氮素驱动的冠层结构变化提升不同生长季下坚尼草（Megathyrsus maximus）品种BRS Quênia的生产力与农艺效率

《Plant-Environment Interactions》：Nitrogen-Driven Changes in Canopy Structure Enhance Productivity and Efficiency of Guineagrass (Megathyrsus maximus) cv. BRS Quênia Across Contrasting Growing Seasons

　　

理解饲草品种对氮（N）施肥的响应，对于制定可持续集约化牧草型畜牧系统的高效策略至关重要。本研究旨在评估在间歇放牧条件下，增加氮剂量对Megathyrsus maximus cv. BRS Quênia牧草的饲草产量、冠层结构、营养价值和农艺效率的影响。试验进行了2年，采用随机完全区组设计，设4个氮剂量（75、150、225和300 kg N ha^?1 year^?1）和4次重复。评估了以下变量：放牧间隔、冠层高度、分蘖群体密度（TPD）、饲草质量（FM）和累积量（FA）、形态组成、营养价值及农艺效率指数（AEI）。增加氮剂量使放牧间隔从60天缩短至25天，并使饲草累积速率（FAR）从71 kg DM ha^?1 day^?1提高至169 kg DM ha^?1 day^?1。饲草产量（FP）线性增加，在第二年最高氮剂量下达21,060 kg DM ha^?1 year^?1，较第一年增加高达48.5%。AEI在第二年较高，在300 kg N ha^?1时观测到最大值486%。较高氮剂量增加了TPD（565分蘖 m^?2），叶片比例更高（49%）而枯死物质更低（16%）。相比之下，最低氮剂量在第二年导致TPD下降高达40%，FP下降48%。氮剂量也影响营养价值，粗蛋白（CP，高达14.7%）和消化率（高达59.6%）增加。最低氮剂量（75 kg N ha^?1 year^?1）损害了第二年生产力，表明至少需要150 kg N ha^?1 year^?1以维持牧草稳定性。在225 kg N ha^?1 year^?1以上，相对于经济成本和环境风险，农艺效益变得边际化。因此，150–225 kg N ha^?1 year^?1范围代表了在气候变异性下生产集约化、经济可行性和环境可持续性之间的最优平衡。

以牧草为基础的畜牧系统中，牧草是反刍动物的主要饲料来源。当前动物科学面临在优化资源和土地利用的同时增加生产、减少环境影响的挑战，因此牧草集约化被认为是提高热带地区土地利用效率和牧草产量的关键策略。巴西育种项目于2017年发布了Megathyrsus maximus（原Panicum maximum）杂交品种BRS Quênia，该品种具有高产、优质和中等生长习性，可用于多样化牧场和强化动物生产，但对其在不同氮肥水平下的管理响应尚缺乏系统研究。氮肥是热带牧草集约化的主要投入，但过量施用会增加生产成本和环境风险，不足则可能导致土壤养分耗竭和牧草退化。已有研究提出以95%光截获（LI，指冠层截获光合有效辐射的比例）作为热带牧草放牧管理的最佳标准，但该标准与氮肥剂量结合应用于BRS Quênia的研究尚未见报道。因此，研究人员开展本试验，旨在量化增加氮剂量对冠层结构、饲草累积、营养价值和农艺效率的影响，并假设95% LI管理结合增施氮肥可改变冠层结构、提高饲草质量和累积、改善营养价值和农艺效率。

试验于2020年10月至2022年4月在巴西Embrapa牛肉研究中心（Campo Grande, MS）进行，土壤为弱酸性、低盐基饱和度的黏质红土。采用随机完全区组设计，设75、150、225和300 kg N ha^?1 year^?1四个氮剂量，4次重复，共16个围栏。牧草为2017年建成的BRS Quênia草地，2020年9月进行均匀放牧。放牧采用间歇放牧（mob grazing），以95% LI作为放牧触发标准，留茬高度为放牧前高度的50%。使用20头Caracu阉牛（平均体重400 kg，约24月龄）作为放牧动物。测定放牧间隔、冠层高度、分蘖群体密度（TPD，单位面积内分蘖数量）、放牧前后饲草质量（FM）、饲草累积量（FA）、累积速率（FAR）、形态组成、营养价值（粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素、体外有机物消化率）和农艺效率指数（AEI）。统计分析采用SAS PROC MIXED，以氮剂量、年份及互作作为固定效应，区组作为随机效应。

### 3.1 光截获、放牧间隔与冠层高度

所有处理均达到95% LI目标，说明管理标准有效。放牧间隔随氮剂量增加线性缩短，从N75的60天降至N300的25天，每增加1 kg N ha^?1 year^?1间隔减少0.13天；放牧周期数从4个增至11个。冠层高度在第二年表现出氮剂量线性效应，高氮降低放牧前和放牧后高度。TPD在第二年随氮增加线性增加，N300较第一年增加8.6%，而N75和N150分别降低40%和19%，表明低氮削弱分蘖更新和冠层持久性。

### 3.2 饲草生产、形态组分与营养价值

干物质（DM）随氮增加线性降低。放牧前FM、FA和FAR均随氮剂量线性增加。FP在两年均随氮增加线性上升，但第二年斜率更大；N75的FP从第一年到第二年下降48.1%，而N150、N225、N300分别增加8.6%、23.2%、48.5%，最大FP为第二年N300的21,060 kg DM ha^?1 year^?1。AEI也随氮增加线性上升，第二年最高达486.5%。营养价值方面，CP随氮增加线性增加，第二年N75的CP较第一年下降24%；中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）在第二年随氮增加而降低；体外有机物消化率（DIGOM）随氮增加线性增加，木质素（LIG）降低。

### 3.3 形态组成与冠层结构

放牧前叶片比例（LP）和叶茎比（LSR）以及绿枯比（GDR）随氮剂量增加而线性增加，枯死物质比例（DMP）降低；放牧后也呈现类似趋势。年份效应显示，第二年LP和LSR降低，而茎比例增加，表明低氮条件下冠层结构恶化，营养品质下降。

讨论指出，95% LI管理有效，氮加速组织流动，缩短放牧间隔，增加利用频率。氮对冠层结构的调整（增加分蘖密度、降低高度、增加叶片比例）提高光截获效率和资源利用。低氮（75 kg N ha^?1 year^?1）不足以维持分蘖更新，导致冠层退化，尤其在降水变异大的年份，系统脆弱性增加。高氮提高CP和DIGOM，降低NDF/ADF，但超过225 kg N ha^?1 year^?1后，额外的农艺效益边际化，且可能增加环境风险。研究还指出，虽然未直接测量温室气体，但更高氮肥通常与N₂O排放和氮损失相关；然而按单位产品排放强度计算，高产出系统可能表现更好。结论认为，150–225 kg N ha^?1 year^?1是平衡生产集约化、经济可行性和环境可持续性的最优区间。

翻译原文结论：减少的氮剂量（75 kg N ha^?1 year^?1）在第二年损害了饲草生产并增加了系统脆弱性，表明150 kg N ha^?1 year^?1是维持坚尼草BRS Quênia生产力与稳定性的最低水平。另一方面，虽然高剂量增加了产量，但在225 kg N ha^?1 year^?1以上农艺效率的增益变得边际化，不足以证明更高剂量带来的更高经济成本和潜在环境影响的合理性。因此，150–225 kg N ha^?1 year^?1范围最适合协调生产集约化、经济可行性和环境可持续性，尤其是在气候变异性较大的情景下。