氮磷營(yíng)養(yǎng)水平對(duì)牧草生長(zhǎng)及根系生物量的影響

張德 曾麗萍 龍會(huì)英

摘要以多年生的豆科牧草柱花草和禾本科牧草扭黃茅和孔穎草為試驗(yàn)材料，通過(guò)田間實(shí)驗(yàn)研究不同氮磷水平下3 種牧草的生長(zhǎng)量、總生物量、不同深層根系的生物量。試驗(yàn)結(jié)果表明，與未施氮磷對(duì)比， P1水平扭黃茅10～20 cm 根層生物量有顯著差異（p<0.05）外，氮磷的施用對(duì)3 種牧草地上部生長(zhǎng)和地下部生物量和3 個(gè)根層的生物量沒(méi)有顯著差異（p>0.05）。N1（120 kg/hm2）水平下均能提高3 種牧草生物量， N2（240 kg/hm2）水平下對(duì)3 種牧草生物量影響不大，說(shuō)明適量施氮有利3 種牧草的生長(zhǎng)。與未施氮（ N0）對(duì)比，除了 N2（240 kg/hm2）水平柱花草0～10 cm 根層生物量減少外，3 種牧草0～10 cm 和10～20 cm 根層生物量均為增加趨勢(shì)。2 個(gè)氮水平均能提高柱花草在0～10 cm 根層生物量的比例，而扭黃茅和孔穎草在10～20 cm 根層生物量的比例增加。與未施磷（ P0）對(duì)比， P1（37.5 kg/hm2）水平可以促進(jìn)3 種牧草的生長(zhǎng)，3 種牧草的生物量及0～10 cm 和10～20 cm 根層生物量有增加趨勢(shì)， P2（75 kg/hm2）水平影響不大。表明適量氮磷的添加有利3 種牧草的生長(zhǎng)，即種植當(dāng)年氮的推薦施用量120 kg/hm2，磷的施用量37.5 kg/hm2。

關(guān)鍵詞牧草;氮;磷;地上部和地下部;生物量

中圖分類(lèi)號(hào) S8116.11??????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A???????? DOI：10.12008/j.issn.1009-2196.2022.01.006

Effects of Nitrogen and Phosphorus Fertilizer on the Growth and Root Biomass ofLeguminous and Gramineous Forages

ZHANG De1，2??? ZENG Liping3??? LONG Huiying1，2

（1. Tropical Eco-agriculture Research Institute， YAAS， Yuanmou， Yunnan 651300 China;2. Yuanmou Dry-Hot Valley BotanicalGarden， Yuanmou， Yunnan 651300， China;3. School of Chemistry and Resources Engineering， Honghe University， Mengzi，Yunnan 661199， China）

Abstract?? In a field experiment three species of perennial forages， Stylosanthesguianensis （leguminous forage）， and Heteropogoncontortus and Bothriochloapertusa （gramineous forages）， were treated with nitrogen fertilizer and phosphorus fertilizer at three levels， and their growth， total biomass， and root biomass at different soil layers were determined and analyzed. The results showed that as compared with the control without nitrogen fertilizer and phosphorus fertilizer， the phosphorus fertilizer treatment （P1） had a significant effect （p <0.05） on the root biomass ofthe three forage species at the 10-20 cm soil layer， while the nitrogen fertilizer and phosphorus fertilizer had no significant effect on the plant growth and total root biomass of the three forage species and root biomass at three different soil layers （p >0.05）. The nitrogen fertilizer treatment N1（120 kg·ha–1） increased the biomass ofthe three forage species， while the treatment N2（240 kg·ha–1） had little influence on the biomass of the three forage species， indicating application of nitrogen fertilizer at an adequate rate is conducive to the growth of the forages. Compared with the control without nitrogen application （N0）， the nitrogen treatments N1 and N2 tended to increase the root biomass of the three forage species at the 0-10 cm and 10-20 cm soil layers except the root biomass at the 0-10 cm soil layer under the treatment N2（240 kg·ha–1） which was decreased. The nitrogen treatments N1（120 kg·ha–1） and N2（240 kg·ha–1） increased the proportion of S. guianensis root biomass at the 0-10 cm soil layer， and enhanced the proportion of root biomass of H. contortus and B. pertusa at the 10-20 cm soil layer. Compared with the control without phosphorus fertilizer （P0）， the phosphorus treatment P1（37.5 kg·ha–1） promoted the growth and biomass of the three forage species and their root biomass at the 0-10 cm and 10-20 cm soil layers， while the treatment P2（75 kg·ha–1） had little influence. All these results suggest that application of nitrogen and phosphorus fertilizers at an appropri- ate rate is beneficial to the growth of the three forage species. These three forage species are recommended to apply with nitrogenfertilizer at 120 kg·ha–1 and phosphorus fertilizer at 37.5 kg·ha–1 in the same year of planting.

Keywords?? forage; nitrogen; phosphorous; parts above and under the ground; biomass

適當(dāng)?shù)牧追适┤肽茉黾佣箍颇敛莞龉痰哪芰?，在一定的磷濃度范圍?nèi)，禾本科牧草地下部分生物量（根系）隨著磷濃度的增加而增大[1]。白三葉草在施肥效應(yīng)中，磷素效應(yīng)最顯著，白三葉與施磷量間呈顯著正相關(guān)（r=0.66），在混播人工草地定植期，經(jīng)濟(jì)合理的最佳施肥量為純磷95.4 kg/hm2[2]。添加氮素可提高土壤中可有效利用氮的含量，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)[3]，適量增加氮肥有利于提高禾本科作物的產(chǎn)量。良好的根系發(fā)育對(duì)植物地上部的生長(zhǎng)具有重要意義[4]，根系的根干重等可以作為作物吸收養(yǎng)分效率的衡量參數(shù)，根系形態(tài)構(gòu)型和生理功能的變化也改變根系對(duì)養(yǎng)分的吸收[5]，在自然條件下良好的根系構(gòu)型有利于提高根系對(duì)土壤養(yǎng)分和水分的吸收，而過(guò)高的磷含量對(duì)其根系生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用[6]，過(guò)多氮肥施用也不利于氮的吸收，從而造成水體富營(yíng)養(yǎng)化等現(xiàn)狀[7]。西南地區(qū)的紅壤土（含燥紅土）氮和磷缺乏，土壤養(yǎng)分含量低[8]，加上磷的強(qiáng)烈固定作用，磷的利用率不高，所以在人工草地建設(shè)中正確合理的氮磷添加量很重要。本研究針對(duì)以上現(xiàn)狀存在的問(wèn)題，選擇適應(yīng)干熱河谷區(qū)種植，具有耐旱和固氮能力的豆科牧草灌木狀柱花草（Stylosanthesguianensis cv. seabrana），以及喜熱、耐旱耐瘠的優(yōu)勢(shì)禾本科草扭黃茅[Heteropogoncontortus （L.） Beauv.]和孔穎草[Bothriochloapertusa? （L.） A.Camus]為試驗(yàn)材料，研究不同氮磷肥的施用對(duì)豆科牧草和禾本科牧草的地上部生長(zhǎng)量、生物量以及不同根層生物量的影響，為 3種牧草和其它豆禾牧草氮磷的合理施用提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 材料

1.1.1? 試驗(yàn)區(qū)概況試驗(yàn)于2016 年在云南省元謀縣黃瓜園鎮(zhèn)苴林基地（25°50′42″N，101°49′19″E ）進(jìn)行，海拔1 073 m，年均氣溫22℃，日照時(shí)數(shù)為 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℃;年降雨量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(yàn)地土壤全氮為0.032%、全磷0.26%，有效磷15.60 mg/kg、pH 7.01。

1.1.2? 試材供試牧草柱花草為引進(jìn)的豆科牧草，多年生草本植物，根系深50 cm 以上，具有固氮[9]、高產(chǎn)、干物質(zhì)粗蛋白質(zhì)含量高、適口性好、易栽培等特性。禾本科草扭黃茅和孔穎草為干熱河谷多年生優(yōu)勢(shì)草本植物，高30～100 cm ，喜熱、耐旱耐瘠，覆蓋度高、侵占性強(qiáng)，易形成單優(yōu)勢(shì)種群落[10]。供試氮肥為含氮量46%的尿素，供試磷肥為含 P2O516%的過(guò)磷酸鈣[11]。

1.2? 方法

1.2.1? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)于2016 年進(jìn)行，田間試驗(yàn)。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(xiàn)[12-13]等，分別設(shè)3 個(gè)氮磷處理：氮素 N0（不施氮）， N1（120 kg/hm2）， N2（240 kg/hm2 ）;磷素 P0 （不施磷）， P1 （37.5 kg/hm2）， P2（75 kg/hm2）。處理中， N0 和 P0 為同一個(gè)處理（CK），均不施氮磷肥;施氮處理不施磷肥，施磷處理不施氮肥;隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)，合計(jì)45個(gè)小區(qū)。株行距均為

50 cm ，小區(qū)面積2 m×5 m=10 m2。育苗移栽，育苗時(shí)間為5 月，移栽時(shí)間7 月。每塘穴留成活植株1 株，2016年 12月 12 日始收獲。試驗(yàn)地不施底肥， P 水平的磷肥作為底肥一次性施入，1/2的 N 水平的氮肥在整地時(shí)施入，剩余1/2的氮肥在定植苗成活后施入。人工種植與田間管理按常規(guī)方法實(shí)施[9]。

1.2.2? 項(xiàng)目測(cè)定種植后45 d，采用樣方和針刺法，在每小區(qū)取1 m 的3 個(gè)樣方觀測(cè)植被蓋度，選10株觀測(cè)牧草植株絕對(duì)株高（生長(zhǎng)量）。于柱花草現(xiàn)莢期，孔穎草和扭黃茅草種熟期采收植物樣，每小區(qū)隨機(jī)取10株，收獲法測(cè)定植株地上部生物量;剖面法分層取樣[13]，分層（0～10，10～20，20～30 cm ）取根樣清洗，稱(chēng)取待測(cè)樣（地上部和地下部）鮮重，待測(cè)樣在70～80℃烘干后稱(chēng)取干重。

1.2.3? 數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Excel 2003軟件處理，差異顯著性檢驗(yàn)采用 SPSS.17軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同氮磷水平對(duì)3 種牧草幼苗期生長(zhǎng)量的影響

氮磷添加對(duì)豆科牧草和禾本科牧草生物量的影響不同，植被蓋度是衡量作物在群落里的侵占性之一。相對(duì)未施氮水平，施氮對(duì)3 種牧草的株高和植被蓋度無(wú)顯著影響，如表1 所示， N1水平下，柱花草株高和植被蓋度分別提高4.83%和18.56%，扭黃茅蓋度提高3.03%，孔穎草的株高提高1.15%。 N2水平下，扭黃茅株高提高4.46%。施磷對(duì)3 個(gè)牧草的株高和植被蓋度也無(wú)顯著影響， P1條件下柱花草的株高和植被蓋度分別提高0.09%和6.19%，P2條件下柱花草的株高和植被蓋度分別提高6.95%和7.24%;P1條件下扭黃茅的株高和植被蓋度分別提高 2.83%和2.66%;P1條件下孔穎草的植被蓋度提高 0.74%，P2水平下孔穎草的株高提高了2.11%。

2.2? 不同氮磷水平對(duì)3 種牧草地上部生物量的影響

與未施氮（ N0）相比，施氮對(duì)3 個(gè)牧草的生物量沒(méi)有顯著差異（p>0.05）。與 N0對(duì)比， N1條件下柱花草地上部和地下部的生物量分別提高10.04%和11.55%，N2水平柱花草地上部生物量提高8.50%;與 N0對(duì)比， N1水平下扭黃茅地上部和地下部的生物量分別提高4.69%和2.23%， N2水平下則分別提高38.56%和30.60%;與 N0對(duì)比， N1條件下孔穎草地上部和地下部的生物量分別提高0.69%和9.50%，N2水平柱花草地下部生物量提高29.51%（表2 ）。

與未施磷（ P0）對(duì)比，施磷對(duì)3 個(gè)牧草的生物量沒(méi)有顯著差異（p>0.05）。與 P0 對(duì)比， P1條件下，柱花草地上部和地下部的生物量分別提高 2.07%和20.02%，P2水平柱花草地下部生物量提高8.72%;與 P0對(duì)比， P1條件下，扭黃茅地上部和地下部的生物量分別提高19.86%和 43.87%，P2水平則分別減少5.61%和11.24%;與 P0對(duì)比， P1條件下，孔穎草地上部和地下部的生物量分別提高0.90%和15.17%，P2水平則分別提高 1.10%和6.56%，如表2 所示。

2.3? 不同氮水平對(duì)3 種牧草不同土層根系生物量的影響

與未施氮（ N0）對(duì)比，施氮對(duì)3 種牧草3 個(gè)根層的生物量沒(méi)有顯著差異（p>0.05）。與 N0? 對(duì)比， N1水平下，柱花草在0～10和 10～20 cm 根層生物量分別增加20.79%和5.29%，N2水平下 10～20 cm 根層生物量增加3.53%，其它為減少趨勢(shì)。與 N0對(duì)比， N1水平下，扭黃茅在0～10和 10～20 cm 根層生物量分別增加0.87%和39.25%; N2水平下，扭黃茅在0～10、10～20和 20～30 cm 根層生物量分別增加27.04%、70.99和 11.36%。與 N0對(duì)比， N1水平下，孔穎草在0～10和 10～ 20 cm 根層生物量分別增加10.04%和25.81%， 20～30 cm 為減少趨勢(shì);N2水平下，孔穎草在0～10、10～20和 20～30 cm 根層生物量分別增加21.25%、92.17%和31.09%（表3 ）。

與未施氮（ N0）對(duì)比，施氮對(duì)3 種牧草3 個(gè)根層的生物量的比例沒(méi)有顯著差異（p>0.05）。與N0對(duì)比， N1水平下，柱花草在0～10 cm 根層生物量的比例增加8.35%，在10～20和 20～30 cm 根層生物量的比例分別減少5.33%和29.55%;N2水平下，柱花草在0～10和 10～20 cm 根層生物量的比例分別增加2.29%和3.98%，20～30 cm 根層生物量的比例減少35.41%。與 N0對(duì)比， N1水平下，扭黃茅在10～20 cm 根層生物量的比例增加73.44%，而在0～10和 20～30 cm 根層生物量的比例分別減少1.68%和41.17%;N2水平下，扭黃茅在 10～20 cm 根層生物量的比例增加59.46%，而在 0～10和 20～30 cm 根層生物量的比例分別減少1.48%和19.40%。與 N0對(duì)比， N1水平下，孔穎草在10～20 cm 根層生物量的比例增加20.80%，而在0～10和 20～30 cm 根層生物量的比例分別減少 1.02%和14.54%;N2水平下，孔穎草在0～10 cm 根層生物量的比例減少8.35%，而在10～20 cm 和20～30 根層生物量的比例分別增加50.14%和14.86%，如表3 所示。

2.4? 不同磷水平對(duì)3 種牧草不同土層生物量的影響

與未施磷（ P0）對(duì)比，施磷對(duì)柱花草和孔穎草3個(gè)根層的生物量沒(méi)有顯著差異（p>0.05）， P1水平對(duì)扭黃茅10～20 cm 根層生物量有顯著差異（p<0.05）。對(duì)柱花草而言，與 P0對(duì)比，施磷提高了柱花草3 個(gè)根層的生物量， P1水平下，柱花草在0～10、10～20和 20～30 cm 根層生物量分別提高13.80%、32.28%和28.49%;P2水平下分別提高8.27%、2.82%和20.77%。與 P0對(duì)比， P1水平下，扭黃茅在0～10、10～20和 20～30 cm 根層生物量分別提高36.50%、120.49%和13.57%;P2水平下，扭黃茅在0～10和 10～20 cm 根層生物量分別減少12.58%和10.14%，20～30 cm 根層生物量提高3.16%。與 P0對(duì)比，孔穎草在 P1水平下3 個(gè)根層生物量減少，而在 P2 水平下0～10 和10～20 cm 根層生物量分別提高3.49%和39.63%，如表4 所示。

與未施磷（ P0）對(duì)比，施磷對(duì)3 種牧草3 個(gè)根層的生物量的比例沒(méi)有顯著差異（p>0.05）。對(duì)柱花草而言，與 P0對(duì)比， P1水平下，柱花草在 10～20和 20～30 cm 根層的生物量的比例提高了9.13%和7.17%，在0～10 cm 根層的生物量的比例降低4.87%;P2水平下，柱花草在0～10和 20～30 cm 根層生物量的比例分別增加 2.34%和 1.68%，10～20 cm 根層生物量的比例減少7.36%。與 P0對(duì)比， P1水平下，扭黃茅在10～20 cm 根層生物量比例提高5.77%，在0～10和 10～20 cm 根層生物量的比例分別減少8.16%和27.46%;P2水平下，扭黃茅在10～20和 20～30 cm 的根層生物量比例分別增加了4.32%和2.73%，0～10 cm 根層生物量的比例減少0.80%。與 P0對(duì)比， P1水平下，孔穎草在10～20和 20～30 cm 根層生物量的比例分別增加42.26%和17.52%，0～10 cm 根層生物量的比例減少7.61%;P2水平下，孔穎草在10～20 cm 根層生物量的比例增加30.39%，0～10和 20～30 cm 根層生物量的比例分別減少2.45%和13.16%，如表4 所示。

3? 討論與結(jié)論

3.1? 討論

不同的牧草根層的形態(tài)和生物量表現(xiàn)不一致，原因可能是柱花草為直根系作物，而扭黃茅和孔穎草為須根性植物，他們根系主要集中分布在 0～20 cm 土層，在20～30 cm 土層分布較少。

有研究表明，在草地生態(tài)系統(tǒng)中，氮素是限制植物生長(zhǎng)的重要因子，土壤中有效氮的含量不能滿足禾本科牧草高產(chǎn)需要，要獲得禾本科牧草高產(chǎn)和高的蛋白產(chǎn)量，在牧草生長(zhǎng)期有必要施氮肥，施氮肥可以顯著增加禾本科牧草產(chǎn)量，在相同磷肥水平下施氮可以促進(jìn)黑麥草磷的吸收[14]，適量施用氮、鉀肥可促進(jìn)南植苜蓿根瘤的發(fā)育[15]。施氮對(duì)苜蓿苗期根瘤發(fā)育不良或大量無(wú)效根瘤 pH 值低的土壤（<6.5）有增產(chǎn)效應(yīng)[16]，不同的施肥量對(duì)紫花苜蓿的產(chǎn)量的影響很大，少施肥或者過(guò)量施肥都可以影響產(chǎn)量[17]，在高肥力或高氮肥投入條件下，豆科作物生物固氮的潛力被顯著抑制，隨著施氮量的增加，“氮阻遏”效應(yīng)明顯[18]。本研究表明，氮處理間均無(wú)顯著差異，但 N1 水平下均能提高3 種牧草生物量，說(shuō)明適量施氮有利3 種牧草的生長(zhǎng)，與文獻(xiàn)研究一致[19-20]。對(duì)于柱花草而言，除了 N2水平柱花草0～10 cm 根層生物量減少外，3 種牧草0～10和 10～20 cm 根層生物量均為增加趨勢(shì)。與未施氮對(duì)比，2 個(gè)氮水平均能提高柱花草在0～10 cm 根層生物量的比例，而扭黃茅和孔穎草現(xiàn)在10～20 cm 根層生物量的比例增加。

研究表明，適當(dāng)增加磷的施入能促使作物根系的生長(zhǎng)，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。豆科牧草適當(dāng)施入磷肥能增加牧草根瘤固氮的能力。對(duì)于禾本科牧草，在一定的磷濃度范圍內(nèi)，地下部分生物量隨著磷濃度的增加而增大[1-2];添加磷營(yíng)養(yǎng)能顯著增加紫花苜蓿植株的根頸芽數(shù)和分枝數(shù)，進(jìn)而增加植株的產(chǎn)量[21]，長(zhǎng)期施磷均可顯著增加紅壤旱地 TP 和 Bray-P 含量[22]。本研究表明，添加磷素 P1（37.5 kg/hm2）水平可以促進(jìn)3 種牧草的生長(zhǎng)，3 種牧草的生長(zhǎng)量、植被蓋度、生物量及0～10 和10～20 cm 根層生物量有增加趨勢(shì)，在 P2 （75 kg/hm2）水平影響不大。對(duì)3 種牧草20～30 cm 根層生物量及百分比有減少趨勢(shì)。與未施磷對(duì)比，除扭黃茅在 P2水平株高、植被蓋度減少外，施磷（ 2個(gè)磷水平）均能提高3 種牧草的株高、植被蓋度。與未施磷對(duì)比， P1水平下3 個(gè)牧草地上部和地下部生物量均為增加趨勢(shì);在 P2水平，除了扭黃茅生物量減少外，其它均為增加趨勢(shì)。與未施磷對(duì)比，除了孔穎草在 P1水平下3 個(gè)根層生物量減少外，施磷均提高了3 種牧草3 個(gè)根層的生物量。在根層生物量的比例方面表現(xiàn)不一致，對(duì)于柱花草， P1水平下，柱花草在10～0和 20～0 cm 根層的生物量的比例增加， P2 水平為減少趨勢(shì)，說(shuō)明磷對(duì)根系的促生長(zhǎng)作用有一定范圍限制，過(guò)高的磷不但不會(huì)進(jìn)一步改善根系性狀，反而對(duì)根系生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用。扭黃茅和孔穎草在 P1和 P2水平中10～0 cm 根層生物量比例均得到提高。說(shuō)明在一定的磷濃度范圍內(nèi)，地下部分生物量隨著磷濃度的增加而增大[1]。

3.2? 結(jié)論

與未施氮磷對(duì)比，氮磷的施用對(duì)3 種牧草3 個(gè)根層的地下生物量沒(méi)有顯著影響。 N1 （120 kg/hm2）水平下均能提高3 種牧草生物量， N2（240 kg/hm2）水平下對(duì)3 種牧草生物量影響不大。說(shuō)明適量施氮有利3 種牧草的生長(zhǎng)。與未施氮對(duì)比，除了 N2水平柱花草0～0 cm 根層生物量減少外，3 種牧草0 和10～20 cm 根層生物量均為增加趨勢(shì)。2 個(gè)氮水平均能提高柱花草在0～10 cm 根層生物量的比例，而扭黃茅和孔穎草現(xiàn)在10～20 cm 根層生物量的比例增加。

添加磷素 P1（37.5 kg/hm2）可以促進(jìn)3 種牧草的生長(zhǎng)，3 種牧草的生長(zhǎng)量、生物量及0～10和 10～20 cm? 根層生物量有增加趨勢(shì)，在 P2 （75 kg/hm2）水平影響不大，對(duì)3 種牧草20～30 cm 根層生物量及百分比有減少趨勢(shì)。與未施磷對(duì)比， P1水平下3 個(gè)牧草地上部和地下部生物量均為增加趨勢(shì);在 P2水平，除了扭黃茅生物量減少外，其它均為增加趨勢(shì)。與未施磷對(duì)比，除了孔穎草在 P1水平下3 個(gè)根層生物量減少外，施磷均提高了 3種牧草3 個(gè)根層的生物量。在根層生物量的比例方面表現(xiàn)不一致，對(duì)于柱花草， P1水平下，柱花草在10～20和20～30 cm 根層的生物量的比例增加， P2水平為減少趨勢(shì)。

本研究為草地氮磷的施用推薦量提供理論依據(jù)，即種植當(dāng)年氮的推薦施用量120 kg/hm2，磷的施用量37.5 kg/hm2，第二年后每次刈割后按以上氮磷水平施用。

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（責(zé)任編輯龍婭麗）