氮肥施用水平下白三叶品种的农艺变异性研究

本研究针对当前白三叶品种评价体系在单一氮肥水平下可能存在的局限性，通过设置0、75和150 kg N/ha三种氮肥处理，对17个白三叶品种的农艺性状进行了系统评估。研究发现，不同品种在产量、三叶草含量和营养品质等方面对氮肥响应存在显著差异，且品种排名随氮肥水平变化而重排。这一结果表明白三叶品种评价需考虑氮肥管理差异，为优化品种选育和推广提供了重要依据，对促进草地农业可持续发展具有重要意义。

　　

在当今全球气候变化和农业可持续发展面临严峻挑战的背景下，如何减少化学氮肥的使用同时维持甚至提高草地生产力已成为畜牧业和农业研究的重要议题。化学氮肥的过度使用不仅增加生产成本，还会导致温室气体排放、水体污染等环境问题。欧盟"从农场到餐桌"战略要求到2030年将化学肥料使用量减少至少20%，爱尔兰气候行动计划也明确提出将年化学氮使用量控制在30万吨以下。在这一背景下，白三叶（Trifolium repens L.）作为一种优良的豆科牧草，因其具有生物固氮能力、提高饲草营养价值和改善土壤健康等多重功能而受到广泛关注。

白三叶能够通过与根瘤菌共生，将大气中的氮气转化为植物可利用的氮素，每公顷可替代高达100公斤的化学氮肥，同时维持或提高牛奶和牧草产量。然而，白三叶品种间在农艺性状、氮肥响应和持久性等方面存在显著差异，这使得品种选择成为成功建立白三叶-禾本科混播草地的关键因素。目前爱尔兰和英国的白三叶品种评价体系分别在90 kg N/ha和200 kg N/ha的单一氮肥水平下进行，这种评价方式可能无法全面反映品种在不同氮管理策略下的真实表现，导致一些具有潜在价值的品种被忽视。

为了解决这一问题，研究人员在Teagasc动物与草地研究与创新中心开展了为期两年的田间试验，研究了17个白三叶品种在0、75和150 kg N/ha三种氮肥水平下的农艺表现。试验采用随机区组设计，每个处理设3个重复，供试品种根据叶片大小分为小叶、中叶和大叶三个类别。所有小区均与多年生黑麦草（Lolium perenne L.）混播，并设黑麦草单播对照。研究团队测量了牧草产量、三叶草含量、营养品质等指标，并分析了品种、氮肥水平和季节之间的互作效应。

研究采用了一系列关键技术方法：试验设计采用随机区组安排，使用Wintersteiger播种机进行精确播种；牧草产量测定通过模拟放牧机制，使用上升平板仪测量草层高度，Etesia割草机收割并取样；植物学组成分析通过手工分离黑麦草、三叶草和杂草组分；营养品质分析采用近红外光谱技术测定粗蛋白（CP）、中性洗涤纤维（NDF）和有机物消化率（OMD）；数据分析使用SAS统计软件的混合模型方法，考虑了年份、品种、氮肥水平、叶片类别和季节等因子的主效应和互作效应。

3.1. 气象数据

研究表明，2023年和2024年的气象条件存在显著差异。2023年月平均气温持续高于10年平均值，而2024年生长季（6-9月）气温较10年平均低0.38-1.4°C，降雨量仅为10年平均的67%。这种气候差异导致2024年牧草总产量较2023年降低，说明环境条件对白三叶生长有重要影响。

3.2. 牧草生产

研究发现了显著的品种×氮肥互作效应（P<0.001），表明白三叶品种在不同氮肥水平下排名发生变化。例如，AberHerald在75N条件下产量最高（9061±201.9 kg DM/ha），而在150N条件下排名第10。总体而言，氮肥水平与牧草产量呈正相关（r=0.38），从0N到150N平均产量分别为8181、8546和9629 kg DM/ha。不同叶型类别对氮肥的响应也不同，大叶品种从75N到150N的产量增加幅度（1496 kg DM/ha）高于中叶（973 kg DM/ha）和小叶品种（852 kg DM/ha）。

3.3. 三叶草含量

研究发现氮肥水平与三叶草含量呈负相关（r=-0.55），0N、75N和150N下的平均三叶草含量分别为38.3%、22.0%和16.8%。品种×氮肥互作显著（P<0.001），如Dungloe在0N下三叶草含量最高（47.9%），但在75N下仅排名第13。季节与氮肥水平也存在互作，春季三叶草含量在各氮肥水平间差异不大，而夏秋季差异显著。

3.4. 三叶草干物质生产

三叶草干物质产量与三叶草含量高度相关（r=0.83）。从0N到150N，三叶草干物质产量显著下降（3141、1718和1514 kg DM/ha）。小叶品种随氮肥增加产量持续下降，而大叶品种从75N到150N产量有所增加，表明大叶品种可能具有更好的氮耐受性。

3.5. 单位三叶草产量

研究发现单位三叶草产量（kg三叶草DM/%三叶草）从2023年到2024年显著下降（13.65±0.403 vs 10.90±0.403）。品种×氮肥互作显著，如AberSwan从0N到150N持续增加，而Clodagh先降后升。

3.6. 营养品质

所有营养品质参数在年份间差异显著。粗蛋白从136 g/kg DM增加到151 g/kg DM，NDF从422 g/kg DM降到396 g/kg DM，OMD从800 g/kg OM降到732 g/kg OM。品种×氮肥互作对所有营养参数显著，表明品种排名随氮肥水平变化。

研究表明，白三叶品种在不同氮肥水平下表现出显著的性能差异，这种差异不仅体现在产量方面，还表现在三叶草含量、持久性和营养品质等多个方面。研究结果对当前国家品种评价体系提出了重要挑战，表明单一氮肥水平的评价可能无法全面反映品种在不同管理策略下的真实表现。

研究结果强调了在设计白三叶品种评价方案时需要考虑氮肥管理差异的重要性。目前爱尔兰和英国分别采用90 kg N/ha和200 kg N/ha的单一氮肥评价标准，可能会偏向于在特定氮肥水平下表现良好的品种，而忽视在其他条件下可能表现优异的品种。这种评价体系的局限性可能阻碍了适合不同 farming 系统的优良品种的选育和推广。

研究人员建议，理想的品种评价体系应该包含多个氮肥水平，以更好地模拟商业农场的实际管理条件。考虑到资源限制，150 kg N/ha可能是一个合理的折中方案，既能维持三叶草的持久性，又能保证足够的产量。同时，零氮处理也能为有机农业等低投入系统提供有价值的信息。

此外，研究还指出当前基于刈割的评价体系与实际放牧管理之间存在差异。动物践踏会导致白三叶匍匐茎的破碎和埋藏，从而影响其生产性能。因此，将放牧管理纳入品种评价体系可能提供更接近实际生产条件的性能数据。

这项研究对促进白三叶在可持续农业系统中的广泛应用具有重要意义。通过建立更加全面和准确的品种评价体系，可以帮助农民选择最适合其特定管理条件的品种，从而提高草地生产力，减少化学氮肥使用，降低环境 impact，最终实现农业的可持续发展。研究结果为改进国家品种推荐名单的制定提供了科学依据，对推动草地农业的创新和进步具有重要价值。