全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2007) 01-0035-05
南方丘陵地区人工草地和旱作农田能量物质利用率
欧阳克蕙1, 2, 王　 *
( 1. 中国农业大学草地研究所, 北京　100094; 2. 江西农业大学动物科学技术学院, 江西 南昌　330045)
摘要: 分析比较我国南方丘陵地区人工草地和旱作农田能量和养分物质的利用效率。结果表明: 在建植第 1 年, 人工草
地的能量和氮的输出量大于旱作农田; 牧草可有效提高光能利用率,对辅助能和氮、磷的利用效率也显著高于后者; 二者
经济效益相近; 种草第 2 年的效益比第 1 年更好, 其能量物质输出量、利用率和经济效益都显著高于旱作农田。
关键词: 人工草地; 农田; 生态系统; 能量利用率; 物质利用率; 经济效益
中图分类号: S 812　　　　文献标识码: A
Studies on the Energy and Material Use Efficiency of Cultivated Grassland
and Farmland Ecosystem in the Hilly Regions of Southern China
OUYANG Ke-hui
1, 2 , WANG Kun
1*
( 1. Ins t itu te of Gras sland Science, China Agricul ture University, Beijing 100094, China;
2. College of An imal S cience and Tech nology, J ian gxi Ag ricul tu re University, Nanchang, J ian gxi Province 330045, C hina)
Abstract: An analysis and comparison betw een a cult ivated g rassland and a plo t of tr aditional farmland of
Chinas southern hil ly regions on energy and nutrient-material use eff iciency show s that the output of energy
and nit rog en of the cult ivated grassland eco system , in the f irst y ear o f plant ing forages, was higher than that
of the t raditional farm land ecosy stem. Fo rages are more ef f icient in radiat ion energ y use than cereal crops,
and could more ef ficient ly use the aux iliary energ y, nit rog en and phosphor us as w ell. T he pr ofit of plant ing
fo rages resembled that of plant ing peanut and rape. The ef fects of the cult ivated g rassland in the second year
w er e st ill bet ter than those of the f irst year, w itnessed by the higher output of energ y, of nitr ogen and phos-
phorus, the ener gy and mater ial use ef f iciency , and the ult imate econom ic benef it compared to tho se of the
farmland eco sy stem .
Key words : Cult iv ated gr assland; Farmland; Eco system ; Energy use ef f iciency ; Material use ef f iciency ; E-
conom ic benef it
　　我国南方气候条件优越,发展人工草地的潜力较
大。近年来,南方 13个省区建立的人工草地面积已达
1. 30×106 hm 2[ 1] ,草地生产力提高了 3～8倍[ 2] ,为该
区草地畜牧业发展和生态环境建设作出了巨大贡献。
研究表明,与生产籽实的传统种植业相比,牧草可在
相同数量的土地上获得更多的生物量,提高土地和气
候资源的转化效率,提高生产力 [ 3]。目前对该区人工
草地系统生产力的研究多集中在群落生物量方
面[ 4～ 8] , 缺乏对系统能量物质转化效率的深入探讨。
本研究从提高生产效率出发,通过对南方丘陵地区人
工草地与旱作农田生态系统的能量和物质投入产出
结构进行分析,比较二者的能量物质利用效率,为该
区农村产业结构调整及“退耕还草”政策的实施提供
科学依据,也可对人工草地生态系统能量物质的良性
循环、提高生产力有一定的指导作用。
1　材料与方法
1. 1　试验区自然概况
　　试验在江西农业大学试验站进行( 28°22′N ,
收稿日期: 2006-05-24; 修回日期: 2006-06-14
基金项目: 江西省教育厅项目(赣教科技 [ 2002] 01) ;江西农业大学青年基金( 2004-31)
作者简介: 欧阳克蕙( 1974-) ,女,江西南昌人,博士,副教授, 主要从事草地资源与生态学研究; * 通讯作者 A uth or for corresponden ce, E -
mail: w ang kun@ cau. edu. cn
第 15 卷　第 1 期
　Vol. 15　 No . 1
草　地　学　报
ACTA AGREST IA SIN ICA
　　　2007年　 1 月
　Jan.　　 2007
116°0′E) ,海拔 61. 2 m。属亚热带季风气候,年均气温
17. 6℃,年均降水量 1600 mm ,≥10℃积温 5579℃,
无霜期280 d。土壤为第四纪红色粘土发育的红壤,地
形为低山丘陵。坡度 15°, 坡向西南,土壤 pH 值5. 27,
有机质 6. 94,全氮 0. 42, 全磷 0. 47和全钾11. 38 g /
kg, 碱解氮 87. 21, 速效磷 37. 24 和速效钾 180. 65
mg / kg。
1. 2　试验于 2004年 3月-2005年10月进行。共设置
3 个系统: 其中系统Ⅰ为 2004 年单播截叶胡枝子
( L esp edez a cuneata)草地, 系统Ⅱ为 2004年单播宽
叶雀稗( Pasp alum w ett st einii )草地,系统Ⅲ为 2年 3
熟制的“花生 ( A rachis hyp ogaea) + 油菜 ( Brassica
napus) + 花生”旱作农田(当地传统旱作农业模式)。
比较建植第 1年( 2004年)和第 2年( 2005年)的人工
草地与旱作农田(能量和养分物质的利用效率。每个
处理试验面积 0. 1 hm 2, 不设重复。
1. 3　试验地建植
1. 3. 1　系统Ⅰ,Ⅱ　2004年春季单播截叶胡枝子和
宽叶雀稗, 播量均为 22. 5 kg/ hm 2, 播前用钙镁磷肥
拌种, 条播,行距 25 cm。苗期除杂,分蘖(枝)后中耕
除草 1次,无灌溉。刈割 3～4次,刈割时株高 60 cm ,
留茬 10 cm。播前施厩肥22500 kg / hm2作底肥,苗期
施尿素( N 含量 40% ) 30 kg/ hm2 ,每次刈割后追施尿
素 8 kg / hm2 (截叶胡枝子) , 10 kg / hm2 (宽叶雀稗) ,
过磷酸钙( P 2O 5含量 16% ) 200 kg / hm 2, 硫酸钾( K 2O
含量 33% ) 60 kg / hm 2。第 2 年按第 1 年施用量的
60%施肥。
1. 3. 2　系统Ⅲ　2004年春种花生,冬种油菜; 2005年
夏种花生。花生播种量 187 kg/ hm 2,施尿素 187. 5、过
磷酸钙800和硫酸钾K 2O 450. 0 kg/ hm2。油菜播量3.
5 kg / hm
2, 施尿素 260、过磷酸钙 800 和硫酸钾 K 2O
450. 0 kg / hm
2。常规管理, 无灌溉。
1. 4　测试项目及方法
1. 4. 1　随机设置 1 m×1 m 样方 5个,刈割后(截叶
胡枝子取样时间为 2004年 5月 30日、6月 30日、9
月 30日, 2005年 6月 15日、9 月 15日、10月 30日,
宽叶雀稗为 2004年 8月 15日、9 月 15 日、10 月 30
日, 2005年 6月15日、7月 30日、8月 30日、10月15
日) ,称量鲜草放入烘箱,在 120℃杀青后, 在 65℃干
燥至恒重称重,换算干草重量。在对照区于花生和油
菜收获时随机设置 5 m×0. 6 m 样方 3个,测试籽实
和秸秆产量。称重后留牧草和作物的茎叶及籽实制
样, 测能量和氮、磷含量。其中样品含能量采用氧弹式
热量计测定;含氮量采用凯氏定氮法测定; 含磷量采
用分光光度法测定 [ 9]。
1. 4. 2　能量、物质的投入和产出　整地时农业机械
与柴油投能折算系数根据文献[ 10] , 劳力、有机肥和化
肥的折能系数根据文献 [ 11] (具体折算系数见表1)。其
余按实测值计算。
1. 4. 3　资金投入按实际支出计算　人工草地收入为
销售鲜草收入,按鲜草价格 0. 2元/ kg (截叶胡枝子)
和 0. 13 元/ kg (宽叶雀稗)计; 农田收入分籽实和秸
秆两部分, 分别按花生 5. 0 元/ kg, 油菜籽 3. 0元/ kg
计, 花生秸和油菜秆均按 0. 08元/ kg 计。
表 1　投入能量折算系数
T able 1　Conver t coefficient s o f the input ener gy in ecosy st em s( MJ/ hm2, M J/ kg )
种类
S ou rce
折算系数
Con vert coef f icients
种类
Source
折算系数
Convert coeff icients
农机(旋耕) Agricultural machinery ( Rol ling plough ) 146. 4 氮肥( N) Nit rogen fert ilizer ( N) 91. 0
柴油(旋耕) Dies el oil ( Rol ling ploug h) 571. 5 磷肥( P2O 5) Phosphorus fert ilizer( P2O 5) 13. 3
劳力( d) L abor( day) 12. 6 钾肥( K 2O) Kal ium fert ilizer( K 2O) 9. 0
有机肥 Organic manure 16. 0
2　结果与分析
2. 1　能量利用率
由于产草量高, 在种植当年, 截叶胡枝子和宽叶
雀稗的能量输出量分别是旱作农田的 3. 17和 4. 23
倍。第 2年的产草量比第 1年更高, 截叶胡枝子和宽
叶雀稗的能量输出分别比第 1 年提高 10. 20%和
17. 30% ,是农田的 3. 50和 4. 96倍(表 1)。
牧草的光能利用率远高于农作物,在第 1年人工
草地的光能利用率是旱作农田的 2. 66和 3. 88倍,第
2年是农田的 2. 83和 4. 21倍。
辅助能转化率的顺序为:宽叶雀稗草地( 2005) >
截叶胡枝子草地( 2005) > 宽叶雀稗草地( 2004) > 农
田> 截叶胡枝子草地( 2004)。辅助能转化率除与作物
种类有关外, 还与辅助能投入的水平和结构密切相
关。人工草地在当年的投入能较高,但主要为有机肥,
其中系统Ⅰ和系统Ⅱ有机能投入占辅助能的 94%,
远高于系统Ⅲ;但无机能投入总量低,还不到系统Ⅲ
的 1/ 3。第 2年,由于草地投入的减少,以及产草量的
增加,辅助能转化率比农田高 23. 11倍和31. 58倍。而
36 草　地　学　报 第 15卷
此期人工草地的辅助能投入量偏少,仅为农田的 1/ 6 (表 1)。
表 2　能量投入与产出
T able 2　Structure o f energ y input and output o f the models( MJ/ hm2 a )
来源 S ource 系统Ⅰ S ystem Ⅰ 系统Ⅱ Sys tem Ⅱ 系统Ⅲ* Sys tem Ⅲ
2004 2005 2004 2005 2年平均 Average
输入 Inpu t 全年太阳辐射能 Annual radiat ion en ergy 486. 76×105
无机能 Inorganic en ergy
农机和柴油 Agricultural machinery and diesel oil 717. 90 - 717. 90 - 1076. 85
化肥 Fer til izer 3879. 33 2297. 45 4109. 45 2435. 52 16368. 87
小计 T otal 4597. 23 2297. 45 4827. 35 2435. 52 17445. 72
有机能 Organic en ergy
有机肥 Organic manure 75031. 88 - 75031. 88 - -
劳力 Labor 2062. 50 1312. 50 2062. 50 1312. 50 1500. 00
种子 Seed 421. 12 - 368. 37 - 4886. 06
小计 T otal 77515. 49 1312. 50 77462. 74 1312. 50 6386. 06
辅助能总计 Sum of aux iliary energ y 82112. 72 3609. 95 82290. 09 3748. 02 23831. 78
无机能/有机能 Inorganic/ Organic 0. 06 1. 75 0. 06 1. 86 2. 73
有机能/辅助能 Organic/ Auxi liar y 0. 94 0. 36 0. 94 0. 35 0. 27
输出 Output 籽实 Seed - - - - 54663. 91
茎叶 Stem and leave 196071. 54 216065. 67 261381. 37 306594. 88 7146. 67
小计 T otal 196071. 54 216065. 67 261381. 37 306594. 88 61810. 58
转化率 输出/辅助能 Output / Input 2. 39 59. 85 3. 18 81. 80 2. 59
Conver sion 光能利用率
ef f iciency Radiat ion en ergy use ef fi cien cy( % ) * 0. 64 0. 68 0. 93 1. 01 0. 24
　　* 注:系统Ⅲ所得数据为 2年内 1季花生+ 1季油菜+ 1季花生的总投入(总产出)除以 2(下同)
* Note: Th e data of system Ⅲ are th e total s um of the inpu t ( output ) of tw o croppin gs of pean ut and one cropping of rape divided by 2( T he
same in the follow ing table)
2. 2　物质利用率
随着产草量的增加,人工草地的养分物质输出量
随之增加。氮的输出量依次为: 截叶胡枝子( 2005) >
宽叶雀稗 ( 2005) > 截叶胡枝子 ( 2004) > 宽叶雀稗
( 2004) > 农田。人工草地的氮输出量是农田的 2. 46
～3. 11倍(表 3)。截叶胡枝子草地的磷素输出量与农
田相近,而宽叶雀稗则低于农田。截叶胡枝子产草量
比宽叶雀稗低,但其氮、磷含量丰富, 氮和磷的输出量
反而比宽叶雀稗高。
氮的转化效率依次为: 宽叶雀稗( 2005) > 宽叶雀
稗( 2004) > 截叶胡枝子( 2005) > 截叶胡枝子( 2004)
> 农田。磷的转化效率依次为:截叶胡枝子( 2005) >
宽叶雀稗( 2005) > 截叶胡枝子( 2004) > 宽叶雀稗
( 2004) > 农田。草地的氮、磷转化效率均高于农作物,
其中种草第 2年转化效率高于第 1年。但是,由于大
量的氮随着牧草被转移出系统, 出现了氮的负平衡,
尤其是禾本科牧草草地。
与农田相比, 人工草地所施肥料主要为有机肥,
化肥用量少。人工草地第 1年的施氮量不到农田的
1/ 10,磷肥量仅是农田的 1/ 5;第 2年的化肥施用量
更低。人工草地表现出明显的粗放式经营的特点。
表 3　氮素投入与产出
T able 3　N st ructure o f input and output of t he models( kg / hm2 a )
来源 S ource 系统Ⅰ S ystem Ⅰ 系统Ⅱ Sys tem Ⅱ 系统Ⅲ* Sys tem Ⅲ
2004 2005 2004 2005 2年平均 Averag e
输入 Inpu t 化肥 Fert il izer 10. 35 6. 21 11. 50 6. 90 127. 5
有机肥 Organic manure 72 - 72 - -
种子 Seed 0. 93 - 0. 49 - 9. 55生物固氮* Nit rogen f ixa-
t ion
157. 59 170. 73 - - 64. 22
小计 T otal 240. 87 176. 94 83. 99 6. 90 201. 27
输出 Output 籽实 Seed - - - - 95. 69
茎叶 Stem and leave 339. 50 374. 12 295. 43 346. 53 24. 31
小计 T otal 339. 50 374. 12 295. 43 346. 53 120. 00
转化效率 平衡 Balance - 98. 63 - 197. 18 - 211. 44 - 339. 63 81. 26
Conver sion ef f iciency 转化率 Output / Input 1. 41 2. 11 3. 52 50. 22 0. 59
　　* 注:以豆科植物总氮的 60%作为生物固氮量[ 12] ; * Note: Th e amount of nit rogen fix at ion accounted to 60% of the total nit rogen of the
legumes
37第 1期 欧阳克蕙等:南方丘陵地区人工草地和旱作农田能量物质利用率
表 4　磷素投入与产出
Table 4　P struct ur e of input and output of the models ( kg / hm2 a)
来源 S ource 系统Ⅰ S ystem Ⅰ 系统Ⅱ Sys tem Ⅱ 系统Ⅲ* Sys tem Ⅲ
2004 2005 2004 2005 2年平均 Averag e
输入 Inpu t 化肥 Fert il izer 40. 31 23. 22 40. 31 23. 22 191. 25
有机肥 Organ ic manure 56. 25 - 56. 25 - -
种子 Seed 0. 09 - 0. 09 - 0. 99
小计 T otal 96. 65 23. 22 96. 65 23. 22 192. 24
输出 Output 籽实 Seed - - - - 13. 30
茎叶 Stem and leave 17. 66 19. 47 12. 53 14. 70 4. 67
小计 T otal 17. 66 19. 47 12. 53 14. 70 17. 96
转化效率 Conversion 平衡 Balance 78. 99 3. 75 84. 12 8. 52 174. 29
ef f iciency 转化率 Output / Input 0. 18 0. 84 0. 13 0. 63 0. 09
2. 3　经济效益分析
根据2004和2005年调查数据及当年价格标准。人
工草地种植第1年的盈利和农田相近,第 2年则比农田
高 56. 78%和63. 51%。经济效率(产投比)在第1年与
农田相近,第2年比农田高2. 37倍和2. 49倍。
人工草地第 1年的投入较高,主要为开垦和有机
肥的投入以及人工, 但化肥投入只有农田的 30% ;第
2年的总投入水平很低, 只有农田的 1/ 3, 并且其中
2/ 3是人工投入。但人工草地在农业生产中的地位尚
未受到足够的重视, 其投入结构很不平衡, 投入量有
限。另外,截叶胡枝子种子价格偏高,也是种植第1年
的盈利和产投比下降的原因之一(表 5)。
表 5　各模式经济效益分析(元)
T able 5　Economic analysis o f the models ( $ )
来源 Source 系统Ⅰ System Ⅰ 系统Ⅱ Sys tem Ⅱ 系统Ⅲ* Sys tem Ⅲ
2004 2005 2004 2004 2年平均 Average
农机具 Agricul tural m achinery 450 - 450 - 675
化肥 Fert iliz er 684. 67 403. 93 694. 20 409. 64 2241. 97
有机肥 Or ganic m anu re 450 - 450 - -
种子 Seed 1350 - 360 - 956
人工 Lab or 1650 1050 1650 1050 1200
总投入 In put 4584. 67 1453. 93 3604. 20 1459. 64 5072. 97
籽实 Seed - - - - 10537. 50
茎叶 Stem and leave 9600 10400 9360 10790 241. 68
总产出 Ou tp ut 9600 10400 9360 10790 10779. 18
盈利 Profit 5015. 33 8946. 07 5755. 80 9330. 36 5706. 22
产/投 In put / Outp ut 2. 09 7. 15 2. 60 7. 39 2. 12
3　结论与讨论
3. 1　与传统旱作农田系统相比, 人工草地生产增加了
能量和氮的输出量,提高光能利用率以及对辅助能和
氮、磷的转化效率。这是由于牧草是在生长盛期收获,
节约了将光合产物集中运往籽粒所消耗的能量,且能
充分利用牧草的再生能力,避免了后茬的漏光现象。因
此, 与以收获籽实为主的传统农业相比,收获营养体为
主的草地生产可以大大提高对光能的利用[ 3]。
3. 2　农业产量水平是和辅助能的投入水平、能量的
投入结构有很大关系[ 13, 14]。与旱作农田系统相比,南
方红壤丘陵区人工草地以有机肥和人工投入为主,无
机能和化肥投入量少, 牧草生产仍处于粗放式经营的
传统农业阶段;尤其在人工草地建植后期, 能量、物质
和资金投入的偏少和投入结构不合理,将限制草业的
持续和快速发展。如能调整投能结构, 增大能量投入,
人工草地的能量输出和能量效率可望得到进一步提
高。
3. 3　发展人工草地生产必须以土地资源的可持续利
用为基础。人工草地每年有大量的氮素随着牧草的刈
割被转移出系统, 系统内出现氮的负平衡, 尤以禾本
科牧草更严重。因此,建议在充分了解系统物质循环
的基础上建立合理的草地施肥制度,否则将导致土壤
养分损耗和产草量降低。
3. 4　人工草地当年就可收回投资, 建植第 1 年的产
投比与农田相近,如把投入的种子、底肥、农机具和管
理等费用按作物生长 5年来计, 即费用的 1/ 5, 其
经济效益更高。多年生牧草可以种植一年, 多年利
用, 随着前期投入的减少和产草量的增加, 第 2年的
能量物质产出量、利用率以及经济效益比第 1年提
高, 也比旱作农田系统高很多。 (下转 75页)
38 草　地　学　报 第 15卷
以后还需要进行更深入的研究。
4　结　论
各紫花苜蓿品种叶片特征各有其特点。品种叶宽
顺序为阿尔冈金> 驯鹿> 龙牧 801> 中苜一号> 敖
汉> 肇东> 金皇后。在叶长度上,龙牧 801和中苜一
号明显高于其余 5个品种。叶宽长比品种间差异较
大,以阿尔冈金和驯鹿叶宽长比最大, 而中苜一号较
小。相关分析发现:越冬率与叶长成显著性正相关;而
与叶片宽长比成显著性负相关, 表明叶片相对窄的品
种,其越冬能力强,抗寒性较好, 反之则差。
7个品种的细胞结构紧密度表现为: 肇东> 龙牧
801> 敖汉> 中苜一号> 驯鹿> 金皇后> 阿尔冈金,
供试国内品种普遍高于供试国外品种。细胞结构疏松
度表现为:金皇后> 阿尔冈金> 驯鹿> 中苜一号> 敖
汉> 龙牧801> 肇东。叶脉突起度以供试国内品种大
于供试国外品种,叶脉突起度排列顺序为:肇东> 龙
牧 801> 敖汉> 中苜一号> 阿尔冈金> 金皇后, 叶脉
突起度大,品种抗寒性越强。相关分析结果表明,越冬
率与细胞结构紧密度和叶脉突起度成高度的正相关,
表明栅栏组织比例越大,叶脉突起程度越高, 品种的
抗寒性越强。而细胞结构疏松度与品种越冬率呈高度
负相关,表明海绵组织比例越小,品种的抗寒性越强。
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(责任编辑　毛培胜)
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(责任编辑　孟昭仪)
75第 1期 崔国文等:紫花苜蓿叶片形态结构及其与抗寒性关系的研究