韓世, , 寬虎*
(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院, 山西 太谷 030801; 2.北京市科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所, 北京 100044)
白羊草(Bothriochloaischaemum)是禾本科孔穎草屬多年生牧草,為喜暖、中旱生草本植物,具有適應(yīng)性強(qiáng)、耐鹽堿、分蘗能力強(qiáng)、再生性能及適口性較好等特性[1]。家畜喜食,可全年放牧,宜作家畜的優(yōu)質(zhì)飼草。白羊草易建植、高產(chǎn)、可增加肉牛的生產(chǎn)潛力[2]。白羊草草地作為山西主要草地類型之一,總面積為1.73×106hm2,約占全省總草地面積的46.60%[3]。合理的開發(fā)利用白羊草的資源,提高白羊草的生產(chǎn)性能,對(duì)山西省畜牧業(yè)發(fā)展具有重要意義。
施用氮肥是大部分禾本科牧草增產(chǎn)的快速通道。氮素作為植物生長(zhǎng)必需的大量元素之一[4],是葉綠素的重要組成成分之一,對(duì)植物進(jìn)行光合作用起決定作用,是實(shí)現(xiàn)牧草高產(chǎn)、品優(yōu)的重要元素,大部分需求的氮素主要來自化肥、廄肥和豆科植物,而白羊草本身不具備固氮的能力,土壤中可提供的氮并不能滿足禾本科牧草的需求[5],在生產(chǎn)中合理施肥是提高牧草產(chǎn)量最有效的方法。隨著畜牧業(yè)的發(fā)展,家畜對(duì)飼草的需求量也不斷增加,對(duì)牧草產(chǎn)量的增加提出了挑戰(zhàn)。但對(duì)于家畜而言,真正能提高畜產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量的關(guān)鍵是家畜對(duì)牧草的品質(zhì)的優(yōu)劣及利用程度,因此在提高牧草產(chǎn)量的同時(shí)更要注重牧草的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。
近年來有關(guān)白羊草的研究較多,姬奇武、武路廣等通過對(duì)山西太谷、平定、襄汾、平魯?shù)炔煌尤喊籽虿莸纳a(chǎn)性能、農(nóng)藝性狀、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等方面的分析比較[6-7],對(duì)于山西本土白羊草,以太谷居群的產(chǎn)量及品質(zhì)較好一些。Robert等在研究施氮量與閹牛重量的試驗(yàn)中得出不同施氮量可不同程度的增加白羊草產(chǎn)草量和閹牛的增重[2];Larry等在不同月份下對(duì)白羊草施氮,提高了其產(chǎn)量但增加幅度不同,對(duì)閹牛的日增重也不同[8];在溫室中對(duì)白羊草添加氮研究其地上和根系的形態(tài)、生理變化,結(jié)果表明施氮顯著增加了白羊草的地上部分的形態(tài)特征(株高、生物量及葉面積),在0.04g·kg-1處理時(shí)分蘗數(shù)最大(21.8枝·株),光合速率也達(dá)到了最大,細(xì)根平均長(zhǎng)度達(dá)到最大。施氮增加了根序的平均根長(zhǎng)和直徑,但減少了總根長(zhǎng)、比根長(zhǎng)和生物量,而且提高了1~4級(jí)根序的根系生長(zhǎng)速率和直徑的增粗速率[9-10]。施氮較少則達(dá)不到預(yù)期的產(chǎn)量。過多施氮又會(huì)帶來環(huán)境污染及生產(chǎn)投入增加、收支不平衡等問題。在一定范圍內(nèi),施氮不僅提高植物光合作用、增加牧草的產(chǎn)量,還可以改善牧草的品質(zhì)[11-12]。對(duì)白羊草的施肥國(guó)內(nèi)多見盆栽實(shí)驗(yàn)以及不同N、P、K配比,有機(jī)肥的施用,每種氮肥所含的氮量、氮的形態(tài)及與微量元素的不同作用,都會(huì)影響牧草對(duì)氮素的吸收,因此選擇適宜形態(tài)的氮素及其最佳施氮量對(duì)實(shí)踐生產(chǎn)有重要意義。本試驗(yàn)通過研究不同氮肥種類及不同施氮量對(duì)白羊草產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)成分的影響,綜合分析白羊草增施不同氮量的尿素、硫酸銨、硝酸銨鈣后其產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)成分的變化,旨在為白羊草生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù),篩選能夠使白羊草高產(chǎn)且品質(zhì)優(yōu)良的最佳形態(tài)的氮肥及施氮量,為白羊草生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。
本試驗(yàn)設(shè)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)試驗(yàn)田,地理位置為112°23′ E,37°25′ N,海拔799 m。年均氣溫9.5~10.5℃,最熱月均溫23.5~24.0℃,最冷月均溫-6.5~-5.0℃,年均降水量在450~490 mm之間,屬于暖溫帶氣候,土壤為石灰性褐土[7],耕層土壤(0~20 cm)的基本養(yǎng)分分別為:有機(jī)質(zhì)19.90 g·kg-1,硝態(tài)氮13.78 mg·kg-1,銨態(tài)氮11.58 mg·kg-1,速效磷9.03 mg·kg-1,速效鉀99.35 mg·kg-1,土壤含水量20.09%,pH為8.04。
供試草種為山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)系自主繁育的白羊草(Bothriochloaischaemum) ‘太行白羊草’,播種前深翻土地,并整平澆灌。2015年6月26日待土壤濕潤(rùn)時(shí)開溝條播,播種量為30 kg·hm-2,小區(qū)面積為5 m×2 m,行距30 cm,播種深度為2 cm。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),采用3種不同形態(tài)的氮肥和5個(gè)施肥水平,重復(fù)3次,共45個(gè)小區(qū)。
2016年春澆返青水后開始施肥實(shí)驗(yàn),試驗(yàn)前將過磷酸鈣(含有效磷,P2O5≥16%)100 kg P·hm-2和氯化鉀(含有效鉀,K2O≥62%)50 kg K·hm-2一次性施入,3種形態(tài)的氮肥為尿素(Urea,U,N≥46.4%)、硫酸銨(Ammonium Sulfate,AS,N≥21.0%)和硝酸銨鈣(Calcium Ammonium Nitrate,CAN,N ≥ 15.5%),設(shè)5個(gè)施氮水平,分別為0 kg N·hm-2(N0),30 kg N·hm-2(N30),60 kg N·hm-2(N60),120 kg N·hm-2(N120)和240 kg N·hm-2(N240)。為防止一次性施入氮肥后出現(xiàn)燒苗現(xiàn)象,分別于4月14日、5月15日、6月15日3個(gè)時(shí)期按照30%、40%和30%的比例均勻噴入小區(qū),對(duì)照組噴施等量的自來水。并在整個(gè)生育期間進(jìn)行不定期人工中耕、鋤草與灌溉。
待白羊草處于抽穗期時(shí)刈割,留茬5 cm,測(cè)定鮮草產(chǎn)量后隨機(jī)取1 kg樣品放入烘箱,105℃殺青30 min后,65℃烘干至恒重,并用微型植物粉碎機(jī)粉碎,過40目篩后貯存,用于營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定。
株高:指牧草從地表面到植株最高點(diǎn)的高度,從分蘗期至抽穗期每10天測(cè)定一次。
莖葉比:測(cè)產(chǎn)時(shí)隨機(jī)稱取200 g白羊草自葉鞘按莖、葉分離,烘干后稱重,計(jì)算莖干重與葉干重的比值。
干鮮比:隨機(jī)稱取1 000 g白羊草烘干后稱重,計(jì)算干草重與鮮草重的比值。
干草產(chǎn)量:測(cè)定鮮草產(chǎn)量后隨機(jī)取1 kg樣品放入烘箱,105℃殺青30 min后,65℃烘干至恒重后稱重,測(cè)定白羊草干草產(chǎn)量。
粗蛋白質(zhì)(crude protein,CP)采用凱氏定氮法測(cè)定;粗脂肪(crude fat,EE)采用索氏抽提法測(cè)定;中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)采用范式(Van Soest)的洗滌纖維法測(cè)定[13]。
用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,采用SPSS 20.0軟件對(duì)白羊草的生產(chǎn)性能、營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析,并運(yùn)用Duncan法進(jìn)行多重比較,采用Sigmaplot 12.5軟件作圖。
由表1可以看出,植株高度在各不同生長(zhǎng)階段存在顯著差異,在5月10日時(shí)施U和CAN各施氮量的株高無顯著變化,施AS時(shí)尤以AS-N120、AS-N240植株最高;3種形態(tài)的氮肥及其不同施氮量在5月20日、7月19日時(shí)對(duì)白羊草株高均無顯著影響,在5月30日、7月9日時(shí)分別以U-N60和U-N120最高,且均顯著高于對(duì)照組,而施AS、CAN的各施肥量對(duì)株高變化無顯著影響。但5月10日施用120 kg N·hm-2水平上及6月19日施用60 kg N·hm-2水平時(shí),施尿素的植株高度顯著高于硝酸銨鈣的。在其他時(shí)期3種不同形態(tài)氮對(duì)株高的影響不明顯。
整體上植株生長(zhǎng)呈逐漸遞增的趨勢(shì),從5月10日開始分蘗到6月9日進(jìn)入拔節(jié)過程中,白羊草生長(zhǎng)緩慢。從拔節(jié)期開始,在6月9日、6月19日、6月29日3個(gè)時(shí)期白羊草迅速生長(zhǎng),尤其在6月29日逐漸開始孕穗、抽穗時(shí),白羊草的生長(zhǎng)速度達(dá)到了最快,期間3種形態(tài)氮的各個(gè)施氮量均顯著高于其對(duì)照組。待抽穗刈割時(shí),最高可生長(zhǎng)至81.10~90.31 cm。
表1 不同形態(tài)氮肥及施氮量下白羊草的株高變化Table 1 Change of plant height on different nitrogen forms and application rate (day/month,cm)
注:同列不同小寫字母表示同一形態(tài)氮的各施氮量差異顯著,同列不同大寫字母表示同一施氮量下3種形態(tài)氮肥間差異顯著(P<0.05)
Note: Different lowercase letters in the same column mean significant difference between different nitrogen application rate of the same nitrogen forms, different capital letters in the same row mean significant difference between three nitrogen forms of the same nitrogen application at the 0.05 level
施用不同形態(tài)的氮肥及各施氮量,促進(jìn)了白羊草莖、葉的生長(zhǎng),但是尤以AS-N60和CAN-N60最小,其次為U-N30(見表2)。莖葉比為2.92~3.79,施用U時(shí)四個(gè)施肥處理的莖葉比均顯著低于其對(duì)照組。施用AS時(shí)在N60水平上的白羊草莖葉比顯著低于對(duì)照組、N30和N60,而施用CAN時(shí)白羊草的莖葉比在N60、N120水平上均顯著低于其對(duì)照組和N240。在N120施肥水平時(shí),施用AS、CAN的白羊草顯著低于施U。在其他施肥水平上各形態(tài)氮間的產(chǎn)草量均無顯著性差異。白羊草施用不同的形態(tài)氮及施肥量,對(duì)于其干鮮比均無顯著性差異。
施肥能有效的提高白羊草產(chǎn)量(圖1),隨著不同形態(tài)氮及各氮量的施用,白羊草的干草產(chǎn)量也存在一定的差異。產(chǎn)量可達(dá)10.02~13.5 t·hm-2,其中以施用U-N60的干草產(chǎn)量最高,可達(dá)13.5 t·hm-2,施用AS-N60和CAN-N120的次之。施用U時(shí),以施用U-N60的干草產(chǎn)量最高,較對(duì)照組提高了26.64%,顯著高于其對(duì)照和U-N240。施用AS時(shí),施AS-N30、AS-N60、AS-N120時(shí)的干草產(chǎn)量顯著高于對(duì)照組,較對(duì)照組產(chǎn)量分別增加了23.47%、29.70%、26.33%。施用CAN時(shí),四個(gè)施肥處理均顯著高于其對(duì)照組,以CAN-N120的干草產(chǎn)量最高,提高了對(duì)照組的26.15%。白羊草第一年施肥總體來說,可以提高產(chǎn)草量,但是各處理間的效果不是特別明顯。而給予白羊草不同氮肥種類時(shí),對(duì)產(chǎn)草量無顯著性差異。
表2 不同形態(tài)氮肥及施氮量下白羊草的莖葉比Table 2 Stem-leaf ratio of different nitrogen forms and application rate
注:同列不同小寫字母表示各施氮量間差異顯著,同行不同大寫字母表示各形態(tài)氮肥間差異顯著,下同(P<0.05)
Note: Different lowercase letters in the same column mean significant difference among different nitrogen application rate, different capital letters in the same peer mean significant difference among nitrogen species,the same as below at the 0.05 level
圖1 不同形態(tài)氮肥及施氮量下白羊草的干草產(chǎn)量Fig.1 The hay yields of different nitrogen forms and application rate注:同一形態(tài)氮下不同小寫字母表示各施氮量間差異顯著,同一施氮量下不同大寫字母表示各形態(tài)氮間差異顯著(P<0.05)Note: Different lowercase letters mean significant difference among nitrogen application rate in the same nitrogen forms, different capital letters mean significant difference among nitrogen forms in the same nitrogen application rate at the 0.05 level
隨著施氮量的變化對(duì)白羊草的粗蛋白質(zhì)含量無顯著性影響,但不同形態(tài)氮間,存在顯著性差異(見表3)。其中以施用U-N60白羊草的粗蛋白質(zhì)含量最高,達(dá)到11.39%,較對(duì)照組高17.18%,其次分別為CAN-N120、AS-N240。在施用U-N30、U-N120水平下,白羊草粗蛋白質(zhì)含量最高,較對(duì)照組分別增加6%、5%;在施用AS-N240白羊草較對(duì)照組增加了4%的粗蛋白質(zhì)含量;在施用CAN-N120時(shí),粗蛋白質(zhì)的含量較對(duì)照組提高了14.5%。在施N30水平時(shí),施用U的粗蛋白質(zhì)含量顯著高于AS和CAN,在N60和N240水平上,3種形態(tài)氮間粗蛋白質(zhì)含量無顯著性差異。
白羊草在施不同形態(tài)氮肥及不同施氮量下,粗脂肪含量存在顯著差異(P<0.05)。其中以施用CAN-N60達(dá)到2.72%最高,其次為施用U-N60和AS-N120的白羊草。施用U時(shí),不同施氮量間無顯著差異,處理組粗脂肪含量均大于對(duì)照組,其中施用U-N60時(shí)粗脂肪含量較對(duì)照組提高了7.9%;在施AS-N120水平上,粗脂肪的含量顯著高于AS-N60(P<0.05);施用CAN-N60時(shí),白羊草粗脂肪含量較CAN-N30顯著提高了23.1%,較對(duì)照組顯著提高16.7%。3種形態(tài)氮在不施氮及N30水平時(shí)粗脂肪無顯著性差異;但在N60水平上,施用CAN的粗脂肪含量顯著大于施U和AS,較后兩者分別增加了11.1%、30.7%;在施N120和N240水平時(shí),施用CAN的粗脂肪含量顯著高于施用AS。
表3 不同形態(tài)氮肥及施氮量下白羊草的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪的含量Table 3 Contents of CP and EE on different nitrogen forms and application rate/%
在對(duì)白羊草施不同形態(tài)氮肥和不同氮量下,白羊草NDF和ADF含量的方差分析結(jié)果表明(表4),施U和AS時(shí),NDF含量在不同施氮水平無顯著性差異,但施CAN時(shí)各施氮量的NDF含量差異顯著。其中以施U-N60時(shí)NDF的含量最低為64.48%,較對(duì)照組降低了2.9%;其次以施AS-N120的NDF含量較低,較對(duì)照組降低了2.5%;施CAN-N60的白羊草NDF顯著低于對(duì)照組和N30。在N0、N30、N1203個(gè)施氮水平時(shí),3種形態(tài)氮的NDF含量均無顯著性差異。但在N60、N240施肥水平時(shí),施尿素的NDF含量顯著低于施AS和CAN,且在每個(gè)施氮水平上,3種氮肥的四個(gè)處理組NDF含量均低于其對(duì)照組。
同種氮肥的不同的施氮量使白羊草的ADF含量存在一定的差異,但差異不顯著。同施氮量各不同形態(tài)氮間白羊草的ADF含量差異顯著(P<0.05)。隨著施氮量的遞增,白羊草ADF的含量先減少后增加,但3種形態(tài)氮在各施氮量的ADF含量均小于其對(duì)照組。其中以施CAN-N120白羊草的ADF含量最低為38.86%,較對(duì)照組下降了7.8%。其次分別以施U-N60和AS-N120的ADF含量較低較對(duì)照組分別降低了4.5%、3.4%。除了施AS-N120的ADF含量外,其他處理均高于施U和CAN的白羊草。在N60水平上,施AS白羊草的ADF顯著高于施U和CAN的白羊草,而N120水平上,施U和AS白羊草ADF的含量顯著高于CAN。
表4 不同形態(tài)氮肥及施氮量下白羊草中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的含量Table 4 Contents of NDF and ADF on different nitrogen forms and application rate/%
白羊草自身本沒有固氮能力,因此氮素供給的多少直接決定著牧草的產(chǎn)量和利用價(jià)值,牧草產(chǎn)量又是評(píng)定牧草生產(chǎn)性能和牧草選育過程中的重要指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)白羊草產(chǎn)量以第一茬為主,所測(cè)實(shí)際鮮草產(chǎn)量在29.29~39.90 t·hm-2、干草產(chǎn)量在10.02~13.50 t·hm-2范圍內(nèi),各處理組草產(chǎn)量均比韓汝旦和武路廣[14-15]研究的抽穗期太谷居群白羊草的高,不同的生境氣候條件、生育期觀測(cè)以及取樣時(shí)樣方的大小都可能影響白羊草的產(chǎn)草量。株高的大小反映著牧草的生長(zhǎng)狀況,且與牧草的產(chǎn)量呈正相關(guān)[15]。白羊草的整個(gè)生育期間的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)都遵循“慢-快-慢”的特性,從拔節(jié)期開始生長(zhǎng)速度最快,在分蘗期和生長(zhǎng)后期較緩慢,這與韓汝旦的結(jié)果一致[16]。葉莖比是衡量牧草品質(zhì)的重要指標(biāo),葉直接影響著牧草的光合作用,也是關(guān)系著整株牧草粗蛋白的含量,對(duì)家畜的適口性好。因此牧草葉的含量越大,營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)越高。實(shí)驗(yàn)中以U-N30、AS-N120、CAN-N120的莖葉比最低,均低于對(duì)照組,說明施氮肥可以使葉量的增加,改善白羊草的品質(zhì)。本試驗(yàn)結(jié)果表明,3種形態(tài)氮肥的所有施氮處理均比其對(duì)照組的產(chǎn)草量高。在U-N60水平上,白羊草干草產(chǎn)量達(dá)到最高,這與Berg[17-18]研究中70 kg N·hm-2·yr最佳施肥量的結(jié)果相近。由于第一年施肥各形態(tài)氮間的產(chǎn)草量無顯著性差異,但施U和AS時(shí)以60 kg N·hm-2的施肥量最佳,且兩者產(chǎn)量整體高于施CAN的白羊草。
牧草的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分的含量反映了牧草的品質(zhì)以及動(dòng)物能從中吸收的養(yǎng)分的多少。一般而言,牧草的產(chǎn)量、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗灰分、鈣、磷的含量越高,NDF和ADF含量越低,牧草的利用價(jià)值和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越好[19]。從營(yíng)養(yǎng)價(jià)值看,粗蛋白與中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維是營(yíng)養(yǎng)成分中最主要的指標(biāo),粗蛋白包括蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)含氮化合物,可以維持動(dòng)物生長(zhǎng)和發(fā)育的需要。本實(shí)驗(yàn)中粗蛋白含量的變化與產(chǎn)量的變化相一致,施氮量的提高促進(jìn)了白羊草蛋白質(zhì)的合成,其中以施U60時(shí)產(chǎn)量最高,與Song Cui[20]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近。施肥能夠增加粗蛋白質(zhì)的含量與其葉量的增加也有一定的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明施AS和CAN白羊草的莖葉比和粗蛋白均以N120時(shí)最佳。用乙醚抽提出的粗脂肪中含有牧草的脂肪、游離脂肪酸、及脂溶性維生素等類脂物質(zhì)。施U和CAN的白羊草以N60時(shí)的粗脂肪含量最高,施AS時(shí)以N120最高。其對(duì)照組的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪與韓世潔[21]的評(píng)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相近。
NDF和ADF對(duì)牧草可以起到支撐和提高硬度的作用,為反芻家畜提供纖維,但纖維含量過高會(huì)影響家畜對(duì)牧草的喜食度。姬奇武、董寬虎[6,22]等得出白羊草在抽穗期時(shí)NDF、ADF含量分別在73.58%~72.10%、43.38%~42.23%范圍內(nèi),均高于本實(shí)驗(yàn)的NDF、ADF(66.43%~64.48%、43.07%~39.62%),說明施肥可以有效的降低牧草NDF、ADF的含量,也有可能與白羊草的生長(zhǎng)年限、種類不同有關(guān)。董曉兵研究結(jié)果表明,施肥顯著增加了羊草粗蛋白、粗脂肪含量,降低粗纖維,提高了牧草的品質(zhì)[23],這與本實(shí)驗(yàn)在一定的施肥水平上具有一致性。但由于施肥時(shí)限較短,除了施用CAN時(shí),CAN-N60的NDF含量顯著低于其它施氮水平外,其他2種氮肥的施氮水平間均無顯著差異。白羊草施用3種氮肥的各個(gè)施氮量下ADF含量也還未表現(xiàn)出顯著變化,但在N60水平上,尤以施用U和CAN的含量低。
白羊草增施3種形態(tài)氮肥的產(chǎn)量顯著高于不施肥處理,施用U和AS時(shí)以60 kg N·hm-2施肥量最佳,且兩者產(chǎn)量整體高于施CAN。對(duì)于白羊草的CP、EE、NDF、ADF含量,施U時(shí)均以U-N60水平時(shí)最佳,施AS時(shí)均以AS-N120水平最高。施CAN時(shí),其EE、NDF在60 kg N·hm-2的含量最適宜,而CP和ADF的含量在120 kg N·hm-2含量最好。結(jié)合產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益,以施用60 kg N·hm-2的尿素較適宜。