钙生物强化提升罗得草牧草产量与营养价值：种子包衣与施肥策略的协同效应

本研究通过田间试验系统评估了硫酸钙（CaSO4）不同施用方式（种子包衣、基施、叶面喷施）对罗得草（Chloris gayana Kunth.）生长、干物质产量（DMH）及营养品质的影响。结果表明，协同采用基施（2 Mg ha?1）与叶面喷施（1%）可显著提升植株高度、叶面积、分蘖数及DMH（增幅达27.6%），同时改善粗蛋白（CP）、钙（Ca）、硫（S）浓度及总可消化养分（TDN）。种子包衣（2 g kg?1）单独应用亦能有效促进早期生长并提高组织Ca、S含量。该研究为干旱半干旱地区牧草钙营养强化提供了关键技术路径，对改善反刍动物（尤其是高产奶牛）矿物质营养具有重要实践意义。

　　

1 引言

钙（Ca）作为植物细胞壁和膜稳定性的关键元素，在植物生理和发育过程中扮演着次级信使的角色，尤其在应对非生物胁迫时至关重要。对于反刍动物而言，钙是骨骼的主要构成成分，并参与神经传导、肌肉收缩、细胞信号转导、酶活化及正常血液凝固等生理过程。高产奶牛日粮干物质中钙浓度需达到0.65%，缺乏会导致低钙血症或产乳热。巴基斯坦旁遮普地区的土壤和牧草矿物质浓度处于植物和动物需求的临界水平，尤其在夏季末期，钙的缺乏可能导致经济损失。罗得草作为一种重要的区域性牧草，因其耐旱、耐寒、耐涝和耐盐性而日益受到农民欢迎。其粗蛋白（CP）水平中等至较高（120–140 g kg^?1），纤维谱系良好，支持反刍动物的可消化性和自愿采食量。由于区域土壤矿物质浓度低，提高罗得草的营养价值，特别是钙浓度，以满足高产奶牛的营养需求，引起了广泛关注。营养生物强化是改善罗得草营养价值的一种潜在策略。然而，关于罗得草钙生物强化的数据尚属空白，需要评估植物对不同技术（种子处理、土壤和叶面施用）的钙生物强化的反应。

2 材料与方法

试验于2021年和2022年在巴基斯坦旁遮普省穆罕默德纳瓦兹谢里夫农业大学进行。试验地属于干旱半干旱气候，土壤为砂壤土，分类为细壤质、混合、超热性冲积新成雏形土。种植前土壤分析显示pH为8.1，电导率为2.19 dS m^?1，有机质为0.69%，有效氮为0.063%，有效磷为88.4 mg kg^?1，有效钾为240 mg kg^?1，钙为16.0 mg kg^?1，硫为4.0 mg kg^?1。

试验采用随机完全区组设计，三次重复。小区面积为1.8 × 4.0 m。处理为两种种子包衣处理（包衣种子CS，用2 g kg^?1种子的CaSO₄包衣；未包衣种子NCS）和九种CaSO₄基施或叶面施用处理的因子组合。九种基施/叶面施用处理包括：不施CaSO₄（对照，B0）、基施1 Mg ha^?1（B1）、基施2 Mg ha^?1（B2）、叶面喷施0.5%（F0.5）、叶面喷施1%（F1）、以及B1 + F0.5、B1 + F1、B2 + F0.5和B2 + F1。种子包衣使用阿拉伯树胶（2%溶液）作为粘附材料。

罗得草（品种Finecut）于3月第一周按15 kg ha^?1的推荐播种量播种，行距30厘米。磷以磷酸二铵、钾以硫酸钾、氮以尿素的形式施用。磷和钾在种植前按推荐用量（40 kg P 和 50 kg K ha^?1）均匀基施。氮在播种时施用60 kg ha^?1，第一次收获后施用等量氮，随后每次收获后施用45 kg N ha^?1，全年总施氮量为210 kg N ha^?1。CaSO₄的基施（1和2 Mg ha^?1）在播种时手工撒施并浅耕混入5厘米土层。叶面喷施CaSO₄（0.5%和1.0%溶液）在播种后25天以及每次收获后20天进行，使用背负式喷雾器。

在每年四次收获的10%抽穗期测定株高、单株分蘖数、每平方米分蘖数、叶面积和干物质产量（DMH）。从每个小区随机选择10株植物测量株高和单株分蘖数。每平方米分蘖数通过计数1平方米面积内的分蘖数获得。叶面积使用叶面积仪测定。干物质产量通过收割1平方米面积植物至2.5厘米留茬高度，65°C烘干至恒重后称重获得。样品粉碎后用于营养分析。

光合色素（叶绿素a、b和类胡萝卜素）通过分光光度法测定。膜稳定性指数（MSI）通过测定叶片浸提液电导率计算。营养价值指标包括粗蛋白（CP，采用AOAC proximate analysis）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF，采用Van Soest方法）和总可消化养分（TDN，计算公式为TDN = 87.84 ? (0.7 × ADF)）。钙浓度使用火焰光度计测定，硫浓度使用分光光度计测定。

数据采用Statistix 10软件的广义线性模型进行方差分析。区组为随机效应，种子包衣、基施量、叶面喷施量、收获期、试验年份及其互作为固定效应。收获期作为重复测量。均值比较采用Tukey检验，显著性水平为p ≤ 0.05。

3 结果

3.1 植物生长特性与干物质产量

种子包衣处理影响了植物性状，但未发现种子包衣与其他因子的互作效应。与未包衣种子（NCS）相比，包衣种子（CS）的株高（增加1.6%–2.5%）、单株分蘖数（增加14.4%–16.1%）、每平方米分蘖数（增加14.7%–16.6%）、叶面积（增加4.8%–7.2%）和DMH（增加9.0%–13.0%）均显著提高。

基施与叶面喷施处理间存在互作效应，影响株高、叶面积和DMH。随着基施和叶面喷施CaSO₄用量的增加，株高（增加5.8%–8.3%）、叶面积（增加9.6%–10.3%）和DMH（增加27.0-27.6%）均显著增加，但叶面喷施的效应大小随基施用量的变化而变化，表明存在互作。基施用量对这些反应的影响通常大于叶面喷施用量。单株分蘖数和每平方米分蘖数随着基施CaSO₄用量从0增加至2 Mg ha^?1而分别增加22%–25%和15%–17%。叶面处理对分蘖反应无影响。

3.2 光合色素与膜稳定性指数

种子包衣及其与其他处理因子的互作未影响罗得草的叶绿素、类胡萝卜素或膜稳定性指数反应，但基施与叶面喷施处理间存在显著互作。对于叶绿素，互作表现为当基施用量为0时，增加叶面喷施用量的效应大于基施用量为1或2 Mg ha^?1时。叶绿素a、b和总浓度最高值通常出现在B2 + F1处理，最低值出现在B0 + F0处理。类似地，B2 + F1处理的类胡萝卜素浓度高于B0 + F0，膜稳定性指数也高于B0 + F0。

3.3 牧草营养价值

种子包衣仅影响叶片钙和硫浓度，且未发现种子包衣与其他处理因子的互作。种子包衣使叶片钙和硫浓度比未包衣种子（NCS）提高了25%以上。

基施与叶面喷施用量间存在互作效应，影响叶片钙和硫浓度。与叶绿素浓度类似，互作表现为当基施用量为0时，增加叶面喷施用量的效应更大。

较高的牧草粗蛋白（CP）浓度（136–145 mg g^?1干物质）通常与2 Mg ha^?1基施或1%叶面喷施相关。最高的牧草总可消化养分（TDN）出现在B2 + F1和B2 + F0.5处理。基施CaSO₄影响了罗得草牧草的中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）浓度，随着CaSO₄施用量的增加，浓度在两年中均下降。最高的NDF（65.6%–66.5%）和ADF浓度（39.4%–39.6%）出现在对照中。叶面处理和基施×叶面互作对纤维反应无影响。

4 讨论

种子包衣（2 g CaSO₄ kg^?1种子）通过可能刺激萌发代谢和随后的植物生长，提高了株高、分蘖数、叶面积和DMH。这支持了种子包衣在建植期提供益处的观点。

基施和叶面喷施CaSO₄均提高了与分蘖和植物生产力相关的反应。叶面喷施1%溶液或基施2 Mg ha^?1的表现优于其他测试用量，并且基施与叶面喷施相结合比单一施用方式增加了DMH。基施CaSO₄可能通过提高光合作用、水分状况、膨压势、蒸腾速率、气孔导度和可溶性糖积累来增加DMH。钙应用改善了高温干旱环境下的植物水分状况和抗旱性，这在当前研究中尤为重要。

叶面喷施钙可促进养分快速吸收，特别是在限制根系功能或土壤养分移动性的条件下。基施和叶面喷施相结合的策略可能通过互补的养分输送方式改善整体养分供应，从而导致优异的植物生长和营养品质。

光合色素和膜稳定性指数的增加归因于钙在细胞壁扩张、膜完整性、渗透调节以及叶绿素合成遗传表达调控中的作用。外源钙应用被报道可通过控制叶片中叶绿素合成相关遗传表达来增强光合作用。本研究结果与在盐胁迫小麦上喷施钙溶液后这些色素浓度增加的研究结果一致。

种子包衣对牧草营养价值无影响，但提高了钙和硫浓度，这可能是由于包衣层促进了这些养分的吸收和分布。

基施和叶面喷施CaSO₄影响了所有营养价值指标。叶片钙和硫浓度的增加可能源于土壤和叶片对两种养分吸收的增加。CP的增加可能部分归因于与根系伸长增强相关的氮吸收率提高。NDF和ADF的下降部分是由于随着氮、钙和硫浓度的增加，纤维组分被稀释。细胞壁成分的减少趋势解释了TDN对CaSO₄施用的增加反应。

其他研究也显示了钙生物强化对牧草营养价值的积极影响。在干旱半干旱地区，牧草钙营养强化反应可能因不同的农业生态区而异，这主要是由于环境条件的差异，特别是高温和土壤水分胁迫的发生频率，这些条件加剧了植物水分关系和根系反应的重要性。然而，在本研究背景下，钙应用对植物生长、生理机制和营养价值的积极影响是显著的。

虽然观察到的钙和硫浓度增加具有统计学意义，但其对 livestock 营养的实际意义需要进一步评估。通过联合养分应用增强牧草的矿物质浓度可能潜在地减少对外部矿物质补充剂的需求，改善动物健康和生产性能。然而，需要进行对照饲养试验以确认这些营养改善是否能转化为动物性能的可衡量益处。

5 结论

CaSO₄基施（2 Mg ha^?1）与叶面喷施（1%）相结合，比单一施用或不施用CaSO₄更能改善牧草高度和分蘖反应、DMH和营养价值。当以基施（2 Mg ha^?1）和叶面喷施（1%）组合方式施用时，牧草钙和硫浓度满足了奶牛的需求（占日粮干物质总摄入量的0.65%）。在三种施用方法中，种子包衣对株高、叶面积、单株分蘖数和每平方米分蘖数的积极影响最大，从而导致更高的DMH。基施提高了单株分蘖数和每平方米分蘖数，而叶面喷施作为单一方法施用时不影响分蘖反应。然而，基施与叶面喷施相结合通过增加株高和叶面积提高了DMH。结论是，使用CaSO₄进行钙生物强化，采用基施（2 Mg ha^?1）和叶面喷施（1%）处理并结合种子包衣（2 g kg^?1种子），可以改善罗得草的生长、DMH和营养价值。