不同施氮水平對西藏飼用黑麥種籽產量性狀和土壤養分的影響

張光雨，沈振西，鐘志明，崔建釗，扎西頓珠

（1中國科學院地理科學與資源研究所，生態系統網絡觀測與模擬重點實驗室，拉薩高原生態系統研究站，北京100101；2西藏高原草業工程技術研究中心，拉薩850000；3中國科學院大學，北京100049；4日喀則市科學技術局高新技術產業發展中心，西藏日喀則857000；5西藏自治區拉薩市達孜區農業農村局，拉薩850000）

0 引言

西藏地處中國西南邊陲，平均海拔4000.0 m以上，近一半的土地屬干旱半干旱氣候，自然條件惡劣，生態系統脆弱，導致西藏的土地自然生產潛力低、承載能力十分有限[1-3]。近40年來，由于過度放牧導致西藏的天然草地出現了不同程度的退化，生產力已不能滿足其需求，草畜失調的問題日益突出[4]。為了緩解天然草地的壓力，保護西藏的生態環境，大力推廣人工草地已成為一項關鍵措施[5]。不管是人工草地還是天然草地補播都需要相適應的牧草品種[6]。‘冬牧70’黑麥(Secalecerealvar.Dongmu 70)是禾本科黑麥屬一年生飼用作物，原產于美國，于1979年引入中國江蘇省太湖地區。‘冬牧70’黑麥外部形態與大麥相似，具有根系發達，莖干粗、韌性強，分蘗能力強；抗寒、抗病蟲能力強，產量高等優點[7]。以飼用黑麥‘冬牧70’建植一年生人工草地，已經成為西藏地區發展飼草生產的重要技術措施之一。進一步研究并探討不同施氮水平對‘冬牧70’籽粒產量的影響并確定最優施氮量，對實現西藏地區‘冬牧70’種籽自給和飼草生產規模的擴大將具有積極的支撐作用。徐靜等[8]研究表明單施N、P、K肥處理對小黑麥生物產量和籽粒產量的作用表現次序為N＞P＞K，施氮均能顯著提高穗長、穗數、穗粒數、千粒重和籽粒產量。韓芳等[9]研究表明，施氮量與谷子的株高、穗粗、穗長、單株粒質量、穗粒質量、千粒質量、產量等性狀均呈極顯著或顯著相關，隨著施氮量的增加，谷子株高、穗長、穗粗呈增加趨勢。孫元樞等[10]研究得出施氮水平在90.0 kg/hm2時，小黑麥鮮草產量增產幅度較大，當施氮水平超過142.0 kg/hm2時，小黑麥鮮草產量有減產趨勢。楊小輝等[11]在哈爾濱研究結果顯示，氮肥對飼用小黑麥產量和品質影響很大，在單施尿素情況下，抽穗期、開花期和半乳熟期收獲時，均以施氮量200.0 kg/hm2產量最高，品質最優，緩釋肥和有機肥對飼用小黑麥產量和品質貢獻也較大。但是游永亮等[12]表明不同施氮肥處理下飼用小黑麥莖葉比兩年平均值差異不顯著，且與不施肥處理相比差異不顯著，并且隨著施氮量增加，飼用小黑麥倒伏情況有逐漸增加趨勢，施氮磷肥對飼用小黑麥增產效果不明顯，但在提高粗蛋白含量方面具有一定促進作用，認為在海河平原區肥力較差土壤上種植飼用小黑麥建議施氮肥120.0～180.0 kg/hm2。以上研究結果并不一致，在不同品種和不同區域內因土壤類型等生境條件不同，適宜施氮量也不盡相同。目前飼用黑麥種籽生產在西藏河谷地區如何合理施氮方面尚未見報道，加上中國農作物化肥用量達328.5 kg/hm2，遠高于世界平均水平(120 kg/hm2)，是美國的2.6倍、歐盟的2.5倍，因此，合理的施肥量以及精準施肥方式對牧草在飼草和種籽產量經濟效益和農田生態保護以及土壤環境效應評價方面具有重要的意義，因此在該地區開展不同氮肥對飼用小黑麥產量和品質的影響研究十分必要。本文研究了不同梯度的施氮水平對飼用黑麥‘冬牧70’產量性狀的影響，旨在為今后‘冬牧70’種籽生產提供合理的氮素投入科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于中國科學院國家農業生態試驗拉薩站試驗田（東經91°17′，北緯29°40′），屬于典型的西藏河谷農業區；氣候類型為半干旱溫帶高原季風氣候，土壤為砂壤土，土層較薄且不均勻，大約20.0 cm以下可見大塊石礫；海拔3688.0 m，年平均氣溫7.7℃，平均降水量425.0 mm，生長季大氣壓約為64.7～65.0 kpa。

土壤母質層主要為沖洪積物，土壤發育具有明顯的幼年特征，機械組成以細砂顆粒為主，細砂占40.0%～60.0%，粘粒占10.0%～25.0%[13]。

經測定試驗田的pH 7.44，有機質含量為2.92%，速效磷、速效氮和速效鉀的含量分別為59.67 mg/kg、80.17 mg/kg、和30.67 mg/kg。

1.2 試驗材料

飼用黑麥品種：‘冬牧70’。

1.3 試驗設計

試驗于2018—2019年進行，采用完全隨機區組設計，施氮設 5 個處理(CK、75.0 kg/hm2、150.0 kg/hm2、225.0 kg/hm2、300.0 kg/hm2)，3次重復，共15個小區。小區面積45.0 m2(5.0 m×9.0 m)。

1.4 測定項目及方法

田間調查包括穗數，千粒重，穗粒數，籽粒產量在內的產量性狀。其中每個小區選取中間3行進行有效穗數統計，各處理按小區進行收割，單獨脫粒、晾曬、記產。

1.5 數據分析

試驗所得數據在Excel軟件上進行整理，并用SPPS 20軟件進行統計分析和方差分析，GraphPad 5.0作圖，所有的統計顯著性檢驗P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 不同施氮處理對穗數和穗粒數的影響

隨著施氮量的增加，‘冬牧70’黑麥的穗數呈先上升后下降的趨勢（圖1-A），不施肥、施氮肥75、150、225、300 kg/hm2的穗數分別是161.0萬、259.3萬、325.0萬、614.3萬、526.3萬個/hm2，在施氮225.0kg/hm2時穗數達到最大，顯著高于不施肥、75 kg/hm2和10 kg/hm2的施肥處理(P＜0.05)，施氮225kg/hm2與施氮300kg/hm2差異不顯著，但是施肥處理的穗數顯著高于不施肥處理(P＜0.05)，說明施肥能顯著提高‘冬牧70’黑麥的穗數。穗粒數隨著施氮量的增加整體呈上升趨勢（圖2-B），不施肥、施氮肥75、150、225、300kg/hm2的穗粒數分別是19.3、18.6、23.7、23.8、24.8粒/穗，在施氮300.0kg/hm2時達到最大，施肥處理150.0、225.0、300.0 kg/hm2間穗粒數差異不顯著。

圖1 不同施肥處理對穗數和穗粒數的影響

2.2 不同施氮處理對千粒重、籽粒產量的影響

隨著施氮量的增加，‘冬牧70’黑麥的千粒重在24.9～25.5 g，不施肥處理與施肥處理差異不顯著，且不同施肥處理間也沒有顯著差異（圖2-A）。籽粒產量隨著施氮量的增加呈一直上升的趨勢（圖2-B），不施肥、施氮肥75、150、225、300 kg/hm2的穗數分別是1057.3、2438.7、3834.0、5806.7和6687.3kg/hm2，在施氮300kg/hm2時達到最大，施氮225.0 kg/hm2和300.0 kg/hm2處理顯著高于不施氮、75.0 kg/hm2和150.0 kg/hm2的施肥處理(P＜0.05)，施肥處理顯著高于不施肥處理，說明施肥能顯著提高‘冬牧70’黑麥的籽粒產量。

圖2 不同施肥處理對千粒重、籽粒產量的影響

2.3 不同施氮處理對籽粒增重的影響

隨著施氮量的增加，籽粒增重呈先上升后下降的趨勢（圖3），不施肥、施氮肥75、150、225、300 kg/hm2的籽粒增重分別是18.4%、18.6%、28.0%和18.3%，說明施肥可以增重籽粒，但是當施氮量超過一定的范圍籽粒的增重將不在上升，在施氮225.0 kg/hm2時籽粒的增重最大。

圖3 不同施肥處理對籽粒增重的影響

2.4 不同施氮處理對有機質和氮磷含量的影響

從圖4-A可以看出冬牧70黑麥經過一個生長季的生長，有機質的含量均有所增加，增加幅度在307.27%～610.61%，各處理間有機質增幅從大到小依次是：施肥300 kg/hm2＞225 kg/hm2＞150 kg/hm2＞75 kg/hm2＞CK，其中施肥150、225和300 kg/hm2處理的有機質增加最為明顯，說明施肥不但能增加冬牧70的籽粒產量，并且可以有效提升土壤中有機質的含量。從圖4-B可以看出水解性氮的含量隨著施氮量的逐漸增加，施肥300 kg/hm2處理的水解性氮含量最高，為149.5 mg/kg，顯著高于其他施肥處理和不施肥處理，水解性氮最低的為不施肥處理，為93.1 mg/kg，其余處理中水解性氮的含量從大到小依次為：225 kg/hm2＞150 kg/hm2＞75 kg/hm2，其中施肥處理的水解性氮含量顯著高于不施肥處理，施肥300 kg/hm2的水解性氮含量比不施肥處理高出60.66%，施肥225 kg/hm2的水解性氮含量比不施肥處理高出47.54%，施肥150 kg/hm2的水解性氮含量比不施肥處理高出32.79%，施肥75 kg/hm2的水解性氮含量比不施肥處理高出22.95%，說明當施肥300 kg/hm2時水解性氮的含量出現盈余現象，冬牧70黑麥不能充分吸收，此時施肥過量。從圖4-C可以看出速效磷的含量隨著施氮量的逐漸增加，施肥300 kg/hm2處理的速效磷含量最高，為43.5 mg/kg，顯著高于其他施肥處理和不施肥處理，水解性氮最低的為不施肥處理，為11.7 mg/kg，其余處理中水解性氮的含量從大到小依次為：225 kg/hm2＞150 kg/hm2＞75 kg/hm2，其中施肥處理的速效磷含量顯著高于不施肥處理，施肥300 kg/hm2的速效磷含量比不施肥處理高出271.79%，施肥225 kg/hm2的速效磷含量比不施肥處理高出150.43%，施肥150 kg/hm2的速效磷比不施肥處理高出95.90%，施肥75 kg/hm2的速效磷含量比不施肥處理高出40.60%，說明施氮肥對速效磷的含量有促進作用。

圖4 不同施氮處理對有機質和氮磷含量的影響

3 討論與結論

禾本科牧草不具備固氮功能，其所需的氮肥以及各種養分必須從土壤中吸取。氮素在作物產量和品質形成中起著關鍵作用。合理施用氮肥是當今世界作物生產中獲得較高目標產量的關鍵措施[14]。絕大多數試驗證實，氮肥施入土壤后，由于“正激發效應”的存在，施氮處理的作物會較對照處理的作物吸收更多的土壤氮[15-18]。

在施肥對飼用黑麥飼草產量影響研究方面，李志堅等[19-20]認為氮肥對黑麥產量的貢獻率最大，就產量而言，最佳施氮量為199.5～274.5 kg/hm2，李志堅還認為施肥量特別是氮肥施入量對飼用黑麥干草品質有較大影響，黑麥干草中的粗蛋白含量主要受施氮水平的影響，隨著氮肥投入的增加黑麥粗蛋白含量不斷增加，在飼用黑麥生產中，為了獲得較高的飼用黑麥干草質量，在土地為壤質底粘潮土，耕層土壤有機質含量0.72%，全氮0.062%，堿解氮36.65 mg/kg，pH 8.54下，氮肥施量不應低于226.5 kg/hm2。這與本研究結果不一致，本研究結果表明在施氮肥300.0 kg/hm2時籽粒產量還在增加，原因可能是西藏地力條件差，所需氮肥含量較高，此外與同一地塊作物冬小麥[21]和春青稞[22]表現不一致，說明‘冬牧70’黑麥作為飼用型作物，在土壤肥力差的沙性土壤條件下需要更高的氮素投入水平才能達到最大的籽粒產量。但是在施氮水平超過225.0kg/hm2后籽粒增量出現下降，原因是隨著施氮量的增加出現報酬遞減。施肥量對燕麥有效穗數、株高、生育期及產量均有影響,其中有效穗數及產量隨著施肥量的增加而增加[23]。大量試驗表明[24-26]，施肥量對產量構成因素如穗粒重、有效穗數影響顯著，施N和施P均能提高青藏高原地區穗數、穗粒數、穗粒重、種子產量[26]，與本研究結果一致。氮肥在推動農作物增產中起非常重要作用是肯定的，但隨氮肥的大量使用，造成的某些副作用和問題諸如氮肥利用率低等問題，諸多對氮肥與小麥產量關系的研究表明[27-28]：施氮量與小麥子粒產量呈拋物線關系，即在一定適宜的施氮量范圍內，產量隨施氮量增加而增加，超出臨界施氮量范圍后再增施氮肥，產量呈下降趨勢。

從土壤有機質的含量變化來看，施肥處理對有機質有較為明顯的提升作用，增強了土壤的肥力。土壤中氮磷兩種元素的變化也較為明顯，主要原因是可能是通過施氮增大了土壤孔隙度從而提高了通氣狀況，增加了土壤中的陽離子交換量(CEC)，并促進土壤中氮素的固定，減少氮素的流失，增加了作物對氮素的吸收。另外在磷素流失的研究中，有效磷是能被作物直接吸收的形態，隨著有機質的增加使其內部發生礦化作用的有機磷釋放到土壤當中，從而提升了有效磷的含量，說明施肥在一定程度上能夠增加土壤中有效磷的含量。結合‘冬牧70’籽粒增重的結果來看，施肥225 kg/hm2即能顯著提高籽粒的產量，又能提升土壤中的有機質、水解性氮和速效磷的含量，雖然施肥300 kg/hm2處理對土壤水解性氮和速效磷的提升較也為顯著，但是‘冬牧70’并不能全部吸收造成養分的浪費，因此施氮肥225.0 kg/hm2能實現較高的籽粒產量和氮素利用效率。

本研究填補了在西藏河谷地區飼用黑麥種籽生產合理施氮方面的空白，為今后‘冬牧70’種籽生產所需合理的氮素提供了科學依據。但是隨著施氮量的增加，籽粒產量也一直在增加，并沒有出現拐點，因此施氮量達到多少籽粒產量出現下降還待進一步研究。

研究結果初步表明，在西藏地區肥力差的土壤條件下，飼用黑麥‘冬牧70’種籽生產的施氮水平應控制在225.0 kg/hm2以下，以實現較高的籽粒產量和氮素利用效率。