氮磷添加对藏北人工牧草生产性能和品质的评价

2021-05-21彭艳孙晶远马素洁王向涛孙磊魏学红

草业学报 2021年5期

彭艳，孙晶远，马素洁，王向涛，孙磊 *，魏学红 *

（1. 华中师范大学生命科学学院，湖北武汉 430079；2. 西藏农牧学院资源与环境学院，西藏林芝 860000；3. 西藏农牧学院动物科学学院，西藏林芝 860000）

藏北地区位于青藏高原腹地，平均海拔4500 m 以上，天然草地资源丰富（59%）是西藏的主要牧区［1］。由于气候变化和人类活动的共同影响导致藏北高寒草地退化现象日趋严重，牧草产量的不稳定，利用年限短等问题使草畜矛盾日益严重，对于极度退化草地如“黑土滩”，短期内植被难以恢复［2］。建植人工草地不仅可以提高草产量，缓解天然草地退化，而且可以保持生态平衡，控制超载过牧，促进高寒草地畜牧业的健康发展［3−5］。合理施肥不仅可以改善草地土壤中的养分不足，还能对牧草的产量、营养物质含量产生明显的促进作用［6−7］。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［8−9］，但也有研究认为氮肥施用是提高豆科牧草产量和改善品质的有效措施［10］。刘文辉等［11］认为化肥和有机肥混施显著地提高了豆科牧草的产量。杨文才等［12］的研究结果表明，氮磷配合施肥显著提高了豆禾混播牧草的产量及品质。寇明科等［13］认为有机肥和尿素混施可以显著地提高高寒草地产草量。张学洲等［14］的研究结果表明N、P、K 合理配比施肥可以改善牧草品质，提高人工牧草产草量。陈文业等［15］的研究表明，施用有机肥和N−P−K 肥使退化高寒草甸牧草株高显著增加。张子龙［16］的研究结果表明，通过豆禾混播处理并增施氮磷肥料可以显著提高饲草干物质产量。马隆喜等［17］的研究结果表明，高寒草甸牧草产量随着施磷肥水平的增加而增产。目前关于人工牧草的研究主要集中在不同施肥组合对牧草生产性能及品质的影响，而有关藏北人工牧草生产性能的相关分析以及利用不同的评价模型对人工牧草综合评价的研究较少。因此通过研究氮磷添加对藏北人工牧草生产性能及营养价值的影响及综合评价，对人工牧草主要农艺性状与产量进行相关分析，同时利用主成分分析法、隶属函数分析法、灰色关联分析法、相似优先比法4 种评价模型对人工牧草进行深入综合评价，有效筛选和综合评价人工牧草最优组合，为今后在西藏高寒地区建植高产优质人工草地和饲草生产研究提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验点位于西藏自治区北部那曲市那玛切乡六组的高寒草甸。地理坐标为30°44′49″N，91°34′23″E，海拔4570 m，属高原亚寒带半湿润气候，高寒缺氧，气候干燥，且多大风天气，昼夜温差较大，年平均气温−0.9～3.3 ℃，多年平均降水量430 mm，6−9 月占全年降水量的80%以上，年蒸发量1800 mm。试验样地建植人工草地之前为重度退化高寒草甸，原生植被已被破坏，次生裸地约占90%，地表主要为砂土，稀疏分布着细石块，从浅层至深层土壤类型分别为砂质壤土和砂土。0～30 cm 土壤颜色为灰黑色，属于土壤−植物根系层，植物根系达30%，为砂质壤土，30 cm 以下土壤颜色为青灰色，有粗砂和少量碎石；建植前土壤有机质为23.53 g·kg−1，全氮为0.71 g·kg−1，全磷为 0.10 g·kg−1，全钾为 1.23 g·kg−1，速效氮为 221.95 mg·kg−1，速效磷为 3.75 mg·kg−1，速效钾313.65 mg·kg−1，pH 为 8.65，容重为 1.34 g·cm−3，土壤各成分的含量分别有：砾石 29.75%，黏粒 15.52%，粉粒25.49%，砂粒58.98%。土壤养分相对较少，磷元素较为缺乏；试验区周边原生植被是以耐寒中生高山嵩草（Ko⁃bresia pygmaea）、青藏苔草（Carex moorcroftii）、紫花针茅（Stipa purpurea）为优势种的高寒草甸，伴生矮火绒草（Leontopodium nanum）、二裂委陵菜（Potentilla bifurca）、青藏狗娃花（Heteropappus bowerii）、冷地早熟禾（Poa crymophila）等常见种。

1.2 试验材料及设计

1.2.1 试验材料供试牧草4 种，禾本科牧草为绿麦（Secale）和燕麦（Avena sativa），豆科牧草为藏豌豆（Vi⁃cia tibetica）和箭筈豌豆（Vicia sativa），根据那玛切土壤条件进行撒播，豆禾混播比例为1∶1（表1）。供试肥料为有机肥、磷肥、氮肥，有机肥为堆腐熟的羊粪（含N 0.72%，P2O50.45%，K2O 0.50%），磷肥为磷酸二胺（含N 16%，P2O546%），氮肥为尿素（含N 46%）。

表1 人工草地播种量Table 1 The seeding rate of artificial grassland

1.2.2 试验设计于2018 年6 月4 日进行人工草地建植，设置4 个施肥处理和1 个对照。分别选取不施肥小区（CK，处理1）、尿素（N，处理2）、磷酸二铵（NP，处理3）、有机肥（OM，处理4），有机肥+尿素+磷酸二铵配施小区（NPOM，处理 5）为对象，施氮肥75 kg·hm−2，磷肥375 kg·hm−2，有机肥22500 kg·hm−2。各小区面积为 6 m×3 m，设3 次重复，共120 个小区。播前翻耕整地，清除杂草，撒播，播种后覆土2～3 cm，生长期间适时田间管理。

1.3 样品采集与测定

依据任继周［18］的方法进行牧草样品测定和采集，选择1 m2的小样方用目测法确定各种牧草的物候期，10%～20%的植株达到某一个生育阶为初期，70%～80%的植株到达为盛期。在牧草初花期进行刈割，割前随机取9 株测定其自地面到顶端生长点的株高（X1）、茎粗（X2）、分蘖数或分枝数（X3），并得出生长速率（X4）；当牧草幼苗高度超过2 cm 时，不同处理小区选取3 个1 m2样方统计正常出苗数，根据播量分别计算各牧草的出苗率（X5）。在每个实验小区随机选取3 个1 m2样方，避免边界效应，样方距离小区边界0.5 m 以上，通过目测法来记录每个样方内牧草的盖度（X6）；采用刈割法，从试验地小区随机取样1 m2留茬5 cm，重复3 次，刈割后立即称取鲜草产量，同时各取鲜草带回实验室（取其中的500 g 分离茎叶），于105 ℃杀青30 min，65 ℃烘干至恒重，并称重计算干草产量（X0）、茎叶比（X7）和鲜干比（X8）。将牧草带回实验室风干粉碎过0.25 mm 筛，进行营养成分测定［19］。采用烘干法测定牧草水分（X9），粗脂肪（X10）采用索氏脂肪抽提法，粗蛋白（X11）采用凯氏定氮法，粗纤维（X12）采用酸碱分次水解法，粗灰分（X13）采用灰化法，Ca（X14）采用EDTA-Na2络合滴定法，P（X15）采用氢醌亚硫酸钠比色法，并计算无氮浸出物（X16）。公式为：

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2019 进行数据前期整理，SPSS 23.0 进行单因素方差分析，数据表示为“平均值±标准差”，并进行相关性分析，运用DPS 软件进行主成分分析法、隶属函数分析法、灰色关联分析法、相似优先比法4 种评价模型对藏北人工牧草进行综合评价。其中主成分分析中F 值越大、隶属函数平均值越大、灰色关联分析法中关联度越大，相似优先比法中的相似度越低，牧草的综合性能就越好［20］。

2 结果与分析

2.1 人工牧草的物候期

不同牧草均在6 月4 日播种，6 月中下旬开始出苗，7 月初禾本科牧草进入分蘖期，豆科牧草进入分枝期，8 月初禾本科牧草进入拔节期，豆科牧草进入抽茎期，9 月初进入抽穗期或现蕾期，9 月上中旬进入开花期，9 月中下旬进入蜡熟期或结荚期，9 月下旬牧草成熟（表2）。除豆科牧草箭筈豌豆和藏豌豆均不能完成生殖生长，其最终生育期均处于开花期外，其余的牧草品种均能适应那曲地区的生长条件，完成整个生育期，约为92～109 d。与CK比较，NPOM 处理使牧草的主要物候期提前2～11 d，OM 处理提前2～8 d，P 处理提前了2～12 d，N 处理提前了1～4 d。

表2 人工牧草的主要物候期及其生育天数Table 2 Major phenology and the whole growth duration of artificial herbage

2.2 人工牧草的生产性能

与CK 相比，除OM 处理降低了人工牧草的茎粗外，不同施肥处理均提高了人工牧草的生产性能（表3）。株高为 4.17～81.01 cm，生长速率为 0.03～1.30 cm·d−1，产量为 3246.30～21047.83 kg·hm−2，鲜干比为 1.40～3.16，茎叶比为0.28～1.69，分蘖或分枝数为3.00～10.67，出苗率为25.80%～67.06%，茎粗为0.15～1.97 cm，盖度为4.67%～95.00%，均以NP、NPOM 处理人工牧草生产性能较好，显著高于CK（P＜0.05）。

表3 人工牧草的生产性能Table 3 The production performance of artificial herbage

2.3 人工牧草的营养价值

对牧草的营养物质含量进行测定（表4），其中粗蛋白含量为6.01%～18.03%，粗脂肪的含量为3.04%～8.19%，粗纤维的含量为12.40%～24.23%，粗灰分的含量为4.74%～15.10%，水分的含量为3.67%～9.86%，无氮浸出物的含量为40.03%～57.38%，钙的含量为0.11%～0.93%，磷含量为0.08%～0.94%。N 处理显著提高了人工草地的粗蛋白含量（P＜0.05），NP 处理极显著提高了磷含量（P＜0.01）。

表4 人工牧草营养价值Table 4 Content of nutrition constituents of artificial herbage（%）

2.4 人工牧草各性状间的相关性分析

干草产量与16 个性状简单相关系数排序为出苗率＞盖度＞茎粗＞株高＞分蘖/枝数＞生长速率＞粗灰分＞水分＞P＞鲜干比＞无氮浸出物＞粗脂肪＞粗纤维＞茎叶比＞粗蛋白＞Ca（表5）。简单相关系数仅包含了两变量之间的直接作用，为了研究多变量中两变量间的真实效应，消除其他变量的影响，应对16 个农艺性状和产量进行偏相关分析，其关系数排序为株高＞出苗率＞茎叶比＞分蘖/枝数＞盖度＞粗脂肪＞茎粗＞粗灰分＞无氮浸出物＞水分＞鲜干比=粗纤维＞粗蛋白＞生长速率＞P＞Ca，其中简单相关中出苗率、盖度、茎粗、株高、分蘖/枝数、生长速率与产量呈现极显著正相关（P＜0.01），简单相关和偏相关分析均显示株高及出苗率与产量呈现显著正相关（P＜0.05）。株高与出苗率与茎粗、分蘖数或分枝数呈现极显著正相关（P＜0.01）。

ht X0 0.898*0.107 0.182 0.024 0.440*0.172 0.279 0.054 0.070 0.110 0.051 0.054 0.083−0.385−0.049 0.078 er rig pp X16 0.000−0.153 0.206 0.033 0.173−0.436*−0.080−0.166−0.992**−0.989**−0.997**−0.996**−0.995**−0.407*−0.116 0.067 X15 0.044−0.051−0.099−0.046 0.330−0.103 0.095−0.031−0.093−0.097−0.128−0.150−0.141−0.002−0.163 0.126 X14 0.108−0.306 0.216−0.058 0.319−0.429*−0.055−0.201−0.388−0.352−0.421*−0.437*−0.402*0.435**−0.455**−0.493**artial correlation coefficients in the u X13−0.051−0.181 0.225 0.079 0.216−0.403*−0.042−0.129−0.988**−0.982**−0.990**−0.992**0.388*0.358*−0.688**0.310 X12 0.038−0.170 0.198−0.005 0.181−0.440*−0.065−0.183−0.989**−0.985**−0.994**−0.799**−0.565**−0.586**0.503**−0.184 er left corner and the p X11 0.000−0.133 0.203 0.035 0.165−0.453*−0.086−0.166−0.989**−0.983**−0.519**0.476**0.561**0.106−0.821**−0.353*X10 0.033−0.150 0.180−0.001 0.165−0.429*−0.065−0.176−0.979**0.569**−0.641**0.572**0.592**0.459**−0.726**0.048。数X9−0.014−0.183 0.212 0.039 0.150−0.364−0.072−0.117 0.371*0.069−0.436**0.348*0.119 0.400*−0.408**0.285系关相ple correlation coefficients in the low−0.700**0.511**0.578**−0.584**0.517**−0.545**偏为he sim X8 0.488*0.108 0.192−0.381 0.081−0.454*0.237 0.478**0.275 0.080角上数1 lev右el. T，系.0 X7 0.282 0.126−0.139−0.207−0.274−0.505**−0.276−0.463**−0.097−0.027 0.399*−0.290−0.045−0.233 0.110−0.239关相单简为X6 0.322 0.244−0.057−0.210 0.146−0.291−0.309 0.384*−0.184−0.522**0.138−0.042−0.685**−0.046 0.209 0.734**角下左；关traitsX5 0.112 0.124−0.063−0.123 0.417**−0.459**0.417**0.398*0.367*−0.006−0.567**0.658**0.028 0.438**−0.257 0.739**相nificant correlation at the 0著显w sig in下ma平*sho etween X4 0.986**−0.018−0.463*0.311 0.436**−0.017 0.370*0.165 0.174 0.087−0.066 0.061−0.181−0.013−0.163 0.408**01 水0.el；*在5 lev alysis b.0 X3 0.434*0.309 0.353*0.546**0.043−0.315*0.740**0.223 0.302 0.241−0.397*0.400*0.138 0.146−0.301 0.409**示* 表；*析an关相分著关tion X2 0.019 0.467**0.569**0.475**0.690**0.146 0.159 0.042 0.058显相−0.206−0.056−0.177−0.004−0.569**−0.083 0.729**下t correlation at the 0的平间0.sign he correla 0.607**0.416**0.988**0.309 0.442**−0.016 0.392*0.156 0.153 0.049−0.008 0.002−0.208−0.032−0.130 0.423**05 水ifican状X1性在各ow状Trait 5 er.示表Table 5 T性X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X0：*表注Note：*sh rn co

2.5 人工牧草综合评价

由于不同评价方法存在差异，而这些差异的产生与评价模型、各指标权重的选取有关，因此粗略地将4 种评价模型的权重设为一致，降低评价方法之间计算误差。选取表3 和4 中的17 项指标进行综合分析，以各评价方法的排序进行模糊评分，其分值越低综合性能越好。4 个评价模型的综合排序结果（表6）表明：有机肥和氮磷耦合技术以NPOM 处理的绿麦与藏豌豆，NP 处理的燕麦、绿麦与藏豌豆综合评价较好。

表6 综合分析及排序Table 6 The ranking with weighted comprehensive analysis

3 讨论

3.1 人工牧草生产性能及营养价值

针对藏北那玛切高寒草地氮磷缺乏，有必要适量添加氮磷肥促进人工牧草幼苗期的生长。适量添加氮磷肥均提高了藏北人工牧草的生产性能及营养价值，这与寇明科等［13］、宗宁等［20］、张凡凡等［21］的研究结果一致，可能是氮、磷均为人工牧草所必需的营养元素。不同人工牧草对氮磷添加存在明显差异，这些差异与牧草的属性和施肥有关，这与Yang 等［22］的研究结果一致。在人工牧草生长发育过程中除豆科牧草箭筈豌豆、藏豌豆最终生育期均处于分枝期或开花期外，其余的牧草均能完成整个生育期，这与魏学红等［23］的研究结果一致，可能是那玛切气候、海拔限制了豆科牧草的生长，不能成熟。氮磷添加均提前了牧草的主要物候期，与王长丽［24］的研究结果一致，可能与那玛切气候条件有关，其降水主要集中在6−9 月的生长季，生育期短，牧草迅速成熟。与龙会英等［25］的研究结果氮磷的添加刺激了牧草对养分的吸收，促进了牧草的生长，推迟了牧草的主要物候期不一致，可能是牧草生长在云南省元谋县全年气温为15.9～28.5 ℃，降水量达645 mm，气候条件良好有关。与未施肥相比，施有机肥降低了人工牧草的茎粗，这与陶梦慧［26］的研究结果不一致，可能与人工草地建植前的土壤有机质为21.6 g·kg−1，通过施22500 kg·hm−2有机肥含有较高的有机质，抑制了人工牧草茎粗的增加。有机肥和氮磷耦合对提高人工牧草营养价值较好，这与Jensen 等［27］的研究结果氮、磷、钾肥施用抑制了牧草的生长不一致，可能是有机肥与氮磷耦合弥补了单一肥料施肥引起的部分营养成分下降。与单播相比，豆禾混播提高了人工牧草的营养价值，这与李春喜等［28］的研究结果一致，可能是混播改善了资源利用结构。

氮磷肥在牧草生长发育过程中起着至关重要的作用，不同的施肥方式必然会影响人工草地的生产性能［29］。生产性能主要表现在产量上，藏北人工草地的干草产量影响最大的是株高，出苗率，茎叶比、分蘖/枝数和盖度，这与任洪雷等［30］、王艳青等［31］、徐畅［32］的研究结果基本一致，与魏臻武等［33］的研究结果略有不同，这可能是在进行综合评价时所选用指标与其存在差异。出苗率与茎粗、分蘖数或分枝数呈现极显著正相关，因此在藏北人工草地建植中应将出苗率、茎粗、株高、分蘖/枝数作为重要指标加以考虑。

3.2 人工牧草综合评价

有效筛选和综合评价人工牧草的性能不能只看单项指标，只有品种综合性能最佳才适宜推广种植。藏北人工草地以燕麦与藏豌豆、绿麦与藏豌豆、燕麦单播综合评价较好。这与赵景学［34］、段呈等［35］、宋国英［36］的研究结果一致，燕麦积温要求最低，耐瘠、耐碱、耐旱，藏豌豆抗寒、抗旱和适应性广，同时豆禾混播有利于提高资源利用效率。不同施肥处理下人工牧草均以 NP、NPOM 处理最佳，与杨文才等［12］、龙会英等［25］、杨晓霞等［37］、苗晓茸等［38］对高寒草甸研究结果一致。肖玉［39］的研究结果表明高寒草地植物的生长发育过程中受土壤中可利用磷含量的限制。Liu 等［40］研究表明，中国西南地区退化草地的生产力受到氮、磷和钾的共同限制，氮和磷是主要的限制因素。Dobben 等［41］研究表明，磷是西欧草地的主要限制因素，钾、磷、氮的添加提高了牧草的生产力。可能是由于高寒草地植物的生长发育过程中土壤氮磷耦合后效的叠加，使土壤养分持续增加，土壤肥力提高，同时豆禾混播后可减轻对土壤矿物质营养元素的竞争，使土壤中各种养分得以充分利用，牧草性能显著提高［42］。试验仅对有机肥和氮磷耦合技术下藏北人工牧草各农艺性状对产量的影响进行评价，没有开展牧草品种抗寒性、抗旱性研究及氮磷施用量的梯度试验，对此将在后续试验中进行深入研究。