氮肥周年优化对灌区饲用小黑麦-青贮玉米复种系统生产力的影响

doi:10.11686/cyxb2024207

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (4): 38-52.DOI: 10.11686/cyxb2024207

氮肥周年优化对灌区饲用小黑麦-青贮玉米复种系统生产力的影响

张晓娟¹^,²(), 魏娇娇³, 陈彩锦², 李雪雪³, 马宏秀¹, 李凯², 陈永伟⁴, 孙权³()

^1.宁夏大学林业与草业学院，宁夏银川 750021
^2.宁夏农林科学院固原分院，宁夏固原 756000
^3.宁夏大学农学院，宁夏银川 750021
^4.宁夏农垦农林牧技术推广服务中心，宁夏银川 750021

收稿日期:2024-06-03 修回日期:2024-07-25 出版日期:2025-04-20 发布日期:2025-02-19
通讯作者: 孙权
作者简介:Corresponding author. E-mail： sun_q@nxu.edu.cn
张晓娟（1987-），女，宁夏固原人，助理研究员，在读博士。E-mail： elizabeth2006love@163.com
基金资助:
宁夏自然科学基金资助项目(2023AAC03441);宁夏大学校地合作科技示范项目《麦属饲草-青贮玉米一年两熟水肥一体化高产高效栽培技术研究与示范》(NXXDHZ202316)

Optimization of annual nitrogen fertilizer application to increase the productivity of a forage triticale-silage maize multiple cropping system in an irrigated area

Xiao-juan ZHANG¹^,²(), Jiao-jiao WEI³, Cai-jin CHEN², Xue-xue LI³, Hong-xiu MA¹, Kai LI², Yong-wei CHEN⁴, Quan SUN³()

^1.College of Forestry and Prataculture，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^2.Guyuan Branch，Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Guyuan 756000，China
^3.College of Agriculture，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^4.Ningxia Agricultural Reclamation Agriculture，Forestry and Animal Husbandry Technology Popularizing Service Center，Yinchuan 750021，China

Received:2024-06-03 Revised:2024-07-25 Online:2025-04-20 Published:2025-02-19
Contact: Quan SUN

摘要/Abstract

摘要：

为了缓解宁夏季节性青饲料短缺和氮肥施用过量等草畜发展不平衡现状。开展秋播饲用小黑麦-青贮玉米复种模式及其周年氮肥合理施用研究，采用单因素随机区组设计，以秋播饲用小黑麦-青贮玉米复种系统为研究对象，设置5个周年优化施氮量，均为纯氮水平（单位为kg?hm^-2），分别为N₁（0 kg?hm^-2，CK）、N₂（150 kg?hm^-2）、N₃（300 kg?hm^-2）、N₄（450 kg?hm^-2）、N₅（600 kg?hm^-2），系统研究氮肥周年优化对复种系统生产性能、营养品质及氮素利用率的影响。结果表明：氮肥周年优化施氮量对复种系统两种饲草株高、茎粗、SPAD值、干物质积累、产量和品质均有显著性影响。其中，两种饲草生长指标和干物质积累随着生育期的延长逐渐增大，小黑麦在开花期，青贮玉米在灌浆期各生长指标和干物质积累达到峰值，而随着施氮量的增加生长指标和干物质积累呈先升高后降低的趋势，但在N₄水平时呈下降趋势，整体表现为N₄>N₅>N₃>N₂>N₁；复种系统鲜草产量随着周年施氮量的增加呈逐渐增加的趋势，N₅水平时产量最大，为156.8 t?hm^-2，比对照增产61.3%，干草产量随周年施氮量的增加呈先增加后降低的趋势，N₄水平时产量最大，为39.1 t?hm^-2，比对照增产45.9%，农学利用效率最高为30.2%；复种系统鲜草产量与青贮玉米鲜草产量显著正相关，干草产量与小黑麦干草产量极显著正相关，复种系统氮素利用率与青贮玉米中性洗涤纤维（NDF）极显著正相关，与酸性洗涤纤维（ADF）显著正相关。优化施氮量对饲草营养品质有显著影响，N₄水平下各营养指标表现最好，显著提高了饲用小黑麦、青贮玉米和复种系统粗蛋白（CP）和粗脂肪（EE）含量，其中，小黑麦、青贮玉米和复种系统CP含量比对照分别提高了33.7%、11.2%和31.8%，显著降低了ADF和NDF含量；经肥料效应方程模拟得出，宁夏引黄灌区饲用小黑麦-青贮玉米饲草复种系统最高产量施肥量为560 kg?hm^-2，最佳经济效益施肥量为584 kg?hm^-2，可为灌区饲草复种科学栽培提供理论依据。

关键词: 氮肥周年优化, 灌区, 饲草, 复种系统, 生产力

Abstract:

At present， there is a shortage of seasonal green feed in Ningxia， despite the excessive application of nitrogen fertilizer. This situation is indicative of an imbalance between grassland and livestock development in this region. To address this issue， we explored the suitability of a multiple cropping model of forage triticale-silage maize for autumn sowing with different levels of nitrogen fertilizer applied annually. The experiment had a single factor randomized block design. Triticale and silage maize were sown in autumn and subjected to five different fertilization treatments， namely N₁（0 kg?ha^-1， CK）， N₂（150 kg?ha^-1）， N₃（300 kg?ha^-1）， N₄（450 kg?ha^-1）， and N₅（600 kg?ha^-1）. The effects of these fertilization treatments on the performance， nutrient quality， and nitrogen-use efficiency of the multiple cropping system were determined. The results showed that the annual nitrogen application rate had significant effects on the plant height， stem diameter， chlorophyll content （measured as SPAD value）， dry matter accumulation， yield， and quality of triticale and maize in the multiple cropping system. The growth indexes and dry matter accumulation of both triticale and maize gradually increased during the growth period， reaching peak values in triticale at the flowering stage， and in maize at the filling stage. As the nitrogen application rate increased， the growth indexes and dry matter accumulation showed a trend of first increasing and then decreasing. The highest values of growth indexes and dry matter were in the N₄ treatment. In terms of overall performance， the treatments were ranked as follows： N₄>N₅>N₃>N₂>N₁. The yield of fresh grass in the multiple cropping system increased gradually as the annual nitrogen application rate increased. The maximum yield in the N₅ treatment was 156.8 t?ha^-1， which was 61.3% higher than that in the control. The hay yield in the N₄ treatment was 39.1 t?ha^-1， which was 45.9% higher than that in the control. The recovery of applied N in forage was 31.9%， 30.2%， 27.3% and 18.5% for N₂， N₃， N₄ and N₅ treatments， respectively. The nitrogen application rate significantly affected the nutritional quality of forage， with the highest values in the N₄ treatment. The contents of crude protein （CP） and crude fat in the triticale forage， corn silage， and the whole cropping system were significantly higher in the N₄ treatment than in the other treatments. The CP contents in triticale forage， corn silage， and the whole cropping system were 33.7%， 11.2%， and 31.8% higher， respectively， in the N₄ treatment than in the control， but the acid detergent fiber and neutral detergent fiber contents were significantly reduced. The nutrient indexes had optimal values in the N₄ treatment. Fertilizer yield response and economic response equations were derived and from these the maximum yield response was predicted to occur at an N application rate of 560 kg?ha^-1 and the maximum economic response at 584 kg?ha^-1. These results provide data for the theoretical optimization of forage yield in multiple cropping cultivation systems.

Key words: annual optimization of nitrogen fertilizer, irrigation area, forage grass, multiple cropping system, productivity

张晓娟, 魏娇娇, 陈彩锦, 李雪雪, 马宏秀, 李凯, 陈永伟, 孙权. 氮肥周年优化对灌区饲用小黑麦-青贮玉米复种系统生产力的影响[J]. 草业学报, 2025, 34(4): 38-52.

Xiao-juan ZHANG, Jiao-jiao WEI, Cai-jin CHEN, Xue-xue LI, Hong-xiu MA, Kai LI, Yong-wei CHEN, Quan SUN. Optimization of annual nitrogen fertilizer application to increase the productivity of a forage triticale-silage maize multiple cropping system in an irrigated area[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2025, 34(4): 38-52.

图/表 12

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土层 Soil depth （cm）	pH	全盐 Total salt （g·kg^-1）	有机质 Organic matter （g·kg^-1）	全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）	全磷 Total phosphorus （g·kg^-1）	碱解氮 Available nitrogen （mg·kg^-1）	速效磷 Available phosphorus （mg·kg^-1）	速效钾 Available potassium （mg·kg^-1）
0~20	8.50±0.02d	0.88±0.03a	6.18±0.13a	0.71±0.11a	0.25±0.04c	28.19±5.18a	21.46±0.35a	67.11±0.00a
20~40	8.50±0.01d	0.77±0.02b	5.67±0.04b	0.68±0.01a	0.25±0.07c	23.95±1.75ab	14.68±0.97b	53.38±3.39b
40~60	8.54±0.04c	0.68±0.02c	4.65±0.00c	0.58±0.05b	0.39±0.07bc	21.16±0.35b	12.96±0.45c	38.51±0.02c
60~80	8.70±0.02b	0.66±0.01c	4.74±0.12c	0.56±0.02b	0.49±0.04b	11.27±0.70d	12.43±0.24cd	35.77±6.69c
80~100	8.77±0.04a	0.69±0.05c	4.38±0.04d	0.46±0.05c	0.66±0.16a	12.18±1.11c	11.81±0.18d	32.24±6.69d

土层 Soil depth （cm）	pH	全盐 Total salt （g·kg^-1）	有机质 Organic matter （g·kg^-1）	全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）	全磷 Total phosphorus （g·kg^-1）	碱解氮 Available nitrogen （mg·kg^-1）	速效磷 Available phosphorus （mg·kg^-1）	速效钾 Available potassium （mg·kg^-1）
0~20	8.50±0.02d	0.88±0.03a	6.18±0.13a	0.71±0.11a	0.25±0.04c	28.19±5.18a	21.46±0.35a	67.11±0.00a
20~40	8.50±0.01d	0.77±0.02b	5.67±0.04b	0.68±0.01a	0.25±0.07c	23.95±1.75ab	14.68±0.97b	53.38±3.39b
40~60	8.54±0.04c	0.68±0.02c	4.65±0.00c	0.58±0.05b	0.39±0.07bc	21.16±0.35b	12.96±0.45c	38.51±0.02c
60~80	8.70±0.02b	0.66±0.01c	4.74±0.12c	0.56±0.02b	0.49±0.04b	11.27±0.70d	12.43±0.24cd	35.77±6.69c
80~100	8.77±0.04a	0.69±0.05c	4.38±0.04d	0.46±0.05c	0.66±0.16a	12.18±1.11c	11.81±0.18d	32.24±6.69d

前茬饲草 Previous forage	处理 Treatment	返青期 Revival stage	分蘖期 Tillering stage	拔节期 Jointing stage	抽穗期 Heading stage	开花期 Flowering stage
饲用小黑麦 Feed triticale	N₁	16.1±0.57c	32.5±0.36e	53.9±1.19d	118.4±2.50d	172.3±5.14b
	N₂	17.0±0.29a	34.8±0.21d	55.6±0.66c	124.0±1.42c	183.4±0.61a
	N₃	16.7±0.38ab	36.1±0.31c	59.4±1.18b	135.8±3.39b	181.4±4.50ab
	N₄	16.5±0.38bc	37.4±0.83b	56.8±1.67c	133.5±2.01b	189.4±5.78a
	N₅	16.4±0.35bc	38.2±0.49a	62.1±0.65a	140.7±1.18a	181.8±8.17ab
后茬饲草 Post-crop forage	处理 Treatment	苗期 Seedling stage	拔节期 Jointing stage	抽雄期 Tasseling stage	吐丝期 Spinning stage	灌浆期 Filling stage
青贮玉米 Silage corn	N₁	57.1±1.43c	152.9±1.75d	252.4±0.37e	268.8±1.55d	245.6±0.38c
	N₂	64.7±1.15b	163.9±1.07c	257.6±0.36d	276.0±1.67c	271.6±1.67b
	N₃	68.0±0.55b	168.0±1.61c	265.4±0.32c	280.6±0.48c	278.1±1.52b
	N₄	67.8±0.55b	198.9±1.95b	283.3±0.26b	305.7±0.23b	279.4±1.52b
	N₅	78.2±2.13a	205.1±1.98a	290.7±0.55a	316.2±0.38a	302.5±0.69a

前茬饲草 Previous forage	处理 Treatment	返青期 Revival stage	分蘖期 Tillering stage	拔节期 Jointing stage	抽穗期 Heading stage	开花期 Flowering stage
饲用小黑麦 Feed triticale	N₁	16.1±0.57c	32.5±0.36e	53.9±1.19d	118.4±2.50d	172.3±5.14b
	N₂	17.0±0.29a	34.8±0.21d	55.6±0.66c	124.0±1.42c	183.4±0.61a
	N₃	16.7±0.38ab	36.1±0.31c	59.4±1.18b	135.8±3.39b	181.4±4.50ab
	N₄	16.5±0.38bc	37.4±0.83b	56.8±1.67c	133.5±2.01b	189.4±5.78a
	N₅	16.4±0.35bc	38.2±0.49a	62.1±0.65a	140.7±1.18a	181.8±8.17ab
后茬饲草 Post-crop forage	处理 Treatment	苗期 Seedling stage	拔节期 Jointing stage	抽雄期 Tasseling stage	吐丝期 Spinning stage	灌浆期 Filling stage
青贮玉米 Silage corn	N₁	57.1±1.43c	152.9±1.75d	252.4±0.37e	268.8±1.55d	245.6±0.38c
	N₂	64.7±1.15b	163.9±1.07c	257.6±0.36d	276.0±1.67c	271.6±1.67b
	N₃	68.0±0.55b	168.0±1.61c	265.4±0.32c	280.6±0.48c	278.1±1.52b
	N₄	67.8±0.55b	198.9±1.95b	283.3±0.26b	305.7±0.23b	279.4±1.52b
	N₅	78.2±2.13a	205.1±1.98a	290.7±0.55a	316.2±0.38a	302.5±0.69a

前茬饲草 Previous forage	处理 Treatment	返青期 Revival stage	分蘖期 Tillering stage	拔节期 Jointing stage	抽穗期 Heading stage	开花期 Flowering stage
饲用小黑麦 Feed triticale	N₁	2.76±0.37c	3.33±0.53c	4.87±0.33b	4.54±0.32c	5.25±0.05c
	N₂	3.59±0.41b	4.38±0.15b	5.85±0.69ab	4.83±0.43bc	5.38±0.18bc
	N₃	3.37±0.26bc	4.16±0.53bc	5.53±0.15b	5.14±0.34b	5.64±0.11b
	N₄	4.53±0.44a	4.55±0.36a	5.66±0.12b	5.86±0.69a	5.95±0.09a
	N₅	3.57±0.29b	4.43±0.39ab	6.81±0.14a	5.89±0.71a	5.89±0.08a
后茬饲草 Post-crop forage	处理 Treatment	苗期 Seedling stage	拔节期 Jointing stage	抽雄期 Tasseling stage	吐丝期 Spinning stage	灌浆期 Filling stage
青贮玉米 Silage corn	N₁	10.73±0.35d	11.64±0.33b	25.43±0.33d	21.87±0.11d	30.47±0.63c
	N₂	11.29±0.16cd	13.29±1.27ab	26.98±0.06c	26.60±0.21c	31.51±0.27bc
	N₃	12.19±0.36bc	14.62±0.85ab	27.80±0.15b	28.47±0.11b	31.83±0.14b
	N₄	14.01±0.39a	15.44±1.86a	28.06±0.05b	31.19±0.27a	33.28±0.19a
	N₅	13.19±0.54b	15.18±1.86a	29.32±0.22a	31.48±0.18a	33.41±0.29a

氮肥周年优化对灌区饲用小黑麦-青贮玉米复种系统生产力的影响

Optimization of annual nitrogen fertilizer application to increase the productivity of a forage triticale-silage maize multiple cropping system in an irrigated area

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前茬饲草 Previous forage	处理 Treatment	返青期 Revival stage	分蘖期 Tillering stage	拔节期 Jointing stage	抽穗期 Heading stage	开花期 Flowering stage
饲用小黑麦Feed triticale	N₁	39.7±3.41b	47.6±0.61b	51.1±1.58c	50.2±2.71c	51.5±4.70c
	N₂	43.5±6.14ab	51.5±2.56a	54.8±1.40b	57.1±1.74a	57.7±2.45b
	N₃	45.0±3.76ab	51.0±2.10a	55.4±0.40ab	53.9±1.17b	58.3±1.83ab
	N₄	48.2±5.55ab	52.1±1.29a	57.6±0.93a	56.4±1.00ab	59.0±1.78a
	N₅	52.9±4.83a	53.5±0.61a	57.7±1.46a	57.1±0.31a	57.6±1.53b
后茬饲草 Post-crop forage	处理 Treatment	苗期 Seedling stage	拔节期 Jointing stage	抽雄期 Tasseling stage	吐丝期 Spinning stage	灌浆期 Filling stage
青贮玉米 Silage corn	N₁	41.0±1.24b	41.2±0.42d	51.6±0.58c	47.9±1.44c	48.1±1.25c
	N₂	44.1±0.52a	43.6±0.42cd	52.6±1.28bc	52.2±3.01bc	53.7±1.27b
	N₃	45.1±0.95a	46.2±1.10bc	54.7±1.11ab	54.5±2.54ab	58.6±1.07a
	N₄	45.5±0.93a	49.3±1.09b	55.1±0.91ab	58.4±1.01a	62.1±1.13a
	N₅	45.8±1.07a	55.4±1.72a	56.3±0.72a	57.6±0.92ab	59.3±1.05a

处理 Treatment	饲用小黑麦Feed triticale		青贮玉米Silage maize		复种系统Multiple cropping system
处理 Treatment	鲜草产量 Fresh grass yield	干草产量 Hay yield	鲜草产量 Fresh grass yield	干草产量 Hay yield	鲜草产量 Fresh grass yield	干草产量 Hay yield
N₁	27.3±0.74d	8.4±0.17c	73.6±3.67c	18.4±0.65c	97.2±0.92d	26.8±0.41c
N₂	33.4±1.67cd	9.7±0.53bc	83.7±4.21ab	21.1±0.76bc	118.1±1.28c	31.6±0.91bc
N₃	42.9±2.71bc	12.4±0.85ab	85.3±2.29ab	21.4±0.62b	128.2±3.15b	35.9±1.52b
N₄	52.6±1.49a	14.9±0.86a	89.7±4.81a	24.2±0.64a	142.0±1.66b	39.1±0.89a
N₅	45.6±3.35ab	14.3±0.21a	95.4±4.86a	23.6±0.72ab	156.8±1.99a	37.9±1.02ab

处理 Treatment	饲用小黑麦Feed triticale		青贮玉米Silage maize		复种系统Multiple cropping system
处理 Treatment	增幅Amplify	农学利用效率AUE	增幅Amplify	农学利用效率AUE	增幅Amplify	农学利用效率AUE
N₂	15.5	17.3±0.20dD	14.7	35.9±0.18aA	17.9	31.9±0.28aA
N₃	47.6	26.6±0.22bB	16.3	20.1±0.14cC	34.0	30.2±0.27bB
N₄	77.4	28.8±0.26aA	31.5	25.8±0.12bB	45.9	27.3±0.24cC
N₅	70.2	19.7±0.23cC	26.1	17.3±0.20dD	41.4	18.5±0.21dD

饲草作物Forage crop	处理Treatment	粗蛋白CP	粗脂肪EE	酸性洗涤纤维ADF	中性洗涤纤维NDF
饲用小黑麦 Feed triticale	N₁	8.90±0.01d	1.01±0.15d	45.9±0.40a	67.0±0.24a
	N₂	9.70±0.04c	1.20±0.09c	44.9±0.12ab	65.9±0.15b
	N₃	10.20±0.07b	1.35±0.09b	44.1±0.09b	62.2±0.18c
	N₄	11.90±0.08a	1.46±0.02a	39.6±0.57d	57.7±0.21d
	N₅	11.60±0.21a	1.03±0.19d	41.2±0.15c	56.5±0.14e
青贮玉米 Silage corn	N₁	6.33±0.14b	1.26±0.01b	24.6±0.41a	43.2±1.92a
	N₂	6.57±0.06ab	1.39±0.02a	24.5±0.07a	43.1±0.17a
	N₃	6.63±0.18ab	1.32±0.01b	23.1±0.36b	42.6±1.04a
	N₄	7.04±0.11a	1.43±0.01a	23.3±0.69ab	41.9±0.45a
	N₅	6.78±0.23ab	1.31±0.04b	22.9±0.27b	37.3±1.12b
复种系统 Multiple cropping system	N₁	8.04±0.07d	1.17±0.03d	38.6±0.45a	58.5±0.68a
	N₂	8.35±0.06c	1.19±0.02cd	37.1±0.43b	57.2±0.67b
	N₃	8.29±0.07c	1.21±0.01c	35.4±0.40c	53.3±0.60c
	N₄	10.60±0.05a	1.33±0.02b	34.5±0.41d	50.5±0.59d
	N₅	10.30±0.06b	1.37±0.02a	35.2±0.42cd	51.4±0.62d

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