刈割和施肥對熱研4號王草生物量影響初報

曹啟民，張永北，王 博，覃姜薇，王貴珍

（海南省農墾科學院，海南 海口 570206）

能源植物被認為是最有發展潛力的生物質能源之一，近幾年來發展迅速。草本植物由于具有高太陽能轉化和水分利用效率，以及高生物質產量、高適應性、強抗逆能力、環境友好而成為重要的能源植物被開發利用［1-2］。國內外對能源草的研究主要集中于能源草的種質資源開發、栽培管理、能效評估、生物能源轉化技術等方面［3-7］。研究表明，可作為能源草開發的資源約 164 種，涉及 33 個科。其中禾本科最多，共 59 種，多為富含碳水化合物的多年生能源草［8-9］。李高楊等［10］探討了優質能源植物的篩選及評價指標，結果表明，熱研4號王草（Pennisetum purpureum Rich.×P.americana King grass cv.Reyan No.4）是最適宜生產清潔生物質能源的能源草之一。熱研4號王草是禾本科狼尾草屬高稈多年生草本植物，原產于熱帶非洲，是象草（P.purpureum）和美洲狼尾草（P.americanum）的雜交種，以優質、高產而著稱，具有強光合作用，利用年限長，再生能力、適應性和抗逆性強等特點，被譽為“草中之王”［11］。研究表明，刈割時間與施肥等農業措施對能源草的生長、產量、品質和用途等方面的指標均具重要影響［12-16］。迄今國內外有關刈割時間對單位面積上熱研4號王草生物質產量的報道很少。因此，本研究通過探討刈割和施肥對熱研4號王草生長和產量的影響，進而確定最佳的施肥量、刈割時間和刈割頻率，旨在提高熱研4號王草增產以及高效利用的潛力，從而為熱帶地區熱研4號王草高效生產和利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于海南省澄邁縣白蓮鎮境內，地處低緯度熱帶北緣，屬于熱帶海洋性季風氣候，春季溫暖少雨多旱，夏季高溫多雨，秋季多臺風暴雨。全年日照時間長，輻射能量大，年平均日照時數2 000 h以上。年平均氣溫24.3℃，最高平均氣溫28℃左右，最低平均氣溫18℃左右；極端氣溫為最高39.7℃，最低2.7℃。年平均降水量1 668 mm，年平均蒸發量1 835 mm，平均相對濕度為84%。常年風向以東南風和東北風為主，年平均風速3.3 m/s。試驗地土壤為玄武巖發育的磚紅壤，土壤基本理化性質如下：有機質22.63 g/kg、速效氮46.07 mg/kg、速效磷23.27 mg/kg、速效鉀155.33 mg/kg，pH值5.2。

1.2 試驗設計

試驗材料為熱研4號王草，購于中國熱帶農業科學院。試驗肥料復合肥（N∶P∶K=9∶5∶6），購自于海南邦禾益生園生物科技有限公司。

試驗按隨機區組試驗設計，確定刈割時間和施肥2個因素，刈割時間設5個水平，分別為20、30、40、50、60 d；施肥設3個水平，分別為1 563、3 127、4 690 kg/hm2。以不刈割不施肥為對照，每個處理3次重復，共20個處理，60個小區，小區長4.8 m、寬4 m，面積19.2 m2，小區種植密度株行距均為80 cm。小區間隔3 m，區組間隔6 m，隨機區組排列。小區施肥第1次每處理同時施肥，以后每次刈割后施肥同第1次，留茬高度15 cm。

試驗時間為2015年6月27日至8月26日，60 d。刈割間隔20 d的處理可刈割3次，刈割間隔30 d的處理可刈割2次，其他刈割間隔處理各刈割1次。分別測定每小區的鮮草質量。

試驗數據采用MS Excel 2007、SPSS 19.0等軟件進行統計分析。采用 t 測驗進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 相同刈割時間不同刈割次數對鮮草生物量的影響

由圖1A可知，刈割時間為20 d，刈割3次的熱研4號王草在第2次刈割時生物量最大，最大值為施肥量1 563 kg/hm2時的41 340.10 kg/hm2，且與施肥量是3 127、4 690 kg/hm2處理的各次刈割生物量差異顯著，但與對照差異不顯著。第1次刈割與第3次刈割，鮮草生物量在不同施肥量之間差異不顯著，與對照差異也不顯著。表明刈割時間為20 d，3次刈割熱研4號王草生物量在夏季60 d的生長周期內，第2次刈割生物量最大，且不受施肥量影響。

從圖1B可以看出，刈割時間為30 d，刈割2次的熱研4號王草，不同施肥量處理第1次刈割鮮草生物量均多于第2次，除施肥量為3 127 kg/hm2的處理外，且均與第2次差異顯著，表明刈割時間為30 d，2次刈割熱研4號王草第1次刈割生物量較大，且不受施肥量的影響。這與刈割時間為20 d，刈割3次的處理相似。刈割時間為30 d，第1次刈割正是刈割時間為20 d處理的第1次刈割后第10 d，這段時間正處于降雨階段，因此，與刈割時間為20 d處理的第2次刈割生物量最大類似，降雨導致了第1次刈割鮮草生物量較第2次刈割大。但這需要進一步深入研究證實。

圖1 刈割時間為20 d、刈割3次（A）與刈割時間為30 d、刈割2次（B）的鮮草生物量比較

2.2 相同施肥量不同刈割時間對單次刈割鮮草生物量的影響

由圖2可知，施肥量相同但刈割時間不同，鮮草生物量不同。隨著刈割時間的增加，施肥量為1 563 kg/hm2各處理鮮草生物量逐步增加，刈割時間為60 d的鮮草生物量最大、達111 514.06 kg/hm2，最少的是刈割時間為20 d的鮮草生物量、為21 555.91 kg/hm2，且兩者差異顯著，但刈割時間為20 d，與刈割時間為30、40 d的鮮草生物差異不顯著，與刈割時間為50 d的差異顯著（圖2A）。施肥量為3 127、4 690 kg/hm2處理表現出與施肥量為1 563 kg/hm2處理相似的規律，最大和最小鮮草生物量分別是刈割時間為60 d與刈割時間為20 d的處理，但不同的是施肥量為3 127、4 690 kg/hm2處理刈割時間為30、40 d之間鮮草生物量差異顯著（圖2B），施肥量為4 690 kg/hm2處理刈割時間為20、30、40 d三者之間鮮草生物量差異顯著（圖2C）。3種不同施肥量處理間共同特點就是刈割時間為50 d和60 d之間鮮草生物量差異不顯著，而與其他各處理差異顯著。表明熱研4號王草在夏季60 d的生長周期內，刈割時間數值越高、刈割次數越低，鮮草生物量就越大 。

圖2 施肥量與刈割時間對單次刈割鮮草生物量的影響

2.3 施肥量、刈割時間以及刈割次數對鮮草總生物量的影響

從圖3可以看出，施肥量為1 563 kg/hm2的處理，刈割時間為40 d的鮮草總生物量最小、僅為43 077.08 kg/hm2，且與其他不同刈割時間鮮草總生物量差異顯著（圖3A）；施肥量為3 127 kg/hm2的處理，刈割時間為40 d的鮮草總生物量最小、為51 761.98 kg/hm2，但與刈割時間為20 d的鮮草總生物量差異不顯著，與其他不同刈割時間鮮草總生物量差異顯著（圖3B）；施肥量為4 690 kg/hm2的處理，刈割時間為20 d的鮮草總生物量最小、僅為39 186.25 kg/hm2，且與其他不同刈割時間鮮草總生物量差異顯著（圖3C）；鮮草總生物量最大和最小的均是施肥量為4 690 kg/hm2的處理，最大總生物量是刈割時間為60 d的113 077.34 kg/hm2，最小生物量是刈割時間為20 d的39 186.25 kg/hm2。表明夏季生長的熱研4號王草，60 d的生長周期內，施用復合肥（N∶P∶K=9∶5∶6）4 690 kg/hm2，60 d后刈割，可以獲得最大的鮮草生物量。

圖3 施肥量與刈割時間和刈割次數對鮮草總生物量的影響

2.4 不同施肥量對刈割時間為40、50、60 d的鮮草總生物量的影響

從圖4可以看出，在刈割時間為40 d、施肥量為4 690 kg/hm2時，鮮草總生物量比施肥量為1 563 kg/hm2的處理顯著增加。在刈割時間為50 d和60 d時，隨著施肥量的增加，產量并無差異。

圖4 不同施肥量對刈割時間為40、50、60 d的鮮草總生物量的影響

3 結論與討論

本研究主要為了能在短時間內獲得熱研4號王草的最大生物量，以期為生產車用沼氣的工廠提供大量原料。雖然有關各種牧草的刈割對產量與品質的影響報道較多［12-16］，但這些研究的目的主要在畜牧飼草利用方面，顯然與我們研究的目的不同，因此在刈割時間及次數等參數的設定上有很大差異。另外，海南高溫高濕的自然環境為熱研4號王草的快速生長提供了良好條件。大面積種植熱研4號，考慮實際成本和效益，灌溉設施不可能大面積配套，因此研究中未設定灌溉因素，忽略人工澆水的因素，這也是農業生產實際情況。

本研究結果表明，刈割時間為20 d，3次刈割熱研4號王草生物量在夏季60 d的生長周期內，第2次刈割生物量最大。可能原因是第1次刈割后，下雨導致了熱研4號王草生長速率加快，而且土壤適宜的含水量也提高了植物對肥料的利用率。王永林等［17］研究表明，在人工灌溉的條件下生長的兩種熱帶牧草，生長速率加快，刈割周期變短，產量明顯增加。此外，根據氣象數據，第一次刈割后到第二次刈割前，試驗地所處區域的有效降雨量達6 mm。這相當于試驗區進行了一次有效的人工灌溉，因此導致第2次刈割熱研4號王草生物量明顯增大。刈割時間為30 d、2次刈割的熱研4號王草生物量也表現出類似的情況。說明降雨對適時刈割的鮮草生物量產生重要影響。但這需要進一步深入研究證實。

本研究將施肥量作為重要的考量因素，并沒有對熱研4號王草刈割生物量產生顯著的影響。施肥量不同，在刈割時間為40 d、施肥量為4 690 kg/hm2時比施肥量為1 563 kg/hm2的產量顯著增加。在刈割時間為50、60 d時，隨著施肥量的增加，產量并無差異。這說明施肥量并沒有對刈割時間和刈割次數在鮮草生物量上產生影響，這與其他類似研究結果有很大不同，前人研究結果大都表明，施肥對不同種類牧草的產量產生重要影響［18-20］。這可能是施肥方式或肥料比例、肥料利用率等方面的差異所致［21-22］，而且本研究所設定的刈割時間短，每次刈割前的施肥到下一次刈割并沒有對熱研4號王草的生長產生影響，因此生物量沒有明顯變化。另外，試驗區域的干旱氣候，也是造成施肥因素沒有產生影響的重要原因之一。

綜上所述，熱研4號王草在海南夏季6～8月份60 d的生長期內，在相同施肥量下，就單次刈割生物量和總生物量而言，刈割時間間隔越長、刈割次數越低，鮮草生物量就越大，刈割時間為50 d和60 d之間鮮草生物量差異不顯著；不同的施肥條件下，在刈割時間間隔為40 d時，施肥量為4 690 kg/hm2比施肥量為1 563 kg/hm2的產量顯著增加，刈割時間間隔為50 d和60 d時，隨著施肥量的增加產量并無差異。