水肥调控对无芒雀麦品质的影响

罗凤敏，雷虹娟，汪 季，王 静，高 亮，高君亮，党晓宏

(1.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特010019； 2.中国林业科学研究院沙漠林业实验中心，内蒙古 磴口 015200； 3.包头市达茂旗林业局，内蒙古 包头014300)

水肥调控对无芒雀麦品质的影响

罗凤敏1,2，雷虹娟3，汪 季1，王 静1，高 亮1，高君亮2，党晓宏1

(1.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特010019； 2.中国林业科学研究院沙漠林业实验中心，内蒙古 磴口 015200； 3.包头市达茂旗林业局，内蒙古 包头014300)

为了提高无芒雀麦(Bromusinermis)对水分和养分的利用效率，采用正交试验设计，研究了灌水量、氮肥、磷肥和钾肥施用量对科尔沁沙地无芒雀麦品质的影响。结果表明，1)氮肥对干物质含量和粗纤维含量有极显著影响(P<0.01)，对粗脂肪含量和粗灰分含量有显著影响(P<0.05)；水分对干物质含量和粗纤维含量也有极显著影响(P<0.01)，但是对粗脂肪和粗灰分含量影响不显著(P>0.05)；磷肥和钾肥的作用相似，对干物质和粗纤维含量有显著影响(P<0.05)，但是对粗脂肪和粗灰分含量影响不显著(P>0.05)。4个因子对无芒雀麦品质的独立效应表现为氮肥>灌水量>磷肥>钾肥。2)采用多指标综合评分法对各项品质指标的综合效应进行分析得出，提高无芒雀麦品质最优水肥使用量组合为：氮肥450 kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+磷肥200 kg·hm-2+钾肥75 kg·hm-2。

无芒雀麦；水肥调控；品质；科尔沁沙地；正交试验

我国栽培草地和改良草地因为土壤肥力不足而导致生产力低下，开发利用高产优质牧草是确保草畜产业健康发展的重要举措[1]。尤其在农牧交错区，退耕还草、建植优质栽培草地等举措，对维持区域生态平衡和农牧业生产均具有重要意义[2]。无芒雀麦(Bromusinermis)作为我国重要的栽培禾草之一，具有叶量大、适口性好、营养丰富等特点，各种家畜均喜食。另外，由于其根茎发达，再生性强，能形成致密的草地，是一种优良的水保植物，故被广泛应用于栽培草地建设、牧草产业化及水土保持等诸多领域[3-4]。

牧草的品质是衡量牧草优质与否的基本指标，施肥和灌水是增加牧草产量和改善品质的重要措施[5-9]。然而，随着世界范围内肥料生产量和使用量的不断增加，如何根据不同地区、不同土壤条件，科学有效地确定最佳施肥种类、施肥水平和施肥组合，降低生产成本，提高经济效益已成为广大农业科技工作者研究的热点[10-12]。另外，不同的水肥配合对植物的增产效应差别很大，因此，水肥调控机制的研究是生产和科学发展的需要[13]。为了达到充分发挥水肥激励机制的目的，既要考虑土壤水分状况及与其相适应的肥料用量，还要根据植物的需水需肥规律，寻找作物最适宜的水肥施用量。在水资源短缺的北方旱作农业区，水分和养分用量的优化组合既是提高水分和养分利用效率的关键，也是提高产量和品质的关键[14]。目前，水肥耦合的研究多集中于粮食和经济作物，并且大多采用室内模拟实验，对大田推广具有一定的局限性。

科尔沁沙地是我国典型的农牧交错区，由于受气候和人为活动的影响，该区域内沙漠化的发展已对当地生态环境和经济发展造成了不良影响[15]。为了遏制荒漠化的进一步发展，退耕还草，发展栽培草地是当地首选的措施之一。因此，在科尔沁沙地种植优良牧草无芒雀麦并开展水肥调控研究，寻求出提高无芒雀麦产量与品质的最优水肥使用量模式，对改善当地生态环境和促进农牧业发展均具有重要意义。基于此，本研究拟通过田间试验，分析各影响因素及水平间的组合效应，确定最优的组合方案，探索最适宜的水肥配比，达到节约水肥用量和改善牧草品质的目的，为科尔沁沙地无芒雀麦优质高产的生产技术体系提供科学依据与理论指导。

1 材料及方法

1.1材料

供试牧草为2012年种植的无芒雀麦。供试肥料为贵州开磷(集团)有限责任公司生产的尿素(N 46%)和磷酸二胺(P2O546%)，阜新市禾瑞肥业有限责任公司生产的硫酸钾(K2O 50%)。

1.2试验设计

2012年6月14日播种，人工开沟条播，播深5 cm，行距30 cm，播种量15 kg·hm-2，2012年7月5日出苗。试验地面积20 m×6 m，每个试验小区面积1 m2，共16个试验小区，3个重复。正交试验的16组试验采用方块排列法，此方法可以消除土壤肥力在纵横两个方向上的影响。把整个试验田(保护带除外)按行因素水平数和列因素水平数划成行与列的小区。

试验采用正交试验设计，设置水分(W)、氮(N)、磷(P)、钾(K)4个因素，每因素取4个水平，选用L16(44)正交表[16]，共16个处理组合，3次重复(表1)。返青后和一次刈割后进行灌水及施肥，肥料开沟施入，灌水量和肥料总量各占1/2。田间管理主要是在生长期内随时拔除杂草。

1.3测定指标和方法

测定初花期牧草全株的干物质含量，粗脂肪、粗纤维、粗灰分采用风干样测定，4项指标均参照饲料概略养分分析法进行测定[17]。

干物质含量(DM)：105 ℃干燥法测定。将采集的样品用四分法缩减至约200 g，置于105 ℃烘箱中快速烘杀15 min，而后立即放到65 ℃烘箱中烘干至恒重。

表1 正交试验设计表L16(44)Table 1 The table of orthogonal test L16(44)

粗脂肪含量(EE)：索氏提取法。

粗纤维含量(CF)：酸碱消煮法。

粗灰分含量(CASH)：直接灰化法。将坩埚放入550 ℃的马弗炉中灼烧至干重，称取约5 g，精确至0.000 1 g，将盛有试样的坩埚放在垫有石棉网的电炉上灰化至无烟，然后移入预先加热至550 ℃的马弗炉中灼烧3 h，直至试样完全灰化，取出后放入干燥器内冷却，称量，再放入550 ℃的马弗炉中灼烧至恒重。

1.4数据分析

采用Excel 2003对数据进行整理，SPSS 17.0软件对四因素四水平的各处理进行正交设计的单因素方差分析，用极差和方差表示测定结果。

为探求兼顾各指标综合效应的最优方案，本研究采用综合比较法，其评价步骤为：

(1)相对极差(R/x)：各因素的极差R与其试验结果平均值x之比。

(2)确定加权系数(b)：本例由于各指标同等重要，故各指标的加权系数均为1。

(3)计算各因素加权相对极差之和。

(4)进行综合比较。

2 结果与分析

不同水肥处理下的无芒雀麦干物质含量、粗脂肪含量、粗纤维含量及粗灰分含量各有差异(表2)。以处理8的干物质含量最高，为0.761；处理12的粗脂肪含量最高，为1.126%；处理8的粗纤维含量最低，为38.561%；处理12的粗灰分含量最高，为13.470%。

表2 不同水肥处理下无芒雀麦品质比较Table 2 Comparison of Bromus inermis quality under different treatment

2.1水肥对无芒雀麦干物质含量的影响

无芒雀麦的干物质含量，施用氮肥的极差最大，为1.130，施用钾肥的极差最小，为0.305(表3)。各因素对无芒雀麦干物质含量影响大小表现为B>A>C>D。以干物质含量为依据，无芒雀麦的最优水肥处理组合为B4A3C2D2，最佳的水肥使用量组合为氮肥450 kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+磷肥200 kg·hm-2+钾肥75 kg·hm-2。

对无芒雀麦干物质含量方差分析结果表明，氮肥、灌水量对干物质含量有极显著影响(P<0.01)，磷肥、钾肥对干物质含量具有显著影响(P<0.05)(表4)。

2.2水肥对无芒雀麦粗脂肪含量的影响

无芒雀麦的粗脂肪含量，施用氮肥的极差最大，为1.394，施用钾肥的极差最小，为0.448(表5)。各因素对无芒雀麦粗脂肪含量影响大小表现为B>A>C>D。以粗脂肪含量为依据，无芒雀麦的最优水肥处理组合为B4A3C2D2，最佳的水肥使用量组合为氮肥450 kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+磷肥200 kg·hm-2+钾肥75 kg·hm-2。

表3 干物质含量极差分析Table 3 The range analysis for dry matter content of Bromus inermis

表4 无芒雀麦干物质含量方差分析Table 4 Variance analysis of dry matter of Bromus inermis

表5 粗脂肪含量极差分析Table 5 The range analysis for crude fat content of Bromus inermis

表6 无芒雀麦粗脂肪含量方差分析Table 6 Variance analysis of crude fat of Bromus inermis

对无芒雀麦粗脂肪含量的方差分析结果表明，氮肥对粗脂肪含量有显著影响(P<0.05)，其他三因素对粗脂肪含量无显著影响(P>0.05)(表6)。

2.3水肥对无芒雀麦粗纤维含量的影响

无芒雀麦的粗纤维含量，施用氮肥的极差最大，为38.661，施用钾肥的极差最小，为14.561(表7)。各因素对无芒雀麦粗纤维含量影响大小表现为B>A>C>D。以粗纤维含量为依据，无芒雀麦的最优水肥处理组合为B4A3C2D2，最佳的水肥使用量组合为氮肥450 kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+磷肥200 kg·hm-2+钾肥75 kg·hm-2。

表7 粗纤维含量极差分析Table 7 The range analysis for crude fiber content of Bromus inermis

表8 无芒雀麦粗纤维含量方差分析Table 8 Variance analysis of crude fiber of Bromus inermis

对无芒雀麦粗纤维含量的方差分析结果表明，氮肥、灌水量对粗纤维含量有极显著影响(P<0.01)，磷肥、钾肥对粗纤维含量具有显著影响(P<0.05)(表8)。

2.4水肥对无芒雀麦粗灰分含量的影响

无芒雀麦的粗灰分含量，施用氮肥的极差最大，为16.955，施用钾肥的极差最小，为4.779(表9)。各因素对无芒雀麦粗灰分含量影响大小表现为B>A>C>D。以粗灰分含量为依据，无芒雀麦的最优水肥处理组合为B4A3C2D2，最佳的水肥使用量组合为：氮肥450 kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+磷肥200 kg·hm-2+钾肥75 kg·hm-2。

表9 无芒雀麦粗灰分含量极差分析Table 9 The range analysis for crude ash content of Bromus inermis

对无芒雀麦粗灰分含量的方差分析结果表明，氮肥对粗灰分含量有显著影响(P<0.05)，其他三因素对粗灰分含量无显著影响(P>0.05)(表10)。

表10 无芒雀麦粗灰分含量方差分析Table 10 Variance analysis of crude ash of Bromus inermis

2.5各指标综合效应分析

比较各因素加权相对极差之和，确定因素的主次顺序，由表11最后一行可知，因素的主次顺序为BACD。

表11 各指标综合比较表Table 11 The result of comprehensive comparison of each index

注：b1=b2=b3=b4=1,x1～x4分别为相对应指标试验结果的平均值。

Note：b1=b2=b3=b4=1, x1～x4is the average test result of every index respectively.

综合比较各指标同一因素加权相对极差的大小，即可确定最优方案为B4A3C2D2。即N肥450 kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+P肥200 kg·hm-2+K肥75 kg·hm-2。

3 讨论与结论

合理施用有机肥、化肥与其他肥料均可改善其品质[18-21]。研究结果表明，施用氮肥能在保证无芒雀麦营养成分不受影响的条件下显著增加牧草产量。氮肥能够促进无芒雀麦的蛋白质合成，增强光合作用，促进光合产物的积累，进而促进无雀麦营养生长[22-23]。本研究也发现类似的结果，氮肥对无芒雀麦粗脂肪含量和粗灰分含量都有显著影响(P<0.05)，尤其是对干物质含量和粗纤维含量有极显著影响(P<0.01)。由此可知，氮肥对牧草营养物质的积累作用显著，而且，氮肥对牧草的品质具有显著影响[24-28]。磷肥和钾肥尽管对无芒雀麦粗脂肪和粗灰分含量影响不显著(P>0.05)，但对干物质和粗纤维含量有显著影响(P<0.05)，因此认为，磷肥和钾肥对无芒雀麦产量和品质的影响尽管不如氮肥显著，但是，适量的磷肥和钾肥是无芒雀麦生长过程中不可或缺的。此外，水肥因子对无芒雀麦品质的独立效应表现为氮肥>灌水>磷肥>钾肥，说明氮肥是改善无芒雀麦品质的关键因素，其次为灌水量、磷肥和钾肥。

在半干旱区灌溉农业中，水肥具有明显的耦合效应，肥料的增产作用不仅在于肥料本身，更重要的是与水分的互作。因为水分是作物生长发育所必需的要素之一，是植株体内生理生化活动的参与者和介质，它能加速肥料的溶解和有机肥料的矿化，促进养分的释放，因此，适量的水分对肥效的发挥具有促进作用。沈荣开和王康[29]对冬小麦(Triticumaestivum)和玉米(Zeamays)的研究表明氮肥效益的发挥与农田水分状况具有十分密切的关系。但是，如果水分含量过高，则会稀释土壤中养分的浓度，加速养分流失，不利于植物生长。孟兆江等[30]对夏玉米的研究表明，水肥配合存在着阈值反应，低于阈值水平，肥料无明显增产效应，水分利用率值低；高于阈值，水肥互作增产效应显著。

本研究采用综合评分法对无芒雀麦各品质指标的综合效应分析发现，对无芒雀麦产量和品质影响最显著的水肥使用量组合为氮肥450 kg·hm-2+灌水量1 000 m3·hm-2+磷肥200 kg·hm-2+钾肥75 kg·hm-2。由此可知，对于无芒雀麦的水肥调控也存在一个阈值，高于阈值或低于阈值，无芒雀麦品质均未表现出明显的效应。

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(责任编辑 武艳培)

EffectsofirrigationandfertilizeronqualityofBromusinermis

LUO Feng-min1,2, LEI Hong-juan3, WANG Ji1, WANG Jing1, GAO Liang1, GAO Jun-liang2, DANG Xiao-hong1

(1.College of Ecology and Environmental Science, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019, China; =2.Experimental Center of Desert Forestry, CAF, Dengkou 015200, China; =3.Damao County Forestry Bureau, Baotou 014300, China)

In order to improve the water and fertilizer utilisation efficiency ofBromusinermis, the influences of irrigation, quantity of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer on quality ofB.inermisin Kerqin sandy land were analyzed using orthogonal design method.The results showed that the quantity of nitrogen fertilizer had very significantly effects (P<0.01) on the dry biomass and crude fiber content and had significant effects (P<0.05) on the crude fat content and ash content.The irrigation had very significantly effects (P<0.01) on the dry biomass and crude fiber content and did not have significant effects on the crude fat content and ash content.Both phosphorus fertilizer and potassium fertilizer had significantly effects (P<0.05) on the dry biomass and crude fiber content and did not have significant effects on the crude fat content and ash content.The independent effects of four factors on quality was nitrogen fertilizer>irrigation quantity>phosphorus fertilizer>potassium fertilizer.The multiple indices comprehensive analysis revealed that the optimum treatment to improveB.inermisquality was the combination of 450 kg·ha-1nitrogen fertilizer, 1 000 m3·ha-1irrigation quantity, 200 kg·ha-1phosphorus fertilizer and 75 kg·ha-1potassium.

Bromusinermis; water and fertilizer regulation; quality; Kerqin sandy land; orthogonal expriment

WANG Ji E-mail: wangji1957@163.com

2014-01-10 接受日期：2014-04-18

国家科技支撑计划项目“半干旱区受损生态系统恢复重建及资源持续利用技术研发与示范”(2011BAC07B02-03)

罗凤敏(1988-)，女，内蒙古敖汉旗人，在读硕士生，研究方向为荒漠化防治。E-mail:lfm359541965@126.com

汪季(1957-)，男，山东济南人，教授，博士，研究方向为荒漠化防治。E-mail:wangji1957@163.com

S812.8;S543+.806

：A

：1001-0629(2014)11-2135-06

10.11829j.issn.1001-0629.2014-0018