刈割后不同施氮水平对延安市巨菌草农艺性状及饲用品质的影响

邓振山，王小江，商荣芳，陈凯凯，齐向英，孙志宏，贺晓龙

（延安大学生命科学学院，陕西 延安 716000）

巨菌草（Pennisetum sp.）隶属禾本科狼尾草属，多年生，适宜在热带、亚热带、温带生长和人工栽培。巨菌草是2005—2007年间由福建农林大学菌草研究所在南非引进的品种，因其在当地生长时植株特别高大，因此将其暂命名为巨菌草，后经鉴定其与国内其他狼尾草略有差别，现正在申报新品种认定。巨菌草属典型的C4植物，其植株高大，株高一般为3～5 m；抗逆性强，产量高，粗蛋白和糖分含量高。巨菌草具有适应性强、利用期长、生物量高、营养价值和适口性好等特点[1]，其用途广泛，既可作为优质的食、药用菌生产原料，又可作为，可作为猪、牛、羊、鱼、兔等动物的饲料，还可利用其代煤发电，生产沼气及治理水土流失等，是一种具有较大种植潜力和社会经济生态效益的草种，而且已形成了较为完善的菌草技术。目前菌草技术已在我国32 个省、市的385 个县（市）应用[2]。我国南方已有大面积的种植与应用，年种植多年收获，若种植管理方法得当，成活率在95%以上[3]，但是在我国北方地区种植还存在很多问题[4]。

为了促进菌草业的发展和提高巨菌草资源在社会、经济、生态的效益，近年来很多学者在我国的各个地区对巨菌草进行了引进种植，巨菌草的种植，既受环境的影响，也能影响种植地的环境。张进国等[5]对不同海拔的菌草研究表明，随着海拔的升高，巨菌草的生长期缩短，产量下降，年刈割次数减少，且植株逐渐矮化。林兴生等[6]研究种植于荒坡地、不同生长年限（1、2、3、5年）的巨菌草对土壤微生物群落功能多样性及肥力的影响，结果表明在荒坡地种植巨菌草，可增加土壤微生物群落功能多样性，在一定程度上提高土壤肥力，荒坡地种植巨菌草能涵养水源，保持水土。龙鸿艳[7]在喀什地区进行了巨菌草的引种试验，研究表明适当的刈割时间、频度和留茬高度能发挥牧草的补偿性生长，改变营养物质在牧草植株体内的积累与分配，提高牧草的产量和品质。张秀平等[4]也在冀中南地区完成了巨菌草引种试验。丁铭等[3]对巨菌草引进试验及栽培种植技术研究。陈碧成等[8]就巨菌草在不同生长时间的常规营养成分及氨基酸含量进行了测定。此外，卜耀军等[9]对榆林地区菌草的产量及品质也开展了研究。在延安黄土丘陵沟壑区，因黄土母质土壤氮营养较为缺乏，土壤氮通常是限制植物生长的主要因素之一。近年来，我国关于对巨菌草的研究多集中于不同地区的引种、种植方法、产量品质及生长状况的研究[7-9]，但鲜见有针对延安市巨菌草施肥管理方面的研究，尤其缺乏施氮管理对巨菌草农艺性状、形态、生理特性和饲用品质影响的报道。

自从国家在延安市实施“退耕还林还草工程”以来，采取封山育林措施，畜牧业养殖模式由传统的散养型改为圈养型，结果导致饲草短缺已成为制约延安市畜牧业发展的瓶颈问题。鉴于此，为缓解延安市粮草争地矛盾，解决畜牧业发展中饲草短缺和“治沟造地工程”中的土壤改良问题，本文通过对不同纯氮施用量下巨菌草农艺学指标和形态、生理特性的测定，探究不同施氮水平对延安市菌草的农艺性状和饲用品质的影响，以期为延安市巨菌草氮肥的合理施用和高产、优质栽培提供理论依据，促进当地畜牧业的发展及延安市菌草产业高效规范化管理与示范和推广提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验区自然概况

试验于2015—2016年在陕西省延安市宝塔区延安市新区试验田（E109°30'，N36°63'）进行。该试验地属于内陆干旱半干旱气候，四季分明、日照充足、昼夜温差大、年均无霜期170 d，年均气温7.7 ℃～10.6℃，海拔约为1037.1m，年均日照数2300～2700 h，年均降水量500 mm 左右。试验地土壤类型为黄棉土，试验田为非耕作土，耕层（0～27 cm）土壤理化性质如下：速效氮33.10 mg/kg，速效磷25.17 mg/kg，速效钾187.80 mg/kg，有机质 2.16 g/kg，pH 值为 8.36，无灌溉条件。

1.2 试验材料

供试巨菌草种节由福建农林大学国家菌草工程研究中心提供。

1.3 试验设计

于2015年5月26日，选择其中一块长势相对一致的田块开展进一步试验研究，具体试验设计如下：随机选择9 个试验小区，面积为12 m（23 m×4 m），将其分为3 组，区间设有0.5 m 的保护带，重复间隔1 m。选择腋芽饱满、健康及生长期为6 个月以上的巨菌草（Pennisetum sp.）茎秆作为草种，以株行距为40 cm×60 cm 进行扦插种植；扦插时，腋芽向上或朝向两侧，与地面成30～45 度角，深度：腋芽埋入土层3～5 cm[13，15]。

在2015年7月2日进行第1 次刈割后，同时对第1 次刈割后的二茬巨菌草，分别设置6 个不同氮肥用量（以纯N 计）处理（见表1），其中，处理1 为不施氮肥对照，氮肥品种为尿素，每个处理3 次重复，试验采用随机区组排列设计。所有肥料施用量均按0～30 cm 土层的干土重计算，在播种前一次性基施，均匀混入0～30 cm 土层。到2015年10月26日进行第2 次齐地刈割，收获全部鲜草，对不同处理后的二茬巨菌草的株高、分蘖数、叶片数、单株重等农艺学指标；株围（即茎的周长，用软尺测量）、叶长、叶宽、节数、节长形态指标进行定期测定。并分别处于分蘖期（2015年 7月 26日）、拔节期（8月 26日）、成熟期（9月26日）采取草样，进行巨菌草的营养成分测定。

表1 试验处理水平Table 1 The experimental treatment level

1.4 测定项目和方法

1.4.1 测定项目

①营养成分测定：水分、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分、无氮浸出物。

②农艺学指标测定：观测各处理植株的株高、分蘖数、叶片数、单株鲜重。

③形态学指标测定：茎周长、叶长、叶宽。

④生理学指标：叶绿素含量。

1.4.2 测定方法

营养成分的测定方法[10]：①采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量（water soluble carbohydrate，WSC）[10]34-35；②采用van Soest 法测定中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF）[10]80-82；③采用 550 ℃高温灼烧法测定饲料中粗灰分含量[10]62-63；④采用酸碱消煮法测定饲料中粗纤维的[10]58-59；⑤采用索氏抽提法饲测定料中粗脂肪[10]108-109。

水分含量的测定：参照国标GB/T6435-2014 测定饲料中水分。粗蛋白含量的测定：参照国标中GB/T6432-1994 饲料中粗蛋白测定方法。

无氮浸出物含量的测定[11]：通过计算养分的百分含量之和为100，减去水分、粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、粗灰分的百分含量后的余数视为无氮浸出物的百分含量。每次取样时，在每小区选取有代表性的5 株鲜样混合，人工切碎成3 cm 左右的样段，采用四分法，随机取约500 g 鲜样，待自然风干后在65 ℃烘干至恒重制备风干样品[11]。相对叶绿素含量（用SPAD 值表示）的测定采用日本Konica Minolta 公司SPAD-502 叶绿素仪测量叶片不同区域的SPAD值，每个区域重复测量5 次，取平均值作为此部位的 SPAD 值[15]。

1.4.3 植株的测定方法

取样时，采用5 点取样法，分别在各试验小区内选取5 丛巨菌草，进行分蘖数和相对叶绿素含量的测定，5 丛平均值作为小区的测定值，其他形态特征的测定时，在选取的各丛巨菌草随机选取3 株，共15 株进行测定，15 株平均值作小区的测定值。

1.5 数据处理

试验数据处理采用IBM SPSS Statistics 20 和Microsoft Excel 数据处理系统软件完成，各指标数值采用最小显著差数法（LSD）进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 对巨菌草农艺性状的影响

2.1.1 分蘖数的影响

氮肥对巨菌草的分蘖有一定的影响，在一定范围内，随着施氮量的增加，分蘖数有增长趋势，由表2和图1可以看出，处理5 分蘖数最多，平均为13.53个，但超过这个值后会随施氮量的增加而趋于下降；由方差分析得出，处理4、5 的分蘖数显著高于处理1、2，其中处理 5 与处理 1 差异极显著（P＜0.05）。

表2 不同施氮水平对巨菌草农艺性状、生理特性的影响Table 2 The effect of different quantity N of fertilization on the agronomic traits and physiological characteristics of Pennisetum sp.

图1 不同处理对单株分蘖数的影响Figure 1 The effect of different treatments on average tillers number in one plant

2.1.2 对鲜草株高的影响

施氮量对巨菌草的株高有一定的影响，由表2和图2可知，在一定范围内，植株的株高会随着施氮量的增加有增长趋势，在处理5 处的株高最大，平均为87.80 cm，之后有下降趋势。由差异显著性分析可得，处理5 的株高显著高于处理1、3，且与处理1 存在极显著差异（P＜0.05），处理 1、2、3、4、6 间差异不显著（P＜0.05）。

2.1.3 对植株茎周长的影响

图2 不同处理对平均单株株高的影响Figure 2 The effect of different treatments on average plant heights in one plant

如表2和图3所示，氮肥对菌草植株茎周长的影响不大，处理5 的茎周长值最大，平均为5.75 cm。由方差分析可知，处理5 与处理3 之间存在极显著差异（P＜0.05），其他各处理间差异不明显（P＜0.05）。

2.1.4 对鲜草叶片数的影响

如表2和图4所示，除处理3 外，在一定范围内，植株叶片数随施肥量的增加有增长趋势，在处理5 的植株叶片数最高，平均为14.33 个，而后又有所下降，其中，处理 1、2、4、6 之间差异不显著（P＜0.05），处理 5 与处理 3 差异极显著（P＜0.05）。

2.1.5 对鲜草叶长的影响

由表2和图5可知施氮水平对巨菌草叶片长度有影响，在一定范围内，巨菌草的叶长随施肥量的增加有增长趋势，叶片长度在处理4 最大，为81.89 cm，根据方差分析结果显示，处理1、4 与处理2、3 存在显著差异，处理 2、3、5、6 间差异不显著。

2.1.6 对鲜草叶宽的影响

氮肥对巨菌草的鲜草单株叶宽没有明显影响，处理之间差异不显著，其中处理1 叶宽最大，处理2叶宽最小，平均宽度分别为2.84 cm 和2.52 cm（见图6）。

图3 不同处理对平均单株茎周长的影响Figure 3 The effect of different treatments on average stem perimeters in one plant

图4 不同处理对平均单株叶片数的影响Figure 4 The effect of different treatments on average number of leaves in one plant

图5 不同处理对平均单株叶长的影响Figure 5 The effect of different treatments on average length of leaves in one plant

2.1.7 对鲜草叶片相对叶绿素含量的影响

氮肥对巨菌草的相对叶绿素含量（用SPAD 表示）没有明显影响，如图7所示，处理间无明显差异性，SPAD 值变化范围在 43.37～46.81 之间（见图7）。

2.1.8 不同施氮水平对鲜草单株重的影响

氮肥对巨菌草的平均单株重有一定的影响，在一定范围内，平均单株重随着施氮量的增加呈增长趋势，但单株鲜重在处理5 处最大，平均为0.59 kg，而后开始下降，处理5 单株株重显著高于处理1、2、3，且处理 5 与处理 1 差异极显著（P＜0.05），处理 1、2、3 之间差异不显著（P＜0.05）（见图8）。

图6 不同处理对平均单株叶宽的影响Figure 6 The effect of different treatments on average width of leaves in one plant

图7 不同处理对平均单株叶绿素含量的影响Figure 7 The effect of different treatments on average chlorophyll contents in one plant

图8 不同处理对平均单株株重的影响Figure 8 The effect of different treatments on average plant weights in one plant

2.2 对巨菌草饲用品质的影响结果

由表3结果表明，巨菌草的营养成分会随着生长时间的延长逐渐发生变化，巨菌草的水分、粗蛋白、粗脂肪含量在拔节期（8月份）前随生长期的延长有明显的增长，均在拔节期达到最大值7.78%、13.85%、2.92%，8月份后又逐渐降低；粗纤维含量在个营养成分中所占比例最大，随生长期的延长粗纤维含量在拔节期快速升高，同时无氮浸出物含量快速降低，拔节期后，粗纤维含量和无氮浸出物含量变化速度减慢，但仍分别呈升高和降低趋势。

表3 各物候期巨菌草风干样品营养成分含量的测定结果Table 3 The results of the air-dried sample contents of nutritional composition of Pennisetum sp.in different phenological phase

3 讨论与结论

3.1 讨论

氮素是影响饲草产量和营养价值的重要营养元素之一，成为饲草生产中最难准确定量的肥料[12]，也是饲草生长发育的主要限制因子。研究表明，施用氮肥能显著提高饲草产量、改善营养价值[13]。对禾本科饲草而言，因其不具备固氮能力，如果土壤中氮含量不足，则只能靠外界供氮来满足自身生长所需。但不同地区和不同饲草品种对氮肥的响应差异巨大。淑艳等[14]对杂交臂形草的研究中表明最佳纯氮施用量为30 kg/hm2。林兴生等[15]在菌草产业发展的几个关键技术研究中所得最佳尿素追肥量为750 kg/hm2。丁成龙等[16]对美洲狼尾草（Pennisetum americanum）的研究表明，施氮量在0～450 kg/hm2范围内，其鲜、干草产量均随氮量的增加而显著提高。而本文在氮肥试验中的结果表明，巨菌草的株高、分蘖数、株围、单株鲜重等均在纯氮施用量为184 kg/hm2处理处的表现最好，此结果与上述研究结果相差较大，分析其原因，可能是由土壤肥力差异和地区差异性所导致的，本试验的土壤肥力较低，为非耕作土，且处于陕北较为干旱的地区，随着巨菌草的生长，增大了对营养和水等资源的需求量，从而限制了单株生长。对于叶绿素含量的结果表明，氮肥施用量对叶绿素含量的影响不明显，可能是基肥中的施氮缩小了各时期间叶绿素含量的差距[17]。

本试验中对不同纯氮施用量下巨菌草植株叶片数、叶长、叶宽等形态特征的研究，在一定程度上反映了巨菌草在延安市的生长状况，纯氮施用量对巨菌草的分蘖数、株高、单株鲜重的影响，此结果与胡敏等的研究一致[18]。但本研究只涉及刈割后氮肥管理对巨菌草农艺性状和饲用品质影响，许多研究表明刈割次数、刈割时期和留茬高度也显著影响巨菌草产量和品质[4-6]。因此，在今后的研究中要进一步探讨不同刈割次数、刈割时期和留茬高度巨菌草农艺性状、产量和品质的影响，并进一步探讨其产生变化的机理研究。

另外，与其他禾本科植物一样，巨菌草中存在着丰富的内生固氮菌资源，其主要的菌群门类为变形菌门（Proteobacteria）和蓝藻菌门（Cyanobacteria）；主要核心属为，克雷伯氏菌属（Klebsiella），草螺菌属（Herbaspirillum）和慢生根瘤菌（Bradyrhizobium），可为植物的生长、营养利用、增强抗逆性等起到重要的促进作用[19]。同时，巨菌草茎、叶部固氮菌群种类和丰度在拔节期最高[19]，这与本文拔节期收获的巨菌草所含的粗蛋白和粗纤维含量最高的结果一致。林标声等[19]通过CCA 分析表明，温度是影响巨菌草内生固氮菌菌群变化的主要因素，其次是湿度和pH 值，且其中丰度最高的20 个属种有11 个属与温度影响呈正相关，其中包括禾本科植物主要的固氮菌群克雷伯氏菌属（Klebsiella），表明较高的温度条件下巨菌草内生固氮菌群增多，联合固氮作用增强，有利于植物的生长。而延安市3—5月温度较低（平均气温小于15 ℃），尤其是昼夜温差大（可超过15 ℃），从而降低了固氮和光合效率，导致苗期某些指标降低。种植巨菌草后沙地有机质、酶活性及微生物数量有明显增加，固沙效果明显[20]。内生固氮菌可以在根际或植物体内进行联合固氮，为植物生长提供氮素或促生长物质，经测定，种植后巨菌草的总氮含量超过了其从土壤和肥料中摄取的总氮量，这其中很可能是巨菌草内生固氮菌起了很大的作用[21]，这就解释了本文中出现了植株株围、鲜草叶片数、鲜草叶长等某些指标低于对照的结果。

3.2 结论

本文通过探究分蘖期、拔节期和成熟期3 个生育期下，不同施氮处理对巨菌草农艺性状、形态、生理特性和饲用品质的影响，表明氮肥对巨菌草的分蘖数、株高、单株鲜重有一定的影响。而且，在一定范围内，随着施氮量的增加，有增长趋势；适宜的氮肥用量可显著提高巨菌草产量，纯氮施用量为184 kg/hm2最高。同时表明在当地拔节期收获的巨菌草所含的粗蛋白含量最高，是作为饲草的最佳时期。本文的研究结果为延安市巨菌草种植的田间管理技术和大面积推广应用提供理论依据和技术支撑。