柴乖強，馬曙皓陽，李 琳，段義忠，霍彥波，亢福仁

（1榆林學院生命科學學院，陜西榆林 719000；2陜西省陜北礦區(qū)生態(tài)修復重點實驗室，陜西榆林 719000）

0 引言

榆林北部風沙草灘區(qū)，位于中國毛烏素沙地南緣，年降雨量不足400 mm，屬典型的干旱半干旱地區(qū)[1]。由于年降水少，此地便形成了貧瘠地、鹽堿地和風沙草灘地等基礎土壤肥力較差的土地類型[2-3]。研究表明抗旱且具有經濟價值的植被對風沙草灘區(qū)土壤的改良具有重要作用[4]。桑樹(Morus albaL.)屬桑科(Moraceae)桑屬(MorusLinn.)落葉喬木，因其良好的適應性而廣泛分布于世界各地[5]，在中國已有超過5000 多年的栽培歷史。桑樹全身都是寶，葉片可以入藥或加工飼料[6]，桑枝粉碎后可以用來生產香菇或桑黃[6]，加之桑樹可以種植在撂荒的風沙草灘地，具有不與糧爭地的特點，因此越來越受到人類的青睞。

當前，有關蛋白桑的研究主要集中在優(yōu)化栽培種植技術、飼料發(fā)酵、畜禽養(yǎng)殖等方面[7-8]，然而，隨著蛋白桑的大面積應用與推廣，人類對其產量、品質的要求也越來越高，如何提高蛋白桑的產量和品質，已經成為擺在眾多農業(yè)科技工作者面前的問題[9]。前人研究表明，不同氮磷鉀肥料配施對植物生長發(fā)育及光能利用效率具有重要的影響，進而影響植物的產量和品質，尤其在貧瘠的土地上科學合理的施肥是保證植物可持續(xù)利用與高效豐產的關鍵[10]。盛開等[11]研究了氮磷鉀配施對菊芋生長的影響，結果表明氮磷鉀配施可顯著促進菊芋生長發(fā)育，增強其光能利用效率，提高塊莖產量。王樂政等[12]采用“3414”肥料效應試驗設計方案，研究了氮、磷、鉀肥配施對夏播紅小豆干物質積累、產量和效益的影響，結果表明隨著氮、磷、鉀施肥水平的提高，紅小豆干物質積累、產量和效益均呈先增加后降低的趨勢，說明合理的肥料配施處理能顯著增加作物的產量、干物質積累和生產效益。

氮磷鉀肥配施是否也能促進沙地蛋白桑增產增效，當前還未見研究報道。鑒于此，本研究探究了氮磷鉀肥施用對榆林北部風沙草灘區(qū)沙地蛋白桑生理特性、產量和品質的影響，明確氮磷鉀肥優(yōu)化配施對蛋白桑的增產增效作用，以期為該區(qū)域沙地蛋白桑豐產優(yōu)化施肥提供試驗基礎和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地基本情況

蛋白桑品種‘榆引桑-1’（圖1），該品種抗逆性強，植株高度可達3 m 以上，生育期為150 d 左右，根系發(fā)達，由陜西省陜北礦區(qū)生態(tài)修復重點實驗室引種并種植保存。

圖1 蛋白桑材料‘榆引桑-1’

試驗地位于陜西省榆林市榆陽區(qū)機場路陜西省林業(yè)局苗木試驗示范基地(N 38°57′，E 109°28′)，海拔1010 m，屬干旱半干旱大陸季風性氣候，日照充足，年日照時數2700 h，年平均氣溫7.5℃，年平均降雨量380 mm，夏季降雨多于冬季，全年無霜期為160 d。

1.2 試驗設計

試驗于2020 年4 月至11 月進行，設置8 個處理(T0、T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7)，各處理的氮磷鉀施肥量如下所示（表1），每個處理在沙地蛋白桑栽植前均施入普通有機肥（豬糞0.75 kg/m2）和生物菌肥(0.18 kg/m2)作為基肥。每個處理設置3 個重復，每個重復小區(qū)的面積為12 m×2.4 m=28.8 m2，并且以T0處理組作為對照。

表1 試驗因素和水平設計 kg/hm2

每個小區(qū)共種植18 株蛋白桑苗，隨機區(qū)組排列，每個小區(qū)邊行種植1排桑樹作為保護行。氮肥為含氮量為46%的尿素，磷肥為含P2O518%的過磷酸鈣，鉀肥為含K2O 52%的硫酸鉀，氮肥、磷肥和鉀肥混合后分2次施入（第1 次為第一次刈割后采用滴灌水溶施入60%，第2 次為枝條快速伸長期采用滴灌水溶施入40%）。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 蛋白桑生理特性的測定 葉綠素含量采用丙酮提取后分光光度計法測定；凈光合速率(Pn)及蒸騰速率(Tr)于晴朗無風的上午10:00—12:00 采用美國Li-Cor公司生產的Li-6400型光合作用系統(tǒng)測定，測定時在各處理小區(qū)中間區(qū)域隨機選取5株桑樹相同葉位的葉片進行。

1.3.2 水分利用效率的測定 水分利用效率(WUE)為植物消耗單位水量生產出的生物學產量，其計算公式如式(1)所示。

式中，WUE為水分利用效率[kg/(hm2·mm)]，Y為桑樹全生育期生物學產量(kg/hm2)，ET為植物全生育期的耗水量(mm)。

植物全生育期耗水量(ET)用農田水分平衡法計算，由于本試驗小區(qū)平整、試驗區(qū)未產生深層滲漏和地下水補給，因此，適用于計算本試驗的作物耗水量的計算公式，如式(2)所示。

式中，ET為作物耗水量(mm)，W1和W2分別為桑樹種植前和收獲時0～100 cm土層的土壤貯水量(mm)，P為桑樹全生育期間的降水量(mm)。

1.3.3 蛋白桑產量和品質的測定 在蛋白桑成熟期，在每個處理小區(qū)內隨機選擇5 株桑樹苗，每株從地上30 cm 處割下，將葉片和莖桿分別裝進紗網袋中，自然風干后分別進行稱重。總產量的測定方法：將小區(qū)內（除保護行）所有的單株割下，混合裝入網袋后自然風干，稱重，并換算成產量。粗灰分、粗蛋白和粗脂肪含量的測定分別采用灼燒法、全自動凱氏定氮法和索氏試劑提取法[13]。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016 處理所有數據，使用SPSS26.0 軟件進行單因素方差分析和相關性分析。最后采用Sigmaplot 12.5軟件繪圖。

利用隸屬函數法對所有測定指標進行標準化處理后，并應用公式(3)進行計算，如果計算結果為負值，則用公式(4)進行計算。

其中，Xi為某一指標測定值；Xmin和Xmax分別為所有處理某一指標的最小值和最大值。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對蛋白桑生理特性的影響

為了研究不同施肥處理對沙地蛋白桑生理特性的影響，在桑樹生長的最旺盛期（8 月10 日），分別測定了桑樹的葉綠素含量、凈光合速率、蒸騰速率和水分利用效率，結果表明（圖2），與對照相比，T2、T3、T4、T5、T6和T7處理的葉綠素含量均顯著增高(P<0.05)，且T5處理的葉綠素含量最高。T3、T4、T5、T6和T7處理的凈光合速率顯著高于對照(P<0.05)，T5處理的凈光合速率最高，說明增施肥料能提高葉片的光合速率。各肥料處理對桑樹葉片蒸騰速率的影響具有和光合速率相似的規(guī)律，均表現出隨著施肥量的增加而表現出先增高后減低的趨勢，并且在T4處理時其蒸騰速率最大。水分利用效率的變化也表現出先增高后降低的趨勢，其中T5處理時其水分利用效率最好。說明T5處理(N 150 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)對榆林北部風沙草灘區(qū)桑樹的生長具有較好的促進作用。

圖2 不同施肥處理對蛋白桑生理特性的影響

2.2 不同施肥處理對蛋白桑株高及產量的影響

不同施肥處理下，通過測定蛋白桑的株高、單株干葉重、單株莖桿重、單株生物學產量和總產量，結果表明（圖3），蛋白桑株高平均值為275.3 cm，且各處理間無顯著差異(P＞0.05)，而對單株干葉重而言，各處理間存在一定差異，隨著施肥量的增加，桑樹干葉重呈現出先增高后降低的趨勢，且T5處理下干葉重達到最大值。單株莖桿平均重量為1.18 kg，各處理間無顯著差異(P＞0.05)；而單株生物學產量和總產量的分別為1.60～1.93 kg/株和4996.8～6559.4 kg/hm2，隨著施肥量的增加均呈現出先增高后降低的趨勢，且二者分別在T4處理和T5處理下達到最大值。綜合產量指標，T5處理(N 150 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)對沙地桑樹的生產具有較好的促進作用。

圖3 不同施肥處理對蛋白桑株高及產量的影響

2.3 不同施肥處理對蛋白桑品質的影響

通過測定不同肥料處理下沙地蛋白桑的粗蛋白、粗脂肪、灰分和可溶性糖含量，結果表明（圖4），各不同肥料處理間可溶性糖含量變化不大(P＞0.05)；粗蛋白含量隨著施肥量的增加呈現出先增高后降低的趨勢，并且在T4和T5處理下的桑樹葉片粗蛋白質含量較高，分別為232.10 g/kg和228.83 g/kg，顯著高于對照處理(P＜0.05)；粗脂肪含量隨著施肥量的變化趨勢和粗蛋白的變化相似，在T4、T5和T6處理下均顯著高于對照(P＜0.05)，分別是對照處理的1.80、1.90、1.78 倍。灰分含量隨著施肥量的增加也呈現出先增后降的趨勢，并且在T6處理下達到最高。綜合分析肥料處理下蛋白桑的品質，T4(N 150 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 40 kg/hm2)和T5處理(N 150 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)對沙地桑樹的品質的提升效果較為明顯。

圖4 不同施肥處理對蛋白桑品質的影響

2.4 不同施肥處理條件下桑樹各生理生化和品質指標間的相關性分析

對不同施肥處理條件下桑樹各生理生化和品質指標進行相關性分析，結果表明（表2），桑樹水分利用效率與葉綠素含量、凈光合速率、產量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、灰分和可溶性糖含量呈極顯著正相關(P＜0.01)，與蒸騰速率和單株葉干重呈顯著正相關(P＜0.05)；桑樹產量與葉綠素含量、凈光合速率、水分利用效率、粗蛋白含量和粗脂肪含量呈極顯著正相關(P＜0.01)，與蒸騰速率和灰分含量呈顯著正相關(P＜0.05)；粗蛋白含量與葉綠素含量、凈光合速率、水分利用效率、產量、粗脂肪和灰分含量呈極顯著正相關(P＜0.01)，而與單株干葉重呈顯著正相關(P＜0.05)。綜合水分利用效率、產量和粗蛋白含量與各指標的相關分析，篩選出葉綠素含量、凈光合速率、蒸騰速率、水分利用效率、單株葉干重產量、產量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、灰分和可溶性糖等10個指標作為對施肥處理組合的評價指標。

2.5 利用隸屬函數法綜合篩選最優(yōu)施肥處理

為進一步確定最適合陜北沙地蛋白桑的肥料組合，結合相關性分析結果，并利用隸屬函數法對桑樹不同施肥處理進行了綜合評價，結果表明（表3），T5處理的平均隸屬函數值最高(0.544)，綜合表現最好；其次是T6處理和T4處理的綜合表現次之；T0處理的平均隸屬函數值最低(0.375)，綜合表現最差。因此，T5處理(N 150 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)可以作為陜北北部風沙草灘區(qū)沙地桑種植中最適宜的施肥組合。

表3 不同施肥處理下蛋白桑生理、產量和品質指標的綜合隸屬函數分析

3 結論與討論

陜北風沙草灘區(qū)地處毛烏素沙地邊緣，屬典型的干旱地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，因此篩選適合在該區(qū)域種植的資源植物，對保護生態(tài)環(huán)境、防治沙漠化和增加農民收入都具有重要的意義[14-15]。沙地蛋白桑是一種生長速度快、產量高、耐逆能力強的經濟植物，因此經常被研究者選擇在沙地、邊坡地、撂荒地和礦區(qū)采煤沉陷地種植[16]。同時沙地桑因其粗蛋白含量較高、氨基酸種類豐富、且含有豐富的多種活性物質（如類胡蘿卜素、維生素、桑黃酮、槲皮素、桑多糖、生物堿等），也經常被用做飼料添加劑，并且能夠增強動物機體對疾病的抵抗力[17]。李偉玲[18]在蒙古羯羊基礎日糧中添加不同比例的桑葉后發(fā)現，桑葉能提高機體抗氧化能力與免疫能力。因此，桑飼料也越來越受到飼料研究者的關注和青睞。

研究表明，科學的施肥措施對保障干旱地區(qū)植物增產有重要影響，因為合理配施氮、磷、鉀肥，有助于改善作物氮素營養(yǎng)，減少氮素損失，在增產的同時能提高氮素利用率，最終提升土壤的可持續(xù)生產潛力[19-20]。在以往的研究中，氮、磷、鉀配施或兩兩配施互作效應明顯，因能充分發(fā)揮土壤各種養(yǎng)分的肥效，對番茄[21]、谷子[22]、小麥[23]等作物的增產效果明顯。張素梅等[24]對胡麻進行了不同氮、磷、鉀配施處理發(fā)現，氮、磷、鉀肥配施處理下，其產量與不施肥處理相比，提高了4.95%～24.07%，且胡麻產量隨著施肥量的增長呈現出先增高后降低的趨勢。在本試驗中，筆者采研究了不同氮、磷、鉀肥配施處理對陜北風沙草灘區(qū)沙地蛋白桑生理特性、產量和品質的影響，結果表明T5處理(N 150 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)對沙地桑樹的增產效果最好，這與賈帥等[25]在馬鈴薯上的研究結果相同。

蛋白桑營養(yǎng)品質的提高可以為桑飼料的添加研究提高基礎。在本研究中，通過氮、磷、鉀肥配施處理，粗蛋白和粗脂肪含量隨著施肥量的增加呈現出先增高后緩慢降低的趨勢，并且在T4和T5處理下的桑樹葉片粗蛋白和粗脂肪含量達到最大。說明一定量的肥料配施能夠在一定程度上促進桑葉蛋白含量的增加，但是肥料超量施用后會明顯抑制蛋白量的增加。這與龍素霞等[26]的研究結果相似。

氮、磷、鉀肥配施對植物產量和品質的影響不是各個因素效應簡單的累加，而是每個因素相互作用形成的[27]。謝勇等[28]通過對紫花苜蓿進行氮磷鉀配施試驗，結果表明磷氮、磷鉀互作能有效提高產量，而氮鉀互作則卻抑制產量形成。在本實驗中，筆者利用隸屬函數分析法將不同肥料配施處理下桑樹的生理生化、產量和品質指標綜合分析，結果表明氮磷鉀中量配施均能顯著提高桑樹的產量和品質，氮磷鉀高量配施卻抑制了桑樹產量和品質的提高，這可能與選用的桑樹材料和土壤類型有關。本試驗通過研究不同施肥處理對沙地蛋白桑葉片光合特性、瞬時水分利用效率、產量和品質的影響，結合隸屬函數分析，最終篩選出在陜北風沙草灘區(qū)種植沙地桑的氮、磷、鉀配比，為今后桑樹的水肥一體化栽培研究提供基礎。此外，本試驗中所提出的氮、磷、鉀配比是否也能在其他桑樹品種中應用，還有待進一步研究。