灌溉缓解热带牧草季节性干旱胁迫的营养失衡与产量下降机制研究

《Scientific Reports》：Nutritional imbalances and reduced forage production under intra-seasonal drought are alleviated by irrigation in tropical forage grasses

本研究针对热带牧草在雨季中短期干旱胁迫下的生产难题，通过田间试验系统分析了Zuri和Mavuno两种牧草在雨养与灌溉条件下的营养平衡机制。研究发现水分限制会破坏C:N:P稳态并降低养分利用效率，而灌溉可通过调节元素平衡和渗透调节物质积累显著提升牧草产量（41%）和形态组成。该研究为热带牧场应对气候变化提供了重要的理论依据和实践方案。

　　

在热带地区，牧草生产系统正面临日益严峻的气候挑战。传统认知中，旱季是制约牧草生产的主要瓶颈，但近年来雨季中频繁出现的"季节性干旱"现象，给牧场管理带来了新的难题。这种在生长季内突然发生的短期水分胁迫，如何影响热带牧草的营养吸收和产量形成？不同牧草品种的耐受机制又有何差异？这些问题亟待科学解答。

由巴西圣保罗州立大学Danilo Silva Amaral领衔的研究团队，在《Scientific Reports》上发表了最新研究成果。研究人员选择两种具有重要经济价值的热带牧草——马武努（Urochloa brizantha x U. ruziziensis cv. Mavuno）和祖里（Megathyrsus maximus cv. Zuri）为研究对象，通过精细的田间试验设计，揭示了灌溉在缓解季节性干旱胁迫中的关键作用。

研究方法上，团队采用随机区组设计，设置灌溉与雨养两种水分处理，系统监测了2022年10月至2023年4月期间牧草的生理响应。关键技术包括：基于土壤有效水含量的精准灌溉管理、植物营养元素含量测定（采用凯氏定氮、分光光度法等）、碳氮磷化学计量分析、氨基酸和碳水化合物含量检测，以及形态组成量化分析。

生产变量和干物质形态组成

研究发现水分条件与牧草种类存在显著互作效应。灌溉使马武努草的分蘖数增加30%，干物质产量提高41%，牧草积累率和载畜量均提升30%，同时死物质比例下降34%。而祖里草在灌溉条件下仅表现为叶片比例增加和茎秆比例下降（14%），产量参数无显著变化。在雨养条件下，祖里草虽然分蘖数较少（低44%），但凭借较高的冠层高度，其干物质产量、积累率和载畜量均显著优于马武努草。

大量营养元素和Si含量及积累

研究揭示了物种与水分条件对Si、S和Mg含量的显著互作。灌溉条件下，马武努草的N、K和S含量下降，但P和Si含量分别增加18%和27%，同时所有大量元素的积累量均增加。祖里草在灌溉下K含量下降22%，但P、Si和Mg积累量显著增加。在雨养条件下，祖里草表现出更高的Si和Ca含量，以及N、C、Si、K和Ca积累量。

微量营养元素、氨基酸和碳水化合物含量

研究发现水分胁迫诱导了牧草的渗透调节策略。祖里草在雨养条件下优先积累氨基酸（提高62%），而马武努草则表现出更高的碳水化合物含量。灌溉显著改变了Cu、Zn、B等微量元素的积累模式，其中马武努草在灌溉下Cu、Zn和B积累量分别增加30%、39%和40%。

化学计量比和大量营养元素利用效率

研究首次系统揭示了热带牧草C:N:P:Si化学计量对水分胁迫的响应机制。灌溉使两种牧草的C:P、C:Si和N:P比率均下降，马武努草的C:N比率提高6%。祖里草在雨养条件下表现出更高的C、P、K和S利用效率，而马武努草在灌溉下N、Ca和Mg利用效率显著提升。

主成分分析

主成分分析清晰区分了不同处理下的生理响应模式。PC1（解释51.3%方差）与生产力相关性状密切关联，PC2（解释27.6%方差）则反映了干旱耐受的生理策略。祖里草在雨养条件下通过维持养分稳态和高效利用实现耐受，而马武努草则对灌溉表现出更强的响应性。

研究结论表明，季节性干旱通过破坏养分吸收和C:N:P平衡制约牧草生产，而不同牧草种类具有独特的耐受机制。祖里草通过氨基酸积累、C:N:P:Si稳态调节和养分高效利用实现干旱适应；马武努草则通过灌溉显著改善营养状况和生产性能。该研究为热带地区牧场应对气候变化提供了重要的品种选择和灌溉管理依据，对保障畜牧业可持续发展具有深远意义。