氮磷肥对3种牧草的生长效应和氮磷吸收的影响

龙会英，张德*，曾丽萍，金杰，何光熊

(1.云南省农业科学院热区生态农业研究所，云南 元谋 651300；2.元谋干热河谷植物园，云南 元谋 651300；3.红河学院，云南 蒙自 651199)

养分添加是草地生态系统管理的有效手段之一[1]。氮和磷在植物生长发育过程中，是一种必需的营养元素[2-3]，氮磷肥的施用有利于维持作物产量和质量。添加氮素可提高土壤中可利用氮的含量，促进植物的生长[4]，对禾本科作物而言，因其自身无固氮能力，适量增加氮肥的施用是提高产量的措施，在一定范围内施用氮肥，多花黑麦草(Loliummultiflorum)的株高和产量随着氮肥水平的提高而增长[5]。磷在天然草地的应用虽然没有氮肥广泛，但它的作用是不能替代的[6-7]；磷既是植物体的组成成分，也是植物能量载体的主要组成成分和提供者[8]，在植物的光合作用和生理生化调节过程中起着重要的作用。研究表明，适当增加氮磷的施入能促进作物的生长，提高作物的产量和品质。适当增加磷的施入能促使作物根系的生长，基于豆科作物以磷固氮的特性，施入磷肥能增加豆科牧草根瘤固氮的能力。对于禾本科牧草，在一定的磷浓度范围内能促进地下部生长，其生物量随着磷浓度的增加而增大[9]。目前就氮磷的施用对热带牧草影响的研究大多以地上部分为主，地下部分及氮磷添加对牧草氮磷吸收量影响的研究鲜有报道。西南地区的红壤土(含燥红土)氮磷较缺乏，氮磷的适量添加是保障作物优质高产的有效措施，因此，生产者大量施用氮肥来获得高产。但是过量施用一方面增加生产成本，另一方面作物难以吸收和利用，造成区域土壤板结，过剩氮磷污染农田和水体，造成区域农田环境退化。本研究针对以上问题和现状，以豆科牧草灌木状柱花草(Stylosanthesguianensiscv. seabrana)和禾本科草扭黄茅(Heteropogoncontortus)和孔颖草(Bothriochloapertusa)为材料，研究适量施氮和施磷对3种牧草旺盛期的绝对生长变化量，3种牧草的生物量、根冠比以及对土壤氮磷吸收的影响和效果，为本研究中的3种牧草和其他牧草的施肥和栽培管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2015和2016年在云南省元谋县黄瓜园镇苴林基地进行，北纬25°50′42″，东经101°49′19″，海拔1073 m，年均气温 22 ℃，日照时数2670.4 h，最热月(6月)28.5 ℃，最冷月(12月)15.9 ℃，≥10 ℃年均积温8 552.7 ℃；降水量645 mm，集中于5-10月，占全年94.6%，干燥度4。样地土壤为燥红土，种植前试验地土壤养分情况，详见表1。

表1 种植牧草前试验地土壤养分Table 1 Soil nutrients of on demonstration land before planting forage

1.2 试验材料

供试牧草为豆科灌木状柱花草,引自澳大利亚；禾本科草扭黄茅和孔颖草，为云南干热河谷优势草本植物。供试氮肥为含氮量46%的尿素，供试磷肥为含P2O516%的过磷酸钙。

1.3 试验设计

田间试验，试验于2015和2016年进行。柱花草、扭黄茅和孔颖草3种牧草均为单作，氮磷的施用量参照文献[10-11]施用量，施氮量为纯氮120 kg·hm-2[10]，施磷量为纯磷75 kg·hm-2[11]，不施氮磷为对照，单因素随机区组设计，3次重复，合计27个小区试验。株距和行距都为50 cm，小区面积10 m2(2 m×5 m)。实行育苗移栽，2015年育苗时间为4月24日，移栽时间6月8日；2016年育苗时间为5月10日，移栽时间7月1日。每塘穴留成活植株1株，分别于2015年11月底和2016年12月初收获。试验地不施底肥，P水平的磷肥作为底肥一次性施入，N水平一半氮肥在整地时施入，另一半氮肥在定植苗成活后施入。常规方法人工播种、栽植、除草、收获[12]。

1.4 测定方法

种植牧草后，选择重复1，对每个种植小区进行生育期观测，牧草生育期观测参照文献[12]观测方法观测。分别于每年的7和9月，在每小区选10株观测牧草植株绝对株高后，计算不同处理下3种牧草生长旺盛期绝对生长变化量。于柱花草为现荚期，孔颖草和扭黄茅草为种熟期采收植物样，每小区取5株，全收获法及剖面挖根与清洗法，称取待测样(地上部和地下部)鲜重，待测样在70～80 ℃烘干后称取干重，3次重复。将样品粉碎后分析植株氮、磷含量，由中国科学院南京土壤研究所土壤与环境分析测试中心协助测试。根据以上所测值计算不同处理下3种牧草地上部和地下部生物量、根冠比和牧草对氮磷吸收量。计算公式如下：

牧草旺长期(7-9月是3种牧草在干热河谷生长最快的时期)绝对生长量(cm)=9月份牧草株高-7月份牧草株高。

根冠比=牧草地下部生物量干重/牧草地上部生物量干重。

植株对氮和磷吸收量(kg·hm-2)=植株氮或磷含量×植株整体生物量[13-14]。

1.5 数据处理

试验数据采用Excel和SPSS 17.0软件进行处理。

2 结果与分析

图1 施氮和施磷对牧草旺盛期生长量的影响Fig.1 Effect of nitrogen and phosphorus on the herbage accumulation rate of tested forages 图中数据为2015和2016年的平均值。S0、SN、SP分别表示柱花草种植不施氮磷、仅施氮和仅施磷的不同施肥方式，H0、HN、HP分别表示扭黄茅种植不施氮磷、仅施氮和仅施磷的不同施肥方式，B0、BN、BP分别表示孔颖草种植不施氮磷、仅施氮和仅施磷的不同施肥方式。下同。The data in the Figure are the average value of 2015 and 2016.S0, SN and SP respectively indicated that S. guianensis was planted with different fertilizations of without any N and P, only N, and only P fertilizer. H0, HN and HP respectively indicated that H. contortus was planted with different fertilizations of without any N and P, only N, and only P fertilizer. B0, BN and BP respectively indicated that B. pertusa was planted with different fertilizations of without any N and P, only N, and only P fertilizer. The same below.

2.1 氮磷的施用对3种牧草旺盛期生长量的影响

与未施氮磷肥比较，施氮和施磷均能促进3种牧草的生长，但差异均不显著(P>0.05)。3种牧草对氮磷的施用响应不同，对生长量的影响表现有别，柱花草在施氮条件生长较好，比未施氮增加15.45%，施磷比未施磷增加4.00%；孔颖草在施磷条件生长较好，比未施磷增加11.60%；扭黄茅差别不大(图1)。

2.2 氮磷的施用对3个牧草物候的影响

与未施氮比较，施氮推迟柱花草始分枝期、始现蕾期、种熟期分别为5、5和10 d；推迟扭黄茅始分蘖期、抽穗期、种熟期分别为10、5和5 d；推迟孔颖草分蘖期、抽穗期均为5 d，对种熟期没有影响。与未施磷比较，施磷对柱花草始分枝推迟5 d，对始现蕾期没有影响，种熟期推后10 d；扭黄茅始分蘖期、抽穗期和种熟期均推迟5 d；对孔颖草分蘖期没有影响，抽穗期均推迟5 d，对种熟期影响较小(表2)。

2.3 氮磷的施用对3个牧草生长及根冠比的影响

与未施氮比较，施氮提高柱花草生物量和根冠比，但不显著(P>0.05)；与未施磷比较，施磷对柱花草年均地上部和地下部的生物量和根冠比的影响均不显著(P>0.05)，有减少的趋势。与未施氮肥和磷肥比较，氮磷的施用提高了扭黄茅的地上部生物量，但影响不显著；氮磷肥的施用抑制扭黄茅地下部的生长，施氮和施磷水平地下部生物量和根冠比显著低于未施肥条件(P<0.05)；分析平均值，扭黄茅在未施氮条件下，其根冠比显著高于施氮条件(P<0.05)。分析平均值，施氮磷条件下孔颖草总生物量显著高于未施氮磷条件(P<0.05)，但对地上、地下部没有显著影响(P>0.05)，施磷条件下孔颖草根冠比显著低于未施肥水平和施氮水平(P<0.05)(表3和表4)。

表2 氮磷施用条件下3个牧草的主要物候期Table 2 Major phenophase of three grasses on nitrogen and phosphorus (月-日Month-day)

表3 氮磷施用条件下3种牧草的生物量Table 3 Above-ground biomass and below-ground biomass of three grasses on nitrogen and phosphorus (kg·hm-2)

注：表中数据为2015和2016年平均值，同种牧草同列不同小写字母表示氮磷施用差异显著(P<0.05)。下同。

Note: The data in the Table are the average values of 2015 and 2016. Different small letters in the same column indicate significant differences among nitrogen and phosphorus fertilizer within a grass in a year atP<0.05. The same below.

2.4 氮磷的施用对牧草氮磷含量和吸收量的影响

与未施氮肥比较，施氮显著提高柱花草氮含量(P<0.05)，增加6.74%，同时提高了柱花草氮磷的吸收量，分别增加20.61%和17.89%(平均值)；与未施磷肥对比，施磷提高了柱花草氮磷含量和磷的吸收量，但影响不显著(P>0.05)。与未施氮磷比较，氮磷施用抑制扭黄茅对氮磷素的吸收，对扭黄茅氮磷含量和氮磷吸收量的影响均不显著(P>0.05)。分析平均值，与未施氮磷比较，施氮和施磷显著提高孔颖草氮的吸收量(P<0.05)，分别增加21.61%和21.04%。施氮和施磷提高孔颖草磷的吸收量，对其氮磷含量影响不显著(P>0.05)(表5)。

表4 氮磷施用条件下3个牧草的总生物量及根冠比Table 4 The total biomass biomass and root/shoot of three grasses on nitrogen and phosphorus

表5 氮磷施用条件下牧草氮磷含量和吸收量Table 5 N content, P content, N accumulation and P accumulation of grass on nitrogen and phosphorus

3 讨论

氮和磷在植物生长发育过程中是一种必需的营养元素[2-3]。一般认为，豆科牧草可以利用自身的根瘤菌来固氮以满足其生长发育需要的氮素，种植中不需要施入氮肥[15]。但也有研究表明，氮肥施用明显增加苜蓿产量，施氮肥30 kg·hm-2能提高苜蓿第1、3茬草产量[16]。针对干热河谷土壤(以燥红土为主)氮磷缺乏，有必要适量添加氮磷素促进作物幼苗期的生长。本研究表明，适量添加氮磷素有利3种作物地上部的生长和生物量的提高，适量添加氮磷素促进柱花草对氮磷的吸收，氮磷含量和根冠比均大于未添加水平(P<0.05)，说明磷能够刺激柱花草吸收大气中的氮，增强柱花草生物固氮效率，促进柱花草根系的生长，延迟柱花草种熟期。2016年样地土壤磷含量高于2015年，柱花草表现出2016年生物量高于2015年。施氮水平柱花草的生物量高于未施氮水平，与张杰[16]的研究结果一致。同时氮磷的施用也提高扭黄茅和孔颖草地上部生物量，本研究中氮磷的施用量适用3种牧草。在本研究中，没有开展对3种牧草氮磷施用量的梯度试验，不能较准确的提出3种牧草最佳氮磷的施用量，3种牧草氮磷施用量的梯度试验待研究。

根冠比的变化，可作为施肥是否合适的一个指标[17]。植物生长在养分贫瘠的土壤，把生物量往根系运输促进根系生长来补偿养分吸收，而过量施用氮肥引起了地上部徒长和地下部生长受到抑制[18]。本研究中，氮磷施用可以促进扭黄茅地上部的生长，提高扭黄茅地上部生物量；施氮水平地下部生物量显著低于未施氮水平，施氮导致扭黄茅地上部徒长，而地下部生长受到抑制，根冠比显著低于未施氮磷和施磷水平，说明禾本科牧草扭黄茅对氮素较敏感，2015年试验地土壤氮含量高于2016年，扭黄茅表现出2015年生物量高于2016年。另一方面，2016年种植时间为7月，比2015年晚种23 d，减少了扭黄茅的旺盛生长期的天数，表现出扭黄茅2015年生物量高于2016年。说明扭黄茅适宜生长在养分贫瘠土壤，生长在干热河谷土壤氮含量低的草山草坡，表现生长旺盛，优势度为100%[12]，是一种耐低氮和低磷基因、耐旱耐瘠的植物。

以往研究表明，禾本科牧草没有固氮能力，只有依靠其根系从土壤中吸收氮素来维持它们生长发育，施入氮肥可以提高产量[19]，改善牧草的品质(质嫩、叶多、蛋白质含量高等)，适口性好[20]。磷添加对青藏高原高寒草甸植物群落中的禾草生物量的影响最大，主要表现为促进地下生物量及总生物量的增加[19]。本研究中，适量施用氮磷水平下，孔颖草的氮吸收量显著高于未施肥水平，促进孔颖草的生长，孔颖草总生物量显著高于未施肥水平(P<0.05)，尤其在施氮条件下生长较好，说明孔颖草对氮肥的响应较敏感，适量施氮有效提高孔颖草生物量，与杨晓霞等[21]的研究结果一致(禾本科牧草需施氮肥)。本研究中，2015年试验地土壤氮含量高于2016年，孔颖草表现出2015年生物量高于2016年，孔颖草2016年种植时间为7月1日，比2015年晚种23 d，减少了孔颖草旺盛生长期，孔颖草表现出2015年生物量高于2016年。

4 结论

结果表明，与未施氮磷比较，氮磷施用提高了3种牧草旺盛期(7-9月)的绝对生长量，影响不显著(P>0.05)，说明适量的氮磷添加有利3种牧草地上部生长量的增加，种熟期推迟；同时，氮磷的施用显著提高孔颖草2015年和年均总的生物量、氮含量和氮吸收量(P<0.05)。施氮水平(N)有利于柱花草和孔颖草对氮的吸收，柱花草含氮量和孔颖草氮的吸收量显著高于未施氮肥水平(P<0.05)，促进柱花草和孔颖草的生长，提高柱花草和孔颖草地上部和地下部生物量；与未施肥对比，施氮和施磷对扭黄茅地下部生物量和根冠比有显著影响，其根冠比有所减少(P<0.05)。与未施磷肥对比，施磷显著提高孔颖草总生物量和氮的吸收量(P<0.05)。