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红三叶草地土壤植物系统中矿质元素的数量特征（7）
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第六节 刈割时期对红三叶种群矿质元素特征的影响
如上所述，植物矿质元素的含量和积累量特征，与其生长时期有密切关系。因此，研究不同刈割时期对红三叶种群矿质元素含量和积累量的影响，可为其合理利用提供科学依据。
为了研究不同刈割期对矿质元素特征的影响，进行了如下实验设计：实验处理分为二级。一级处理分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期。处理Ⅰ的实验时间为３月５日～５月31日，处理Ⅱ为６月４日～７月24日，处理Ⅲ为7月28日～９月26日。可见，一级处理反映了不同利用季节对元素积累的影响。在处理Ⅰ或Ⅱ期实验完成之后，将实验地上的草群全部割掉（时间分别为６月４日和７月28日），再布置下一期实验样方。二级处理，是在每期（即一级处理）之中，各设５类样地，按不同时间逐次剪割，代号分别为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ，在最后剪割处理Ｅ时，同时刈取处理Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ的再生草，其代号依次为ａ、ｂ、ｃ、ｄ。二级处理主要反映了不同刈割时间所造成的红三叶不同生育期对矿质元素积累的影响。一、二级处理总共２７个。其处理方式详见表5-29。
表29 红三叶种群不同处理的刈割期和生长期
一级处理 二级处理 A B C D E a b c d |
刈割期 26/3 15/4 30/4 16/5 1/6 1/6 1/6 1/6 1/6 Ⅰ 生育期 VP VP VP ESP EFP EFP VP VP VP 生长时间 5/3~25/3 5/3~14/4 5/3~29/4 5/3~15/5 5/3~31/5 26/3~31/5 15/4~31/5 30/4~31/5 16/5~31/5 生长天数 21 41 56 72 88 67 47 32 16 |
刈割期 15/6 26/6 5/7 15/7 25/7 25/7 25/7 25/7 25/7 Ⅱ 生育期 VP VP ESP EFP FFP EFP VP VP VP 生长时间 4/6~14/6 4/6~25/6 4/6~4/7 4/6~14/7 4/6~24/7 15/6~24/7 26/6~24/7 5/7~24/7 15/7~24/7 生长天数 11 22 31 41 51 40 29 20 10 |
刈割期 8/8 18/8 30/8 12/9 27/9 27/9 27/9 27/9 27/9 Ⅲ 生育期 VP VP VP ESP EFP VP VP VP VP 生长时间28/7~7/8 28/7~17/8 28/7~29/8 28/7~11/9 28/7~26/9 8/8~26/9 18/8~26/9 30/8~26/9 12/9~26/9 生长天数 11 21 33 46 61 50 40 28 15 |
注：VP：营养期；ESP：现蕾初期；EFP：开花初期；FFP：开花盛期
1.刈割时期对红三叶种群矿质元素含量的影响
1.1不同刈割季节（一级处理）红三叶种群对矿质元素含量的影响
由于处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所处的季节不同，所以大气生态环境和植物的生长状况有所差别，因此红三叶的元素含量各异。从表5-30可以看出，元素含量随季节的变化而变动的趋势大致分为四类：(1)升高型，即Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，包括N、P、Ca、Mg、Sr、Pb、Ba、Ti、Li9种元素；（2）降低型，即Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，只有Na元素,(3)波动型：其中K、Mn、Cu、Co、V、Cr，表现为中期（处理Ⅱ）增高；Fe、Ni、Al在中期降低。(4)稳定型：Zn属于这个类型，其变化小于５％。在计算不同时期的家畜日粮标准时，应考虑各营养元素含量的上述动态特征。
表30 一级处理对红三叶种群矿质元素含量的影响
营养元素 N P K Ca Mg Fe Mn Cu Zn |
I 26.36 3.40 17.65 17.06 2.79 204.9 58.2 19.2 79.7 Ⅱ 27.70 3.73 19.07 17.33 3.13 153.8 88.1 22.7 77.0 Ⅲ 34.17 4.01 15.21 19.22 3.32 272.9 85.1 1.74 79.3 |
其他元素 Na Co V Sr Ni Pb Al Cr Ba Ti Li |
I 119.5 0.467 1.36 32.4 3.12 6.94 114.9 0.890 11.0 8.9 2.04 Ⅱ 106.3 0.702 1.51 40.0 2.47 8.69 106.0 0.961 14.5 11.1 2.33 Ⅲ 81.7 0.682 1.23 45.8 2.70 11.99 153.8 0.768 17.2 13.4 2.51 |
注：1.N、P、K、Ca、Mg的单位为g/kg；其余元素为mg/kg。
2.表中数据为3个一级处理（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）中9个二级处理的平均值。
1.2不同刈割时间（二级处理）对红三叶种群矿质元素含量的影响
由图5-13和5-14可见，在一级处理中，从Ａ至Ｅ的５个二级处理，随着红三叶的生育期的后移，N、P、K、Cu、Zn、Co、Pb的含量逐渐下降，为降低型。这与Fabregas(1983)的研究结果是一致的。Ca含量逐渐增加，为升高型；Mg、Fe、Al、Cr、Ti先升高，而后降低，呈峰型；Mn先下降，而后升高，呈谷型；其余元素Na、Sr、Ni、V、Ba、Li为波动型。从ｄ至ａ的４个二级处理,为Ａ至Ｄ相应的再生草群，其动态趋势为：9种营养元素N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn及Co、Ni的含量均随生育期后移呈下降，呈降低型；Na、V、Cr、Ti为峰型；Pb、Ba为谷型；Sr、Al、Li为波动型。
在每个一级处理中，如以处理B（刈割时株高为18cm，营养期）与处理Ｅ（开花期）进行比较，还可看出，营养元素的含量，通常为营养期高于开花期，只有Ca例外；而其他元素各有高低。Banszki (1990)的研究结果亦表明，牧草N、P、K的含量在营养初期最高。
图13 不同刈割期对红三叶种群营养元素含量的影响
图例Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为一级处理
图14 不同刈割期对红三叶种群其他元素含量的影响
图例Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为一级处理
1.3红三叶再生草群与其刈割之前草群矿质元素含量的比较
为排除生育期的影响，现在刈割前草群和再生草群中，各选用3个营养期（平均生长天数相近）的测值，予以平均，进行比较。结果表明，N、P、K、Zn、Na、Al、Pb以刈割之前草群为高，Ca、Co、Sr、V、Li以再生草较高，其余元素Mg、Fe、Mn、Cu、Ni、Cr、Ba、Ti的含量二者相近。（表5-31）
表31红三叶再生草群与其刈割之前草群矿质元素含量的比较
营养元素 N P K Ca Mg Fe Mn Cu Zn |
刈割前 34.9 4.34 20.7 16.6 3.16 245.0 80.8 22.1 88.4 再生草 31.2 3.99 17.2 19.1 3.31 241.8 85.8 21.7 79.1 |
其他元素 Na Co V Sr Ni Pb Al Cr Ba Ti Li |
刈割前 119.0 0.627 1.27 37.8 3.10 12.7 161.3 0.991 15.3 11.9 2.13 再生草 69.6 0.694 1.47 41.1 3.04 8.0 119.0 0.972 14.7 12.0 2.43 |
注：1.N、P、K、Ca、Mg的单位为g/kg；其余元素为mg/kg。
2.刈割前的草群与再生草群的平均生长天数，分别为27和26天。
2.刈割时期对红三叶种群矿质元素积累量的影响
2.1不同刈割季节（一级处理）对红三叶种群矿质元素积累量的影响
为比较一级处理对红三叶种群矿质元素平均积累量的影响，现将各二级处理的刈割前草群与其相应的再生草的元素积累量相加，求其平均值进行比较。从表5-32可以看出，在各一级处理中，5个二级处理的各矿质元素平均积累量通常亦是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，只有Ba、Ti、Li、Co例外。其积累量的变异系数一般以处理Ⅰ最小，只有Pb、Ba例外。各元素比较，其变异系数有明显不同。其中，处理Ⅰ中的P和Fe的变异最小，低于5%，处理Ⅲ中的Na变异最大，达78%。
表32 一级处理中红三叶种群矿质元素积累量的平均值和变异度
处理 项目 N P K Ca Mg Fe Mn Cu Zn |
`Ⅰ X 6.59 0.80 4.87 5.31 0.79 40.33 15.84 5.09 22.00 S 0.75 0.03 0.50 1.46 0.16 1.72 4.42 0.64 3.77 CV. 11.4 3.6 10.4 27.5 20.7 4.3 27.9 12.6 17.2 Ⅱ X 4.65 0.68 3.48 3.60 0.64 25.82 16.64 3.72 14.80 S 1.15 0.20 1.19 1.31 0.23 7.12 5.08 1.24 4.89 CV 24.6 29.0 34.3 36.3 35.3 27.6 30.5 33.3 33.0 Ⅲ X 3.72 0.43 1.62 2.36 0.35 27.36 9.58 1.87 8.99 S 1.41 0.15 0.59 1.19 0.12 5.33 4.09 0.66 4.14 CV. 37.8 35.6 36.5 50.5 34.7 19.5 42.7 35.4 46.0 |
处理 项目 Na Co V Sr Ni Pb Al Cr Ba Ti Li |
`Ⅰ X 37.14 0.11 0.42 10.12 0.88 2.22 23.66 0.26 1.36 0.95 0.26 S 18.10 0.02 0.09 2.83 0.16 1.18 3.20 0.05 0.91 0.34 0.11 CV. 48.7 19.7 20.2 27.9 18.6 53.3 13.5 17.2 66.6 36.1 42.9 Ⅱ X 26.01 0.15 0.32 8.27 0.39 1.36 19.23 0.19 1.48 1.34 0.29 S 15.45 0.07 0.13 3.08 0.11 0.66 9.58 0.09 0.42 0.72 0.15 CV 59.4 47.6 40.2 37.2 28.1 48.2 49.8 46.5 28.3 54.0 53.5 Ⅲ X 13.4 0.07 0.15 5.62 0.27 1.07 16.51 0.08 1.95 1.43 0.30 S 10.42 0.03 0.06 2.78 0.06 0.09 2.56 0.02 0.67 0.66 0.17 CV. 77.8 38.4 44.5 49.5 23.6 8.3 15.5 22.8 34.5 46.1 57.3 |
注：1.X、S 和C.V.依次代表平均值、标准差和变异系数。
2. N、P、K、Ca、Mg的单位为g/m2；其余元素为mg/m2。
图5-15、5-16的显示了不同刈割期对红三叶种群矿质元素积累量影响的动态曲线。如将3个一级处理中积累量最大的二级处理进行比较，通常是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ。例外的是P、Co、Li、Ti，以处理Ⅱ或Ⅲ为高，这是由于此时其含量明显升高所致。
图15不同刈割期对红三叶种群营养元素积累量的影响
图例Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为一级处理
图16不同刈割期对红三叶种群其他元素积累量的影响
图例Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为一级处理
2.2不同刈割时间（二级处理）对红三叶种群矿质元素积累量的影响
图5-15、5-16所示的研究结果还表明，每个一级处理中，在开花期之前，二级处理中的各矿质元素积累量，通常随红三叶种群生长时间的增长而升高，只有当个别元素含量在花期降低幅度相当大时才出现例外。分析结果指出，在决定元素积累量的两个因素中，生物量与各元素积累量均成线性正相关，显著性水平为α＝0.001或α＝0.01，说明两者的关系极为密切。而元素含量与其积累量多成负相关，其中，N、P、K、Mg、Fe、Mn、Cu、Co、Ni、的显著性水平为α＝0.01或α＝0.05，表明这些元素含量变化对其积累量有负面影响。例外的是Ca、Na、Li，这3种元素的含量与其积累量成正相关，但只有Na的显著性水平达到了α＝0.05。（表5-33）这说明红三叶矿质元素积累量随种群生长时间的增长主要决定于生物量的增加。从生态因子看，在各一级处理中，红三叶地上部的干物质积累量与积温的关系均十分密切，显著性性水平皆为α＝0.01。因此，在各二级处理中，矿质元素积累量通常以生长时间最长的处理E最高。
为进一步比较不同刈割时间对元素积累量的影响，现把其再生草与其相应的刈割之前草群元素积累量相加，即分成5组（A+a，B+b，C+c，D+d和E）进行比较，如图5-17、5-18所示。在各一级处理中，这5组处理的生长天数，均是相同的。但其元素积累量的最高值均出现于现蕾～开花期刈割的那一组处理。其中，处理Ⅰ中，P、Fe、Co、Pb积累量最大值出现于D+d组（现蕾期），其余元素均显现于处理E（开花初期）。在处理Ⅱ中，N、Al、Pb、Cr以C+c组（现蕾初期）为高，其余元素的最大值均在D+d和E组（开花初～盛期）。处理Ⅲ中，最高值均于D+d（现蕾初期）和E组（开花初期）显现。总之，在A+a和B+b组中，各元素的积累量都处于较低水平，这说明刈割利用较早时所获得的总营养物质较少。特别是在处理Ⅱ、Ⅲ这两个时期利用时，早期利用更为不利，所获得的总营养物质更少。
表33 红三叶种群矿质元素积累量(ER)与生物量(BM)或元素含量(EC)的相关系数
营养元素 N P K Ca Mg Fe Mn Cu Zn |
BM与ER 0.979 0.989 0.993 0.998 0.995 0.975 0.985 0.995 0.998 EC与ER -0.844 -0.879 -0.761 0.132 -0.843 -0.897 -0.743 -0.824 -0.747 |
其他元素 Na Co V Sr Ni Pb Al Cr Ba Ti Li |
BM与ER 0.951 0.980 0.998 0.998 0.991 0.873 0.900 0.938 0.953 0.951 0.956 EC与ER 0.690 -0.753 -0.004 -0.008 -0.774 -0.362 -0.334 -0.158 -0.323 -0.333 0.299 |
注：n=9 P0.001 = 0.898 P0.01 = 0.798 P0.05 = 0.666
图17 二级处理对红三叶种群营养元素积累量的影响
图例Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为一级处理
图18 二级处理对红三叶种群其他元素积累量的影响
图例Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为一级处理
2.3 红三叶刈割之前草群与其再生草群矿质矿质元素积累量的比较
如将每个一级处理中的4个刈前草群（即A，B，C，D）与其相应的再生草群（即d，c，b，a）的元素积累量平均值进行比较，在各一级处理之中，再生草群及其刈前草群生长天数相近的条件下，通常是前者低于后者的元素积累量；只有处理Ⅰ中的N、Ca、Mn、Co、Sr、V、Cr以前者略高或两者相近。3个一级处理比较，刈前草群的元素积累量高出再生草群的幅度，以处理Ⅱ最大，处理Ⅰ最小，处理Ⅲ居中。（表5-34）分析表明，上述差异亦主要是刈前草群比再生草群生物量高所致。但前者生物量比后者高的原因，显然与积温没有关系，因为两者的该值是相同的。其原因可能是刈割之后红三叶长势减弱所致。
表34 红三叶刈前草群（A）与其再生草群（B）矿质元素积累量的比较
处理 N P K Ca Mg Fe Mn Cu Zn |
Ⅰ A 3.04 0.416 2.51 2.32 0.381 23.6 6.94 2.60 11.00 B 3.27 0.391 2.26 2.38 0.350 16.9 6.94 2.25 9.46 Ⅱ A 3.08 0.440 2.21 2.29 0.415 15.4 10.90 2.47 9.49 B 1.34 0.195 0.93 0.96 0.176 9.0 4.54 1.02 4.09 Ⅲ A 2.33 0.269 1.06 1.31 0.221 16.8 5.17 1.10 5.41 B 1.10 0.122 0.46 0.68 0.123 10.4 2.98 0.59 2.47 |
处理 Na Co V Sr Ni Pb Al Cr Ba Ti Li |
Ⅰ A 20.11 0.056 0.186 4.56 0.450 1.30 13.68 0.112 0.776 0.552 0.148 B 12.38 0.061 0.204 4.52 0.360 1.06 9.09 0.135 0.323 0.281 0.075 Ⅱ A 20.74 0.102 0.204 5.55 0.185 1.01 13.92 0.141 0.939 0.717 0.155 B 2.45 0.040 0.081 2.13 0.163 0.36 6.32 0.045 0.457 0.328 0.091 Ⅲ A 6.81 0.035 0.084 3.11 0.171 0.80 10.64 0.047 1.151 0.938 0.145 B 3.18 0.024 0.045 1.60 0.074 0.28 5.51 0.029 0.629 0.460 0.085 |
注：1.刈前草群和再生草群的矿质元素积累量分别为处理A、B、C、D的平均值和a、b、c、d的平均值。
2.N、P、K、Ca、Mg的单位为g/kg；其余元素为mg/kg。
3.不同利用期对红三叶种群矿质元素积累速率的影响
3.1一级处理（不同利用季节）对红三叶种群矿质元素积累速率的影响
分析表明，22种矿质元素在各一级处理中的最大或平均积累速率的最高值，并不出现在同一处理之中。从刈前草群来看，其最高值出现在处理Ⅱ者有5种常量营养元素N、P、K、Ca、Mg及Na、Co、Sr、Pb、Al、Cr；出现在处理Ⅲ者有4种微量营养元素Fe、Mn、Cu、Zn及Ba、Ti、Li。只有Ni、V在处理Ⅰ。就再生草群而言，最高值通常出现在处理Ⅰ，仅Mn、Co、Al、Ba、Ti、Li在处理Ⅱ。（表5-35；图5-19和5-20）
表 35 一级处理对红三叶刈前草群和再生草群矿质元素平均积累速率的影响(mg/m2.d)
N P K Ca Mg Fe Mn Cu Zn |
刈前草群 I 56.0 7.61 45.3 38.7 6.58 0.463 0.121 0.047 0.198 II 109.0 14.63 73.6 72.9 13.19 0.511 0.363 0.082 0.310 III 80.5 9.57 37.8 42.2 7.47 1.524 0.470 0.100 0.492 再生草群 I 68.3 8.20 42.3 48.0 7.08 0.372 0.148 0.046 0.189 II 46.0 6.81 33.1 32.7 5.99 0.325 0.158 0.038 0.140 III 36.2 3.97 15.5 20.7 3.86 0.322 0.095 0.019 0.083 |
Na Co V Sr Ni Pb Al Cr Ba Ti Li |
刈前草群 I 333.7 1.00 8.84 75.8 8.01 21.3 270.3 1.96 13.8 11.1 26.4 II 669.4 3.18 6.06 178.6 6.25 34.5 458.6 4.53 34.4 24.5 4.70 III 194.7 1.37 2.78 103.4 7.06 33.3 371.0 1.80 38.0 30.7 5.21 再生草群 I 276.8 1.24 4.13 90.0 7.28 18.5 196.7 2.72 11.4 7.9 1.80 II 80.8 1.36 2.80 74.7 5.77 13.1 217.3 1.68 22.4 15.4 4.22 III 75.8 0.85 1.33 48.7 2.36 8.0 15.21 0.76 18.2 13.5 2.58 |
注：刈前草群和再生草群的积累速率分别为处理A、B、C、D的平均值和a、b、c、d的平均值。
3.2二级处理（不同刈割时间）对红三叶种群矿质元素积累速率的影响
就刈前草群而言，在３个一级处理中，各元素的积累速率一般以生育期最早的处理Ａ较低，而后逐渐升高；其最大值的出现则因元素和处理不同而异：在处理Ⅰ中，N、Ca、Mg、Mn、Zn、Sr、Ni、V、Al、Ba、Ti、Li出现于处理E；P、K、Cu、Na、Co、Pb显现于处理D；Fe、Cr在处理C。在处理Ⅱ中，只有N、Mn、Al、Pb、Cr、Ba的积累高峰出现在处理C；Ni、Ti出现于E；其余元素均出现于处理Ｄ。在处理Ⅲ中，除K出现于处理B外，N、P、Ca、Mg、Na、V、Al、Cr、Ba、Ti出现在处理Ｄ；Fe、Mn、Cu、Zn、Co、Sr、Ni、Li出现于E。（图5-19、5-20）
对于再生草群来说，在处理Ⅰ、Ⅱ中，各元素积累速率的最低值一般出现于处理ｄ，仅Fe、Al、Ba、Ti、Li例外；在处理Ⅲ中，最低值通常出现于处理Ｃ，仅Al、Ba、Ti例外。其最大积累速率的出现同样因生育期而异，但与刈前草群有所不同。在处理Ⅰ中，K、Ca、Mg、Zn、Co、Sr、Pb的积累高峰出现于处理ａ，N、P、Fe、Mn、Cu、Na、Ni、V、Al、Cr、Li出现在处理ｂ；只有Ba、Ti出现于d。在处理Ⅱ中，除Fe和Ba、Ti、Li分别出现于c和d外，其余元素的积累高峰均出现在处理ａ。在处理Ⅲ中，除Na、Al、Ba、Ti和Pb、Cr分别出现于a和b外，其余元素均出现于处理ｄ。（图5-19、5-20）
在早春，红三叶植株的高度通常低于5cm，其营养元素的积累速率很低。例如，此时N、P、K的积累速率为最大积累速率的35%左右；Ca和Mg仅分别为最大积累速率的9％和21％。如果这时放牧利用，刚刚积累的一点营养物质，被啃食殆尽，红三叶便不得不再次动用地下部贮存的营养物质，以生长新的枝条，致使地下部贮藏物质继续减少。这无论对当年，还是对以后年分的产草量都会产生极为不利的影响，从而加速草群的退化速度。
图19 不同利用期对红三叶种群营养元素积累速率的影响
图例Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为一级处理
图20 不同利用期对红三叶种群其他元素积累速率的影响
图例Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为一级处理
参考文献
[1]Banszki，T．Growth dynamics of grasslands with various times of regeneration and rates of nitrogen.Acta Agronomica Hungarica.1990，39(3-4)：367-379．
[2]Fabregas R，Arines J. Growth and nutrition of red clover in the primary phasr of exponential growth. Ⅱ Nutrition［J］. Anales de Edafologia y Agrobilogia. 1983，42(9-10): 1625-1642．
（参加本项研究工作的还有：钟华平、孙庆国、李继由）
https://blog.sciencenet.cn/blog-39664-563038.html
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