農牧交錯區品種與施肥對牧草適應性及產量的影響

賈倩民 ，陳彥云 ，*，陳科元 ，仇紅燕 ，李旺霞

(1.西北退化生態系統恢復與重建教育部重點實驗室，銀川 750021；2.寧夏大學生命科學學院，銀川 750021)

寧夏鹽池縣是一個以牧為主、半農半牧的北方典型農牧交錯區，也是我國荒漠化的主要分布區[1]。由于脆弱的生態環境及經濟活動強度的加大，造成該地區大面積草地生產力下降[2]，加之農田長期大量化肥的使用及施用不當，使土壤環境污染逐年加劇，影響作物的正常生長和品質[3-4]，嚴重制約著農牧業經濟和社會的可持續發展[5]。因而，實施科學的栽培技術，尤其是合理的施肥是迅速提高草地生產力的關鍵。國內外研究表明，有機肥富含作物生長所需要的多種元素及有機物質,并可以降解土壤中的碳化合物，提高化肥利用率和土壤養分供給能力，從而提高作物產量和品質[6-12]。植物秸稈作為肥料不僅能提高作物產量，而且可以節約資源、保護地力和生態環境[13-15]。如果能將農牧交錯區大量牲畜糞便及植物廢渣科學地運用，充分利用自然資源，則可以減少化肥的使用量[16]。在人工草地建植方面有機肥、化肥、植物廢渣配合施肥的研究較少，本試驗利用正交表對牧草品種、有機肥、化肥及加工后的植物廢渣安排試驗，研究不同牧草品種及施肥對人工草地適應性及產量的影響，旨在通過這種方法得到適合該地區人工草地建植的最優組合，為穩定人工植被建設及全面發展草地畜牧業提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗地位于寧夏鹽池縣(106°30′～107°47′E，37°04′～38°10′N)花馬池鎮北王卷村，屬于毛烏素沙地西南緣，氣候為大陸性氣候，年均氣溫7.7℃，極端最高和最低氣溫分別是 38.1℃和-29.6℃，年均降水量約280 mm，主要集中在7、8、9三個月，蒸發量高達2710 mm，年均無霜期165 d。試驗地為棄耕鹽堿地，土壤為風沙土，表層土壤 (0～20 cm)pH 值 9.15，含鹽量 0.31%，有機質含量 0.5%～0.8%。灌溉用水為地下水，礦化度 4～6 g·L-1，含鹽量高，水質較差。

1.2 試驗設計

采用正交設計L18(61×36)，表頭與因素水平設計見表1。共4因素，因素A為品種，6個水平依次為扁穗冰草(Agropyron cristatum)(A1)、蒙古冰草(Agropyron mongolicum Keng)(A2)、沙打旺(Astragalus adsurgens)(A3)、紫花苜蓿(Medirago sativa)(A4)、草木樨(Melilotus suaveolens)(A5)和披堿草(Elymus dahuricus)(A6)。因素B為有機肥羊糞，3 個水平依次為 12 t·hm-2(B1)、24 t·hm-2(B2)和 36 t·hm-2(B3)。因素 C 為化肥氮磷鉀(N:P:K=11:9:9)，3 個水平依次為低肥配比(N 55 kg·hm-2、P 45 kg·hm-2和 K 45 kg·hm-2)(C1)、中肥配比 (N 165 kg·hm-2、P 135 kg·hm-2和 K 135 kg·hm-2)(C2)、高肥配比(N 275 kg·hm-2、P 225 kg·hm-2和 K 225 kg·hm-2)(C3)。因素D為植物廢渣，3個水平依次為5 t·hm-2(D1)、10 t·hm-2(D2)、和 15 t·hm-2(D3)，共 18個處理，重復3次。小區面積25 m2(5 m×5 m)。

1.3 田間管理

2012年5月12日播種，禾本科播種量約15 kg·hm-2，播深 1～2 cm，豆科播種量約 30 kg·hm-2，播深2～3 cm，均采用條播，行距30 cm。試驗期間采用相同的管理措施，有機肥和植物廢渣在土壤翻耕前，一次性把肥料均勻撒于地表翻入土中。磷肥和鉀肥作為種肥，在播種時采用溝內條施。氮肥按總氮量的30%作基肥，返青后再追肥70%。試驗用有機肥為當地農戶家用羊糞，植物廢渣為當地工廠苦豆子秸稈廢渣。氮肥為尿素(N46%)，磷肥為磷酸二銨 (N16%、P 46%)，鉀肥為硫酸鉀(K2O 50%)。

表1 正交試驗表頭與因素水平設計

1.4 測定內容與方法

2012年各小區選取1 m代表性樣條，全苗后于6月18日數其出苗數，于8月25日數其存活數，2013年4月15日測定返青數，計算出苗率、存活率、越冬率，重復3次，取平均值。2013年6月5日各小區選代表性植株10株測定絕對高度(從地面至植株最高部位的高度)，之后挖取完整植株測量根長，分別計算平均值作為株高和根長。2013年6月5日和8月12日各小區選1 m2樣方刈割，烘干后稱其干重，重復3次，取平均值，兩茬產草量之和作為干草產量。

1.5 數據分析

用Excel 2003軟件進行數據整理；用SPSS 18.0軟件進行因素間效應檢驗，并用Duncan法進行多重比較；根據極差R和公式R'=d×R×M0.5(d為折算系數，M為因素水平重復數)計算同水平等價極差R'[17]。

2 結果與分析

2.1 品種與施肥對出苗率的影響

對表2中18個處理的出苗率進行方差分析，結果見表3，因素間效應檢驗表明，4個因素對出苗率的影響程度都達到極顯著水平 (P＜0.01)，同水平等價極差 R'大小為 B＞A＞C＞D(表 4)，比較得出，各因素的影響程度為B＞A＞C＞D。因素內多重比較可知，因素A的出苗率均值大小為A4＞A3＞A6＞A5＞A1＞A2，A4與 A3之 間差 異 不 顯 著(P＞0.05)， 與 A6、A5、A1、A2之 間 差 異 顯 著(P＜0.05)，A3與 A6、A5之間差異不顯著，與 A1、A2間差異顯著(P＜0.05)。因素B的出苗率均值大小為 B3＞B2＞B1，B2與 B3之間差異不顯著，兩者與 B1差異均顯著。因素C的出苗率均值大小為C2＞C3＞C1，C2與 C3之間差異不顯著，與 C1差異顯著。因素 D 的出苗率均值大小為D2＞D1＞D3，D2與D1之間差異不顯著，與D3差異顯著。分析得出，出苗率的最優組合為A4B3C2D2，與出苗率最高的處理 A4B3C2D1(處理 12)相比，只有因素D不一致，而因素D的影響程度最小，且D1與D2之間差異不顯著，表明出苗率的正交設計結果是可靠的。

表2 試驗各指標的測定結果

2.2 品種與施肥對存活率的影響

牧草的存活率可反映牧草在當地的適應情況，對存活率進行因素間效應檢驗表明(表4)，因素A和B對存活率的影響極顯著(P＜0.01)，因素C影響顯著 (P＜0.05)，因素 D影響不顯著(P＞0.05)。再由R'大小分析得出，各因素的影響程度為B＞A＞C＞D。對影響顯著或極顯著的因素進行多重比較，因素A的存活率均值大小為A4＞A3＞A6＞A5＞A1＞A2，A4顯著高于其他水平(P＜0.05)，A3與 A5、A6之間差異不顯著(P＞0.05)，與 A1、A2差異顯著，A5、A6與 A1之間差異不顯著，與A2差異顯著。因素B的存活率均值大小為B3＞B2＞B1，B3與 B2之間差異不顯著，兩者與 B1差異均顯著。因素C的存活率均值大小為C3＞C2＞C1，C3與 C2差異不顯著，與 C1差異顯著。由于因素D對存活率的影響程度不顯著，得出存活率的最優組合為A4B3C3Dx(x=1,2,3)，與存活率最高的組合A4B3C2D1(處理12)基本一致。

2.3 品種與施肥對越冬率的影響

牧草越冬受遺傳性以及干旱、低溫、土壤等環境因素的影響[18-19]。對18個處理的存活率進行分析，因素間效應檢驗表明(表4)，因素A和B對越冬率影響極顯著 (P＜0.01)，因素 D影響顯著(P＜0.05)，因素 C 影響不顯著(P＞0.05)。同水平等價極差R'大小為A＞B＞D＞C，比較得出，各因素的影響程度為A＞B＞D＞C。對影響顯著或極顯著的因素進行多重比較得知，因素A的越冬率均值大小為 A4＞A3＞A6＞A1＞A5＞A2，A4與 A3差異不顯著，兩者均顯著高于 A1、A5和 A2(P＜0.05)，A6、A1、A5和A2之間差異均不顯著(P＞0.05)。因素B越冬率均值大小為 B3＞B2＞B1，B3與 B2差異不顯著，與 B1差異顯著。因素D越冬率均值大小為D2＞D1＞D3，D2與D1之間差異不顯著，與D3差異顯著。以上分析得出，越冬率的最優組合為A4B3CxD2(x=1,2,3)，與越冬率最高的組合A4B3C2D1(處理12)相比只有因素D不一致，而D2與D1差異不顯著，表明正交設計結果是可靠的。

表3 出苗率因素間的方差分析

表4 出苗率、存活率和越冬率的統計分析

2.4 品種與施肥對根長的影響

干旱情況下根長越長，說明植物抗旱性越強[20]。對18個處理的根長進行統計分析，因素間效應檢驗表明(表5)，因素A、B和C對根長影響極顯著(P＜0.01)，因素 D 影響顯著(P＜0.05)。同水平等價極差R'大小為A＞B＞C＞D，比較得出，各因素的影響程度為A＞B＞C＞D。多重比較得知，因素A根長均值大小為 A4＞A3＞A2＞A5＞A6＞A1，A4與 A3之間差異顯著 (P＜0.05)，兩者均顯著大于其他水平，A2、A5、A6之間差異不顯著(P＞0.05)，均顯著大于 A1。因素 B 根長均值大小為 B3＞B2＞B1，B2與 B3差異不顯著，兩者與B1差異顯著。因素C根長均值大小為 C3＞C2＞C1，C3與 C2差異不顯著，兩者均顯著高于 C1。因素 D 根長均值大小為 D1＞D2＞D3，D1與D2差異不顯著，與D3差異顯著。得出根長的最優組合為A4B3C3D1，與根長最大的組合A4B3C2D1(處理12)基本一致。

2.5 品種與施肥對株高的影響

株高是重要的生產要素之一，因素間效應檢驗表明 (表5)，因素A和C對株高影響極顯著(P＜0.01)，因素 B 和 D 影響顯著(P＜0.05)，再由同水平等價極差R'大小綜合比較得出，各因素影響程度為A＞C＞B＞D。多重比較結果得知，因素A株高均值大小為 A5＞A3＞A4＞A6＞A2＞A1，A5與 A3之間差異顯著(P＜0.05)，兩者均顯著大于其他水平，A4與A6之間差異不顯著，兩者均顯著大于A2和A1。因素 B 株高均值大小為 B3＞B2＞B1，B3與 B2、B1之間差異顯著，B2與B1差異不顯著。因素C株高均值大小為 C3＞C2＞C1，C3與 C2差異不顯著，兩者均與C1差異顯著。因素D株高均值大小為D1＞D2＞D3，D1與 D2差異不顯著，均顯著大于 D3。得出株高的最優組合為A5B3C3D1，與18個處理中株高最大的組合A5B3C2D2(處理15)基本一致。

2.6 品種與施肥對干草產量的影響

對18個處理的干草產量進行統計分析，因素間效應檢驗表明(表5)，4個因素對干草產量的影響程度均達到極顯著水平(P＜0.01)，同水平等價極差R'大小為A＞B＞C＞D，比較得出各因素的影響程度為A＞B＞C＞D。因素內多重比較得知，因素A干草產量均值大小為 A5＞A4＞A3＞A6＞A1＞A2，A5與A4之間差異不顯著(P＞0.05)，兩者均顯著高于其他水平，A6顯著高于 A1和 A2(P＜0.05)，A1和A2差異不顯著。因素B干草產量均值大小為B3＞B2＞B1，各水平之間差異顯著。因素 C干草產量均值大小為 C2＞C3＞C1，C2與 C3差異不顯著(P＞0.05)，與 C1差異顯著(P＜0.05)。因素 D 干草產量均值大小為 D2＞D1＞D3，D2與 D1、D3差異顯著。正交設計得出干草產量的最優組合為A5B3C2D2，與18個處理中干草產量最高的組合A5B3C2D2(處理15)完全一致，充分證明了正交設計結果的可靠性。

表5 根長、株高和干草產量的方差分析及極差

3 討論

寧夏農牧交錯區干旱少雨，灌溉條件差，冬寒夏熱，土壤貧瘠且鹽堿化嚴重，人工草地建植的難度較大，18個處理的存活率都在75%以下。正交設計得到出苗率、存活率和越冬率的最優組合分別 為 A4B3C2D2、A4B3C3Dx(x=1,2,3) 和 A4B3CxD2(x=1,2,3)，與出苗率、存活率和越冬率均為最高的處理12基本一致。4個因素中有機肥對出苗率和存活率的影響程度最大，品種次之，這兩個因素對越冬率的影響也達到極顯著水平(P＜0.01)。氮磷鉀和植物廢渣對存活率和越冬率的影響程度較小。豆科牧草的適應性均大于禾本科牧草，以紫花苜蓿的適應性最強，沙打旺次之，禾本科中披堿草的適應性較好。有機肥對適應性的影響較大，施肥量以36 t/hm2最好，原因可能是大量有機肥的施入改善了土壤環境，從而促進了牧草苗期生長，這與湯鏡秋等[21]的研究相一致。

正交設計得出根長和株高的最優組合分別為A4B3C3D1和A5B3C3D1，分別與根長最大的處理12和株高最高的處理15基本一致，表明正交設計結果是可靠的。因素中品種和氮磷鉀對根長和株高的影響達到極顯著水平(P＜0.01)，有機肥對根長影響極顯著(P＜0.01)，對株高影響顯著(P＜0.05)，植物廢渣對根長和株高影響均顯著(P＜0.05)。植物廢渣10 t/hm2可提高牧草的出苗率和越冬率，而15 t/hm2的處理阻礙了牧草的出苗、越冬及根的生長。原因可能是過量秸稈的施入使秸稈分解緩慢，造成微生物與作物爭氮，影響苗期生長，這與顧熾明等[22]研究相一致。產量的最優組合是A5B3C2D2，與產量最高的處理15完全一致。因素中品種和氮磷鉀對產量的影響程度較大，有機肥與植物廢渣的影響程度較小。草木樨的干草產量最高，紫花苜蓿次之，但草木樨是兩年生牧草，長期利用價值不及多年生的紫花苜蓿，在寧夏農牧交錯區紫花苜蓿一般可利用5年以上[23]。氮磷鉀以中肥配比的干草產量最高，與高肥配比差異不顯著，原因可能是干旱區鹽堿地降雨量較少，中肥配比的出苗率較高，牧草密度大從而產量高，而高水平的氮磷鉀配合施肥并不能顯著提高肥料的利用效率。對正交設計結果綜合分析，適應性最好且可長期利用的人工草地最優組合為A4B3C2D2，干草產量最高的人工草地最優組合為A5B3C3D2。

4 結論

4.1 正交設計方法得到適應性的最優組合為紫花苜蓿+有機肥 36 t·hm-2+氮磷鉀中肥配比(N165 kg·hm-2+P135 kg·hm-2+K135 kg·hm-2)+ 苦豆子秸稈渣10 t·hm-2，這與適應性最好的處理12基本一致，各因素中品種與有機肥對牧草適應性的影響程度較大，氮磷鉀與植物廢渣影響程度較小。

4.2 正交設計方法得到干草產量的最優組合與處理15完全一致，與適應性的最優組合相比，除牧草品種不同，其他因素組合均為有機肥36 t·hm-2+氮磷鉀中肥配比 (N165 kg·hm-2+P135 kg·hm-2+K135 kg·hm-2)+ 苦豆子秸稈渣 10 t·hm-2，此組合是否為其他品種產量的最優施肥組合有待進一步研究。

4.3 各因素中品種對越冬率、根長、株高及干草產量的影響程度最大，表明在農牧交錯區建植草地，品種的選擇較為重要。牧草品種以紫花苜蓿的適應性最強，可作為長期利用的優良牧草。兩年生草木樨的干草產量最高，短期利用較好。有機肥36 t·hm-2和苦豆子秸稈渣 10 t·hm-2有利于牧草的生長，可顯著提高干草產量。

[1]劉滿倉.鹽池縣草原沙漠化的現狀、成因與對策[J].草業科學，2002，19(6)：5-6.

[2]馬紅彬，謝應忠.寧夏中部干旱帶草地生態農業體系建設研究[J].干旱地區農業研究，2011，29(2)：180-184.

[3]黃國勤，王興祥，錢海燕，等.施用化肥對農業生態環境的負面影響及對策[J].生態環境，2004，13(4)：656-660.

[4]Bhattacharya T,Banerjee D K,Gopal B.Heavy metal up take by Scirpus littoralis Schrad from fly ash dosed and metal spiked soils[J].Environmental Monitoring and Assessment,2006(121):363-380.

[5]李世忠，徐 坤，謝應忠.淺談寧夏半干旱地區牧草產業的可持續發展[J].中國草地，2005，27(3)：75-77.

[6]張余莽，周海軍，張景野，等.生物有機肥的研究進展[J].吉林農業科學，2010，35(3)：37-40.

[7]徐明崗，李冬初，李菊梅，等.化肥有機肥配施對水稻養分吸收和產量的影響[J].中國農業科學，2008，41(10)：3133-3139.

[8]李紅梅，陜 方，邊俊生，等.品種與肥料對苦蕎麥產量及水肥利用的影響研究[J].中國生態農業學報，2006(4)：252-255.

[9]Beckwith C P,Lewis P J,Chalmers A G,et al.Successive annual applications of organic manures for cut grass:short-term observations on utilization of manure nitrogen[J].Grass&Forage Science,2002,57(3):191-202.

[10]Haynes R J,Naidu R.Influence of lime,fertilizer and manure applications on soil organic matter content and soil physical conditions:A review[J].Nutrient Cycling in Agroecosystems,2004,51(2):123-137.

[11]Parfitta R L,Yeatesa G W,Rossa D J,et al.Relationships between soil biota，nitrogen and phosphorus availability，and pasture growth under organic and conventional management[J].Applied Soil Ecology,2005(28):1-13.

[12]Marathe R A,Bharambe P R,Sharma R,et al.Soil properties of vertisol and yield of sweet orange (Citrus sinensis)as influenced by integrated use of organic manures,inorganic and bio-fertilizers[J].Indian Journal of Agricultural Sciences,2009,79(1):3-7.

[13]江永紅，宇振榮，馬永良.秸稈還田對農田生態系統及作物生長的影響[J].土壤通報，2001，32(5):209-213.

[14]閆翠萍，裴雪霞，王姣愛，等.秸稈還田與施氮對冬小麥生長發育及水肥利用率的影響 [J].中國生態農業學報，2011，19(2)：271-275.

[15]李萬良，劉武仁.玉米秸稈還田技術研究現狀及發展趨勢[J].吉林農業科學，2007，32(3)：32-34.

[16]Courtens J P.Fertility management at roxbury farm [J].Bio-dynamics,2001(235):10-17.

[17]苑玉鳳，正交試驗結果的分析 [J].統計與決策，2006(3)：138-139.

[18]李子忠，王 皓.冬灌對農牧交錯帶人工草地越冬期土壤水熱狀況的影響[J].干旱地區農業研究，2010，28(4)：6-13.

[19]劉秀位，苗文芳，王艷哲，等.冬前不同管理措施對土壤溫度和冬小麥早期生長的影響 [J].中國生態農業學報，2012，20(9)：1135-1141.

[20]韓清芳，賈志寬.紫花苜蓿種質資源評價與篩選[M].楊凌：西北農林科技大學出版社，2004.

[21]湯鏡秋，張泉福，徐蘇標.紅壤新開地牧草基肥效應研究[J].浙江農業學報，1995，7(5)：408-411.

[22]顧熾明，鄭險峰，黃婷苗，等.秸稈還田配施氮肥對冬小麥產量及氮素調控的影響 [J].干旱地區農業研究，2013，31(5)：48-53.

[23]劉沛松，賈志寬，李 軍，等.寧南旱區草糧輪作系統中紫花苜蓿適宜利用年限研究[J].草業學報，2008，17(3)：31-39.