陕北风沙草滩区沙地蛋白桑最优氮、磷、钾配比的筛选

柴乖强，马曙皓阳，李 琳，段义忠，霍彦波，亢福仁

（1榆林学院生命科学学院，陕西榆林 719000；2陕西省陕北矿区生态修复重点实验室，陕西榆林 719000）

0 引言

榆林北部风沙草滩区，位于中国毛乌素沙地南缘，年降雨量不足400 mm，属典型的干旱半干旱地区[1]。由于年降水少，此地便形成了贫瘠地、盐碱地和风沙草滩地等基础土壤肥力较差的土地类型[2-3]。研究表明抗旱且具有经济价值的植被对风沙草滩区土壤的改良具有重要作用[4]。桑树(Morus albaL.)属桑科(Moraceae)桑属(MorusLinn.)落叶乔木，因其良好的适应性而广泛分布于世界各地[5]，在中国已有超过5000 多年的栽培历史。桑树全身都是宝，叶片可以入药或加工饲料[6]，桑枝粉碎后可以用来生产香菇或桑黄[6]，加之桑树可以种植在撂荒的风沙草滩地，具有不与粮争地的特点，因此越来越受到人类的青睐。

当前，有关蛋白桑的研究主要集中在优化栽培种植技术、饲料发酵、畜禽养殖等方面[7-8]，然而，随着蛋白桑的大面积应用与推广，人类对其产量、品质的要求也越来越高，如何提高蛋白桑的产量和品质，已经成为摆在众多农业科技工作者面前的问题[9]。前人研究表明，不同氮磷钾肥料配施对植物生长发育及光能利用效率具有重要的影响，进而影响植物的产量和品质，尤其在贫瘠的土地上科学合理的施肥是保证植物可持续利用与高效丰产的关键[10]。盛开等[11]研究了氮磷钾配施对菊芋生长的影响，结果表明氮磷钾配施可显著促进菊芋生长发育，增强其光能利用效率，提高块茎产量。王乐政等[12]采用“3414”肥料效应试验设计方案，研究了氮、磷、钾肥配施对夏播红小豆干物质积累、产量和效益的影响，结果表明随着氮、磷、钾施肥水平的提高，红小豆干物质积累、产量和效益均呈先增加后降低的趋势，说明合理的肥料配施处理能显著增加作物的产量、干物质积累和生产效益。

氮磷钾肥配施是否也能促进沙地蛋白桑增产增效，当前还未见研究报道。鉴于此，本研究探究了氮磷钾肥施用对榆林北部风沙草滩区沙地蛋白桑生理特性、产量和品质的影响，明确氮磷钾肥优化配施对蛋白桑的增产增效作用，以期为该区域沙地蛋白桑丰产优化施肥提供试验基础和理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试验地基本情况

蛋白桑品种‘榆引桑-1’（图1），该品种抗逆性强，植株高度可达3 m 以上，生育期为150 d 左右，根系发达，由陕西省陕北矿区生态修复重点实验室引种并种植保存。

图1 蛋白桑材料‘榆引桑-1’

试验地位于陕西省榆林市榆阳区机场路陕西省林业局苗木试验示范基地(N 38°57′，E 109°28′)，海拔1010 m，属干旱半干旱大陆季风性气候，日照充足，年日照时数2700 h，年平均气温7.5℃，年平均降雨量380 mm，夏季降雨多于冬季，全年无霜期为160 d。

1.2 试验设计

试验于2020 年4 月至11 月进行，设置8 个处理(T0、T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7)，各处理的氮磷钾施肥量如下所示（表1），每个处理在沙地蛋白桑栽植前均施入普通有机肥（猪粪0.75 kg/m2）和生物菌肥(0.18 kg/m2)作为基肥。每个处理设置3 个重复，每个重复小区的面积为12 m×2.4 m=28.8 m2，并且以T0处理组作为对照。

表1 试验因素和水平设计 kg/hm2

每个小区共种植18 株蛋白桑苗，随机区组排列，每个小区边行种植1排桑树作为保护行。氮肥为含氮量为46%的尿素，磷肥为含P2O518%的过磷酸钙，钾肥为含K2O 52%的硫酸钾，氮肥、磷肥和钾肥混合后分2次施入（第1 次为第一次刈割后采用滴灌水溶施入60%，第2 次为枝条快速伸长期采用滴灌水溶施入40%）。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 蛋白桑生理特性的测定 叶绿素含量采用丙酮提取后分光光度计法测定；净光合速率(Pn)及蒸腾速率(Tr)于晴朗无风的上午10:00—12:00 采用美国Li-Cor公司生产的Li-6400型光合作用系统测定，测定时在各处理小区中间区域随机选取5株桑树相同叶位的叶片进行。

1.3.2 水分利用效率的测定 水分利用效率(WUE)为植物消耗单位水量生产出的生物学产量，其计算公式如式(1)所示。

式中，WUE为水分利用效率[kg/(hm2·mm)]，Y为桑树全生育期生物学产量(kg/hm2)，ET为植物全生育期的耗水量(mm)。

植物全生育期耗水量(ET)用农田水分平衡法计算，由于本试验小区平整、试验区未产生深层渗漏和地下水补给，因此，适用于计算本试验的作物耗水量的计算公式，如式(2)所示。

式中，ET为作物耗水量(mm)，W1和W2分别为桑树种植前和收获时0～100 cm土层的土壤贮水量(mm)，P为桑树全生育期间的降水量(mm)。

1.3.3 蛋白桑产量和品质的测定 在蛋白桑成熟期，在每个处理小区内随机选择5 株桑树苗，每株从地上30 cm 处割下，将叶片和茎杆分别装进纱网袋中，自然风干后分别进行称重。总产量的测定方法：将小区内（除保护行）所有的单株割下，混合装入网袋后自然风干，称重，并换算成产量。粗灰分、粗蛋白和粗脂肪含量的测定分别采用灼烧法、全自动凯氏定氮法和索氏试剂提取法[13]。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016 处理所有数据，使用SPSS26.0 软件进行单因素方差分析和相关性分析。最后采用Sigmaplot 12.5软件绘图。

利用隶属函数法对所有测定指标进行标准化处理后，并应用公式(3)进行计算，如果计算结果为负值，则用公式(4)进行计算。

其中，Xi为某一指标测定值；Xmin和Xmax分别为所有处理某一指标的最小值和最大值。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对蛋白桑生理特性的影响

为了研究不同施肥处理对沙地蛋白桑生理特性的影响，在桑树生长的最旺盛期（8 月10 日），分别测定了桑树的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率，结果表明（图2），与对照相比，T2、T3、T4、T5、T6和T7处理的叶绿素含量均显著增高(P<0.05)，且T5处理的叶绿素含量最高。T3、T4、T5、T6和T7处理的净光合速率显著高于对照(P<0.05)，T5处理的净光合速率最高，说明增施肥料能提高叶片的光合速率。各肥料处理对桑树叶片蒸腾速率的影响具有和光合速率相似的规律，均表现出随着施肥量的增加而表现出先增高后减低的趋势，并且在T4处理时其蒸腾速率最大。水分利用效率的变化也表现出先增高后降低的趋势，其中T5处理时其水分利用效率最好。说明T5处理(N 150 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)对榆林北部风沙草滩区桑树的生长具有较好的促进作用。

图2 不同施肥处理对蛋白桑生理特性的影响

2.2 不同施肥处理对蛋白桑株高及产量的影响

不同施肥处理下，通过测定蛋白桑的株高、单株干叶重、单株茎杆重、单株生物学产量和总产量，结果表明（图3），蛋白桑株高平均值为275.3 cm，且各处理间无显著差异(P＞0.05)，而对单株干叶重而言，各处理间存在一定差异，随着施肥量的增加，桑树干叶重呈现出先增高后降低的趋势，且T5处理下干叶重达到最大值。单株茎杆平均重量为1.18 kg，各处理间无显著差异(P＞0.05)；而单株生物学产量和总产量的分别为1.60～1.93 kg/株和4996.8～6559.4 kg/hm2，随着施肥量的增加均呈现出先增高后降低的趋势，且二者分别在T4处理和T5处理下达到最大值。综合产量指标，T5处理(N 150 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)对沙地桑树的生产具有较好的促进作用。

图3 不同施肥处理对蛋白桑株高及产量的影响

2.3 不同施肥处理对蛋白桑品质的影响

通过测定不同肥料处理下沙地蛋白桑的粗蛋白、粗脂肪、灰分和可溶性糖含量，结果表明（图4），各不同肥料处理间可溶性糖含量变化不大(P＞0.05)；粗蛋白含量随着施肥量的增加呈现出先增高后降低的趋势，并且在T4和T5处理下的桑树叶片粗蛋白质含量较高，分别为232.10 g/kg和228.83 g/kg，显著高于对照处理(P＜0.05)；粗脂肪含量随着施肥量的变化趋势和粗蛋白的变化相似，在T4、T5和T6处理下均显著高于对照(P＜0.05)，分别是对照处理的1.80、1.90、1.78 倍。灰分含量随着施肥量的增加也呈现出先增后降的趋势，并且在T6处理下达到最高。综合分析肥料处理下蛋白桑的品质，T4(N 150 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 40 kg/hm2)和T5处理(N 150 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)对沙地桑树的品质的提升效果较为明显。

图4 不同施肥处理对蛋白桑品质的影响

2.4 不同施肥处理条件下桑树各生理生化和品质指标间的相关性分析

对不同施肥处理条件下桑树各生理生化和品质指标进行相关性分析，结果表明（表2），桑树水分利用效率与叶绿素含量、净光合速率、产量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、灰分和可溶性糖含量呈极显著正相关(P＜0.01)，与蒸腾速率和单株叶干重呈显著正相关(P＜0.05)；桑树产量与叶绿素含量、净光合速率、水分利用效率、粗蛋白含量和粗脂肪含量呈极显著正相关(P＜0.01)，与蒸腾速率和灰分含量呈显著正相关(P＜0.05)；粗蛋白含量与叶绿素含量、净光合速率、水分利用效率、产量、粗脂肪和灰分含量呈极显著正相关(P＜0.01)，而与单株干叶重呈显著正相关(P＜0.05)。综合水分利用效率、产量和粗蛋白含量与各指标的相关分析，筛选出叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、单株叶干重产量、产量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、灰分和可溶性糖等10个指标作为对施肥处理组合的评价指标。

2.5 利用隶属函数法综合筛选最优施肥处理

为进一步确定最适合陕北沙地蛋白桑的肥料组合，结合相关性分析结果，并利用隶属函数法对桑树不同施肥处理进行了综合评价，结果表明（表3），T5处理的平均隶属函数值最高(0.544)，综合表现最好；其次是T6处理和T4处理的综合表现次之；T0处理的平均隶属函数值最低(0.375)，综合表现最差。因此，T5处理(N 150 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)可以作为陕北北部风沙草滩区沙地桑种植中最适宜的施肥组合。

表3 不同施肥处理下蛋白桑生理、产量和品质指标的综合隶属函数分析

3 结论与讨论

陕北风沙草滩区地处毛乌素沙地边缘，属典型的干旱地区，生态环境脆弱，因此筛选适合在该区域种植的资源植物，对保护生态环境、防治沙漠化和增加农民收入都具有重要的意义[14-15]。沙地蛋白桑是一种生长速度快、产量高、耐逆能力强的经济植物，因此经常被研究者选择在沙地、边坡地、撂荒地和矿区采煤沉陷地种植[16]。同时沙地桑因其粗蛋白含量较高、氨基酸种类丰富、且含有丰富的多种活性物质（如类胡萝卜素、维生素、桑黄酮、槲皮素、桑多糖、生物碱等），也经常被用做饲料添加剂，并且能够增强动物机体对疾病的抵抗力[17]。李伟玲[18]在蒙古羯羊基础日粮中添加不同比例的桑叶后发现，桑叶能提高机体抗氧化能力与免疫能力。因此，桑饲料也越来越受到饲料研究者的关注和青睐。

研究表明，科学的施肥措施对保障干旱地区植物增产有重要影响，因为合理配施氮、磷、钾肥，有助于改善作物氮素营养，减少氮素损失，在增产的同时能提高氮素利用率，最终提升土壤的可持续生产潜力[19-20]。在以往的研究中，氮、磷、钾配施或两两配施互作效应明显，因能充分发挥土壤各种养分的肥效，对番茄[21]、谷子[22]、小麦[23]等作物的增产效果明显。张素梅等[24]对胡麻进行了不同氮、磷、钾配施处理发现，氮、磷、钾肥配施处理下，其产量与不施肥处理相比，提高了4.95%～24.07%，且胡麻产量随着施肥量的增长呈现出先增高后降低的趋势。在本试验中，笔者采研究了不同氮、磷、钾肥配施处理对陕北风沙草滩区沙地蛋白桑生理特性、产量和品质的影响，结果表明T5处理(N 150 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)对沙地桑树的增产效果最好，这与贾帅等[25]在马铃薯上的研究结果相同。

蛋白桑营养品质的提高可以为桑饲料的添加研究提高基础。在本研究中，通过氮、磷、钾肥配施处理，粗蛋白和粗脂肪含量随着施肥量的增加呈现出先增高后缓慢降低的趋势，并且在T4和T5处理下的桑树叶片粗蛋白和粗脂肪含量达到最大。说明一定量的肥料配施能够在一定程度上促进桑叶蛋白含量的增加，但是肥料超量施用后会明显抑制蛋白量的增加。这与龙素霞等[26]的研究结果相似。

氮、磷、钾肥配施对植物产量和品质的影响不是各个因素效应简单的累加，而是每个因素相互作用形成的[27]。谢勇等[28]通过对紫花苜蓿进行氮磷钾配施试验，结果表明磷氮、磷钾互作能有效提高产量，而氮钾互作则却抑制产量形成。在本实验中，笔者利用隶属函数分析法将不同肥料配施处理下桑树的生理生化、产量和品质指标综合分析，结果表明氮磷钾中量配施均能显著提高桑树的产量和品质，氮磷钾高量配施却抑制了桑树产量和品质的提高，这可能与选用的桑树材料和土壤类型有关。本试验通过研究不同施肥处理对沙地蛋白桑叶片光合特性、瞬时水分利用效率、产量和品质的影响，结合隶属函数分析，最终筛选出在陕北风沙草滩区种植沙地桑的氮、磷、钾配比，为今后桑树的水肥一体化栽培研究提供基础。此外，本试验中所提出的氮、磷、钾配比是否也能在其他桑树品种中应用，还有待进一步研究。