干旱条件下微肥对羊草生长的影响

董晓兵，郭秀芳，2，杨伟光，2，3，张庆分，2，刘 辉，刘大伟，杨光悦，齐冬梅，刘公社

(1.中国科学院植物研究所，北京 100093；2.中国科学院大学，北京 100049；3.黑龙江省畜牧研究所，齐齐哈尔 161005；4.新疆丝路草业(集团)有限公司，乌鲁木齐 830000；5.西咸新区泾河新城管委会，西安 713700)

羊草(Leymus chinensis)是赖草属多年生根茎型牧草，广泛分布于欧亚草原区东部，其作为经济和生态兼顾的优良禾草在改善我国草原生态环境和治理荒漠化土地方面占有重要地位[1-2].目前内蒙古、新疆、黑龙江等地纷纷开始大面积建植人工羊草草地，2016年新增羊草面积近11.3万hm2，随着羊草草地建植面积的不断扩大，如何提高草产量和质量、促进牧草产业化发展值得深入研究.

草地合理施肥是提高牧草生物量和品质、加速退化草地恢复重建的关键措施[3]，多数研究者将注意力集中在大量元素肥料[4-6]，而忽视了微量元素肥料.然而优质牧草产业化生产过程遇到的重大、关键性的问题之一就是牧草的微量元素施肥严重缺乏[7].

微量元素是生物体内多种酶的组成成分，有很强的专一性，对植物生长起促进作用.草地缺乏微量元素会影响牧草的产量和质量，进而影响家畜的营养状况与生长发育.目前，微量元素肥料在粮食作物、果树生产上应用的比较多，但在牧草应用上报道较少[8-9].已有研究表明，微量元素肥料对紫花苜蓿实现高产是非常必要的[10-11]，灌溉情况下微肥对羊草生长影响的研究也已开展[5].试验证明合理施用微肥有显著增产作用，用量少，见效快，具有显著经济效益[12].

新疆地区水资源紧缺，大面积土地由于缺乏灌溉条件而得不到充分灌溉，致使肥料的利用、草地的生产潜力不能有效发挥.因此，如何在此干旱地区自然降雨条件下提高羊草人工草地产草量，对新疆的牧草产业及畜牧业具有重要现实意义.本研究以中科1号人工羊草地为材料，在施入适量氮磷肥的基础上研究干旱地区自然降雨条件下微肥对羊草干草产量、种子产量及粗蛋白含量的影响，为同类地区羊草生产提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验区自然概况

试验地位于新疆奎屯市开干齐乡(44°27′N，85°01′E)，海拔 490 m，属大陆性干旱气候，年均温7.1℃，≥10℃的积温平均3599℃，全年日照时数2697.6 h，无霜期160～180 d.年均降水量182 mm，蒸发量1710 mm.2017年5月～6月降雨量为80.1 mm，其中5月份降雨55.1 mm，6月份降雨25 mm.

1.2 试验材料

选用三年生中科1号羊草(Leymus chinensis.Var.‘Zhongke No.1’)草地为研究对象.试验地于2015年5月20日播种，播种量22.5 kg/hm2；2016年3月下旬返青，返青率为98%，5月中旬进入孕穗期，6月下旬种子成熟.供试土壤为棕漠土，施肥前有机质含量为2.14%，速效N含量为62 mg/kg，速效P含量为20.1 mg/kg，速效 K 含量为133 mg/kg，pH 值 8.94，含盐量6.49‰；属于低氮、中磷、中钾的硫酸钠型盐碱地.

1.3 研究方法

1.3.1 试验设计

试验设6个施肥处理，以单施氮磷肥为对照，微量元素设置5个处理，FeSO4·7H2O(37.5 kg/hm2)、MnSO4(15 kg/hm2)、ZnSO4·7H2O(75 kg/hm2)、Na2B4O7·10H2O(112.5 kg/hm2)、(NH4)2MoO4(3 kg/hm2)，用 Fe、Mn、Zn、B、Mo 表示，160 kg N/hm2、150 kg P2O5/hm2作为肥底，肥料均选用分析纯.所有处理均3次重复，随机区组排列，小区面积30 m2(5 m×6 m)，行距2 m；所有肥料混匀后在羊草拔节期(2017年5月3日)撒施方式施入.

1.3.2 样品采集及分析

2017年6月28日羊草种子成熟时，每小区随机选取1 m×1 m的样方，测量株高、叶高、叶数、叶长、叶宽、穗数、穗长、小穗数、每小穗小花数[13].试验以收获种子为主要目的，因此样方收割后先剪掉穗子计算种子产量，然后将副产品茎叶自然风干计算干草产草量，收获穗子后的样品杀青、粉碎，凯氏定氮法测粗蛋白含量.

1.3.3 数据处理

数据分析采用 Microsoft Excel 2007作图，SPSS 17.0进行肥料对草产量、种子产量的显著性分析.

2 结果与分析

2.1 微肥对羊草营养生长及干草产量的影响

2.1.1 微肥对羊草株高和叶高的影响

通过调查羊草的株高和叶高，发现施用氮磷肥羊草株高、叶高分别为93 cm、65.7 cm，微肥影响羊草株高、叶高，差异未达显著水平(图1).Fe、Mn处理羊草株高均为100 cm，高出对照7.5%；Fe处理羊草叶高为71.7 cm，高出对照9.1%.整体而言施用微肥株高都有所增加，增加幅度在1% ～7.5%之间；微肥对叶高的影响程度较株高小，其中施用Zn、B肥叶高反而降低.

图1 微肥对羊草株高和叶高的影响Fig.1 Effects of trace element fertilizer on the plant height and leaf height

2.1.2 微肥对羊草叶部性状的影响

各处理羊草叶片的生长情况见表1.不施肥情况下羊草叶长为26.3 cm，施用氮磷肥后叶长稍有增加，增幅1.5%；施用 Fe、Mn肥叶长较 CK分别增加4.9%、13.5%，增加幅度高于氮磷肥；施用Zn、B、Mo肥对叶长的影响不显著.不施肥情况下叶宽为0.5 cm，叶数为5片，施用氮磷肥后叶宽增加到0.7 cm，叶数增加到6片，两者增幅明显；在氮磷肥基础上配施微肥，叶宽不再变化，而叶数除了Fe肥以外其余微肥施用增加了1片；说明羊草叶宽和叶数的增加以氮磷肥为主，微肥起次要作用.

表1 微肥对羊草叶部性状的影响Table 1 Effects of trace element fertilizer on leaf traits

2.1.3 微肥对羊草干草产量的影响

微肥显著提高羊草干草产量，各微肥种类间差异显著(P＜0.05)(图2).不施肥处理干草产量为4733 kg/hm2，单施氮磷肥处理(CK)干草产量为5367 kg/hm2，增产13.4%.以氮磷肥为基础施用B、Fe肥干草产量最高，分别较CK增产11.8%、11.2%；硼能促进作物根系生长，对碳水化合物的合成与转运有重要作用.微肥的增产顺序为B＞Fe＞Mn＞Mo＞Zn，相邻微肥处理增产效果差异不显著，较CK均达到显著差异水平.氮磷肥对提高干草产量来说起主导作用，在氮磷肥基础上增施微肥效果显著，微肥可有效促进干草产量的增加.

图2 微肥对羊草干草产量的影响Fig.2 Effects of trace element fertilizer on hay yield

2.2 微肥对羊草种子产量及生殖生长的影响

2.2.1 微肥对羊草穗部性状的影响

微肥对穗长和穗数的影响达到显著水平(表2).不施肥条件下穗数为357个/m2、穗长为17.3 cm、每小穗小花数为5个、小穗数为18.7个，施氮磷肥显著提高羊草穗数、穗长、每小穗小花数、小穗数，较不施肥处理分别增加8.4%、21.4%、40%、19.3%.微肥促进羊草穗部性状的生长，穗数、穗长、小穗数都有不同程度的增加.B肥效果较好，较CK穗数增加8.5%、穗长增加28.6%；每小穗小花数施肥处理间差异不显著，但较不施肥处理均有所增加；施用Mo肥小穗数最高，较CK增加16.6%.

表2 微肥对羊草穗部性状的影响Table 2 Effects of trace element fertilizer on ear traits

2.2.2 微肥对羊草种子产量的影响

不施肥情况下羊草种子产量为357 kg/hm2，施用氮磷肥种子产量增加到377 kg/hm2；在适量氮磷肥基础上增施微肥，种子产量升高，差异显著(P＜0.05)(图3).施用 Fe、B肥时种子产量为443 kg/hm2、441 kg/hm2，较对照高出 17.5%.施用 Mn、Zn、Mo 肥对种子产量的增产影响不显著.

2.3 微肥对羊草粗蛋白含量的影响

粗蛋白质含量的高低是评价羊草品质优良的一个重要指标.不施肥条件下羊草粗蛋白含量为5.95%，施用氮磷肥粗蛋白含量增加到9.48%.在氮磷肥基础上增施微肥，粗蛋白含量继续增加，增幅达显著水平(图4)；其中Fe、Mo肥增加幅度最大，较CK分别增加4.52个百分点和3.14个百分点.而施入B后粗蛋白含量下降.

图3 微肥对羊草种子产量的影响Fig.3 Effects of trace element fertilizer on seed yield

图4 微肥对羊草粗蛋白含量的影响Fig.4 Effects of trace element fertilizer on crude protein content

3 讨论与结论

3.1 微肥对羊草营养生长的影响

施用微肥株高和叶高有所增加，但差异不显著，对叶高的影响程度较株高小；董晓兵(2015)开展的类似研究发现微肥对羊草株高影响效果不显著，与本研究在干旱条件下的结果一致；而程渡(2004)等研究发现微肥可以促进羊草株高增加，提高羊草产草量.Fe是植物中一些重要氧化还原酶的组分，且对叶绿体结构的形成至关重要；施用Fe、Mn肥叶长增加效果显著，可能是因为Fe、Mn是叶绿素构成重要元素，能够提高光合效率，从而促进营养生长[13]，施用Zn、B、Mo肥对叶长影响不显著.

氮磷肥是羊草生长的必需营养元素，氮磷肥配施增加羊草产草量[4]，与本研究结果相同.在氮磷肥基础上增施微肥显著提高羊草干草产量，微肥的增产顺序为:B＞Fe＞Mn＞Mo＞Zn，其中B肥较对照增产11.8%，而董晓兵(2015)在灌溉条件下研究发现B肥对干草产量增产30%以上；灌溉条件有利于羊草对微肥的吸收，增产效果更显著.Brouwer和Osborn(1999)研究发现微量元素在苜蓿体内含量虽然很少，但在新陈代谢过程中起着转运物质和交换能量的作用，对苜蓿的产量影响显著.

3.2 微肥对羊草生殖生长的影响

微肥对植物的生殖生长具有重要的调控作用，微肥影响羊草穗部指标，施用B肥显著增加羊草穗数和穗长，施用Mo肥小穗数最多.可能是因为各个元素在羊草中所起作用不同.B与花粉形成、花粉管萌发和受精有密切关系.Mo是植物体内黄嘌呤氧化酶及硝酸还原酶的组成成分，可以促进植物体内氮代谢.Zn除了与生长素有关之外，还是其它酶类的辅酶；有促进细胞色素C合成作用.

微肥提高羊草种子产量和穗部指标，不同微肥种类间差异显著.施用Fe、B肥时种子产量增产幅度较大，施用Mn、Zn肥对种子产量的增产不显著.本研究发现施用B肥增产17.5%、施用Mo肥增产14.6%，刘公社(2015)等研究发现灌溉条件下微肥可有效增加羊草穗长、小穗数和穗粒数，提高种子产量，其中B肥增产10.9%，Mo肥增产16.1%；不同微肥对种子产量增产幅度差异较大，但整体而言灌溉和非灌溉条件下种子增产幅度在10%～18%之间.

3.3 微肥对羊草粗蛋白含量的影响

在氮磷肥基础上增施 Fe、Mn、Zn、Mo肥，粗蛋白含量显著增加，胡华锋[18]研究发现紫花苜蓿喷施微肥后，其粗蛋白质含量有所提高，微肥效果一致.本研究发现施用Fe、Mo肥粗蛋白含增加效果显著，而施入B后粗蛋白含量下降，董晓兵(2015)在羊草上施用B肥也发现粗蛋白含量下降的现象，可能是由于施入B后种子产量和干草产量大幅度提高造成的.

无论灌溉或非灌溉条件，微肥都可增产羊草干草产量和种子产量，灌溉条件下干草产量增幅大于非灌溉条件，而种子产量在两种模式下增产幅度相当.总之，干旱区自然降雨条件下微量元素肥料宏观上可以增加羊草的生物量，微观上则可以提高羊草的粗蛋白含量，增产规律与前人研究结果一致.不同的微量元素在植物中扮演的角色不同，但都至关重要，缺一不可，微肥可以通过促进其光合作用，加速氮代谢，进而促进羊草营养生长和生殖生长，具体机制还有待进一步研究.

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