氮磷添加對藏北人工牧草生產(chǎn)性能和品質(zhì)的評價

彭艷 ，孫晶遠 ，馬素潔 ，王向濤 ，孫磊 *，魏學紅 *

（1. 華中師范大學生命科學學院，湖北 武漢 430079；2. 西藏農(nóng)牧學院資源與環(huán)境學院，西藏 林芝 860000；3. 西藏農(nóng)牧學院動物科學學院，西藏 林芝 860000）

藏北地區(qū)位于青藏高原腹地，平均海拔4500 m 以上，天然草地資源豐富（59%）是西藏的主要牧區(qū)［1］。由于氣候變化和人類活動的共同影響導致藏北高寒草地退化現(xiàn)象日趨嚴重，牧草產(chǎn)量的不穩(wěn)定，利用年限短等問題使草畜矛盾日益嚴重，對于極度退化草地如“黑土灘”，短期內(nèi)植被難以恢復［2］。建植人工草地不僅可以提高草產(chǎn)量，緩解天然草地退化，而且可以保持生態(tài)平衡，控制超載過牧，促進高寒草地畜牧業(yè)的健康發(fā)展［3?5］。合理施肥不僅可以改善草地土壤中的養(yǎng)分不足，還能對牧草的產(chǎn)量、營養(yǎng)物質(zhì)含量產(chǎn)生明顯的促進作用［6?7］。一般認為，豆科牧草可以利用自身的根瘤菌來固氮以滿足其生長發(fā)育需要的氮素，種植中不需要施入氮肥［8?9］，但也有研究認為氮肥施用是提高豆科牧草產(chǎn)量和改善品質(zhì)的有效措施［10］。劉文輝等［11］認為化肥和有機肥混施顯著地提高了豆科牧草的產(chǎn)量。楊文才等［12］的研究結(jié)果表明，氮磷配合施肥顯著提高了豆禾混播牧草的產(chǎn)量及品質(zhì)。寇明科等［13］認為有機肥和尿素混施可以顯著地提高高寒草地產(chǎn)草量。張學洲等［14］的研究結(jié)果表明N、P、K 合理配比施肥可以改善牧草品質(zhì)，提高人工牧草產(chǎn)草量。陳文業(yè)等［15］的研究表明，施用有機肥和N?P?K 肥使退化高寒草甸牧草株高顯著增加。張子龍［16］的研究結(jié)果表明，通過豆禾混播處理并增施氮磷肥料可以顯著提高飼草干物質(zhì)產(chǎn)量。馬隆喜等［17］的研究結(jié)果表明，高寒草甸牧草產(chǎn)量隨著施磷肥水平的增加而增產(chǎn)。目前關(guān)于人工牧草的研究主要集中在不同施肥組合對牧草生產(chǎn)性能及品質(zhì)的影響，而有關(guān)藏北人工牧草生產(chǎn)性能的相關(guān)分析以及利用不同的評價模型對人工牧草綜合評價的研究較少。因此通過研究氮磷添加對藏北人工牧草生產(chǎn)性能及營養(yǎng)價值的影響及綜合評價，對人工牧草主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量進行相關(guān)分析，同時利用主成分分析法、隸屬函數(shù)分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、相似優(yōu)先比法4 種評價模型對人工牧草進行深入綜合評價，有效篩選和綜合評價人工牧草最優(yōu)組合，為今后在西藏高寒地區(qū)建植高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)人工草地和飼草生產(chǎn)研究提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗點位于西藏自治區(qū)北部那曲市那瑪切鄉(xiāng)六組的高寒草甸。地理坐標為30°44′49″N，91°34′23″E，海拔4570 m，屬高原亞寒帶半濕潤氣候，高寒缺氧，氣候干燥，且多大風天氣，晝夜溫差較大，年平均氣溫?0.9～3.3 ℃，多年平均降水量430 mm，6?9 月占全年降水量的80%以上，年蒸發(fā)量1800 mm。試驗樣地建植人工草地之前為重度退化高寒草甸，原生植被已被破壞，次生裸地約占90%，地表主要為砂土，稀疏分布著細石塊，從淺層至深層土壤類型分別為砂質(zhì)壤土和砂土。0～30 cm 土壤顏色為灰黑色，屬于土壤?植物根系層，植物根系達30%，為砂質(zhì)壤土，30 cm 以下土壤顏色為青灰色，有粗砂和少量碎石；建植前土壤有機質(zhì)為23.53 g·kg?1，全氮為0.71 g·kg?1，全磷為 0.10 g·kg?1，全鉀為 1.23 g·kg?1，速效氮為 221.95 mg·kg?1，速效磷為 3.75 mg·kg?1，速效鉀313.65 mg·kg?1，pH 為 8.65，容重為 1.34 g·cm?3，土壤各成分的含量分別有：礫石 29.75%，黏粒 15.52%，粉粒25.49%，砂粒58.98%。土壤養(yǎng)分相對較少，磷元素較為缺乏；試驗區(qū)周邊原生植被是以耐寒中生高山嵩草（Ko?bresia pygmaea）、青藏苔草（Carex moorcroftii）、紫花針茅（Stipa purpurea）為優(yōu)勢種的高寒草甸，伴生矮火絨草（Leontopodium nanum）、二裂委陵菜（Potentilla bifurca）、青藏狗娃花（Heteropappus bowerii）、冷地早熟禾（Poa crymophila）等常見種。

1.2 試驗材料及設(shè)計

1.2.1 試驗材料 供試牧草4 種，禾本科牧草為綠麥（Secale）和燕麥（Avena sativa），豆科牧草為藏豌豆（Vi?cia tibetica）和箭筈豌豆（Vicia sativa），根據(jù)那瑪切土壤條件進行撒播，豆禾混播比例為1∶1（表1）。供試肥料為有機肥、磷肥、氮肥，有機肥為堆腐熟的羊糞（含N 0.72%，P2O50.45%，K2O 0.50%），磷肥為磷酸二胺（含N 16%，P2O546%），氮肥為尿素（含N 46%）。

表1 人工草地播種量Table 1 The seeding rate of artificial grassland

1.2.2 試驗設(shè)計 于2018 年6 月4 日進行人工草地建植，設(shè)置4 個施肥處理和1 個對照。分別選取不施肥小區(qū)（CK，處理1）、尿素（N，處理2）、磷酸二銨（NP，處理3）、有機肥（OM，處理4），有機肥+尿素+磷酸二銨配施小區(qū)（NPOM，處理 5）為對象，施氮肥75 kg·hm?2，磷肥375 kg·hm?2，有機肥22500 kg·hm?2。各小區(qū)面積為 6 m×3 m，設(shè)3 次重復，共120 個小區(qū)。播前翻耕整地，清除雜草，撒播，播種后覆土2～3 cm，生長期間適時田間管理。

1.3 樣品采集與測定

依據(jù)任繼周［18］的方法進行牧草樣品測定和采集，選擇1 m2的小樣方用目測法確定各種牧草的物候期，10%～20%的植株達到某一個生育階為初期，70%～80%的植株到達為盛期。在牧草初花期進行刈割，割前隨機取9 株測定其自地面到頂端生長點的株高（X1）、莖粗（X2）、分蘗數(shù)或分枝數(shù)（X3），并得出生長速率（X4）；當牧草幼苗高度超過2 cm 時，不同處理小區(qū)選取3 個1 m2樣方統(tǒng)計正常出苗數(shù)，根據(jù)播量分別計算各牧草的出苗率（X5）。在每個實驗小區(qū)隨機選取3 個1 m2樣方，避免邊界效應，樣方距離小區(qū)邊界0.5 m 以上，通過目測法來記錄每個樣方內(nèi)牧草的蓋度（X6）；采用刈割法，從試驗地小區(qū)隨機取樣1 m2留茬5 cm，重復3 次，刈割后立即稱取鮮草產(chǎn)量，同時各取鮮草帶回實驗室（取其中的500 g 分離莖葉），于105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重，并稱重計算干草產(chǎn)量（X0）、莖葉比（X7）和鮮干比（X8）。將牧草帶回實驗室風干粉碎過0.25 mm 篩，進行營養(yǎng)成分測定［19］。采用烘干法測定牧草水分（X9），粗脂肪（X10）采用索氏脂肪抽提法，粗蛋白（X11）采用凱氏定氮法，粗纖維（X12）采用酸堿分次水解法，粗灰分（X13）采用灰化法，Ca（X14）采用EDTA-Na2絡(luò)合滴定法，P（X15）采用氫醌亞硫酸鈉比色法，并計算無氮浸出物（X16）。公式為：

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2019 進行數(shù)據(jù)前期整理，SPSS 23.0 進行單因素方差分析，數(shù)據(jù)表示為“平均值±標準差”，并進行相關(guān)性分析，運用DPS 軟件進行主成分分析法、隸屬函數(shù)分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、相似優(yōu)先比法4 種評價模型對藏北人工牧草進行綜合評價。其中主成分分析中F 值越大、隸屬函數(shù)平均值越大、灰色關(guān)聯(lián)分析法中關(guān)聯(lián)度越大，相似優(yōu)先比法中的相似度越低，牧草的綜合性能就越好［20］。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工牧草的物候期

不同牧草均在6 月4 日播種，6 月中下旬開始出苗，7 月初禾本科牧草進入分蘗期，豆科牧草進入分枝期，8 月初禾本科牧草進入拔節(jié)期，豆科牧草進入抽莖期，9 月初進入抽穗期或現(xiàn)蕾期，9 月上中旬進入開花期，9 月中下旬進入蠟熟期或結(jié)莢期，9 月下旬牧草成熟（表2）。除豆科牧草箭筈豌豆和藏豌豆均不能完成生殖生長，其最終生育期均處于開花期外，其余的牧草品種均能適應那曲地區(qū)的生長條件，完成整個生育期，約為92～109 d。與CK比較，NPOM 處理使牧草的主要物候期提前2～11 d，OM 處理提前2～8 d，P 處理提前了2～12 d，N 處理提前了1～4 d。

表2 人工牧草的主要物候期及其生育天數(shù)Table 2 Major phenology and the whole growth duration of artificial herbage

2.2 人工牧草的生產(chǎn)性能

與CK 相比，除OM 處理降低了人工牧草的莖粗外，不同施肥處理均提高了人工牧草的生產(chǎn)性能（表3）。株高為 4.17～81.01 cm，生長速率為 0.03～1.30 cm·d?1，產(chǎn)量為 3246.30～21047.83 kg·hm?2，鮮干比為 1.40～3.16，莖葉比為0.28～1.69，分蘗或分枝數(shù)為3.00～10.67，出苗率為25.80%～67.06%，莖粗為0.15～1.97 cm，蓋度為4.67%～95.00%，均以NP、NPOM 處理人工牧草生產(chǎn)性能較好，顯著高于CK（P＜0.05）。

表3 人工牧草的生產(chǎn)性能Table 3 The production performance of artificial herbage

2.3 人工牧草的營養(yǎng)價值

對牧草的營養(yǎng)物質(zhì)含量進行測定（表4），其中粗蛋白含量為6.01%～18.03%，粗脂肪的含量為3.04%～8.19%，粗纖維的含量為12.40%～24.23%，粗灰分的含量為4.74%～15.10%，水分的含量為3.67%～9.86%，無氮浸出物的含量為40.03%～57.38%，鈣的含量為0.11%～0.93%，磷含量為0.08%～0.94%。N 處理顯著提高了人工草地的粗蛋白含量（P＜0.05），NP 處理極顯著提高了磷含量（P＜0.01）。

表4 人工牧草營養(yǎng)價值Table 4 Content of nutrition constituents of artificial herbage（%）

2.4 人工牧草各性狀間的相關(guān)性分析

干草產(chǎn)量與16 個性狀簡單相關(guān)系數(shù)排序為出苗率＞蓋度＞莖粗＞株高＞分蘗/枝數(shù)＞生長速率＞粗灰分＞水分＞P＞鮮干比＞無氮浸出物＞粗脂肪＞粗纖維＞莖葉比＞粗蛋白＞Ca（表5）。簡單相關(guān)系數(shù)僅包含了兩變量之間的直接作用，為了研究多變量中兩變量間的真實效應，消除其他變量的影響，應對16 個農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量進行偏相關(guān)分析，其關(guān)系數(shù)排序為株高＞出苗率＞莖葉比＞分蘗/枝數(shù)＞蓋度＞粗脂肪＞莖粗＞粗灰分＞無氮浸出物＞水分＞鮮干比=粗纖維＞粗蛋白＞生長速率＞P＞Ca，其中簡單相關(guān)中出苗率、蓋度、莖粗、株高、分蘗/枝數(shù)、生長速率與產(chǎn)量呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)（P＜0.01），簡單相關(guān)和偏相關(guān)分析均顯示株高及出苗率與產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)（P＜0.05）。株高與出苗率與莖粗、分蘗數(shù)或分枝數(shù)呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。

ht X0 0.898*0.107 0.182 0.024 0.440*0.172 0.279 0.054 0.070 0.110 0.051 0.054 0.083?0.385?0.049 0.078 er rig pp X16 0.000?0.153 0.206 0.033 0.173?0.436*?0.080?0.166?0.992**?0.989**?0.997**?0.996**?0.995**?0.407*?0.116 0.067 X15 0.044?0.051?0.099?0.046 0.330?0.103 0.095?0.031?0.093?0.097?0.128?0.150?0.141?0.002?0.163 0.126 X14 0.108?0.306 0.216?0.058 0.319?0.429*?0.055?0.201?0.388?0.352?0.421*?0.437*?0.402*0.435**?0.455**?0.493**artial correlation coefficients in the u X13?0.051?0.181 0.225 0.079 0.216?0.403*?0.042?0.129?0.988**?0.982**?0.990**?0.992**0.388*0.358*?0.688**0.310 X12 0.038?0.170 0.198?0.005 0.181?0.440*?0.065?0.183?0.989**?0.985**?0.994**?0.799**?0.565**?0.586**0.503**?0.184 er left corner and the p X11 0.000?0.133 0.203 0.035 0.165?0.453*?0.086?0.166?0.989**?0.983**?0.519**0.476**0.561**0.106?0.821**?0.353*X10 0.033?0.150 0.180?0.001 0.165?0.429*?0.065?0.176?0.979**0.569**?0.641**0.572**0.592**0.459**?0.726**0.048。數(shù)X9?0.014?0.183 0.212 0.039 0.150?0.364?0.072?0.117 0.371*0.069?0.436**0.348*0.119 0.400*?0.408**0.285系關(guān)相ple correlation coefficients in the low?0.700**0.511**0.578**?0.584**0.517**?0.545**偏為he sim X8 0.488*0.108 0.192?0.381 0.081?0.454*0.237 0.478**0.275 0.080角上數(shù)1 lev右el. T，系.0 X7 0.282 0.126?0.139?0.207?0.274?0.505**?0.276?0.463**?0.097?0.027 0.399*?0.290?0.045?0.233 0.110?0.239關(guān)相單簡為X6 0.322 0.244?0.057?0.210 0.146?0.291?0.309 0.384*?0.184?0.522**0.138?0.042?0.685**?0.046 0.209 0.734**角下左；關(guān)traitsX5 0.112 0.124?0.063?0.123 0.417**?0.459**0.417**0.398*0.367*?0.006?0.567**0.658**0.028 0.438**?0.257 0.739**相nificant correlation at the 0著顯w sig in下ma平*sho etween X4 0.986**?0.018?0.463*0.311 0.436**?0.017 0.370*0.165 0.174 0.087?0.066 0.061?0.181?0.013?0.163 0.408**01 水0.el；*在5 lev alysis b.0 X3 0.434*0.309 0.353*0.546**0.043?0.315*0.740**0.223 0.302 0.241?0.397*0.400*0.138 0.146?0.301 0.409**示* 表；*析an關(guān)相分著關(guān)tion X2 0.019 0.467**0.569**0.475**0.690**0.146 0.159 0.042 0.058顯相?0.206?0.056?0.177?0.004?0.569**?0.083 0.729**下t correlation at the 0的平間0.sign he correla 0.607**0.416**0.988**0.309 0.442**?0.016 0.392*0.156 0.153 0.049?0.008 0.002?0.208?0.032?0.130 0.423**05 水ifican狀X1性在各ow狀Trait 5 er.示表Table 5 T性X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X0：*表注Note：*sh rn co

2.5 人工牧草綜合評價

由于不同評價方法存在差異，而這些差異的產(chǎn)生與評價模型、各指標權(quán)重的選取有關(guān)，因此粗略地將4 種評價模型的權(quán)重設(shè)為一致，降低評價方法之間計算誤差。選取表3 和4 中的17 項指標進行綜合分析，以各評價方法的排序進行模糊評分，其分值越低綜合性能越好。4 個評價模型的綜合排序結(jié)果（表6）表明：有機肥和氮磷耦合技術(shù)以NPOM 處理的綠麥與藏豌豆，NP 處理的燕麥、綠麥與藏豌豆綜合評價較好。

表6 綜合分析及排序Table 6 The ranking with weighted comprehensive analysis

3 討論

3.1 人工牧草生產(chǎn)性能及營養(yǎng)價值

針對藏北那瑪切高寒草地氮磷缺乏，有必要適量添加氮磷肥促進人工牧草幼苗期的生長。適量添加氮磷肥均提高了藏北人工牧草的生產(chǎn)性能及營養(yǎng)價值，這與寇明科等［13］、宗寧等［20］、張凡凡等［21］的研究結(jié)果一致，可能是氮、磷均為人工牧草所必需的營養(yǎng)元素。不同人工牧草對氮磷添加存在明顯差異，這些差異與牧草的屬性和施肥有關(guān)，這與Yang 等［22］的研究結(jié)果一致。在人工牧草生長發(fā)育過程中除豆科牧草箭筈豌豆、藏豌豆最終生育期均處于分枝期或開花期外，其余的牧草均能完成整個生育期，這與魏學紅等［23］的研究結(jié)果一致，可能是那瑪切氣候、海拔限制了豆科牧草的生長，不能成熟。氮磷添加均提前了牧草的主要物候期，與王長麗［24］的研究結(jié)果一致，可能與那瑪切氣候條件有關(guān)，其降水主要集中在6?9 月的生長季，生育期短，牧草迅速成熟。與龍會英等［25］的研究結(jié)果氮磷的添加刺激了牧草對養(yǎng)分的吸收，促進了牧草的生長，推遲了牧草的主要物候期不一致，可能是牧草生長在云南省元謀縣全年氣溫為15.9～28.5 ℃，降水量達645 mm，氣候條件良好有關(guān)。與未施肥相比，施有機肥降低了人工牧草的莖粗，這與陶夢慧［26］的研究結(jié)果不一致，可能與人工草地建植前的土壤有機質(zhì)為21.6 g·kg?1，通過施22500 kg·hm?2有機肥含有較高的有機質(zhì)，抑制了人工牧草莖粗的增加。有機肥和氮磷耦合對提高人工牧草營養(yǎng)價值較好，這與Jensen 等［27］的研究結(jié)果氮、磷、鉀肥施用抑制了牧草的生長不一致，可能是有機肥與氮磷耦合彌補了單一肥料施肥引起的部分營養(yǎng)成分下降。與單播相比，豆禾混播提高了人工牧草的營養(yǎng)價值，這與李春喜等［28］的研究結(jié)果一致，可能是混播改善了資源利用結(jié)構(gòu)。

氮磷肥在牧草生長發(fā)育過程中起著至關(guān)重要的作用，不同的施肥方式必然會影響人工草地的生產(chǎn)性能［29］。生產(chǎn)性能主要表現(xiàn)在產(chǎn)量上，藏北人工草地的干草產(chǎn)量影響最大的是株高，出苗率，莖葉比、分蘗/枝數(shù)和蓋度，這與任洪雷等［30］、王艷青等［31］、徐暢［32］的研究結(jié)果基本一致，與魏臻武等［33］的研究結(jié)果略有不同，這可能是在進行綜合評價時所選用指標與其存在差異。出苗率與莖粗、分蘗數(shù)或分枝數(shù)呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，因此在藏北人工草地建植中應將出苗率、莖粗、株高、分蘗/枝數(shù)作為重要指標加以考慮。

3.2 人工牧草綜合評價

有效篩選和綜合評價人工牧草的性能不能只看單項指標，只有品種綜合性能最佳才適宜推廣種植。藏北人工草地以燕麥與藏豌豆、綠麥與藏豌豆、燕麥單播綜合評價較好。這與趙景學［34］、段呈等［35］、宋國英［36］的研究結(jié)果一致，燕麥積溫要求最低，耐瘠、耐堿、耐旱，藏豌豆抗寒、抗旱和適應性廣，同時豆禾混播有利于提高資源利用效率。不同施肥處理下人工牧草均以 NP、NPOM 處理最佳，與楊文才等［12］、龍會英等［25］、楊曉霞等［37］、苗曉茸等［38］對高寒草甸研究結(jié)果一致。肖玉［39］的研究結(jié)果表明高寒草地植物的生長發(fā)育過程中受土壤中可利用磷含量的限制。Liu 等［40］研究表明，中國西南地區(qū)退化草地的生產(chǎn)力受到氮、磷和鉀的共同限制，氮和磷是主要的限制因素。Dobben 等［41］研究表明，磷是西歐草地的主要限制因素，鉀、磷、氮的添加提高了牧草的生產(chǎn)力。可能是由于高寒草地植物的生長發(fā)育過程中土壤氮磷耦合后效的疊加，使土壤養(yǎng)分持續(xù)增加，土壤肥力提高，同時豆禾混播后可減輕對土壤礦物質(zhì)營養(yǎng)元素的競爭，使土壤中各種養(yǎng)分得以充分利用，牧草性能顯著提高［42］。試驗僅對有機肥和氮磷耦合技術(shù)下藏北人工牧草各農(nóng)藝性狀對產(chǎn)量的影響進行評價，沒有開展牧草品種抗寒性、抗旱性研究及氮磷施用量的梯度試驗，對此將在后續(xù)試驗中進行深入研究。

4 結(jié)論

藏北高寒草地氮磷缺乏，與未施肥（CK）相比，氮磷添加均使人工牧草的生產(chǎn)性能和營養(yǎng)價值明顯提高，其主

要物候期提前1～12 d。其中，對藏北人工牧草的產(chǎn)量影響最大的是株高和出苗率。不同施肥處理下以NPOM處理的綠麥與藏豌豆，NP 處理的燕麥、綠麥與藏豌豆，NPOM 處理的燕麥與藏豌豆綜合評價較好，人工牧草均以NP 和 NPOM 處理最佳 。