張鐵軍, 趙忠祥, 龍瑞才, 呂會剛, 楊青川, 康俊梅*

(1.中國農業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所， 北京 100193； 2. 滄州市農林科學院， 河北 滄州 061001)

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)被譽為“牧草之王”。近年來，隨著草牧業(yè)發(fā)展對優(yōu)質苜蓿草產品需求的增加，苜蓿種植規(guī)模迅速擴大[1]。一批規(guī)模化、現(xiàn)代化和標準化的苜蓿生產基地與加工企業(yè)迅速崛起，迫切需要深入開展苜蓿高效生產管理研究作為技術支撐。

植物在生長發(fā)育過程中需要很多營養(yǎng)元素，尤其是生長多年的紫花苜蓿，僅依靠土壤提供養(yǎng)分是遠遠不夠的[2-4]。施肥是紫花苜蓿高產不可或缺的管理措施，不同的施肥量和養(yǎng)分組合對紫花苜蓿的產量和品質產生較大的影響[5-7]。氮磷鉀肥的合理施用一直是調控作物生長發(fā)育及產量和品質的主要措施[8-9]。苜蓿能夠通過共生固氮得到氮素，但連續(xù)種植苜蓿會大量消耗土壤氮素，氮肥的用量并不是越多越好，適量的氮肥有一定的增產效果[10]。磷肥是限制紫花苜蓿高產的主要因子之一，鉀肥對苜蓿的壽命、產量和品質有著至關重要的作用[5]。段玉等[11]研究表明，平衡施肥具有顯著的增產效果，增施磷肥效果最好，其次是鉀肥，氮肥僅在當年有效。謝勇等[12]研究指出，在壩上地區(qū)施氮可提高紫花苜蓿產量 8%～25%，施磷增產率在122%～172%，施鉀降低紫花苜蓿產量0～12%。

有關氮磷鉀不同施肥處理對紫花苜蓿產量的影響研究較多，但多數都是在土壤條件要求不嚴格的處理下進行的，而且不同區(qū)域氣候、土壤和管理條件對施肥效果也有較大影響[13-16]。黃淮海地區(qū)是我國發(fā)展苜蓿產業(yè)的重點區(qū)域。本試驗選擇黃淮海地區(qū)苜蓿生產的典型區(qū)域滄州為試驗點，以黃淮海地區(qū)當家苜蓿品種中苜3號為試驗材料，連續(xù)二年研究了氮磷鉀不同配比和施肥量對紫花苜蓿干草產量和品質的影響，以期為當地紫花苜蓿生產的科學施肥提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2016年至2017年在河北省滄州市農林科學院前營試驗站(43°36 N，122°22 E)進行，海拔高度178.51 m，為典型的溫帶大陸性季風氣候。年平均氣溫12.5℃，極端最低氣溫-20℃，≥10℃活動積溫3 184℃，無霜期150 d；年平均降水量610 mm，4-9月份降水量占全年降水量的92%。試驗田土壤為中壤土，pH值7.97，含鹽量0.11%，0～30 cm深土壤有機質含量8.6 g·kg-1，堿解氮97.14 mg·kg-1，速效磷13.97 mg·kg-1，速效鉀206.53 mg·kg-1。為河北省東部沿海農區(qū)的典型地域。前茬作物為玉米。

1.2 試驗材料

試驗材料為中苜3號苜蓿(MedicagosativaL. ‘Zhongmu No.3’)，供試氮肥為尿素(N≥46.3%)，磷肥為過磷酸鈣(P2O5≥14%)，鉀肥為硫酸鉀(K2O≥50%)。

1.3 試驗設計

根據農業(yè)部《測土配方施肥技術規(guī)范(試行)》中推薦的“3414”施肥方案設計(表1)，設氮、磷、鉀三個因素四個水平，共14個處理。隨機區(qū)組，3次重復，小區(qū)面積30 m2(5m×6m)。試驗田苜蓿于2014年5月5日播種。播種之前精細整地，采用人工進行開溝條播，溝深為 1～3 cm，行距為30 cm。試驗于2016年至2017年進行，肥料每年分兩次施入。2016年9月中旬最后一次刈割后施入年總量的一半，另一半在2017年5月第一次刈割后施入。采用人工開溝施肥，在兩行間施入，施肥深度10-15cm，施肥后立即覆土。根據田間實際情況人工除草，防治病蟲害。

1.4 測定項目與方法

1.4.1草產量測定 草產量測定在初花期，留茬高度為5 cm，全年共收獲4次。第一茬至第四茬的收獲期分別為2017年5月15日、6月19日、7月25日和9月2日。

每個小區(qū)全部刈割后，測定鮮草產量。從每個小區(qū)隨機取1千克的鮮草樣品，剪成3～4cm長，置于烘箱中，在105℃烘干48小時至恒重，計算干鮮比。綜合鮮草產量與干鮮比換算成單位面積干草產量。將每年各茬次產量相加，計算獲得各年份的年產量。

1.4.2草品質測定 保留第一茬測定干鮮比的苜蓿干草樣品用于品質檢測。將烘干樣粉碎，過1 mm篩，在低溫、避光、隔熱條件下保存。苜蓿干草樣品采用FOSS公司的NIR System5000近紅外光譜分析儀掃描分析品質。工作參數：波長范圍1 100～2 500 nm，波長間隔2 nm，每個樣品重復裝樣及掃樣3次，取平均值，并轉化為log1/R形式記錄光譜數據。定標軟件為WinISI Ш，工作條件室溫25℃穩(wěn)定。測定指標包括粗蛋白、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、磷、鉀共五個指標。

表1 試驗處理及施肥量Table1 Experiment treatments and fertilizer rates

1.5 數據處理

運用DPS軟件的一般線性模型(GLM)、方差分析(ANOVA)和“3414”試驗設計統(tǒng)計分析模型對數據進行統(tǒng)計分析，應用Excel 2010 軟件進行基礎數據分析及曲線圖繪制[17]。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理干草年產量的比較

由表2可知，氮、磷、鉀不同施肥水平和組合處理下，中苜3號苜蓿品種的干草年產量均高于不施肥的處理。其中，干草年產量居前5位的施肥處理編號依次是處理3，12，2，13，10。產量均超過23 000 kg·hm-2，分別比不施肥的處理增產15.23%，14.72%，13.58%，13.12%和12.94%。

2.1.1產量模型的建立 試驗設計矩陣及產量結果列入表2，對施肥方案的編碼值與產量結果經計算，建立了氮、磷、鉀3種肥料用量與產量的回歸方程：

(1)

經F檢驗，F(xiàn)值= 51.3858，P值= 0.0009，決定系數R2= 0.9914。方差分析表明，上述模型擬合性好，反映了紫花苜蓿干草產量與氮、磷、鉀三個主要可控因子的相關關系，可以用于決策紫花苜蓿的合理施肥。

表2 氮、磷和鉀肥對紫花苜蓿干草年產量的綜合效應Table 2 The comprehensive effects of N,P and K fertilizer on annual yield of Medicago sativa L. cv. Zhongmu No.3

2.1.2各施肥因子獨立效應分析 對回歸式Y分別固定X2與X3，X1與X3，X1與X2，可獲得X1、X2、X3各施肥試驗因子對產量影響的獨立效應降維方程如下：

(2)

(3)

(4)

從上述方程式可看出，各施肥因子對產量的獨立效應均呈二次拋物線形。獨立效應的大小順序為X2>X3>X1，說明氮、磷、鉀對中苜3號干草產量的效應依次為磷肥>鉀肥>氮肥(圖1)。

2.1.3因素間交互效應分析 對產量方程的交互項系數進行t檢驗。結果表明，N，P互作達到顯著水平，固定1個因素X3，可獲得Xl與X2兩個因素對產量影響的交互效應降維函數式如下，分析資料見表3。

圖1 氮、磷、鉀肥對苜蓿干草產量的獨立效應Fig.1 The effect of N,P,and K fertilizer on alfalfa hay yield

表3 施氮和磷肥對苜蓿干草產量的交互作用Table3 Interaction of nitrogen and phosphorus fertilizer on alfalfa hay yield/kg·hm-2

由表3數據可以看出，當鉀肥為0水平時，氮肥施(N1水平)5 kg，磷肥施(P2水平)60 kg時，苜蓿產量最高，為22 549.2 kg·hm-2。當鉀肥為0水平時，氮肥施(N3水平)15 kg，磷肥施(P3水平)90 kg時，苜蓿產量最低，為19 861.5 kg·hm-2。還可以看出，N、P互作效應在施氮1水平下最大。說明在較低的施氮水平下，N和P互作效應有利于增產。

2.1.4模型的最優(yōu)解 最高產量必須是回歸方程的極點偏導數等于零，聯(lián)立求解。在本試驗條件下，可獲得最高產量Ymax=23 918.2 kg·hm-2。其相應的施肥方案為：施N 4.1 kg·hm-2，施P2O548.5 kg·hm-2，施K2O 270.0 kg·hm-2。

2.2 不同施肥處理下苜蓿草品質的比較

在紫花苜蓿初花期分析測定了中苜3號苜蓿干草的營養(yǎng)物質含量，結果如表4所示。在14個氮、磷、鉀肥配施處理中，處理7(N2P3K2)的粗蛋白含量均最高，其次是處理8(N2P2K0)。處理組合3(N1P2K2)和8(N2P2K0)的酸性洗滌纖維含量最低，均低于35%。處理組合7和14(N2P3K2和N2P1K1)中性洗滌纖維含量最低。

表4 不同施肥處理對苜蓿干草品質的影響Table 4 The effects of fertilizer treatments on hay quality of Medicago sativa L. ‘Zhongmu No.3’

注：同列數值后不同字母表示差異顯著(P<0.05)

Note:Different letters in the same column indicate significant differences at the 0.05 level

2.2.1不同施氮水平下營養(yǎng)物質含量的比較 不同的N，P，K水平處理下，初花期各營養(yǎng)物質的含量由圖2可見。隨著氮肥施入量的增加，中苜3號苜蓿初花期的營養(yǎng)成分呈現(xiàn)不同的變化。粗蛋白的含量隨N肥的增加表現(xiàn)出先降低再升高的趨勢，在N3施肥水平時粗蛋白含量達到最高值21.66%。方差分析表明，N0水平與N3水平間粗蛋白含量差異顯著(P<0.05)，酸性洗滌纖維含量隨氮肥施用水平的增加呈先增加后減少的趨勢，N2水平與不施肥N0水平間酸性洗滌纖維含量差異顯著。中性洗滌纖維含量隨氮肥施用水平的增加呈減少的趨勢，在N3施肥水平時中性洗滌纖維含量達到最低值52.34%。方差分析表明，N3水平與不施肥的N0水平間中酸性洗滌纖維含量差異顯著(P<0.05)。磷的含量表現(xiàn)為上升趨勢，在N3施肥水平時達最高值0.35%，N1水平與N3水平處理的磷含量間差異顯著；鉀的含量表現(xiàn)為先上升后降低的趨勢，N1水平與N3水平處理的鉀含量間差異顯著(P<0.05)。

圖2 施氮水平對中苜3號苜蓿干草品質的影響Fig.2 Effect of N rates on hay quality of Medicago sativa L.’ Zhongmu No.3’

2.2.2不同施磷水平下營養(yǎng)物質含量的比較 由圖3可見，隨磷肥施用量的不同中苜3號苜蓿各營養(yǎng)成分的變化也不同。粗蛋白的含量隨磷肥的增加呈逐漸升高的趨勢，在P3施肥水平含量最高達到23.17%，在P0施肥水平時含量最低。方差分析表明，P0施肥水平與P3施肥水平粗蛋白含量差異顯著(P<0.05)，其他施肥水平的粗蛋白含量差異不顯著。酸性洗滌纖維含量隨著磷肥的施用量增加呈逐漸降低的趨勢，P3水平含量最低，為35.11%。方差分析表明，P3施肥水平與不施磷肥的P0，P1，P2施肥水平間酸性洗滌纖維含量差異顯著(P<0.05)；中性洗滌纖維含量隨著磷肥的施用量增加表現(xiàn)出先減少后增加，但總體呈逐漸降低的趨勢，P3水平含量最低為50.7%，P3施肥水平與不施磷肥的P0及P1，P2施肥水平間中性洗滌纖維含量差異顯著；磷的含量隨施P水平的增加變化不大；鉀的含量隨施P水平的增加變化較小。

圖3 施磷水平對中苜3號苜蓿干草品質的影響Fig.3 Effect of P rates on hay quality of Medicago sativa L. ‘Zhongmu No.3’

2.2.3不同施鉀水平下營養(yǎng)物質含量的比較 由圖4可見，中苜3號苜蓿的粗蛋白含量隨鉀肥施用量的增加先降低后升高，K3施肥水平粗蛋白的含量最高，達到20.54%。方差分析表明，K3施肥水平與K0，K1，K2粗蛋白含量差異顯著(P<0.05)，而K0與K2的粗蛋白含量差異不顯著。酸性洗滌纖維的含量是先升高后降低，K3施肥水平酸性洗滌纖維含量最低，為35.9%，K3與K1酸性洗滌纖維含量差異顯著。中性洗滌纖維的含量隨鉀肥施用量的增加先升高后降低，K2施肥水平中性洗滌纖維的含量最低，為52.7%。方差分析表明，K2施肥水平與K0，K1施肥水平中性洗滌纖維含量差異顯著。磷的含量隨施K水平的增加變化很小；鉀的含量隨施K水平的增加呈先降低后升高的趨勢，但變化幅度較小。

圖4 施鉀水平對中苜3號苜蓿干草品質的影響Fig.4 Effect of K rates on hay quality of Medicago sativa L. ‘Zhongmu No.3’

3 討論

施肥是紫花苜蓿栽培管理技術中的重要一環(huán)，合理施肥可以顯著提高苜蓿的干草產量[18]。謝勇等[12]研究表明，在半干旱地區(qū)施氮能促進紫花苜蓿增產。本試驗結果表明，施肥對苜蓿產量的提高和苜蓿品質的改善均有積極的影響。根據氮、磷、鉀單因素和雙因素肥料效應對苜蓿產量的影響，不同氮、磷、鉀量施用量對苜蓿產量均有顯著影響，能很好地表現(xiàn)出產量與肥料效應。氮、磷、鉀在一定的水平內，苜蓿產量隨著施肥量的增加而增加，而到達一定水平后苜蓿產量增幅反而有所降低。這與范富[16]等的研究結果一致。賈珺[15]等研究結果表明，不同NP配施能大幅度提高紫花苜蓿產量，增產幅度為8. 98%～43. 42%，其中以N 30 kg·hm-2+ P2O5120 kg·hm-2施肥處理最為經濟。本試驗研究結果表明，當鉀肥為0水平時，氮肥施5 kg，磷肥施60 kg時，苜蓿產量最高，為22 549.17 kg·hm-2。當鉀肥為0水平時，氮肥施15 kg，磷肥施90 kg時，苜蓿產量最低，為19 861.48 kg·hm-2。說明在較低的施氮水平下，N，P互作效應有利于增產。

施磷、鉀肥可促進苜蓿根瘤形成，提高根瘤活性，進而增加苜蓿蛋白質含量，提高苜蓿品質[19-20]；磷肥對苜蓿增產效果十分明顯，并且氮、磷、鉀肥之間存在相互促進作用[21]。施NPK復合肥明顯促進了紫花苜蓿葉中氮含量，而對磷含量影響不明顯[22]。紫花苜蓿中粗蛋白含量越高，中性洗滌纖維含量越低，相對飼用價值越大，其營養(yǎng)價值越高[23]。本試驗研究結果表明，隨著氮肥、磷肥、鉀肥施入量的增加，苜蓿粗蛋白的含量總體表現(xiàn)出升高的趨勢，酸性洗滌纖維含量隨施肥水平的增加呈下降的趨勢，而P、K含量變化不明顯。氮、磷、鉀不同肥料肥效的發(fā)揮受環(huán)境條件的影響很大，針對不同區(qū)域土壤理化指標、氣候條件及苜蓿草地需肥規(guī)律應進行長期定位試驗，找出適合當地條件的最佳施肥配比、施肥量、施肥時期和施肥方式。鑒于本試驗在紫花苜蓿初花期所測鮮草營養(yǎng)成分含量與l4個N，P，K肥配施處理各施肥量之間不呈回歸關系，而直觀比較結果規(guī)律性又不明顯，說明紫花苜蓿的植物營養(yǎng)、供試土壤養(yǎng)分肥力與N，P，K肥之間的關系極為復雜，有待今后深入探討。

4 結論

在河北滄州地區(qū)，影響中苜3號苜蓿干草產量高低順序為磷肥>鉀肥>氮肥。該品種在施N 4.10 kg·hm-2，施P2O548.47 kg·hm-2，施K2O 270 kg·hm-2時可獲得最高產量23 918.2 kg·hm-2。

在本試驗處理中，處理7(N2P3K2)粗蛋白含量最高，為22.45%，處理6(N2P2K2)粗蛋白含量最低，為16.87%，酸性洗滌纖維含量最低的處理3(N1P2K2)，為34.14%，最高的處理13(N1P2K1)，為39.69%；中性洗滌纖維的含量最低的處理7(N2P3K2)，為51.27%，最高的處理9(N2P2K1)，為60.29%；相對飼用價值最大的為處理7(N2P3K2)，為111.36。綜合分析，中苜3號苜蓿初花期處理7(N2P3K2)的營養(yǎng)價值較高。