水氮耦合对多花黑麦草水分利用、产量及饲用品质的影响机制研究

本研究针对全球气候变化背景下水资源短缺与氮肥高效利用问题，通过设置不同灌溉水平（0%（雨养）、25%、50%、75%、100%）和氮肥剂量（100、150、200 kg ha-1），系统探究了水氮互作对多花黑麦草水分利用效率、形态特征、牧草产量及品质的调控效应。结果表明，全灌溉（IT100）配合高氮（N200）处理可获得最高生物量，而中度灌溉（IT50）与高氮组合能实现最优蛋白质产量。水氮管理显著影响细胞壁组分（ADF、NDF、ADL）和矿物质积累，为干旱半干旱地区饲草生产的水氮优化管理提供了理论依据。

　　

随着全球气候变化加剧，水资源短缺已成为限制农业生产的关键因素，而氮肥的不合理施用不仅造成资源浪费，更导致土壤酸化及水体污染等环境问题。在多花黑麦草（Lolium multiflorum L.）这类重要饲草作物的生产中，如何通过精准的水氮管理实现产量与品质的协同提升，是当前农业可持续发展面临的重大挑战。

为解析水氮互作对多花黑麦草生产性能的影响机制，土耳其埃尔吉耶斯大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表了为期两年的田间试验成果。研究采用随机区组-裂区设计，设置5个灌溉水平（基于田间持水量的0%、25%、50%、75%、100%）和3个氮水平（100、150、200 kg ha^-1），通过滴灌系统精准控制水分供应，并利用中子仪监测土壤水分动态。研究团队系统测定了作物耗水量（ET_c）、形态指标（株高、分蘖数、茎粗）、生物量（鲜草产量、干草产量、蛋白质产量）及品质参数（酸性洗涤纤维ADF、中性洗涤纤维NDF、酸性洗涤木质素ADL、粗蛋白、粗灰分、矿物质元素），并计算了水分利用效率（CWP、IWP）和氮偏因子生产力（NPFP）。

关键实验方法

研究依托田间滴灌系统与中子仪土壤水分监测技术，通过水分平衡方程计算作物实际耗水量（ET）。采用核磁共振法测定土壤水分动态，运用凯氏定氮法（Kjeldahl）分析粗蛋白含量，纤维组分（ADF、NDF、ADL）依据ANKOM技术标准测定，矿物质元素通过ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱仪）进行定量分析。数据统计采用SAS软件进行方差分析（ANOVA），并通过LSD检验比较差异显著性。

水分利用与灌溉响应

两年试验中，灌溉水量范围为190-816 mm，作物耗水量（ET_c）变幅为170-916 mm。土壤水分监测显示，全灌溉处理（IT100）水分始终保持在有效水范围内，而雨养处理（IT0）则频繁接近萎蔫点。水分生产率（CWP、IWP）在雨养条件下较高，但产量显著低于灌溉处理，表明灌溉对保障高产至关重要。氮肥施用显著提升水分利用效率，且NPFP值随灌溉量增加而上升，但蛋白质产量的NPFP在中等灌溉时达到峰值。

产量与形态建成

水氮互作对所有形态指标和产量性状的影响均达极显著水平（P≤0.01）。最高鲜草产量（57,227 kg ha^-1）和干草产量（16,330 kg ha^-1）均出现在IT100×N200处理，而最高蛋白质产量（1,662 kg ha^-1）见于IT50×N200组合。分蘖数、株高和茎粗均随水氮供应增加而上升，雨养与低氮处理（IT0×N100）各项指标均最低。

饲草品质调控

生化分析表明，灌溉水平增加会显著提升ADF、NDF、ADL、粗纤维和粗灰分含量，但降低粗蛋白比例。相反，增施氮肥提高了粗蛋白和粗灰分含量，同时降低了纤维组分。最高粗蛋白含量（11.82%）出现在IT0×N200处理，凸显了逆境对蛋白质积累的促进作用。矿物质元素（K、Mg、P、S、B、Cu、Fe、Mn、Zn、Ni）含量均随水氮供应增加而上升，但Ca和Na无规律性变化。

结论与意义

本研究揭示水氮管理对多花黑麦草产量形成和品质代谢的调控具有显著互作效应。全灌溉配合高氮（IT100×N200）可实现最大生物量积累与矿物质富集，而中度缺水结合高氮（IT50×N200）能优化蛋白质产量与饲用品质。这一发现为半干旱地区饲草生产提供了精准管理策略：在追求高产时采用充分灌溉与高氮组合，而注重品质时则可实施适度水分胁迫下的高氮方案。研究通过量化水氮耦合的生理生态效应，为应对气候变化下的饲草安全生产提供了理论与实践依据。