(P＜0.05)，A1和A2差异不显著。因素B干草产量均值大小为B3＞B2＞B1，各水平之间差异显著。因素 C干草产量均值大小为 C2＞C3＞C1，C2与 C3差异不显著(P＞0.05)，与 C1差异显著(P＜0.05)。因素 D 干草产量均值大小为 D2＞D1＞D3，D2与 D1、D3差异显著。正交设计得出干草产量的最优组合为A5B3C2D2，与18个处理中干草产量最高的组合A5B3C2D2(处理15)完全一致，充分证明了正交设计结果的可靠性。

表5 根长、株高和干草产量的方差分析及极差

3 讨论

宁夏农牧交错区干旱少雨，灌溉条件差，冬寒夏热，土壤贫瘠且盐碱化严重，人工草地建植的难度较大，18个处理的存活率都在75%以下。正交设计得到出苗率、存活率和越冬率的最优组合分别 为 A4B3C2D2、A4B3C3Dx(x=1,2,3) 和 A4B3CxD2(x=1,2,3)，与出苗率、存活率和越冬率均为最高的处理12基本一致。4个因素中有机肥对出苗率和存活率的影响程度最大，品种次之，这两个因素对越冬率的影响也达到极显著水平(P＜0.01)。氮磷钾和植物废渣对存活率和越冬率的影响程度较小。豆科牧草的适应性均大于禾本科牧草，以紫花苜蓿的适应性最强，沙打旺次之，禾本科中披碱草的适应性较好。有机肥对适应性的影响较大，施肥量以36 t/hm2最好，原因可能是大量有机肥的施入改善了土壤环境，从而促进了牧草苗期生长，这与汤镜秋等[21]的研究相一致。

正交设计得出根长和株高的最优组合分别为A4B3C3D1和A5B3C3D1，分别与根长最大的处理12和株高最高的处理15基本一致，表明正交设计结果是可靠的。因素中品种和氮磷钾对根长和株高的影响达到极显著水平(P＜0.01)，有机肥对根长影响极显著(P＜0.01)，对株高影响显著(P＜0.05)，植物废渣对根长和株高影响均显著(P＜0.05)。植物废渣10 t/hm2可提高牧草的出苗率和越冬率，而15 t/hm2的处理阻碍了牧草的出苗、越冬及根的生长。原因可能是过量秸秆的施入使秸秆分解缓慢，造成微生物与作物争氮，影响苗期生长，这与顾炽明等[22]研究相一致。产量的最优组合是A5B3C2D2，与产量最高的处理15完全一致。因素中品种和氮磷钾对产量的影响程度较大，有机肥与植物废渣的影响程度较小。草木樨的干草产量最高，紫花苜蓿次之，但草木樨是两年生牧草，长期利用价值不及多年生的紫花苜蓿，在宁夏农牧交错区紫花苜蓿一般可利用5年以上[23]。氮磷钾以中肥配比的干草产量最高，与高肥配比差异不显著，原因可能是干旱区盐碱地降雨量较少，中肥配比的出苗率较高，牧草密度大从而产量高，而高水平的氮磷钾配合施肥并不能显著提高肥料的利用效率。对正交设计结果综合分析，适应性最好且可长期利用的人工草地最优组合为A4B3C2D2，干草产量最高的人工草地最优组合为A5B3C3D2。

4 结论

4.1 正交设计方法得到适应性的最优组合为紫花苜蓿+有机肥 36 t·hm-2+氮磷钾中肥配比(N165 kg·hm-2+P135 kg·hm-2+K135 kg·hm-2)+ 苦豆子秸秆渣10 t·hm-2，这与适应性最好的处理12基本一致，各因素中品种与有机肥对牧草适应性的影响程度较大，氮磷钾与植物废渣影响程度较小。

4.2 正交设计方法得到干草产量的最优组合与处理15完全一致，与适应性的最优组合相比，除牧草品种不同，其他因素组合均为有机肥36 t·hm-2+氮磷钾中肥配比 (N165 kg·hm-2+P135 kg·hm-2+K135 kg·hm-2)+ 苦豆子秸秆渣 10 t·hm-2，此组合是否为其他品种产量的最优施肥组合有待进一步研究。

4.3 各因素中品种对越冬率、根长、株高及干草产量的影响程度最大，表明在农牧交错区建植草地，品种的选择较为重要。牧草品种以紫花苜蓿的适应性最强，可作为长期利用的优良牧草。两年生草木樨的干草产量最高，短期利用较好。有机肥36 t·hm-2和苦豆子秸秆渣 10 t·hm-2有利于牧草的生长，可显著提高干草产量。

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