農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)品種與施肥對(duì)牧草適應(yīng)性及產(chǎn)量的影響

賈倩民 ，陳彥云 ，*，陳科元 ，仇紅燕 ，李旺霞

(1.西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750021；2.寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，銀川 750021)

寧夏鹽池縣是一個(gè)以牧為主、半農(nóng)半牧的北方典型農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)，也是我國(guó)荒漠化的主要分布區(qū)[1]。由于脆弱的生態(tài)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)度的加大，造成該地區(qū)大面積草地生產(chǎn)力下降[2]，加之農(nóng)田長(zhǎng)期大量化肥的使用及施用不當(dāng)，使土壤環(huán)境污染逐年加劇，影響作物的正常生長(zhǎng)和品質(zhì)[3-4]，嚴(yán)重制約著農(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[5]。因而，實(shí)施科學(xué)的栽培技術(shù)，尤其是合理的施肥是迅速提高草地生產(chǎn)力的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外研究表明，有機(jī)肥富含作物生長(zhǎng)所需要的多種元素及有機(jī)物質(zhì),并可以降解土壤中的碳化合物，提高化肥利用率和土壤養(yǎng)分供給能力，從而提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[6-12]。植物秸稈作為肥料不僅能提高作物產(chǎn)量，而且可以節(jié)約資源、保護(hù)地力和生態(tài)環(huán)境[13-15]。如果能將農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)大量牲畜糞便及植物廢渣科學(xué)地運(yùn)用，充分利用自然資源，則可以減少化肥的使用量[16]。在人工草地建植方面有機(jī)肥、化肥、植物廢渣配合施肥的研究較少，本試驗(yàn)利用正交表對(duì)牧草品種、有機(jī)肥、化肥及加工后的植物廢渣安排試驗(yàn)，研究不同牧草品種及施肥對(duì)人工草地適應(yīng)性及產(chǎn)量的影響，旨在通過(guò)這種方法得到適合該地區(qū)人工草地建植的最優(yōu)組合，為穩(wěn)定人工植被建設(shè)及全面發(fā)展草地畜牧業(yè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于寧夏鹽池縣(106°30′～107°47′E，37°04′～38°10′N(xiāo))花馬池鎮(zhèn)北王卷村，屬于毛烏素沙地西南緣，氣候?yàn)榇箨懶詺夂?，年均氣?.7℃，極端最高和最低氣溫分別是 38.1℃和-29.6℃，年均降水量約280 mm，主要集中在7、8、9三個(gè)月，蒸發(fā)量高達(dá)2710 mm，年均無(wú)霜期165 d。試驗(yàn)地為棄耕鹽堿地，土壤為風(fēng)沙土，表層土壤 (0～20 cm)pH 值 9.15，含鹽量 0.31%，有機(jī)質(zhì)含量 0.5%～0.8%。灌溉用水為地下水，礦化度 4～6 g·L-1，含鹽量高，水質(zhì)較差。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用正交設(shè)計(jì)L18(61×36)，表頭與因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。共4因素，因素A為品種，6個(gè)水平依次為扁穗冰草(Agropyron cristatum)(A1)、蒙古冰草(Agropyron mongolicum Keng)(A2)、沙打旺(Astragalus adsurgens)(A3)、紫花苜蓿(Medirago sativa)(A4)、草木樨(Melilotus suaveolens)(A5)和披堿草(Elymus dahuricus)(A6)。因素B為有機(jī)肥羊糞，3 個(gè)水平依次為 12 t·hm-2(B1)、24 t·hm-2(B2)和 36 t·hm-2(B3)。因素 C 為化肥氮磷鉀(N:P:K=11:9:9)，3 個(gè)水平依次為低肥配比(N 55 kg·hm-2、P 45 kg·hm-2和 K 45 kg·hm-2)(C1)、中肥配比 (N 165 kg·hm-2、P 135 kg·hm-2和 K 135 kg·hm-2)(C2)、高肥配比(N 275 kg·hm-2、P 225 kg·hm-2和 K 225 kg·hm-2)(C3)。因素D為植物廢渣，3個(gè)水平依次為5 t·hm-2(D1)、10 t·hm-2(D2)、和 15 t·hm-2(D3)，共 18個(gè)處理，重復(fù)3次。小區(qū)面積25 m2(5 m×5 m)。

1.3 田間管理

2012年5月12日播種，禾本科播種量約15 kg·hm-2，播深 1～2 cm，豆科播種量約 30 kg·hm-2，播深2～3 cm，均采用條播，行距30 cm。試驗(yàn)期間采用相同的管理措施，有機(jī)肥和植物廢渣在土壤翻耕前，一次性把肥料均勻撒于地表翻入土中。磷肥和鉀肥作為種肥，在播種時(shí)采用溝內(nèi)條施。氮肥按總氮量的30%作基肥，返青后再追肥70%。試驗(yàn)用有機(jī)肥為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)家用羊糞，植物廢渣為當(dāng)?shù)毓S苦豆子秸稈廢渣。氮肥為尿素(N46%)，磷肥為磷酸二銨 (N16%、P 46%)，鉀肥為硫酸鉀(K2O 50%)。

表1 正交試驗(yàn)表頭與因素水平設(shè)計(jì)

1.4 測(cè)定內(nèi)容與方法

2012年各小區(qū)選取1 m代表性樣條，全苗后于6月18日數(shù)其出苗數(shù)，于8月25日數(shù)其存活數(shù)，2013年4月15日測(cè)定返青數(shù)，計(jì)算出苗率、存活率、越冬率，重復(fù)3次，取平均值。2013年6月5日各小區(qū)選代表性植株10株測(cè)定絕對(duì)高度(從地面至植株最高部位的高度)，之后挖取完整植株測(cè)量根長(zhǎng)，分別計(jì)算平均值作為株高和根長(zhǎng)。2013年6月5日和8月12日各小區(qū)選1 m2樣方刈割，烘干后稱(chēng)其干重，重復(fù)3次，取平均值，兩茬產(chǎn)草量之和作為干草產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理；用SPSS 18.0軟件進(jìn)行因素間效應(yīng)檢驗(yàn)，并用Duncan法進(jìn)行多重比較；根據(jù)極差R和公式R'=d×R×M0.5(d為折算系數(shù)，M為因素水平重復(fù)數(shù))計(jì)算同水平等價(jià)極差R'[17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 品種與施肥對(duì)出苗率的影響

對(duì)表2中18個(gè)處理的出苗率進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表3，因素間效應(yīng)檢驗(yàn)表明，4個(gè)因素對(duì)出苗率的影響程度都達(dá)到極顯著水平 (P＜0.01)，同水平等價(jià)極差 R'大小為 B＞A＞C＞D(表 4)，比較得出，各因素的影響程度為B＞A＞C＞D。因素內(nèi)多重比較可知，因素A的出苗率均值大小為A4＞A3＞A6＞A5＞A1＞A2，A4與 A3之 間差 異 不 顯 著(P＞0.05)， 與 A6、A5、A1、A2之 間 差 異 顯 著(P＜0.05)，A3與 A6、A5之間差異不顯著，與 A1、A2間差異顯著(P＜0.05)。因素B的出苗率均值大小為 B3＞B2＞B1，B2與 B3之間差異不顯著，兩者與 B1差異均顯著。因素C的出苗率均值大小為C2＞C3＞C1，C2與 C3之間差異不顯著，與 C1差異顯著。因素 D 的出苗率均值大小為D2＞D1＞D3，D2與D1之間差異不顯著，與D3差異顯著。分析得出，出苗率的最優(yōu)組合為A4B3C2D2，與出苗率最高的處理 A4B3C2D1(處理 12)相比，只有因素D不一致，而因素D的影響程度最小，且D1與D2之間差異不顯著，表明出苗率的正交設(shè)計(jì)結(jié)果是可靠的。

表2 試驗(yàn)各指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果

2.2 品種與施肥對(duì)存活率的影響

牧草的存活率可反映牧草在當(dāng)?shù)氐倪m應(yīng)情況，對(duì)存活率進(jìn)行因素間效應(yīng)檢驗(yàn)表明(表4)，因素A和B對(duì)存活率的影響極顯著(P＜0.01)，因素C影響顯著 (P＜0.05)，因素 D影響不顯著(P＞0.05)。再由R'大小分析得出，各因素的影響程度為B＞A＞C＞D。對(duì)影響顯著或極顯著的因素進(jìn)行多重比較，因素A的存活率均值大小為A4＞A3＞A6＞A5＞A1＞A2，A4顯著高于其他水平(P＜0.05)，A3與 A5、A6之間差異不顯著(P＞0.05)，與 A1、A2差異顯著，A5、A6與 A1之間差異不顯著，與A2差異顯著。因素B的存活率均值大小為B3＞B2＞B1，B3與 B2之間差異不顯著，兩者與 B1差異均顯著。因素C的存活率均值大小為C3＞C2＞C1，C3與 C2差異不顯著，與 C1差異顯著。由于因素D對(duì)存活率的影響程度不顯著，得出存活率的最優(yōu)組合為A4B3C3Dx(x=1,2,3)，與存活率最高的組合A4B3C2D1(處理12)基本一致。

2.3 品種與施肥對(duì)越冬率的影響

牧草越冬受遺傳性以及干旱、低溫、土壤等環(huán)境因素的影響[18-19]。對(duì)18個(gè)處理的存活率進(jìn)行分析，因素間效應(yīng)檢驗(yàn)表明(表4)，因素A和B對(duì)越冬率影響極顯著 (P＜0.01)，因素 D影響顯著(P＜0.05)，因素 C 影響不顯著(P＞0.05)。同水平等價(jià)極差R'大小為A＞B＞D＞C，比較得出，各因素的影響程度為A＞B＞D＞C。對(duì)影響顯著或極顯著的因素進(jìn)行多重比較得知，因素A的越冬率均值大小為 A4＞A3＞A6＞A1＞A5＞A2，A4與 A3差異不顯著，兩者均顯著高于 A1、A5和 A2(P＜0.05)，A6、A1、A5和A2之間差異均不顯著(P＞0.05)。因素B越冬率均值大小為 B3＞B2＞B1，B3與 B2差異不顯著，與 B1差異顯著。因素D越冬率均值大小為D2＞D1＞D3，D2與D1之間差異不顯著，與D3差異顯著。以上分析得出，越冬率的最優(yōu)組合為A4B3CxD2(x=1,2,3)，與越冬率最高的組合A4B3C2D1(處理12)相比只有因素D不一致，而D2與D1差異不顯著，表明正交設(shè)計(jì)結(jié)果是可靠的。

表3 出苗率因素間的方差分析

表4 出苗率、存活率和越冬率的統(tǒng)計(jì)分析

2.4 品種與施肥對(duì)根長(zhǎng)的影響

干旱情況下根長(zhǎng)越長(zhǎng)，說(shuō)明植物抗旱性越強(qiáng)[20]。對(duì)18個(gè)處理的根長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，因素間效應(yīng)檢驗(yàn)表明(表5)，因素A、B和C對(duì)根長(zhǎng)影響極顯著(P＜0.01)，因素 D 影響顯著(P＜0.05)。同水平等價(jià)極差R'大小為A＞B＞C＞D，比較得出，各因素的影響程度為A＞B＞C＞D。多重比較得知，因素A根長(zhǎng)均值大小為 A4＞A3＞A2＞A5＞A6＞A1，A4與 A3之間差異顯著 (P＜0.05)，兩者均顯著大于其他水平，A2、A5、A6之間差異不顯著(P＞0.05)，均顯著大于 A1。因素 B 根長(zhǎng)均值大小為 B3＞B2＞B1，B2與 B3差異不顯著，兩者與B1差異顯著。因素C根長(zhǎng)均值大小為 C3＞C2＞C1，C3與 C2差異不顯著，兩者均顯著高于 C1。因素 D 根長(zhǎng)均值大小為 D1＞D2＞D3，D1與D2差異不顯著，與D3差異顯著。得出根長(zhǎng)的最優(yōu)組合為A4B3C3D1，與根長(zhǎng)最大的組合A4B3C2D1(處理12)基本一致。

2.5 品種與施肥對(duì)株高的影響

株高是重要的生產(chǎn)要素之一，因素間效應(yīng)檢驗(yàn)表明 (表5)，因素A和C對(duì)株高影響極顯著(P＜0.01)，因素 B 和 D 影響顯著(P＜0.05)，再由同水平等價(jià)極差R'大小綜合比較得出，各因素影響程度為A＞C＞B＞D。多重比較結(jié)果得知，因素A株高均值大小為 A5＞A3＞A4＞A6＞A2＞A1，A5與 A3之間差異顯著(P＜0.05)，兩者均顯著大于其他水平，A4與A6之間差異不顯著，兩者均顯著大于A2和A1。因素 B 株高均值大小為 B3＞B2＞B1，B3與 B2、B1之間差異顯著，B2與B1差異不顯著。因素C株高均值大小為 C3＞C2＞C1，C3與 C2差異不顯著，兩者均與C1差異顯著。因素D株高均值大小為D1＞D2＞D3，D1與 D2差異不顯著，均顯著大于 D3。得出株高的最優(yōu)組合為A5B3C3D1，與18個(gè)處理中株高最大的組合A5B3C2D2(處理15)基本一致。

2.6 品種與施肥對(duì)干草產(chǎn)量的影響

對(duì)18個(gè)處理的干草產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，因素間效應(yīng)檢驗(yàn)表明(表5)，4個(gè)因素對(duì)干草產(chǎn)量的影響程度均達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)，同水平等價(jià)極差R'大小為A＞B＞C＞D，比較得出各因素的影響程度為A＞B＞C＞D。因素內(nèi)多重比較得知，因素A干草產(chǎn)量均值大小為 A5＞A4＞A3＞A6＞A1＞A2，A5與A4之間差異不顯著(P＞0.05)，兩者均顯著高于其他水平，A6顯著高于 A1和 A2(P＜0.05)，A1和A2差異不顯著。因素B干草產(chǎn)量均值大小為B3＞B2＞B1，各水平之間差異顯著。因素 C干草產(chǎn)量均值大小為 C2＞C3＞C1，C2與 C3差異不顯著(P＞0.05)，與 C1差異顯著(P＜0.05)。因素 D 干草產(chǎn)量均值大小為 D2＞D1＞D3，D2與 D1、D3差異顯著。正交設(shè)計(jì)得出干草產(chǎn)量的最優(yōu)組合為A5B3C2D2，與18個(gè)處理中干草產(chǎn)量最高的組合A5B3C2D2(處理15)完全一致，充分證明了正交設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。

表5 根長(zhǎng)、株高和干草產(chǎn)量的方差分析及極差

3 討論

寧夏農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)干旱少雨，灌溉條件差，冬寒夏熱，土壤貧瘠且鹽堿化嚴(yán)重，人工草地建植的難度較大，18個(gè)處理的存活率都在75%以下。正交設(shè)計(jì)得到出苗率、存活率和越冬率的最優(yōu)組合分別 為 A4B3C2D2、A4B3C3Dx(x=1,2,3) 和 A4B3CxD2(x=1,2,3)，與出苗率、存活率和越冬率均為最高的處理12基本一致。4個(gè)因素中有機(jī)肥對(duì)出苗率和存活率的影響程度最大，品種次之，這兩個(gè)因素對(duì)越冬率的影響也達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)。氮磷鉀和植物廢渣對(duì)存活率和越冬率的影響程度較小。豆科牧草的適應(yīng)性均大于禾本科牧草，以紫花苜蓿的適應(yīng)性最強(qiáng)，沙打旺次之，禾本科中披堿草的適應(yīng)性較好。有機(jī)肥對(duì)適應(yīng)性的影響較大，施肥量以36 t/hm2最好，原因可能是大量有機(jī)肥的施入改善了土壤環(huán)境，從而促進(jìn)了牧草苗期生長(zhǎng)，這與湯鏡秋等[21]的研究相一致。

正交設(shè)計(jì)得出根長(zhǎng)和株高的最優(yōu)組合分別為A4B3C3D1和A5B3C3D1，分別與根長(zhǎng)最大的處理12和株高最高的處理15基本一致，表明正交設(shè)計(jì)結(jié)果是可靠的。因素中品種和氮磷鉀對(duì)根長(zhǎng)和株高的影響達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)，有機(jī)肥對(duì)根長(zhǎng)影響極顯著(P＜0.01)，對(duì)株高影響顯著(P＜0.05)，植物廢渣對(duì)根長(zhǎng)和株高影響均顯著(P＜0.05)。植物廢渣10 t/hm2可提高牧草的出苗率和越冬率，而15 t/hm2的處理阻礙了牧草的出苗、越冬及根的生長(zhǎng)。原因可能是過(guò)量秸稈的施入使秸稈分解緩慢，造成微生物與作物爭(zhēng)氮，影響苗期生長(zhǎng)，這與顧熾明等[22]研究相一致。產(chǎn)量的最優(yōu)組合是A5B3C2D2，與產(chǎn)量最高的處理15完全一致。因素中品種和氮磷鉀對(duì)產(chǎn)量的影響程度較大，有機(jī)肥與植物廢渣的影響程度較小。草木樨的干草產(chǎn)量最高，紫花苜蓿次之，但草木樨是兩年生牧草，長(zhǎng)期利用價(jià)值不及多年生的紫花苜蓿，在寧夏農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)紫花苜蓿一般可利用5年以上[23]。氮磷鉀以中肥配比的干草產(chǎn)量最高，與高肥配比差異不顯著，原因可能是干旱區(qū)鹽堿地降雨量較少，中肥配比的出苗率較高，牧草密度大從而產(chǎn)量高，而高水平的氮磷鉀配合施肥并不能顯著提高肥料的利用效率。對(duì)正交設(shè)計(jì)結(jié)果綜合分析，適應(yīng)性最好且可長(zhǎng)期利用的人工草地最優(yōu)組合為A4B3C2D2，干草產(chǎn)量最高的人工草地最優(yōu)組合為A5B3C3D2。

4 結(jié)論

4.1 正交設(shè)計(jì)方法得到適應(yīng)性的最優(yōu)組合為紫花苜蓿+有機(jī)肥 36 t·hm-2+氮磷鉀中肥配比(N165 kg·hm-2+P135 kg·hm-2+K135 kg·hm-2)+ 苦豆子秸稈渣10 t·hm-2，這與適應(yīng)性最好的處理12基本一致，各因素中品種與有機(jī)肥對(duì)牧草適應(yīng)性的影響程度較大，氮磷鉀與植物廢渣影響程度較小。

4.2 正交設(shè)計(jì)方法得到干草產(chǎn)量的最優(yōu)組合與處理15完全一致，與適應(yīng)性的最優(yōu)組合相比，除牧草品種不同，其他因素組合均為有機(jī)肥36 t·hm-2+氮磷鉀中肥配比 (N165 kg·hm-2+P135 kg·hm-2+K135 kg·hm-2)+ 苦豆子秸稈渣 10 t·hm-2，此組合是否為其他品種產(chǎn)量的最優(yōu)施肥組合有待進(jìn)一步研究。

4.3 各因素中品種對(duì)越冬率、根長(zhǎng)、株高及干草產(chǎn)量的影響程度最大，表明在農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)建植草地，品種的選擇較為重要。牧草品種以紫花苜蓿的適應(yīng)性最強(qiáng)，可作為長(zhǎng)期利用的優(yōu)良牧草。兩年生草木樨的干草產(chǎn)量最高，短期利用較好。有機(jī)肥36 t·hm-2和苦豆子秸稈渣 10 t·hm-2有利于牧草的生長(zhǎng)，可顯著提高干草產(chǎn)量。

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