不同施肥組合對苜蓿陰陽離子平衡的影響

李運起，高向培，李秋鳳，李建國，曹玉鳳，高艷霞，唐淑霞，于合興，李月娥，賈海軍，楊武

（1.河北農業大學動物科技學院，河北 保定071001；2.饒陽縣政務服務中心，河北 饒陽053900；3.黃驊市農業局，河北 黃驊061100；4.黃驊市畜牧局，河北 黃驊061100）

＊日糧的陰陽離子平衡（cation－anion balance，CAB）與動物的生產性能、產品品質和健康狀況有著極為密切的關系［1，2］。高CAB日糧可以提高犢牛及泌乳前期、中期奶牛干物質的進食量和平均日增重，提高產奶量、乳脂率、乳蛋白含量，還可以緩解熱應激的負效應［3－5］；而低CAB日糧則可有效預防圍產期奶牛產褥熱，也可大大減少亞臨床型低血鈣的發生［5］。

研究表明，干奶牛日糧的CAB在－200～－100 mEq／kg DM時才能有效防止新產奶牛產褥熱及其他繼發病癥，而絕大多數牧場奶牛干奶期日糧的CAB都在100～200 m Eq／kg DM［6］。為了將日糧CAB降低到－100 mEq／kg DM的適宜水平，目前采用的主要方法是在日糧中添加陰離子鹽。但陰離子鹽的適口性很差，而且圍產前期日糧中飼草的CAB如果超過250 mEq／kg DM，在對日糧適口性沒有影響的條件下，則難以通過添加陰離子鹽來達到預期效果［7］，因此使用低CAB值飼草，降低陰離子鹽的添加量，在不影響日糧適口性的前提下，才能實現對日糧CAB的有效調控。

苜蓿（Medicagosativa）是奶牛飼料的主要原料，但其CAB值高達600 mEq／kg DM［8，9］以上，因而會提高日糧中的CAB水平，進而影響到干奶期奶牛健康水平。為此本試驗研究了不同施肥組合對苜蓿陰陽離子平衡值的調控影響，以期獲得低CAB苜蓿產品，為開發具有特殊功能的苜蓿草產品，進而滿足奶牛特殊生理階段需求以及苜蓿科學施肥技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河北省黃驊市楊二莊鎮周莊村，東經117°27.937′，北緯38°16.087′，屬暖溫帶半濕潤季風氣候區，因為靠近渤海而略具海洋氣候特征，季風顯著，四季分明，夏季潮濕多雨，冬季干燥寒冷，光照充足，年平均氣溫12.5℃，日照時數2 700 h。年降水量570 mm左右。施肥前試驗地土壤養分狀況為：全氮含量為0.087%，K＋、Na＋、Cl－、SO42－含量分別為70.3，30.9，79.9，191.0 mg／kg。

1.2 材料

試驗所用苜蓿品種為中苜一號，播種時間為2006年9月23日；肥料種類有硫酸鉀（含K2O 50%）、氯化銨（含Cl 66%）、過磷酸鈣（含P2O516%）和氧化鎂（含Mg 60%）。

1.3 方法

1.3.1 試驗設計 試驗采用四元二次回歸正交旋轉組合設計，以硫酸鉀（X1）、氯化銨（X2）、過磷酸鈣（X3）、氧化鎂（X4）作為4個因子，分別設置5個水平（表1）。試驗共設36個小區，小區面積5 m×6 m，小區與小區之間保護行寬2 m。

苜蓿在2009年8月13日刈割第3茬后，于8月19日乘雨（降水量30 mm）將所需的各種混合肥料施入不同的小區；除施肥外，各試驗小區的其他管理措施均相同。

表1 試驗因子各水平編碼表Table 1 Code levels of experimental factors kg／hm2

1.3.2 Na＋、K＋、Cl－、S2－含量的測定 苜蓿于2009年9月24日刈割取樣，在烘箱內105°殺青30 min，然后65°烘干至恒重，放置室內恢復至風干狀態，粉碎過篩，收集草粉樣品，密封保存待測。

Na＋、K＋含量參照國標GB／T13885－2003／ISO6869：2000（原子吸收光譜法）測定；Cl－含量的測定參照 GB／T6439－92（飼料中水溶性氯化物的測定方法）；S2－含量的測定參照國標GB／T17776－1999（飼料中硫的測定硝酸鎂法）。

1.3.3 CAB值的計算 CAB＝（Na＋＋K＋）－（Cl－＋S2－），單位：mEq／kg DM。

1.4 數據處理

模型的建立與檢驗根據二次回歸正交旋轉設計原理，以苜蓿的陰陽離子平衡值為目標函數，采用唐啟義和馮明光［10］的DPS軟件進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 陰陽離子測定

Na＋的變化范圍為0.09%～0.22%，K＋的變化范圍為2.40%～4.01%，Cl－的變化范圍為0.84%～1.09%，S2－的變化范圍為0.35%～0.58%（表2）。苜蓿中 K＋含量最高，其次是Cl－和S2－，Na＋的含量最低。本試驗的36個小區中苜蓿CAB值最高為501 m Eq／kg DM，最低可以降到155 m Eq／kg DM。

2.2 數據處理及統計分析

2.2.1 回歸模型的建立 以苜蓿CAB值（表2）作為目標函數（因變量），采用DPS軟件計算，求得苜蓿陰陽離子平衡值與各因素編碼值的回歸數據模型為：Y＝284.026 67－31.660 83X1－10.120 00X2－20.345 83X3－32.791 67X4＋6.767 92X12＋7.554 17X22＋17.680 42X32－0.474 58X42＋7.713 75X1X2＋19.111 25X1X3＋2.905 00X1X4－32.886 25X2X3－49.927 50X2X4＋9.570 00X3X4。

經過顯著性檢驗，剔除不顯著項后得到的回歸方程為：Y＝284.026 67－31.660 83X1－32.791 67X4－32.886 25X2X3－49.927 50X2X4。

經無量綱編碼代換，回歸系數標準化，消除各偏回歸系數間的相關性，可直接從回歸系數絕對值大小判斷各肥料因子對CAB值的影響大小順序為：氧化鎂＞硫酸鉀＞過磷酸鈣＞氯化銨。對苜蓿CAB值有顯著影響的因子為硫酸鉀和氧化鎂；并且氯化銨與過磷酸鈣和氧化鎂之間的相互作用對CAB值有顯著影響。

2.2.2 單因素分析 根據已經建立的數學模型，采用“降維法”對一個自變量的偏回歸進行解析，其實質就是在特定的條件下進行一組單因素試驗，通過自變量與目標函數之間的關系，確定單一因子的最佳水平。各單因子對苜蓿CAB的子模型為：Y1＝284.026 67－31.660 83X1＋6.767 92X12；Y2＝284.026 67－10.120 00X2＋7.554 17X22；Y3＝284.026 67－20.345 83X3＋17.680 42X32；Y4＝284.026 67－32.791 67X4－0.474 58X42。

表2 苜蓿的離子含量及CAB值Table 2 Ion content and cation－anion balance of alfalfa

根據以上模型，可以繪制出CAB隨各因子變化的趨勢圖。在本試驗施肥量的范圍內，硫酸鉀和氧化鎂對苜蓿CAB值有負效應（圖1）；而隨氯化銨和過磷酸鈣施入量的增加，苜蓿CAB值先減小后增大，在1水平時最小。當X1＝250 kg／hm2時，苜蓿CAB值最小為247.78 mEq／kg DM；當 X2＝220 kg／hm2時，苜蓿 CAB值最小為281.46 mEq／kg DM；當 X3＝800 kg／hm2時，苜蓿CAB值最小為281.36 m Eq／kg DM；當 X4＝55 kg／hm2時，苜蓿CAB值最小為216.55 m Eq／kg DM。由此可見，單施一種肥料降低苜蓿CAB值效果不明顯。

2.2.3 因素的交互作用分析 通過對苜蓿CAB值中存在交互作用的各因子進行效應分析，得出達到顯著水平的交互項為氯化銨和過磷酸鈣、氯化銨和氧化鎂。

采用降維法得氯化銨（X2）和過磷酸鈣（X3）的交互作用方程為：Y23＝284.026 67－10.120 00X2－20.345 83X3＋7.554 17X22＋17.680 42X32。根據方程代入編碼值可得表3。

1）當氯化銨處于高水平（2，1）時，苜蓿CAB值隨著過磷酸鈣施入量的增加而降低；在低水平（－2，－1）時，苜蓿的CAB值與過磷酸鈣的施用量成正比（表3，圖2）。

2）當過磷酸鈣處于高水平（2，1）時，苜蓿CAB隨著氯化銨施用量的增加而降低；在低水平（－2，－1）時，苜蓿CAB值隨著氯化銨施用量的增加而升高。

3）當氯化銨和過磷酸鈣都處于最低水平－2或最高水平2時，苜蓿的CAB值最低。

圖1 肥料對苜蓿CAB值的影響Fig.1 Effects of fertilizer on cation－anion balance of alfalfa

上述結果表明，在本試驗條件下，施用大量的氯化銨、過磷酸鈣或施用少量的氯化銨、過磷酸鈣都可以降低苜蓿CAB值。

采用降維法得到氯化銨（X2）和氧化鎂（X4）的交互作用方程為：Y24＝284.026 67－49.927 50X2X4－32.791 67X4＋7.554 17X22－0.474 58X42－10.120 00X2X4。根據方程代入編碼值可得表4。根據表4繪制出氯化銨和氧化鎂的互作效應圖（圖3）。

1）當氯化銨處于高水平（2，1）時，苜蓿CAB值隨著氧化鎂施入量的增加而降低，且變化幅度較大；在低水平（－2，－1）時，苜蓿CAB值則隨著氧化鎂施用量的增加而升高（表4，圖3）。

2）當氧化鎂處于高水平（2，1）時，苜蓿CAB值與氯化銨的施用量呈反比關系；而當氧化鎂處于低水平（－2，－1）時，苜蓿CAB值與氯化銨的施用量呈正比。

3）當氯化銨和氧化鎂都處于最高水平2時，苜蓿CAB值降到最低；當氯化銨處于最高的2水平，氧化鎂為－2水平時，苜蓿CAB值最高。

上述結果表明，在本試驗條件下，施用較高水平的氯化銨和氧化鎂可以降低苜蓿CAB值。

表3 氯化銨（X 2）和過磷酸鈣（X 3）互作效應下的CAB值Table 3 Cation－anion balance of interaction effect between ammonium chloride and superphosphate m Eq／kg DM

表4 氯化銨（X 2）和氧化鎂（X 4）互作效應下的CAB值Table 4 Cation－anion balance of interaction effect between ammonium chloride and magnesium oxide mEq／kg DM

圖2 氯化銨（X 2）和過磷酸鈣（X 3）互作效應圖Fig.2 Interactive between ammonium chloride and superphosphate

圖3 氯化銨（X 2）和氧化鎂（X 4）互作效應圖Fig.3 Interaction between ammonium chloride and magnesium oxide

2.2.4 模擬尋優 綜合考慮單雙因素分析以及苜蓿CAB的最優組合方案，可以確定在本試驗條件下硫酸鉀、氯化銨、過磷酸鈣和氧化鎂的最優用量。應用DPS統計軟件，通過各種肥料對苜蓿CAB值影響效果看出，苜蓿CAB較低時的肥料編碼值點有：X2＝X3＝X4＝2或－2，以及X2＝1，X3＝X4＝2。將這些點代入回歸方程，求得當X1＝－2、X2＝X3＝X4＝2時，苜蓿CAB值最低，為80.55 m Eq／kg DM。即最佳組合為硫酸鉀50 kg／hm2，氯化銨275 kg／hm2，過磷酸鈣1 000 kg／hm2，氧化鎂55 kg／hm2。

3 討論

由本試驗結果模擬得出，單施一種肥料可使苜蓿CAB值達到的最低水平為：硫酸鉀247.78 mEq／kg DM，氯化銨281.46 mEq／kg DM，過磷酸鈣281.36 mEq／kg DM，氧化鎂216.55 mEq／kg DM，而4種肥料合理配施則能使苜蓿的CAB值最低降到80.55 mEq／kg DM。Goff等［11］的試驗表明，單一施用氯化銨或氯化鈣，苜蓿的CAB值最低為210和194 mEq／kg DM，由此可見，單施一種肥料降低苜蓿CAB值效果不明顯，因而為了有效降低苜蓿的CAB值以滿足奶牛特殊生理階段的需求，建議多種肥料進行合理組合，以達到最佳效果。

Goff等［11］指出，用氯化銨或氯化鈣作為單一氯源可顯著提高苜蓿中的氯含量，并使其CAB值顯著下降。Pelletier等［12］和Pehrson等［13］在其他作物上的研究也得到了類似結果。本研究采用氯化銨作為氯源，通過對回歸模型的分析發現其對苜蓿的CAB值影響不顯著。本試驗地位于黃驊市的濱海低平原區，受海水滲透的影響，土壤中的Cl－含量高達79.9 mg／kg，有可能抵消了施用氯化銨的效應，這或許是產生與Goff等［11］研究結果不同的原因所在，但具體原因仍需作進一步研究探討。

本試驗結果表明，苜蓿中K＋含量最高，其次是Cl－和S2－，Na＋的含量最低，說明K＋含量的高低對苜蓿的CAB值具有重要的影響，這與李志強等［14］對幾種重要飼草的陰陽離子平衡分析結果相一致。這一結果同時表明，降低苜蓿株體內的K＋含量是生產低CAB值苜蓿草產品的重要途徑。但鉀是苜蓿產量形成的重要元素，苜蓿對鉀的需求量高于其他任何一種元素，而且對鉀有奢侈吸收現象，因而苜蓿的高產是建立在高鉀的基礎之上的［15］。因此通過降低苜蓿株體內的K＋含量以實現低CAB值苜蓿的生產必須考慮其對產量的影響。研究表明，苜蓿株體內鉀的臨界值為2.6%～3.0%［16］，本試驗結果表明，苜蓿株體內的鉀含量為2.40%～4.01%，CAB值最低（155 mEq／kg DM）的試驗小區苜蓿株體內的鉀含量達2.60%，干草產量達18 997.0 kg／hm2［17］，因而通過調控降低鉀的含量而實現低CAB值苜蓿生產的同時，仍能滿足苜蓿高產對鉀的需要，不會對苜蓿產量造成負面影響。

本研究通過施用硫酸鉀來為苜蓿生長提供鉀和硫2種元素，在為苜蓿生長提供K＋同時，還提供了S2－，然而兩者對苜蓿CAB值的影響截然不同。周湧等［18］研究表明，當以硫酸鉀作為硫肥的供源時，可使苜蓿株體內的硫含量提高50%～70%，同時K＋的含量亦隨之提高，但降低了Na＋的含量。其他研究也表明，外源性鉀在提高菊芋（Helianthustuberosus）株體內K＋含量的同時，Na＋含量下降［19］，外源性Na＋可以顯著降低苜蓿株體內K＋含量［20］，說明K＋、Na＋之間存在拮抗關系。本研究結果表明，硫酸鉀對苜蓿的CAB值有著顯著的負效應，這可能與施用硫酸鉀后苜蓿K＋含量增加的同時，S2－含量的增加和Na＋含量的降低有關，從而導致苜蓿的CAB值隨著施用量的增加而降低，但相關機理尚需作進一步研究。

4 結論

本研究表明，各因素對苜蓿CAB值影響的主次地位是：氧化鎂＞硫酸鉀＞過磷酸鈣＞氯化銨；硫酸鉀和氧化鎂與苜蓿CAB值之間達顯著負效應；而隨氯化銨和過磷酸鈣施入量的增加，苜蓿CAB值先減小后增大，在1水平時最小，但是效應不顯著。

氯化銨單因子對苜蓿CAB值影響不顯著，但是氯化銨與過磷酸鈣和氧化鎂的交互作用顯著影響苜蓿CAB值。當氯化銨和過磷酸鈣的施用量都在最高2或最低－2水平時，苜蓿CAB值最低，為152.48 mEq／kg DM。氯化銨和氧化鎂均處于最高的2水平時，可以將苜蓿的CAB值降低到18.73 mEq／kg DM。

通過模擬尋優，得出苜蓿陰陽離子平衡值最低的肥料配施最佳組合方案為：硫酸鉀50 kg／hm2，氯化銨275 kg／hm2，過磷酸鈣1 000 kg／hm2，氧化鎂55 kg／hm2。

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