氮添加對科爾沁沙地羊草產量及氮肥利用效率的影響

王紅靜，馬金寶，叢百明，周立業

(1.內蒙古民族大學農學院，內蒙古 通遼 028000；2.通遼市畜牧獸醫科學研究所，內蒙古 通遼 028000)

禾本科賴草屬羊草(Leymuschiueusis)為內蒙古東部和東北部天然草地上的重要牧草之一，抗寒冷、耐瘠薄，具有較強的適應能力[1-2]，是我國北方草原有較好優勢的植物資源，在發展草原畜牧業和北方生態環境保護方面具有舉足輕重的地位[3-5]。科爾沁沙地地處我國北方半干旱地區，土壤沙化瘠薄、風力強勁，這些特定的自然條件以及長期以來管理水平的低下限制了羊草的種植和開發。

氮素是植物必需的礦物質元素，氮肥是牧草增產增效的限制因子，施氮肥可以促進牧草生長、提高牧草品質及土壤養分含量[6-7]。董曉兵等[8]研究表明，施氮肥可顯著增加羊草粗蛋白含量，但過量的氮肥投入會引起土壤養分失衡，肥量殘留增多，降低羊草產量、品質及氮肥利用效率[9-10]，致使土壤酸化、N2O等溫室氣體排放等系列問題[11-12]；施肥不足又影響植物的生長。氮肥利用率可以作為衡量氮肥施入是否合理的重要指標，且不同土壤環境下氮肥利用效率有很大的區別[13]，因此，研究不同氮肥用量對植物氮素吸收與利用的影響并得出合理的施入量是科學添加氮肥的關鍵。大田作物玉米、水稻、麥類等在氮肥利用的研究方面有較多的報道[14-17]。

本試驗對科爾沁典型沙化土壤上建植的羊草草地進行施氮處理，設置不同施氮水平，探究氮肥處理對羊草產量、土壤全氮及氮肥利用方面的影響，確定既能保證羊草優質高產、又能確保氮素不殘留的最佳氮肥量，為科爾沁沙地人工種植羊草草地的生產提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗地位于內蒙古民族大學科技園區(E 122°28′，N 43°63′)。試驗田土壤類型為沙土，耕層土壤為20 cm。年平均氣溫3℃，10℃以上積溫3 200℃，無霜期145 d，年平均降水量400 mm，年平均風速3.7 m/s。

1.2 供試材料

供試材料為2016年人工建植的長勢基本一致的羊草草地，羊草品種為吉農1號，采用人工條播播種方式，深度2 cm，行距20 cm，播種量30 kg/hm2。每年春季返青時各小區施重過磷酸鈣(磷含量為44%)和氯化鉀(鉀含量為60%)均為200 kg/hm2，施肥后利用噴灌設施灌水。

1.3 試驗方法

田間羊草施N肥試驗設計：試驗區采取隨機區組設計，設置了0(CK)、100、200、300、400 kg/hm2的施氮(純氮)量，分別用N0、N1、N2、N3、N4表示，試驗用氮肥為尿素(氮含量為46%)。小區面積為12 m2(3 m×4 m)，4次重復，共20個小區。于2016-2019年連續4年進行人工追施氮肥，施肥時間為4月20日和6月20日，采用撒施方式施肥，施肥后立即進行噴灌。2016年～2018年每年于6月20日和9月20日刈割2次，留茬5 cm。本試驗土樣采集分別于2019年苗期、拔節期、抽穗期分3次進行，草樣于2019年6月20日(抽穗期)進行刈割取樣。

1.4 取樣方法和測定指標

土壤全氮測定：各小區打3鉆，取土深度為20 cm，陰干，用四分法取其中1份，除去土壤中羊草根毛、石塊等，過0.25 mm篩子備用，采用凱氏定氮儀法測定[18]。

干草產量測定：收獲期在各小區隨機取2個1 m2樣方測定其鮮草產量，取200 g鮮草，稱重，105℃殺青15 min，之后75℃烘干至恒定，稱重，計算干鮮比并折算干草產量[19]。

植株粗蛋白測定：抽穗期各小區取全株草樣品250 g殺青，烘干，粉碎，采用凱氏定氮儀法測定氮含量[19]。

氮肥貢獻率=(施氮區產量-對照區產量)/施氮區產量×100%

吸氮量=植物地上部全氮×植物地上部重量

土壤氮素依存率=對照區地上部吸氮量/施氮區地上部吸氮量×100%

氮肥農學利用率=(施氮區產量-對照區產量)/施氮量

氮肥吸收利用率=(施氮區地上部吸氮量-對照區地上部吸氮量)/施氮量×100%

氮肥生理利用率=(施氮區產量-對照區產量)/(施氮區地上部吸氮量-對照區地上部吸氮量)

氮肥偏生產力=施氮區產量/施氮量

1.5 數據分析

試驗數據用Microsoft Excel 2007軟件處理和制作表格，SPSS 17.0軟件進行方差顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同施氮水平對土壤全氮含量的影響

羊草草地土壤苗期和拔節期各施肥處理間全氮含量無顯著差異，其中拔節期和抽穗期羊草草地土壤全氮含量均隨施肥量的增加呈增加趨勢(表1)。抽穗期N4處理土壤全氮含量顯著高于N0、N1和N2處理(P<0.05)。在不施肥處理下，羊草抽穗期土壤全氮含量顯著低于苗期和拔節期(P<0.05)。

表1 不同施氮水平土壤全氮的變化

2.2 不同施氮水平對羊草干草產量的影響

羊草草產量隨著施肥水平的增加呈先增加后降低趨勢(圖1)。N1水平下草產量顯著高于N0水平(P<0.05)，N2和N4水平間草產量無顯著差異，顯著低于N3水平(P<0.05)，顯著高于N1水平(P<0.05)。根據羊草干草產量與施肥量，得回歸方程為：y=-0.073x2+45.21x+3 808，通過方程分析施氮肥水平在309.66 kg/hm2草產量達到最高。

圖1 不同施氮水平羊草干草產量Fig.1 Yield of Leymus chinensis in response to different nitrogen application levels

2.3 不同施氮水平對羊草全株粗蛋白含量的影響

羊草全株粗蛋白含量隨著施肥水平的增加呈增加趨勢(圖2)。N0、N1和N2水平間羊草全株粗蛋白含量無顯著性差異，N4水平下羊草全株粗蛋白含量最高，顯著高于N0、N1和N2水平(P<0.05)，與N3水平下全株粗蛋白含量無顯著性差異(P>0.05)。

圖2 不同施氮水平羊草全株粗蛋白含量Fig.2 Crude protein content at the whole plant level of Leymus chinensis in response to different nitrogen application levels

2.4 不同施氮水平對氮肥貢獻率與土壤氮素依存率的影響

氮肥貢獻率隨施氮水平的增加呈先增加再降低的趨勢，其中N3水平氮肥貢獻率最高，顯著高于N1水平(P<0.05)(表2)。土壤氮素依存率隨施氮水平的增加呈下降趨勢，其中N1水平土壤氮素依存率顯著高于其他施肥水平(P<0.05)。

表2 不同施氮水平氮肥貢獻率與土壤氮素依存率

2.5 不同施氮水平對氮肥利用率的影響

氮肥農學利用率隨著施肥水平的增加呈先升高再降低的趨勢，其中N2水平氮肥農學利用率最高，顯著高于N1水平(P<0.05)。氮肥吸收利用率隨著施肥水平的增加呈先升高再降低的趨勢，其中N3水平氮肥吸收利用率達到最大，顯著高于N1水平(P<0.05)。氮肥生理利用率隨著施肥水平的增加呈下降趨勢，其中N4水平氮肥生理利用率顯著低于N2和N3水平(P<0.05)。N1水平氮肥生理利用率顯著高于其他施肥水平(P<0.05)；氮肥偏生產力隨著施肥水平的增加呈下降趨勢，其中N4水平氮肥偏生產力顯著低于其他施肥水平(P<0.05)(表3)。

表3 不同施氮水平氮肥利用率

2.6 各指標間相關性分析

氮肥貢獻率、氮肥吸收利用率與其產量呈極顯著正相關，說明氮肥吸收利用率越高，產量越大，氮肥貢獻率越大。土壤氮素依存率、氮肥生理利用率與其產量呈極顯著負相關，說明如果產量較低時，不施肥總吸氮量會較大于施肥總吸氮量，則施肥沒有促進其增產增效。拔節期土壤全氮和收獲期土壤全氮與其干草產量呈顯著正相關，說明生長時土壤全氮越高，草產量越高(表4)。

表4 各指標間相關性分析

3 討論

羊草自身不具備固氮能力，外界提供氮素的多少決定了羊草能利用氮素量的高低。前人的研究表明，施用氮肥可以顯著提高羊草產量，且可以有效提高草產品品質，但是過量施用氮肥會增加生產成本，降低增產效益[20]。因此，在人工羊草草地的建植中，追施氮肥是一項必要的舉措，其中，施肥量是一個技術難點，需要綜合考慮環境、成本等問題。胡冬雪等[21]研究表明氮肥不僅能夠提高草產量，而且能夠提高羊草氮吸收量。本試驗結果表明科爾沁沙地施氮量為309.66 kg/hm2時羊草草產量最高，植株粗蛋白含量隨著施氮水平的增加而增加，說明施肥可以顯著改善羊草營養結構且可以提高羊草產量。

明確人工羊草草地對氮肥吸收利用情況是合理施肥的重要條件之一。氮肥施入后會受環境等各方面的影響而有不同程度的揮發、流失等。土壤全氮含量在一定程度上反映著土壤的營養水平。本研究中，各水平施肥處理下羊草苗期至抽穗期土壤全氮含量的變化差異不顯著，說明各施肥水平下干草產量的增加也隨之帶走同比例的氮素，致使各施肥水平下羊草草地土壤全氮含量在羊草收獲后差異不顯著。前人研究表明，作物地上部分的生物量與肥料施入量之間并不是簡單的線性關系，而是存在著一定的閾值。孫志廣等[22]在飼用燕麥氮肥研究中發現氮肥的增加可以提高植物的氮肥利用率，并得出合理的施氮量。本試驗中，氮肥對羊草的貢獻率隨著施氮量的增加呈現逐漸增加的趨勢，并在N4水平下達到最大，而氮肥利用率則呈現先增加后降低的趨勢，并且在N2水平下達到最大，以上試驗結果表明氮肥利用率、氮肥農學利用和氮肥吸收利用率都在N3處理下達到最大，且相關分析表明，氮肥利用率與其草產量呈顯著正相關，表明N3施肥水平是科爾沁沙地最適宜的施肥量。

4 結論

N3水平處理下氮肥吸收利用率和氮肥貢獻率最大，且氮肥農學利用率較高。通過回歸方程分析表明施肥量為309.66 kg/hm2時羊草干草產量最優，此時收獲羊草干草粗蛋白含量較高，且土壤殘留氮素較低，能夠最大限度的利用氮素而不造成環境污染，可以作為科爾沁沙地人工羊草草地的最佳施肥量。