引用本文
罗彬彬, 刘洋, 韦仕君, 杨梨英, 姚红艳. 不同水肥处理对菊苣产量和品质的影响. 草业科学, 2018,35(5): 1161-1169
Luo Bin-bin, Liu Yang, Wei Shi-jun, Yang Li-ying, Yao Hong-yan. Effect of different water and fertilizer treatments on the yield and quality of Cichorium intybus . Pratacultural Science, 2018,35(5): 1161-1169.  
Doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2017-0559
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《草业科学》编辑部
不同水肥处理对菊苣产量和品质的影响
罗彬彬1, 刘洋1, 韦仕君1,2, 杨梨英1, 姚红艳1
1.贵州大学动物科学学院,贵州 贵阳 550025
2.册亨县草地生态畜牧业发展中心,贵州 册亨 552200
通讯作者:姚红艳(1971-),女(侗族),贵州贵阳人,副教授,硕士,主要从事植物生理生态研究。E-mail:hongyyao@163.com

第一作者:罗彬彬(1993-),男,贵州习水人,在读硕士生,主要从事植物生理生态研究。E-mail:1462534366@qq.com;共同第一作者:刘洋(1991-),男,山西永济人,在读硕士生,主要从事植物生理生态研究。E-mail:969216387@qq.com

收稿日期: 2017-10-18 接受日期: 2017-12-29
资助项目: 贵州省草地生态牧鸡配套技术研究与示范(黔合科支撑[2016]2591号); 经果林下生态养鸡关键技术研究与示范推广(黔科合支撑[2016]2514号)
摘要

为了探究菊苣( Cichorium intybus)在贵州地区合理的水肥管理措施,本研究用正交设计对菊苣进行土壤含水量(20%、30%、40%)、氮肥(300、500、700 kg·hm-2)、磷肥(300、450、600 kg·hm-2)、钾肥(100、150、200 kg·hm-2)4个因素3个水平试验,研究了不同水肥条件对菊苣产量和品质的影响。结果表明:1)在产量方面,不同水肥处理均显著( P<0.05)提高了菊苣鲜草产量,年产量在7.93×104~1.997×105 kg·hm-2,且在40%土壤含水量、500 kg·hm-2氮肥、300 kg·hm-2磷肥、200 kg·hm-2钾肥配施的水肥条件下达到最大值(1.997×105 kg·hm-2);不同水肥处理后,菊苣产量相比无任何处理对照(4.97×104 kg·hm-2)提高了60%~300%;2)在菊苣品质方面,经过不同水肥处理后菊苣粗蛋白含量均显著提高,在30%土壤含水量、500 kg·hm-2氮肥、600 kg·hm-2磷肥、100 kg·hm-2钾肥的水肥条件下达到最高值294.1 g·kg-1,相比对照其含量提高一倍多。本研究结果为贵州高产量、高蛋白的菊苣牧草生产提供了生产指导,为贵州畜牧业的快速发展提供了饲草来源和保障。

关键词: 菊苣; 正交设计; 生产性能; 粗蛋白; 粗脂肪; 粗灰分; 粗纤维
中图分类号:S816;S540.6 文献标志码:A 文章编号:1001-0629(2018)05-1161-09
Effect of different water and fertilizer treatments on the yield and quality of Cichorium intybus
Luo Bin-bin1, Liu Yang1, Wei Shi-jun1,2, Yang Li-ying1, Yao Hong-yan1
1.College of Animal Science Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China
2.Ceheng Development Center for Grassland Ecological Animal Husbandry, Ceheng 552200, Guizhou, China
Corresponding author: Yao Hong-yan E-mail:hongyyao@163.com
Abstract

To investigate the most appropriate water and fertilizer management system for Cichorium intybus, an orthogonal design was used to undertake a three level experiment with four factors: soil moisture content (20%, 30%, and 40%), nitrogenous fertilizer (300, 500, and 700 kg·ha-1), phosphate fertilizer (300, 450, and 600 kg·ha-1), and potash fertilizer (100, 150, and 200 kg·ha-1) to study the influence of different water and fertilizer treatments on the yield and quality of C. intybus. The results showed that fresh grass yields of C. intybus were significantly ( P<0.05) increased in the different water and fertilizer treatments and the annual yield ranged from 7.93×104 kg·ha-1 to 1.997×105 kg·ha-1, reaching its maximum (1.997×105 kg·ha-1) in the combined application of 40% soil moisture content, 500 kg·ha-1 nitrogenous fertilizer, 300 kg·ha-1 phosphate fertilizer, and 200 kg·ha-1 potash fertilizer, which increased yield by 60% to 300% compared to that of the control (4.97×104 kg·ha-1). In terms of quality of C. intybus, crude protein content significantly increased in all the different water and fertilizer treatments, and reached a maximum of 294.1 g·kg-1 in the treatment of 30% soil moisture content, 500 kg·ha-1 nitrogenous fertilizer, 600 kg·ha-1 phosphate fertilizer, and 100 kg·ha-1 potash fertilizer, which increased the crude protein content more than twice that of the control treatment. The above water and fertilizer conditions provide production guidance for high yield and high protein C. intybus forage cultivation in Guizhou and provide forage source and guarantee the rapid development of animal husbandry in Guizhou Province.

Key words: Cichorium intybus; orthogonal design; production performance; crude protein; crude fat; crude ash; crude fiber

菊苣(Cichorium intybus)又叫咖啡草, 属菊科(Asteraceae)菊苣属多年生草本植物, 优良阔叶型饲草, 具有适应性广、抗逆性强、再生快、营养丰富、适口性好、产草量高、用途多等优良特性, 是一个具有重要经济价值和开发潜力的新兴优质饲料作物[1, 2], 在作为饲草时还可以增强畜禽的抗病能力, 提高奶牛产奶量及牛奶中的乳蛋白率[3, 4, 5]。菊苣富含人体必需的氨基酸, 营养丰富, 菊苣根中富含的低聚果糖能有利于人体消化系统的循环, 可促进双歧杆菌快速繁殖, 降低消化道疾病。而且是一种优良的新型中药材蔬菜, 具有菜、药兼用的开发潜力[6, 7, 8, 9]。但是由于贵州是典型的喀斯特地区[10], 土层瘠薄, 土壤保水能力弱[11], 使菊苣栽培效益明显降低。

随着贵州草地生态畜牧业的发展, 大量国内外菊苣优良品种逐渐被引进, 可供农牧民选择的、适宜不同生态区栽培的品种逐渐增多, 种植面积不断扩大, 如将军菊苣, 其适应性、产量以及品质在高原地区的栽培效益仅次于紫花苜蓿(Medicago sativa)[12]。因此, 如何通过水、肥等方面的调节来提高菊苣单位面积产量、质量是目前贵州草地生态畜牧业发展过程中急需解决的问题之一。同时, 水肥是农业生产的重要资源, 是农作物高产的基本保证[13], 在不同水肥处理作用过程中可产生协同效应、叠加和拮抗作用[14, 15]。目前, 对小麦(Triticum aestivum)、水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)、大豆(Glycine max)等农作物的研究较为深入, 其结果显示, 不同水肥处理对作物生产性能的促进作用主要表现为增加植株高度、扩大叶面积、促进分蘖、提高光合速率等[16, 17], 通过对水肥的合理调控和刈割, 能够有效地改善农作物[18]和牧草的品质[19], 同时改善水肥利用率[20]。另外, 在影响植物叶绿素含量因素研究中发现, 除了香草酸和苯甲酸等10多种化感物处理可以降低叶绿素含量外[21, 22], 水肥情况变化也会对叶绿素含量产生影响[23]。

在不同水肥处理对菊苣影响的研究中, 大多数是将水分或肥料作为菊苣的单一影响因素进行研究分析, 其研究表明, 当菊苣受到水分胁迫时, 菊苣可溶性糖含量先升高后下降[24], 株高和生物量也会明显降低[25], 同时生物量还受凋落物分解等因素的影响, 从而抑制生物量的积累和增加[26]。在对菊苣施用不同肥料时, 对其鲜草产量的影响大小表现为有机肥> 磷肥> 氮肥> 钾肥, 并且其产量随施肥量的增加而升高, 当达到一个稳定值之后不再上升, 氮肥和磷肥对菊苣草产量、干物质、粗蛋白、粗灰分均有显著影响, 对粗纤维、粗脂肪含量无显著影响[27]。另外, 许留兴等[28]研究表明, 由于菊苣纤维含量高, 水分较低, 木质化程度高, 水分散失较慢等原因, 在贵州无法调制菊苣青干草, 鲜草不能长时间保存, 因此部分牧民已开始逐渐放弃菊苣的种植。因此, 为寻找贵州地区菊苣栽培的最佳水肥配比施用方案, 提高菊苣栽培的综合效益, 本研究将结合不同土壤水分、N、P、K肥耦合处理对菊苣生产特性和品质的影响做进一步研究, 为菊苣高产优质栽培提供参考。

1 材料与方法
1.1 试验材料

试验材料为普纳菊苣(Puna), 由贵州省草业科学研究所提供, 肥料(尿素, 总氮≥ 46%; 钙镁磷肥, P2O5≥ 12%; 硫酸钾, K2O≥ 50%)由贵州赤天化股份有限公司提供。

1.2 研究区概况

研究区位于黔中腹地的花溪区(106° 27'-106° 52' E, 26° 11'-26° 34' N, 平均海拔1 140 m), 该区是贵阳市的一个县级区, 全区地貌以山地和丘陵为主, 气候具有高原季风湿润气候的特点, 年均温为14.9 ℃, 无霜期平均246 d, 年降水量1 178.3 mm, 空气优良天数341 d, 土地总面积95 760 hm2, 耕地面积11 849 hm2。

1.3 试验设计

本试验于2017年3-6月在贵州大学草业科学系试验农场(土壤全氮含量0.23%、碱解氮含量11.39 mg· kg-1、速效磷含量19.55 mg· kg-1、速效钾含量237.9 mg· kg-1、有机质含量11.6 g· kg-1、pH 7.74、水分27.4%)进行。试验采用土壤水分含量(W)、氮肥(N)、磷肥(P)、钾肥(K)4因素3水平正交试验设计, 选用L9(34)正交设计表, 每个处理3次重复, 每个重复样区面积2 m2, 移栽20株长势相似的菊苣幼苗, 最后随机选取4株作为试验对象。各处理水平梯度设计如表1所列, 不同水肥处理正交设计如表2所列。

表1 不同因素及水平梯度 Table 1 Different factors and horizontal gradients
表2 土壤水分、N、P、K 4因素3水平正交设计表 Table 2 Soil water, N, P, K four factors three horizontalorthogonal design table
1.4 指标测定方法

株高:在试验区选取长势一致的4株菊苣进行标记, 然后用卷尺直接测量从地面到最高处高度取平均值。单株鲜草产量:刈割测试株高时标记的4株菊苣进行称重取其平均值即第1茬单株鲜草产量, 原计划每年刈割5茬。可溶性糖:蒽酮比色法。叶绿素含量:有机溶剂混合液浸提法。粗蛋白:用凯氏法测定试样中的含氮量, 然后乘以系数6.25得到粗蛋白含量, 具体步骤参照GB/T6432-94《饲料中粗蛋白测定方法》。粗脂肪:用索氏提取法提取, 具体步骤参照GB/T6433-2006《饲料中粗脂肪测定方法》。粗灰分:灼烧法检测粗灰分含量, 具体步骤参照GB/T6438-2007《饲料中粗灰分测定方法》。粗纤维:用酸碱消煮法提取粗纤维含量, 具体步骤参照GB/T6434-2006《饲料中粗纤维的测定-过滤法》。干物质:烘箱烘干法。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2007软件进行数据统计并制作图表, 采用SPSS 19.0统计软件进行差异显著性分析(LSD法)。

2 结果与分析
2.1 不同水肥处理对菊苣生产性能的影响

菊苣经过不同水肥处理后, 株高和鲜草产量相对于CK均得到明显改善(图1), 并且经过T8处理的株高和单株鲜草产量均达到最大值, 分别是44.56 cm和399.34 g, 其中鲜草产量是CK的4倍, 株高是CK的1.5倍; 其次是T7处理, 株高和鲜草产量分别是40.97 cm和380.32 g; 最低的是CK处理, 株高和鲜草产量分别是29.68 cm和95.78 g。而不同水肥处理之间, T3处理的株高和鲜草产量也相对较低, 分别是35.7 cm、158.55 g, 并且鲜草产量显著低于除CK之外的其他处理(P< 0.05)。同时, 由极差分析可知, 菊苣株高和鲜草产量的最优水肥组合分别为W3N2P3K2和W3N2P1K2(表3)。

图1 不同水肥处理对菊苣生产性能的影响
同指标数据上不同小写字母表示差异显著(P< 0.05), 下同。Fig. 1 Effect of different water and fertilizer treatments on Cichorium intybus production performance
Different lowercase letters indicate significant difference between different theatments at the 0.05 level; similarly for the following figures.

表3 菊苣生产性能极差分析 Table 3 Production performance analysis table
2.2 不同水肥处理对菊苣品质的影响

2.2.1 不同水肥处理对菊苣可溶性糖含量及叶绿素含量的影响 适宜水肥条件下可有效提高菊苣可溶性糖、叶绿素a和叶绿素b的含量。不同水肥处理之间, T4处理对菊苣可溶性含糖量影响最大(图2), 且达到最大值(7.4 mg· g-1), 显著高于其他任何处理(P< 0.05); 叶绿素a和叶绿素b含量均在T2处理时达到最大值, 分别是28.4和11.5 mg· g-1, T6处理次之, 分别是22.7和9.4 mg· g-1, 在处理T4时叶绿素a含量最小(17.9 mg· g-1), 在CK处理时叶绿素b含量分别最小(3.9 mg· g-1); 经不同水肥处理后各处理叶绿素a含量均大于叶绿素b, 且叶绿素b含量相对于CK均有显著提高, T1、T4、T7、T8处理间均无显著性差异; 另外, 叶绿素a在T1、T4、T8处理时含量值相对较低, T1与T8间无差异, T1、T8显著高于T4。同时, 通过极差分析可知, 菊苣可溶性含糖量、叶绿素a和叶绿素b最优水肥组合分别为W2N1P2K3、W1N3P2K2和W1N3P2K2(表4)。

图2 不同水肥处理对菊苣可溶性含糖量及叶绿素含量的影响Fig. 2 Effect of different fertilizer and water treatments on soluble sugar content and chlorophyll content of Cichorium intybus

表4 菊苣营养品质极差分析 Table 4 Quality analysis table

2.2.2 不同水肥处理对菊苣营养成分含量的影响 通过各种不同水肥处理后菊苣粗蛋白含量均提高, 各水肥处理与对照之间差异显著(P< 0.05)(图3), CK处理的粗蛋白含量最低(125 g· kg-1), 在处理T5时达到最大值(294.1 g· kg-1), 而相比CK处理, 粗蛋白含量提高一倍多; 另外, 粗蛋白含量在处理T1与T2、T8间无显著差异, T2与T8间差异显著。水肥条件的改变对菊苣粗纤维含量也表现出不同的影响, 与CK(385 g· kg-1)相比较, 除T1、T8处理菊苣粗纤维含量降低, 处理T6无显著变化以外, 其余处理均显著增加, 且在T5处理时达到最大值(509 g· kg-1), T8处理粗纤维含量最低, 为331 g· kg-1, 相比CK处理下降了14%, T2与T7间无显著差异。经过不同水肥处理后, 菊苣粗脂肪含量除T1处理与CK处理无差异外, 其余处理均显著提高了其粗脂肪含量, 并在处理T6时含量达到最大, 为38.7 g· kg-1, 相比CK处理(12.9 g· kg-1)提高了2倍, 在T1处理时粗脂肪含量最低(12.2 g· kg-1), T2、T3处理间无显著差异, T4、T5处理间无显著差异, T8、T9处理间无显著差异。不同水肥处理后, 菊苣粗灰分含量也表现出不同的变化, T5、T7、T8、T9处理后粗灰分含量均显著高于CK处理, 且在T8处理时达到最大值, 为194.9 g· kg-1, 比CK处理(168.7 g· kg-1)显著提高了15.5%; T2、T6处理后与CK无显著差异, T1、T3、T4处理显著降低了菊苣粗灰分含量, 且在T3处理时降低到最低值, 为151.8 g· kg-1, 比CK处理显著降低了10%。不同水肥处理后均显著降低了菊苣干物质含量, 在T8处理时降到最低, 为82.4 g· kg-1, 相比CK处理(136.7 g· kg-1)降低了39.7%。另外, 极差分析得出, 菊苣粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、粗灰分和干物质含量最优水肥组合为W1N2P3K1、W3N2P1K2、W1N3P3K2、W3N2P1K2和W1N3P3K1(表4)。

图3 不同水肥对菊苣营养成分含量的影响Fig. 3 Effect of different water and fertilizer treatments on the nutritional components of Cichorium intybus

3 讨论
3.1 不同水肥与株高和鲜草产量的相互关系

水分的极差值R最大时, 对菊苣株高和鲜草产量的影响最大(表3), 该结果与范志东[29]对苜蓿不同水肥耦合研究结果相符, 因此水分是影响株高和鲜草产量的主要因素。另外, 单一的水肥条件可能对菊苣株高和产量的增加效果不明显, 但合理的水肥配施显著提高了菊苣鲜草产量, 出现这一现象的原因可能是水、氮、磷、钾肥的配合施肥较好的平衡了土壤中菊苣所需养分, 而这些肥料均可影响菊苣对其他养分的吸收, 产生间接效应, 从而使菊苣产量显著提高。

3.2 不同水肥与菊苣品质的相互关系

可溶性糖是植物重要的渗透调节物质和防脱水剂, 与植物的抗逆性密切相关, 可溶性糖含量的增加有利于提高菊苣的抗寒性能。在研究影响菊苣可溶性含糖量、叶绿素a和叶绿素b含量的4个因素中, 其极差值最大的因素分别是土壤水分、氮肥、氮肥, 即对菊苣可溶性含糖量影响最大的是土壤水分, 对叶绿素a和叶绿素b影响最大的是氮肥, 叶绿素随氮肥的增施呈上升趋势(表4), 与杜金鸿[30]水氮互作影响的研究结果一致。另外莲座期是菊苣各项营养指标最佳时期, 经过各水肥条件处理后粗蛋白含量均得到提高, 且其含量随着N肥和P肥用量的增加而升高, 随着灌水量的增加而降低, 这一结果与文霞[31]的研究结果一致, 适当增施氮肥和磷肥有利于蛋白质的积累[32], 与赵云等[32]研究结果一致, 同时提高土壤含水量可降低菊苣粗纤维的含量, 与文霞研究结果一致[31], 与贾珺等[33]研究结果不一致, 分析其原因可能是地区光照、气候、土壤或水分控制等差异所致。钾肥对粗脂肪、水肥对粗灰分等影响与紫花苜蓿[34]和敖汉苜蓿[35]研究结果一致。

4 结论

本研究对菊苣合理的水肥条件进行了探索, 得出如下结论:1)在产量方面, 各种水肥处理均显著提高了菊苣鲜草产量, 年产量在7.93× 104~1.997× 105 kg· hm-2, 且在40%土壤含水量、500 kg· hm-2氮肥、300 kg· hm-2磷肥、200 kg· hm-2钾肥的水肥条件下达到最大值(1.997× 105 kg· hm-2); 不同水肥处理后, 菊苣产量相比无任何处理对照(4.97× 104 kg· hm-2)提高了60%~300%; 2)在菊苣品质方面, 经过不同水肥处理后菊苣粗蛋白含量均显著提高, 在30%土壤含水量、500 kg· hm-2氮肥、600 kg· hm-2磷肥、100 kg· hm-2钾肥的水肥条件下达到最高值(294.1 g· kg-1), 相比对照其含量提高了一倍多。本研究结果为贵州地区高产量、高蛋白的菊苣牧草生产提供了指导意义, 为贵州地区畜牧业的快速发展提供了饲草保障。

The authors have declared that no competing interests exist.

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