陜北風(fēng)沙草灘區(qū)沙地蛋白桑最優(yōu)氮、磷、鉀配比的篩選

柴乖強(qiáng)，馬曙皓陽(yáng)，李 琳，段義忠，霍彥波，亢福仁

（1榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，陜西榆林 719000；2陜西省陜北礦區(qū)生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西榆林 719000）

0 引言

榆林北部風(fēng)沙草灘區(qū)，位于中國(guó)毛烏素沙地南緣，年降雨量不足400 mm，屬典型的干旱半干旱地區(qū)[1]。由于年降水少，此地便形成了貧瘠地、鹽堿地和風(fēng)沙草灘地等基礎(chǔ)土壤肥力較差的土地類型[2-3]。研究表明抗旱且具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植被對(duì)風(fēng)沙草灘區(qū)土壤的改良具有重要作用[4]。桑樹(shù)(Morus albaL.)屬桑科(Moraceae)桑屬(MorusLinn.)落葉喬木，因其良好的適應(yīng)性而廣泛分布于世界各地[5]，在中國(guó)已有超過(guò)5000 多年的栽培歷史。桑樹(shù)全身都是寶，葉片可以入藥或加工飼料[6]，桑枝粉碎后可以用來(lái)生產(chǎn)香菇或桑黃[6]，加之桑樹(shù)可以種植在撂荒的風(fēng)沙草灘地，具有不與糧爭(zhēng)地的特點(diǎn)，因此越來(lái)越受到人類的青睞。

當(dāng)前，有關(guān)蛋白桑的研究主要集中在優(yōu)化栽培種植技術(shù)、飼料發(fā)酵、畜禽養(yǎng)殖等方面[7-8]，然而，隨著蛋白桑的大面積應(yīng)用與推廣，人類對(duì)其產(chǎn)量、品質(zhì)的要求也越來(lái)越高，如何提高蛋白桑的產(chǎn)量和品質(zhì)，已經(jīng)成為擺在眾多農(nóng)業(yè)科技工作者面前的問(wèn)題[9]。前人研究表明，不同氮磷鉀肥料配施對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育及光能利用效率具有重要的影響，進(jìn)而影響植物的產(chǎn)量和品質(zhì)，尤其在貧瘠的土地上科學(xué)合理的施肥是保證植物可持續(xù)利用與高效豐產(chǎn)的關(guān)鍵[10]。盛開(kāi)等[11]研究了氮磷鉀配施對(duì)菊芋生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明氮磷鉀配施可顯著促進(jìn)菊芋生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)其光能利用效率，提高塊莖產(chǎn)量。王樂(lè)政等[12]采用“3414”肥料效應(yīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，研究了氮、磷、鉀肥配施對(duì)夏播紅小豆干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和效益的影響，結(jié)果表明隨著氮、磷、鉀施肥水平的提高，紅小豆干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和效益均呈先增加后降低的趨勢(shì)，說(shuō)明合理的肥料配施處理能顯著增加作物的產(chǎn)量、干物質(zhì)積累和生產(chǎn)效益。

氮磷鉀肥配施是否也能促進(jìn)沙地蛋白桑增產(chǎn)增效，當(dāng)前還未見(jiàn)研究報(bào)道。鑒于此，本研究探究了氮磷鉀肥施用對(duì)榆林北部風(fēng)沙草灘區(qū)沙地蛋白桑生理特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，明確氮磷鉀肥優(yōu)化配施對(duì)蛋白桑的增產(chǎn)增效作用，以期為該區(qū)域沙地蛋白桑豐產(chǎn)優(yōu)化施肥提供試驗(yàn)基礎(chǔ)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)地基本情況

蛋白桑品種‘榆引桑-1’（圖1），該品種抗逆性強(qiáng)，植株高度可達(dá)3 m 以上，生育期為150 d 左右，根系發(fā)達(dá)，由陜西省陜北礦區(qū)生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室引種并種植保存。

圖1 蛋白桑材料‘榆引桑-1’

試驗(yàn)地位于陜西省榆林市榆陽(yáng)區(qū)機(jī)場(chǎng)路陜西省林業(yè)局苗木試驗(yàn)示范基地(N 38°57′，E 109°28′)，海拔1010 m，屬干旱半干旱大陸季風(fēng)性氣候，日照充足，年日照時(shí)數(shù)2700 h，年平均氣溫7.5℃，年平均降雨量380 mm，夏季降雨多于冬季，全年無(wú)霜期為160 d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020 年4 月至11 月進(jìn)行，設(shè)置8 個(gè)處理(T0、T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7)，各處理的氮磷鉀施肥量如下所示（表1），每個(gè)處理在沙地蛋白桑栽植前均施入普通有機(jī)肥（豬糞0.75 kg/m2）和生物菌肥(0.18 kg/m2)作為基肥。每個(gè)處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)小區(qū)的面積為12 m×2.4 m=28.8 m2，并且以T0處理組作為對(duì)照。

表1 試驗(yàn)因素和水平設(shè)計(jì) kg/hm2

每個(gè)小區(qū)共種植18 株蛋白桑苗，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)邊行種植1排桑樹(shù)作為保護(hù)行。氮肥為含氮量為46%的尿素，磷肥為含P2O518%的過(guò)磷酸鈣，鉀肥為含K2O 52%的硫酸鉀，氮肥、磷肥和鉀肥混合后分2次施入（第1 次為第一次刈割后采用滴灌水溶施入60%，第2 次為枝條快速伸長(zhǎng)期采用滴灌水溶施入40%）。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 蛋白桑生理特性的測(cè)定 葉綠素含量采用丙酮提取后分光光度計(jì)法測(cè)定；凈光合速率(Pn)及蒸騰速率(Tr)于晴朗無(wú)風(fēng)的上午10:00—12:00 采用美國(guó)Li-Cor公司生產(chǎn)的Li-6400型光合作用系統(tǒng)測(cè)定，測(cè)定時(shí)在各處理小區(qū)中間區(qū)域隨機(jī)選取5株桑樹(shù)相同葉位的葉片進(jìn)行。

1.3.2 水分利用效率的測(cè)定 水分利用效率(WUE)為植物消耗單位水量生產(chǎn)出的生物學(xué)產(chǎn)量，其計(jì)算公式如式(1)所示。

式中，WUE為水分利用效率[kg/(hm2·mm)]，Y為桑樹(shù)全生育期生物學(xué)產(chǎn)量(kg/hm2)，ET為植物全生育期的耗水量(mm)。

植物全生育期耗水量(ET)用農(nóng)田水分平衡法計(jì)算，由于本試驗(yàn)小區(qū)平整、試驗(yàn)區(qū)未產(chǎn)生深層滲漏和地下水補(bǔ)給，因此，適用于計(jì)算本試驗(yàn)的作物耗水量的計(jì)算公式，如式(2)所示。

式中，ET為作物耗水量(mm)，W1和W2分別為桑樹(shù)種植前和收獲時(shí)0～100 cm土層的土壤貯水量(mm)，P為桑樹(shù)全生育期間的降水量(mm)。

1.3.3 蛋白桑產(chǎn)量和品質(zhì)的測(cè)定 在蛋白桑成熟期，在每個(gè)處理小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選擇5 株桑樹(shù)苗，每株從地上30 cm 處割下，將葉片和莖桿分別裝進(jìn)紗網(wǎng)袋中，自然風(fēng)干后分別進(jìn)行稱重。總產(chǎn)量的測(cè)定方法：將小區(qū)內(nèi)（除保護(hù)行）所有的單株割下，混合裝入網(wǎng)袋后自然風(fēng)干，稱重，并換算成產(chǎn)量。粗灰分、粗蛋白和粗脂肪含量的測(cè)定分別采用灼燒法、全自動(dòng)凱氏定氮法和索氏試劑提取法[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 處理所有數(shù)據(jù)，使用SPSS26.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析和相關(guān)性分析。最后采用Sigmaplot 12.5軟件繪圖。

利用隸屬函數(shù)法對(duì)所有測(cè)定指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，并應(yīng)用公式(3)進(jìn)行計(jì)算，如果計(jì)算結(jié)果為負(fù)值，則用公式(4)進(jìn)行計(jì)算。

其中，Xi為某一指標(biāo)測(cè)定值；Xmin和Xmax分別為所有處理某一指標(biāo)的最小值和最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)蛋白桑生理特性的影響

為了研究不同施肥處理對(duì)沙地蛋白桑生理特性的影響，在桑樹(shù)生長(zhǎng)的最旺盛期（8 月10 日），分別測(cè)定了桑樹(shù)的葉綠素含量、凈光合速率、蒸騰速率和水分利用效率，結(jié)果表明（圖2），與對(duì)照相比，T2、T3、T4、T5、T6和T7處理的葉綠素含量均顯著增高(P<0.05)，且T5處理的葉綠素含量最高。T3、T4、T5、T6和T7處理的凈光合速率顯著高于對(duì)照(P<0.05)，T5處理的凈光合速率最高，說(shuō)明增施肥料能提高葉片的光合速率。各肥料處理對(duì)桑樹(shù)葉片蒸騰速率的影響具有和光合速率相似的規(guī)律，均表現(xiàn)出隨著施肥量的增加而表現(xiàn)出先增高后減低的趨勢(shì)，并且在T4處理時(shí)其蒸騰速率最大。水分利用效率的變化也表現(xiàn)出先增高后降低的趨勢(shì)，其中T5處理時(shí)其水分利用效率最好。說(shuō)明T5處理(N 150 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)對(duì)榆林北部風(fēng)沙草灘區(qū)桑樹(shù)的生長(zhǎng)具有較好的促進(jìn)作用。

圖2 不同施肥處理對(duì)蛋白桑生理特性的影響

2.2 不同施肥處理對(duì)蛋白桑株高及產(chǎn)量的影響

不同施肥處理下，通過(guò)測(cè)定蛋白桑的株高、單株干葉重、單株莖桿重、單株生物學(xué)產(chǎn)量和總產(chǎn)量，結(jié)果表明（圖3），蛋白桑株高平均值為275.3 cm，且各處理間無(wú)顯著差異(P＞0.05)，而對(duì)單株干葉重而言，各處理間存在一定差異，隨著施肥量的增加，桑樹(shù)干葉重呈現(xiàn)出先增高后降低的趨勢(shì)，且T5處理下干葉重達(dá)到最大值。單株莖桿平均重量為1.18 kg，各處理間無(wú)顯著差異(P＞0.05)；而單株生物學(xué)產(chǎn)量和總產(chǎn)量的分別為1.60～1.93 kg/株和4996.8～6559.4 kg/hm2，隨著施肥量的增加均呈現(xiàn)出先增高后降低的趨勢(shì)，且二者分別在T4處理和T5處理下達(dá)到最大值。綜合產(chǎn)量指標(biāo)，T5處理(N 150 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)對(duì)沙地桑樹(shù)的生產(chǎn)具有較好的促進(jìn)作用。

圖3 不同施肥處理對(duì)蛋白桑株高及產(chǎn)量的影響

2.3 不同施肥處理對(duì)蛋白桑品質(zhì)的影響

通過(guò)測(cè)定不同肥料處理下沙地蛋白桑的粗蛋白、粗脂肪、灰分和可溶性糖含量，結(jié)果表明（圖4），各不同肥料處理間可溶性糖含量變化不大(P＞0.05)；粗蛋白含量隨著施肥量的增加呈現(xiàn)出先增高后降低的趨勢(shì)，并且在T4和T5處理下的桑樹(shù)葉片粗蛋白質(zhì)含量較高，分別為232.10 g/kg和228.83 g/kg，顯著高于對(duì)照處理(P＜0.05)；粗脂肪含量隨著施肥量的變化趨勢(shì)和粗蛋白的變化相似，在T4、T5和T6處理下均顯著高于對(duì)照(P＜0.05)，分別是對(duì)照處理的1.80、1.90、1.78 倍。灰分含量隨著施肥量的增加也呈現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)，并且在T6處理下達(dá)到最高。綜合分析肥料處理下蛋白桑的品質(zhì)，T4(N 150 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 40 kg/hm2)和T5處理(N 150 kg/hm2，P2O560 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)對(duì)沙地桑樹(shù)的品質(zhì)的提升效果較為明顯。

圖4 不同施肥處理對(duì)蛋白桑品質(zhì)的影響

2.4 不同施肥處理?xiàng)l件下桑樹(shù)各生理生化和品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性分析

對(duì)不同施肥處理?xiàng)l件下桑樹(shù)各生理生化和品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明（表2），桑樹(shù)水分利用效率與葉綠素含量、凈光合速率、產(chǎn)量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、灰分和可溶性糖含量呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，與蒸騰速率和單株葉干重呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)；桑樹(shù)產(chǎn)量與葉綠素含量、凈光合速率、水分利用效率、粗蛋白含量和粗脂肪含量呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，與蒸騰速率和灰分含量呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)；粗蛋白含量與葉綠素含量、凈光合速率、水分利用效率、產(chǎn)量、粗脂肪和灰分含量呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，而與單株干葉重呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)。綜合水分利用效率、產(chǎn)量和粗蛋白含量與各指標(biāo)的相關(guān)分析，篩選出葉綠素含量、凈光合速率、蒸騰速率、水分利用效率、單株葉干重產(chǎn)量、產(chǎn)量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、灰分和可溶性糖等10個(gè)指標(biāo)作為對(duì)施肥處理組合的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.5 利用隸屬函數(shù)法綜合篩選最優(yōu)施肥處理

為進(jìn)一步確定最適合陜北沙地蛋白桑的肥料組合，結(jié)合相關(guān)性分析結(jié)果，并利用隸屬函數(shù)法對(duì)桑樹(shù)不同施肥處理進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明（表3），T5處理的平均隸屬函數(shù)值最高(0.544)，綜合表現(xiàn)最好；其次是T6處理和T4處理的綜合表現(xiàn)次之；T0處理的平均隸屬函數(shù)值最低(0.375)，綜合表現(xiàn)最差。因此，T5處理(N 150 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)可以作為陜北北部風(fēng)沙草灘區(qū)沙地桑種植中最適宜的施肥組合。

表3 不同施肥處理下蛋白桑生理、產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)的綜合隸屬函數(shù)分析

3 結(jié)論與討論

陜北風(fēng)沙草灘區(qū)地處毛烏素沙地邊緣，屬典型的干旱地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，因此篩選適合在該區(qū)域種植的資源植物，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境、防治沙漠化和增加農(nóng)民收入都具有重要的意義[14-15]。沙地蛋白桑是一種生長(zhǎng)速度快、產(chǎn)量高、耐逆能力強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)植物，因此經(jīng)常被研究者選擇在沙地、邊坡地、撂荒地和礦區(qū)采煤沉陷地種植[16]。同時(shí)沙地桑因其粗蛋白含量較高、氨基酸種類豐富、且含有豐富的多種活性物質(zhì)（如類胡蘿卜素、維生素、桑黃酮、槲皮素、桑多糖、生物堿等），也經(jīng)常被用做飼料添加劑，并且能夠增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體對(duì)疾病的抵抗力[17]。李偉玲[18]在蒙古羯羊基礎(chǔ)日糧中添加不同比例的桑葉后發(fā)現(xiàn)，桑葉能提高機(jī)體抗氧化能力與免疫能力。因此，桑飼料也越來(lái)越受到飼料研究者的關(guān)注和青睞。

研究表明，科學(xué)的施肥措施對(duì)保障干旱地區(qū)植物增產(chǎn)有重要影響，因?yàn)楹侠砼涫┑⒘住⑩浄剩兄诟纳谱魑锏貭I(yíng)養(yǎng)，減少氮素?fù)p失，在增產(chǎn)的同時(shí)能提高氮素利用率，最終提升土壤的可持續(xù)生產(chǎn)潛力[19-20]。在以往的研究中，氮、磷、鉀配施或兩兩配施互作效應(yīng)明顯，因能充分發(fā)揮土壤各種養(yǎng)分的肥效，對(duì)番茄[21]、谷子[22]、小麥[23]等作物的增產(chǎn)效果明顯。張素梅等[24]對(duì)胡麻進(jìn)行了不同氮、磷、鉀配施處理發(fā)現(xiàn)，氮、磷、鉀肥配施處理下，其產(chǎn)量與不施肥處理相比，提高了4.95%～24.07%，且胡麻產(chǎn)量隨著施肥量的增長(zhǎng)呈現(xiàn)出先增高后降低的趨勢(shì)。在本試驗(yàn)中，筆者采研究了不同氮、磷、鉀肥配施處理對(duì)陜北風(fēng)沙草灘區(qū)沙地蛋白桑生理特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明T5處理(N 150 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 60 kg/hm2)對(duì)沙地桑樹(shù)的增產(chǎn)效果最好，這與賈帥等[25]在馬鈴薯上的研究結(jié)果相同。

蛋白桑營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的提高可以為桑飼料的添加研究提高基礎(chǔ)。在本研究中，通過(guò)氮、磷、鉀肥配施處理，粗蛋白和粗脂肪含量隨著施肥量的增加呈現(xiàn)出先增高后緩慢降低的趨勢(shì)，并且在T4和T5處理下的桑樹(shù)葉片粗蛋白和粗脂肪含量達(dá)到最大。說(shuō)明一定量的肥料配施能夠在一定程度上促進(jìn)桑葉蛋白含量的增加，但是肥料超量施用后會(huì)明顯抑制蛋白量的增加。這與龍素霞等[26]的研究結(jié)果相似。

氮、磷、鉀肥配施對(duì)植物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響不是各個(gè)因素效應(yīng)簡(jiǎn)單的累加，而是每個(gè)因素相互作用形成的[27]。謝勇等[28]通過(guò)對(duì)紫花苜蓿進(jìn)行氮磷鉀配施試驗(yàn)，結(jié)果表明磷氮、磷鉀互作能有效提高產(chǎn)量，而氮鉀互作則卻抑制產(chǎn)量形成。在本實(shí)驗(yàn)中，筆者利用隸屬函數(shù)分析法將不同肥料配施處理下桑樹(shù)的生理生化、產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)綜合分析，結(jié)果表明氮磷鉀中量配施均能顯著提高桑樹(shù)的產(chǎn)量和品質(zhì)，氮磷鉀高量配施卻抑制了桑樹(shù)產(chǎn)量和品質(zhì)的提高，這可能與選用的桑樹(shù)材料和土壤類型有關(guān)。本試驗(yàn)通過(guò)研究不同施肥處理對(duì)沙地蛋白桑葉片光合特性、瞬時(shí)水分利用效率、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)合隸屬函數(shù)分析，最終篩選出在陜北風(fēng)沙草灘區(qū)種植沙地桑的氮、磷、鉀配比，為今后桑樹(shù)的水肥一體化栽培研究提供基礎(chǔ)。此外，本試驗(yàn)中所提出的氮、磷、鉀配比是否也能在其他桑樹(shù)品種中應(yīng)用，還有待進(jìn)一步研究。