孫小富，郝 俊，趙麗麗，黃莉娟，任敏敏

（貴州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院草業(yè)科學(xué)系，貴州 貴陽(yáng) 550025）

紫花苜蓿(Medicago sativa)是世界廣泛種植的一種優(yōu)質(zhì)牧草，其粗蛋白含量(15%～20%)比玉米(Zea mays)高出1.5倍左右[1]，且含有多種礦物營(yíng)養(yǎng)元素，具有產(chǎn)量高、質(zhì)量好、耐受性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)等特點(diǎn)，有“牧草之王”之稱[2-5]。此外，紫花苜蓿還具有較強(qiáng)的培肥土壤和防風(fēng)固沙的作用，在世界各國(guó)種植面積甚廣，我國(guó)苜蓿種植面積現(xiàn)已超過183萬hm2，居世界第五位[5-6]。

在我國(guó)，紫花苜蓿的種植管理多為傳統(tǒng)方式，缺乏灌溉條件，管理粗放，導(dǎo)致紫花苜蓿品種退化、品質(zhì)降低，未能充分發(fā)揮紫花苜蓿作為優(yōu)質(zhì)飼草的巨大生產(chǎn)潛力[7-8]。研究發(fā)現(xiàn)，紫花苜蓿根瘤菌的數(shù)量受到多種肥料元素的影響，其中以氮、磷、鉀的影響最為顯著[9]。合理有效地施肥可以提高紫花苜蓿的株叢分枝數(shù)，增加植株高度和根系的結(jié)瘤率，從而提高苜蓿的產(chǎn)量，改善其品質(zhì)，增加土壤肥力[9]。紫花苜蓿形態(tài)學(xué)指標(biāo)與其產(chǎn)量和質(zhì)量息息相關(guān)，但在生產(chǎn)上大多只是保證紫花苜蓿的產(chǎn)量，往往忽視其質(zhì)量，沒有充分發(fā)揮其飼喂價(jià)值。在喀斯特山區(qū)，以往對(duì)紫花苜蓿的研究工作主要集中在引種[10]、抗逆性[11-12]、休眠性[13]和抗寒性[14]等方面，而有關(guān)施肥對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)量和形態(tài)構(gòu)建影響的研究相對(duì)較少，將形態(tài)構(gòu)建納入紫花苜蓿產(chǎn)量效應(yīng)的研究更少見報(bào)道。

為探究不同磷鉀肥施用量對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)量和形態(tài)學(xué)構(gòu)建的影響，本研究將形態(tài)學(xué)指標(biāo)納入產(chǎn)量效應(yīng)模型構(gòu)建，綜合評(píng)價(jià)并篩選紫花苜蓿高效生產(chǎn)的最優(yōu)施肥方案，以期為貴州喀斯特地區(qū)紫花苜蓿的高效施肥管理及大面積利用推廣提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于貴州省貴陽(yáng)市花溪區(qū)(106°27′ E，26°11′ N)，該地為典型的喀斯特地貌，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，冬無嚴(yán)寒，夏無酷熱，無霜期長(zhǎng)，降水量充沛，濕度較大，年平均氣溫為14.9 ℃，無霜期平均 246 d，年降水量 1 178.3 mm，降水集中在 7-8 月[15]。試驗(yàn)地有機(jī)質(zhì)含量 34.65 g·kg-1，全氮 含 量 2.02 g·kg-1， 堿 解 氮 含 量 144.67 mg·kg-1，有效磷含量 6.00 mg·kg-1，速效鉀含量 136.67 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料

供試紫花苜蓿品種為“三得利”(Sanditi)，由貴州眾智恒生態(tài)科技有限公司購(gòu)買。過磷酸鈣(含P2O5≥ 12%)、硫酸鉀 (含 K2O ≥ 33%)均購(gòu)自惠農(nóng)肥料公司。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用磷肥和鉀肥混合施入法，設(shè)鉀肥為0、30 和 60 kg·hm-2共 3 個(gè)水平，磷肥為 0、80、160、240 kg·hm-2共 4 水平，共計(jì) 12 個(gè)處理，每個(gè)處理重 復(fù) 3 次 。 每 個(gè) 小 區(qū) 面 積 為 10 m2(2 m × 5 m)，共計(jì)36個(gè)小區(qū)(表1)。

1.4 田間管理

紫花苜蓿于2016年4月7日播種，播種方式為條播，行距30 cm，播深2 cm左右，播種量為25 kg·hm-2，播種完畢后定期澆水直至出苗長(zhǎng)出子葉。到初花期時(shí)進(jìn)行第1次刈割，然后將肥料分別施于紫花苜蓿根部周圍，根據(jù)土壤墑情適時(shí)澆水，及時(shí)剔除雜草，到第2次初花期時(shí)進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定和刈割。

1.5 測(cè)定指標(biāo)及方法

株高：在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10株植株，利用鋼卷尺(精度0.1 cm)分別測(cè)取自然高度，計(jì)算平均值。

主莖長(zhǎng)：在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10株植株，利用卷尺(精度0.1 cm)分別測(cè)取拉直高度，計(jì)算平均值。

節(jié)間長(zhǎng)：利用鋼卷尺測(cè)定所選植株的10個(gè)節(jié)間長(zhǎng)，少于10個(gè)則全部測(cè)量，計(jì)算平均值。

與此同時(shí)，計(jì)算出每株植株的分枝數(shù)、主枝側(cè)枝數(shù)和節(jié)間數(shù)。

鮮、干草產(chǎn)量的測(cè)定：在紫花苜蓿初花期時(shí)刈割，留茬高度為4 cm左右，測(cè)定其鮮草產(chǎn)量。將每小區(qū)的鮮草分別取400 g帶回實(shí)驗(yàn)室，放入溫度為 105 ℃ 的烘箱中殺青 1 h，將溫度調(diào)節(jié)至 65 ℃，連續(xù)烘48 h至恒重時(shí)，取出稱重，計(jì)算干鮮比，再由干鮮比換算出干草產(chǎn)量[16]。

莖葉比的測(cè)定：將帶回的新鮮紫花苜蓿莖、葉分開，利用速烘袋置于恒溫箱中烘干，取出后分別稱重，即可計(jì)算出莖葉比(莖干重/葉干重)[17]。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與施肥量Table 1 Experimental design and fertilizer application

1.6 統(tǒng)計(jì)方法

利用 Excel 2010 和 SigmaPlot 10.0 軟件進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和圖表繪制，采用SPSS Statistics 17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析和多重比較。利用模糊隸屬函數(shù)值法對(duì)12種施肥方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[18]。

式中：Xj表示第j個(gè)因子的得分值，Xmin表示第j個(gè)因子得分的最小值，Xmax表示第j個(gè)因子得分的最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對(duì)紫花苜蓿第2茬產(chǎn)草量的影響

磷鉀配比施肥均能提高紫花苜蓿第2茬的鮮、干草產(chǎn)量 (表 2)。其中，單施磷 240 kg·hm-2時(shí)，紫花苜蓿鮮草產(chǎn)量最高，達(dá) 1 8203.33 kg·hm-2，較不施肥對(duì)照 P0K0(9 670.00 kg·hm-2)高出 88.25%，顯著高于除 P2K1和 P3K1外的其他處理組 (P＜0.05)；其次是P3K1、P2K1、P0K2、P1K1處理，4個(gè)處理高于其余處理組，且相互之間無顯著差異(P ＞ 0.05)；不施肥對(duì)照(P0K0)鮮草產(chǎn)量最低。干草產(chǎn)量以單施磷 240 kg·hm-2處理最高，達(dá) 3 975.97 kg·hm-2，其次是 P3K1處理，為 3 881.74 kg·hm-2，二者無顯著差異 (P ＞ 0.05)，但均顯著高于其他處理 (P＜0.05)；再次是 P2K1、P1K1、P1K0、P1K2、P2K0、P0K2，均顯著高于剩余處理組(P＜0.05)，且6個(gè)處理相互間無顯著差異(P ＞ 0.05)；未施肥對(duì)照P0K0干草產(chǎn)量 (2 232.29 kg·hm-2)顯著低于其余處理 (P＜0.05)。

表2 施肥對(duì)紫花苜蓿第2茬產(chǎn)草量的影響Table 2 Effect of fertilization on the second batch yield of alfalfa

圖1 施肥對(duì)紫花苜蓿莖葉比、株高、主莖長(zhǎng)、節(jié)間數(shù)、莖粗、節(jié)間長(zhǎng)、側(cè)枝數(shù)和分枝數(shù)和的影響Figure 1 Effect of fertilization on the stem to leaf ratio, plant height, main stem length, internode number, stem diameter,internode length, number of lateral branches, and number of branches of alfalfa

2.2 施肥對(duì)紫花苜蓿形態(tài)學(xué)構(gòu)建的影響

磷鉀配比施肥對(duì)紫花苜蓿第2茬各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)的影響各不相同(圖1)。P0K0和P0K2莖葉比分別為1.37和1.44，顯著高于除P3K2外的其他處理組(P＜0.05)；P1K2和 P1K1莖葉比分別為 0.98 和 1.03，較未施肥對(duì)照P0K0分別降低了28.48%和24.82%；其余各處理莖葉比均在1.10～1.30。株高以P2K1最高，P1K2和P1K0次之，較不施肥對(duì)照P0K0(48.40 cm)分別高出1.13倍、1.10倍和1.11倍；P3K1、P0K1、P0K2株高均顯著高于未施肥對(duì)照，顯著低于P2K1、P1K2、P1K0(P＜0.05)，后 3 個(gè)處理間差異不顯著 (P＞ 0.05)，P3K2株高最低，與對(duì)照之間無顯著差異(P＞ 0.05)，但顯著低于其余處理 (P＜0.05)。P1K1和P2K0主莖最大，較不施肥對(duì)照P0K0(50.14 cm)分別高出18.95%和17.81%，與P2K1、P3K1、P0K1間差異不顯著(P ＞ 0.05)，但均顯著大于其余處理；P0K0、P3K2主莖長(zhǎng)最小，二者間差異不顯著(P ＞0.05)。P3K1節(jié)間數(shù)最多，達(dá)11.20節(jié)，顯著高于其他處理組 (P＜0.05)；其次是 P1K2、P0K1、P0K2、P1K0，顯著高于不施肥對(duì)照 P0K0(P＜0.05)，且 4 個(gè)處理間無顯著差異(P ＞ 0.05)；P3K0節(jié)間數(shù)最少，為8.50節(jié)，顯著低于其他處理(P＜0.05)。主莖粗中以 P1K0和 P3K1較大，分別為 3.43 和 3.39 mm，二者間差異不顯著(P ＞ 0.05)；其次為P0K1和P0K2，分別為 3.23 mm 和 3.32 mm，顯著高于不施肥 對(duì) 照P0K0(P ＜ 0.05)；P0K0、P2K2、P3K2和P2K0主莖粗均小于 3.00 mm。P0K1、P0K2、P1K0節(jié)間長(zhǎng)均為6.57 cm，較不施肥處理高出10.42%；P1K1次之，節(jié)間長(zhǎng)均為6.56 cm，較不施肥處理高出 10.25%；單施磷 160 kg·hm-2和 240 kg·hm-2時(shí)，節(jié)間數(shù)分別為5.19和5.56，顯著低于其他處理(P ＜0.05)。主枝側(cè)枝數(shù)以P1K2最大，較不施肥對(duì)照高出5.98%(P ＞ 0.05)； 其 次 是P0K2和P3K0， 均為9.20，與 P2K2、P3K2、P1K1、P3K1、P0K1間差異顯著(P＜0.05)，且前兩者與后5個(gè)處理間差異不顯著 (P ＞ 0.05)。P2K1側(cè)枝數(shù)最少，僅為 7.90，顯著低于不施肥對(duì)照P0K0(P＜0.05)；其余處理均在8.00～9.00。株分枝數(shù)以P2K2、P1K1、P0K1、P0K2、P1K0和P3K0較大，均超過10.00株，顯著高于其他處理 (P＜0.05)，且 6 個(gè)處理之間差異不顯著 (P ＞0.05)；P0K0、P1K2、P3K2、P2K1、P3K1和 P2K06 個(gè)處理株分枝數(shù)均低于9.20株，且相互間差異不顯著 (P ＞ 0.05)。

利用模糊隸屬函數(shù)均值法對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)量及形態(tài)學(xué)構(gòu)建的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(表3)，當(dāng)施磷80 kg·hm-2+ 鉀 30 kg·hm-2時(shí) (P1K1)，隸屬函數(shù)均值最大，為 0.76；其次是單施磷 80 kg·hm-2(P1K0)，函數(shù)均值為0.72；其余處理函數(shù)均值均小于0.70，其中不施肥對(duì)照(P0K0)最小，為0.23。

表3 不同配比施肥下紫花苜蓿第2茬單茬產(chǎn)量和形態(tài)指標(biāo)的模糊隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)Table 3 Comprehensive evaluation of second batch yield andmorphological index using the fuzzy logic membership function under different fertilizer ratios

3 討論與結(jié)論

3.1 施肥對(duì)紫花苜蓿的增產(chǎn)效應(yīng)分析

紫花苜蓿對(duì)鉀肥的需求量較大，鉀以離子的形式存在于植物體中，被原生質(zhì)交替吸附，激活植物體內(nèi)的各種酶，促進(jìn)各項(xiàng)生化反應(yīng)的進(jìn)行[19]。鉀肥能調(diào)節(jié)紫花苜蓿的氣孔開度，控制蒸騰量，促進(jìn)紫花苜蓿對(duì)水分的吸收和各種同化物在其體內(nèi)的長(zhǎng)距離運(yùn)輸，為紫花苜蓿的生長(zhǎng)和發(fā)育創(chuàng)造有利條件[20]。本研究中，當(dāng)單獨(dú)施入鉀肥時(shí)，紫花苜蓿的第2茬鮮干草產(chǎn)量均顯著提高，這與李星月等[21]和Razmijoo和Henderlong[22]的研究結(jié)論基本一致。磷是植物細(xì)胞原生質(zhì)和細(xì)胞核的重要組成部分，主要存在于磷脂和核酸中。磷在植物生長(zhǎng)發(fā)育和代謝活動(dòng)中起著重要的作用，具有促進(jìn)植物分枝、根系生長(zhǎng)、改善紫花苜蓿的品質(zhì)[23]。當(dāng)單施磷肥時(shí)，紫花苜蓿第2茬產(chǎn)量隨磷肥施用量的增加而增加，施用量為240 kg·hm-2時(shí)，單茬鮮、干草產(chǎn)量最高 (18 203.33 和 3 975.97 kg·hm-2)，這與 Lissbrant等[24]和李新樂等[25]的研究結(jié)論相似。

增施磷、鉀肥對(duì)紫花苜蓿的生長(zhǎng)和形態(tài)構(gòu)建都有重要的作用[26]。肖向華[27]研究表明，增施磷、鉀肥能顯著促進(jìn)紫花苜蓿生長(zhǎng)，植株增高，分枝數(shù)增多，并對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響。雖然紫花苜蓿的產(chǎn)量隨施肥量的增加而增高，當(dāng)施肥水平達(dá)到某一水平后紫花苜蓿的增產(chǎn)幅度反而有所降低[28]。本研究中，單施磷肥和鉀肥均能提高紫花苜蓿第2茬單茬的鮮、干草產(chǎn)量，單施磷肥增產(chǎn)效果較單施鉀肥明顯，但隨鉀肥施用量的增加，紫花苜蓿的增產(chǎn)效果有所降低，尤其是高濃度的鉀肥抑制效果更加明顯。這是由于紫花苜蓿的生長(zhǎng)和發(fā)育需要多種元素的供給，當(dāng)施用鉀肥的量較多時(shí)，會(huì)造成鎂元素的缺乏，鎂是合成葉綠素的主要元素之一，使紫花苜蓿的光合作用效率降低，從而抑制紫花苜蓿的生長(zhǎng)和發(fā)育[29]。在研究區(qū)域內(nèi)，土壤含鉀量較高，而含磷量較低，屬于缺磷土壤，當(dāng)施用磷肥時(shí)，能有效補(bǔ)充紫花苜蓿對(duì)磷肥的生長(zhǎng)需求，促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育。

3.2 施肥對(duì)紫花苜蓿形態(tài)學(xué)構(gòu)建的影響分析

莖葉比是衡量紫花苜蓿品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[30]。鉀能促進(jìn)光合作用，參與光合產(chǎn)物的運(yùn)輸和蛋白質(zhì)的合成，存在于幼芽和嫩葉中，在紫花苜蓿中的含量在2.4%左右[31]。本研究中，第2茬紫花苜蓿的莖葉比隨鉀肥施用量的增加呈現(xiàn)先降低后又升高的趨勢(shì)。這是由于當(dāng)使用適當(dāng)?shù)拟浄蕰r(shí)，能有效調(diào)節(jié)紫花苜蓿細(xì)胞的氣孔開度，保持其植株體內(nèi)的含水量，影響細(xì)胞的膨脹壓力，使植株挺立，有效進(jìn)行光合作用，提高單位面積內(nèi)葉產(chǎn)量[32]；當(dāng)鉀肥施用過量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致紫花苜蓿出現(xiàn)缺少鎂元素或鹽中毒現(xiàn)象，導(dǎo)致紫花苜蓿植株生長(zhǎng)點(diǎn)發(fā)育不完全，出現(xiàn)新葉的葉尖和葉緣枯死，使紫花苜蓿生長(zhǎng)受到抑制或無法正常生長(zhǎng)[31]。紫花苜蓿單茬株高、主莖長(zhǎng)、節(jié)間數(shù)、主莖粗、株叢分枝數(shù)均隨鉀肥施用量的增加而增加。這可能是由于施用鉀肥后，紫花苜蓿氣孔導(dǎo)度和細(xì)胞內(nèi)的滲透壓得到很好的調(diào)節(jié)，各種生化反應(yīng)的酶被激活，光合作用增強(qiáng)，促使紫花苜蓿生長(zhǎng)較快[31-32]。

磷是植物體的組成成分之一，在植物體中促進(jìn)花芽分化和植株分枝、參與植物細(xì)胞中葉綠素的合成、增加植物體的葉面積、提高植物光合作用等功能[33]。本研究表明，施用磷肥能顯著降低紫花苜蓿的莖葉比，且隨著磷肥施用量的增加降低幅度越明顯，當(dāng)磷肥施用量為80 kg·hm-2時(shí)，莖葉比最低(1.22)，這與張杰[19]的研究結(jié)論相似?？赡苁怯捎谠鍪┝追誓芴岣咦匣ㄜ俎Ｈ~片中的葉綠素含量和葉面積，使光合速率增高，致使其葉片含量增高[34]。隨磷肥施用量的增加，紫花苜蓿主莖長(zhǎng)、節(jié)間數(shù)和主莖粗均呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，可能是由于磷肥施用量為紫花苜蓿最大需求量時(shí)，繼續(xù)增加磷肥的施用量反而會(huì)使紫花苜蓿的生長(zhǎng)受到影響[35]。有研究表明，磷肥施用量過多時(shí)，會(huì)抑制根系的生長(zhǎng)和根瘤的固氮作用，使紫花苜蓿根系分化變慢，吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力降低，使其地上部分的生長(zhǎng)受到抑制[36-38]。磷肥和鉀肥的施用對(duì)紫花苜蓿株高、主莖長(zhǎng)、節(jié)間數(shù)、節(jié)間長(zhǎng)、莖粗、株叢分枝數(shù)均有一定程度的影響。植株株高、主莖長(zhǎng)、株叢分枝數(shù)對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)量有顯著影響，這與Kaori等[39]和賈珺等[40]的研究結(jié)論相似。

利用模糊隸屬函數(shù)均值法對(duì)施肥后單茬紫花苜蓿產(chǎn)量及形態(tài)學(xué)構(gòu)建的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果得出，在貴州喀斯特地區(qū)磷、鉀肥配比施用量為 80 kg·hm-2和鉀 30 kg·hm-2時(shí)紫花苜蓿表現(xiàn)較好。有關(guān)不同施肥配比對(duì)紫花苜蓿多茬產(chǎn)量及總產(chǎn)量的影響還需進(jìn)一步的研究。