播種量與施肥水平對東方山羊豆牧草產量的影響

羅天瓊，莫本田，張 瑜，龍忠富

(1.貴州省農業科學院 草業研究所，貴州 貴陽 550006；2.貴州省農業科學院 畜牧獸醫研究所，貴州 貴陽 550005)

0 引言

【研究意義】牧草是草地畜牧業最重要的生產資料之一，是建立人工草地、改良天然草地不可缺少的物質基礎[1]。東方山羊豆(GalegaorientalisLam.)為引進新品種，屬多年生直立根蘗型優質豆科牧草[2]。其草質柔嫩，鮮草產量高，粗蛋白質和氨基酸含量高，易于調制干草，家畜喜食且反芻動物青飼不易發生膨脹病，抗逆性較強。但東方山羊豆因對適宜區域的選擇性及種子生產短缺等問題限制其種植與推廣?！厩叭搜芯窟M展】國內有關東方山羊豆引種篩選、生物學特性與栽培技術、牧草青貯、養殖利用等方面都均有報道，但對于東方山羊豆遺傳學特性、飼用價值及豐產栽培利用等方面研究報道不多[3-4]。近年來，前人在東方山羊豆豐產栽培方面開展一定研究，寶力德巴特等[5]研究表明，不同溫度、不同發芽床條件下東方山羊豆草種最高硬實率達77%，其休眠性較高；采用細砂紙擦可破除種子硬實性，種子適宜發芽溫度為20℃，發芽床為濾紙上或濾紙間，其發芽率可達98%。劉興義等[6]對新引1號東方山羊豆新品系進行種植試驗發現，北方地區建植人工草地時，適宜采用春播，播種量以15～18 kg/hm2為宜；天然草地補播適宜播種量為10～13 kg/hm2。李柱等[7]開展種植密度與產量相關性試驗發現，在播種量為7.5 kg/hm2、行距45 cm時種子產量高達227.70 kg/hm2；當播種量為11.25 kg/hm2、行距為30 cm，人工草地干草產量高達15.67 t/hm2。張清斌等[8]開展東方山羊豆地上生物量與水肥耦合比關系研究發現，當年灌溉4 200 m3/hm2、施N肥180 kg/hm2、P肥300 kg/hm2時，種子產量高達467.40 kg/hm2；當年灌溉5 400 m3/hm2、施N肥270 kg/hm2、P肥135 kg/hm2時，人工草地干草產量高達22.60 t/hm2。王承軍等[9-10]研究種植量、行距和施肥灌水組合對東方山羊豆種子產量的影響發現，在播種量為7.5 kg/hm2、行距60cm，施廄肥30 t/hm2、尿素150 kg/hm2、二胺225 kg/hm2、灌溉6 000 m3/hm2,種子產量可達431.70 kg/hm2。自2012年以來，貴州省草業研究所引進東方山羊豆開展栽培馴化及飼喂試驗等，在各類試驗中東方山羊豆表現出產量高、適口性好、營養價值高等特點，適應性強，在貴州具有廣闊的推廣利用前景?！狙芯壳腥朦c】目前，東方山羊豆在貴州高產栽培技術的系統研究未見報道。因此，以東方山羊豆播種量與肥料施用量為栽培因子，研究播種量與肥料施用量不同組合水平下東方山羊豆的牧草產量變化?！緮M解決的關鍵問題】于2018—2019年采用五元二次通用組合設計方法，開展播種量、有機肥施用量、氮肥施用量、磷肥施用量、鉀肥施用量5個栽培因子與東方山羊豆牧草產量之間的數量性狀關系研究，尋找產量最高、經濟效益最佳的栽培技術方案，為東方山羊豆在生產中大面積推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在貴州省草業研究所獨山基地進行，試驗地處北緯 25°50′、東經107°33′，海拔970 m，年均氣溫15℃，極端高溫34℃，極端低溫-8℃，年降水量1 346 mm，無霜期271 d；年日照時數1 337 h，年均相對濕度82%。土壤為黃棕壤，pH6.4，有機質2.52%，全氮0.30%，水解氮29.82 mg/kg,速效鉀98.25 mg/kg。土壤總體肥力水平中等。

1.2 試驗材料

東方山羊豆種子由貴州省草業研究所提供。試驗肥料為有機肥、過磷酸鈣、硫酸鉀、尿素(N含量≥46.4%)，均為市購。2020年試驗材料的市場價格：東方山羊豆種子150元/kg，有機肥0.36元/kg，尿素2.00元/kg，過磷酸鈣0.70元/kg，硫酸鉀4.00元/kg，東方山羊豆鮮草0.60元/kg，零工費為80元/個·d，用工量為75個/hm2。

1.3 試驗方法

采用五元二次通用組合設計[11-13]，以播種量(x1)、有機肥施用量(x2)、氮肥施用量 (x3)、磷肥施用量(x4)、鉀肥施用量(x5)為變量因子，以鮮草產量(y)為因變量，進行5因子5水平(1/2實施)不完全隨機區組設計栽培試驗，共計32個處理(Mc+2P+M0=16+10+6=32)。各試驗因素變量的設計水平及編碼值見表1，其中，零水平是生產上大面積采用的措施。小區面積15 m2(3 m×5 m)，采用條播方式播種，行距為50 cm，播種時間為2017年11月2日。各試驗小區于植株株高60～65 cm時進行第一茬鮮草產量測定，以后再生草高達55～60 cm時進行刈割，記錄鮮草產量。試驗數據以2年(2018—2019年)平均產量計算。

表1 試驗因素水平及編碼Table 1 The level and coding of test factors kg/hm2

1.4 數據統計分析

采用DPS軟件進行數據分析，用Excel軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 栽培因子不同水平組合處理東方山羊豆牧草產量

從表2看出，在5個栽培因子不同水平組合的32個處理中，東方山羊豆牧草產量在18.35～63.78 t/hm2。其中，以處理23產量最高，為63.78 t/hm2；其次是處理10，產量為63.05 t/hm2；處理5產量位列第三，為60.34 t/hm2。處理21產量最低，為18.35 t/hm2。試驗設計因子組合多，涵蓋5個栽培因子可能的組合方式，可從中尋出最優組合。

表2 處理組合的因子水平及鮮草產量 Table 2 The factor level and fresh grass yield of different treatments

2.2 建立5個栽培因子與牧草產量的回歸數學模型

2.3 各單因子對牧草產量的影響

2.3.1 5個因子對牧草產量影響的主次作用 對單因子分析的目的是探明各因素對牧草產量影響的主次作用。當其他試驗因子取0水平時，各單因子對東方山羊豆牧草產量的偏回歸方程分別為：y播種量=46.71-1.05x1-0.74x12，y有機肥=46.71+0.87x2-1.47x22，y氮肥=46.71+8.21x3+4.19x32，y磷肥=46.71-2.03x4+2.64x42，y鉀肥=46.71-2.85x5+0.50x52。根據方程回歸系數求出各因子的貢獻率[21]。結果表明，播種量(x1)、有機肥施用量(x2)、氮肥施用量(x3)、磷肥施用量(x4)、鉀肥施用量(x5)5個因子的綜合貢獻值分別為0.314、0.231、0.745、0.166、0.468。因此，5個栽培因子對東方山羊豆牧草產量影響的主次作用為氮肥施用量>鉀肥施用量>播種量>有機肥施用量>磷肥施用量。

2.3.2 各因子不同水平條件牧草的產量 根據各單因子對牧草產量的偏回歸方程，結合圖1可看出各因子不同水平條件下牧草產量的變化。

圖1 5個栽培因子不同水平條件東方山羊豆的牧草產量Fig.1 Forage yield of G. orientalis with five cultivation factors

1)氮肥施用量。氮肥與牧草產量的數量關系為開口向下的拋物線，當氮肥用量為180～585 kg/hm2(編碼值為-2.0～1.0)時，隨氮肥施用量增加，鮮草產量逐漸增加；當氮肥施用量為585～720 kg/hm2(編碼值為1.0～2.0)時，隨氮肥施用量增加，鮮草產量逐漸減少。當氮肥施用量為585 kg/hm2(編碼值為1.0)時，鮮草產量達最高，為50.72 t/hm2。

2)磷肥施用量。磷肥施用量與鮮草產量的關系為開口向上的拋物線，當磷肥施用量為675～1 190.625 kg/hm2(編碼值為-2.0～0.5)時，隨磷肥施用量增加，鮮草產量逐漸減少；當磷肥施用量為1 190.625～1 500 kg/hm2(編碼值為0.5～2.0)時，隨磷肥施用量增加，鮮草產量逐漸增加。當磷肥施用量為675 kg/hm2(編碼值為-2.0)時，鮮草產量為60.60 t/hm2達最高。

3)播種量。播種量與牧草產量的關系為開口向下的拋物線，當播種量為7.5～14.81 kg/hm2(編碼值為-2.0～-0.5)，隨播種量增加，鮮草產量呈增加趨勢；當播種量為14.81～27.00 kg/hm2(編碼值為-0.5～2.0)時，隨播種量增加，鮮草產量呈下降趨勢。當播種量為14.81 kg/hm2(編碼值為-0.5)時，鮮草產量最高，為47.07 t/hm2。

4)有機肥施用量。有機肥施用量與牧草產量的關系為開口向下的拋物線，當有機肥用量為12 000～21 375 kg/hm2(編碼值為-2.0～0.5)時，隨有機肥施用量增加，鮮草產量呈增加趨勢；當有機肥施用量為21 375～27 000 kg/hm2(編碼值為0.5～2.0)時，隨有機肥施用量增加，鮮草產量呈下降趨勢。當有機肥為21 375 kg/hm2(編碼值為0.5)時，鮮草產量最高，為46.77 t/hm2。

5)鉀肥施用量。鉀肥施用量與鮮草產量呈負相關性。當鉀肥施用量為405～900 kg/hm2(編碼值為-2.0～2.0)時，隨鉀肥施用量增加，鮮草產量降低。當鉀肥施用量為405 kg/hm2(編碼值為-2.0)時，鮮草產量最高，為54.44 t/hm2。

2.4 雙因素互作對牧草產量的影響

通過降維法固定其他因子為零水平，分別求得播種量(x1)與有機肥(x2)、播種量(x1)與磷肥(x4)、播種量(x1)與鉀肥(x5)、有機肥(x2)與磷肥(x4)、氮肥(x3)與磷肥(x4)、磷肥(x4)與鉀肥(x5)施用量的互作效應與牧草產量(y)的數學模型為：y1,2=46.71-1.05x1+0.87x2-0.88x1x2-0.74x12-1.47x22,y1,4=46.71-1.05x1-2.03x4+1.92x1x4-0.74x12+2.64x42,y1,5=46.71-1.05x1-2.85x5+1.17x1x5-0.74x12+0.50x42,y2,4=46.71+0.87x2-1.47x4-5.05x2x4-0.74x22+2.64x42,y3,4=46.71+8.21x3-2.03x4+1.90x3x4+4.19x32+2.64x42,y4，5=46.71-2.03x4-2.85x5-1.59x4x5+2.64x42+0.50x45。經檢測，各互作效應對牧草產量的影響均達極顯著水平，并可從圖2看出各因子互作條件下牧草的產量變化。

圖2 各因子互作效應條件的牧草產量Fig.2 Forage yield of G. orientalis under the interaction conditions of different factors

2.4.1 播種量(x1)與有機肥(x2)的互作效應 當播種量為7.5～17.25 kg/hm2(編碼值為-2.0～0)、有機肥施用量12 000～21 375 kg/hm2(編碼值為-2.0～0.5)時，鮮草產量呈增加趨勢；有機肥施用量21 375～27 000 kg/hm2(編碼值為0.5～2.0)時，鮮草產量呈下降趨勢。當播種量為19.69～27.0 kg/hm2(編碼值在0.5～2.0)、有機肥施用量12 000～19 500 kg/hm2(編碼值為-2.0～0)時，鮮草產量呈增加趨勢；有機肥施用量19 500～27 000 kg/hm2(編碼值為0～2.0)時，鮮草產量呈下降趨勢。當播種量為12.375 kg/hm2(編碼值為-1.0)、有機肥施用量為21 375 kg/hm2(編碼值為0.5)時，鮮草產量穩定在47.55 t/hm2的較高水平。

2.4.2 播種量(x1)與磷肥(x4)的互作效應 當播種量為7.5～27.00 kg/hm2(編碼值在-2.0～2.0)、磷肥施用量為675～984.375 kg/hm2(編碼值在-2.0～0.5)時，鮮草產量呈下降趨勢；磷肥施用量為984.375～1 500 kg/hm2((編碼值在0.5～2.0)時，鮮草產量呈增加趨勢。當播種量為7.5 kg/hm2(編碼值為-2.0)、磷肥施用量為675 kg/hm2(編碼值為-2.0)時，鮮草產量穩定在67.44 t/hm2的較高水平。

2.4.3 播種量(x1)與鉀肥(x5)的互作效應 當播種量為7.5～19.69 kg/hm2(編碼值在-2.0～0.5)、鉀肥施用量為405～900 kg/hm2(編碼值在-2.0～2.0)時，鮮草產量呈下降趨勢。當播種量為19.69～27.00 kg/hm2(編碼值為0.5～2.0)、鉀肥施用量為405～776.25 kg/hm2(編碼值在-2.0～1.0)時，鮮草產量呈下降趨勢；鉀肥施用量為776.25～900 kg/hm2(編碼值在1.0～2.0)時，鮮草產量呈增加趨勢。當播種量為7.5 kg/hm2(編碼值為-2.0)、鉀肥施用量為900 kg/hm2(編碼值為-2.0)時，鮮草產量穩定在58.28 t/hm2的較高水平。

2.4.4 有機肥(x2)與磷肥(x4)的互作效應 當有機肥施用量為12 000～19 500 kg/hm2(編碼值在-2.0～0)、磷肥施用量為675～1 190.625 kg/hm2(編碼值在-2.0～0.5)時，鮮草產量呈下降趨勢；磷肥施用量為1 190.625～1 500 kg/hm2(編碼值在0.5～2.0)時，鮮草產量呈增加趨勢。當有機肥用量為19 500～21 375 kg/hm2(編碼值在0～0.5)、磷肥施用量為675～1 293.75 kg/hm2(編碼值在-2.0～1.0)時，鮮草產量呈下降趨勢；磷肥施用量為1 293.75～1 500 kg/hm2(編碼值在1.0～2.0)時，鮮草產量呈增加趨勢。當有機肥施用量為21 375～27 000 kg/hm2(編碼值在0.5～2.0)、磷肥施用量為675～1 500 kg/hm2(編碼值在-2.0～2.0)時，鮮草產量呈下降趨勢。當有機肥施用量為27 000 kg/hm2(編碼值為2.0)、磷肥施用量為675 kg/hm2(編碼值為-2.0)時，鮮草產量穩定在76.65 t/hm2的較高水平。

2.4.5 氮肥(x3)與磷肥(x4)的互作效應 磷肥施用量為675～1 500 kg/hm2(編碼值在-2.0～2.0)、氮肥施用量為180～585 kg/hm2(編碼值在-2.0～1.0)時，鮮草產量呈增加趨勢；磷肥施用量為585～720 kg/hm2(編碼值在1.0～2.0)時，鮮草產量呈下降趨勢。當氮肥施用量為517.50 kg/hm2(編碼值為0.5)、磷肥施用量為675 kg/hm2(編碼值-2.0)時，鮮草產量穩定在61.76 t/hm2的較高水平。

2.4.6 磷肥(x4)與鉀肥(x5)的互作效應 磷肥施用量為675～881.25 kg/hm2(編碼值在-2.0～-1.0)、鉀肥施用量為405～714.375 kg/hm2(編碼值在-2.0～0.5)時，鮮草產量呈下降趨勢；鉀肥施用量為714.375～900 kg/hm2(編碼值在0.5～2.0)時，鮮草產量呈增加趨勢。磷肥施用量為881.25～1 500 kg/hm2(編碼值在1.0～2.0)、鉀肥施用量為405～900 kg/hm2(編碼值在-2.0～2.0)時，鮮草產量呈下降趨勢。當磷肥施用量為1 500 kg/hm2(編碼值為2.0)、鉀肥施用量為405 kg/hm2(編碼值為-2.0)時，鮮草產量穩定在66.58 t/hm2的較高水平。

2.5 模擬栽培因子尋優結果

對東方山羊豆牧草產量的數學模型進行單因子、雙因子交互效應的分析及模擬優化結果表明：在不考慮肥料、種子價及經濟效益最大化情況下，當播種量為7.5 kg/hm2、有機肥為27 000 kg/hm2、氮肥為585 kg/hm2、磷肥為675 kg/hm2、鉀肥為405 kg/hm2的試驗條件下，東方山羊豆牧草可獲得94.02 t/hm2高產目標。綜合考慮肥料、種子價格及經濟效益最大化的栽培試驗方案為：播種量為7.5 kg/hm2、有機肥為13 200 kg/hm2、氮肥為498.6 kg/hm2、磷肥為675 kg/hm2、鉀肥為888.86 kg/hm2的試驗條件下，東方山羊豆可獲得91.44 t/hm2的鮮草產量。根據各因子的市場價格及用工數(每公頃用工數75個)，在最優栽培因子組合條件下，2020年種植東方山羊豆可獲得純收入37 964.26元/hm2，經濟效益顯著。

3 討論

增施有機肥可以改良土壤理化性狀，提高作物產量和質量；增施鉀肥可以增強光合效率，調節氣孔開閉，控制CO2和水的進出，促進碳水化合物的合成，加速光合產物的流動，促進蛋白質合成，從而提高植物的抗病、抗寒、抗旱和抗倒伏能力；氮肥對植物莖葉生長和果實發育具有重要的促進作用，增施磷肥可促進植物分蘗、早熟，增強抗寒能力，提高產量和質量。有學者通過氮肥營養對牧草和種子產量影響研究認為：植株對氮素的吸收、同化、轉運利用與牧草、種子產量直接相關，即植株本身吸收氮素能力不同從而導致牧草和種子產量存在差異[22-26]。龍忠富等[15-20，27-28]研究認為，氮肥、磷肥、鉀肥等單項措施對貴草1號黑麥草(LoliummultiflorumLam cv.Guicao No.1)、威寧球莖草蘆(Phalaristuberosecv.Weining)、黔草2號葦狀羊茅(FstucaarundinaceaSchrebLam.cv.Qiancao NO.2)、非洲狗尾草(SetariaancepsstapfexMassey)、地八角(Astraglusbhotanensis)、百喜草(PaspalumnotatumFluegge)牧草和種子產量的影響呈開口向上的拋物線趨勢，即種子和牧草產量隨氮磷鉀肥施用量的增加而增加；當氮磷鉀肥施用過量時將導致牧草和種子產量下降。其中氮肥、鉀肥施用量和播種量對牧草產量影響較大，而有機肥和磷肥施用量對牧草產量的影響較小。當前，有機肥、氮肥、鉀肥、磷肥和播種量等雙因子及三因子對植物種子和牧草產量影響的研究較多，從前人研究中發現各試驗因子交互作用對牧草和種子獲得高產的影響較大；在氮鉀肥低水平條件下，牧草和種子產量較高，而隨著氮鉀肥用量增加種子和牧草產量下降較快；在施氮肥、鉀肥及有機肥基礎上合理配施磷肥，可顯著提高牧草和種子產量[29-33]。本研究表明：播種量與有機肥施用量、播種量與磷肥施用量、播種量與鉀肥施用量、有機肥與磷肥施用量、有機肥與鉀肥施用量、磷肥與鉀肥施用量間相互作用對東方山羊豆牧草產量產生極顯著影響；而播種量與氮肥施用量、有機肥與氮肥施用量互作對牧草產量影響不明顯，說明本試驗中有機肥的施用量較高，抑制其與氮肥、播種量間交互效應的正常發揮，其互作效應有待進一步深入研究。

4 結論

5個栽培因子對東方山羊豆牧草產量影響的順序為氮肥施用量>鉀肥施用量>播種量>有機肥施用量>磷肥施用量。試驗單因子中氮肥、鉀肥和播種量對東方山羊豆牧草產量影響起主導作用，雙因子互作效應中以播種量與有機肥、播種量與磷肥、播種量與鉀肥、有機肥與磷肥、有機肥與鉀肥、磷肥與鉀肥間互作起主導作用。從模擬尋優及經濟效益方面綜合考慮，5個栽培因子的最優組合為：播種量7.5 kg/hm2、有機肥13 200 kg/hm2、氮肥498.6 kg/hm2、磷肥675 kg/hm2及鉀肥888.86 kg/hm2，該組合條件下，東方山羊豆鮮草產量可達91.44 t/hm2，可獲純收益37 964.26元/hm2。