李運(yùn)起,高向培,李秋鳳,李建國(guó),曹玉鳳,高艷霞,唐淑霞,于合興,李月娥,賈海軍,楊武
(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,河北 保定071001;2.饒陽(yáng)縣政務(wù)服務(wù)中心,河北 饒陽(yáng)053900;3.黃驊市農(nóng)業(yè)局,河北 黃驊061100;4.黃驊市畜牧局,河北 黃驊061100)
*日糧的陰陽(yáng)離子平衡(cation-anion balance,CAB)與動(dòng)物的生產(chǎn)性能、產(chǎn)品品質(zhì)和健康狀況有著極為密切的關(guān)系[1,2]。高CAB日糧可以提高犢牛及泌乳前期、中期奶牛干物質(zhì)的進(jìn)食量和平均日增重,提高產(chǎn)奶量、乳脂率、乳蛋白含量,還可以緩解熱應(yīng)激的負(fù)效應(yīng)[3-5];而低CAB日糧則可有效預(yù)防圍產(chǎn)期奶牛產(chǎn)褥熱,也可大大減少亞臨床型低血鈣的發(fā)生[5]。
研究表明,干奶牛日糧的CAB在-200~-100 mEq/kg DM時(shí)才能有效防止新產(chǎn)奶牛產(chǎn)褥熱及其他繼發(fā)病癥,而絕大多數(shù)牧場(chǎng)奶牛干奶期日糧的CAB都在100~200 m Eq/kg DM[6]。為了將日糧CAB降低到-100 mEq/kg DM的適宜水平,目前采用的主要方法是在日糧中添加陰離子鹽。但陰離子鹽的適口性很差,而且圍產(chǎn)前期日糧中飼草的CAB如果超過(guò)250 mEq/kg DM,在對(duì)日糧適口性沒(méi)有影響的條件下,則難以通過(guò)添加陰離子鹽來(lái)達(dá)到預(yù)期效果[7],因此使用低CAB值飼草,降低陰離子鹽的添加量,在不影響日糧適口性的前提下,才能實(shí)現(xiàn)對(duì)日糧CAB的有效調(diào)控。
苜蓿(Medicagosativa)是奶牛飼料的主要原料,但其CAB值高達(dá)600 mEq/kg DM[8,9]以上,因而會(huì)提高日糧中的CAB水平,進(jìn)而影響到干奶期奶牛健康水平。為此本試驗(yàn)研究了不同施肥組合對(duì)苜蓿陰陽(yáng)離子平衡值的調(diào)控影響,以期獲得低CAB苜蓿產(chǎn)品,為開(kāi)發(fā)具有特殊功能的苜蓿草產(chǎn)品,進(jìn)而滿足奶牛特殊生理階段需求以及苜??茖W(xué)施肥技術(shù)提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)地位于河北省黃驊市楊二莊鎮(zhèn)周莊村,東經(jīng)117°27.937′,北緯38°16.087′,屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū),因?yàn)榭拷澈6跃吆Q髿夂蛱卣?,季風(fēng)顯著,四季分明,夏季潮濕多雨,冬季干燥寒冷,光照充足,年平均氣溫12.5℃,日照時(shí)數(shù)2 700 h。年降水量570 mm左右。施肥前試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分狀況為:全氮含量為0.087%,K+、Na+、Cl-、SO42-含量分別為70.3,30.9,79.9,191.0 mg/kg。
試驗(yàn)所用苜蓿品種為中苜一號(hào),播種時(shí)間為2006年9月23日;肥料種類(lèi)有硫酸鉀(含K2O 50%)、氯化銨(含Cl 66%)、過(guò)磷酸鈣(含P2O516%)和氧化鎂(含Mg 60%)。
1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用四元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì),以硫酸鉀(X1)、氯化銨(X2)、過(guò)磷酸鈣(X3)、氧化鎂(X4)作為4個(gè)因子,分別設(shè)置5個(gè)水平(表1)。試驗(yàn)共設(shè)36個(gè)小區(qū),小區(qū)面積5 m×6 m,小區(qū)與小區(qū)之間保護(hù)行寬2 m。
苜蓿在2009年8月13日刈割第3茬后,于8月19日乘雨(降水量30 mm)將所需的各種混合肥料施入不同的小區(qū);除施肥外,各試驗(yàn)小區(qū)的其他管理措施均相同。
表1 試驗(yàn)因子各水平編碼表Table 1 Code levels of experimental factors kg/hm2
1.3.2 Na+、K+、Cl-、S2-含量的測(cè)定 苜蓿于2009年9月24日刈割取樣,在烘箱內(nèi)105°殺青30 min,然后65°烘干至恒重,放置室內(nèi)恢復(fù)至風(fēng)干狀態(tài),粉碎過(guò)篩,收集草粉樣品,密封保存待測(cè)。
Na+、K+含量參照國(guó)標(biāo)GB/T13885-2003/ISO6869:2000(原子吸收光譜法)測(cè)定;Cl-含量的測(cè)定參照 GB/T6439-92(飼料中水溶性氯化物的測(cè)定方法);S2-含量的測(cè)定參照國(guó)標(biāo)GB/T17776-1999(飼料中硫的測(cè)定硝酸鎂法)。
1.3.3 CAB值的計(jì)算 CAB=(Na++K+)-(Cl-+S2-),單位:mEq/kg DM。
模型的建立與檢驗(yàn)根據(jù)二次回歸正交旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)原理,以苜蓿的陰陽(yáng)離子平衡值為目標(biāo)函數(shù),采用唐啟義和馮明光[10]的DPS軟件進(jìn)行處理分析。
Na+的變化范圍為0.09%~0.22%,K+的變化范圍為2.40%~4.01%,Cl-的變化范圍為0.84%~1.09%,S2-的變化范圍為0.35%~0.58%(表2)。苜蓿中 K+含量最高,其次是Cl-和S2-,Na+的含量最低。本試驗(yàn)的36個(gè)小區(qū)中苜蓿CAB值最高為501 m Eq/kg DM,最低可以降到155 m Eq/kg DM。
2.2.1 回歸模型的建立 以苜蓿CAB值(表2)作為目標(biāo)函數(shù)(因變量),采用DPS軟件計(jì)算,求得苜蓿陰陽(yáng)離子平衡值與各因素編碼值的回歸數(shù)據(jù)模型為:Y=284.026 67-31.660 83X1-10.120 00X2-20.345 83X3-32.791 67X4+6.767 92X12+7.554 17X22+17.680 42X32-0.474 58X42+7.713 75X1X2+19.111 25X1X3+2.905 00X1X4-32.886 25X2X3-49.927 50X2X4+9.570 00X3X4。
經(jīng)過(guò)顯著性檢驗(yàn),剔除不顯著項(xiàng)后得到的回歸方程為:Y=284.026 67-31.660 83X1-32.791 67X4-32.886 25X2X3-49.927 50X2X4。
經(jīng)無(wú)量綱編碼代換,回歸系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化,消除各偏回歸系數(shù)間的相關(guān)性,可直接從回歸系數(shù)絕對(duì)值大小判斷各肥料因子對(duì)CAB值的影響大小順序?yàn)椋貉趸V>硫酸鉀>過(guò)磷酸鈣>氯化銨。對(duì)苜蓿CAB值有顯著影響的因子為硫酸鉀和氧化鎂;并且氯化銨與過(guò)磷酸鈣和氧化鎂之間的相互作用對(duì)CAB值有顯著影響。
2.2.2 單因素分析 根據(jù)已經(jīng)建立的數(shù)學(xué)模型,采用“降維法”對(duì)一個(gè)自變量的偏回歸進(jìn)行解析,其實(shí)質(zhì)就是在特定的條件下進(jìn)行一組單因素試驗(yàn),通過(guò)自變量與目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系,確定單一因子的最佳水平。各單因子對(duì)苜蓿CAB的子模型為:Y1=284.026 67-31.660 83X1+6.767 92X12;Y2=284.026 67-10.120 00X2+7.554 17X22;Y3=284.026 67-20.345 83X3+17.680 42X32;Y4=284.026 67-32.791 67X4-0.474 58X42。
表2 苜蓿的離子含量及CAB值Table 2 Ion content and cation-anion balance of alfalfa
根據(jù)以上模型,可以繪制出CAB隨各因子變化的趨勢(shì)圖。在本試驗(yàn)施肥量的范圍內(nèi),硫酸鉀和氧化鎂對(duì)苜蓿CAB值有負(fù)效應(yīng)(圖1);而隨氯化銨和過(guò)磷酸鈣施入量的增加,苜蓿CAB值先減小后增大,在1水平時(shí)最小。當(dāng)X1=250 kg/hm2時(shí),苜蓿CAB值最小為247.78 mEq/kg DM;當(dāng) X2=220 kg/hm2時(shí),苜蓿 CAB值最小為281.46 mEq/kg DM;當(dāng) X3=800 kg/hm2時(shí),苜蓿CAB值最小為281.36 m Eq/kg DM;當(dāng) X4=55 kg/hm2時(shí),苜蓿CAB值最小為216.55 m Eq/kg DM。由此可見(jiàn),單施一種肥料降低苜蓿CAB值效果不明顯。
2.2.3 因素的交互作用分析 通過(guò)對(duì)苜蓿CAB值中存在交互作用的各因子進(jìn)行效應(yīng)分析,得出達(dá)到顯著水平的交互項(xiàng)為氯化銨和過(guò)磷酸鈣、氯化銨和氧化鎂。
采用降維法得氯化銨(X2)和過(guò)磷酸鈣(X3)的交互作用方程為:Y23=284.026 67-10.120 00X2-20.345 83X3+7.554 17X22+17.680 42X32。根據(jù)方程代入編碼值可得表3。
1)當(dāng)氯化銨處于高水平(2,1)時(shí),苜蓿CAB值隨著過(guò)磷酸鈣施入量的增加而降低;在低水平(-2,-1)時(shí),苜蓿的CAB值與過(guò)磷酸鈣的施用量成正比(表3,圖2)。
2)當(dāng)過(guò)磷酸鈣處于高水平(2,1)時(shí),苜蓿CAB隨著氯化銨施用量的增加而降低;在低水平(-2,-1)時(shí),苜蓿CAB值隨著氯化銨施用量的增加而升高。
3)當(dāng)氯化銨和過(guò)磷酸鈣都處于最低水平-2或最高水平2時(shí),苜蓿的CAB值最低。
圖1 肥料對(duì)苜蓿CAB值的影響Fig.1 Effects of fertilizer on cation-anion balance of alfalfa
上述結(jié)果表明,在本試驗(yàn)條件下,施用大量的氯化銨、過(guò)磷酸鈣或施用少量的氯化銨、過(guò)磷酸鈣都可以降低苜蓿CAB值。
采用降維法得到氯化銨(X2)和氧化鎂(X4)的交互作用方程為:Y24=284.026 67-49.927 50X2X4-32.791 67X4+7.554 17X22-0.474 58X42-10.120 00X2X4。根據(jù)方程代入編碼值可得表4。根據(jù)表4繪制出氯化銨和氧化鎂的互作效應(yīng)圖(圖3)。
1)當(dāng)氯化銨處于高水平(2,1)時(shí),苜蓿CAB值隨著氧化鎂施入量的增加而降低,且變化幅度較大;在低水平(-2,-1)時(shí),苜蓿CAB值則隨著氧化鎂施用量的增加而升高(表4,圖3)。
2)當(dāng)氧化鎂處于高水平(2,1)時(shí),苜蓿CAB值與氯化銨的施用量呈反比關(guān)系;而當(dāng)氧化鎂處于低水平(-2,-1)時(shí),苜蓿CAB值與氯化銨的施用量呈正比。
3)當(dāng)氯化銨和氧化鎂都處于最高水平2時(shí),苜蓿CAB值降到最低;當(dāng)氯化銨處于最高的2水平,氧化鎂為-2水平時(shí),苜蓿CAB值最高。
上述結(jié)果表明,在本試驗(yàn)條件下,施用較高水平的氯化銨和氧化鎂可以降低苜蓿CAB值。
表3 氯化銨(X 2)和過(guò)磷酸鈣(X 3)互作效應(yīng)下的CAB值Table 3 Cation-anion balance of interaction effect between ammonium chloride and superphosphate m Eq/kg DM
表4 氯化銨(X 2)和氧化鎂(X 4)互作效應(yīng)下的CAB值Table 4 Cation-anion balance of interaction effect between ammonium chloride and magnesium oxide mEq/kg DM
圖2 氯化銨(X 2)和過(guò)磷酸鈣(X 3)互作效應(yīng)圖Fig.2 Interactive between ammonium chloride and superphosphate
圖3 氯化銨(X 2)和氧化鎂(X 4)互作效應(yīng)圖Fig.3 Interaction between ammonium chloride and magnesium oxide
2.2.4 模擬尋優(yōu) 綜合考慮單雙因素分析以及苜蓿CAB的最優(yōu)組合方案,可以確定在本試驗(yàn)條件下硫酸鉀、氯化銨、過(guò)磷酸鈣和氧化鎂的最優(yōu)用量。應(yīng)用DPS統(tǒng)計(jì)軟件,通過(guò)各種肥料對(duì)苜蓿CAB值影響效果看出,苜蓿CAB較低時(shí)的肥料編碼值點(diǎn)有:X2=X3=X4=2或-2,以及X2=1,X3=X4=2。將這些點(diǎn)代入回歸方程,求得當(dāng)X1=-2、X2=X3=X4=2時(shí),苜蓿CAB值最低,為80.55 m Eq/kg DM。即最佳組合為硫酸鉀50 kg/hm2,氯化銨275 kg/hm2,過(guò)磷酸鈣1 000 kg/hm2,氧化鎂55 kg/hm2。
由本試驗(yàn)結(jié)果模擬得出,單施一種肥料可使苜蓿CAB值達(dá)到的最低水平為:硫酸鉀247.78 mEq/kg DM,氯化銨281.46 mEq/kg DM,過(guò)磷酸鈣281.36 mEq/kg DM,氧化鎂216.55 mEq/kg DM,而4種肥料合理配施則能使苜蓿的CAB值最低降到80.55 mEq/kg DM。Goff等[11]的試驗(yàn)表明,單一施用氯化銨或氯化鈣,苜蓿的CAB值最低為210和194 mEq/kg DM,由此可見(jiàn),單施一種肥料降低苜蓿CAB值效果不明顯,因而為了有效降低苜蓿的CAB值以滿足奶牛特殊生理階段的需求,建議多種肥料進(jìn)行合理組合,以達(dá)到最佳效果。
Goff等[11]指出,用氯化銨或氯化鈣作為單一氯源可顯著提高苜蓿中的氯含量,并使其CAB值顯著下降。Pelletier等[12]和Pehrson等[13]在其他作物上的研究也得到了類(lèi)似結(jié)果。本研究采用氯化銨作為氯源,通過(guò)對(duì)回歸模型的分析發(fā)現(xiàn)其對(duì)苜蓿的CAB值影響不顯著。本試驗(yàn)地位于黃驊市的濱海低平原區(qū),受海水滲透的影響,土壤中的Cl-含量高達(dá)79.9 mg/kg,有可能抵消了施用氯化銨的效應(yīng),這或許是產(chǎn)生與Goff等[11]研究結(jié)果不同的原因所在,但具體原因仍需作進(jìn)一步研究探討。
本試驗(yàn)結(jié)果表明,苜蓿中K+含量最高,其次是Cl-和S2-,Na+的含量最低,說(shuō)明K+含量的高低對(duì)苜蓿的CAB值具有重要的影響,這與李志強(qiáng)等[14]對(duì)幾種重要飼草的陰陽(yáng)離子平衡分析結(jié)果相一致。這一結(jié)果同時(shí)表明,降低苜蓿株體內(nèi)的K+含量是生產(chǎn)低CAB值苜蓿草產(chǎn)品的重要途徑。但鉀是苜蓿產(chǎn)量形成的重要元素,苜蓿對(duì)鉀的需求量高于其他任何一種元素,而且對(duì)鉀有奢侈吸收現(xiàn)象,因而苜蓿的高產(chǎn)是建立在高鉀的基礎(chǔ)之上的[15]。因此通過(guò)降低苜蓿株體內(nèi)的K+含量以實(shí)現(xiàn)低CAB值苜蓿的生產(chǎn)必須考慮其對(duì)產(chǎn)量的影響。研究表明,苜蓿株體內(nèi)鉀的臨界值為2.6%~3.0%[16],本試驗(yàn)結(jié)果表明,苜蓿株體內(nèi)的鉀含量為2.40%~4.01%,CAB值最低(155 mEq/kg DM)的試驗(yàn)小區(qū)苜蓿株體內(nèi)的鉀含量達(dá)2.60%,干草產(chǎn)量達(dá)18 997.0 kg/hm2[17],因而通過(guò)調(diào)控降低鉀的含量而實(shí)現(xiàn)低CAB值苜蓿生產(chǎn)的同時(shí),仍能滿足苜蓿高產(chǎn)對(duì)鉀的需要,不會(huì)對(duì)苜蓿產(chǎn)量造成負(fù)面影響。
本研究通過(guò)施用硫酸鉀來(lái)為苜蓿生長(zhǎng)提供鉀和硫2種元素,在為苜蓿生長(zhǎng)提供K+同時(shí),還提供了S2-,然而兩者對(duì)苜蓿CAB值的影響截然不同。周湧等[18]研究表明,當(dāng)以硫酸鉀作為硫肥的供源時(shí),可使苜蓿株體內(nèi)的硫含量提高50%~70%,同時(shí)K+的含量亦隨之提高,但降低了Na+的含量。其他研究也表明,外源性鉀在提高菊芋(Helianthustuberosus)株體內(nèi)K+含量的同時(shí),Na+含量下降[19],外源性Na+可以顯著降低苜蓿株體內(nèi)K+含量[20],說(shuō)明K+、Na+之間存在拮抗關(guān)系。本研究結(jié)果表明,硫酸鉀對(duì)苜蓿的CAB值有著顯著的負(fù)效應(yīng),這可能與施用硫酸鉀后苜蓿K+含量增加的同時(shí),S2-含量的增加和Na+含量的降低有關(guān),從而導(dǎo)致苜蓿的CAB值隨著施用量的增加而降低,但相關(guān)機(jī)理尚需作進(jìn)一步研究。
本研究表明,各因素對(duì)苜蓿CAB值影響的主次地位是:氧化鎂>硫酸鉀>過(guò)磷酸鈣>氯化銨;硫酸鉀和氧化鎂與苜蓿CAB值之間達(dá)顯著負(fù)效應(yīng);而隨氯化銨和過(guò)磷酸鈣施入量的增加,苜蓿CAB值先減小后增大,在1水平時(shí)最小,但是效應(yīng)不顯著。
氯化銨單因子對(duì)苜蓿CAB值影響不顯著,但是氯化銨與過(guò)磷酸鈣和氧化鎂的交互作用顯著影響苜蓿CAB值。當(dāng)氯化銨和過(guò)磷酸鈣的施用量都在最高2或最低-2水平時(shí),苜蓿CAB值最低,為152.48 mEq/kg DM。氯化銨和氧化鎂均處于最高的2水平時(shí),可以將苜蓿的CAB值降低到18.73 mEq/kg DM。
通過(guò)模擬尋優(yōu),得出苜蓿陰陽(yáng)離子平衡值最低的肥料配施最佳組合方案為:硫酸鉀50 kg/hm2,氯化銨275 kg/hm2,過(guò)磷酸鈣1 000 kg/hm2,氧化鎂55 kg/hm2。
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