張 乾，李金升，趙天賜，楊曉蒙，劉克思,2*

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，北京 100193； 2. 河北沽源草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，河北沽源 076550)

紫花苜蓿(MedicagostavaL.)是目前國內(nèi)外廣泛種植的優(yōu)質(zhì)牧草，不僅是發(fā)展養(yǎng)畜業(yè)的首選飼料作物之一，而且能提高土壤質(zhì)量[1]。由于其較高的營養(yǎng)品質(zhì)和生態(tài)功能，目前被大量種植于半干旱地區(qū)[2]。紫花苜蓿的生長發(fā)育需要足夠的營養(yǎng)元素，僅依靠土壤提供不能滿足生長需求[3]。所以土壤養(yǎng)分的供給狀態(tài)是影響紫花苜蓿生長的主要限制因素之一[4]。

施肥是提高土壤肥力養(yǎng)分和作物產(chǎn)量的最主要途徑[5]。大量研究表明，施肥不僅能促進牧草生態(tài)特性和營養(yǎng)品質(zhì)的改善，而且能促進苜蓿產(chǎn)量的增加，進而提高苜蓿種植的效益[6]。所以施肥對苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)的影響仍是目前研究的熱點與重點，尤其在施肥方法、肥料各要素配比(配方施肥)、主肥與微肥、施肥對抗性、越冬率、產(chǎn)量和品質(zhì)的作用問題等方面[7]，以往研究主要集中在氮、磷、鉀等大量元素肥料上，并取得大量具有實踐指導(dǎo)意義的成果，而相關(guān)研究也表明，紫花苜蓿生長過程中對許多微量元素也比較敏感[8]。故我們在參考國內(nèi)外不同氣候條件及土壤、地理環(huán)境中較成熟及廣泛運用的苜蓿施肥配方，統(tǒng)籌考慮主肥與微肥，肥料類型與配比，并加以改進，作為基肥運用到沙地土壤，研究對苜蓿的生長力和品質(zhì)的影響，為沙地種植苜蓿播種的基肥配方的實際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部、松遼平原西端的通遼市(42°15′～45°41′ N，119°15′～123°43′ E)，海拔550～730 m。年平均氣溫0～6 ℃，夏季平均最高溫15～27 ℃，≥10℃積溫3 000～3 200℃，無霜期140～160天。年平均降水量350～400 mm，年均蒸發(fā)量是降水量的5倍左右。年平均風(fēng)速3～4.4 m·s-1，全年8級以上大風(fēng)日數(shù)20～30天，屬于典型的北溫帶大陸性季風(fēng)氣候。

地帶性土壤為栗鈣土，風(fēng)沙土占總面積的43.5%。試驗區(qū)土壤以沙壤質(zhì)栗鈣土為主，試驗前對試驗地土壤(0～20 cm)進行分析，發(fā)現(xiàn)土壤含水量為1.25%～2.08%，酸堿度為7.67～7.99，有機質(zhì)含量0.44%～0.58%、銨態(tài)氮含量6.5～13.7 mg·L-1、硝態(tài)氮含量9.6～12.4 mg·L-1、全磷含量21.5～22.8 mg·L-1、全鉀含量61.1～64.4 mg·L-1、鈣含量1271.5～1413.3 mg·L-1、鎂含量113.7～125.3 mg·L-1、硫含量26.3 mg·L-1、鋅含量0.66 mg·L-1。

1.2 試驗材料

試驗選取優(yōu)良紫花苜蓿品種WL319 (MedicagosativaL. cv. WL319)，此品種苜蓿經(jīng)測試可以適應(yīng)該試驗區(qū)域。

1.3 試驗設(shè)計

試驗測試了兩種苜蓿肥料配比(12-17-18和10-20-24)。在這兩個配比下氮磷鉀主肥選擇了不同的肥料類型：氮肥是尿素(Urea：46N-0-0)，磷肥選擇了磷酸二銨(DAP：18N-46P2O5-0)和美可辛(MES:12N-40P2O5-0-10S-1Zn)，鉀肥(MOP)選擇了紅鉀(0-0-60K2O)和晶體鉀(0-0-60K2O)。同時增加了不施肥和僅施N肥兩個處理作為對照。這樣總共包括8個處理(表1)。所有的處理重復(fù)4次，按完全隨機區(qū)組排列，每個處理小區(qū)的面積為30(5×6)m2。

表1 不同處理下的施肥配比與施肥類型Table 1 Types of fertilizer and ratios of fertilization under different treatments

注：紅指紅鉀；晶指晶體鉀

Note:red indicates red potassium;crystal indicates crystal potassium

1.4 播種與田間管理

播種前利用機械起壟使每試驗小區(qū)面積為30(5×6)m2，然后在每個小區(qū)根據(jù)試驗處理的設(shè)置(表1)，利用施肥機械將肥料施入(10～20 cm左右土深)對應(yīng)的試驗小區(qū)。播種采用人工條播的方式，播量為20 kg·hm-2，行距30 cm，覆土深度2～3 cm。播種時間是2014年6月29日。試驗地設(shè)有噴灌設(shè)施，保證苜蓿生長中的水分需求。在苜蓿生長期間，及時防除病蟲害，進行人工除草，并防止牲畜啃食和踐踏。

1.5 測定指標(biāo)與方法

苜蓿處于初花期時(15%～30%開花)開始田間取樣，測定相應(yīng)的指標(biāo)，評估不同基肥類型及配比對苜蓿的影響。在苜蓿種植第一年2014年只刈割取樣一次以保證來年的正常生長；2015年刈割取樣三次。測定的指標(biāo)包括苜蓿的生長性狀、苜蓿的產(chǎn)量和苜蓿的品質(zhì)。

苜蓿高度測定是在各試驗小區(qū)，隨機選取10株具有代表性的植株，測定植株的垂直高度；有效根瘤數(shù)的測定通過隨機在各小區(qū)選取3組具有代表性的植株，每組約1～3株，小心挖出根(實驗前進行預(yù)實驗確定根深約20～40 cm)，數(shù)植株根系上的有效結(jié)瘤數(shù)(植株根系上有效結(jié)瘤為根部突出的肉眼可見的小粉色顆粒)，然后折算為單根苜蓿根部有效結(jié)瘤數(shù)。數(shù)完根瘤的植株，切取根系洗凈附著沙土，稱得鮮重，在烘箱65℃烘為恒重再稱重得根系的干重，然后折算為單株根系生物量。2015年紫花苜蓿生長特性是每季的平均值。

苜蓿產(chǎn)量測定是在每個試驗小區(qū)齊地5 cm以上全小區(qū)刈割，在田間稱其鮮重，然后從這些鮮樣中隨機稱取4個100 g左右的小樣本，帶回試驗室，在65℃烘箱烘干至恒重稱重，用此干重計算干鮮比,最后折算成干草產(chǎn)量。2015年產(chǎn)量為刈割三次的加和的總產(chǎn)量。

苜蓿品質(zhì)測定是在稱干重后的牧草粉碎過1 mm篩后，制備成草粉樣品，在實驗室測定粗蛋白、纖維、粗灰分。其中粗蛋白采用凱氏定氮法，粗灰分(crude ash,CA)的測定執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6438-92，中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)的測定參照ANKOM濾袋法并執(zhí)行GB/T20806-2006。2015年苜蓿品質(zhì)是年度平均值。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析方法

試驗所測得的各項指標(biāo)的數(shù)據(jù)用Microsoft Excel匯總和整理，并用SAS 9.3進行方差、顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基肥處理對紫花苜蓿生長特性及產(chǎn)量的影響

從苜蓿株高來看，14年施用尿素+二銨+晶體鉀的T6處理最高(44.46 cm)，與施用尿素+二銨+紅鉀的T1處理無顯著差異，但顯著高于其它處理。其中T6處理比對照CK和TN分別增高最多為19.54%和21.67%。在同樣的施肥配比12-17-18下，施用T1處理的苜蓿株高遠高于使用美可辛的T2處理和使用晶體鉀的T3處理，T2和T3處理間無顯著差異。在同樣的施肥配比10-20-24下，T6處理的苜蓿株高遠高于其它兩個同樣的配比T4和T5處理，T4和T5處理間無顯著差異。相對于對照組CK和TN，T2、T3、T4和T5處理與其沒有顯著差異。15年植株高度對照CK最高(86.36 mm)，T1處理最低(74.06 mm)。肥料配比為12-17-18的處理間無顯著差異。在同樣的肥料配比為10-20-24下，施用美可辛和紅鉀的T5處理遠低于施用二銨和晶體鉀的T6處理。

T3、T6處理可以促進苜蓿根瘤的形成(表2)。14年相對于僅施氮肥TN處理，氮磷鉀組合基肥施用產(chǎn)生的單株根瘤數(shù)要高26%到85%。肥料配比為12-17-18且施用晶體鉀的T3處理產(chǎn)生最多的單株根瘤數(shù)(約7個)。肥料配比為10-20-24且施用晶體鉀的T6處理產(chǎn)生第二多的單株根瘤數(shù)(約6個)，其它處理之間無顯著差異。15年產(chǎn)生單株根瘤數(shù)最多的是T6處理(約70個)，其次為T3處理(約65個)，各處理間無顯著差異。

T6處理的根系生物量與對照組有顯著性差異，T1、T2、T6、TN處理具有更高的根系生物量(表3)。在用12-17-18配比的三個處理中，使用晶體鉀的T3處理產(chǎn)生相對更高的根系鮮生物量；在用10-20-40配比的三個處理中，使用晶體鉀的T6處理產(chǎn)生更高的鮮根系生物量。所有這些處理中，肥料配比為10-20-24且施用晶體鉀的T6處理的鮮根系生物量為最高，比對照CK高39.61%～161.15%。干根系生物量的變化趨勢與鮮根系生物量的變化趨勢基本一致，使用晶體鉀做基肥的處理(T3和T6)都能產(chǎn)生相對更高的干根系生物量。最高的T6處理的干根系生物量比CK增加了54.92%～77.8%。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同

Note:Different lowercase letters indicate significant difference between treatments at the 0.05 level,the same as below

基肥對苜蓿的產(chǎn)量顯著性差異影響在年際間表現(xiàn)不同(表3)。14年不同的施肥類型及配比之間的產(chǎn)量變化在1 454.1～2 833.35 kg·hm-2鮮重和832.95～1 663.5 kg·hm-2干重。僅施氮肥處理的鮮干重最高，不同處理間苜蓿的鮮重和干重沒有顯著性差異。15年不同的施肥類型及配比之間的產(chǎn)量變化在64 600～96 600 kg·hm-2鮮重和11 799～13 944 kg·hm-2干重。肥料配比為10-20-24且施用晶體鉀的T6處理的產(chǎn)量為最高，T6處理鮮干重產(chǎn)量比對照CK分別高22.95%和29.61%。

2.2 不同基肥處理對紫花苜蓿的品質(zhì)的影響

14年苜蓿中灰分的含量在各基肥處理之間沒有顯著性差異，波動在8.63%～14.41%之間(表4)。而15年苜?；曳值暮吭诟魈幚黹g表現(xiàn)出顯著性差異。在施肥配比12-17-18中，施用尿素-美可辛-紅鉀的T2處理粗灰分最高，處理間沒有顯著性差異。在施肥配比10-20-24中，施用尿素-磷酸二銨-晶體鉀的T6處理最高(8.93%)，比對照組CK高26.85%。

不同的基肥處理對紫花苜蓿中的粗蛋白含量有一定的影響(表4)。兩年的施肥處理結(jié)果顯示，除了配比為10-20-40的T6處理例外，相對于沒施肥的對照CK，施用一定的基肥基本都能略微提高苜蓿中的粗蛋白含量。粗蛋白質(zhì)含量最高的是12-17-18配比的T1處理，比對照高出6.07%～8.67%。僅施N肥的TN粗蛋白含量也比對照高出約3.05%～4.74%。在含氮磷鉀的各配比處理之間，粗蛋白的含量無顯著性差異。

紫花苜蓿中纖維含量受不同基肥處理的影響(表4)。14年NDF和ADF在配比為12-17-18且施用尿素+磷酸二銨+晶體鉀的T3處理中最高，為32.91%和24.57%。僅施氮肥的TN處理中NDF和ADF都最低，為27.81%和20.41%。相對于不施肥的對照CK，在施用不同類型和配比的氮磷鉀基肥組合中，只有T3處理的NDF和ADF比CK略高，分別高6.63%和5.53%，其他處理都較CK低，NDF降低的幅度在1.33%到4.73%之間，ADF降低的幅度在1.25%到5.13%之間。15年各處理間的NDF沒有顯著性差異。ADF在配比為12-17-18且施用尿素+磷酸二銨+紅鉀的T1處理最高，為39.20%，比對照CK高8.24%。NDF和ADF最低的處理都為僅施氮肥的TN處理，與14年一致，分別為37.02%和24.20%。

表4 不同處理下苜蓿品質(zhì)狀況Table 4 Quality of alfalfa under different treatments

3 討論

3.1 不同基肥處理對紫花苜蓿生長特性及產(chǎn)量的影響

垂直高度是描述牧草生長狀況，反映其產(chǎn)量高低較為理想的一個特征量，Davis(1966)報道植株高度能決定植物產(chǎn)量的65%(R2=0.65)[9]。苜蓿植株生長是苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)的宏觀標(biāo)量，兩者有很強的正相關(guān)關(guān)系[10]。在生長條件較好的地方，紫花苜蓿在第一年播種后頭茬初花期高度能達到100～150 cm，產(chǎn)量達到3 160～4 570 kg·hm-2[11]。趙云等在內(nèi)蒙赤峰的水肥耦合實驗結(jié)果可以看出，紫花苜蓿高度較低，高度在60～70 cm，不灌水不施肥的對照CK第一茬產(chǎn)量僅為869 kg·hm-2，在灌溉量120 kg·hm-2處理后最高值產(chǎn)量可達到4 640 kg·hm-2[12]。本試驗研究區(qū)土壤沙性，營養(yǎng)較貧瘠，紫花苜蓿第一年播種后頭茬的生長高度僅為35～45 cm。盡管15年各處理都低于對照CK的株高。但肥料配比為10-20-24且施用晶體鉀的T6處理下的紫花苜蓿植株最高，說明T6處理是促進植株生長的有效施肥方式。

根系有效結(jié)瘤數(shù)是苜蓿根部健康狀況最簡單直接的量化指標(biāo)[13]。趙云等在內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)統(tǒng)計有效結(jié)瘤在施氮和不施氮肥時每株分別為10.37和15.64個[12]，均高于本試驗種植當(dāng)年結(jié)果。但本試驗發(fā)現(xiàn)作為對照的處理TN有效結(jié)瘤最低，低于所有其他施肥配比處理和CK，說明僅施氮肥對苜蓿根部有效結(jié)瘤確實不利，而配合施用其它肥類能較好的促進結(jié)瘤。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，T3和T6在各自的兩種施肥配比下有效結(jié)瘤多，說明在這兩種配比下晶體鉀處理都有可能促進有效結(jié)瘤，且T6施肥配比可能具有促進苜蓿根部有效結(jié)瘤良好生長的更好潛力。

根系是植物吸收養(yǎng)分、轉(zhuǎn)化和儲藏營養(yǎng)物質(zhì)的重要器官，也是草地實現(xiàn)水土保持、涵養(yǎng)水源、改良土壤等生態(tài)功能的基礎(chǔ)，對地上部的生長、形態(tài)建成發(fā)生作用，其生長好壞直接影響地上部分的產(chǎn)量和植物的水土保持能力[14]。單株根系生物量所有施肥配比都比對照CK高，部分處理比僅施N肥的TN表現(xiàn)好。兩種NPK施肥配比12-17-18和10-20-24下分別是T3和T6處理根系生物量較好，其中T6處理根系生物量最高。說明晶體鉀在NPK配比10-20-24時可能促進根系生長且表現(xiàn)最優(yōu)。

生物量的高低反映植物光合產(chǎn)物積累的大小，是生產(chǎn)力的度量，可以體現(xiàn)植物的生產(chǎn)性能。苜蓿生物量的形成和積累對其產(chǎn)草量和品質(zhì)影響較大，而生物量的動態(tài)變化是對生長狀況的定量描述[15]。姜慧新等人在山東省獲得苜蓿產(chǎn)草量在12 199～53 258 kg·hm-2[16]，而霍星等人在毛烏素沙地水肥耦合試驗中得到800～8 000 kg·hm-2，自然狀態(tài)下僅為57.9 g·m-2(約570 kg·hm-2)[17]。本試驗沙地種植的苜蓿，施肥配比對頭茬苜蓿產(chǎn)量沒有顯著影響，干草產(chǎn)量分布在832～1 663 kg·hm-2之間。各個處理都沒有TN產(chǎn)量高，可能是由于播種當(dāng)年且由于種植地貧瘠，頭茬苜蓿對施氮肥有較強的依賴。次年苜蓿干草產(chǎn)量分布在11 700～14 000 kg·hm-2產(chǎn)量中T6處理最高，干草產(chǎn)量分布在11 700～14 000 kg·hm-2。施肥配比為10-20-24配有晶體鉀的T6處理最高，說明含有晶體鉀的施肥配比為10-20-24對產(chǎn)量提升有積極作用。

3.2 不同基肥處理對紫花苜蓿的品質(zhì)的影響

試驗發(fā)現(xiàn)幾乎所有NPK配比為12-17-18的處理(T1、T2、T3)都較10-20-24(T4、T5、T6)的粗蛋白含量高一些，其中T1處理顯著高于所有其他處理。顯著高于曲善民等在毛烏素沙地的統(tǒng)計數(shù)據(jù)13.42%～14.00%[18]。14年的粗蛋白含量高于15年的粗蛋白含量，也比Ketterings等人在紐約北部2012年試驗結(jié)果19～20%略高[19]，這可能因為紫花苜蓿為當(dāng)年種植且是頭茬刈割，植株中老莖含量較少從而粗蛋白含量比其它研究高。在本研究中，除了T6處理，所有處理蛋白質(zhì)含量都比CK高，且NPK施肥配比12-17-18對苜蓿粗蛋白積累似乎更有利。

對于苜蓿中纖維含量，研究發(fā)現(xiàn)多數(shù)施肥處理的NDF和ADF的含量相比對照CK有不同程度的降低，比畢舒貽等人40.20%(NDF)和29.93%(ADF)的結(jié)果略低[20]。14年處理T3的NDF、ADF都達到最高，顯著高于TN。實驗結(jié)果顯示T3和T6的NDF含量均比CK高(分別6.63%和0.23%)，而ADF含量只有T3比CK高(5.53%)，說明從纖維角度來看，配比T6比T3更好。15年T2處理的NDF達到最高，T1、T2、T6處理的ADF均比CK高(分別26.61%，0.52%和4.17%)。說明整體上這兩種配比下NPK配比為10-20-24表現(xiàn)更好，但施用晶體鉀(T6)可能導(dǎo)致植株纖維含量增高，可能不利于牧草品質(zhì)。本試驗結(jié)果僅施N時效果最佳，說明在苜蓿播種收獲時N肥施用對沙地苜蓿的生長至關(guān)重要。

所有施肥處理的苜?；曳趾慷急菴K高，其中14年T3處理的粗灰分含量最高，15年T6處理的粗灰分含量最高。說明這些施肥配比處理下增加了土壤中養(yǎng)分，提高了苜蓿對養(yǎng)分的吸收，從而增加苜蓿植株中礦物質(zhì)含量。與杜書增等人在陜西省旬邑縣進行的粗灰分統(tǒng)計結(jié)果7～10%相比[21]，該實驗施肥處理中苜蓿含有更多粗灰分，最高達到了14.39%，這可能與吸收更多土壤養(yǎng)分有關(guān)。

4 結(jié)論

該研究初步發(fā)現(xiàn)一些有利于苜蓿播種頭年頭茬生長和品質(zhì)的施肥類型和配比，在NPK配比12-17-18下T1處理有利于牧草產(chǎn)量和蛋白質(zhì)，T3處理有利于結(jié)瘤和根系生物量；而在NPK配比為10-20-24時T6處理不僅有利于株高，也有利于結(jié)瘤、根系生物量和牧草產(chǎn)量；NPK配比10-20-24在株高、根瘤、根系生物量、產(chǎn)量等方面總體比配比12-17-18表現(xiàn)好。這兩種不同的施肥配比，整體都比僅施N肥更有利于苜蓿在沙地保持好的生長狀態(tài)。因此，在沙地種植苜蓿較好的基肥施肥配比是NPK比為10-20-24的配比，且鉀肥最好選用可溶性更高的晶體鉀。