引用本文
唐海洋, 冯涛, 同琳静, 石丽娜, 牛欣祎, 沈益新. 聚谷氨酸硫基复合肥在甜高粱和多花黑麦草上的肥效. 草业科学, 2017,34(10):2117-2123
Tang Hai-yang, Feng Tao, Tong Lin-jing, Shi Li-na, Niu Xin-yi, Shen Yi-xin. Effect of sulphur-based γ-poly glutamic acid fertiliser on field performance of sweet sorghum and Italian ryegrass. Pratacultural Science,2017,34(10): 2117-2123  
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聚谷氨酸硫基复合肥在甜高粱和多花黑麦草上的肥效
唐海洋, 冯涛, 同琳静, 石丽娜, 牛欣祎, 沈益新
南京农业大学草业学院,江苏 南京 210095
通信作者：沈益新(1958-),男,江苏无锡人,教授,博士,研究方向为饲草栽培与利用。E-mail:yxshen@njau.edu.cn

第一作者:唐海洋(1991-),男,宁夏银川人,在读硕士生,研究方向为饲草栽培与利用。E-mail:octoceantang@163.com

收稿日期: 2017-03-24
基金项目: 南京农业大学草业学院大学生创新训练计划(9860001)
摘要

为了评价聚谷氨酸硫基复合肥(S-based γ-PGA fertilizer)在甜高粱( Sorghum bicolor)和多花黑麦草( Lolium multiflorum)上的肥效,以尿素和硫基复合肥(S-based fertilizer)为对照,采用盆栽试验,研究了不同施氮水平(75、150、225 kg·hm-2)下聚谷氨酸硫基复合肥对甜高粱和多花黑麦草生产性能及氮素利用效率的影响。结果表明,聚谷氨酸硫基复合肥处理的甜高粱产量、粗蛋白含量及氮素利用效率在150和225 kg·hm-2两个施氮水平下均优于对照( P<0.05);多花黑麦草生产性能与对照相比差异不显著( P>0.05),但氮素利用效率在75和150 kg·hm-2两个施氮水平下均优于对照( P<0.05)。分析结果说明,聚谷氨酸硫基复合肥肥效优于尿素和硫基复合肥,且甜高粱和多花黑麦草能够获得较高的产量、品质,且氮素利用效率高。

关键词: 甜高粱; 多花黑麦草; 聚谷氨酸硫基复合肥; 生产性能; 氮素利用率
中图分类号:S543+.606.2 文献标志码:A 文章编号:1001-0629(2017)10-2117-07 doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0627
Effect of sulphur-based γ-poly glutamic acid fertiliser on field performance of sweet sorghum and Italian ryegrass
Tang Hai-yang, Feng Tao, Tong Lin-jing, Shi Li-na, Niu Xin-yi, Shen Yi-xin
College of Agro-grassland Science,Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, Jiangsu, China
Corresponding author: Shen Yi-xin E-mail:yxshen@njau.edu.cn
Abstract

To evaluate the effect of sulphur-based γ-poly glutamic acid fertiliser (S-based γ-PGA fertiliser) on sweet sorghum ( Sorghum bicolor) and Italian ryegrass ( Lolium multiflorum), we studied their growth performance and N uptake efficiency under different N application levels in pot tests with urea and S-based fertiliser as control. The results showed that under treatment by S-based γ-PGA fertilizer, sorghum yield, crude protein content, and N uptake efficiency were better than that in the control group at N application levels of 150 and 225 kg N·ha-1. There was no difference in the growth performance of Italian ryegrass compared to that in the control, whereas the N uptake efficiency was higher than that in the control at 75 and 150 kg N·ha-1. The results suggested that S-based γ-PGA fertiliser has a better effect than that of urea and S-based fertiliser, the yield and quality of sweet sorghum and Italian ryegrass can be improved, and that the N uptake efficiency is high.

Keyword: sweet sorghum; Italian ryegrass; S-based γ; -PGA fertilizer; forage productivity performance; nitrogen use efficiency

随着农区草食畜牧业的迅速发展, 充分利用边际土地进行优质饲草生产是解决农区畜禽粗饲料短缺的重要举措[1, 2, 3]。甜高粱(Sorghum bicolor)和多花黑麦草(Lolium multiflorum)在我国长江中下游农区表现出产量高、适应性强、适口性好、饲草品质佳等优点, 是该地区优质青绿饲料的重要来源。甜高粱和多花黑麦草对肥料, 尤其是氮肥的需求较高。研究表明, 追施氮量200~400 kg· hm-2时, 甜高粱和多花黑麦草均能够获得较高的干物质产量和饲草品质[4, 5]。但该地区生产过程中大量使用氮肥, 不仅降低了氮肥利用效率, 增加生产投入, 同时也引发了水体富营养化等一系列的环境问题[6, 7]。因此, 开发新型肥料、提高肥料利用效率、减少养分流失对促进长江中下游地区饲草生产和农业可持续发展具有重要意义。聚谷氨酸(γ -poly glutamic acid, γ -PGA)是一种通过微生物发酵的新型高分子水溶性聚合物, 具有可降解性和螯合性, 在肥料增效方面有着广阔的应用前景[8]。研究发现, 与普通肥料相比, 添加γ -PGA的化学肥料具有提高肥料利用率、增加作物产量、改善作物农艺性状和经济性状的作用[8, 9]。为验证聚谷氨酸硫基复合肥用于牧草生产的肥效, 本研究以甜高粱和多花黑麦草为材料, 通过盆栽试验, 对比研究不同施氮水平下聚谷氨酸硫基复合肥与尿素、硫基复合肥对两种牧草产量、品质及氮素利用率的影响。

1 材料和方法
1.1 试验地点

盆栽试验在南京农业大学进行。南京地区年均温15.4 ℃, 年平均降水量1 106 mm, 全年日照时数1 816~2 503 h, 全年无霜期200~300 d。试验所用土壤为沙和土混合物, 沙土质量比为1∶ 2。试验土壤有机质质量分数为22.6 g· kg-1, 全氮0.76 g· kg-1, 速效磷6.88 mg· kg-1, 速效钾68.60 mg· kg-1。

1.2 试验材料

甜高粱供试品种为“ 大卡” , 多花黑麦草供试品种为普通四倍体品种, 种子由河南世纪天缘生态科技有限公司提供。氮肥为尿素 (总氮≥ 46.4%), 兖矿鲁南化肥厂生产; 聚谷氨酸硫基复合肥(N∶ P2O5∶ K2O=15∶ 15∶ 15)和硫基复合肥(N∶ P2O5∶ K2O=15∶ 15∶ 15)由南京工业大学提供。

1.3 试验设计与处理

本研究采用裂区设计, 主区设75、150、225 kg· hm-2 3个肥料用量, 裂区为尿素、硫基复合肥、聚谷氨酸硫基复合肥3种肥料, 共9个处理, 不施肥处理设为对照组, 4次重复。

2015年4月28日, 将甜高粱种子播种于塑料盆(口径32 cm)中, 幼苗高度5~10 cm时间苗, 每盆保留4株株距均匀、长势一致的幼苗。2015年5月28日, 各处理追施试验肥料(各施氮水平尿素施入量分别为1.08、2.16和3.24 g; 硫基复合肥和聚谷氨酸硫基复合肥施入量分别为3.33、6.67和1.00 g)。施肥处理30 d后采样测定相关性状。

多花黑麦草于2016年3月15日均匀播种于塑料盆(口径32 cm)中, 待幼苗长至10 cm左右时定苗, 每盆保留8株株距均匀, 长势一致的幼苗。2016年4月15日, 各处理追施肥料。施肥方法同甜高粱。施肥处理30 d后采样测定相关性状。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 甜高粱测定内容及方法 每盆取3株长势均匀的植株, 测量绝对株高。收割地上部分, 茎叶分离, 用图像处理技术测量单株叶面积。将样品带回实验室置于105 ℃鼓风干燥箱下杀青30 min, 再于65 ℃下烘干至恒重并称重, 计算单株干物质产量。植株各部分粉碎均匀混合后过孔径为0.18 mm的筛, 进行营养品质分析。

粗蛋白(CP)含量采用凯氏定氮法[10]用FOSS Kjeltec 8400全自动凯氏定氮仪测定, 中性洗涤纤维(NDF)含量和酸性洗涤纤维(ADF)含量按范氏纤维分析法[11]用ANKOM 220纤维分析仪测定。

1.4.2 多花黑麦草测定内容及方法 每盆取5株长势均匀的植株, 测量株高, 并计数分蘖个数, 以平均值作为单株分蘖数。刈割地上部分, 将样品带回实验室置于105 ℃鼓风干燥箱下杀青30 min, 再于65 ℃下烘干至恒重并称重, 计算单株干物质产量。植株各部分粉碎均匀混合后过孔径为0.18 mm的筛, 进行营养品质分析。营养品质分析内容及方法同甜高粱。

1.5 数据处理及分析

氮素利用效率有关参数按以下公式计算:

氮素积累量=干物质含氮量× 单株干物质量;

氮肥偏生产力=施氮处理地上部干物质产量/施氮量;

氮素吸收利用率=(施氮处理单株氮素积累量-无氮处理单株氮素积累量)/施氮量× 100%。

采用SPSS 20.0软件对所测数据统计分析, 用平均值± 标准误表示测定结果, 分别对同一施氮水平不同肥料处理、同种肥料不同施氮水平处理进行单因素方差分析, 并用Duncan法对各测定数据进行多重比较。

2 结果与分析
2.1 相同施氮水平下不同肥料处理对甜高粱和多花黑麦草生产性能的影响

2.1.1 甜高粱生产性能 在3个施氮水平下, 聚谷氨酸硫基复合肥处理的甜高粱叶面积和株高与硫基复合肥和尿素处理均无显著差异(P> 0.05), 但有高于后二者的趋势。聚谷氨酸硫基复合肥处理的干物质量在150和225 kg· hm-2施氮水平下均显著高于尿素(P< 0.05), 与硫基复合肥相比差异不显著(P> 0.05)(表1)。

表1 不同肥料处理对甜高粱生产性能的影响 Table 1 Effect of different fertilizer treatments on the production performance in sweet sorghum

营养品质上, 除聚谷氨酸硫基复合肥处理ADF含量在225 kg· hm-2施氮水平下显著低于尿素外(P< 0.05), 其余各施氮水平下聚谷氨酸硫基复合肥处理的甜高粱ADF和NDF含量均与硫基复合肥和尿素无显著差异(P> 0.05)。聚谷氨酸硫基复合肥处理的植株粗蛋白含量在150和225 kg· hm-2两个施氮水平下均明显高于硫基复合肥和尿素, 在75 kg· hm-2施氮水平下显著高于尿素(P< 0.05), 但与硫基复合肥相比无显著差异(P> 0.05)(表1)。

2.1.2 多花黑麦草生产性能 除聚谷氨酸硫基复合肥处理的多花黑麦草株高在150 kg· hm-2施氮水平下显著高于尿素和硫基复合肥外(P< 0.05), 其余各施氮水平下聚谷氨酸硫基复合肥处理植株的分蘖数、株高和干物质产量分别与硫基复合肥和尿素相比无显著差异(P> 0.05), 但有高于后二者的趋势(表2)。

表2 不同肥料处理对多花黑麦草生产性能的影响 Table 2 Effect of different fertilizer treatments on the production performance in Italian ryegrass

聚谷氨酸硫基复合肥处理的多花黑麦草NDF含量在150和225 kg· hm-2两个施氮水平下均显著高于硫基复合肥和尿素(P< 0.05), 但ADF含量和粗蛋白含量在各施氮水平下均与尿素和硫基复合肥无显著差异(P> 0.05)(表2)。

2.2 聚谷氨酸硫基复合肥不同施氮水平的生产性能和营养品质

随着聚谷氨酸硫基复合肥施氮水平的增加, 甜高粱和多花黑麦草的叶面积、分蘖数、株高、干物质量及粗蛋白含量均显著升高(P< 0.05), NDF和ADF含量显著下降(P< 0.05)(表3)。其中, 甜高粱的叶面积、株高、DM、NDF含量在150和225 kg· hm-2两个施氮水平之间差异不显著(P> 0.05)。

随着聚谷氨酸硫基复合肥施氮量的增加, 多花黑麦草的分蘖数、株高、干物质量及粗蛋白含量均显著升高(P< 0.05), NDF和ADF含量均显著下降(P< 0.05)。其中, 多花黑麦草的株高、DM、NDF、ADF及粗蛋白含量在150和225 kg· hm-2两个施氮水平之间差异不显著(P> 0.05)(表3)。

表3 不同施氮水平对甜高粱和多花黑麦草生产性能的影响 Table 3 Effect of different N fertilizer levels on the production performance in sweet sorghum and Italian ryegrass
2.3 不同肥料处理的氮素利用效率

聚谷氨酸硫基复合肥处理的甜高粱氮素积累量、氮肥吸收利用效率在3个施氮水平下均显著高于硫基复合肥和尿素(P< 0.05); 氮肥偏生产力除75 kg· hm-2施氮水平下显著高于硫基复合肥和尿素外(P< 0.05), 在其它两个施氮水平下与硫基复合肥和尿素相无显著差异(P> 0.05)(表4)。

聚谷氨酸硫基复合肥处理的多花黑麦草的氮素积累量和氮肥吸收利用效率除在225 kg· hm-2施氮水平下与硫基复合肥和尿素相比无显著差异外(P> 0.05), 其余各施氮水平均显著高于后二者(P< 0.05); 氮肥偏生产力在150 kg· hm-2施氮水平下显著高于硫基复合肥和尿素(P< 0.05), 在其它两个施氮水平下则无显著差异(P> 0.05)(表4)。

表4 不同肥料处理对甜高粱和多花黑麦草氮素利用率的影响 Table 4 Effect of different fertilizer treatments on the nitrogen use efficiency in sweet sorghum and Italian ryegrass
3 讨论及结论

施氮可以明显促进作物及牧草生长, 尤其是叶片和分蘖生长, 提高作物和牧草的产量[12, 13, 14, 15, 16]。本研究结果显示, 在一定施氮范围内, 甜高粱的叶面积、多花黑麦草的分蘖数及甜高粱和多花黑麦草的株高、干物质产量均随施氮量的增加而增加。在相同施氮水平下, 与尿素和硫基复合肥相比, 聚谷氨酸硫基复合肥对促进甜高粱叶面积和多花黑麦草分蘖生长, 以及提高甜高粱和多花黑麦草干物质产量的效果更佳。这可能与聚谷氨酸是一种阴离子氨基酸聚合体, 有利于作物根系对氮素的吸收有关[17]。

适当施肥能有效改善禾本科牧草的营养品质, 主要表现为叶量增加、粗蛋白含量提高、粗纤维含量降低, 同时提高了牧草的适口性及消化率[2]。本研究显示, 甜高粱和多花黑麦草的粗蛋白含量随施氮量的增加而增加, NDF和ADF含量则随施氮量的增加而降低。在相同施氮水平下, 聚谷氨酸硫基复合肥比尿素和硫基复合肥更有效地提高了甜高粱的粗蛋白含量, 降低了多花黑麦草NDF含量。这可能是聚谷氨酸促进了植物根系对氮素的吸收, 延缓了植株衰老, 从而提升了营养品质。

氮素利用效率受施氮量和肥料种类的影响。一般情况下, 作物的氮素利用效率随着施氮量的增加而下降[18, 19, 20]。本研究显示, 在相同施氮水平下, 与尿素和硫基复合肥相比, 聚谷氨酸硫基复合肥对提高甜高粱和多花黑麦草的氮肥吸收利用效率、氮素积累量和氮肥偏生产力效果更好。这是因为聚谷氨酸所携带的大量羧基和酰胺基能够提高根际养分有效性, 同时减少铵态氮及水分的流失[21, 22, 23], 促进了作物对氮素的吸收并提高了氮素利用效率。

综上所述, 聚谷氨酸硫基复合肥在促进甜高粱和多花黑麦草的生长、改善牧草营养品质和氮素利用率方面优于硫基复合肥和尿素。由此可见, 作为一种新型肥料, 聚谷氨酸硫基复合肥在禾本科饲草生产上具有较高的应用价值。

The authors have declared that no competing interests exist.

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