引言

　　高寒草地是青藏高原最主要的生態系統，是維護國家生態安全和改善青藏高原地區農牧民生活質量的重要保障 [1]。在過去幾十年里，受人類活動和自然因素的影響，高寒草地的生產和生態功能急劇下降，造成大面積土地裸露和草畜不平衡等諸多問題 [2]。最近，經過相關領域學者們的不斷探索實踐，我國高寒草地退化的趨勢明顯改善，植被覆蓋度大幅提升，水土流失和荒漠化基本遏制 [3]。然而，青藏高原地區氣候寒冷，有機質分解較慢，土壤微生物活性較低 [4]，導致退化草地治理周期較長，草畜矛盾仍未能有效解決。因此，在退化草地恢復的同時，建植多年生人工草地便成為滿足生產和生態功能需求的重要手段。在實踐中發現，多年生高寒栽培草地在建植 2~3 年后地上生物量達到峰值，第 4 年開始其地上生物量逐年下降，且飼草品質普遍較低 [5]。究其原因，與青藏高原地區土壤氮限制密切相關 [6]。青藏高原地區土壤氮限制極其嚴重，加之氣溫較低，嚴重抑制了與氮有關的功能微生物的活性，導致生產力較低 [6]。此外，多年生牧草常年吸收土壤中的營養物質，導致土壤養分貧瘠，進而造成草地減產 [7]。綜合兩方面的原因，氮添加成為提升多年生栽培草地生產功能的直接手段。

　　氮素形態和施氮水平是草地氮肥管理的兩項重要內容，對植物生長發育起著關鍵調節作用。根據化合物形態可將氮肥分為銨態氮肥(A)、酰胺態氮肥(U)和硝態氮肥(N)等多種類型，不同形態氮肥均能促進植物的生長，但在土壤中的轉化機制不同，導致植物的干物質分配和營養積累存在差異 [8]。植物可以吸收利用的土壤氮素主要為硝態氮和銨態氮，氮素形態對不同植物生長發育的影響存在差異，氮肥形態是影響肥效的主要因素之一 [9]。施用不同形態氮素會影響作物的根系發育及碳氮代謝等生理進程，進而影響植株生物量的積累。同時，氮素形態還會影響糖、激素、維生素和生物堿等各種化學物質的合成，進而影響植物的品質 [10]。向雪梅等 [11] 在高寒區的施氮研究表明，酰胺態氮能保證植物較高的氮素利用率和較低的氮損失率，是提高植物生產力最佳的氮素形態，而 Guo 等 [12] 研究發現，硝態氮能促進野牛草(Buchloe dactyloides (Nutt.) Engelm.)的營養繁殖和品質積累。

　　兩種結果不一致的主要原因是不同植物對氮素形態的需求存在差異，故應根據植物類型和生存環境設置合理的氮源。對于青藏高原地區多年生高寒栽培草地而言，哪種氮素形態更有利于生產力和營養品質的積累不得而知。此外，研究施氮水平對植物生產性能的影響并確定合理的氮添加量也是科學添加氮肥的關鍵 [13]。以往研究證實，合理的氮添加量是保證植物生產力和營養品質的關鍵 [14]，但關于具體氮添加量始終沒有形成統一的結論，這是因為施氮水平應符合環境狀況，不同區域氮素水平的閾值存在顯著差異，氮限制比較嚴重的土壤環境可能需要施加更多的氮肥來滿足植物的生長需求 [15]。但過量的氮添加不僅造成氮肥利用率下降，也會對生態環境構成威脅。因此，確定最佳施氮量也是維持多年生高寒栽培草地生產力和營養品質的核心目標。

　　鑒于此，本研究以 4 年齡人工草地為研究對象，設置 3 個氮素形態和 4 個施氮水平，通過比較不同處理植物的地上生物量和飼草營養品質等參數，探究不同氮素形態和施氮水平對飼草生產性能和營養品質的影響，通過灰色關聯度綜合分析，進一步篩選出最佳的氮素形態和施氮水平，以期為高寒地區優質飼草的生產提供科學依據。

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗區概況

　　試驗區位于青海省海南藏族自治州共和縣巴卡臺農牧場(36°17'N，100°55'E)，平均海拔 3300 m，年均降水量為 300 mm，年蒸發量在 2000~2400 mm，年平均氣溫為 4.1℃。試驗區冬季寒冷漫長，夏季溫和短暫，年內干旱少雨且溫度偏低，氣溫垂直分布明顯，太陽輻射強，屬高原大陸性氣候特征。降水季節性分布不均，主要集中在 7-10 月。試驗地土壤為高山草甸土和黃綿土 [16]。

　　1.2 試驗設計

　　于 2022 年 6 月，以 2019 年建植的青海草地早熟禾(Poa pratensis L. cv. Qinghai)+ 青海中華羊茅(Festuca sinensis L. cv. Qinghai)混播草地為研究對象，兩個物種的混播比例為 1∶1，建植面積為 15 m×150 m。設置小區時，為避免邊際效應，選取整塊地中間較均勻的地段，采用隨機區組設計，設置 3 個氮素形態，分別為尿素(酰胺態氮，U)、硫酸銨(銨態氮，A)和硝酸鈣(硝態氮，N);參照中國氮沉降分布格局(青海地區干濕沉降率 7.55 kg・hm⁻²・yr⁻¹)確定氮素添加劑量，設 4 個施氮梯度，分別為青海省干濕氮沉降的 0、3、6、9 倍，濃度依次為 0(T0，CK)、22.5(T1)、45(T2)、67.5 kg・hm⁻²・a⁻¹(T3)，各處理見表 1。每個處理 3 個重復，共 30 個小區，小區面積為 4 m×4 m，小區之間間隔 5 m。將稱好的肥料分為兩等份，分別于 6 月上旬和下旬加到 2 L 水中溶解，搖勻后裝入噴壺，均勻噴灑在相應的小區內，CK 處理噴灑相同體積的水。

　　1.3 樣品采集與分析

　　1.3.1 樣品采集與處理

　　于 2022 年 8 月上旬(植物生長旺期)對各試驗小區進行調查與樣品采集。采用樣方法，設置 50 cm×50 cm 的樣方，齊地面刈割后帶回實驗室稱取鮮重，后轉移至 105℃烘箱中殺青 30 min，然后在 75℃烘干至恒重，稱取地上生物量。之后將烘干草樣用粉碎機粉碎，過 1 mm 篩備用。

　　1.3.2 牧草品質測定方法

　　利用元素分析儀測定植物粗蛋白含量 [17]，利用索氏抽提法測定粗脂肪含量 [18]，使用馬弗爐灼燒法測定粗灰分含量 [18]，中性洗滌纖維含量和酸性洗滌纖維含量采用范式纖維洗滌法進行測定 [19]，并根據童永尚等 [19] 的方法計算相對飼喂價值。

　　1.3.3 數據處理與分析

　　采用 Excel 2010 軟件進行原始數據整理和灰色關聯度分析，具體參見童永尚等 [19] 的方法。運用 SPSS 27.0 軟件進行雙因素方差分析和聚類分析。在 Origin 2022 軟件中繪圖。

　　2 結果與分析

　　2.1 氮素形態和施氮水平對飼草生產性能的影響

　　氮素形態對多年生高寒栽培草地的地上生物量影響顯著(P<0.05)，施氮水平對地上生物量的影響極顯著(P<0.001)，氮素形態和施氮水平交互作用對地上生物量影響不顯著。氮添加整體上提高了群落地上生物量，且隨著施氮水平的提高呈遞增趨勢，UT3、AT3 和 NT3 處理分別較 CK 處理提高 43.22%、26.54% 和 33.11%。同等氮水平相比較，對地上生物量的促進作用表現為 U>N>A。

　　2.2 氮素形態和施氮水平對飼草營養品質的影響

　　2.2.1 對飼草粗蛋白含量的影響

　　氮素形態和施氮水平對飼草粗蛋白含量均具有極顯著影響(P<0.001)，氮素形態和施氮水平交互作用對飼草粗蛋白含量影響不顯著。氮添加整體上提高了植物的粗蛋白含量，且隨著施氮水平的提高呈遞增趨勢，UT3、AT3 和 NT3 處理分別較 CK 處理提高了 69.76%、65.41% 和 52.86%。同等氮水平相比較，對飼草粗蛋白含量的促進作用表現為 U>A>N。

　　2.2.2 對飼草粗脂肪含量的影響

　　氮素形態對飼草粗脂肪含量具有極顯著影響(P<0.001)，施氮水平對飼草粗脂肪含量具有顯著影響(P<0.05)，氮素形態和施氮水平對飼草粗脂肪含量沒有明顯的交互作用。氮添加整體上提高了植物的粗脂肪含量，不同施氮水平對飼草粗脂肪含量的促進作用因氮素形態不同而有所差異。飼草粗脂肪含量隨著酰胺態氮施肥水平的提高而增加，銨態氮施肥水平的增加對植物粗脂肪含量的影響較小。3 種氮素形態下，飼草的粗脂肪含量均在 T3 水平時達到峰值，UT3、AT3 和 NT3 處理分別較 CK 提高了 53.30%、11.34% 和 28.86%。同等氮水平相比較，對地上生物量的促進作用表現為 U>N>A。

　　2.2.3 對飼草粗灰分含量的影響

　　氮素形態、施氮水平及二者交互作用對飼草粗灰分含量的影響均不顯著。氮添加整體上提高了植物的粗灰分含量(P<0.05)，AT2 處理下植物的粗灰分含量最高，為 4.46%。同一氮素形態下不同施氮水平相比較，A 和 N 處理均在 T1 水平時達到最大粗灰分含量，分別為 4.31% 和 4.26%。

　　2.2.4 對飼草中性洗滌纖維含量的影響

　　本研究發現，氮素形態、施氮水平及二者交互作用對飼草中性洗滌纖維含量均未產生顯著影響。氮添加整體上降低了植物的中性洗滌纖維含量(P<0.05)。隨著硝態氮施肥水平的提高，植物中性洗滌纖維含量逐漸降低。3 種氮肥在 T3 水平時的中性洗滌纖維含量趨于一致，介于 63.6%~64.0%。

　　2.2.5 對飼草酸性洗滌纖維含量的影響

　　氮素形態、施氮水平、氮素形態和施氮水平交互作用對飼草酸性洗滌纖維含量的影響均不顯著。氮添加整體上降低了植物的酸性洗滌纖維含量。T2 水平時，3 種氮肥對植物酸性洗滌纖維含量的影響不明顯。總體來看，T1 水平時，施用銨態氮肥對植物酸性洗滌纖維含量的降低效果最為明顯。

　　2.2.6 對飼草相對飼喂價值的影響

　　氮素形態、施氮水平及二者交互作用對飼草相對飼喂價值均未產生顯著影響。氮添加整體上提高了飼草的相對飼喂價值，不同氮素形態和施氮水平對飼草相對飼喂價值的影響較大。隨著硝態氮肥施氮水平的提高，飼草的相對飼喂價值逐漸提高。T3 水平時，3 種氮肥對飼草相對飼喂價值的提升效果接近。不同氮肥形態相比較，T1 水平時，施用銨態氮肥的飼草其相對飼喂價值最高，為 113.08;T2 水平時，施用酰胺態氮肥時飼草的相對飼喂價值最高，為 113.34。

　　2.3 灰色關聯度評價和聚類分析

　　將植物地上生物量、粗蛋白含量和中性洗滌纖維含量等 7 個指標納入評價體系，對不同氮素形態和施肥水平共 10 個處理進行灰色關聯度綜合評價。CK 處理排序第 9，說明氮添加普遍提高了飼草的綜合性能。綜合排名前 4 位的處理分別是 UT3、UT2、NT3 和 AT3。不同酰胺態氮肥處理的綜合排名依次為 UT3>UT2>UT1，不同銨態氮肥處理的綜合排名依次為 AT3>AT1>AT2，不同硝態氮肥處理的綜合排名依次為 NT3>NT2>NT1。

　　本試驗將 10 個處理的地上生物量和營養品質進行了聚類分析，運用 SPSS 27.0 軟件構建樹形圖，在歐式距離為 9 處，可將其分為 4 大類。第 Ⅰ 類僅包括 CK 處理，其產量和營養品質均表現最差;第 Ⅱ 類只有 AT1 處理，其地上生物量略高于 CK 處理;第 Ⅲ 類包括 UT2、UT3、AT3 和 NT3 處理，其產量和營養品質均表現最好;第 Ⅳ 類包括 UT1、NT1、NT2 和 AT2 處理，其產量和營養品質僅次于第 Ⅲ 類。

　　3 討論

　　3.1 氮素形態和施氮水平對飼草生產性能的影響

　　眾所周知，氮添加可以提高植物的生產力，但不同環境的氮添加量應有所差異 [20]。施氮量較低時，土壤養分仍然不能滿足植物生長，施氮量過多又會導致土壤中產生有毒的亞硝酸鹽 [21]，進而阻礙植物生長，因此栽培草地施氮量應根據土壤氮素含量來確定。在以往的研究中，關于氮添加水平對植物地上生物量的調節作用有兩種結論，第 1 種是地上生物量隨施氮量增加而增加 [22];第 2 種是地上生物量隨施氮量的增加會出現一個峰值，然后逐漸降低 [15]，這是因為氮添加量有一定的環境閾值，存在一個最適施氮量，以最適施氮量為對稱軸，植物的地上生物量隨施氮量增加呈拋物線變化。

　　本研究中，施氮水平對地上生物量具有極顯著影響，氮添加顯著提高了群落地上生物量，且隨著施氮水平的提高呈遞增趨勢，在施氮量為 67.5 kg・hm⁻²・a⁻¹ 時達到峰值，說明本研究中設置的施氮量可能過低，在后期的試驗中需要加大施氮梯度。此外，氮素形態對植物的地上生物量也產生顯著影響，對地上生物量的促進作用表現為 U>N>A。說明在短期內，酰胺態氮對植物生物量的促進效果更為明顯，而硝態氮和銨態氮的效果相對較差，這與向雪梅等 [11] 和蘆光新等 [23] 在高寒草地中的研究結論相似。

　　盡管施加銨態氮肥補充了土壤養分，一定程度上促進了植物生長，但銨態氮肥抑制了植物對 K⁺和 Ca²⁺的吸收，導致 NH₄⁺的積累并產生氨害，從而限制了植物的生長 [12,24]。硝態氮肥的促產作用介于酰胺態和銨態氮肥之間。硝態氮同樣也會對植物的生長產生不利影響，在還原過程中，硝態氮會消耗較多的能量。另外，在弱光條件下，植物對硝態氮的吸收也有可能會受到抑制，從而導致氮素供應不足。相比銨態氮肥和硝態氮肥，含氮量較高的酰胺態氮肥為土壤補充了充足的養分 [16]，更能滿足植物的生長需求。由于氮素形態和氮素水平的設置還與牧草栽培方式、施氮時間和氣候條件等因素相關，后期還應針對以上干擾因素設置控制試驗，進行深入研究。

　　3.2 氮素形態和施氮水平對飼草營養品質的影響

　　在高寒地區，老齡人工草地牧草的營養品質較差是一個普遍現象。究其原因，土壤中營養元素含量較低，導致植物對氮、磷等元素的吸收利用效率較低。研究表明，氮素添加可迅速補充植物中的全氮含量，滿足植物對營養元素的需求，進而恢復草地生產力，改善草地群落結構和植物的營養品質 [25]。粗蛋白和粗脂肪含量是評價牧草營養價值的重要指標，其含量高則表明牧草營養品質較高，而粗纖維和粗灰分含量越高，則表明牧草可消化養分低，品質下降 [26]。宋建超等 [27] 在高寒區的研究表明，氮添加顯著提高了垂穗披堿草(Elymus nutans Griseb.)的粗蛋白和粗脂肪含量，與本研究結論一致。本研究中，所有施氮處理均顯著提高了飼草的粗蛋白和粗脂肪含量。

　　此外，我們還發現不同氮素形態和施氮水平對飼草的粗蛋白和粗脂肪含量具有顯著影響，施用酰胺態氮肥更有利于粗蛋白和粗脂肪的積累，且高氮水平的促進作用更加明顯。該現象一方面說明了高寒區氮限制非常嚴重，改善牧草的營養品質可能需要投入更多的氮肥;另一方面，由于不同的植物或生育期對氮肥的需求量和氮素形態具有明顯差異，所以應根據實際情況選擇適宜的氮素形態和施氮量。適宜的氮素形態是提高氮素利用率以及植物蛋白質含量的重要途徑之一 [28]。本研究中，酰胺態氮對植物粗蛋白和粗脂肪的促進效果明顯高于銨態氮和硝態氮，這可能與植物的選擇吸收能力以及不同氮肥的供氮能力等因素有關 [29]。

　　此外，本研究中的 3 種氮肥均不同程度地提高了飼草的粗灰分含量，降低了飼草的中性洗滌纖維及酸性洗滌纖維含量，與前人研究結論相似 [30]。聚類分析將 10 個處理分為 4 大類，通過對比試驗數據發現，這 4 大類可劃分飼草生產性能和營養品質的優劣，基本對應了不施氮、低氮、中氮和高氮 4 種屬性，因此，施氮水平對飼草生產性能和營養品質的影響是顯而易見的。最后，本研究通過灰色關聯度分析得出，選用酰胺態氮肥，施氮量為 67.5 kg・hm⁻²・a⁻¹ 時，多年生栽培草地飼草的生產性能和營養品質綜合表現最優，研究結果可為青藏高原環青海湖地區人工草地生產力及營養品質的提高提供參考。

　　4 結論

　　氮素形態和施氮水平對多年生高寒栽培草地飼草的生產性能和營養品質具有顯著影響。選擇酰胺態氮肥，施氮量為 67.5 kg・hm⁻²・a⁻¹ 時，多年生栽培草地飼草的生產性能和營養品質綜合表現最優，說明適宜的氮肥管理制度對提高研究區飼草生產性能和營養價值具有促進作用。

童永尚;張春平;董全民;俞 旸;曹 銓;楊曉霞;劉文亭;張正社;張振祥,青海大學畜牧獸醫科學院/青海省畜牧獸醫學院;青海省高寒草地適應性管理重點實驗室;青海大學三江源區高寒草地生態教育部重點實驗室,202501