NPK肥料組合處理對沙地中科羊草根系形態特征的影響

中圖分類號：S541 文獻標識碼：A 文章編號：0488-5368（2025）06-0073-06

Abstract： To explore the efects of NPK fertilizer combinations on the root characteristics of Leymus chinensis in sandy soil，root morphological indices were measured under 15 diffrent NPK fertilizer treatments.The results showed that root biomass was highest under the N5P8K8 treatment，while total rot length was greatest under N8P5K2 The total root volume was highest under N11P3K3 In addition，the total rot surface area，average root diameter，and rhizome dry weight of Leymus chinensis under the N5P3K3 treatment were significantly higher than those under other treatments.Overall，the root morphological characteristics of Leymus chinensis are most favorable under the N5P3 K3 fertilizer combination.

Key words： Leymus chinensis； Fertilizer combination； Sand soil； Root morphology

羊草（Leymuschinensis（Trin.）Tzvel.），又叫堿草，屬于禾本科賴草屬多年生草本植物，具有抗寒冷、抗干旱、耐鹽堿、蓄水性強等特點，分布范圍廣，生態適應性強，是我國優勢的牧草和生態草[1＼～3]。羊草根莖穿透侵占能力很強，且能形成強大的根網，盤結固土壤作用很大，是很好的水土保持植物[4.5]，在防止水土流失和改善當地生態環境等方面都具有較大潛力。此外，羊草的產量和蛋白質含量都極高而且適口性也較好，再生能力也極強而且持綠期較長，是發展人工草地和改良草原退化的理想選擇。因此，羊草在生態保護、畜牧業發展以及農業生產等多個領域都具有重要的種植和生產意義。

羊草的根系形態特征是評估其生長狀況和適應性的重要指標。根系的發達程度直接影響到植物對水分和養分的吸收能力，進而影響到植物的生長和生產力。合理的施肥對于提升作物的產量和品質至關重要，而氮、磷、鉀是植物生長大量所需的三種元素，在生產中被廣泛應用。中科羊草對不同NPK肥料組合處理的響應，主要集中在根系特征的變化上。由于沙地土壤肥力低，且其質地疏松、排水性強，養分流失快，導致植物生長條件更為嚴苛，植物在這種環境中生長面臨挑戰，因此研究不同NPK肥料的組合，探討其對中科羊草根系結構與功能的影響，提升沙地中科羊草的根系結構和土壤肥力，對沙地植被恢復具有重要意義。因此通過改善中科羊草的生長條件，不僅能夠促進單一種群的恢復，還能為沙地生態系統的穩定性提供基礎。

榆林地處毛烏素沙漠邊緣的農牧交錯區，土壤貧瘠，降雨較少，自然條件惡劣，近年來，由于化工能源的大量開采，該地區的環境問題變得更加嚴重，土壤退化、水資源短缺等問題日益突出[]。肥料處理能顯著提高沙地土壤的氮、磷、鉀含量。其中氮肥能顯著增加土壤中的有效氮含量，磷肥能促進根系對土壤中微量元素的吸收，而鉀肥則對土壤持水能力的增強有積極作用。因此，探究合理的氮、磷、鉀肥的施加對羊草根系形態特征的影響，對于提升中科羊草的生長質量和產量，促進該地區畜牧業的可持續發展，保護生態環境具有重要意義，不僅可以促進榆林地區畜牧業的可持續發展，而且可以保護陜北農牧交錯區的生態環境

本試驗通過在不同的肥料配比下對榆林沙地中科羊草的根系生物量、主根直徑、總根長、根系總表面積等根系形態指標進行比較研究，以確定在不同的NPK肥料組合配比下中科羊草在榆林周圍沙地地區的生長發育狀況，得出最佳的NPK肥料組合配比。旨在為陜北農牧交錯區中科羊草引種、高效栽培及其牧草業可持續發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于陜西省榆林市榆陽區農業科技示范園區，地理位置為東經 109^°43^′ 北緯 38^°27 ，海拔為 1250m ，屬于溫帶干旱、半干旱大陸性季風氣候，年平均氣溫為 8～10^°C ，雨季集中在7＼～9月份，年平均降雨量大約為 350～500mm ，蒸發量為降雨量的 4～5 倍，一年日照量約為 2776.7h ，晴天較多，日照充足。該試驗地土壤為典型的風沙土，比熱容高，通透性良好，土壤不易板結，有機質質量分數為 3.59g/kg，pH 為8.2。

1.2 試驗材料

本試驗中，如表1所示，純N量上限、下限為12kg/667m².4kg/667m²;P₂O₅ 量上限、下限為8kg/667m²?2kg/667m² K₂O 量上限、下限為8kg/667m²?2kg/667m² 。生育期定額灌溉量為

120m³/667m²

1.3 試驗設計

本試驗設置15種不同處理（表1），每個處理三組重復，隨機排列，小區面積為 3m×5m ，試驗田面積 780m² 。于2019年5月15日采用人工條播播種，行距為 20cm ，播種深度約為 2～3cm ，每個小區設5條滴灌帶。2019年5月15日施氮磷鉀肥，2019年7月27日進行追肥，在中科羊草整個生育期間，進行田間統一管理。

1.4 測定指標與方法

試驗采用隨機區組設計，并進行了適當的重復，以減少環境因素的干擾并確保數據的可靠性。對選定的取樣點進行地上部分的刈割，使用直徑為90mm 的土鉆在刈割后的取樣點采集地下根系樣品。土鉆的選擇基于其直徑能夠確保采集到足夠的根系樣本，采集后的根系樣品使用清水輕柔沖洗根系以去除附著的土壤，將清洗后的根系置于烘干箱中，直至根系完全干燥，烘干后的根系樣品使用精確的天平進行稱重。

用EPSON根系掃描儀對烘干后的根系樣品進行掃描，獲取根系的圖像特征數據，利用Win-RHIZO根系圖像分析系統軟件對掃描得到的根系圖像進行分析，得出中科羊草的根系總根長、根系表面積、根系體積、根系平均直徑等形態指標數據。

1.5 數據分析

本研究數據采用OfficeExcel2010對收集到的原始數據進行匯總和整理，應用SPSS分析軟件進行統計顯著分析，包括t檢驗、方差分析和中科羊草根系指標的相關性分析等，并使用LSD法進行多重比較。通過灰色關聯度對各項數據指標做綜合性分析，主要計算公式如下：

關聯系數 ε_i（k）=

加權關聯度

式中 X 為參試品種， K 為性狀，各參試品種 X 在性狀 K 處的值構成比較數列 X_i，X₀ 取每個指標的最優值作為參考數列。 P 為分辨率系數 ρ=0.5 。

2 結果與分析

2.1不同處理中科羊草根系總生物量、總表面積、總根長的變化

由表2可知，中科羊草在不同肥料處理下的根系總生物量在 1.08～2.01g 之間，且各NPK肥料配比的根系總生物量均顯著高于CK處理。其中CK處理和N5P8K3處理顯著最低（ Plt;0.05） ，N11P3K8 處理、N5P8K8 處理、N11P3K3 處理、N5P3K3處理、N4P5K5處理、N8P5K8處理和N8P5K2處理均顯著最高（ Plt;0.05， ），其余處理間無顯著性差異。

在不同NPK肥料配比下，中科羊草根系總表面積的變化范圍為 355.38～829.52cm² 。其中，CK處理的根系總表面積顯著最低（ Plt;0.05 ，與N11P8K8處理、N11P3K3處理、N5P8K3處理和N8P5K5處理間差異不顯著。N5P3K3處理和N4P5K5處理的根系總表面積顯著最高（ Plt; 0.05），是CK處理的2.34倍，N8P5K5處理下的根系總表面積較CK處理僅提高 6% 。且N11P8K3處理、N11P3K8處理、N5P8K8處理、N8P8K5處理、N8P2K5處理、N8P5K2處理與N5P3K3處理和N4P5K5處理間差異不顯著。

不同肥料配比下的中科羊草根系總根長在7010.15～21036.61cm 之間。其中，CK處理下的根系總根長顯著最低（ Plt;0.05 ），與N11P8K8處理、N5P8K3處理和N5P3K8處理間差異不顯著。N8P5K2處理下的根系總根長顯著最高（ Plt; 0.05），為 21036.61cm ，是CK處理的3倍。N5P8K3處理較CK處理根系總根長提高了 8% 。

2.2不同處理中科羊草根系總體積、平均根直徑、根莖干重

由表3可知，在N11P3K3處理下的中科羊草根系總體積顯著最高（ Plt;0.05 ），為 4.68cm³ ，是CK處理的2.7倍，在N5P8K3處理下中科羊草根系總體積較CK處理提高了 16% 。其余不同肥料配比下的中科羊草根系總體積在 2.65～3.80cm³ 之間，其中，N4P5K5處理、N8P8K5處理、N8P2K5處理、N8P5K8處理和N8P5K2處理間無顯著性差異。CK處理下的中科羊草根系總體積顯著最低（ Plt;0.05） ），且CK處理與N5P8K3處理間差異不顯著。

中科羊草平均根直徑在N5P3K3處理下最高，平均直徑為 0.202mm ，較CK處理提高 3% 以上。N4P5K5處理為 0.166mm 。其余中科羊草平均根直徑均在 0.17～0.20mm 之間。各處理間無顯著性差異。

中科羊草根莖干重在不同肥料配比下的中科羊草根莖干重在 0.45～1.23g 之間。根莖干重排名前三的肥料依次為N5P3K3、N8P5K8N11P3K8。其中N5P3K3處理較CK處理提高 129% ，N8P5K2處理較CK處理降低了 18% 。其余在 P 和K含量不變，隨著N含量的增加，中科羊草根莖干重呈遞增趨勢，說明在一定范圍內增加N肥可有效增加羊草莖干重。各處理間，N5P3K3處理的中科羊草根莖干重顯著最高（ Plt;0.05， ，除N5P8K8處理、N5P8K3處理、N8P5K2處理和CK處理外，其余處理間差異不顯著。N8P5K2處理的中科羊草根莖干重顯著最低（ Plt;0.05， ），N5P8K8處理、N5P8K3處理、CK處理與N8P5K2處理間均差異不顯著。

2.3 灰色關聯度分析

由表4可知，N5P8K8處理下的中科羊草在根系總生物量方面占顯著優勢，N8P5K2處理下的中科羊草在根系總根長方面占顯著優勢，N11P3K3處理下的中科羊草在根系總體積方面占顯著優勢，N5P3K3處理下的中科羊草在根系總表面積、平均根直徑和根莖干重方面占顯著優勢。

綜上，中科羊草在不同NPK肥料組合處理下灰色關聯度的加權排序依次為N5P3K3處理 gt;

N8P5K2處理 gt;N11P3K3 處理 gt;N5P8K8 處理 gt; N11P3K8處理 gt;N4P5K5 處理 gt;N8P5K8 處理 gt; N8P8K5處理 gt;N11P8K3 處理 gt;N5P3K8 處理 gt; N11P8K8處理 gt;N8P2K5 處理 gt;N8P5K5 處理 gt; N12P5K5處理 gt;CK 處理 gt;N5P8K3 處理，其中，排名前三的處理分別為N5P3K3處理、N8P5K2處理和 N11P3K3處理。因此，當純N量 ??P₂O₅ 量和 K₂O 量分別為 時，中科羊草的地下綜合指標最優。

2.4 相關性分析

由表5可知，中科羊草的根系總生物量與根系總表面積呈顯著正相關關系（ Plt;0.05） ，根系總生物量與根系總根長、根系總體積呈極顯著正相關關系 （Plt;0.01） ；根系總表面積與根系總根長呈極顯著正相關關系（ Plt;0.01 ）；根系總根長與根系總體積間呈顯著正相關關系（ Plt;0.05） ；平均根直徑和根莖干重與羊草其余各指標間均無顯著相關性。

3討論

3.1 不同處理中科羊草根系形態指標

根系是植物生長中土壤能量供給的重要物質載體[8]，根系形態能顯著反映植株的生長活力和生態適應性[9]。研究發現，不同肥料配施下中科羊草的根系總生物量、總表面積、總根長、根系總體積、平均根直徑和根莖干重均具顯著差異，NPK肥料添加會顯著影響中科羊草根系的生長。蘇富源等[10]在羊草地下生物量和干物質研究中指出，施用肥料能顯著促進羊草對NPK的吸收，本研究與其結論相一致。根表面積是評價根系養分和水分吸收能力的重要參數之一[1，12]，平均根直徑能直觀反映根系的粗細程度和養分運輸能力[13，14]。根系總生物量是衡量植物根系及植株生長狀況的重要指標之一[15]。中科羊草屬多年生根莖型草本植物，須根具沙套，能形成盤結固土的強大根網，本試驗研究發現，中科羊草的平均根直徑在各處理間均無顯著差異，可能與中科羊草的根系形態有關，須根細小呈網狀，氮磷鉀肥添加能顯著增加根系表面積、總體積和總生物量等，但對中科羊草平均根直徑產生的效果并不顯著。中科羊草根莖干重在不同肥料配比下隨N含量的增加，中科羊草根莖干重呈遞增趨勢，表明在一定范圍內增加N肥可有效增加羊草莖干重。

3.2 灰色關聯度分析

本試驗中，N5P8K8處理的根系總生物量顯著最高，N8P5K2處理的總根長顯著最高，N11P3K3處理的根系總體積顯著最高，N5P3K3肥料處理下中科羊草的根系總表面積、平均根直徑、根莖干重均為顯著最高。依據灰色關聯度分析可得，N5P3K3處理、N8P5K2處理和N11P3K3處理下的中科羊草根系形態各項指標綜合最優，可作為陜北沙地中科羊草栽培種植中施肥量的重要參考。其中，N5P3K3處理在氮磷組合處理中的灰色關聯度排序第一，表明中科羊草在純N量、 P₂0₅ 量和 K₂O 量分別為 時，肥料配施下的根系生長綜合最優，該結論可以為陜北農牧交錯區中科羊草的高效栽培與種植提供理論依據。

3.3 相關性分析

有研究發現，羊草中根系的根長越長，形成的根系表面積越大[16]，根系的吸收能力越強[17]，在植物生長建成中更具優勢[18]。且根系總體積隨根系總根長的變化顯著，羊草根系總根長越長，根系越發達，該研究結論與前人研究結論一致[19，20]中科羊草的根系總生物量與總表面積、總根長和總體積均呈顯著正相關關系，表明根系表面積能顯著擴大根系與土壤的接觸面，從而獲取更多的養分和水分，促進根系生物量的增加，此研究結論對羊草在生長發育的研究中具有重要意義。中科羊草中的平均根直徑和根莖干重與其余各指標間均無顯著相關性，表明中科羊草的平均根直徑和根莖干重不受其他根系形態指標的影響。

4結論

通過對15種不同的NPK肥料組合處理下的中科羊草的根系形態指標進行分析，結果得出NPK肥料添加能顯著影響中科羊草根系的生長，能顯著增加羊草的根系生物量、總根長、根表面積、總體積，其中，中科羊草根系總生物量增加 ?3% ；總表面積增加 ?6% ；總根長增加 9% ，總體積增加 ≥16% 。在15種不同的NPK肥料組合處理中N5P3K3處理下的中科羊草的根系總表面積提高134% 、根莖干重提高 130% 、根系平均直徑提高3% ，均為顯著最高。由灰色關聯度分析可得，中科羊草的根系形態在N5P3K3肥料處理下綜合最高，表明N5P3K3肥料組合更適宜于陜北農牧交錯區中科羊草的栽培種植。

參考文獻：

[1] 劉公社，李曉霞，齊冬梅，等.羊草種質資源的評價與利用[J].科學通報，2016，61（2）：271-281.

[2] 馬甜，張治華，李成忠.寧夏羊草高產種子田建植技術研究[J].寧夏農林科技，2019，60（11）：1-3.

[3]徐麗君，徐大偉，辛曉平.中國羊草適宜性區劃與種植現狀分析[J].中國農業資源與區劃，2016，37（10） ：174-180.

[4］洪光宇.退化草原羊草種群根系形態特征對水分與氮素梯度的響應[D].天津：天津大學，2013.

[5]李龍.人工羊草地的水土保持效應研究［D].楊凌：西北農林科技大學，2015.

[6］杜松，徐剛.榆林市北部風沙草灘區農業發展狀況研究[J].太原師范學院學報（自然科學版），2011，10（1） ：149-153.

[7］董曉兵，郝明德，郭勝安，等.施肥對羊草產量和品質的影響[J].草業科學.2014，31（10）：1935-1942.

[8］董曉兵，郝明德，姜梅，等.微肥對羊草干草產量及品質的影響[J].西北農業學報，2015，24（1）：137-143.

[9]李波，孫君，魏新光，等.滴灌下限對日光溫室葡萄生長、產量及根系分布的影響[J].中國農業科學，2020，53（7） ：1 432-1 443.

[10]蘇富源，郝明德，郭慧慧，等.施用氮肥對人工羊草草地產量及養分吸收的影響[J].草地學報，2015，23（4） ：893-896.

[11］李春紅，祁靜玉，王榮榮，等.滴灌春小麥根系形態特征對氮素脅迫的響應［J].江蘇農業科學，2020，48（4） ：77-84.

[12]劉濱碩，薛洪海，李明，等.土壤緊實度對羊草形態及其生物量的影響[J].科學技術與工程，2019，19（2） ：59-62.

[13］李卓琳.羊草生長發育對模擬主要全球氣候變化因子的響應[D].長春：東北師范大學，2014.

[14］張翠梅，師尚禮，吳芳.干旱脅迫對不同抗旱性首蓿品種根系生長及生理特性影響[J].中國農業科學，2018，51（5） ：868-882.

[15］張乾，李金升，趙天賜.基肥類型及配比對沙地種植紫花首蓿生產力和品質的影響［J].草地學報，2019，27（2） ：108-113.

[16]李丹竹，張強，徐倩，等.漬水脅迫對不同秋眠級紫花首蓿苗期根系形態的影響[J].草地學報，2020，28（2） ：420-428.

[17]張向前，曹承富，陳歡，等.長期定位施肥對砂姜黑土小麥根系性狀和根冠比的影響[J].麥類作物學報，2017，37（3） ：382-389.

[18］劉曉靜，葉芳，張曉玲.外源氮素形態對紫花首蓿不同生育期根系特性的影響[J].草業學報，2015，24（6） ：53-63.

[19]康繼月，王世琪，劉金彪，等.旱后復水條件下磷添加對白羊草根系形態及氮磷累積的影響[J].水土保持學報，2019，33（6）：273-279 + 287.

[20]白烏云，侯向陽，武自念，等.羊草根莖克隆形態可塑性研究進展［J].草業科學.2019，36（3）：821-834.