模擬氮沉降和收獲期對秋萌東方旱麥草生長與飼用品質的影響

婁亞樺，王玲秀，邵 帥,2,3*

(1. 新疆農業大學草業學院，新疆 烏魯木齊 830052； 2. 西部干旱荒漠區草地資源與生態教育部重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830052； 3. 新疆草地資源與生態重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830052)

新疆是我國重要的牧區和畜產品生產基地，春季牧草短缺是新疆畜牧業發展亟待解決的重要問題。在新疆北部荒漠和荒漠草地，分布著一類特殊的植物類群-短命植物，能夠利用早春的融雪和雨水快速生長，不僅在穩定沙丘、增加荒漠地表粗糙度方面發揮重要的生態功能，同時還有利于家畜恢復體膘，有效緩解春季牧草短缺[1-2]。此外，短命植物存在春萌和秋萌現象，有研究指出秋萌植株不僅能在覆雪下越冬，而且單株冠幅、葉片數量、干重等均遠遠大于春萌植株[3]。

氮是影響牧草品質的重要營養元素，受全球變化與人類活動的影響，氮沉降日益增加。荒漠生態系統本身養分貧瘠，即使少量氮增加也會對荒漠植物及系統本身產生顯著影響，如1.5，3，6 g·m-2·a-1氮添加顯著促進荒漠一年生短命植物小車前(Plantagominuta)、小花荊芥(Nepetamicrantha)和毛穗旱麥草(Eremopyrumdistans)地上和地下生物量積累[4]。同時，收獲時間是保證獲得優質牧草的關鍵已得到廣泛證實[5-8]。東方旱麥草(Eremopyrumorientale)是禾本科短命植物旱麥草屬的一個種，僅分布于新疆北部，在荒漠和荒漠草原地帶較為常見，分蘗旺盛，營養豐富，是牲畜春季可采食的牧草之一[9]。本研究從牧草利用角度出發，以秋萌東方旱麥草為材料，通過模擬氮沉降變化并設置兩個收獲期，探究其對東方旱麥草生長與飼用品質的影響，為發掘春季牧草資源和新疆畜牧業可持續發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

2019年于古爾班通古特沙漠南緣采收東方旱麥草(E.orientale)種子，清除雜質，室溫保存。試驗于2020年9月在新疆農業大學草業學院試驗地進行盆栽試驗，選取顆粒飽滿的種子(千粒重為2.16±0.02 g，萌發率為48.7%)，播種于直徑約為20 cm花盆中，每盆約30粒。所有花盆盛裝等重的取自原生境的沙土，土壤容重為1.78 g·cm-3，pH為7.97，電導率為0.90 ms·cm-1，有機質為0.20%，速效氮含量為6.23 mg·kg-1，速效磷含量為1.66 mg·kg-1。出苗兩周后每盆定苗10株。設置3個氮處理：N0,N1、N2，氮的施用量分別為0 kg·ha-1·a-1，30 kg·ha-1·a-1，60 kg·ha-1·a-1，氮素使用尿素，分2次添加，每次添加氮量為總施氮量的1/2，第一次于定苗后1周(2020年9月17日)施入，第二次于次年春季4月上旬(2021年4月10日)施入。每個氮處理設置14個重復，每個花盆為1個重復，于次年春季分2次收獲。

1.2 植株生長測定

在2021年4月28日(拔節孕穗期)、2021年5月12日(開花期)分別進行收獲。每處理組隨機選取6盆，每盆隨機選取5株進行株高、葉長、葉寬、莖粗、分蘗數等生長指標測定，稱量每盆地上與地下總鮮重，105℃殺青30 min，65℃烘至恒重，稱量干重，使用天平的精度為0.000 1 g。平均地上鮮重、平均地下鮮重為每盆地上、地下總鮮重除以株數。根冠比為地下干重與地上干重的比值。

1.3 牧草飼用品質測定

采用凱氏定氮法測粗蛋白(crude protein，CP)含量[10]；中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)采用Van Soest法測定[11]；粗脂肪(ether extract，EE)采用索氏脂肪抽提法測定[12]。

1.4 數據分析

采用Excel 2010進行數據整理，利用SPSS 17.0軟件進行雙因素方差分析，用Origin 2018軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 模擬氮沉降與收獲期對東方旱麥草生長的影響

由表1可知，在第一收獲期，與無氮(N0)處理相比，N1和N2處理下東方旱麥草株高、葉長、葉寬顯著增加(P<0.05)，且在N2處理下達到最大值，較N0處理分別增加了21.2%，51.0%，59.5%；與N0相比，N1和N2處理下東方旱麥草莖粗顯著增加(P<0.05)，N1處理下莖粗值最大；同樣N1處理下東方旱麥草分蘗數最大，N2處理下分蘗數與N0無顯著差異。在第二收獲期，不同氮處理下東方旱麥草株高無顯著差異；與N0處理相比，N1,N2處理下東方旱麥草的葉長、莖粗與分蘗數均顯著提高，且N2處理下葉長與分蘗數顯著高于N1處理，N1與N2處理下莖粗無顯著差異。不同收獲期下東方旱麥草株高、葉寬、葉長、莖粗、分蘗數的變化均存在極顯著差異(P<0.01)。與第一收獲期相比，第二收獲期同一氮處理(N0,N1,N2)下的株高分別增加了177.5%，147.7%，152.2%；在第二收獲期，除N2處理下葉長、莖粗和分蘗數與第一收獲期相同處理下無顯著差異外，其他處理組葉長、葉寬、莖粗和分蘗數均顯著低于第一收獲期相同處理。

在兩個收獲期，不同氮處理條件下東方旱麥草平均地上鮮重的變化規律一致，與N0相比，N1和N2處理下平均地上鮮重顯著增加(P<0.05)，且N1與N2處理間無顯著差異；就第一收獲期而言，N0處理下東方旱麥草平均地上鮮重僅為0.22 g，N1和N2處理下平均地上鮮重較N0處理分別增加了118.2%，95.5%，第二收獲期N1和N2處理下平均地上鮮重分別較N0處理增加了59.4%，84.4%。收獲期與氮處理對東方旱麥草平均地下鮮重的影響無顯著差異。在第一收獲期，與N0相比，N1和N2處理下東方旱麥草根冠比顯著降低(P<0.05)，且二者之間無顯著差異；與第一收獲期不同，第二收獲期不同氮處理之間根冠比無顯著差異。

表1 不同氮處理對秋萌東方旱麥草生長指標的影響Table 1 The growth indexes of autumn-germinated E.orientale under different nitrogen treatments

2.2 模擬氮沉降與收獲期對東方旱麥草飼用品質的影響

結合表2可知，不同氮處理下的東方旱麥草粗蛋白(CP)含量差異顯著(P<0.05)。在兩個收獲期，N2處理CP含量均最高；在第一收獲期，N2處理下CP含量為14.2%，較N0處理增加了136.7%，較N1處理增加了20.5%；在第二收獲期，N2處理下CP含量為9.7%，較N0處理增加了122.3%。相同氮處理下，第二收獲期CP含量明顯低于第一收獲期。就粗脂肪(EE)而言，兩個收獲期N1與N2處理下EE含量均顯著高于N0處理，第一收獲期N2處理下EE含量顯著高于N1處理，第二收獲期則差異不顯著；同時,第二收獲期N1與N0處理下EE含量顯著高于第一收獲期相同處理組，而兩個收獲期N2處理下EE含量無明顯差別。

在兩個收獲期不同氮處理下東方旱麥草的中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量變化規律基本一致，N1和N2處理下NDF和ADF含量均低于無氮處理；在第一收獲期，與N0處理組相比，N1和N2處理下ADF含量無顯著差異，NDF含量分別降低了10.3%和14.2%；相同氮處理下第二收獲期NDF和ADF含量均高于第一收獲期，如NDF含量在第二收獲期N0、N1、N2處理下比第一收獲期相同處理下分別升高了25.7%，26.0%，23.8%。

表2 不同氮處理對秋萌東方旱麥草飼用品質的影響Table 2 The forage quality of autumn-germinated E.orientale under different nitrogen treatments

3 討論

3.1 模擬氮沉降與收獲期對東方旱麥草生長的影響

氮素是影響牧草生長發育的重要因子，氮沉降增加促使土壤含氮量升高，必然導致牧草農藝性狀與產量發生變化。農藝性狀是牧草評價體系中最直觀的依據，也是衡量牧草對氮沉降響應的重要參數之一。很多研究表明氮添加與牧草農藝性狀的變化呈正相關關系，張曉佩等[13]、李小梅等[14]對多花黑麥草(Loliummultiflorum)的多個品種研究發現，施氮顯著提高了株高與分蘗數；虉草(Phalarisarundinacea)株高、葉寬、葉面積及營養枝數均隨施氮量增加而增加[15]；李韋柳等[16]研究表明，隨著施氮量增加，狼尾草(Pennisetumglaucum×P.purpureum)株高、莖粗和單位面積有效莖數逐漸增加；除此之外，飼用狗牙根(Cynodondactylon‘Wrangler’)、燕麥(Avenasativa)、高粱(Sorghumbicolor)和白羊草(Bothriochloaischaemum)[17-20]的相關研究中均得到相似的結果，即添加氮素能有效促進牧草生長。本研究結果顯示，除第二收獲期株高外，在添加氮的處理下，東方旱麥草的株高、葉長、葉寬、莖粗、分蘗數和平均地上鮮重均顯著高于無氮處理，與前人研究結果一致，添加氮素顯著促進了東方旱麥草的地上生長；但添加氮素并未對地下生長產生顯著影響，進而導致根冠比降低。在氮添加條件下，三種短命植物尖喙牻牛兒苗(Erodiumoxyrrhynchum)、琉苞菊(Hyaleapulchella)、條葉庭薺(Alyssumlinifolium)地上生物量與地下生物量均升高，且根冠比降低[21]，這與本研究既相似又略有不同，不同植物生物量分配與多種因素相關。

不同植物對氮素的需求不同，響應也不一致。本研究中，60 kg·ha-1·a-1與30 kg·ha-1·a-1處理下東方旱麥草各生長參數普遍無顯著差異，甚至在第一收獲期30 kg·ha-1·a-1處理下莖粗與分蘗數顯著高于60 kg·ha-1·a-1處理，東方旱麥草的生長與生物量積累并未隨著氮添加量增加而得到進一步促進，這可能是由于東方旱麥草生存于荒漠環境中，對貧瘠環境具有一定適應性，對氮素營養需求不大，少量增氮即發生飽和現象，即使持續增氮對平均生物量影響不大。

牧草生長期間形態變化可能是影響潛在生產力的重要因素。伴隨收獲期的推移，桂牧一號雜交象草(Pennisetumpurpureum‘Guimu-1’)、美國矮象草(Pennisetumpurputeum‘mott’)株高、分蘗數、地上鮮、干重均呈上升趨勢[22]。張文潔等[23]研究發現6個多花黑麥草(L.multiflorum)品種干物質量隨著生育期推進呈增加趨勢。在本研究中，從不同收獲時間來看，相同氮處理下，第二收獲期東方旱麥草株高顯著高于第一收獲期，這是由于第二收獲期東方旱麥草已經進入開花階段，抽穗促進莖稈縱向快速伸長，促使株高顯著增加，同時莖粗降低；另外，第二收獲期葉長、葉寬與分蘗數均低于第一收獲期，這是由于東方旱麥草是短命植物，生命周期較短，僅2個月左右，秋萌植株在次年5月底6月初枯黃死亡，另外，在第二收獲期，更多的能量與物質分配給生殖生長，新生葉片短小，早期葉片枯黃，造成東方旱麥草葉長、葉寬與分蘗數降低；其次，兩次收獲期下的東方旱麥草平均地上與地下生物量未發生顯著變化的原因，可能是收獲時間間隔較短造成的。

3.2 模擬氮沉降與收獲期對東方旱麥草飼用品質的影響

添加氮素能夠明顯改善牧草飼用品質，促進粗蛋白、粗脂肪含量增加，中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量降低。與不施氮相比，在100 kg·ha-1·a-1純氮添加條件下，羊草(Leymuschinensis)粗蛋白和粗脂肪分別增加3.2%和0.8%，同時中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量不變[24]。在150，300和450 kg·hm-2施氮處理下，多花黑麥草(L.multiflorum)粗蛋白和粗脂肪含量伴隨施氮量增加而增加，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量則降低[14]。徐然然等[25]研究發現，160 kg·hm-2施氮處理下，紫花苜蓿(Medicagosativa)與無芒雀麥(Bromusinermis)混播草地飼草中粗蛋白與粗脂肪含量均顯著高于不施氮處理，并且中性洗滌纖維與酸性洗滌纖維含量降低。此外，在狗牙根(C.dactylon)、柳枝稷(Panicumvirgatum)、‘桂牧1號’雜交象草(Pennisetumpurpureum‘Guimu-1’)、貓尾草(Phleumpretense)、牛鞭草(Hemarthriacompressa)等研究中得出一致的結果[26-30]。本研究結果與以上研究發現相似，伴隨氮添加量的增加，東方旱麥草的粗蛋白與粗脂肪含量也相應升高，在60 kg·ha-1·a-1氮添加條件下，粗蛋白與粗脂肪含量最高；同時，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量降低，但是30 kg·ha-1·a-1與60 kg·ha-1·a-1氮添加處理下無顯著差異，這可能是由于原生境沙土養分貧瘠，氮沉降一定程度上改善了土壤供氮狀況，促進植物生長，進而營養物質積累增多，提高了東方旱麥草的品質。

不同生育期牧草品質具有顯著差異，一般幼嫩時粗蛋白含量高，粗纖維含量低，隨生育期推移，牧草營養品質降低，適宜的收獲時間是獲得高品質牧草的重要條件[31]。周磊等[32]研究表明，飼用燕麥(Avenasativa)在抽穗期粗蛋白含量最高。紫花苜蓿品種‘金皇后’粗蛋白、粗灰分以及相對飼用價值在現蕾期最高[33]。半乳熟期收獲的飼用小黑麥(Tritivalewittmack)的粗蛋白和粗脂肪含量均顯著低于抽穗期，纖維含量增加[34]。在本研究中，相同氮處理下，第二收獲期粗蛋白含量明顯低于第一收獲期，而粗脂肪、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維則顯著高于第一收獲期，這可能是由于在第二收獲期東方旱麥草株高顯著增加，木質化程度加劇，形成了更多結構性支撐物質，進而導致適口性降低。另外，在第二收獲期東方旱麥草部分葉片枯黃，自然衰老導致葉綠素、維生素與蛋白類物質降解，也可能是導致飼用品質降低的一個重要原因。在第二次收獲時，東方旱麥草進入抽穗開花階段，小穗中籽粒形成促使粗脂肪含量升高。

4 結論

增氮增加了東方旱麥草的株高、葉長、葉寬、分蘗數、平均地上鮮重、粗蛋白和粗脂肪含量，降低了中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量。隨著收獲期的延遲，第二收獲期東方旱麥草的粗蛋白含量顯著降低，同時粗脂肪、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量增加，導致牧草飼用品質降低，兩個收獲時間平均地上鮮重并無顯著差異。綜合考慮東方旱麥草秋萌株的生長與飼用品質，在第一收獲期(拔節孕穗期)和60 kg·ha-1·a-1氮添加條件下可獲得最佳飼草，但對生長于荒漠之中的東方旱麥草而言，即使較低水平氮沉降(30 kg·ha-1·a-1)也能顯著提升其生產力與營養品質。因此，在生產中，秋播東方旱麥草可成為解決春季牧草短缺的一種有效途徑。