全 文 ：中 国 草 地
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9 9 14 , N o
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6 , PP
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6 4 ~ 6 9
, 7 3
混播草地中豆科牧草的固氮作用
樊江文 高永革
(雪瞥尝堕自然资源综合考察委员会 .北京 1。。 10 1 ) (河南省畜牧局饲草饲料工作站 )曰 成瞬 环 , 己
【提要 ] 对混播草地中豆科牧草的固氮价值 、 影响豆科牧草固氮作用的主要因素 、豆科牧草种
的固氮能力及其固氮效益进行了综合探讨 ,指出应利用植物潜在的固氮价值更经济地进行草地生
产 。
关键词 : 混播草地 豆科牧草 固氮
T h e R o l e o f N i t r o g e n F ix a t i o n o f L e g u m e H e r b a g e i n M i
x t u r e P a s t u r e
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F a n Ji a n g w e n
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, a n d m a k e Pa s t u r e p r o d u e t i o n m o r e e e。
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r e , L e g u m e s
,
N i t r o g e n f i x a t io n
豆科和 禾本 科牧草混播草地 , 以其较高
的生产力 、 较好的适 口 性和经济有效 的固氮
价值而越来越受到人们的重视 。 目前 ,很多人
对所谓的 “ 高投入高产出 ” 模式提 出疑 问 ( lE -
l ot 1 96 9 )
,而指出应利用植物潜在的固氮价
值更经济地进行草地生产 。
草地为混播草地 ; 到 1 9 8 4 年的 10 年间 ,新西
兰共播种 白三叶 12 0 0 吨 , 播种面积达 40 万
公 顷 ; 红 三 叶 2 2 0 吨 , 7 . 4 万 公 顷 ; S u b t e r -
r a n e a l , 三叶草 1 0 0 吨 , 2~ 3万公顷 ; 首楷 3 0 0
吨 , 3万公顷 ( L a n e a s h i r e 19 8 4 ) . 在英国 ,豆科
牧草也以白三叶 、 红三叶为主 ,特别是红三叶
1 混播草地
目前世界上大多数国家的放牧草地都以
混播草地为主 ,其 中在豆科牧草中以白三叶
的利用率最高 ,其次为红三 叶 、 首蓓等牧草 。
据 S a n g a k k a r a 等 ( 1 9 8 2 )报道 ,新西兰 7 2%的
作者简介 : 樊江 文 , 男 , 3 岁 , 副研究员 , 中国科学院
自然资源综合考察委员会草地畜牧生态研究室副主任 . 目
前 主要从事国家 “ 八五 ” 攻关专题 “ 亚热带中高山地区草地
畜牧业优化模式 ” 和 中国科学院草地一畜牧业生态系统惊
合试验站等的研究工作 , 已撰写论文 10 余箱 .
收稿 B 期 1 9 93一 1 2一 1 3 ,退 修稿 1 9 , 4一 。一 15 改回 .
种子利用量占整个豆科牧草的 0 % 5 (F r am e
19 7 6 )
。 而美国则以白三叶 、 首楷为主 ( B。 r :1 5
19 8 4 )
。
H r r ais (1 9 69 )对新西兰 1 7 5个混播草
地的调查表明 , 白三叶的播种比例为 9 8 . 7写 ;
B r o a d 红 三 叶 5 5 . 6% ; M o : , t g o n i e r y 红三 叶
1 4
·
6% ; S u b t e r r a n e a ,飞三 汗于草 2 9 . 7写 ;百脉根
4
.
5% ;其它 7 . 0% 。
一般混播草地的生产力比单播草地高得
多 , 据 C。 。 p 等 ( 1 9 8 6) 估计 ,新西兰混播草地
的 生 产力 随 降雨 和 温 度 变化 , 其 幅 度 在
1 0 0 0 0~ 2 0 0 0 0 公斤干物质 /公顷 。 一般经改
良的混播草地比未改良草地产草量提高 1 . 7
倍左右 ( G r a n t 1 9 7 3 ) 。 美 国的混播草地产草
量也在 5 0 0 0一 1 2 50 0 公斤 D M /公 顷左右 ,远
比单播草地高 ( B u r , 1 5 1 9 8 4 ) 。 在英国 , F r a n l e
( 1 9 7 2 )报道红三叶混播草地的产草量比单播
红三 叶第一年高 23 %一 35 写 ,第二年高 1 写
~ 6 8 %
。 混播草地生产力较高的原因 , 主要是
因为豆科牧草的固氮促进了禾本科牧草的生
长 , 所以在草地生产中充分利用其固氮价值
和规律是十分必要的 。
2 固氮价值
混播草地 中豆科牧草大多具有良好的固
氮能力 。 在新西兰 , H o g l: : : 1 0 . 等 ( 19 5 2 ) 总、结 T
多人的试验结果 (表 1 )后认为 , 纯禾草草地
需要施用 3 0 0 ~ 6 0 0 公斤 /公 顷 /年氮肥才能
达 到 混 播 草 地 的 生 产 水 平 . H og lu 记 等
( 1 9 7 9 )
、
F ie ld 等 ( 1 98 2 )都认为 , 混播草地 中
禾本科牧草每年至少吸收了 1 50 ~ 3 0 0公斤 /
公顷被豆科牧草固定的氮 。 在英国 , H山、 t 等
( 1 9 7 5) 计算了黑麦草从红三叶中获取氮肥量
所形成的产草量 ,相当于黑麦草第一年获得
了 2 5 2 公斤 /公顷氮肥 ; 第二年 2 09 公斤 /公
顷 ; 第三 年 为 1 4 公 斤 /公顷 。 而 美 国 的
Bt
: r
ls ( 1 9 8 4) 分析了多人所做的单播禾草施
肥草地产量和混播草地的产量 比较试验 , 从
中可以看出豆科牧草的固氮对混播草地产量
形成的影响是十分明显的 (表 2 ) 。 H o g l u n d 等
( 1 9 8 2) 认为 , 混播草地中豆科牧草最大的 固
氮效率为每吨豆科牧草干物质可固氮 1 10 公
斤 , 而最低固氮效率为 20 公斤 ,所 以其豆科
牧草年产量为 5 . 5 吨的草地每年可固氮 6 0 0
公斤 /公顷 ; 同时他还测定了新西兰 9个典型
地区样点的固氮效率 , 其平均值为 69 . 8 公斤
N /豆科牧草 D M (吨 ) , 并推算出豆科牧草固
氮效率方程式 :
E ~ 8 7一 1 . s l L + 0 . 0 2 8 C 一 0 . 3 5 R
式 中 E 为牧草固氮效率 [公斤 N /豆科
牧草 D M (吨 ) j , L 为豆科牧草在草地干物质
产量中的 比例 (% ) , C 为土壤 中 C : N 比值
十牧草总 N 量 , R ~ 禾草 N 写 /豆科 N % x 牧
草总 N 。
表 1 混播草地固氮能力的几个试验
_
, , 、 产 盈 固 氮 效 率
(吨 /公顷 ) (公斤 N / 公顷 ) ( 公斤 D M /公斤 N )
eS :
: r 、 等 ( 1 9 6 5 )
压. 11等 ( 19 7 9 )
L a rn b
o r t 等 ( 1 9 8 2 〕
xlJ 割禾草 , 剪下移出
xlJ 割禾一豆牧草 , 移出
刘割禾一豆牧草 , 保留
XlJ 割和放牧禾草
xlJ 割和放牧禾一 豆牧草
放牧 , 施适量 P 、 S 肥
放牧
B r oc k 等 ( 19 7 3 ) .
S i
n e l a i
r 等 ( 19 77 ) `
E d m e
a
d
e s ( 19 7 8 )
`
W
e : Ld a 等 ( 1 9 70 ) `
, s N 示 踪
灌 溉
1
.
9 4 10
1 2
.
7 68 3 1 6
.
0
1 4
.
5 4 ( ) 9 3 2
.
0
1 0
.
4 10
1 5
.
6 34 8 1 5
.
5
4
.
7 1 74
7
.
3 8 1 35 4 3
.
8
5 70
8 6~ 2 14
4 5~ 14 2
3 00
, 来自 H o g l u n d “ , s艺 )的 资料 .
表 2单播禾草施肥后产量与该种混播产量 L匕较 (公斤 D / M公顷 )
单播禾 草施氮肥量 ( 公斤 /公 顷)
地点 禾草种
34一 5 6 6 7
一
9 5 1 1 1 6 1 2 24() 1 9 6 2 24 8 20 30 0 36 4 4 38
混播产量
( 公斤/ 公顷 )
F 坛
Al
a
1 18 40 1 5 6 9 ( )稗茅雀鸭
高羊茅
高羊茅
狗 牙根
早熟禾
高羊茅
):::
11 9 40
4 4 80
6 1 6炙)
6 1 20
6 6 10
8 4 () 0
8 1 60
7 9 5 0
1 0 4 20
2 31 0
8 3 30
5 8 7 0
6 7 4 3
6 6 1 6
5 9 10
:::: :):{} ;:::
高羊茅
7 4 4 3
7 9 47
7 8 46
7 5 24
8 9 15
9 1 9 8
9 1 9 8
9 5 28
— 豆 科种5 6 0 1 1 20 白三叶红三叶
红三叶
白三叶
红三叶
白三叶
白三叶
白三叶
白三叶
红三叶
红三叶
首 荷
首 楷
首 箱
首 楷
7 8 4 4 7 8 4 4 首 蓓
白三叶
8 07 0 7 40 0 首 荷
白三叶
1 1 8 30
6 10 0
6 0 8 0
7 6 30
8 9 30
5 8 30
5 8 20
8 8 7 3
6 0 0 3
8 490
8 5 0 4
8 0 28
8 7 5 4
8 5 32
8 4 1 3
茅麦鸭雀
草麦雀鹅
猫尾草
借首鸭 茅 6 7 2 3
鹅 草 3 30 2:;:; :;:: ::::
la.A环际d Mlowó耐i s淤
3土攘含氮量与 固氮能 力
豆科牧草的固氮能力与土壤中的含氮量
有明显关系 ,一般土壤含氮量低 ,则豆科牧草
的固氮能力随该牧草的生长速率而提高 , 随
土壤含氮量提高 , 固氮能力下降 。 根据 S ca sr
等 ( 1 9 6 5) 的试验 ,在高含氮土壤中 ,豆科牧草
80 %以上的氮是从土壤中获取的 , 这可能是
导 致 豆 科 牧草 固氮 能 力下 降 的原 因 。 从
H o g l u n d 等 ( 1 9 8 4 )提 出的固氮能力与土壤含
氮量 、 牧草生长状况关系模型图可以看 出这
种规律 ( 图 1 ) 。
4 生长季节与 固氮能 力
在混播草地中 , 豆科牧草的固氮能 力不
仅与其 自身的发育阶段有关 , 而且与生长季
节有关 。 据 H og lo dn 等 ( 1 9 8 2) 的试验 ,豆科牧
草的固氮 能力以秋一冬季最强 , 达 85 一 1 10
公斤 /豆科牧草 D M (吨 ) .而此时土壤含氮量
最低 , 为 SP m 以下 , 春季 固氮能 力次 之 , 为
6 6
4 2 ~ 5 5公斤 N /豆科牧草 D M (吨 ) ,此时土壤
含氮量在 l o p p m 以下 ,而 以夏季豆科牧草的
固氮效率最低 , 仅为 19 ~ 4 0 公斤 N /豆科牧
草 D M (吨 ) , 此时土壤中的含氮量可达 15 一
3 5 p p m
。 很多人指出 ,豆科牧草的固氮能力的
季节变化不仅与牧草的季节生长状况有关 ,
而且还与此时土壤中含氮量的季节变化有关
( C r
t一s h 1 9 8 4 )
。
5 施肥与 固氮能 力
施氮肥会对混播草地造成复杂的影响 ,
首先它会增加禾本科牧草的产量 , 继而增加
整个草地的产草量 。 如 B a ll等 ( 1 9 8 4 )总结多
人的试验结果 , 认为新西兰放牧草地产量为
13
·
4 ~ 1.7 0 吨 D M /公顷 /年 , 在最高施氮肥
水平下 ( 4 50 ~ 8 0 0 公斤 N /公 顷 ) ,其产草量
可提高 3 . 6~ 3 . 8 吨 /公顷 /年 , 但同时每增加
3 吨禾草产量 , 又 可能导致豆科牧草减产 1
吨 , 而 E n : l ik (一9 8 2 )的试验表明 , 每增加 1 . 7 5
铃拱城国
吨禾草 , 即可使豆科牧草减产 1 吨 。 从 B al
( 1 9 8 4) 所做的混播草地豆科和禾本科牧草产
量关系图可以了解这种规律 (图 2 ) 。
另一方面 ,施氮肥会降低豆科牧草的固
氮效率 , B a l l ( 1 9 7 9 ) 的试验表 明 , 施氮肥 4 50
公斤 /公顷 ,豆科牧草固氮能力仅为 53 公斤 /
公 顷 , 比不施肥下降 2 10 公斤 /公顷 。 C r lsL h
( 1 9 8 2) 的试验也证明 . 在生产 力较高的的草
地上施肥 , 豆科 牧草的固氮能力从 1 0 公斤
N /公顷下降到 65 公斤 N /公顷 , 其固氮效率
从 40 公斤 N /豆科牧草 D M (吨 ) 下降到 28
公斤 /豆科牧草 D M (吨 ) , 一般施氮肥 1 0 一
15 。 公 斤 /公 顷 , 则 豆 科 牧 草 固 氮量 下 降
3 0%
。 此外他还指出 ( 1 98 4 ) , 在奶 、 肉牛放牧
草地上 ,施氮肥 50 公斤 /公顷 /年 , 豆科牧草
产量下降 2 . 3一 2 . 6 吨 /公顷 /年 ,在坡度较大
的草地上 , 一般每施 1公斤氮肥 ,豆科牧草固
氮能力下降 。 . 31 公斤 。
豆科牧草生长速率
图 1 固氮能力与土壤含氮量 、
牧草生长状况的关系
4
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.
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ù吕6
二 君 . 。…\ 二
ǎ令写、芝。留).礼郊铸沐侧
0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 16 1 8 2 0
禾草产 l (吨 D M /公顷 )
图 2 豆科牧草和禾本科牧草产量的关系
H o g l t : n d 等 ( 1 9 8 2 )总结的施氮肥量与豆
科牧草固氮效率的关系如图 3 。 此外 ,众多的
试验都表明 ,在混播草地中施氮肥也会影响
豆 科牧 草 的 比例 和 生 长 状 况 , 如 rF a m e
( 1 97 6 )发现在高于 2 0 公斤 /公 顷施氮肥水
平下 , 白三叶产量几乎无变化 , 而 C h e s t ,I L: t t
( 1 9 7 0 )的试验表明 , 当施氮肥量超过 1 50 公
斤 /公 顷 , 草地 中的 白三 叶成份 迅速 减少 ,
I{ :
: : I t 等 ( 2 9 7 5 )报道 , 在未施肥的红三叶和高
羊茅混播草地 中 , 前三年的干草产量分别为
12
·
7
、
10
·
8 和 7 . 9 吨 /公顷 ,红三叶的 比例分
别为 69 % 、 63 %和 2 % ,而在施肥的处理中 ,
其干草产量分别为 1 3. 1 、 12 . 6 和 12 . 7 吨 / 公
顷 , 而红三叶 的比例则 下降为 52 写 、 25 %和
4 %
。 通过 ` SN 示踪分析 , 在混播草地中施肥 ,
黑 麦 草 吸 收 的 氮 95 %来 自所 施 的 氮 肥
(W
a lk e r 等 1 9 5 6 ) 。 目前许多人认为 ,施氮肥
造成混播草地中豆科牧草比例下降的原因主
要是 因为施氮肥促进禾草 的生长 ,进而增加
了对 豆科牧草的遮 阴 , 从而影响豆科牧草的
生长 ( B la e k m a : 1 , 1 9 3 8 ) 。 根据以上结果 ,在混
播草地生长的前几年充分利用豆科植物的固
氮能力 , 而在 以后豆科牧草成份在草地 中减
少时再施用一定量氮肥 , 是一种经济有效的
施肥方法 。 大多数试验都表明 ,其它肥料 ,特
别是磷肥能有效地促进豆科牧草的生长和固
氮能力 。
3 )
. 此外 , L a :飞e a s h i r e ( 1 9 8 4 ) 比较 T 红三叶和
百脉根的固氮能力 ,表明红三叶较高一般人
认为首藉的固氮能力相对较差 ,王栋 、任继周
等 ( 1 9 89 ) 引用莫索洛夫的资料表 明 ,每公顷
首楷每年 自土壤中吸取约 2 0 0 公斤氮 , 而小
麦仅吸取 1 04 . 5公斤 。 同时 , 王栋 、任继周等
( 19 8 9) 还认为 ,红豆草的固氮能力比首箱差 。
表 3 三种豆科牧草的固氮能力
豆科种 总固氮量
(公斤 /公顷 )
转入木草中的 N
第一年 第二年
白三 叶
百脉根
S
: : 。 k l i n g 三 叶草
:; ::
5 6 66
Où日匕」门了O一亡n哎d匕qJ山
一 4 0葵蠢
翻玄 一 80
上匆
拱一 1 2 0
只理喊闷 一 16 0
0 ] 0 0 20 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0
施振肥 t (公斤 N /公顷 /年 )
图 3 施氮肥量与豆科牧草
固氮能力下降的关系
6 豆科收草种 的 固氮能力
混播草地 中豆科牧草种不同 , 其固氮能
力也不同 。 根据 Br oc k ( 1 9 7 3) 的试验 , 以百脉
根 较高 , 白三 叶和 S t : e k li: 1 9 三叶草次之 (表
6 8
7 影响 固氮的其它 因素
7
.
1 土壤元素
除土壤含氮量外 , 豆科牧草的 固氮能力
还与土壤 P 、 K 、 S 、 M 。 等元素的含量有关 。 如
J a ck m a n 等 ( 1 9 72) 的试验表明 ,土壤含磷量
增加 , 白三叶的竞争 力也增强 ,其固氮能力增
加 ,潜在的氮转移也最大 。
7
.
2 土壤酸度
因为豆科牧草的耐酸能力普遍较禾本科
牧草弱 , 所以酸性土壤严重影响豆科牧草的
固氮能力 ( A . 1 :飞。 t t。 等 19 8 4 ) 。
7
.
3 草地管理利用
草地管理利用的状况会明显影响豆科牧
草的固氮能力 .如在家畜采食后 ,固氮能力大
为降低 , 并在 1 ~ 2 天内降至最低点 , 在 5~ 6
天后 又逐渐恢复 ( C r t : s h 等 19 8 1 ) , 所以有人
建议在采食后施氮肥可能有助于豆科牧草的
再生 ( B r o e k 19 7 8 ) , 同时他还发现 ( 1 9 8 1 ) , 在
晚春至早冬期问 , 固定放牧草地中的白三 叶
固氮能力比轮牧草地高 37 % 。
7
.
4 环境因子
温度和水分是限制豆科牧草固氮的最重
要 环境 因子 。 C r o u e h le y ( 1 9 7 9 )报道 ,在雨水
少的年份 , 豆科牧草的固氮能力为 90 公斤 /
公 顷 /年 ,而在雨水多的年份则为 2 40 公斤 /
公顷 /年 。 M e w il li a m ( 1 9 7 8 )认为豆科牧草生
长所需的地表温度为 5~ 35 ℃ , 最适温度为
2 0一 2 5 ,C 。 R o : : g h le y (一9 70 )认为 ,对豆科牧草
最佳 的固氮温度范围是 10 一 30 ℃ 。
入 系统的研究混播草地的组成 、结构和建设
管理方法及豆科牧草的固氮效能和规律 , 是
草地研究的一个重要内容 。
9 参考文献
8 固氮效益
生物固氮是混播草地的最大优势之一 ,
其草地生产的效益是十分明显的 , 例如 由于
新西兰建植了大 量的混播草地 ,所以草地生
产的能耗很低 。 据 W al ke r ( 1 9 7 2) 的计算 ,在
新西兰混播草地 中每投入 1 焦尔的能量 ,能
生产 出 30 ~ 10 0 焦尔能量的畜产品 , 且大部
分能耗为油料 。 英国草地的能量投入产出比
为 1 : 35 , 而多年生黑麦草草地的能量投入
产出比仅为 1 : 3 . 3 ,其中 97 %的能耗为肥料
(W h i t
e 等 1 9 8 2 ) 。 M e e h e s : 、 e y 等 ( 1 9 8 1 )计算
新西兰草地产品的能耗 ,如不计算加工和运
输 , 仅为 13 M J / k g , 是世界上草地 生产能耗
较低 的国家 ,从他统计的新西兰与英国草地
生产能耗情况表可以看出这一状况 (表 4 ) 。
表 4 新西兰和英国草地生产能耗比较
( M J / k g 蛋白质 )
类 别 新 酉 兰 英 国
1 E ll io t
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(下转第 73 页 )
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a lk e r ( 1 9 8 0 )认为 , 豆科牧草 占 2 0乡石的
混播草地平均每年能固氮 20 0 公斤 /公顷 , 他
估计如果新西兰有一千万公 顷这样的草地 ,
则等于每年施氮肥 2 百万吨 ,是 目前年 施氮
肥量 2 万吨的 10 。 倍 。 由此可见 , 混播草地在
经济有效的提高草地生产力方面具有巨大的
潜力 , 特别是在我国草地建设和管理 资金不
足的条件下借鉴新西兰等国的经验 , 充分利
用豆科牧草的固氮价值进行高效节能生产是
十分必要的 。 所以 ,结 合我国实际情况 , 更深
亡率 。 1 9 8 7 年韩国富有 60 只基础母羊 , 产冬 羔 105
只 ,成活 89 只 ,产双羔 15 对 . 搞青贮饲料以后 , 1 9 9。
年有 87 只基础母羊 , 产冬羔 1 19 只 ,成活 1 13 只 , 双
羔 37 对 . 1 9 9 1年接冬羔 10 9 只 , 成活 107 只 , 产双羔
3 8 对 ,原来他需花 l 。。 o 元钱买玉米秸 , 花 2。。 o 元钱
雇牧工 , 自从搞青贮饲料后 ,省下了这笔开支 . 牲畜
的死亡率由原来的 4% 一 6 %降低到 。~ 1% 。
5 社会效益
以前种草多采用秋季一次性刘 割利 用 . 大量的
粗枝硬杆被作为燃料烧掉 . 而推广青贮饲料技术 ,首
先可使牧草的利用率由 46 %提高到 89 . 6% ,为豆科
牧草的合理利用开辟新途径 . 其次是为草原畜牧业
枯草期蛋白饲料的不足提供了可靠的补充来源 ,从
而增加产毛量 ,提高牲畜致殖成活率 . 第三是促进草
原畜牧业发展 , 保证家畜顺利进行舍饲或半舍饲 ,从
而减轻放牧场压力 ,提供草牧场休养生息的机会 ,有
利于 防止草牧场退化 、 沙化 .
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