模擬氮沉降和收獲期對(duì)秋萌東方旱麥草生長(zhǎng)與飼用品質(zhì)的影響

婁亞樺，王玲秀，邵 帥,2,3*

(1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052； 2. 西部干旱荒漠區(qū)草地資源與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052； 3. 新疆草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052)

新疆是我國(guó)重要的牧區(qū)和畜產(chǎn)品生產(chǎn)基地，春季牧草短缺是新疆畜牧業(yè)發(fā)展亟待解決的重要問(wèn)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(zhǎng)，不僅在穩(wěn)定沙丘、增加荒漠地表粗糙度方面發(fā)揮重要的生態(tài)功能，同時(shí)還有利于家畜恢復(fù)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(xiàn)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(shù)量、干重等均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于春萌植株[3]。

氮是影響牧草品質(zhì)的重要營(yíng)養(yǎng)元素，受全球變化與人類活動(dòng)的影響，氮沉降日益增加?；哪鷳B(tài)系統(tǒng)本身養(yǎng)分貧瘠，即使少量氮增加也會(huì)對(duì)荒漠植物及系統(tǒng)本身產(chǎn)生顯著影響，如1.5，3，6 g·m-2·a-1氮添加顯著促進(jìn)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(shí)，收獲時(shí)間是保證獲得優(yōu)質(zhì)牧草的關(guān)鍵已得到廣泛證實(shí)[5-8]。東方旱麥草(Eremopyrumorientale)是禾本科短命植物旱麥草屬的一個(gè)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(yíng)養(yǎng)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(fā)，以秋萌東方旱麥草為材料，通過(guò)模擬氮沉降變化并設(shè)置兩個(gè)收獲期，探究其對(duì)東方旱麥草生長(zhǎng)與飼用品質(zhì)的影響，為發(fā)掘春季牧草資源和新疆畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

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(zhì)，室溫保存。試驗(yàn)于2020年9月在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院試驗(yàn)地進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，選取顆粒飽滿的種子(千粒重為2.16±0.02 g，萌發(fā)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(dǎo)率為0.90 ms·cm-1，有機(jī)質(zhì)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(shè)置3個(gè)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(gè)氮處理設(shè)置14個(gè)重復(fù)，每個(gè)花盆為1個(gè)重復(fù)，于次年春季分2次收獲。

1.2 植株生長(zhǎng)測(cè)定

在2021年4月28日(拔節(jié)孕穗期)、2021年5月12日(開花期)分別進(jìn)行收獲。每處理組隨機(jī)選取6盆，每盆隨機(jī)選取5株進(jìn)行株高、葉長(zhǎng)、葉寬、莖粗、分蘗數(shù)等生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)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(shù)。根冠比為地下干重與地上干重的比值。

1.3 牧草飼用品質(zhì)測(cè)定

采用凱氏定氮法測(cè)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(cè)定[11]；粗脂肪(ether extract，EE)采用索氏脂肪抽提法測(cè)定[12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用SPSS 17.0軟件進(jìn)行雙因素方差分析，用Origin 2018軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬氮沉降與收獲期對(duì)東方旱麥草生長(zhǎng)的影響

由表1可知，在第一收獲期，與無(wú)氮(N0)處理相比，N1和N2處理下東方旱麥草株高、葉長(zhǎng)、葉寬顯著增加(P<0.05)，且在N2處理下達(dá)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(shù)最大，N2處理下分蘗數(shù)與N0無(wú)顯著差異。在第二收獲期，不同氮處理下東方旱麥草株高無(wú)顯著差異；與N0處理相比，N1,N2處理下東方旱麥草的葉長(zhǎng)、莖粗與分蘗數(shù)均顯著提高，且N2處理下葉長(zhǎng)與分蘗數(shù)顯著高于N1處理，N1與N2處理下莖粗無(wú)顯著差異。不同收獲期下東方旱麥草株高、葉寬、葉長(zhǎng)、莖粗、分蘗數(shù)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(zhǎng)、莖粗和分蘗數(shù)與第一收獲期相同處理下無(wú)顯著差異外，其他處理組葉長(zhǎng)、葉寬、莖粗和分蘗數(shù)均顯著低于第一收獲期相同處理。

在兩個(gè)收獲期，不同氮處理?xiàng)l件下東方旱麥草平均地上鮮重的變化規(guī)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(wú)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(duì)東方旱麥草平均地下鮮重的影響無(wú)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(wú)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(wú)顯著差異。

表1 不同氮處理對(duì)秋萌東方旱麥草生長(zhǎng)指標(biāo)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(duì)東方旱麥草飼用品質(zhì)的影響

結(jié)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(gè)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(gè)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(shí),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(gè)收獲期N2處理下EE含量無(wú)明顯差別。

在兩個(gè)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(guī)律基本一致，N1和N2處理下NDF和ADF含量均低于無(wú)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(wú)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(duì)秋萌東方旱麥草飼用品質(zhì)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(duì)東方旱麥草生長(zhǎng)的影響

氮素是影響牧草生長(zhǎng)發(fā)育的重要因子，氮沉降增加促使土壤含氮量升高，必然導(dǎo)致牧草農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量發(fā)生變化。農(nóng)藝性狀是牧草評(píng)價(jià)體系中最直觀的依據(jù)，也是衡量牧草對(duì)氮沉降響應(yīng)的重要參數(shù)之一。很多研究表明氮添加與牧草農(nóng)藝性狀的變化呈正相關(guān)關(guān)系，張曉佩等[13]、李小梅等[14]對(duì)多花黑麥草(Loliummultiflorum)的多個(gè)品種研究發(fā)現(xiàn)，施氮顯著提高了株高與分蘗數(shù)；虉草(Phalarisarundinacea)株高、葉寬、葉面積及營(yíng)養(yǎng)枝數(shù)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(shù)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(guān)研究中均得到相似的結(jié)果，即添加氮素能有效促進(jìn)牧草生長(zhǎng)。本研究結(jié)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(zhǎng)、葉寬、莖粗、分蘗數(shù)和平均地上鮮重均顯著高于無(wú)氮處理，與前人研究結(jié)果一致，添加氮素顯著促進(jìn)了東方旱麥草的地上生長(zhǎng)；但添加氮素并未對(duì)地下生長(zhǎng)產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而導(dǎo)致根冠比降低。在氮添加條件下，三種短命植物尖喙?fàn)脚好?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(guān)。

不同植物對(duì)氮素的需求不同，響應(yīng)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(zhǎng)參數(shù)普遍無(wú)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(shù)顯著高于60 kg·ha-1·a-1處理，東方旱麥草的生長(zhǎng)與生物量積累并未隨著氮添加量增加而得到進(jìn)一步促進(jìn)，這可能是由于東方旱麥草生存于荒漠環(huán)境中，對(duì)貧瘠環(huán)境具有一定適應(yīng)性，對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)需求不大，少量增氮即發(fā)生飽和現(xiàn)象，即使持續(xù)增氮對(duì)平均生物量影響不大。

牧草生長(zhǎng)期間形態(tài)變化可能是影響潛在生產(chǎn)力的重要因素。伴隨收獲期的推移，桂牧一號(hào)雜交象草(Pennisetumpurpureum‘Guimu-1’)、美國(guó)矮象草(Pennisetumpurputeum‘mott’)株高、分蘗數(shù)、地上鮮、干重均呈上升趨勢(shì)[22]。張文潔等[23]研究發(fā)現(xiàn)6個(gè)多花黑麥草(L.multiflorum)品種干物質(zhì)量隨著生育期推進(jìn)呈增加趨勢(shì)。在本研究中，從不同收獲時(shí)間來(lái)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(jīng)進(jìn)入開花階段，抽穗促進(jìn)莖稈縱向快速伸長(zhǎng)，促使株高顯著增加，同時(shí)莖粗降低；另外，第二收獲期葉長(zhǎng)、葉寬與分蘗數(shù)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(gè)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(zhì)分配給生殖生長(zhǎng)，新生葉片短小，早期葉片枯黃，造成東方旱麥草葉長(zhǎng)、葉寬與分蘗數(shù)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(fā)生顯著變化的原因，可能是收獲時(shí)間間隔較短造成的。

3.2 模擬氮沉降與收獲期對(duì)東方旱麥草飼用品質(zhì)的影響

添加氮素能夠明顯改善牧草飼用品質(zhì)，促進(jìn)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(shí)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(fā)現(xiàn)，160 kg·hm-2施氮處理下，紫花苜蓿(Medicagosativa)與無(wú)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(hào)’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(jié)果[26-30]。本研究結(jié)果與以上研究發(fā)現(xiàn)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(yīng)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(shí)，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(wú)顯著差異，這可能是由于原生境沙土養(yǎng)分貧瘠，氮沉降一定程度上改善了土壤供氮狀況，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，進(jìn)而營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累增多，提高了東方旱麥草的品質(zhì)。

不同生育期牧草品質(zhì)具有顯著差異，一般幼嫩時(shí)粗蛋白含量高，粗纖維含量低，隨生育期推移，牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)降低，適宜的收獲時(shí)間是獲得高品質(zhì)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(duì)飼用價(jià)值在現(xiàn)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(zhì)化程度加劇，形成了更多結(jié)構(gòu)性支撐物質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)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(dǎo)致葉綠素、維生素與蛋白類物質(zhì)降解，也可能是導(dǎo)致飼用品質(zhì)降低的一個(gè)重要原因。在第二次收獲時(shí)，東方旱麥草進(jìn)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(jié)論

增氮增加了東方旱麥草的株高、葉長(zhǎng)、葉寬、分蘗數(shù)、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(shí)粗脂肪、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量增加，導(dǎo)致牧草飼用品質(zhì)降低，兩個(gè)收獲時(shí)間平均地上鮮重并無(wú)顯著差異。綜合考慮東方旱麥草秋萌株的生長(zhǎng)與飼用品質(zhì)，在第一收獲期(拔節(jié)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(duì)生長(zhǎng)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(chǎn)力與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。因此，在生產(chǎn)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。