黃秀聲，黃勤樓，楊信，翁伯琦，陳鐘佃1，，鐘珍梅

（1.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，福建 福州350013；2.福建省草業(yè)工程技術(shù)研究中心，福建 福州350013；3.福建省丘陵地區(qū)循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，福建 福州350013；4.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，福建 福州350013）

＊畜牧業(yè)是我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，與其迅速發(fā)展相伴生的環(huán)境問題日益突出，畜禽廢棄物排放已成為影響我國環(huán)境狀況改善的重要污染源之一。近年來，一些養(yǎng)殖場引進(jìn)狼尾草屬（Pennisetum）牧草進(jìn)行污染生物降解吸收和環(huán)境修復(fù)，通過它來消納沼液或污水［1］。狼尾草屬牧草為多年生禾本科牧草，具有耐旱、耐瘠、耐氮、耐濕的特點(diǎn)，加之產(chǎn)量高，適口性好，不僅是草食性畜禽的優(yōu)良青飼料，打漿后還可以作為肉豬的青飼料［2］，也可作為飼糧粗纖維來源，解決生產(chǎn)上母豬飼糧中粗纖維含量難以滿足的實(shí)際問題。但是，對于狼尾草草地系統(tǒng)，如果過量的容納沼液或污水，極易因?yàn)镹、P淋溶造成土壤污染、土質(zhì)退化和地下水污染。此外，利用沼液澆灌牧草是否會(huì)造成牧草硝酸鹽含量超標(biāo)，美國家畜飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，飼料作物干物質(zhì)中硝態(tài)氮含量（以硝酸鹽計(jì)）0～0.25%安全，0.25%～0.50%警戒，0.50%～1.50%危險(xiǎn)，超過1.50%有毒。由于硝酸鹽含量超過0.25%時(shí)，對家畜均會(huì)造成不同程度的毒害，因此，有的研究者把硝酸鹽含量超過0.25%作為有毒的限量指標(biāo)［3，4］。目前，國內(nèi)外關(guān)于飼草硝酸鹽積累的研究主要集中在無機(jī)氮肥及畜禽糞便等有機(jī)氮肥［3－7］，對沼液澆灌對牧草植株硝酸鹽安全及沼液中的氮素利用效率報(bào)道很少。本研究主要采用土柱栽培法，通過不同氮素水平的沼液澆灌，研究狼尾草植株硝酸鹽含量累積、牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量及沼液中的氮素淋溶等指標(biāo)，評價(jià)氮素利用效率及硝酸鹽累積安全性，為今后狼尾草在養(yǎng)殖場的污染治理及循環(huán)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試牧草 試驗(yàn)于2009年在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所網(wǎng)室進(jìn)行。品種為“閩牧6號”狼尾草（P.americanum×P.purpureumCV.Minmu 6），來自福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所牧草品種資源圃。采用莖節(jié)扦插成活后30d移栽。

1.1.2 供試土樣 采用南方典型的山地紅壤土，未被人為耕作過，按0～20，20～40，40～70cm不同土層分層取土，0～20cm土層土壤營養(yǎng)成分為 N 0.09%、P 0.020%、K 2.53%；20～40cm 土層營養(yǎng)成分為 N 0.09%、P 0.022%、K 2.53%；40～70cm 土層營養(yǎng)成分為 N 0.08%，P 0.021%，K 1.67%。

1.1.3 沼液 取自福州某集約化大型豬場，每個(gè)牧草刈割周期取沼液2次，用25kg的密閉容器盛裝，貯于冰柜保鮮。試驗(yàn)期間共取沼液8次，測得沼液含 N 量分別為0.20%，0.12%，0.15%，0.15%，0.18%，0.15%，0.18%，0.18%。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 栽培方法 采用土柱栽培法，栽培試驗(yàn)用長85cm、內(nèi)徑30cm的由PVC管鋸成的塑料土柱21個(gè)，土柱管底套上1個(gè)可以滲水的白鐵皮托盤，并在托盤外套上1個(gè)白鐵皮加工的漏斗，漏斗管下接盛接液體的密閉容器。在管內(nèi)底部裝10cm左右石英砂，并加以濾布，以過濾下滲水。采用原位土柱法，按0～20，20～40，40～70 cm裝土，每個(gè)土柱裝土60kg，種植牧草以后，面上再鋪2cm厚的石英砂。塑料土柱置于鋼架臺面，栽培試驗(yàn)放在網(wǎng)室中進(jìn)行，網(wǎng)室高5m，屋頂用透明玻璃遮蓋，四周通風(fēng)。

1.2.2 試驗(yàn)處理 沼液澆施牧草設(shè)7個(gè)處理，3次重復(fù)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)每次沼液澆肥水平以折算成如下純N用量水平，分別用 N0（CK）、N1、N2、N3、N4、N5、N6表示。即每次澆灌折純氮0，5，10，20，40，80，160kg／hm2。牧草刈割周期為45d［8］，每個(gè)刈割周期澆灌沼液9次。牧草全年共刈割4次，分別用T1，T2，T3，T4表示。

1.2.3 澆灌方法 移栽成活返青后，按上述不同處理設(shè)計(jì)每5d澆灌1次，澆灌方法按上述不同處理不同濃度稀釋到1 500mL的相同體積來澆灌，澆灌沼液的間隔期間再澆1次水，用量為1 000mL。

1.2.4 取樣 試驗(yàn)期每45d刈割1次，牧草留茬高度為10cm。每次分別取地上部植株鮮樣進(jìn)行硝態(tài)氮測定，取地上部莖葉進(jìn)行干物質(zhì)和全N含量測定。每天對土柱淋溶液體及時(shí)地收集，測定記錄淋溶液體體積，并在冰箱0℃以下冰凍起來，每15d對每個(gè)處理匯集的土柱淋溶液體測定全N含量。在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，分別取土柱0～20，20～40，40～70cm土層土壤，測定土壤全N含量。

1.3 測定指標(biāo)和方法

1.3.1 硝酸鹽測定 采用水楊酸－濃硫酸法［9］。

1.3.2 干物質(zhì)測定 按刈割時(shí)間分別對植株莖和葉稱鮮重，然后置65℃烘箱烘干至恒重后稱重。

1.3.3 株植全氮和粗蛋白含量測定 全氮含量測定采用半微量凱氏定氮法［3］。粗蛋白質(zhì)含量按照全氮含量×6.25折算。

1.3.4 淋溶水樣全氮含量測定 采用堿性硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB11894－89）。

1.3.5 土壤全氮含量測定 采用半微量凱氏定氮法［10］。

1.3.6 氮素生產(chǎn)效率評價(jià)指標(biāo) 參考文獻(xiàn)［5，11，12］的方法，評價(jià)指標(biāo)氮肥利用率（recovery rate，REN）＝（UN－U0）／FN×100；氮肥生理利用率（physiological efficiency，PEN）＝（YN－Y0）／（UN－U0）；氮肥農(nóng)學(xué)利用率（agronomic efficiency，AEN）＝（YN－Y0）／FN；氮肥偏生產(chǎn)力（partial factor productivity，PFPN）＝Y(jié)N／FN。式中，Y0，U0代表不施沼液的對照牧草產(chǎn)量和氮素吸收。YN，UN代表施沼液處理的牧草產(chǎn)量和氮素吸收。FN代表施沼液處理氮素用量。粗蛋白質(zhì)生產(chǎn)效率（crude protein production efficiency，CPPE）為每盆的粗蛋白質(zhì)產(chǎn)量與施氮量之比。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，Duncan’s多重比較及二次回歸模型建立。

2 結(jié)果與分析

2.1 澆施沼液對狼尾草硝酸鹽累積的影響

在T1測定期，處理N1、N2、N3的狼尾草植株（干基）硝酸鹽含量與N0（CK）相比較無顯著差異 （P＞0.05）（圖1），但隨著施沼液氮量水平的提升，牧草植株硝酸鹽含量隨沼液氮量水平的提高而顯著提高，其中N6處理的硝酸鹽含量最高，達(dá)到412.94μg／g，顯著高于各處理（P＜0.05）。T2測定期也以N6處理的植株硝酸鹽含量最高，達(dá)到352.51μg／g，顯著高于各處理（P＜0.05）。N2、N3、N5牧草植株硝酸鹽含量也顯著高于對照（P＜0.05），N1和N4則與N0無顯著差異（P＞0.05）。T3測定期N1、N2處理牧草植株硝酸鹽含量與對照N0（CK）差異不顯著（P＞0.05），但 N3、N4、N5、N6則顯著高于對照 N0（P＜0.05），其中 N4、N5、N6的植株硝酸鹽含量分別達(dá)到673.28，858.86和850.47μg／g，顯著高于其他處理（P＜0.05）。T4測定期除 N1硝酸鹽含量與 N0（CK）無顯著差異外，N2～N6均顯著高于對照N0（P＜0.05）。從T1～T4各刈割期的植株硝酸鹽分析結(jié)果看，“閩牧6號”狼尾草植株硝酸鹽含量隨著沼液氮素水平的提升而提高的趨勢較為明顯，從牧草沼液中氮量水平與硝酸鹽含量的相關(guān)性分析（表1）也可看出，從T1～T4期，牧草植株硝酸鹽含量與沼液中的氮量水平均呈正相關(guān)，其中T1、T3和T4期，呈極顯著相關(guān)（P＜0.01）。在T3、T4刈割期，N5處理植株硝酸鹽水平達(dá)到最高，其中T4刈割期硝酸鹽最高含量達(dá)965.69μg／g，但低于硝酸鹽有毒限量指標(biāo)0.25%。

圖1 不同沼液氮素水平雜交狼尾草植株硝酸鹽含量Fig.1 Effect of different levels N in biogas slurry on nitrate content in Pennisetum

表1 沼液氮素水平與硝酸鹽的相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlation coefficient between different levels N in biogas slurry and nitrate in Pennisetum

2.2 澆施沼液對狼尾草產(chǎn)量及粗蛋白含量和粗蛋白產(chǎn)量的影響

2.2.1 施沼液對狼尾草產(chǎn)量的影響 在T1測定期，各處理牧草干草產(chǎn)量差異不顯著（表2），這可能是在牧草建植過程中，土壤中的營養(yǎng)成分可以足夠?yàn)橹仓晡眨虼嗽赥1期，澆灌沼液的處理并未表現(xiàn)出產(chǎn)量的優(yōu)勢，N1和N2的牧草產(chǎn)量還略低于對照。但在隨后的刈割周期，隨著施肥水平的提升，牧草產(chǎn)量呈較為明顯的上升。從全年產(chǎn)量看，處理 N0～N6分別為130.66，149.03，162.12，199.90，193.64，231.56，261.49 g／盆，其中N1、N2牧草產(chǎn)量與對照差異不顯著，但產(chǎn)量仍比對照分別提高14.06%和24.08%。N3～N6的牧草產(chǎn)量則顯著高于不澆沼液的對照（P＜0.05），其中N6處理產(chǎn)量最高，顯著高于處理N0～N4（P＜0.05），與N5差異不顯著（P＞0.05）。

2.2.2 施沼液對狼尾草產(chǎn)量及粗蛋白含量和粗蛋白產(chǎn)量的影響 牧草以莖葉為收獲對象，莖葉中粗蛋白含量的高低，直接關(guān)系到草食動(dòng)物的飼用效果。從“閩牧6號”狼尾草移栽后第1次刈割（T1），N0～N6各處理的粗蛋白含量均無顯著差異（P＞0.05）（圖2）。從第2次刈割（T2）開始，牧草粗蛋白含量隨著沼液氮素水平的提升呈較為明顯的上升。T2測定期除N1與對照無顯著差異外（P＞0.05），其他處理粗蛋白含量均比對照顯著提高（P＜0.05），其中N6處理顯著高于N0～N4處理（P＜0.05），但與N5差異不顯著（P＞0.05）。T3測定期N1、N2粗蛋白含量與N0無顯著差異（P＞0.05）。N3～N6的粗蛋白含量則顯著高于對照N0（P＜0.05），其中N6的粗蛋白含量最高，達(dá)18.69%，顯著高于其他處理（P＜0.05）。T4測定期N6處理的粗蛋白含量達(dá)到最高，為21.35%，但與N4、N5處理無顯著差異（P＞0.05）。從T2～T4測定期可以看出，從N3開始牧草粗蛋白含量出現(xiàn)較為明顯的上升，但在N5時(shí)（每次澆灌純N用量水平80kg／hm2），牧草粗蛋白含量基本趨于穩(wěn)定。

在粗蛋白產(chǎn)量方面（圖3），在T1測定期，各處理的粗蛋白產(chǎn)量差異不顯著（P＞0.05），這可能是在牧草建植過程中，土壤中的營養(yǎng)成分可以足夠?yàn)橹仓晡?，因此，在粗蛋白含量和產(chǎn)量方面，各處理間差異不顯著。但從T2測定期開始，牧草粗蛋白產(chǎn)量隨著沼液澆灌量的加大呈較為明顯的上升趨勢。從全年牧草粗蛋白總產(chǎn)量看出，N0～N6的粗蛋白產(chǎn)量分別為10.37，13.10，15.59，21.31，27.69，34.84，44.09g／盆，其中 N1、N2處理與對照差異不顯著，但隨著沼液澆灌氮量的提升，牧草粗蛋白產(chǎn)量呈上升趨勢，N6的粗蛋白產(chǎn)量顯著高于其他處理（P＜0.05）。

表2 施沼液對雜交狼尾草干草產(chǎn)量的影響Table 2 Effect of fertilizing biogas slurry on yield of Pennisetumhey g／盆 Pot

圖2 各刈割期牧草粗蛋白含量Fig.2 Crude protein content of forage in different cutting periods

2.3 施沼液對雜交狼尾草氮素利用效率的影響

從全年牧草生產(chǎn)的氮肥利用率、蛋白質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素生理利用率、氮素農(nóng)學(xué)生產(chǎn)效率和氮肥偏生產(chǎn)力等5個(gè)氮素利用效率指標(biāo)來看（表3），隨著施氮量的增加，5個(gè)指標(biāo)均呈降低趨勢，其中在氮肥利用率方面，處理N1、N2、N3分別達(dá)到34.66%，33.70%，34.72%，三者間差異不顯著（P＞0.05）；處理N4、N5、N6的氮肥利用率則逐漸下降，N6氮肥利用率僅為13.38%。以上5個(gè)氮素利用效率指標(biāo)說明利用沼液澆灌牧草，沼液量越大，其施氮越多，氮素利用效率也越低，損失率也越大。

2.4 土柱淋溶氮量分析

從T1、T2、T3、T4土柱淋溶的氮量測定表明（表4），隨著沼液中氮素水平的提高，氮素淋溶的量呈明顯的加大趨勢，其中以N6處理淋溶的氮量最大，顯著高于其他處理（P＜0.05），其次為N5處理。而在T3、T4期，由于牧草生物量逐漸下降，對于高氮素水平澆灌的處理N5和N6，其氮素淋溶量也增大，其中N5處理在T3、T4期淋溶量達(dá)到26.81和36.90mg，N6處理在T3、T4期淋溶量則達(dá)到99.78和147.34mg。從全年生產(chǎn)期間總的淋溶氮量分析，處理 N0～N6分別為2.11，2.39，2.97，5.24，13.96，80.69，312.3mg，方差分析表明，N6顯著高于其他6個(gè)處理（P＜0.05），N5顯著高于處理N0～N4（P＜0.05），而N0～N4則相互之間差異不顯著（P＞0.05）。

圖3 各刈割期牧草粗蛋白產(chǎn)量Fig.3 Crude protein yield of forage in different cutting period

表3 施沼液對雜交狼尾草氮素利用效率Table 3 Effect of fertilizing biogas slurry on Pennisetumutilization of N%

表4 不同氮素水平的沼液土柱淋溶氮量Table 4 Effect of different N levels on amount of N in soil column leaching mg

2.5 狼尾草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量等指標(biāo)和沼液氮素水平的相關(guān)系數(shù)及二次回歸模型分析

對沼液澆灌的狼尾草全年產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、總淋溶N量、氮素利用率和沼液氮素水平進(jìn)行相關(guān)性分析表明（表5），全年產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、總淋溶N量和施氮量相互間都呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），而氮素利用率與全年施氮量、全年產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與總淋溶N量呈正相關(guān)關(guān)系。此外，建立了狼尾草全年產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、總淋溶N量、氮素利用率和沼液氮素水平的二次回歸模型（表6），從上述各項(xiàng)指標(biāo)分析可以看出，狼尾草全年產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、總淋溶N量、氮素利用率與施氮量的關(guān)系多數(shù)與二次多項(xiàng)式相吻合。

表5 狼尾草全年產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、總淋溶N量、氮素利用率和施氮量的相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficient among year’s yield of Pennisetum，crude protein yield，N amount of soil column leaching，utilization of N，amount of N fertilized

表6 狼尾草全年產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、總淋溶N量、氮素利用率和施氮量的二次回歸模型Table 6 Quadratic regression model among one year’s yield of Pennisetum，crude protein yield，N quantity of soil column leaching，utilization of N，quantity of N fertilized

2.6 對土壤全氮含量的影響

在0～20cm土層，土壤中全氮含量隨著沼液氮素水平的上升呈上升的趨勢（表7），但N0～N5處理間差異并不顯著，N6處理全氮含量最高，達(dá)0.0744%，顯著高于N0和N3（P＜0.05），但與 N1、N2、N4、N5處理差異不顯著。在20～40cm土層，以N6處理全氮含量最高，但各處理間差異不顯著。在40～70cm，N1～N4處理與對照差異不顯著，而N5、N6土壤氮含量顯著上升，全氮含量顯著高于N1～N3處理（P＜0.05），說明隨著沼液氮素水平的提升，沼液中的氮在40cm以下越深的土層，殘留量越大。

表7 土壤不同土層全氮含量Table 7 Total N content in different soil layers %

3 討論

硝態(tài)氮是大多數(shù)植物從土壤中吸收氮素的主要形態(tài)，植株中硝態(tài)氮累積是旱作植物的共性。本研究利用養(yǎng)殖場沼液每次以不同氮素水平0～160kg／hm2澆灌“閩牧6號”狼尾草。從植株硝酸鹽積累看，狼尾草硝酸鹽含量隨著沼液氮素水平的提升而提高，但在N5水平時(shí)（每次澆灌氮素水平達(dá)到80kg／hm2，即1個(gè)刈割期共澆9次，施氮量達(dá)720kg／hm2）基本趨于穩(wěn)定，其中在T4刈割期植株硝酸鹽水平最高含量達(dá)965.69μg／g，但低于硝酸鹽有毒限量指標(biāo)0.25%。說明利用養(yǎng)殖場高氮量的沼液來澆灌狼尾草，植株硝酸鹽累積均在安全范圍內(nèi)，牲畜飼用則是安全的。王永軍等［6］研究認(rèn)為，1次施高氮600kg／hm2不會(huì)引起墨西哥玉米（Zeamays）硝酸鹽含量超標(biāo)。而鐘小仙等［4］研究則認(rèn)為有機(jī)肥有降低作物硝酸鹽含量的作用，而無機(jī)氮肥則相反。目前，沼液對牧草硝酸鹽累積的研究鮮有報(bào)道，對于沼液中的氮素形態(tài)對狼尾草植株的硝酸鹽累積過程尚需進(jìn)一步地深入研究。

粗蛋白含量和粗蛋白產(chǎn)量是衡量牧草營養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)。國內(nèi)外大量研究表明，施用氮肥可促進(jìn)牧草粗蛋白含量的提高［13］。從沼液中施氮水平來分析，牧草的粗蛋白含量和粗蛋白產(chǎn)量都隨著施氮量的增加而升高，其中粗蛋白含量在N5時(shí)基本趨于穩(wěn)定。但隨著施氮量的增加，蛋白質(zhì)生產(chǎn)效率則逐漸降低，其中N5和N6處理蛋白質(zhì)全年生產(chǎn)效率僅為1.73%和1.09%，顯著低于N1～N4處理。這與黃立華等［14］、王月褔等［15］的研究結(jié)果相似，適量增施氮肥可提高作物粗蛋白含量，而過量增施氮肥使牧草中粗蛋白質(zhì)含量增幅變小，氮肥利用效率降低。

全年牧草生產(chǎn)的氮肥利用率、蛋白質(zhì)生產(chǎn)效率、氮素生理利用率、氮素農(nóng)學(xué)生產(chǎn)效率和氮肥偏生產(chǎn)力等5個(gè)氮素利用效率指標(biāo)分別表明，利用沼液澆灌牧草，沼液量越大，其施氮越多，氮素利用效率也越低，損失率也越大。此外從土柱淋溶的氮量分析也表明，隨著沼液中氮素含量水平的提高，氮素淋溶的量呈明顯的加大趨勢。其中N5和N6處理全年淋溶的氮量分別達(dá)到80.69和312.3mg，土柱40cm以下越深的土層全氮含量也顯著提高。在草地生態(tài)系統(tǒng)中，氮是禾本科牧草產(chǎn)量的一個(gè)重要限制因子，氮肥的利用是提高牧草產(chǎn)量和品質(zhì)的有效手段之一［16，17］。但過量的氮量不僅使作物對氮素的利用率降低［3，6，18－20］，而且對土壤造成污染，并通過淋溶作用對地下水造成污染［21－23］。當(dāng)前，我國畜禽廢棄物所造成的面源污染主要是水體污染問題，而水體污染的核心問題是水體氮、磷富營養(yǎng)化［24－26］。利用草地系統(tǒng)吸納沼液，也必須考慮草地的生態(tài)承載力。本研究綜合考慮認(rèn)為，利用狼尾草草地消納沼液，在1個(gè)刈割周期，狼尾草草地消納的沼液中氮量應(yīng)低于處理N4的氮素水平，即低于純氮360 kg／hm2較為合理。

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