氮磷肥對3種牧草的生長效應和氮磷吸收的影響

龍會英，張德*，曾麗萍，金杰，何光熊

(1.云南省農業科學院熱區生態農業研究所，云南 元謀 651300；2.元謀干熱河谷植物園，云南 元謀 651300；3.紅河學院，云南 蒙自 651199)

養分添加是草地生態系統管理的有效手段之一[1]。氮和磷在植物生長發育過程中，是一種必需的營養元素[2-3]，氮磷肥的施用有利于維持作物產量和質量。添加氮素可提高土壤中可利用氮的含量，促進植物的生長[4]，對禾本科作物而言，因其自身無固氮能力，適量增加氮肥的施用是提高產量的措施，在一定范圍內施用氮肥，多花黑麥草(Loliummultiflorum)的株高和產量隨著氮肥水平的提高而增長[5]。磷在天然草地的應用雖然沒有氮肥廣泛，但它的作用是不能替代的[6-7]；磷既是植物體的組成成分，也是植物能量載體的主要組成成分和提供者[8]，在植物的光合作用和生理生化調節過程中起著重要的作用。研究表明，適當增加氮磷的施入能促進作物的生長，提高作物的產量和品質。適當增加磷的施入能促使作物根系的生長，基于豆科作物以磷固氮的特性，施入磷肥能增加豆科牧草根瘤固氮的能力。對于禾本科牧草，在一定的磷濃度范圍內能促進地下部生長，其生物量隨著磷濃度的增加而增大[9]。目前就氮磷的施用對熱帶牧草影響的研究大多以地上部分為主，地下部分及氮磷添加對牧草氮磷吸收量影響的研究鮮有報道。西南地區的紅壤土(含燥紅土)氮磷較缺乏，氮磷的適量添加是保障作物優質高產的有效措施，因此，生產者大量施用氮肥來獲得高產。但是過量施用一方面增加生產成本，另一方面作物難以吸收和利用，造成區域土壤板結，過剩氮磷污染農田和水體，造成區域農田環境退化。本研究針對以上問題和現狀，以豆科牧草灌木狀柱花草(Stylosanthesguianensiscv. seabrana)和禾本科草扭黃茅(Heteropogoncontortus)和孔穎草(Bothriochloapertusa)為材料，研究適量施氮和施磷對3種牧草旺盛期的絕對生長變化量，3種牧草的生物量、根冠比以及對土壤氮磷吸收的影響和效果，為本研究中的3種牧草和其他牧草的施肥和栽培管理提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2015和2016年在云南省元謀縣黃瓜園鎮苴林基地進行，北緯25°50′42″，東經101°49′19″，海拔1073 m，年均氣溫 22 ℃，日照時數2670.4 h，最熱月(6月)28.5 ℃，最冷月(12月)15.9 ℃，≥10 ℃年均積溫8 552.7 ℃；降水量645 mm，集中于5-10月，占全年94.6%，干燥度4。樣地土壤為燥紅土，種植前試驗地土壤養分情況，詳見表1。

表1 種植牧草前試驗地土壤養分Table 1 Soil nutrients of on demonstration land before planting forage

1.2 試驗材料

供試牧草為豆科灌木狀柱花草,引自澳大利亞；禾本科草扭黃茅和孔穎草，為云南干熱河谷優勢草本植物。供試氮肥為含氮量46%的尿素，供試磷肥為含P2O516%的過磷酸鈣。

1.3 試驗設計

田間試驗，試驗于2015和2016年進行。柱花草、扭黃茅和孔穎草3種牧草均為單作，氮磷的施用量參照文獻[10-11]施用量，施氮量為純氮120 kg·hm-2[10]，施磷量為純磷75 kg·hm-2[11]，不施氮磷為對照，單因素隨機區組設計，3次重復，合計27個小區試驗。株距和行距都為50 cm，小區面積10 m2(2 m×5 m)。實行育苗移栽，2015年育苗時間為4月24日，移栽時間6月8日；2016年育苗時間為5月10日，移栽時間7月1日。每塘穴留成活植株1株，分別于2015年11月底和2016年12月初收獲。試驗地不施底肥，P水平的磷肥作為底肥一次性施入，N水平一半氮肥在整地時施入，另一半氮肥在定植苗成活后施入。常規方法人工播種、栽植、除草、收獲[12]。

1.4 測定方法

種植牧草后，選擇重復1，對每個種植小區進行生育期觀測，牧草生育期觀測參照文獻[12]觀測方法觀測。分別于每年的7和9月，在每小區選10株觀測牧草植株絕對株高后，計算不同處理下3種牧草生長旺盛期絕對生長變化量。于柱花草為現莢期，孔穎草和扭黃茅草為種熟期采收植物樣，每小區取5株，全收獲法及剖面挖根與清洗法，稱取待測樣(地上部和地下部)鮮重，待測樣在70～80 ℃烘干后稱取干重，3次重復。將樣品粉碎后分析植株氮、磷含量，由中國科學院南京土壤研究所土壤與環境分析測試中心協助測試。根據以上所測值計算不同處理下3種牧草地上部和地下部生物量、根冠比和牧草對氮磷吸收量。計算公式如下：

牧草旺長期(7-9月是3種牧草在干熱河谷生長最快的時期)絕對生長量(cm)=9月份牧草株高-7月份牧草株高。

根冠比=牧草地下部生物量干重/牧草地上部生物量干重。

植株對氮和磷吸收量(kg·hm-2)=植株氮或磷含量×植株整體生物量[13-14]。

1.5 數據處理

試驗數據采用Excel和SPSS 17.0軟件進行處理。

2 結果與分析

圖1 施氮和施磷對牧草旺盛期生長量的影響Fig.1 Effect of nitrogen and phosphorus on the herbage accumulation rate of tested forages 圖中數據為2015和2016年的平均值。S0、SN、SP分別表示柱花草種植不施氮磷、僅施氮和僅施磷的不同施肥方式，H0、HN、HP分別表示扭黃茅種植不施氮磷、僅施氮和僅施磷的不同施肥方式，B0、BN、BP分別表示孔穎草種植不施氮磷、僅施氮和僅施磷的不同施肥方式。下同。The data in the Figure are the average value of 2015 and 2016.S0, SN and SP respectively indicated that S. guianensis was planted with different fertilizations of without any N and P, only N, and only P fertilizer. H0, HN and HP respectively indicated that H. contortus was planted with different fertilizations of without any N and P, only N, and only P fertilizer. B0, BN and BP respectively indicated that B. pertusa was planted with different fertilizations of without any N and P, only N, and only P fertilizer. The same below.

2.1 氮磷的施用對3種牧草旺盛期生長量的影響

與未施氮磷肥比較，施氮和施磷均能促進3種牧草的生長，但差異均不顯著(P>0.05)。3種牧草對氮磷的施用響應不同，對生長量的影響表現有別，柱花草在施氮條件生長較好，比未施氮增加15.45%，施磷比未施磷增加4.00%；孔穎草在施磷條件生長較好，比未施磷增加11.60%；扭黃茅差別不大(圖1)。

2.2 氮磷的施用對3個牧草物候的影響

與未施氮比較，施氮推遲柱花草始分枝期、始現蕾期、種熟期分別為5、5和10 d；推遲扭黃茅始分蘗期、抽穗期、種熟期分別為10、5和5 d；推遲孔穎草分蘗期、抽穗期均為5 d，對種熟期沒有影響。與未施磷比較，施磷對柱花草始分枝推遲5 d，對始現蕾期沒有影響，種熟期推后10 d；扭黃茅始分蘗期、抽穗期和種熟期均推遲5 d；對孔穎草分蘗期沒有影響，抽穗期均推遲5 d，對種熟期影響較小(表2)。

2.3 氮磷的施用對3個牧草生長及根冠比的影響

與未施氮比較，施氮提高柱花草生物量和根冠比，但不顯著(P>0.05)；與未施磷比較，施磷對柱花草年均地上部和地下部的生物量和根冠比的影響均不顯著(P>0.05)，有減少的趨勢。與未施氮肥和磷肥比較，氮磷的施用提高了扭黃茅的地上部生物量，但影響不顯著；氮磷肥的施用抑制扭黃茅地下部的生長，施氮和施磷水平地下部生物量和根冠比顯著低于未施肥條件(P<0.05)；分析平均值，扭黃茅在未施氮條件下，其根冠比顯著高于施氮條件(P<0.05)。分析平均值，施氮磷條件下孔穎草總生物量顯著高于未施氮磷條件(P<0.05)，但對地上、地下部沒有顯著影響(P>0.05)，施磷條件下孔穎草根冠比顯著低于未施肥水平和施氮水平(P<0.05)(表3和表4)。

表2 氮磷施用條件下3個牧草的主要物候期Table 2 Major phenophase of three grasses on nitrogen and phosphorus (月-日Month-day)

表3 氮磷施用條件下3種牧草的生物量Table 3 Above-ground biomass and below-ground biomass of three grasses on nitrogen and phosphorus (kg·hm-2)

注：表中數據為2015和2016年平均值，同種牧草同列不同小寫字母表示氮磷施用差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: The data in the Table are the average values of 2015 and 2016. Different small letters in the same column indicate significant differences among nitrogen and phosphorus fertilizer within a grass in a year atP<0.05. The same below.

2.4 氮磷的施用對牧草氮磷含量和吸收量的影響

與未施氮肥比較，施氮顯著提高柱花草氮含量(P<0.05)，增加6.74%，同時提高了柱花草氮磷的吸收量，分別增加20.61%和17.89%(平均值)；與未施磷肥對比，施磷提高了柱花草氮磷含量和磷的吸收量，但影響不顯著(P>0.05)。與未施氮磷比較，氮磷施用抑制扭黃茅對氮磷素的吸收，對扭黃茅氮磷含量和氮磷吸收量的影響均不顯著(P>0.05)。分析平均值，與未施氮磷比較，施氮和施磷顯著提高孔穎草氮的吸收量(P<0.05)，分別增加21.61%和21.04%。施氮和施磷提高孔穎草磷的吸收量，對其氮磷含量影響不顯著(P>0.05)(表5)。

表4 氮磷施用條件下3個牧草的總生物量及根冠比Table 4 The total biomass biomass and root/shoot of three grasses on nitrogen and phosphorus

表5 氮磷施用條件下牧草氮磷含量和吸收量Table 5 N content, P content, N accumulation and P accumulation of grass on nitrogen and phosphorus

3 討論

氮和磷在植物生長發育過程中是一種必需的營養元素[2-3]。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育需要的氮素，種植中不需要施入氮肥[15]。但也有研究表明，氮肥施用明顯增加苜蓿產量，施氮肥30 kg·hm-2能提高苜蓿第1、3茬草產量[16]。針對干熱河谷土壤(以燥紅土為主)氮磷缺乏，有必要適量添加氮磷素促進作物幼苗期的生長。本研究表明，適量添加氮磷素有利3種作物地上部的生長和生物量的提高，適量添加氮磷素促進柱花草對氮磷的吸收，氮磷含量和根冠比均大于未添加水平(P<0.05)，說明磷能夠刺激柱花草吸收大氣中的氮，增強柱花草生物固氮效率，促進柱花草根系的生長，延遲柱花草種熟期。2016年樣地土壤磷含量高于2015年，柱花草表現出2016年生物量高于2015年。施氮水平柱花草的生物量高于未施氮水平，與張杰[16]的研究結果一致。同時氮磷的施用也提高扭黃茅和孔穎草地上部生物量，本研究中氮磷的施用量適用3種牧草。在本研究中，沒有開展對3種牧草氮磷施用量的梯度試驗，不能較準確的提出3種牧草最佳氮磷的施用量，3種牧草氮磷施用量的梯度試驗待研究。

根冠比的變化，可作為施肥是否合適的一個指標[17]。植物生長在養分貧瘠的土壤，把生物量往根系運輸促進根系生長來補償養分吸收，而過量施用氮肥引起了地上部徒長和地下部生長受到抑制[18]。本研究中，氮磷施用可以促進扭黃茅地上部的生長，提高扭黃茅地上部生物量；施氮水平地下部生物量顯著低于未施氮水平，施氮導致扭黃茅地上部徒長，而地下部生長受到抑制，根冠比顯著低于未施氮磷和施磷水平，說明禾本科牧草扭黃茅對氮素較敏感，2015年試驗地土壤氮含量高于2016年，扭黃茅表現出2015年生物量高于2016年。另一方面，2016年種植時間為7月，比2015年晚種23 d，減少了扭黃茅的旺盛生長期的天數，表現出扭黃茅2015年生物量高于2016年。說明扭黃茅適宜生長在養分貧瘠土壤，生長在干熱河谷土壤氮含量低的草山草坡，表現生長旺盛，優勢度為100%[12]，是一種耐低氮和低磷基因、耐旱耐瘠的植物。

以往研究表明，禾本科牧草沒有固氮能力，只有依靠其根系從土壤中吸收氮素來維持它們生長發育，施入氮肥可以提高產量[19]，改善牧草的品質(質嫩、葉多、蛋白質含量高等)，適口性好[20]。磷添加對青藏高原高寒草甸植物群落中的禾草生物量的影響最大，主要表現為促進地下生物量及總生物量的增加[19]。本研究中，適量施用氮磷水平下，孔穎草的氮吸收量顯著高于未施肥水平，促進孔穎草的生長，孔穎草總生物量顯著高于未施肥水平(P<0.05)，尤其在施氮條件下生長較好，說明孔穎草對氮肥的響應較敏感，適量施氮有效提高孔穎草生物量，與楊曉霞等[21]的研究結果一致(禾本科牧草需施氮肥)。本研究中，2015年試驗地土壤氮含量高于2016年，孔穎草表現出2015年生物量高于2016年，孔穎草2016年種植時間為7月1日，比2015年晚種23 d，減少了孔穎草旺盛生長期，孔穎草表現出2015年生物量高于2016年。

4 結論

結果表明，與未施氮磷比較，氮磷施用提高了3種牧草旺盛期(7-9月)的絕對生長量，影響不顯著(P>0.05)，說明適量的氮磷添加有利3種牧草地上部生長量的增加，種熟期推遲；同時，氮磷的施用顯著提高孔穎草2015年和年均總的生物量、氮含量和氮吸收量(P<0.05)。施氮水平(N)有利于柱花草和孔穎草對氮的吸收，柱花草含氮量和孔穎草氮的吸收量顯著高于未施氮肥水平(P<0.05)，促進柱花草和孔穎草的生長，提高柱花草和孔穎草地上部和地下部生物量；與未施肥對比，施氮和施磷對扭黃茅地下部生物量和根冠比有顯著影響，其根冠比有所減少(P<0.05)。與未施磷肥對比，施磷顯著提高孔穎草總生物量和氮的吸收量(P<0.05)。