氮磷营养水平对牧草生长及根系生物量的影响

张德 曾丽萍 龙会英

摘要以多年生的豆科牧草柱花草和禾本科牧草扭黃茅和孔颖草为试验材料，通过田间实验研究不同氮磷水平下3 种牧草的生长量、总生物量、不同深层根系的生物量。试验结果表明，与未施氮磷对比， P1水平扭黄茅10～20 cm 根层生物量有显著差异（p<0.05）外，氮磷的施用对3 种牧草地上部生长和地下部生物量和3 个根层的生物量没有显著差异（p>0.05）。N1（120 kg/hm2）水平下均能提高3 种牧草生物量， N2（240 kg/hm2）水平下对3 种牧草生物量影响不大，说明适量施氮有利3 种牧草的生长。与未施氮（ N0）对比，除了 N2（240 kg/hm2）水平柱花草0～10 cm 根层生物量减少外，3 种牧草0～10 cm 和10～20 cm 根层生物量均为增加趋势。2 个氮水平均能提高柱花草在0～10 cm 根层生物量的比例，而扭黄茅和孔颖草在10～20 cm 根层生物量的比例增加。与未施磷（ P0）对比， P1（37.5 kg/hm2）水平可以促进3 种牧草的生长，3 种牧草的生物量及0～10 cm 和10～20 cm 根层生物量有增加趋势， P2（75 kg/hm2）水平影响不大。表明适量氮磷的添加有利3 种牧草的生长，即种植当年氮的推荐施用量120 kg/hm2，磷的施用量37.5 kg/hm2。

关键词牧草;氮;磷;地上部和地下部;生物量

中图分类号 S8116.11        文献标识码 A         DOI：10.12008/j.issn.1009-2196.2022.01.006

Effects of Nitrogen and Phosphorus Fertilizer on the Growth and Root Biomass ofLeguminous and Gramineous Forages

ZHANG De1，2    ZENG Liping3    LONG Huiying1，2

（1. Tropical Eco-agriculture Research Institute， YAAS， Yuanmou， Yunnan 651300 China;2. Yuanmou Dry-Hot Valley BotanicalGarden， Yuanmou， Yunnan 651300， China;3. School of Chemistry and Resources Engineering， Honghe University， Mengzi，Yunnan 661199， China）

Abstract   In a field experiment three species of perennial forages， Stylosanthesguianensis （leguminous forage）， and Heteropogoncontortus and Bothriochloapertusa （gramineous forages）， were treated with nitrogen fertilizer and phosphorus fertilizer at three levels， and their growth， total biomass， and root biomass at different soil layers were determined and analyzed. The results showed that as compared with the control without nitrogen fertilizer and phosphorus fertilizer， the phosphorus fertilizer treatment （P1） had a significant effect （p <0.05） on the root biomass ofthe three forage species at the 10-20 cm soil layer， while the nitrogen fertilizer and phosphorus fertilizer had no significant effect on the plant growth and total root biomass of the three forage species and root biomass at three different soil layers （p >0.05）. The nitrogen fertilizer treatment N1（120 kg·ha–1） increased the biomass ofthe three forage species， while the treatment N2（240 kg·ha–1） had little influence on the biomass of the three forage species， indicating application of nitrogen fertilizer at an adequate rate is conducive to the growth of the forages. Compared with the control without nitrogen application （N0）， the nitrogen treatments N1 and N2 tended to increase the root biomass of the three forage species at the 0-10 cm and 10-20 cm soil layers except the root biomass at the 0-10 cm soil layer under the treatment N2（240 kg·ha–1） which was decreased. The nitrogen treatments N1（120 kg·ha–1） and N2（240 kg·ha–1） increased the proportion of S. guianensis root biomass at the 0-10 cm soil layer， and enhanced the proportion of root biomass of H. contortus and B. pertusa at the 10-20 cm soil layer. Compared with the control without phosphorus fertilizer （P0）， the phosphorus treatment P1（37.5 kg·ha–1） promoted the growth and biomass of the three forage species and their root biomass at the 0-10 cm and 10-20 cm soil layers， while the treatment P2（75 kg·ha–1） had little influence. All these results suggest that application of nitrogen and phosphorus fertilizers at an appropri- ate rate is beneficial to the growth of the three forage species. These three forage species are recommended to apply with nitrogenfertilizer at 120 kg·ha–1 and phosphorus fertilizer at 37.5 kg·ha–1 in the same year of planting.

Keywords   forage; nitrogen; phosphorous; parts above and under the ground; biomass

適当的磷肥施入能增加豆科牧草根瘤固氮的能力，在一定的磷浓度范围内，禾本科牧草地下部分生物量（根系）随着磷浓度的增加而增大[1]。白三叶草在施肥效应中，磷素效应最显著，白三叶与施磷量间呈显著正相关（r=0.66），在混播人工草地定植期，经济合理的最佳施肥量为纯磷95.4 kg/hm2[2]。添加氮素可提高土壤中可有效利用氮的含量，促进植物的生长[3]，适量增加氮肥有利于提高禾本科作物的产量。良好的根系发育对植物地上部的生长具有重要意义[4]，根系的根干重等可以作为作物吸收养分效率的衡量参数，根系形态构型和生理功能的变化也改变根系对养分的吸收[5]，在自然条件下良好的根系构型有利于提高根系对土壤养分和水分的吸收，而过高的磷含量对其根系生长产生抑制作用[6]，过多氮肥施用也不利于氮的吸收，从而造成水体富营养化等现状[7]。西南地区的红壤土（含燥红土）氮和磷缺乏，土壤养分含量低[8]，加上磷的强烈固定作用，磷的利用率不高，所以在人工草地建设中正确合理的氮磷添加量很重要。本研究针对以上现状存在的问题，选择适应干热河谷区种植，具有耐旱和固氮能力的豆科牧草灌木状柱花草（Stylosanthesguianensis cv. seabrana），以及喜热、耐旱耐瘠的优势禾本科草扭黄茅[Heteropogoncontortus （L.） Beauv.]和孔颖草[Bothriochloapertusa  （L.） A.Camus]为试验材料，研究不同氮磷肥的施用对豆科牧草和禾本科牧草的地上部生长量、生物量以及不同根层生物量的影响，为 3种牧草和其它豆禾牧草氮磷的合理施用提供理论依据。

1  材料与方法

1.1  材料

1.1.1  试验区概况试验于2016 年在云南省元谋县黄瓜园镇苴林基地（25°50′42″N，101°49′19″E ）进行，海拔1 073 m，年均气温22℃，日照时数为 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℃;年降雨量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，种植前试验地土壤全氮为0.032%、全磷0.26%，有效磷15.60 mg/kg、pH 7.01。

1.1.2  试材供试牧草柱花草为引进的豆科牧草，多年生草本植物，根系深50 cm 以上，具有固氮[9]、高产、干物质粗蛋白质含量高、适口性好、易栽培等特性。禾本科草扭黄茅和孔颖草为干热河谷多年生优势草本植物，高30～100 cm ，喜热、耐旱耐瘠，覆盖度高、侵占性强，易形成单优势种群落[10]。供试氮肥为含氮量46%的尿素，供试磷肥为含 P2O516%的过磷酸钙[11]。

1.2  方法

1.2.1  试验设计试验于2016 年进行，田间试验。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[12-13]等，分别设3 个氮磷处理：氮素 N0（不施氮）， N1（120 kg/hm2）， N2（240 kg/hm2 ）;磷素 P0 （不施磷）， P1 （37.5 kg/hm2）， P2（75 kg/hm2）。处理中， N0 和 P0 为同一个处理（CK），均不施氮磷肥;施氮处理不施磷肥，施磷处理不施氮肥;随机区组排列，3 次重复，合计45个小区。株行距均为

50 cm ，小区面积2 m×5 m=10 m2。育苗移栽，育苗时间为5 月，移栽时间7 月。每塘穴留成活植株1 株，2016年 12月 12 日始收获。试验地不施底肥， P 水平的磷肥作为底肥一次性施入，1/2的 N 水平的氮肥在整地时施入，剩余1/2的氮肥在定植苗成活后施入。人工种植与田间管理按常规方法实施[9]。

1.2.2  项目测定种植后45 d，采用样方和针刺法，在每小区取1 m 的3 个样方观测植被盖度，选10株观测牧草植株绝对株高（生长量）。于柱花草现荚期，孔颖草和扭黄茅草种熟期采收植物样，每小区随机取10株，收获法测定植株地上部生物量;剖面法分层取样[13]，分层（0～10，10～20，20～30 cm ）取根样清洗，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。

1.2.3  数据处理试验数据采用 Excel 2003软件处理，差异显著性检验采用 SPSS.17软件进行单因素方差分析。

2  结果与分析

2.1  不同氮磷水平对3 种牧草幼苗期生长量的影响

氮磷添加对豆科牧草和禾本科牧草生物量的影响不同，植被盖度是衡量作物在群落里的侵占性之一。相对未施氮水平，施氮对3 种牧草的株高和植被盖度无显著影响，如表1 所示， N1水平下，柱花草株高和植被盖度分别提高4.83%和18.56%，扭黄茅盖度提高3.03%，孔颖草的株高提高1.15%。 N2水平下，扭黄茅株高提高4.46%。施磷对3 个牧草的株高和植被盖度也无显著影响， P1条件下柱花草的株高和植被盖度分别提高0.09%和6.19%，P2条件下柱花草的株高和植被盖度分别提高6.95%和7.24%;P1条件下扭黄茅的株高和植被盖度分别提高 2.83%和2.66%;P1条件下孔颖草的植被盖度提高 0.74%，P2水平下孔颖草的株高提高了2.11%。

2.2  不同氮磷水平对3 种牧草地上部生物量的影响

与未施氮（ N0）相比，施氮对3 个牧草的生物量没有显著差异（p>0.05）。与 N0对比， N1条件下柱花草地上部和地下部的生物量分别提高10.04%和11.55%，N2水平柱花草地上部生物量提高8.50%;与 N0对比， N1水平下扭黄茅地上部和地下部的生物量分别提高4.69%和2.23%， N2水平下则分别提高38.56%和30.60%;与 N0对比， N1条件下孔颖草地上部和地下部的生物量分别提高0.69%和9.50%，N2水平柱花草地下部生物量提高29.51%（表2 ）。

与未施磷（ P0）对比，施磷对3 个牧草的生物量没有显著差异（p>0.05）。与 P0 对比， P1条件下，柱花草地上部和地下部的生物量分别提高 2.07%和20.02%，P2水平柱花草地下部生物量提高8.72%;與 P0对比， P1条件下，扭黄茅地上部和地下部的生物量分别提高19.86%和 43.87%，P2水平则分别减少5.61%和11.24%;与 P0对比， P1条件下，孔颖草地上部和地下部的生物量分别提高0.90%和15.17%，P2水平则分别提高 1.10%和6.56%，如表2 所示。

2.3  不同氮水平对3 种牧草不同土层根系生物量的影响

与未施氮（ N0）对比，施氮对3 种牧草3 个根层的生物量没有显著差异（p>0.05）。与 N0  对比， N1水平下，柱花草在0～10和 10～20 cm 根层生物量分别增加20.79%和5.29%，N2水平下 10～20 cm 根层生物量增加3.53%，其它为减少趋势。与 N0对比， N1水平下，扭黄茅在0～10和 10～20 cm 根层生物量分别增加0.87%和39.25%; N2水平下，扭黄茅在0～10、10～20和 20～30 cm 根层生物量分别增加27.04%、70.99和 11.36%。与 N0对比， N1水平下，孔颖草在0～10和 10～ 20 cm 根层生物量分别增加10.04%和25.81%， 20～30 cm 为减少趋势;N2水平下，孔颖草在0～10、10～20和 20～30 cm 根层生物量分别增加21.25%、92.17%和31.09%（表3 ）。

与未施氮（ N0）对比，施氮对3 种牧草3 个根层的生物量的比例没有显著差异（p>0.05）。与N0对比， N1水平下，柱花草在0～10 cm 根层生物量的比例增加8.35%，在10～20和 20～30 cm 根层生物量的比例分别减少5.33%和29.55%;N2水平下，柱花草在0～10和 10～20 cm 根层生物量的比例分别增加2.29%和3.98%，20～30 cm 根层生物量的比例减少35.41%。与 N0对比， N1水平下，扭黄茅在10～20 cm 根层生物量的比例增加73.44%，而在0～10和 20～30 cm 根层生物量的比例分别减少1.68%和41.17%;N2水平下，扭黄茅在 10～20 cm 根层生物量的比例增加59.46%，而在 0～10和 20～30 cm 根层生物量的比例分别减少1.48%和19.40%。与 N0对比， N1水平下，孔颖草在10～20 cm 根层生物量的比例增加20.80%，而在0～10和 20～30 cm 根层生物量的比例分别减少 1.02%和14.54%;N2水平下，孔颖草在0～10 cm 根层生物量的比例减少8.35%，而在10～20 cm 和20～30 根层生物量的比例分别增加50.14%和14.86%，如表3 所示。

2.4  不同磷水平对3 种牧草不同土层生物量的影响

与未施磷（ P0）对比，施磷对柱花草和孔颖草3个根层的生物量没有显著差异（p>0.05）， P1水平对扭黄茅10～20 cm 根层生物量有显著差异（p<0.05）。对柱花草而言，与 P0对比，施磷提高了柱花草3 个根层的生物量， P1水平下，柱花草在0～10、10～20和 20～30 cm 根层生物量分别提高13.80%、32.28%和28.49%;P2水平下分别提高8.27%、2.82%和20.77%。与 P0对比， P1水平下，扭黄茅在0～10、10～20和 20～30 cm 根层生物量分别提高36.50%、120.49%和13.57%;P2水平下，扭黄茅在0～10和 10～20 cm 根层生物量分别减少12.58%和10.14%，20～30 cm 根层生物量提高3.16%。与 P0对比，孔颖草在 P1水平下3 个根层生物量减少，而在 P2 水平下0～10 和10～20 cm 根层生物量分别提高3.49%和39.63%，如表4 所示。

与未施磷（ P0）对比，施磷对3 种牧草3 个根层的生物量的比例没有显著差异（p>0.05）。对柱花草而言，与 P0对比， P1水平下，柱花草在 10～20和 20～30 cm 根层的生物量的比例提高了9.13%和7.17%，在0～10 cm 根层的生物量的比例降低4.87%;P2水平下，柱花草在0～10和 20～30 cm 根层生物量的比例分别增加 2.34%和 1.68%，10～20 cm 根层生物量的比例减少7.36%。与 P0对比， P1水平下，扭黄茅在10～20 cm 根层生物量比例提高5.77%，在0～10和 10～20 cm 根层生物量的比例分别减少8.16%和27.46%;P2水平下，扭黄茅在10～20和 20～30 cm 的根层生物量比例分别增加了4.32%和2.73%，0～10 cm 根层生物量的比例减少0.80%。与 P0对比， P1水平下，孔颖草在10～20和 20～30 cm 根层生物量的比例分别增加42.26%和17.52%，0～10 cm 根层生物量的比例减少7.61%;P2水平下，孔颖草在10～20 cm 根层生物量的比例增加30.39%，0～10和 20～30 cm 根层生物量的比例分别减少2.45%和13.16%，如表4 所示。

3  讨论与结论

3.1  讨论

不同的牧草根层的形态和生物量表现不一致，原因可能是柱花草为直根系作物，而扭黄茅和孔颖草为须根性植物，他们根系主要集中分布在 0～20 cm 土层，在20～30 cm 土层分布较少。

有研究表明，在草地生态系统中，氮素是限制植物生长的重要因子，土壤中有效氮的含量不能满足禾本科牧草高产需要，要获得禾本科牧草高产和高的蛋白产量，在牧草生长期有必要施氮肥，施氮肥可以显著增加禾本科牧草产量，在相同磷肥水平下施氮可以促进黑麦草磷的吸收[14]，适量施用氮、钾肥可促进南植苜蓿根瘤的发育[15]。施氮对苜蓿苗期根瘤发育不良或大量无效根瘤 pH 值低的土壤（<6.5）有增产效应[16]，不同的施肥量对紫花苜蓿的产量的影响很大，少施肥或者过量施肥都可以影响产量[17]，在高肥力或高氮肥投入条件下，豆科作物生物固氮的潜力被显著抑制，随着施氮量的增加，“氮阻遏”效应明显[18]。本研究表明，氮处理间均无显著差异，但 N1 水平下均能提高3 种牧草生物量，说明适量施氮有利3 种牧草的生长，与文献研究一致[19-20]。对于柱花草而言，除了 N2水平柱花草0～10 cm 根层生物量减少外，3 种牧草0～10和 10～20 cm 根层生物量均为增加趋势。与未施氮对比，2 个氮水平均能提高柱花草在0～10 cm 根层生物量的比例，而扭黄茅和孔颖草现在10～20 cm 根层生物量的比例增加。

研究表明，适当增加磷的施入能促使作物根系的生长，提高作物的产量和品质。豆科牧草适当施入磷肥能增加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，地下部分生物量随着磷浓度的增加而增大[1-2];添加磷营养能显著增加紫花苜蓿植株的根颈芽数和分枝数，进而增加植株的产量[21]，长期施磷均可显著增加红壤旱地 TP 和 Bray-P 含量[22]。本研究表明，添加磷素 P1（37.5 kg/hm2）水平可以促进3 种牧草的生长，3 种牧草的生长量、植被盖度、生物量及0～10 和10～20 cm 根层生物量有增加趋势，在 P2 （75 kg/hm2）水平影响不大。对3 种牧草20～30 cm 根层生物量及百分比有减少趋势。与未施磷对比，除扭黄茅在 P2水平株高、植被盖度减少外，施磷（ 2个磷水平）均能提高3 种牧草的株高、植被盖度。与未施磷对比， P1水平下3 个牧草地上部和地下部生物量均为增加趋势;在 P2水平，除了扭黄茅生物量减少外，其它均为增加趋势。与未施磷对比，除了孔颖草在 P1水平下3 个根层生物量减少外，施磷均提高了3 种牧草3 个根层的生物量。在根层生物量的比例方面表现不一致，对于柱花草， P1水平下，柱花草在10～0和 20～0 cm 根层的生物量的比例增加， P2 水平为减少趋势，说明磷对根系的促生长作用有一定范围限制，过高的磷不但不会进一步改善根系性状，反而对根系生长产生抑制作用。扭黄茅和孔颖草在 P1和 P2水平中10～0 cm 根层生物量比例均得到提高。说明在一定的磷浓度范围内，地下部分生物量随着磷浓度的增加而增大[1]。

3.2  结论

与未施氮磷对比，氮磷的施用对3 种牧草3 个根层的地下生物量没有显著影响。 N1 （120 kg/hm2）水平下均能提高3 种牧草生物量， N2（240 kg/hm2）水平下对3 种牧草生物量影响不大。说明适量施氮有利3 种牧草的生长。与未施氮对比，除了 N2水平柱花草0～0 cm 根层生物量减少外，3 种牧草0 和10～20 cm 根层生物量均为增加趋势。2 个氮水平均能提高柱花草在0～10 cm 根层生物量的比例，而扭黄茅和孔颖草现在10～20 cm 根层生物量的比例增加。

添加磷素 P1（37.5 kg/hm2）可以促进3 种牧草的生长，3 种牧草的生长量、生物量及0～10和 10～20 cm  根层生物量有增加趋势，在 P2 （75 kg/hm2）水平影响不大，对3 种牧草20～30 cm 根层生物量及百分比有减少趋势。与未施磷对比， P1水平下3 个牧草地上部和地下部生物量均为增加趋势;在 P2水平，除了扭黄茅生物量减少外，其它均为增加趋势。与未施磷对比，除了孔颖草在 P1水平下3 个根层生物量减少外，施磷均提高了 3种牧草3 个根层的生物量。在根层生物量的比例方面表现不一致，对于柱花草， P1水平下，柱花草在10～20和20～30 cm 根层的生物量的比例增加， P2水平为减少趋势。

本研究为草地氮磷的施用推荐量提供理论依据，即种植当年氮的推荐施用量120 kg/hm2，磷的施用量37.5 kg/hm2，第二年后每次刈割后按以上氮磷水平施用。

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（责任编辑龙娅丽）