刈割后不同施氮水平對延安市巨菌草農(nóng)藝性狀及飼用品質(zhì)的影響

鄧振山，王小江，商榮芳，陳凱凱，齊向英，孫志宏，賀曉龍

（延安大學生命科學學院，陜西 延安 716000）

巨菌草（Pennisetum sp.）隸屬禾本科狼尾草屬，多年生，適宜在熱帶、亞熱帶、溫帶生長和人工栽培。巨菌草是2005—2007年間由福建農(nóng)林大學菌草研究所在南非引進的品種，因其在當?shù)厣L時植株特別高大，因此將其暫命名為巨菌草，后經(jīng)鑒定其與國內(nèi)其他狼尾草略有差別，現(xiàn)正在申報新品種認定。巨菌草屬典型的C4植物，其植株高大，株高一般為3～5 m；抗逆性強，產(chǎn)量高，粗蛋白和糖分含量高。巨菌草具有適應性強、利用期長、生物量高、營養(yǎng)價值和適口性好等特點[1]，其用途廣泛，既可作為優(yōu)質(zhì)的食、藥用菌生產(chǎn)原料，又可作為，可作為豬、牛、羊、魚、兔等動物的飼料，還可利用其代煤發(fā)電，生產(chǎn)沼氣及治理水土流失等，是一種具有較大種植潛力和社會經(jīng)濟生態(tài)效益的草種，而且已形成了較為完善的菌草技術(shù)。目前菌草技術(shù)已在我國32 個省、市的385 個縣（市）應用[2]。我國南方已有大面積的種植與應用，年種植多年收獲，若種植管理方法得當，成活率在95%以上[3]，但是在我國北方地區(qū)種植還存在很多問題[4]。

為了促進菌草業(yè)的發(fā)展和提高巨菌草資源在社會、經(jīng)濟、生態(tài)的效益，近年來很多學者在我國的各個地區(qū)對巨菌草進行了引進種植，巨菌草的種植，既受環(huán)境的影響，也能影響種植地的環(huán)境。張進國等[5]對不同海拔的菌草研究表明，隨著海拔的升高，巨菌草的生長期縮短，產(chǎn)量下降，年刈割次數(shù)減少，且植株逐漸矮化。林興生等[6]研究種植于荒坡地、不同生長年限（1、2、3、5年）的巨菌草對土壤微生物群落功能多樣性及肥力的影響，結(jié)果表明在荒坡地種植巨菌草，可增加土壤微生物群落功能多樣性，在一定程度上提高土壤肥力，荒坡地種植巨菌草能涵養(yǎng)水源，保持水土。龍鴻艷[7]在喀什地區(qū)進行了巨菌草的引種試驗，研究表明適當?shù)呢赘顣r間、頻度和留茬高度能發(fā)揮牧草的補償性生長，改變營養(yǎng)物質(zhì)在牧草植株體內(nèi)的積累與分配，提高牧草的產(chǎn)量和品質(zhì)。張秀平等[4]也在冀中南地區(qū)完成了巨菌草引種試驗。丁銘等[3]對巨菌草引進試驗及栽培種植技術(shù)研究。陳碧成等[8]就巨菌草在不同生長時間的常規(guī)營養(yǎng)成分及氨基酸含量進行了測定。此外，卜耀軍等[9]對榆林地區(qū)菌草的產(chǎn)量及品質(zhì)也開展了研究。在延安黃土丘陵溝壑區(qū)，因黃土母質(zhì)土壤氮營養(yǎng)較為缺乏，土壤氮通常是限制植物生長的主要因素之一。近年來，我國關(guān)于對巨菌草的研究多集中于不同地區(qū)的引種、種植方法、產(chǎn)量品質(zhì)及生長狀況的研究[7-9]，但鮮見有針對延安市巨菌草施肥管理方面的研究，尤其缺乏施氮管理對巨菌草農(nóng)藝性狀、形態(tài)、生理特性和飼用品質(zhì)影響的報道。

自從國家在延安市實施“退耕還林還草工程”以來，采取封山育林措施，畜牧業(yè)養(yǎng)殖模式由傳統(tǒng)的散養(yǎng)型改為圈養(yǎng)型，結(jié)果導致飼草短缺已成為制約延安市畜牧業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。鑒于此，為緩解延安市糧草爭地矛盾，解決畜牧業(yè)發(fā)展中飼草短缺和“治溝造地工程”中的土壤改良問題，本文通過對不同純氮施用量下巨菌草農(nóng)藝學指標和形態(tài)、生理特性的測定，探究不同施氮水平對延安市菌草的農(nóng)藝性狀和飼用品質(zhì)的影響，以期為延安市巨菌草氮肥的合理施用和高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)，促進當?shù)匦竽翗I(yè)的發(fā)展及延安市菌草產(chǎn)業(yè)高效規(guī)范化管理與示范和推廣提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)自然概況

試驗于2015—2016年在陜西省延安市寶塔區(qū)延安市新區(qū)試驗田（E109°30'，N36°63'）進行。該試驗地屬于內(nèi)陸干旱半干旱氣候，四季分明、日照充足、晝夜溫差大、年均無霜期170 d，年均氣溫7.7 ℃～10.6℃，海拔約為1037.1m，年均日照數(shù)2300～2700 h，年均降水量500 mm 左右。試驗地土壤類型為黃棉土，試驗田為非耕作土，耕層（0～27 cm）土壤理化性質(zhì)如下：速效氮33.10 mg/kg，速效磷25.17 mg/kg，速效鉀187.80 mg/kg，有機質(zhì) 2.16 g/kg，pH 值為 8.36，無灌溉條件。

1.2 試驗材料

供試巨菌草種節(jié)由福建農(nóng)林大學國家菌草工程研究中心提供。

1.3 試驗設計

于2015年5月26日，選擇其中一塊長勢相對一致的田塊開展進一步試驗研究，具體試驗設計如下：隨機選擇9 個試驗小區(qū)，面積為12 m（23 m×4 m），將其分為3 組，區(qū)間設有0.5 m 的保護帶，重復間隔1 m。選擇腋芽飽滿、健康及生長期為6 個月以上的巨菌草（Pennisetum sp.）莖稈作為草種，以株行距為40 cm×60 cm 進行扦插種植；扦插時，腋芽向上或朝向兩側(cè)，與地面成30～45 度角，深度：腋芽埋入土層3～5 cm[13，15]。

在2015年7月2日進行第1 次刈割后，同時對第1 次刈割后的二茬巨菌草，分別設置6 個不同氮肥用量（以純N 計）處理（見表1），其中，處理1 為不施氮肥對照，氮肥品種為尿素，每個處理3 次重復，試驗采用隨機區(qū)組排列設計。所有肥料施用量均按0～30 cm 土層的干土重計算，在播種前一次性基施，均勻混入0～30 cm 土層。到2015年10月26日進行第2 次齊地刈割，收獲全部鮮草，對不同處理后的二茬巨菌草的株高、分蘗數(shù)、葉片數(shù)、單株重等農(nóng)藝學指標；株圍（即莖的周長，用軟尺測量）、葉長、葉寬、節(jié)數(shù)、節(jié)長形態(tài)指標進行定期測定。并分別處于分蘗期（2015年 7月 26日）、拔節(jié)期（8月 26日）、成熟期（9月26日）采取草樣，進行巨菌草的營養(yǎng)成分測定。

表1 試驗處理水平Table 1 The experimental treatment level

1.4 測定項目和方法

1.4.1 測定項目

①營養(yǎng)成分測定：水分、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、粗灰分、無氮浸出物。

②農(nóng)藝學指標測定：觀測各處理植株的株高、分蘗數(shù)、葉片數(shù)、單株鮮重。

③形態(tài)學指標測定：莖周長、葉長、葉寬。

④生理學指標：葉綠素含量。

1.4.2 測定方法

營養(yǎng)成分的測定方法[10]：①采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量（water soluble carbohydrate，WSC）[10]34-35；②采用van Soest 法測定中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）[10]80-82；③采用 550 ℃高溫灼燒法測定飼料中粗灰分含量[10]62-63；④采用酸堿消煮法測定飼料中粗纖維的[10]58-59；⑤采用索氏抽提法飼測定料中粗脂肪[10]108-109。

水分含量的測定：參照國標GB/T6435-2014 測定飼料中水分。粗蛋白含量的測定：參照國標中GB/T6432-1994 飼料中粗蛋白測定方法。

無氮浸出物含量的測定[11]：通過計算養(yǎng)分的百分含量之和為100，減去水分、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗纖維、粗灰分的百分含量后的余數(shù)視為無氮浸出物的百分含量。每次取樣時，在每小區(qū)選取有代表性的5 株鮮樣混合，人工切碎成3 cm 左右的樣段，采用四分法，隨機取約500 g 鮮樣，待自然風干后在65 ℃烘干至恒重制備風干樣品[11]。相對葉綠素含量（用SPAD 值表示）的測定采用日本Konica Minolta 公司SPAD-502 葉綠素儀測量葉片不同區(qū)域的SPAD值，每個區(qū)域重復測量5 次，取平均值作為此部位的 SPAD 值[15]。

1.4.3 植株的測定方法

取樣時，采用5 點取樣法，分別在各試驗小區(qū)內(nèi)選取5 叢巨菌草，進行分蘗數(shù)和相對葉綠素含量的測定，5 叢平均值作為小區(qū)的測定值，其他形態(tài)特征的測定時，在選取的各叢巨菌草隨機選取3 株，共15 株進行測定，15 株平均值作小區(qū)的測定值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)處理采用IBM SPSS Statistics 20 和Microsoft Excel 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件完成，各指標數(shù)值采用最小顯著差數(shù)法（LSD）進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對巨菌草農(nóng)藝性狀的影響

2.1.1 分蘗數(shù)的影響

氮肥對巨菌草的分蘗有一定的影響，在一定范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加，分蘗數(shù)有增長趨勢，由表2和圖1可以看出，處理5 分蘗數(shù)最多，平均為13.53個，但超過這個值后會隨施氮量的增加而趨于下降；由方差分析得出，處理4、5 的分蘗數(shù)顯著高于處理1、2，其中處理 5 與處理 1 差異極顯著（P＜0.05）。

表2 不同施氮水平對巨菌草農(nóng)藝性狀、生理特性的影響Table 2 The effect of different quantity N of fertilization on the agronomic traits and physiological characteristics of Pennisetum sp.

圖1 不同處理對單株分蘗數(shù)的影響Figure 1 The effect of different treatments on average tillers number in one plant

2.1.2 對鮮草株高的影響

施氮量對巨菌草的株高有一定的影響，由表2和圖2可知，在一定范圍內(nèi)，植株的株高會隨著施氮量的增加有增長趨勢，在處理5 處的株高最大，平均為87.80 cm，之后有下降趨勢。由差異顯著性分析可得，處理5 的株高顯著高于處理1、3，且與處理1 存在極顯著差異（P＜0.05），處理 1、2、3、4、6 間差異不顯著（P＜0.05）。

2.1.3 對植株莖周長的影響

圖2 不同處理對平均單株株高的影響Figure 2 The effect of different treatments on average plant heights in one plant

如表2和圖3所示，氮肥對菌草植株莖周長的影響不大，處理5 的莖周長值最大，平均為5.75 cm。由方差分析可知，處理5 與處理3 之間存在極顯著差異（P＜0.05），其他各處理間差異不明顯（P＜0.05）。

2.1.4 對鮮草葉片數(shù)的影響

如表2和圖4所示，除處理3 外，在一定范圍內(nèi)，植株葉片數(shù)隨施肥量的增加有增長趨勢，在處理5 的植株葉片數(shù)最高，平均為14.33 個，而后又有所下降，其中，處理 1、2、4、6 之間差異不顯著（P＜0.05），處理 5 與處理 3 差異極顯著（P＜0.05）。

2.1.5 對鮮草葉長的影響

由表2和圖5可知施氮水平對巨菌草葉片長度有影響，在一定范圍內(nèi)，巨菌草的葉長隨施肥量的增加有增長趨勢，葉片長度在處理4 最大，為81.89 cm，根據(jù)方差分析結(jié)果顯示，處理1、4 與處理2、3 存在顯著差異，處理 2、3、5、6 間差異不顯著。

2.1.6 對鮮草葉寬的影響

氮肥對巨菌草的鮮草單株葉寬沒有明顯影響，處理之間差異不顯著，其中處理1 葉寬最大，處理2葉寬最小，平均寬度分別為2.84 cm 和2.52 cm（見圖6）。

圖3 不同處理對平均單株莖周長的影響Figure 3 The effect of different treatments on average stem perimeters in one plant

圖4 不同處理對平均單株葉片數(shù)的影響Figure 4 The effect of different treatments on average number of leaves in one plant

圖5 不同處理對平均單株葉長的影響Figure 5 The effect of different treatments on average length of leaves in one plant

2.1.7 對鮮草葉片相對葉綠素含量的影響

氮肥對巨菌草的相對葉綠素含量（用SPAD 表示）沒有明顯影響，如圖7所示，處理間無明顯差異性，SPAD 值變化范圍在 43.37～46.81 之間（見圖7）。

2.1.8 不同施氮水平對鮮草單株重的影響

氮肥對巨菌草的平均單株重有一定的影響，在一定范圍內(nèi)，平均單株重隨著施氮量的增加呈增長趨勢，但單株鮮重在處理5 處最大，平均為0.59 kg，而后開始下降，處理5 單株株重顯著高于處理1、2、3，且處理 5 與處理 1 差異極顯著（P＜0.05），處理 1、2、3 之間差異不顯著（P＜0.05）（見圖8）。

圖6 不同處理對平均單株葉寬的影響Figure 6 The effect of different treatments on average width of leaves in one plant

圖7 不同處理對平均單株葉綠素含量的影響Figure 7 The effect of different treatments on average chlorophyll contents in one plant

圖8 不同處理對平均單株株重的影響Figure 8 The effect of different treatments on average plant weights in one plant

2.2 對巨菌草飼用品質(zhì)的影響結(jié)果

由表3結(jié)果表明，巨菌草的營養(yǎng)成分會隨著生長時間的延長逐漸發(fā)生變化，巨菌草的水分、粗蛋白、粗脂肪含量在拔節(jié)期（8月份）前隨生長期的延長有明顯的增長，均在拔節(jié)期達到最大值7.78%、13.85%、2.92%，8月份后又逐漸降低；粗纖維含量在個營養(yǎng)成分中所占比例最大，隨生長期的延長粗纖維含量在拔節(jié)期快速升高，同時無氮浸出物含量快速降低，拔節(jié)期后，粗纖維含量和無氮浸出物含量變化速度減慢，但仍分別呈升高和降低趨勢。

表3 各物候期巨菌草風干樣品營養(yǎng)成分含量的測定結(jié)果Table 3 The results of the air-dried sample contents of nutritional composition of Pennisetum sp.in different phenological phase

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

氮素是影響飼草產(chǎn)量和營養(yǎng)價值的重要營養(yǎng)元素之一，成為飼草生產(chǎn)中最難準確定量的肥料[12]，也是飼草生長發(fā)育的主要限制因子。研究表明，施用氮肥能顯著提高飼草產(chǎn)量、改善營養(yǎng)價值[13]。對禾本科飼草而言，因其不具備固氮能力，如果土壤中氮含量不足，則只能靠外界供氮來滿足自身生長所需。但不同地區(qū)和不同飼草品種對氮肥的響應差異巨大。淑艷等[14]對雜交臂形草的研究中表明最佳純氮施用量為30 kg/hm2。林興生等[15]在菌草產(chǎn)業(yè)發(fā)展的幾個關(guān)鍵技術(shù)研究中所得最佳尿素追肥量為750 kg/hm2。丁成龍等[16]對美洲狼尾草（Pennisetum americanum）的研究表明，施氮量在0～450 kg/hm2范圍內(nèi)，其鮮、干草產(chǎn)量均隨氮量的增加而顯著提高。而本文在氮肥試驗中的結(jié)果表明，巨菌草的株高、分蘗數(shù)、株圍、單株鮮重等均在純氮施用量為184 kg/hm2處理處的表現(xiàn)最好，此結(jié)果與上述研究結(jié)果相差較大，分析其原因，可能是由土壤肥力差異和地區(qū)差異性所導致的，本試驗的土壤肥力較低，為非耕作土，且處于陜北較為干旱的地區(qū)，隨著巨菌草的生長，增大了對營養(yǎng)和水等資源的需求量，從而限制了單株生長。對于葉綠素含量的結(jié)果表明，氮肥施用量對葉綠素含量的影響不明顯，可能是基肥中的施氮縮小了各時期間葉綠素含量的差距[17]。

本試驗中對不同純氮施用量下巨菌草植株葉片數(shù)、葉長、葉寬等形態(tài)特征的研究，在一定程度上反映了巨菌草在延安市的生長狀況，純氮施用量對巨菌草的分蘗數(shù)、株高、單株鮮重的影響，此結(jié)果與胡敏等的研究一致[18]。但本研究只涉及刈割后氮肥管理對巨菌草農(nóng)藝性狀和飼用品質(zhì)影響，許多研究表明刈割次數(shù)、刈割時期和留茬高度也顯著影響巨菌草產(chǎn)量和品質(zhì)[4-6]。因此，在今后的研究中要進一步探討不同刈割次數(shù)、刈割時期和留茬高度巨菌草農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，并進一步探討其產(chǎn)生變化的機理研究。

另外，與其他禾本科植物一樣，巨菌草中存在著豐富的內(nèi)生固氮菌資源，其主要的菌群門類為變形菌門（Proteobacteria）和藍藻菌門（Cyanobacteria）；主要核心屬為，克雷伯氏菌屬（Klebsiella），草螺菌屬（Herbaspirillum）和慢生根瘤菌（Bradyrhizobium），可為植物的生長、營養(yǎng)利用、增強抗逆性等起到重要的促進作用[19]。同時，巨菌草莖、葉部固氮菌群種類和豐度在拔節(jié)期最高[19]，這與本文拔節(jié)期收獲的巨菌草所含的粗蛋白和粗纖維含量最高的結(jié)果一致。林標聲等[19]通過CCA 分析表明，溫度是影響巨菌草內(nèi)生固氮菌菌群變化的主要因素，其次是濕度和pH 值，且其中豐度最高的20 個屬種有11 個屬與溫度影響呈正相關(guān)，其中包括禾本科植物主要的固氮菌群克雷伯氏菌屬（Klebsiella），表明較高的溫度條件下巨菌草內(nèi)生固氮菌群增多，聯(lián)合固氮作用增強，有利于植物的生長。而延安市3—5月溫度較低（平均氣溫小于15 ℃），尤其是晝夜溫差大（可超過15 ℃），從而降低了固氮和光合效率，導致苗期某些指標降低。種植巨菌草后沙地有機質(zhì)、酶活性及微生物數(shù)量有明顯增加，固沙效果明顯[20]。內(nèi)生固氮菌可以在根際或植物體內(nèi)進行聯(lián)合固氮，為植物生長提供氮素或促生長物質(zhì)，經(jīng)測定，種植后巨菌草的總氮含量超過了其從土壤和肥料中攝取的總氮量，這其中很可能是巨菌草內(nèi)生固氮菌起了很大的作用[21]，這就解釋了本文中出現(xiàn)了植株株圍、鮮草葉片數(shù)、鮮草葉長等某些指標低于對照的結(jié)果。

3.2 結(jié)論

本文通過探究分蘗期、拔節(jié)期和成熟期3 個生育期下，不同施氮處理對巨菌草農(nóng)藝性狀、形態(tài)、生理特性和飼用品質(zhì)的影響，表明氮肥對巨菌草的分蘗數(shù)、株高、單株鮮重有一定的影響。而且，在一定范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加，有增長趨勢；適宜的氮肥用量可顯著提高巨菌草產(chǎn)量，純氮施用量為184 kg/hm2最高。同時表明在當?shù)匕喂?jié)期收獲的巨菌草所含的粗蛋白含量最高，是作為飼草的最佳時期。本文的研究結(jié)果為延安市巨菌草種植的田間管理技術(shù)和大面積推廣應用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。