陳香來(lái)，潘 佳，陳利軍，袁 禎，胡小文

（蘭州大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部草牧業(yè)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 /蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020）

紫花苜蓿(Medicago sativa)是一種重要的多年生豆科草本植物，其產(chǎn)草量高，草質(zhì)優(yōu)良，營(yíng)養(yǎng)含量高，適口性好，具有較高的飼用價(jià)值，被廣泛用作飼料與牧草[1-2]。紫花苜蓿是全球種植面積最大的多年生作物之一，也是世界分布最廣、栽培歷史最悠久的飼草作物之一。

施肥是保證苜蓿田持續(xù)利用和高產(chǎn)的有效手段[3]。氮、磷、鉀的合理施用量及配比是提高苜蓿對(duì)肥料利用率，增加苜蓿產(chǎn)量，提高苜蓿品質(zhì)的重要因素[4]。施肥對(duì)苜蓿產(chǎn)量及品質(zhì)的影響已被廣泛研究。尚晨等[5]通過(guò)在黑龍江對(duì)苜蓿進(jìn)行施肥研究表明，刈割后施肥可以顯著提高苜蓿產(chǎn)量，但對(duì)苜蓿粗蛋白含量無(wú)顯著影響。胡華鋒等[6]在河南通過(guò)研究氮、磷、鉀配施對(duì)苜蓿飼草產(chǎn)量與微量元素營(yíng)養(yǎng)的影響，結(jié)果表明，氮、磷、鉀肥配施效果顯著優(yōu)于單施，且能提高苜蓿草產(chǎn)量及鐵、錳等微量元素的含量。在寧夏的研究結(jié)果顯示，施氮肥可達(dá)到明顯的增產(chǎn)效果，施磷肥效果不顯著，過(guò)量施鉀肥導(dǎo)致草產(chǎn)量降低[7]。Jone 等[8]研究表明，施加磷肥可提高苜蓿產(chǎn)量，然而添加微量元素則不會(huì)增加苜蓿產(chǎn)量。Berg 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，磷肥和鉀肥通過(guò)改善苜蓿本身的生產(chǎn)性能和其生長(zhǎng)的持久性，進(jìn)而達(dá)到增產(chǎn)的效果。Hakl 等[10]研究表明，在磷肥和鉀肥施量不變的條件下，苜蓿產(chǎn)量隨氮肥的添加呈現(xiàn)減產(chǎn)趨勢(shì)。綜合國(guó)內(nèi)外研究表明，施肥對(duì)苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)的影響因其栽培區(qū)域與土壤環(huán)境不同而表現(xiàn)各異。因而，針對(duì)特定區(qū)域，開展施肥對(duì)苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)的影響對(duì)于其栽培利用具有重要的生產(chǎn)實(shí)踐價(jià)值。

紫花苜蓿在我國(guó)黃土高原地區(qū)具有1 000 多年的種植歷史[11-12]。但長(zhǎng)期以來(lái)，在黃土高原地區(qū)特別是傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)，紫花苜蓿通常只是作為一種輔助性的飼草來(lái)源在邊際土地上進(jìn)行種植，苜蓿栽培普遍存在管理粗放、單產(chǎn)不高、品質(zhì)差、經(jīng)濟(jì)效益低等問(wèn)題[13-14]，這在一定程度限制了苜蓿這一優(yōu)質(zhì)飼草資源在當(dāng)?shù)氐睦?。基于此，本研究通過(guò)連續(xù)3 年的試驗(yàn)探討不同氮、磷、鉀施肥配比對(duì)苜蓿產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期為黃土高原區(qū)苜蓿生產(chǎn)提供最佳施肥方案和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于蘭州大學(xué)慶陽(yáng)黃土高原試驗(yàn)站(35°40′ N，107°52′ E)，屬于典型的大陸性氣候，海拔1 146 m，年均降水量562 mm，全年降水的70%集中于7 月- 9 月，年均潛在蒸發(fā)量1 504 mm，≥10 ℃年平均積溫為3 446 ℃·d，極端最高氣溫39.6 ℃，極端最低氣溫為-22.4 ℃，無(wú)霜期161 d，生長(zhǎng)季225 d[15]。試驗(yàn)地土壤全氮含量0.6 g·kg-1，速效磷含量23.0 mg·kg-1，速效鉀含量179.4 mg·kg-1。

1.2 研究方法

1.2.1 供試材料

供試苜蓿品種為甘農(nóng)3 號(hào)。2015 年9 月8 日播種，自2016 年開始測(cè)定苜蓿干草產(chǎn)量和品質(zhì)，連續(xù)測(cè)定3 年。施用肥料：尿素，含N 46%；過(guò)磷酸鈣，含P2O516%；硫酸鉀，含K2O 51%。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

施肥設(shè)置氮、磷、鉀3 個(gè)因子，每個(gè)因子4 個(gè)水平，其中N：0、50、100 和50 kg·hm-2，分別記為N0、N1、N2和N3；P2O5：0、60、120 和180 kg·hm-2，分 別 記 為P0、P1、P2和P3；K2O：0、60、120 和180 kg·hm-2，分別記為K0、K1、K2和K3。共30 個(gè)處理(表1)，每個(gè)處理重復(fù)3 次，共90 個(gè)小區(qū)。田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為4 m × 5 m，小區(qū)間隔0.5 m。

1.2.3 栽培與施肥管理

于2015 年9 月8 日條播，行距30 cm，播量為22.5 kg·hm-2。播 種 當(dāng) 年 不 施 肥，于2016、2017、2018 年進(jìn)行施肥處理，1/2 的氮肥、全部的磷肥和鉀肥混合，在返青時(shí)一次性施入，第1 次刈割后追肥1/2 的氮肥，開溝條施。整個(gè)試驗(yàn)期不進(jìn)行人工灌水處理。每年頭茬在初花期進(jìn)行刈割，而后每45 d 刈割1 茬，共3 茬。

1.2.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

鮮、干重測(cè)定：在初花期開花數(shù)為10%時(shí)刈割，各小區(qū)收割面積為9 m2，留茬5 cm 左右，稱鮮重，并隨機(jī)稱取各處理的鮮草300 g 左右，試驗(yàn)室殺青后置于65 ℃烘箱烘干至恒重，測(cè)其干重，得到鮮干比，進(jìn)而換算出其干草產(chǎn)量。最后將干草樣用粉草機(jī)粉碎，置于自封袋中，用作牧草品質(zhì)分析。

品質(zhì)測(cè)定：2016、2017 年使用KDN-103F 半自動(dòng)凱氏定氮儀采用凱氏定氮法測(cè)定粗蛋白含量[16]；用ANKOM2000 纖維分析儀測(cè)定中、酸性洗滌纖維含量[17]；用干灰分法測(cè)定粗灰分含量[18]。研究表明，國(guó)標(biāo)法與NIR 光譜測(cè)定品質(zhì)，相對(duì)誤差小于5%[19]。2018 年 使 用FOSS 公 司 的NIR System 5000近紅外光譜分析儀掃描分析品質(zhì)。工作參數(shù)：波長(zhǎng)范圍1 100-2 500 nm，波長(zhǎng)間隔2 nm，每個(gè)樣品重復(fù)裝樣及掃樣3 次，取平均值，并轉(zhuǎn)化為lg1/R形式記錄光譜數(shù)據(jù)。定標(biāo)軟件為 WinI-SIⅢ，工作條件室溫25 ℃穩(wěn)定[20]。

表 1 各處理施肥量Table 1 Fertilizer treatment

1.3 數(shù)據(jù)分析

將2016、2017、2018 年干草產(chǎn)量直接相加得出3 年干草產(chǎn)量，運(yùn)用SPSS 21.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)氮、磷、鉀肥的主效應(yīng)和互作效應(yīng)進(jìn)行方差分析，采用LSD 法進(jìn)行多重比較，利用Excel 2010 進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)量的影響

2.1.1 不同施肥處理對(duì)紫花苜蓿草產(chǎn)量的影響

2016、2017、2018 各年以及3 年干草產(chǎn)量，施肥處理均高于對(duì)照處理(N0P0K0)，不同年份間施肥影響效果各異(表2)。2016 年產(chǎn)量數(shù)據(jù)顯示，施肥處理均顯著提高了苜蓿干草產(chǎn)量(P＜0.05)，增產(chǎn)幅度為9.6%～44.0%，其中，N2P3K2處理干草產(chǎn)量最高，為14.66 t·hm-2，對(duì)照處理干草產(chǎn)量最低，為10.18 t·hm-2。2017 年產(chǎn)量數(shù)據(jù)顯示，23 個(gè)施肥處理顯著高于對(duì)照處理(P＜0.05)，增產(chǎn)幅度為13.4%～57.5%。N1P2K1處理干草產(chǎn)量最高，為13.70 t·hm-2，對(duì) 照 處 理 產(chǎn) 量 最 低，為8.70 t·hm-2。2018 年 產(chǎn)量 數(shù) 據(jù) 顯 示，N0P1K0、N0P2K0、N1P0K1、N1P1K0、N1P2K1、N1P2K2等10 個(gè)處理干草產(chǎn)量顯著高于對(duì)照(P＜0.05)，增產(chǎn)幅度為10.1%～37.5%。其中，對(duì)照處理干草產(chǎn)量為8.85 t·hm-2，N1P2K1處理干草產(chǎn)量最高，為12.16 t·hm-2。

2.1.2 主效應(yīng)和互作效應(yīng)的差異顯著性分析

氮、磷、鉀肥的主效應(yīng)和互作效應(yīng)方差分析結(jié)果顯示(表3)，鉀肥對(duì)苜蓿干草產(chǎn)量無(wú)顯著影響(P ＞0.05)，而氮肥和磷肥能顯著增加苜蓿干草產(chǎn)量(P ＜0.05)。施氮肥顯著增加了2016 年和2017 年干草產(chǎn)量，施磷肥顯著增加了2016 年和2018 年干草產(chǎn)量。氮肥和磷肥的互作對(duì)對(duì)2016 年干草產(chǎn)量有顯著影響(P＜0.05)，對(duì)3 年干草產(chǎn)量無(wú)顯著影響(P ＞0.05)。

氮肥各水平間的多重比較顯示(表4)，當(dāng)?shù)仕綖?0 和100 kg·hm-2時(shí)，3 年干草產(chǎn)量均顯著高于0 和150 kg·hm-2水平(P＜0.05)。磷肥各水平間的多重比較顯示，當(dāng)磷肥水平為120 kg·hm-2時(shí)，3 年干草產(chǎn)量顯著高于0 kg·hm-2水平(P＜0.05)，與60 和180 kg·hm-2水平接近(表5)。

表 2 氮、磷、鉀配比施肥對(duì)紫花苜蓿干草產(chǎn)量的影響Table 2 Effects of combinations of nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizer on hay yield of alfalfa

2.1.3 不同施肥處理對(duì)3 年紫花苜蓿干草總產(chǎn)量的影響

利用3 年總干草產(chǎn)量與施肥處理進(jìn)行二次肥料效應(yīng)函數(shù)的擬合，建立了氮、磷、鉀3 種肥料用量與產(chǎn)量的回歸方程Y = 3.312 + 2.596 N + 2.513 P +2.546 K + 1.168 N2+ 3.106 P2+ 1.554 K2-2.895 NP -1.836 NK + 1.364 PK。經(jīng)過(guò)F 檢驗(yàn)，3 年產(chǎn)量F 值為4.60，達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)，表明上述模型擬合性好，可用于決策苜蓿的合理施肥。通過(guò)對(duì)肥料效應(yīng)函數(shù)進(jìn)行求解，獲得不同函數(shù)類型下的最高產(chǎn)量與適宜施肥量。可獲得的最高年產(chǎn)量(Y)為41.18 t·hm-2，其相應(yīng)施肥方案為N 68.3 kg·hm-2、P2O5130.7 kg·hm-2、K2O 55.0 kg·hm-2。

2.2 施肥對(duì)紫花苜蓿品質(zhì)的影響

從3 年苜蓿品質(zhì)的均值分析可得，隨年際增加，粗蛋白含量和相對(duì)飼用價(jià)值呈先上升后下降趨勢(shì)，中性洗滌纖維含量呈下降趨勢(shì)，酸性洗滌纖維含量呈先下降后上升趨勢(shì)，粗灰分含量無(wú)明顯變化(表6、表7)。施肥處理對(duì)2016、2017、2018 年苜蓿干草粗蛋白含量均有顯著影響(P＜0.05)，且各施肥處理影響效果各異。2016 年，N2P2K0處理粗蛋白含量最高，為19.18%，較對(duì)照增加了39%；2017 年，N1P2K1處理粗蛋白含量最高，為19.54%，較對(duì)照增加了47%；2018 年，N2P1K2處理粗蛋白含量最高，為19%，較對(duì)照增加了31%。施肥處理顯著影響了中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量(P ＜0.05)，與對(duì)照相比，2016、2017 和2018 年中性洗滌纖維含量最大降幅分別為21%、22%和22%，酸性洗滌纖維含量最大降幅分別為24%、23%和22%。施肥顯著提高了苜蓿相對(duì)飼用價(jià)值(P＜0.05)，相對(duì)飼用價(jià)值因施肥處理不同表現(xiàn)各異，2016、2017和2018 年最大增幅分別為27%、23%和26%。粗灰分含量隨年際增加無(wú)明顯變化，且各施肥處理間無(wú)顯著差異(P ＞ 0.05)。

表 3 氮、磷、鉀配比施肥對(duì)紫花苜蓿干草產(chǎn)量影響的方差分析Table 3 Variance analysis of the hay yield of alfalfa fertilized with various combinations of nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizer

表 4 氮肥各水平間的多重比較Table 4 Multi-comparison of the hay yield of alfalfa among different nitrogen levels

表 5 磷肥各水平間的多重比較Table 5 Multi-comparison of the hay yield of alfalfa among different phosphorus levels

3 討論

草產(chǎn)量是衡量牧草生產(chǎn)性能的重要指標(biāo)。本研究中，3 年苜蓿干草產(chǎn)量具有一定的差異，這說(shuō)明年限差異會(huì)對(duì)產(chǎn)量造成一定影響[21]。溫洋[22]通過(guò)研究磷、鉀施肥配比對(duì)苜蓿產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)第1 年與第2 年具有基本一致的生長(zhǎng)規(guī)律，且第2 年較第1 年增產(chǎn)34.6%。但在本研究中，苜蓿干草產(chǎn)量隨年際增加呈下降趨勢(shì)，且3 年氮、磷、鉀配比施肥造成的產(chǎn)量變化規(guī)律不一致，造成這一結(jié)果的原因可能與施肥的苜蓿地土壤肥力高低有關(guān)。研究表明，在低肥供應(yīng)能力的土壤上施加適量的氮、磷、鉀肥有利于苜蓿增產(chǎn)，而在土壤肥力較高的土壤上施肥則會(huì)導(dǎo)致草產(chǎn)量降低[23]。本研究顯示，2016 年首次施肥顯著提高了干草產(chǎn)量(P ＜0.05)，這說(shuō)明該試驗(yàn)地在施肥前，土壤肥力相對(duì)較低，不能夠滿足苜蓿正常生長(zhǎng)所需。在2017 年和2018 年施肥后，干草產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)，這說(shuō)明在施肥第2 年，該試驗(yàn)地的土壤肥力已經(jīng)達(dá)到苜蓿生長(zhǎng)的需要，過(guò)量的施肥則會(huì)導(dǎo)致干草產(chǎn)量下降。此外，苜蓿受年降水量的影響，產(chǎn)草量波動(dòng)較大[24]。慶陽(yáng)地區(qū)年降水量數(shù)據(jù)顯示，2016 年降水量為577 mm，2017 年降水量為522 mm，2018 年降水量為497 mm，這說(shuō)明降水量的減少影響了苜蓿生長(zhǎng)，這有可能是導(dǎo)致苜蓿干草產(chǎn)量隨年際增加呈下降趨勢(shì)的原因。

表 7 不同施肥處理對(duì)紫花苜蓿相對(duì)飼用價(jià)值和粗灰分含量的影響Table 7 Effects of fertilizer treatment on relative feeding value of alfalfa

氮肥可以提高苜蓿草產(chǎn)量[25-26]。施氮肥顯著提高了苜蓿3 年的干草產(chǎn)量(P＜0.05)，其中對(duì)2016年和2017 年干草產(chǎn)量具有顯著影響(P＜0.05)，這一結(jié)果與成紅等[27]的研究結(jié)果相似，然而對(duì)2018 年干草產(chǎn)量無(wú)顯著影響(P ＞ 0.05)，這說(shuō)明苜蓿在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中可以形成根瘤菌，并進(jìn)行固氮作用，對(duì)根瘤菌已經(jīng)形成的苜蓿地過(guò)量施氮肥，這并不能顯著提高干草產(chǎn)量甚至產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)[28-29]。隨著氮肥施入量的增加，苜蓿干草產(chǎn)量呈先上升后下降趨勢(shì)，這說(shuō)明氮肥施量過(guò)高，導(dǎo)致根系產(chǎn)量減少，根系形態(tài)發(fā)育改變，進(jìn)而影響到幼苗生長(zhǎng)而減產(chǎn)[30]。施磷肥能夠增加苜蓿根重、增加根瘤菌數(shù)，有效提高苜蓿鮮干草產(chǎn)量[31]。本研究中，在土壤缺磷時(shí)施適量的磷肥可顯著提高苜蓿干草(P＜0.05)，施磷量為180 kg·hm-2時(shí)，干草產(chǎn)量降低，這說(shuō)明干草產(chǎn)量隨施磷量增加而增加，超出范圍后產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)[32]。研究表明，高氮、高磷、高鉀條件則會(huì)導(dǎo)致草產(chǎn)量大幅度下降[33]，說(shuō)明過(guò)量施氮、磷、鉀肥不能提高干草產(chǎn)量，而且造成肥料的浪費(fèi)。綜上所述，在黃土高原區(qū)，氮肥的施肥量不宜超過(guò)100 kg·hm-2, 磷肥的施肥量不宜超過(guò)180 kg·hm-2。

本研究表明，不同年際間苜蓿品質(zhì)差異不大，這與苗福泓等研究結(jié)果相似[34]。牧草蛋白質(zhì)含量是評(píng)價(jià)飼草質(zhì)量的重要指標(biāo)，粗蛋白含量越高，中性洗滌纖維含量越低，適口性高，易消化，故營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高[35]。本研究結(jié)果基本反映了上述研究觀點(diǎn)，施肥顯著增加粗蛋白含量，降低中性洗滌纖維與酸性洗滌纖維含量，提高相對(duì)飼用價(jià)值，但對(duì)粗灰分含量無(wú)明顯影響。不施氮肥條件下，粗蛋白含量隨磷肥和鉀肥的增加而增加，原因可能是磷肥能增加根瘤菌數(shù)，進(jìn)而增強(qiáng)固氮作用[36]，鉀肥能增加苜蓿生物產(chǎn)量，進(jìn)而增加了粗蛋白含量[37]。施氮量為100 和150 kg·hm-2，粗蛋白含量隨磷肥增加而降低，這可能是因?yàn)橐呀?jīng)形成了以磷促氮的效果，過(guò)量的氮肥反而降低了苜蓿品質(zhì)[38]。粗蛋白含量隨鉀肥的增加無(wú)明顯變化，這可能是由于黃土高原區(qū)土壤鉀含量較高，足以滿足紫花苜蓿的正常生長(zhǎng)，過(guò)高的鉀含量則會(huì)抑制紫花苜蓿生長(zhǎng)[39]。綜合前人研究與本研究結(jié)果，適當(dāng)施用氮、磷、鉀肥能夠提高紫花苜蓿的品質(zhì)。

4 結(jié)論

合理的配比施肥可有效提高黃土高原區(qū)紫花苜蓿產(chǎn)量與品質(zhì)。年際不同，則各施肥處理對(duì)苜蓿干草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響效果亦表現(xiàn)各異。隨年際增加，苜蓿干草產(chǎn)量整體呈下降趨勢(shì)，首次施肥苜蓿產(chǎn)量最高為14.66 t·hm-2，第2 年為13.70 t·hm-2，第3 年為12.16 t·hm-2?；? 年干草總產(chǎn)量與施肥處理的函數(shù)關(guān)系得出，施氮肥68.3 kg·hm-2、磷肥130.7 kg·hm-2、鉀肥55.0 kg·hm-2，可獲得最高年產(chǎn)量41.18 t·hm-2。綜合3 年的苜蓿品質(zhì)數(shù)據(jù)，施肥能增加粗蛋白含量，降低中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量，提高相對(duì)飼用價(jià)值，而粗灰分含量無(wú)明顯變化，其中，N2P2K0處理下粗蛋白含量最高。