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Effects of nitrogen fertilizer on nitrate accumulation and nitrogen use characteristics in sweet sorghu

施氮水平对甜高粱硝酸盐含量和氮素利用特性的影



全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2015411 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
渠晖,陈俊峰,程亮,陆晓燕,沈益新.施氮水平对甜高粱硝酸盐含量和氮素利用特性的影响.草业学报,2016,25(7):168176.
QUHui,CHENJunFeng,CHENGLiang,LUXiaoYan,SHENYiXin.Effectsofnitrogenfertilizeronnitrateaccumulationandnitrogenusechar
acteristicsinsweetsorghum.ActaPrataculturaeSinica,2016,25(7):168176.
施氮水平对甜高粱硝酸盐含量和
氮素利用特性的影响
渠晖,陈俊峰,程亮,陆晓燕,沈益新
(南京农业大学动物科技学院,江苏 南京210095)
摘要:试验采用完全随机区组设计,分别于2009和2010年在华东农区生态条件下进行田间试验,研究不同施氮水
平(0,100,200,300,400,500kgN/hm2)对大力士甜高粱硝酸盐积累,粗蛋白含量和氮素利用特性的影响。结果表
明,随着生育期的推进,植株地上部硝酸盐含量不断降低,相比于叶片,茎秆更有利于硝酸盐的积累。随着施氮水
平的提高,粗蛋白生产效率(CPPE),氮素干物质生产效率(NDMPE),干物质生产效率(DMPE)和表观回收率
(NARR)逐渐下降,说明施氮量越高,氮素利用越低,损失越大。粗蛋白(crudeprotein,CP)和游离氨基酸(freea
minoacid,FAA)含量均随施氮量的增加而增加,但FAA的增幅低于CP,施氮量为500kgN/hm2 时,CP的平均增
幅为6.11%,FAA的平均增幅为2.99%,说明施氮虽然增加了植株CP含量,但优质蛋白质比例下降。施氮提高
了甜高粱硝酸盐含量,施氮量大于400kgN/hm2 时,甜高粱硝酸盐含量大于0.2%,青饲时易导致家畜硝酸盐中
毒。综合考虑,大力士甜高粱在华东农区较为适宜的施氮量为200~300kgN/hm2,既可满足对甜高粱高产优质的
需求,提高氮素的利用效率,又可减少氮素流失和对土壤及地下水的污染。
关键词:甜高粱;施氮水平;硝酸盐积累;氮素利用特性  
犈犳犳犲犮狋狊狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狅狀狀犻狋狉犪狋犲犪犮犮狌犿狌犾犪狋犻狅狀犪狀犱狀犻狋狉狅犵犲狀狌狊犲犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊犻狀
狊狑犲犲狋狊狅狉犵犺狌犿
QUHui,CHENJunFeng,CHENGLiang,LUXiaoYan,SHENYiXin
犆狅犾犾犲犵犲狅犳犃狀犻犿犪犾犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔,犖犪狀犼犻狀犵犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犖犪狀犼犻狀犵210095,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Afieldexperimentwasconductedtoevaluatenitrateaccumulation,crudeprotein(CP)contentand
nitrogenuseefficiencyofsweetsorghum(犛狅狉犵犺狌犿犫犻犮狅犾狅狉cv.Hunnigreen)underdifferentnitrogenfertilizer
rates(0,100,200,300,400,500kgN/ha)in2009and2010ineasternChina.Theexperimentwaslaidoutin
randomizedcompleteblockdesignwiththreereplicates.Nitratecontentofshootdecreasedwithplantgrowth
andnitrateaccumulationwashigherinstemsthanleaves.Thecrudeproteinproductionefficiency(CPPE),ni
trogendrymatterproductionefficiency(NDMPE),drymatterproductionefficiency(DMPE)andnitrogenap
parentrecoveryrate(NARR)decreasedwithincreasingrateofnitrogenfertilizer,indicatingthatthehigher
ratesofnitrogendecreasednitrogenuseefficiencyandincreasednitrogenlosses.Crudeprotein(CP)andfreea
minoacid(FAA)contentincreasedwithincreasingratesofnitrogen.However,theincreaseofFAAwasmuch
lessthanthatofCP.MeanCPcontentwas6.11%,whileFAAcontentwas2.99%whennitrogenwasapplied
168-176
2016年7月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第25卷 第7期
Vol.25,No.7
收稿日期:20150907;改回日期:20151210
基金项目:国家科技支撑计划南方优质饲草高效生产加工利用关键技术研究与集成示范项目(2011BAD17B03)资助。
作者简介:渠晖(1984),男,内蒙古乌兰察布人,在读博士。Email:qhyulin@hotmail.com
通信作者Correspondingauthor.Email:yxshen@njau.edu.cn
at500kgN/ha,indicatingthattheapplicationNincreasedtheCPcontent,butdecreasedtheproportionof
highqualityprotein.Nitratecontentofsweetsorghumincreasedwithincreasingratesofnitrogen,however,it
wasnotabovetoxiclevels,0.2%ofDM (drymatter),untilapplicationrateswereabove400kgN/ha.The
mostappropriaterateofnitrogenforsweetsorghumineasternChinawas200-300kgN/ha;theseratesin
creasedtheyieldandqualityofsweetsorghum,improvednitrogenuseefficiencyandalsoreducenitrogenlosses
andnitratecontaminationinsoilsandgroundwater.
犓犲狔狑狅狉犱狊:sweetsorghum;nitrogenrate;nitrateaccumulation;nitrogenusecharacteristic
氮素是影响作物生长、发育的重要元素[1],是作物高产的主要限制因子之一[2]。增施氮肥有利于提高作物的
产量[3],适量氮素的添加还可对土壤侵蚀性有较好的抑制作用,进而减少水土和养分的流失[4]。但过量氮肥的施
入会降低氮素利用率,提高农业种植成本,导致土壤退化[5]和地下水污染[6],对环境造成不利影响[78]。提高氮素
利用率是世界许多地区实现农业持续发展的重要保证[9],但研究表明,即使在栽培管理良好的条件下,仍有
30%~50%施入的氮肥以不同的方式流失[10],因此在实际生产过程中,氮肥的施用常常过量。特别对禾本科牧
草而言,自身不具备固氮能力,其生长发育过程中所需的氮素主要依靠根系从土壤中吸收[11],而通常情况下,土
壤中可利用的氮素有限,难以满足饲草高产栽培的需要,因此以外界施肥的方式补充氮素成为提高禾本科牧草高
产优质的主要方式[12]。这样就容易造成硝酸盐在禾本科牧草植株体中的富集[13],草食家畜采食硝酸盐含量过
高的牧草会发生中毒现象,每年世界各国都有此类中毒事故发生[14]。因此,研究氮肥对禾本科牧草硝酸盐积累
与氮肥利用率,对禾本科牧草合理施用氮肥,提高干物质产量和饲草品质,降低硝酸盐积累,减轻氮素对环境造成
的污染有重要意义。
甜高粱(犛狅狉犵犺狌犿犫犻犮狅犾狅狉)具有抗逆性强[15],适应性广[1617],生物量大[18]等优良特性,是优质的饲料作物[19]。
有关甜高粱对氮素利用的研究已有很多报道。Wortmann等[20]研究认为,甜高粱的需氮量低于玉米(犣犲犪
犿犪狔狊),主要由于甜高粱对氮素的吸收率较低。Almodares和Darany[21]研究发现,氮肥在营养生长阶段对株高,
茎粗和干物质产量的影响高于生殖生长阶段对各参数的影响。Smith和Buxton[22]研究甜高粱对不同施氮水平
的响应后发现,在北美地区灌溉或非灌溉条件下,施氮对甜高粱的糖产量没有显著影响。不同的高粱品种间由于
遗传基础,进化差异和生理代谢的不同,对氮素的吸收利用存在极大差异[23]。与粒用高粱相比,甜高粱茎秆含糖
量高,生育后期物质积累速率快,对氮素的吸收较多[20]。氮肥与甜高粱关系的研究多集中在氮素利用和吸收方
面,对甜高粱硝酸盐积累和氮肥关系的研究较少,且大多集中在干旱半干旱地区,在高温多雨条件下的研究鲜有
报道。因此本试验以极晚熟甜高粱品种大力士为试验材料,研究了在华东农区高温多雨环境下,施氮量对甜高粱
氮素利用和硝酸盐含量的影响,以期为甜高粱在该地区的优质高产提供科学的施肥依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验于2009和2010年在江苏省常州春晖乳业有限公司农场(31°51′N,119°49′E)进行,该试验地属于北亚
热带季风性湿润气候,土壤类型为粘壤土。试验地土壤具体特性及气象条件见表1和图1。
1.2 试验材料与设计
试验材料为甜高粱品种大力士(犛.犫犻犮狅犾狅狉cv.Hunnigreen),由百绿(北京)国际草业有限公司提供。试验采
用完全随机区组设计,共设6个氮肥处理(0,100,200,300,400,500kgN/hm2),3次重复,18个小区。小区面积
为12m2(4m×3m),行距30cm,株距25cm,每小区种植10行。试验地播前深翻20cm,并施入腐熟的牛粪75
t/hm2(干物质含量为25%,总氮含量为0.55%DM)作基肥。播种方式为人工播种,每穴播3~4粒,三叶期按设
计株距定苗。氮肥以纯氮水平换算成尿素分两次施入,播种时施入1/3尿素,六叶期结合中耕追施余下2/3尿
961第25卷第7期 草业学报2016年
素。耕前喷施2.5L/hm2 阿特拉津并配以播后1
周喷施2,4D用来防除杂草。两年的播种时间和
取样收获时间见表1。
1.3 试验测定项目和方法
由于大力士甜高粱是极晚熟品种,在长江中下
游地区不抽穗,因此按播种后的生长天数进行取样。
播种后46~50d,大力士进入拔节期开始取样,每隔
20d取样,总共取样4次,具体播种及取样时间见表
1。将小区一分为二,一半用于中期采样,一半用于
收获测产。每次取样时,每小区选取3株长势一致
植株,分离茎叶(包括叶鞘),分别剪碎混匀,各称10
g保存冰盒,带回实验室测定硝酸盐含量。采用水
杨酸-浓硫酸法[24],准确称取2g待测材料,分别
放入3只刻度试管中,加入10mL去离子水,玻璃
泡封口后置于沸水浴中30min后取出,用自来水冷
却。将提取液在6000r/min下离心15min,吸取上
清液0.1mL于刻度试管中,加入5%水杨酸-浓硫
酸溶液0.4mL,混匀后置于室温20min,再缓慢加
入9.5mL8% NaOH溶液,待冷却至室温后,以空
白作对比在410nm波长下测吸光度。利用标准曲
线分别计算茎秆和叶片的硝酸盐含量(以鲜重计)。
每小区另取3株长势一致植株,分离茎叶(包括
表1 试验地状态、土壤特性和取样时间
犜犪犫犾犲1 犘犾狅狋犪狀犱狊狅犻犾犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊,犪狀犱
狊犪犿狆犾犻狀犵犱犪狋犲犪狋犲犪犮犺狊犻狋犲犪狀犱狔犲犪狉
项目Item 2009 2010
前茬作物Previouscrops 一年生黑麦草
犔狅犾犻狌犿犿狌犾狋犻
犳犾狅狉狌犿
玉米
犣犲犪犿犪狔狊
播种时间Sowingdates(月/日 Month/day) 5/13 5/25
年平均温度 Meanannualtemperature(℃) 16.7 16.5
年总降水量 Annualprecipitation(mm) 1436 1085
土壤理化特性Fieldsoilproperties
有机质 Organicmatter(g/kg) 28.7 27.3
总氮 Totalnitrogen(g/kg) 7.28 6.37
速效氮 Availablenitrogen(mg/kg) 6.93 5.72
速效磷 Availablephosphorus(mg/kg) 8.20 8.65
速效钾 Availablepotassium(mg/kg) 89.3 73.6
pH 5.3 5.4
取样时间Samplingdate(S,月/日 Month/day)
S1 7/2 7/14
S2 7/21 8/5
S3 8/9 8/27
S4 8/31 9/17
图1 试验地月平均气温和月平均降雨量(2009年,2010年)
犉犻犵.1 犕犲犪狀犿狅狀狋犺犾狔狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲犪狀犱狆狉犲犮犻狆犻狋犪狋犻狅狀狅犳
犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋犪犾犾狅犮犪狋犻狅狀(2009,2010)
叶鞘)称鲜重。将样品带回实验室置于105℃鼓风
干燥箱下杀青30min,再于65℃下烘干至恒重,称
重,计算茎叶比,鲜干比。根据茎叶比和鲜干比计算
茎秆,叶片和整个植株的硝酸盐含量(以干重计)。
最后一次取样时,在测产的一半小区中间,收获长为
1.5m,宽为相邻3行面积上的植株,测定鲜重,根
据鲜干比和收获面积计算干物质产量(kg/hm2)。
烘干后的植株各部分粉碎均匀混合后过1mm筛,
装入自封袋保存供品质分析。对粉碎后样品进行粗
蛋白(crudeprotein,CP)和全氮含量的测定,全氮含
量测定采用凯氏定氮法[24],粗蛋白含量按照全氮含
量×6.25计算。游离氨基酸含量测定采用茚三酮
比色法[25]。氮素生产效率评价指标计算如下:
氮素积累总量(totalnitrogenaccumulation,TNA):单位面积植株氮素积累量的总和。具体计算方法为:干
物质产量×植株总氮含量,单位:kg/hm2。
粗蛋白生产效率(crudeproteinproductionefficiency,CPPE):单位面积植株粗蛋白产量与施氮量之比。具
体计算方法为:(粗蛋白含量×干物质产量)/对应施氮量,单位:kg/kgDM。
氮素干物质生产效率(nitrogendrymatterproductionefficiency,NDMPE):单位面积植株干物质积累量与
单位面积植株氮素积累总量之比。具体计算方法为:干物质产量/对应处理的氮素积累总量,单位:kg/kgDM。
干物质生产效率(drymatterproductionefficiency,DMPE):单位面积植株干物质积累量与单位面积施氮量
071 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.7
之比。具体算法为:干物质产量/对应施氮量,单位:kg/kgDM。
氮素农艺效率(nitrogenagronomyefficiency,NAE):施氮区与不施氮区植株产量之差与施氮量之比。具体
计算方法为:(施氮处理的干物质产量-不施氮处理的干物质产量)/对应施氮量,单位:kg/kgDM。
氮素表观回收率(nitrogenapparentrecoveryrate,NARR):单位面积植株收获的总氮量与施氮量之比。具
体计算方法为:(氮素积累总量/对应施氮量)×100%。
氮素回收率(nitrogenrecoveryefficiency,NRE):施氮与不施氮区植株氮素积累量之差占施氮量的百分比。
具体计算方法为:(施氮处理的氮素积累总量-不施氮处理的氮素积累总量)/对应施氮量×100%。
1.4 数据统计
利用 MicrosoftExcel2007处理基础数据及作图,采用SAS9.1统计软件包中SATA模块的ANOVA程序
进行单因素方差分析,不同参数的平均值采用Fisher’sLSD法进行多重比较(犘<0.05)。
2 结果与分析
2.1 施氮水平对甜高粱氮素吸收与利用效率的影响
两年的试验结果显示(表2),氮素积累总量(TNA)总体上随施氮量的增加而增加,但当施氮量高于300kg
N/hm2 时,TNA开始出现小幅下降。2009年,400kgN/hm2 施氮处理下的TNA与300和500kgN/hm2 处理
间无显著(犘>0.05)差异。2010年,400与300kgN/hm2 处理下的TNA差异不显著,但显著(犘<0.05)高于
500kgN/hm2 处理。当施氮量低于300kgN/hm2 时,不同施氮处理间差异均达显著水平。2010年试验各施氮
处理的TNA均高于2009年对应处理的氮素积累总量。
粗蛋白生产效率(CPPE),氮素干物质生产效率(NDMPE)和干物质生产效率(DMPE)均随施氮量的增加而
下降,且两年试验中CPPE和DMPE的不同施氮处理间,均存在显著(犘<0.05)差异。2009年,NDMPE随施氮
量呈分段式下降,100和200kgN/hm2 处理下的NDMPE无显著(犘>0.05)差异,但显著高于其他施氮处理;
300和400kgN/hm2 处理下的NDMPE无显著差异,但显著高于500kgN/hm2 处理。2010年,100kgN/hm2
处理下的NDMPE显著高于其他处理,施氮量≥300kgN/hm2 时,各处理间的NDMPE无显著差异。
氮素农艺效率(NAE)和氮素回收率(NRE)随施氮量的变化趋势与TNA一致,均在300kgN/hm2 处理下
达到最大值。2009年,NAE的最大值为19.37kg/kg,与200kgN/hm2 处理下的NAE无显著(犘>0.05)差异,
但显著(犘<0.05)高于其他施氮处理;NRE的最大值为39.24%,与100和200kgN/hm2 差异不显著,但显著高
于400和500kgN/hm2 处理。2010年,NAE的最大值为28.42kg/kg,当施氮量≤300kgN/hm2 时,不同施氮
处理间的NAE无显著差异;NRE的最大值为47.10%,与200kgN/hm2 处理无显著差异,但显著高于其他施氮
处理。两年试验中,氮素的表观回收率(NARR)均随施氮量的增加而降低,且不同施氮处理间均有显著差异。
2.2 施氮水平对甜高粱植株地上部含氮化合物的影响
粗蛋白(CP)含量随施氮量的增加而增加(表3)。2009年,500kgN/hm2 处理下的CP含量最高,为65.24
g/kgDM,显著(犘<0.05)高于其他施氮处理。2010年,CP也在500kgN/hm2 处理下达最高值(71.19g/kg
DM),但与300和400kgN/hm2 处理无显著(犘>0.05)差异。两年试验中,游离氨基酸(FAA)均随施氮量的增
加而增大,但不同施氮水平间的差异随施氮量的增加而减小。2009年,当施氮量≥300kgN/hm2 时,不同施氮
处理间无显著差异;2010年,当施氮量≥200kgN/hm2 时,不同施氮处理间无显著差异。2009年试验中,当施氮
量从300kgN/hm2 增加到500kgN/hm2 时,CP增加了8.13%,而FAA只增加了3.68%;2010年,相同条件
下,CP增加了4.09%,而FAA只增加了2.29%,说明当施氮量≥300kgN/hm2 时,CP增加的部分只有很少的
比例来自于氨基酸,多数以其他氮素形式存在。
两年试验中,干物质产量随施氮量呈先增加后降低的变化趋势,均在300kgN/hm2 处理下达最大值,且显
著(犘<0.05)高于其他氮肥处理。粗蛋白产量与干物质产量有很好的一致性,均在300kgN/hm2 处理下达到最
大值,但由于400kgN/hm2 处理下的CP含量高于300kgN/hm2 处理,而在干物质产量方面,仅次于300kg
N/hm2 处理,所以300和400kgN/hm2 处理间的粗蛋白产量无显著(犘>0.05)差异,两者均显著高于其他施氮
处理。
171第25卷第7期 草业学报2016年
表2 施氮水平对甜高粱氮素吸收与利用效率的影响
犜犪犫犾犲2 犈犳犳犲犮狋狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狉犪狋犲狅狀狀犻狋狉狅犵犲狀狌狆狋犪犽犲犪狀犱狌狋犻犾犻狕犪狋犻狅狀犲犳犳犻犮犻犲狀犮狔犻狀狊狑犲犲狋狊狅狉犵犺狌犿
年份
Year
氮肥处理
Ntreatment
(kgN/hm2)
氮素积累
总量TNA
(kg/hm2)
粗蛋白生产
效率CPPE
(kg/kg)
氮素干物质生产
效率NDMPE
(kg/kg)
干物质生产
效率DMPE
(kg/kg)
氮素农艺
效率NAE
(kg/kg)
氮素表观
回收率
NARR(%)
氮素回收率
NRE
(%)
2009 0 186.39e - - - - - -
100 220.37d 13.77a 121.65a 268.08a 11.14b 220.37a 33.98ab
200 242.08c 7.57b 118.38a 143.20b 14.73ab 121.04b 27.85abc
300 304.11a 6.34c 103.61b 105.01c 19.37a 101.37c 39.24a
400 294.42ab 4.60d 101.59b 74.78d 10.55b 73.61d 27.01bc
500 283.23b 3.54e 95.90c 54.27e 2.88c 56.65e 19.37c
2010 0 203.20e - - - - - -
100 238.77d 14.92a 105.53a 251.66a 22.26ab 238.77a 35.57b
200 282.30c 8.82b 97.63b 137.78b 23.08ab 141.15b 39.55ab
300 344.50a 7.18c 91.35c 104.88c 28.42a 114.83c 47.10a
400 335.23a 5.24d 89.17c 74.73d 17.38b 83.81d 33.01b
500 306.65b 3.83e 87.81c 53.86e 7.98c 61.33e 20.69c
 TNA:Totalnitrogenaccumulation;CPPE:Crudeproteinproductionefficiency;NDMPE:Nitrogendrymatterproductionefficiency;DMPE:Dry
matterproductionefficiency;NAE:Nitrogenagronomyefficiency;NARR:Nitrogenapparentrecoveryrate;NRE:Nitrogenrecoveryefficiency.同列
数据后不同字母表示不同处理间差异显著(犘<0.05),下同。Differentlettersinthesamecolumnindicatesignificantdifferencesatthe0.05levela
mongdifferenttreatments,thesamebelow.
表3 施氮水平对甜高粱含氮化合物含量的影响
犜犪犫犾犲3 犈犳犳犲犮狋狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狉犪狋犲狅狀狋犺犲犮狅狀狋犲狀狋狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犮狅犿狆狅狌狀犱狊犻狀狊狑犲犲狋狊狅狉犵犺狌犿
年份
Year
氮肥处理
Ntreatment(kgN/hm2)
粗蛋白
CP(g/kgDM)
游离氨基酸
FAA(g/kgDM)
氨基酸/粗蛋白
AA/CP(%)
干物质产量
DMyield(t/hm2)
粗蛋白产量
CPyield(t/hm2)
2009 0 45.38d 39.46c 86.95a 25.69e 1.16e
100 51.38c 41.93bc 81.61b 26.81de 1.38d
200 52.83c 43.23b 81.83b 28.64c 1.51c
300 60.33b 46.24a 76.65c 31.50a 1.90a
400 61.52b 46.81a 76.08c 29.91b 1.84ab
500 65.24a 47.88a 73.38d 27.13d 1.77b
2010 0 55.38d 48.62c 87.79a 22.94e 1.27e
100 59.31c 49.34bc 83.18b 25.17d 1.49d
200 64.02b 51.67ab 80.71c 27.56c 1.77c
300 68.42a 52.37a 76.53d 31.47a 2.15a
400 70.09a 53.13a 75.80e 29.89b 2.10a
500 71.19a 53.62a 75.33e 26.93c 1.92b
 CP:粗蛋白Crudeprotein;FAA:游离氨基酸Freeaminoacid;DM:干物质 Drymatter.
2.3 施氮水平对甜高粱植株地上部硝酸盐含量的影响
施氮量对甜高粱植株地上部硝酸盐含量有明显的影响(表4)。硝酸盐含量随施氮量的增加而增加,不同施
氮处理间硝酸盐含量差异显著(犘<0.05)。在生长前期,硝酸盐含量较高,两年的最高值分别为0.486% DM 和
0.367%DM。随着生育期的推进,硝酸盐含量逐渐下降,在最后一次收获时,500kgN/hm2 处理下甜高粱的硝
271 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.7
酸盐含量分别为0.213% DM和0.174% DM。两年的变化趋势一致。图2进一步表明,不同生长时期,叶片和
茎秆的硝酸盐含量均随着施氮量的增加而增大,但是均随着甜高粱的生长发育而下降,且叶片硝酸盐含量的降幅
大于茎秆。两年试验中,第一次取样时,200和300kgN/hm2 处理下,茎秆的硝酸盐含量无显著(犘>0.05)差
异,第二次取样时,两施氮处理下叶片的硝酸盐含量无显著差异,这表明适量的氮肥对处于生长旺盛阶段的甜高
粱硝酸盐含量无显著(犘>0.05)影响。
表4 施氮水平对甜高粱不同生长时期植株地上部硝酸盐含量的影响
犜犪犫犾犲4 犈犳犳犲犮狋狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狉犪狋犲狅狀狀犻狋狉犪狋犲犮狅狀狋犲狀狋犻狀狊犺狅狅狋狅犳狊狑犲犲狋狊狅狉犵犺狌犿犪狋犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉狅狑狋犺狊狋犪犵犲 % DM
氮肥处理
Ntreatment(kgN/hm2)
2009
7/2 7/21 8/9 8/31
2010
7/14 8/5 8/27 9/17
0 0.038e 0.027f 0.021f 0.012f 0.034f 0.024f 0.015f 0.009f
100 0.211d 0.138e 0.113e 0.034e 0.181e 0.105e 0.084e 0.028e
200 0.305c 0.208d 0.149d 0.072d 0.240d 0.156d 0.114d 0.058d
300 0.337c 0.239c 0.195c 0.102c 0.269c 0.175c 0.148c 0.082c
400 0.415b 0.292b 0.220b 0.146b 0.319b 0.208b 0.180b 0.121b
500 0.486a 0.385a 0.312a 0.213a 0.367a 0.268a 0.245a 0.174a
图2 不同施氮量对甜高粱植株硝酸盐含量的影响
犉犻犵.2 犈犳犳犲犮狋狅犳狀犻狋狉狅犵犲狀犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狉犪狋犲狅狀狋犺犲狀犻狋狉犪狋犲犮狅狀狋犲狀狋狅犳犾犲犪犳犪狀犱狊狋犲犿狅犳狊狑犲犲狋狊狅狉犵犺狌犿
 不同字母表示差异显著(犘<0.05)。Differentlettersmeansignificantdifferencesat犘<0.05.
 
3 讨论
随着施氮量的增加,植株氮素积累总量增加,而粗蛋白生产效率、氮素干物质生产效率、干物质生产效率和表
观回收率却逐渐下降,说明适量的施氮可以提高甜高粱的产量和品质,但是过量施肥导致甜高粱粗蛋白和干物质
产量的增幅变小,氮肥利用效率降低[2627]。2009年试验中,施氮量为100kgN/hm2 时,甜高粱的氮素表观回收
371第25卷第7期 草业学报2016年
率与氮素回收率的差值为186%,说明植株处于缺氮状态;当施氮量为200和300kgN/hm2 时,两者的差值分别
为93.2%和61.8%,表明施入氮肥只有7.8%和38.2%留在了土壤中。当施氮量为400和500kgN/hm2 时,氮
素表观回收率和氮素回收率的差值分别为46.6%和37.2%,说明施入的氮肥中有53.4%和62.8%留在了土壤
中,而这些留在土壤中的氮肥,只有少部分可以被下茬作物吸收利用,大部分极有可能淋溶到地下,造成土壤和地
下水体的硝酸盐污染[28]。2010年试验结果与2009年相似,只是在200kgN/hm2 处理下,甜高粱稍处于缺氮状
态。这表明,从氮肥利用的角度而言,当施氮量为200~300kgN/hm2 时,既能满足甜高粱生长的需要,又有适
当盈余可以增加土壤肥力。
粗蛋白含量,粗蛋白产量和氨基酸含量是衡量牧草营养价值的重要参数[2930]。本试验中,粗蛋白和游离氨基
酸含量均随施氮量的增加而增大,在500kgN/hm2 处理下达到最大值,但随着施氮量的增加,游离氨基酸的增
幅减小,粗蛋白生产效率逐渐降低,说明过多的施氮量并没有增加优质蛋白的含量。粗蛋白产量由于受到干物质
产量的影响,并没有随施氮量的增加而增大,而是在300kgN/hm2 处理下达到最大值,之后有所下降,这一点与
氮素农艺效率和干物质产量的变化相一致。
氮素对植株地上部硝酸盐含量有明显的促进作用,过高的施氮量容易造成硝酸盐在植株体内富集,家畜食用
时会引起中毒现象[31]。美国研究者通过研究硝酸盐含量与家畜健康的关系,提出了牧草潜在硝酸盐毒性的一般
准则:以饲用作物干物质中硝酸盐含量计算,0~0.25%设定为安全,0.25%~0.50%设定为警戒,0.50%~
1.50%设定为危险,超过1.50%设定为有毒[32]。研究表明,当高粱硝酸盐含量超过0.20%时,就会引起反刍动
物硝酸盐中毒[33]。本试验中,甜高粱地上部硝酸盐含量随生育期的推进不断降低,这是因为随着干物质的不断
积累,在作物生育后期,硝态氮含量会被稀释[34]。整体上2009年试验结果要高于2010年,这可能由于2009年
生长季的总降水量大于2010年所致。Abayomi等[35]研究了甘蔗(犛犪犮犮犺犪狉狌犿狅犳犳犻犮犻狀犪狉狌犿)叶片在干旱胁迫下对
不同施氮水平的响应后发现,硝酸还原酶活性随干旱胁迫程度的增大而降低,当干旱胁迫进一步加大,在较高施
氮水平下,硝酸还原酶活性消失。本试验结果表明,甜高粱植株地上部硝酸盐含量随施氮量的增加而增加,虽然
均低于0.5%的警戒线,但当施氮量为500kgN/hm2 时,硝酸盐含量均高于0.20%(2010年最后一次取样除
外),青饲时家畜中毒风险大幅增加。施氮量低于400kgN/hm2 时,播种70d后饲喂较为安全。
在甜高粱生长发育前期,叶片中的硝酸盐含量大于茎秆,因为在这一阶段植株生长旺盛,而叶面积指数较小,
叶片吸收的硝态氮不能及时还原。随着植株的不断生长,叶片对硝态氮的还原能力增强,叶片的硝酸盐含量出现
下降,茎秆的含量也出现下降,但是降幅要小于叶片,因为茎秆属于输导器官,对硝态氮的还原能力弱于叶片,此
外硝态氮积累的主要场所是细胞的液泡[36],导管和薄壁组织是构成茎秆的主要部分,而薄壁细胞的液泡大于叶
肉组织中的液泡,因此茎秆更有利于硝态氮的积累。
4 小结
华东农区生态条件下,甜高粱对氮素的吸收和利用随着施氮量的增加而增加,在施氮量为200~300kg
N/hm2时,既可满足植株生长所需,又可以减少氮素流失。施氮对甜高粱粗蛋白和游离氨基酸含量有促进作用,
但当施氮量大于400kgN/hm2 时,氨基酸增幅降低,粗蛋白中优质蛋白质的比例下降。施氮量低于400kgN/
hm2 时,播种后70d的甜高粱用于青饲,不会导致家畜硝酸盐中毒。综上所述,大力士甜高粱在华东农区较为适
宜的施氮量为200~300kgN/hm2,既可满足对甜高粱高产优质的需求,提高氮素的利用效率,又可最大限度地
减少氮素流失和对土壤及地下水的污染。
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