基肥类型及配比对沙地种植紫花苜蓿生产力和品质的影响

张 乾，李金升，赵天赐，杨晓蒙，刘克思,2*

(1. 中国农业大学动物科技学院，北京 100193； 2. 河北沽源草地生态系统国家野外科学观测研究站，河北沽源 076550)

紫花苜蓿(MedicagostavaL.)是目前国内外广泛种植的优质牧草，不仅是发展养畜业的首选饲料作物之一，而且能提高土壤质量[1]。由于其较高的营养品质和生态功能，目前被大量种植于半干旱地区[2]。紫花苜蓿的生长发育需要足够的营养元素，仅依靠土壤提供不能满足生长需求[3]。所以土壤养分的供给状态是影响紫花苜蓿生长的主要限制因素之一[4]。

施肥是提高土壤肥力养分和作物产量的最主要途径[5]。大量研究表明，施肥不仅能促进牧草生态特性和营养品质的改善，而且能促进苜蓿产量的增加，进而提高苜蓿种植的效益[6]。所以施肥对苜蓿产量和品质的影响仍是目前研究的热点与重点，尤其在施肥方法、肥料各要素配比(配方施肥)、主肥与微肥、施肥对抗性、越冬率、产量和品质的作用问题等方面[7]，以往研究主要集中在氮、磷、钾等大量元素肥料上，并取得大量具有实践指导意义的成果，而相关研究也表明，紫花苜蓿生长过程中对许多微量元素也比较敏感[8]。故我们在参考国内外不同气候条件及土壤、地理环境中较成熟及广泛运用的苜蓿施肥配方，统筹考虑主肥与微肥，肥料类型与配比，并加以改进，作为基肥运用到沙地土壤，研究对苜蓿的生长力和品质的影响，为沙地种植苜蓿播种的基肥配方的实际应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于内蒙古自治区东部、松辽平原西端的通辽市(42°15′～45°41′ N，119°15′～123°43′ E)，海拔550～730 m。年平均气温0～6 ℃，夏季平均最高温15～27 ℃，≥10℃积温3 000～3 200℃，无霜期140～160天。年平均降水量350～400 mm，年均蒸发量是降水量的5倍左右。年平均风速3～4.4 m·s-1，全年8级以上大风日数20～30天，属于典型的北温带大陆性季风气候。

地带性土壤为栗钙土，风沙土占总面积的43.5%。试验区土壤以沙壤质栗钙土为主，试验前对试验地土壤(0～20 cm)进行分析，发现土壤含水量为1.25%～2.08%，酸碱度为7.67～7.99，有机质含量0.44%～0.58%、铵态氮含量6.5～13.7 mg·L-1、硝态氮含量9.6～12.4 mg·L-1、全磷含量21.5～22.8 mg·L-1、全钾含量61.1～64.4 mg·L-1、钙含量1271.5～1413.3 mg·L-1、镁含量113.7～125.3 mg·L-1、硫含量26.3 mg·L-1、锌含量0.66 mg·L-1。

1.2 试验材料

试验选取优良紫花苜蓿品种WL319 (MedicagosativaL. cv. WL319)，此品种苜蓿经测试可以适应该试验区域。

1.3 试验设计

试验测试了两种苜蓿肥料配比(12-17-18和10-20-24)。在这两个配比下氮磷钾主肥选择了不同的肥料类型：氮肥是尿素(Urea：46N-0-0)，磷肥选择了磷酸二铵(DAP：18N-46P2O5-0)和美可辛(MES:12N-40P2O5-0-10S-1Zn)，钾肥(MOP)选择了红钾(0-0-60K2O)和晶体钾(0-0-60K2O)。同时增加了不施肥和仅施N肥两个处理作为对照。这样总共包括8个处理(表1)。所有的处理重复4次，按完全随机区组排列，每个处理小区的面积为30(5×6)m2。

表1 不同处理下的施肥配比与施肥类型Table 1 Types of fertilizer and ratios of fertilization under different treatments

注：红指红钾；晶指晶体钾

Note:red indicates red potassium;crystal indicates crystal potassium

1.4 播种与田间管理

播种前利用机械起垄使每试验小区面积为30(5×6)m2，然后在每个小区根据试验处理的设置(表1)，利用施肥机械将肥料施入(10～20 cm左右土深)对应的试验小区。播种采用人工条播的方式，播量为20 kg·hm-2，行距30 cm，覆土深度2～3 cm。播种时间是2014年6月29日。试验地设有喷灌设施，保证苜蓿生长中的水分需求。在苜蓿生长期间，及时防除病虫害，进行人工除草，并防止牲畜啃食和践踏。

1.5 测定指标与方法

苜蓿处于初花期时(15%～30%开花)开始田间取样，测定相应的指标，评估不同基肥类型及配比对苜蓿的影响。在苜蓿种植第一年2014年只刈割取样一次以保证来年的正常生长；2015年刈割取样三次。测定的指标包括苜蓿的生长性状、苜蓿的产量和苜蓿的品质。

苜蓿高度测定是在各试验小区，随机选取10株具有代表性的植株，测定植株的垂直高度；有效根瘤数的测定通过随机在各小区选取3组具有代表性的植株，每组约1～3株，小心挖出根(实验前进行预实验确定根深约20～40 cm)，数植株根系上的有效结瘤数(植株根系上有效结瘤为根部突出的肉眼可见的小粉色颗粒)，然后折算为单根苜蓿根部有效结瘤数。数完根瘤的植株，切取根系洗净附着沙土，称得鲜重，在烘箱65℃烘为恒重再称重得根系的干重，然后折算为单株根系生物量。2015年紫花苜蓿生长特性是每季的平均值。

苜蓿产量测定是在每个试验小区齐地5 cm以上全小区刈割，在田间称其鲜重，然后从这些鲜样中随机称取4个100 g左右的小样本，带回试验室，在65℃烘箱烘干至恒重称重，用此干重计算干鲜比,最后折算成干草产量。2015年产量为刈割三次的加和的总产量。

苜蓿品质测定是在称干重后的牧草粉碎过1 mm筛后，制备成草粉样品，在实验室测定粗蛋白、纤维、粗灰分。其中粗蛋白采用凯氏定氮法，粗灰分(crude ash,CA)的测定执行国家标准GB/T6438-92，中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)的测定参照ANKOM滤袋法并执行GB/T20806-2006。2015年苜蓿品质是年度平均值。

1.6 数据处理与分析方法

试验所测得的各项指标的数据用Microsoft Excel汇总和整理，并用SAS 9.3进行方差、显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同基肥处理对紫花苜蓿生长特性及产量的影响

从苜蓿株高来看，14年施用尿素+二铵+晶体钾的T6处理最高(44.46 cm)，与施用尿素+二铵+红钾的T1处理无显著差异，但显著高于其它处理。其中T6处理比对照CK和TN分别增高最多为19.54%和21.67%。在同样的施肥配比12-17-18下，施用T1处理的苜蓿株高远高于使用美可辛的T2处理和使用晶体钾的T3处理，T2和T3处理间无显著差异。在同样的施肥配比10-20-24下，T6处理的苜蓿株高远高于其它两个同样的配比T4和T5处理，T4和T5处理间无显著差异。相对于对照组CK和TN，T2、T3、T4和T5处理与其没有显著差异。15年植株高度对照CK最高(86.36 mm)，T1处理最低(74.06 mm)。肥料配比为12-17-18的处理间无显著差异。在同样的肥料配比为10-20-24下，施用美可辛和红钾的T5处理远低于施用二铵和晶体钾的T6处理。

T3、T6处理可以促进苜蓿根瘤的形成(表2)。14年相对于仅施氮肥TN处理，氮磷钾组合基肥施用产生的单株根瘤数要高26%到85%。肥料配比为12-17-18且施用晶体钾的T3处理产生最多的单株根瘤数(约7个)。肥料配比为10-20-24且施用晶体钾的T6处理产生第二多的单株根瘤数(约6个)，其它处理之间无显著差异。15年产生单株根瘤数最多的是T6处理(约70个)，其次为T3处理(约65个)，各处理间无显著差异。

T6处理的根系生物量与对照组有显著性差异，T1、T2、T6、TN处理具有更高的根系生物量(表3)。在用12-17-18配比的三个处理中，使用晶体钾的T3处理产生相对更高的根系鲜生物量；在用10-20-40配比的三个处理中，使用晶体钾的T6处理产生更高的鲜根系生物量。所有这些处理中，肥料配比为10-20-24且施用晶体钾的T6处理的鲜根系生物量为最高，比对照CK高39.61%～161.15%。干根系生物量的变化趋势与鲜根系生物量的变化趋势基本一致，使用晶体钾做基肥的处理(T3和T6)都能产生相对更高的干根系生物量。最高的T6处理的干根系生物量比CK增加了54.92%～77.8%。

注：不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，下同

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

基肥对苜蓿的产量显著性差异影响在年际间表现不同(表3)。14年不同的施肥类型及配比之间的产量变化在1 454.1～2 833.35 kg·hm-2鲜重和832.95～1 663.5 kg·hm-2干重。仅施氮肥处理的鲜干重最高，不同处理间苜蓿的鲜重和干重没有显著性差异。15年不同的施肥类型及配比之间的产量变化在64 600～96 600 kg·hm-2鲜重和11 799～13 944 kg·hm-2干重。肥料配比为10-20-24且施用晶体钾的T6处理的产量为最高，T6处理鲜干重产量比对照CK分别高22.95%和29.61%。

2.2 不同基肥处理对紫花苜蓿的品质的影响

14年苜蓿中灰分的含量在各基肥处理之间没有显著性差异，波动在8.63%～14.41%之间(表4)。而15年苜蓿灰分的含量在各处理间表现出显著性差异。在施肥配比12-17-18中，施用尿素-美可辛-红钾的T2处理粗灰分最高，处理间没有显著性差异。在施肥配比10-20-24中，施用尿素-磷酸二铵-晶体钾的T6处理最高(8.93%)，比对照组CK高26.85%。

不同的基肥处理对紫花苜蓿中的粗蛋白含量有一定的影响(表4)。两年的施肥处理结果显示，除了配比为10-20-40的T6处理例外，相对于没施肥的对照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。粗蛋白质含量最高的是12-17-18配比的T1处理，比对照高出6.07%～8.67%。仅施N肥的TN粗蛋白含量也比对照高出约3.05%～4.74%。在含氮磷钾的各配比处理之间，粗蛋白的含量无显著性差异。

紫花苜蓿中纤维含量受不同基肥处理的影响(表4)。14年NDF和ADF在配比为12-17-18且施用尿素+磷酸二铵+晶体钾的T3处理中最高，为32.91%和24.57%。仅施氮肥的TN处理中NDF和ADF都最低，为27.81%和20.41%。相对于不施肥的对照CK，在施用不同类型和配比的氮磷钾基肥组合中，只有T3处理的NDF和ADF比CK略高，分别高6.63%和5.53%，其他处理都较CK低，NDF降低的幅度在1.33%到4.73%之间，ADF降低的幅度在1.25%到5.13%之间。15年各处理间的NDF没有显著性差异。ADF在配比为12-17-18且施用尿素+磷酸二铵+红钾的T1处理最高，为39.20%，比对照CK高8.24%。NDF和ADF最低的处理都为仅施氮肥的TN处理，与14年一致，分别为37.02%和24.20%。

表4 不同处理下苜蓿品质状况Table 4 Quality of alfalfa under different treatments

3 讨论

3.1 不同基肥处理对紫花苜蓿生长特性及产量的影响

垂直高度是描述牧草生长状况，反映其产量高低较为理想的一个特征量，Davis(1966)报道植株高度能决定植物产量的65%(R2=0.65)[9]。苜蓿植株生长是苜蓿产量和品质的宏观标量，两者有很强的正相关关系[10]。在生长条件较好的地方，紫花苜蓿在第一年播种后头茬初花期高度能达到100～150 cm，产量达到3 160～4 570 kg·hm-2[11]。赵云等在内蒙赤峰的水肥耦合实验结果可以看出，紫花苜蓿高度较低，高度在60～70 cm，不灌水不施肥的对照CK第一茬产量仅为869 kg·hm-2，在灌溉量120 kg·hm-2处理后最高值产量可达到4 640 kg·hm-2[12]。本试验研究区土壤沙性，营养较贫瘠，紫花苜蓿第一年播种后头茬的生长高度仅为35～45 cm。尽管15年各处理都低于对照CK的株高。但肥料配比为10-20-24且施用晶体钾的T6处理下的紫花苜蓿植株最高，说明T6处理是促进植株生长的有效施肥方式。

根系有效结瘤数是苜蓿根部健康状况最简单直接的量化指标[13]。赵云等在内蒙古赤峰地区统计有效结瘤在施氮和不施氮肥时每株分别为10.37和15.64个[12]，均高于本试验种植当年结果。但本试验发现作为对照的处理TN有效结瘤最低，低于所有其他施肥配比处理和CK，说明仅施氮肥对苜蓿根部有效结瘤确实不利，而配合施用其它肥类能较好的促进结瘤。数据结果显示，T3和T6在各自的两种施肥配比下有效结瘤多，说明在这两种配比下晶体钾处理都有可能促进有效结瘤，且T6施肥配比可能具有促进苜蓿根部有效结瘤良好生长的更好潜力。

根系是植物吸收养分、转化和储藏营养物质的重要器官，也是草地实现水土保持、涵养水源、改良土壤等生态功能的基础，对地上部的生长、形态建成发生作用，其生长好坏直接影响地上部分的产量和植物的水土保持能力[14]。单株根系生物量所有施肥配比都比对照CK高，部分处理比仅施N肥的TN表现好。两种NPK施肥配比12-17-18和10-20-24下分别是T3和T6处理根系生物量较好，其中T6处理根系生物量最高。说明晶体钾在NPK配比10-20-24时可能促进根系生长且表现最优。

生物量的高低反映植物光合产物积累的大小，是生产力的度量，可以体现植物的生产性能。苜蓿生物量的形成和积累对其产草量和品质影响较大，而生物量的动态变化是对生长状况的定量描述[15]。姜慧新等人在山东省获得苜蓿产草量在12 199～53 258 kg·hm-2[16]，而霍星等人在毛乌素沙地水肥耦合试验中得到800～8 000 kg·hm-2，自然状态下仅为57.9 g·m-2(约570 kg·hm-2)[17]。本试验沙地种植的苜蓿，施肥配比对头茬苜蓿产量没有显著影响，干草产量分布在832～1 663 kg·hm-2之间。各个处理都没有TN产量高，可能是由于播种当年且由于种植地贫瘠，头茬苜蓿对施氮肥有较强的依赖。次年苜蓿干草产量分布在11 700～14 000 kg·hm-2产量中T6处理最高，干草产量分布在11 700～14 000 kg·hm-2。施肥配比为10-20-24配有晶体钾的T6处理最高，说明含有晶体钾的施肥配比为10-20-24对产量提升有积极作用。

3.2 不同基肥处理对紫花苜蓿的品质的影响

试验发现几乎所有NPK配比为12-17-18的处理(T1、T2、T3)都较10-20-24(T4、T5、T6)的粗蛋白含量高一些，其中T1处理显著高于所有其他处理。显著高于曲善民等在毛乌素沙地的统计数据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等人在纽约北部2012年试验结果19～20%略高[19]，这可能因为紫花苜蓿为当年种植且是头茬刈割，植株中老茎含量较少从而粗蛋白含量比其它研究高。在本研究中，除了T6处理，所有处理蛋白质含量都比CK高，且NPK施肥配比12-17-18对苜蓿粗蛋白积累似乎更有利。

对于苜蓿中纤维含量，研究发现多数施肥处理的NDF和ADF的含量相比对照CK有不同程度的降低，比毕舒贻等人40.20%(NDF)和29.93%(ADF)的结果略低[20]。14年处理T3的NDF、ADF都达到最高，显著高于TN。实验结果显示T3和T6的NDF含量均比CK高(分别6.63%和0.23%)，而ADF含量只有T3比CK高(5.53%)，说明从纤维角度来看，配比T6比T3更好。15年T2处理的NDF达到最高，T1、T2、T6处理的ADF均比CK高(分别26.61%，0.52%和4.17%)。说明整体上这两种配比下NPK配比为10-20-24表现更好，但施用晶体钾(T6)可能导致植株纤维含量增高，可能不利于牧草品质。本试验结果仅施N时效果最佳，说明在苜蓿播种收获时N肥施用对沙地苜蓿的生长至关重要。

所有施肥处理的苜蓿灰分含量都比CK高，其中14年T3处理的粗灰分含量最高，15年T6处理的粗灰分含量最高。说明这些施肥配比处理下增加了土壤中养分，提高了苜蓿对养分的吸收，从而增加苜蓿植株中矿物质含量。与杜书增等人在陕西省旬邑县进行的粗灰分统计结果7～10%相比[21]，该实验施肥处理中苜蓿含有更多粗灰分，最高达到了14.39%，这可能与吸收更多土壤养分有关。

4 结论

该研究初步发现一些有利于苜蓿播种头年头茬生长和品质的施肥类型和配比，在NPK配比12-17-18下T1处理有利于牧草产量和蛋白质，T3处理有利于结瘤和根系生物量；而在NPK配比为10-20-24时T6处理不仅有利于株高，也有利于结瘤、根系生物量和牧草产量；NPK配比10-20-24在株高、根瘤、根系生物量、产量等方面总体比配比12-17-18表现好。这两种不同的施肥配比，整体都比仅施N肥更有利于苜蓿在沙地保持好的生长状态。因此，在沙地种植苜蓿较好的基肥施肥配比是NPK比为10-20-24的配比，且钾肥最好选用可溶性更高的晶体钾。