草地施肥研究及存在問題分析

白玉婷，衛(wèi)智軍，劉文亭，張 爽，王天樂，肖嘉圃

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018)

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草地施肥研究及存在問題分析

白玉婷，衛(wèi)智軍*，劉文亭，張 爽，王天樂，肖嘉圃

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018)

通過對我國草地進行施肥改良的綜合研究分析,綜述了牧草施肥的研究概況,主要內(nèi)容包括牧草施肥的種類與作用。研究表明,氮、磷、鉀及中微量元素肥料合理施用對牧草的產(chǎn)量和品質(zhì)會產(chǎn)生明顯的促進作用。同時對我國當前牧草施肥存在的問題進行了分析，最后展望了牧草施肥的發(fā)展方向。

草地；施肥；效果；采取措施

中國是草地資源非常豐富的國家，4億多公頃草地占國土面積的40%，占世界草地總面積的13%，居世界第2位，其中牧區(qū)草地有3.1億hm2。由于我國長期以來對草地資源采取粗放經(jīng)營的方式，重利用、輕建設、輕管理，草地過牧超載，亂開濫墾、破壞嚴重。草地建設缺乏統(tǒng)一規(guī)劃管理，投入少，草地退化、沙化、堿化面積日益發(fā)展，生產(chǎn)力不斷下降的問題。草地退化加劇了草地生態(tài)環(huán)境的惡化，使得草地生態(tài)系統(tǒng)難以可持續(xù)利用。退化草地恢復的首要條件是排除施加給草地的超負荷和壓力，使之降低到草地生態(tài)系統(tǒng)恢復功能的閾限，或施加行之有效的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施使其恢復和重建〔1〕。施肥是改良草地并獲得高產(chǎn)的有效方式，通過施肥措施以改變土壤的物理性質(zhì)，提高草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力〔2-3〕。本文是在幾年研究和對近年來草地施肥種類及效果等進行歸納總結(jié)的基礎上，對我國牧草施肥存在的問題進行了分析，以期為草地的科學施肥提供依據(jù)。

1 草地施肥種類及作用

1.1 有機肥料

有機肥料是我國重要的肥料資源，它在改善土壤理化性質(zhì)、增強土壤肥力、改善作物品質(zhì)及提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)等方面都具有極為重要的作用。有機肥種類很多，其中最大項是畜禽糞尿與作物秸稈，還有綠肥、餅粕、草木灰、污泥、熏土、海肥等等。秸稈與畜禽糞尿除少量用于燃料與工業(yè)原料外，大部分可用于有機肥。研究表明〔4〕，有機肥料的施用不僅能夠持久的發(fā)揮其肥效，還能顯著改善土壤的理化性狀。

1.2 氮肥

氮在植物體內(nèi)所占分量不大一般只占干重的1%-3%，但卻是構(gòu)成蛋白質(zhì)的重要組合部分，所以氮又稱為生命元素。施氮肥樣地土壤氮素礦化作用大都高于未施氮肥樣地〔5-7〕。施用氮肥，可促進土壤原來有機氮的分解和釋放，稱為正激發(fā)效應〔8〕。豆科牧草可以利用自身的根瘤菌來固氮以滿足生長發(fā)育的需要，因而種植中常不需要施入氮肥，但在單播豆科牧草生長初期或豆禾混播放牧草地可少施或不施氮肥。禾本科牧草沒有固氮能力，完全依靠其根系從土壤中吸收來維持它們生長發(fā)育所需要的氮素，故高產(chǎn)中常需要施入氮肥。氮肥能刺激植物的生長，尤能促進分蘗及枝葉發(fā)生，因禾草、莎草需氮素多，所以氮素對禾草、莎草生長高度和干草產(chǎn)量影響明顯〔9〕。施氮可以明顯提高種子的活力和質(zhì)量，獲得較高的生長速度，有效地促進分蘗，從而提高牧草產(chǎn)量。同時還可改善牧草的品質(zhì)，使其質(zhì)嫩、葉片多、蛋白質(zhì)含量高、適口性好,提高其飼用價值。Shen等〔10〕研究發(fā)現(xiàn)，施用氮肥增加了土壤微生物量氮含量。在較低的施氮水平時，隨氮肥用量的增加，產(chǎn)量逐漸增加，超過一定用量時，產(chǎn)量不再增加反而下降。

1.3 磷肥

磷是植物細胞原生質(zhì)和細胞核的重要組成部分，磷的缺乏會影響植物體生命代謝活動，進而影響牧草生產(chǎn)。磷對提高抗病性、抗寒性和抗旱性也有良好作用。在豆科植物中，磷能促進根瘤的發(fā)育，提高根瘤的固氮能力。禾本科牧草缺磷時分蘗遲或不分蘗，開花成熟延遲，成穗率低，耐儲藏性差。磷能促進同化作用產(chǎn)物在植物體內(nèi)運輸，刺激根系生長。增施磷肥不僅可以顯著增加苜蓿對磷的吸收，而且能不同程度地促進苜蓿對鉀和鈣的吸收。由于磷肥施入土壤后基本沒有揮發(fā)損失，淋失也相對較少，所以土壤磷素的長期盈余或虧缺必然決定土壤磷素的消長趨向〔11〕。英國洛?！?2〕試驗站的三組長期試驗發(fā)現(xiàn)農(nóng)田土壤磷平衡，肥料投入磷量減去作物帶出磷量的盈虧值幾乎與土壤有效磷測定值或其增減量呈直線相關(guān)。車敦仁等〔13-14〕的研究表明，隨著施磷量的增加，產(chǎn)草量也提高。但戴國榮〔15〕在鐵卜加的試驗表明，以磷肥作種肥一次施入，施磷量(P2O5)150kg/hm2時5年的平均產(chǎn)量略低于施磷量為75kg/hm2時,這是否因為磷用量增加到一定數(shù)量時，也產(chǎn)生負效應，尚有待進一步研究。

1.4 鉀肥

與氮和磷不同，鉀不參與有機物的組成，它主要處于植物體內(nèi)各種生化反應中酶的活化劑而起作用。鉀是作物生長必需的大量元素之一，它在改善作物品質(zhì)，提高產(chǎn)量和抗逆性中起著重要作用。鉀可促成蛋白質(zhì)的合成，是豆科牧草中第二位重要元素。鉀肥施用量取決于草地生產(chǎn)力，由于禾本科牧草從土壤中吸收鉀的能力通常比豆科牧草強，所以禾豆混播草地更需增施鉀肥〔16〕。影響鉀肥肥效的因素不少，如土壤鉀素的供應水平，氮磷肥的配合與生產(chǎn)水平、耕作制度、作物種類、氣候條件、鉀肥品質(zhì)和施用技術(shù)等。施用鉀肥還可明顯提高牧草對蚜蟲的抵抗能力，但過量施用鉀肥則對牧草的出苗產(chǎn)生抑制作用。

1.5 中微量元素肥料

土壤是植物所需的微量元素的主要來源，土壤中微量元素的供給水平直接關(guān)系到農(nóng)作物的生長發(fā)育。隨著作物產(chǎn)量的提高，土壤中微量元素的消耗也隨之增加，微量元素肥料的應用已引起重視。土壤中的微量元素含量受到諸多因素的影響，最主要的影響因素為成土母質(zhì)。氣候(萬洪富和鐘繼洪，1998)〔17〕、地形(董杰等，2006)〔18〕、人類活動(王祖?zhèn)サ龋?002)〔19〕等也是影響土壤中微量元素含量的重要因素。由于草地長期施用微量元素肥料，促進了作物地上部分和根系的生長，增加了還田部分的生物量，為土壤提供了較多的活性有機物質(zhì)，其土壤有機質(zhì)含量有所提高〔20〕。朱大鳴等〔21〕研究表明，合理使用中微量元素肥料有顯著增產(chǎn)作用、用量少、見效快，具有顯著經(jīng)濟效益。

2 草地施肥效果

2.1 施肥對群落特征的影響

施肥對群落結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)在植物的蓋度、高度、密度和群落多樣性等方面。在寧夏云霧山草原自然保護區(qū)研究表明，中肥區(qū)和高肥區(qū)由于肥量充足和建群種適宜周圍的生態(tài)環(huán)境，生長旺盛，競爭力極強，并縮短了群落的演替階段，改變了群落的結(jié)構(gòu)。張杰琦〔22〕在氮素添加對高寒草甸的研究表明施氮肥增加了植物群落植被的高度和蓋度。有研究表明，干旱地區(qū)“甘農(nóng)3號”紫花苜蓿在具備灌溉條件下，種植當年施肥可顯著提高產(chǎn)量、株高和再生速度〔23〕。

施肥對群落多樣性變化主要指在不同調(diào)控策略下的植物物種多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)的變化。張大勇〔24〕研究表明，對被施肥群落來說，其物種庫大小將顯著下降。李曉剛〔25〕對高寒草甸草原施肥試驗研究表明，施肥對其物種多樣性有顯著降低作用。在甘南退化高寒草甸研究中，物種多樣性隨著施肥增加而降低，不同施肥梯度都減少了高寒草甸物種多樣性。JosephM.等〔26〕對潘諾尼亞黃土草地的施肥試驗表明，與未施肥相比，多樣性指數(shù)和物種豐富度增加1.5倍，可能是因為極度干旱的氣候使物種有顯著的再生潛力。

2.2 施肥對產(chǎn)量的影響

在內(nèi)蒙古多倫縣干溝鄉(xiāng)施肥試驗結(jié)果表明：與不施肥比較，牧草種類增多，產(chǎn)量增大，種群結(jié)構(gòu)改善，特別是在表施控釋肥的處理中出現(xiàn)了標志退化草地恢復進程的羊草〔27〕。在黑龍江省富裕縣退化草地研究表明，化肥與有機肥配施處理的干草產(chǎn)量增加最多，干草產(chǎn)量達4500kg/hm2，為不施肥的4.9倍，施肥后植被蓋度增加〔28〕。劉曉靜〔23〕在施肥及刈割對干旱地區(qū)的研究中表明，施肥第2年紫花苜蓿產(chǎn)量顯著高于第1年。Feigenbaun〔29〕等研究發(fā)現(xiàn)在早春第一次刈割后施肥能顯著增加苜蓿產(chǎn)量。車敦仁〔30〕在青海玉樹高寒地區(qū)的研究報道，播種當年的苜蓿施肥，不僅促進了生長，而且還使越冬率提高到77.6%。有研究表明〔31〕，在一定的施肥濃度內(nèi),其鮮草產(chǎn)量與施肥量成正相關(guān)。

2.3 施肥對牧草營養(yǎng)成分的影響

隨施氮量的增加，植株全氮、蛋白氮、非蛋白氮、粗蛋白、純蛋白質(zhì)、氨基酸、硝態(tài)氮含量增加。施氮使飼草葉多質(zhì)嫩，蛋白質(zhì)含量高，纖維素含量低，適口性好。已有研究表明〔32〕，施用氮肥可以增加鴨茅類胡蘿卜素、葉綠素、維生素、粗蛋白汁水及可消化能含量。追施氮肥能顯著提高黑麥草莖葉中粗蛋白含量，且隨氮肥用量的增加而遞增。植株粗蛋白含量是評定牧草品質(zhì)的主要指標之一，植株粗蛋白含量在不同氮肥水平間差異顯著，顯著高于對照區(qū)〔33〕。施肥量對草地粗蛋白總收獲量的影響也達到極顯著水平，但不同牧草品種對肥料的反應不同〔34〕。蘇亞麗研究表明粗蛋白和干物質(zhì)含量隨著氮肥和磷肥用量的增加而升高，但隨著灌水量的增加而降低。隨著氮肥、磷肥用量和灌水量的增加，粗纖維含量降低，粗脂肪含量升高，粗灰分含量隨著氮肥用量和灌水量的增加而升高，隨著磷肥用量的增加。施肥也能增加紫花苜蓿粗蛋白含量，降低中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量。

2.4 施肥對土壤的影響

施肥制度不同，土壤微生物種群、數(shù)量和活性不同，導致土壤生物肥力不同，而這種差異又會對土壤結(jié)構(gòu)、肥力和生產(chǎn)力產(chǎn)生重要影響。Shen等〔11〕研究發(fā)現(xiàn)，施用氮肥增加了土壤微生物量氮含量。李東坡等〔35〕研究表明，黑土長期NPK處理，土壤微生物量磷含量高于不施肥處理，而土壤微生物量氮含量與不施肥處理的差異很小〔36〕。McGill等〔37〕結(jié)果表明，連續(xù)50年NPKS處理，土壤微生物量氮與不施肥處理沒有顯著差異。

有關(guān)研究還表明，對內(nèi)蒙古高原的荒漠化草原的施肥作用沒有明顯增加土壤呼吸〔38〕。對內(nèi)蒙古3種不同類型的草地進行施肥處理后抑制了土壤呼吸、氮的礦化，減少了微生物氮含量，這種抑制作用在長期的氮施肥試驗中表現(xiàn)更為明顯〔39〕。

大量施用氮肥顯著降低了土壤線蟲總數(shù)和不同營養(yǎng)類群的數(shù)量，而施磷肥對線蟲總數(shù)影響并不顯著。相反，施磷肥和少量氮肥卻提高了食細菌線蟲的數(shù)量和比例〔40〕。豆科牧草單播草地或者豆科、禾本科牧草混播草地，由于豆科牧草根部的根瘤菌能固定大氣中的氮，可顯著地改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力〔40〕。

3 草地施肥存在問題

3.1 肥料利用率較低

朱兆良〔41〕總結(jié)了中國782個田間試驗得出氮肥在田間實驗中的利用率在28%～41%之間。磷肥的當季利用率與氮、鉀肥比起來低得多，這是由于磷肥施入土壤后，易與土壤中的鐵、鋁離子(南方)或鈣離子發(fā)生化學反應，形成沉淀，累積在土壤中。目前，我國牧草單位面積的產(chǎn)量不高，生產(chǎn)上的不施肥或盲目施肥可能是一個主要原因。大量研究結(jié)果表明，我國氮肥利用率僅為30%～35%，而發(fā)達國家已達到70%～80%。盲目施肥導致資源浪費，引起環(huán)境污染和破壞土壤營養(yǎng)元素的平衡。

3.2 有機-無機肥配合的施用

有機肥料肥能夠通過減緩氮素在土壤中的釋放而提高肥料利用率，其肥效雖然長，但養(yǎng)分釋放緩慢，不能及時提供作物生長所需的氮素營養(yǎng)，所以在等氮條件下單施有機肥料可能會延誤作物的生長，影響牧草產(chǎn)量。無機肥料即我們常說的化肥，具有有效成分高、易溶于水、肥效快、施用方便等優(yōu)點，故又稱速效性肥料。近年來，化肥的單一施用帶來了土壤板結(jié)、土壤緩沖性能下降、土壤營養(yǎng)趨單一化、土壤微生物量減少、生物機能下降等一系列問題。

有機肥料須與無機肥料結(jié)合才可以取長補短，緩急相濟，充分保證作物整個生長發(fā)育期間有足夠的氮素養(yǎng)分供給，從而提高作物產(chǎn)量。有機肥和無機肥配合使用，提高土壤微生物生物量，改善土壤理化性質(zhì)有明顯效果。徐艷麗〔42〕對有機、無機肥及其配施對葦狀羊茅生長及抗寒性的影響研究表明，一定量的有機肥明顯促進葦狀羊茅幼苗期生長，對改善越冬期草坪色澤、緩解冬枯也有一定的作用，但對抗寒性沒有明顯影響，無機-有機肥配合施用的效果最好。Ndayeyamiye和Cote〔43〕的研究結(jié)果表明，施用有機肥或有機-無機肥可提高土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量，也能顯著增加氨化細菌、硝化細菌、自生固氮菌數(shù)量。Nanda和Das等〔44〕研究表明，施用有機-無機肥增加了細菌數(shù)量，減少了真菌數(shù)量。

3.3 忽視微肥的使用

牧草的生長必須補充足夠的肥料，并且養(yǎng)分比例的平衡是保證牧草正常生長的關(guān)鍵。但在實際牧草種植中，經(jīng)常忽略了中微量元素肥料的補充，導致某種營養(yǎng)元素的過?；蛉狈ΑＱ芯勘砻?，鐵、硼和鉬肥能夠促進牧草分蘗，提高葉面積指數(shù)及與雜草的競爭力，有利于牧草的光合作用〔45〕。張才駿〔46〕曾報道，在青海省環(huán)湖地區(qū)牧草和土壤中存在低錳、低銅、低鋅的狀況。目前青海省草地施肥的研究多停留在大量元素氮、磷的使用上,對微肥及稀土元素肥料的研究尚屬空白。宇萬太〔47〕等不同施肥模式長期定位試驗為平臺，對不同模式下土壤中微量元素的含量變化進行系統(tǒng)研究，表明施肥對土壤全量微量元素含量沒有顯著影響，但顯著影響土壤有效態(tài)微量元素的含量，施肥導致土壤有效態(tài)微量元素含量增加。

4 展望

4.1 精準施肥制度的實現(xiàn)

傳統(tǒng)依靠經(jīng)驗施肥，導致肥料效率低下，很難適應當代世界所倡導的精準農(nóng)業(yè)的新形勢，傳統(tǒng)施肥將面臨前所未有的考驗。精準施肥技術(shù)是依據(jù)土壤養(yǎng)分狀況，提高草地養(yǎng)分循環(huán)速率，最低限度地減少養(yǎng)分損失，最大限度地增加系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)，確保充足的施肥量以補充損失量的關(guān)鍵技術(shù)措施。草地精準施肥的關(guān)鍵技術(shù)包括如下三點：一是基于施肥區(qū)域的土壤養(yǎng)分空間變異規(guī)律，實現(xiàn)土壤養(yǎng)分測試和作物營養(yǎng)診斷的精準；二是確定適宜的施肥模型，實現(xiàn)施肥決策的合理；三是采用合理的施肥方式，實現(xiàn)肥料施用的精準化。根據(jù)不同地區(qū)土壤類型的精準施肥能在很大程度上對牧草的豐產(chǎn)增收起決定性的作用。同時運用先進技術(shù)，如地理信息系統(tǒng)、差分全球定位系統(tǒng)、遙感等，充分了解草地具體情況的條件下，精細準確地調(diào)整施肥措施和施肥種類與數(shù)量，使施肥草地獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。

4.2 緩釋/控釋肥料的應用

據(jù)國內(nèi)外研究結(jié)果表明，在一般情況下，氮肥施入土壤以后，僅有30-50%能被作物吸收從而造成浪費。氮肥損失的主要原因是：沖洗、淋失、硝化作用與反硝化作用。由于硝化作用，亞硝酸鹽在土壤中積累，使牧草中的含量增高，影響了牲畜安全。緩效氮肥是解決這一問題的有效途徑，目前正逐漸受到重視，不少國家為研制緩效肥料已作了大量工作。

緩釋肥料就是通過養(yǎng)分的化學復合或物理作用，使其對作物的有效態(tài)養(yǎng)分隨著時間而緩慢釋放的化學肥料。控釋肥料是那些養(yǎng)分釋放率與作物需肥規(guī)律完全匹配的肥料，可以根據(jù)外界環(huán)境變化而改變釋放規(guī)律的智能型肥料，也就是說控釋肥料是緩釋肥料的高級形式。包膜肥料是在粒狀肥料表面包裹上一層包膜材料，起到減慢肥料的釋放速度、延長肥料的釋放時間的作用。目前包膜材料功能較單一，還僅僅停留在實現(xiàn)養(yǎng)分緩釋的層面，只解決了缺什么補什么的問題，沒有解決缺多少補多少的問題，更未達到根據(jù)外界環(huán)境變化的刺激而有目的的釋放養(yǎng)分，如在天然草地進行地表施肥，需根據(jù)降雨量達到某一數(shù)值，來進行養(yǎng)分的釋放以提高肥效。因此，探索具有刺激響應型的控釋的載體是包膜肥料的前沿的技術(shù)，值得深入研究。

4.3 功能肥料的開發(fā)

功能性肥料又叫作多功能肥料，是選用多種有機物為原料，經(jīng)酵素菌發(fā)酵或活化處理，配入以腐殖酸為載體的綜合有益生物菌劑，再添加適量含氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、硅肥以及微量元素、稀土等而生產(chǎn)的系列產(chǎn)品。經(jīng)試驗和大田應用，在蔬菜、瓜類等作物上施用，可防止作物多種病蟲害，使作物健壯生長，與常規(guī)化肥相比，一般可提高產(chǎn)量16%以上，提高化肥利用率10%～30%，降低農(nóng)藥、化肥投入15%～30%。功能性肥料適用于各種土壤，可做基肥(隨整地施入土壤)，也可穴施、條施、溝施，可與有機肥、農(nóng)家肥混合施用。目前，已有幾十個品種問世，這些被稱為“二十一世紀的肥料”具有明顯的經(jīng)濟高效、減少污染等特點。例如，北京坤元“第四態(tài)能源”功能肥成本低，功能多，效果好，不僅能科學調(diào)控農(nóng)作物的營養(yǎng)生長與生殖生長，增產(chǎn)提質(zhì)，還能促進土壤養(yǎng)分的釋放，改造土壤的不良理化性狀，增強農(nóng)作物的抗旱、抗寒、抗病能力。在生產(chǎn)中應分別利用功能肥與傳統(tǒng)肥料有機地結(jié)合起來，減少成本，促進草地和牧草側(cè)重或定向的經(jīng)濟生產(chǎn)。

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2095—5952(2016)02—0007—06

2016-04-08

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項“半干旱牧區(qū)天然打草場培育及利用技術(shù)研究與示范”(201303060)

白玉婷(1990-)，女，內(nèi)蒙古呼和浩特人，主要從事草地管理和草地培育方面的科研工作。

衛(wèi)智軍E-mail:nmndwzj@163.com