西北荒漠灌区覆膜对紫花苜蓿农艺性状和营养价值的影响

李玉珠， ， ， *，

(1.甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省草原技术推广总站， 甘肃 兰州 730010)

紫花苜蓿(Medicagosativa)作为重要的豆科多年生优质牧草，具有产量高、营养价值丰富、适口性好等优点，是我国半干旱地区农业结构调整、生态环境建设和人工草地建植的首选草种之一[1-2]。西北荒漠灌区是我国苜蓿种植较集中的地区，但该地区气候干燥，降水稀少(年平均降水量在50～200mm之间)，且该地区土壤瘠薄化、盐渍化较为普遍[3-5]，导致苜蓿出苗率低、生长缓慢、返青迟，造成草产量低，严重制约了当地畜牧业经济的发展、影响农民收入[6]。鉴于此，发掘适宜的覆膜穴播种植技术能为苜蓿人工草地的建植提供技术支撑，对促进该地区农牧业发展具有十分重要的现实意义。

大量实践表明，地膜覆盖栽培已成为提高作物产量、改善品质、发展旱作农业和节水农业的一项突破性技术[7]。寇江涛[8]等研究表明在西北黄土高原区采用垄覆膜沟覆秸秆集雨种植紫花苜蓿，可以促进苜蓿生长，显著提高干草产量并有效改善干草的品质。鱼小军[9-10]等研究发现在天祝高寒牧区垄沟覆膜极大的提高了苜蓿产量、根系生物量和根系表面积；在甘南高寒区沟垄覆黑膜提高了苜蓿种植当年的株高、干草产量和根系生物量。宋兴阳[11]等研究指出在半干旱黄土高原区生物可降解膜垄和普通膜垄能提高连作2年的紫花苜蓿的实际干草产量。虽然覆膜种植已被广泛应用于干旱、半干旱地区，覆盖作物的种类也越来越多，从大田作物、蔬菜、花卉到牧草，但关于西北荒漠灌区覆膜对连作紫花苜蓿农艺性状及营养价值影响的研究报道较少[12-15]。

甘肃省金昌市永昌县杨柳青公司苜蓿种植基地位于西北荒漠灌区，自2012年杨柳青公司采用地膜覆盖穴播技术种植紫花苜蓿，经过3年的田间观察，研究发现覆膜能降低浅层土壤的pH，对水溶性盐有一定的抑制作用[16]。因此，本试验以紫花苜蓿‘三得利’(M.sativaL. ‘Sanditi’)为试验材料，不覆盖地膜为对照(CK)，研究覆膜(FM)对种植第2年(2013年)、第3年(2014年)和第4年(2015年)的紫花苜蓿农业性状(株高、干草产量、茎叶比和干鲜比)及营养成分(粗蛋白、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、钙、磷)的影响，以期为该地区紫花苜蓿覆膜栽培技术的实际应用提供依据，为西北荒漠灌区建立优质紫花苜蓿人工草地奠定基础，为提高紫花苜蓿种植效益提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于河西走廊东端的甘肃省永昌县朱王堡镇，北纬37°30′、东经103°15′，平均海拔1 519 m。气候属温带大陆性气候，年平均气温4.8℃，≥10℃的有效积温为2 001℃；平均降水量185.1 mm，降雨分配很不均匀；无霜期134 d，平均日照2 884.2 h，日照率65%，年蒸发量2 000.6 mm。该地区具干旱、多风、蒸发量大等特点，又属石羊河水系，引水灌溉条件好。

1.2 供试材料

国外引进紫花苜蓿品种‘三得利’(M.sativaL. ‘Sanditi’)。

1.3 试验设计

本试验以不覆膜(control，CK)为对照，覆膜(film mulching，FM)为处理，采用随机区组试验设计，小区面积均为1亩，各处理重复3次。覆膜试验地选用幅宽145 cm，厚度约为0.08 mm的抗氧化黑色地膜，铺成宽120 cm的播带，带间距30 cm，每带5行，行距30 cm，全膜均匀覆土以免被大风吹掉同时又延长了地膜寿命。试验地土壤肥力状况相近，播种前施足基肥，同时施过磷酸钙1 500 kg·hm-2、尿素150 kg·hm-2、腐殖酸铵450 kg·hm-2。苜蓿播种时间为2012年4月中旬，播种量为18 kg·hm-2，播种深度1～2 cm，每行穴播，穴距15 cm。试验期间，除草、病虫害防治、施肥等田间管理各处理保持一致，每年入冬前灌1次冻水。

1.4 测定指标与方法

试验于紫花苜蓿种植第2年开始，在2013年、2014年、2015年连续3年每茬草(5月中旬、7月上旬、8月中旬、10月上旬)初花期进行取样、测定各项指标，留茬高度为8 cm。

1.4.1农艺性状指标测定 株高(cm)：每茬草初花期测产前，每个小区中随机选取10株，测量高度(地面至最高处垂直距离)，求其平均值。

鲜草产量(kg·m-2)：每茬草初花期，每个小区随机取样1 m2，重复3次，齐地刈割后称重，取其平均值。

干草产量(kg·亩-2)：将鲜草样品风干24 h后，置于烘箱中，65℃烘干至恒重测干重，每个处理重复3次，根据1 m2鲜草产量推算苜蓿干草产量。

干鲜比：草样刈割后，剪成3～4 cm长，取约500 g样品称鲜重，65℃烘干后称干重，即可计算干鲜比，每个处理重复3次，取其平均值[17]。

茎叶比：每个小区随机称取500 g苜蓿鲜样，将茎叶分离后称重，放入105℃烘箱内杀青10 min，65℃烘干至恒重，计算茎叶比[14]，每个处理重复3次，取其平均值[17]。

1.4.2营养成分相关指标测定 初花期刈割时每个小区随机取样500 g，放在实验室风干，并于65℃烘干，再用微型植物粉碎机进行粉碎后过1 mm筛，保存于密封袋中备用。粗蛋白(crude protein，CP)采用半微量凯氏定氮法测定；粗脂肪(ether extract，EE)采用索氏抽提法测定；酸性、中性洗涤纤维(acid detergrent fiber，ADF；neutral detergrent fiber，NDF)采用Van Soets法测定；钙(calcium，Ca)采用EDTA-Na2络合法测定，磷(phosphorus，P)采用钼酸铵比色法[18]。每个处理重复3次，将每茬草的平均值进行分析。

1.5 数据分析

所有数据采用Microsoft Excel 2010进行数据整理，并采用SPSS 16.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 覆膜对紫花苜蓿农艺性状的影响

如图1所示，不同龄苜蓿FM与CK的株高年均值变化趋势均呈先降后升，2龄苜蓿株高的年均值最高，较CK增加了14.89%，同龄苜蓿不同茬次FM与CK的株高呈先升后降趋势，最高值均出现在第2茬。2龄苜蓿第1茬、第2茬、第4茬草FM的株高显著高于CK(P<0.05)，较CK分别增加了20.14%，13.25%，18.23%；3龄苜蓿第2茬、第3茬和4龄苜蓿第2茬草FM的株高较CK显著提高了6.43%，16.35%，14.49% (P<0.05)。

图1 覆膜对紫花苜蓿单株的生长高度的影响Fig.1 The effect of film mulching on plant height注：图中不同字母表示差异显著(P<0.05)，相同字母表示差异不显著，下同Note：The different letters on a single date indicate significant differences at the 0.05 level, the same letters on a single date indicate no significant differences at the 0.05 level，the same as below

产量是衡量牧草生产性能和经济性能的指标。如图2所示，随着种植年限的增加，FM与CK的干草年总产量呈先下降后上升的变化趋势，2龄苜蓿FM的干草年总产量最高，为1 053.06 kg·亩-1，较CK增加了11.81%，3龄、4龄苜蓿FM的干草年总产量比CK分别增加了17.48%，0.43%。同龄苜蓿不同茬次FM与CK的干草产量的变化均呈先升后降，最高值出现在第2茬。3龄苜蓿第4茬草FM的干草产量较CK显著提高了30.07%(P<0.05)，而其它茬次FM在一定程度上增加了干草产量，但与CK差异不显著。

图2 覆膜对紫花苜蓿干草产量的影响Fig.2 The effect of film mulching on dry yield

FM与CK的年平均干鲜比呈上升趋势(图3)，种植年限越长，苜蓿的干鲜比越大，2龄、3龄、4龄苜蓿FM的年平均干鲜比均高于CK，FM较CK分别增加了7.50%，5.02%，2.45%。同龄苜蓿不同茬次FM与CK的干鲜比均呈先增后降的变化趋势，且2龄、4龄苜蓿FM和CK干鲜比的最高值均出现在第3茬，3龄苜蓿干鲜比的最高值出现在第2茬。2龄苜蓿第3茬和4龄苜蓿第2茬FM的干鲜比显著高于CK(P<0.05)，较CK分别增加了14.57%，7.26%，其它茬次FM与CK的干鲜比差异不显著。

图3 覆膜对紫花苜蓿干鲜比的影响Fig.3 The effect of film mulching on dry-fresh ratio

随着种植时间的延长，FM与CK的年平均茎叶比呈先降后升的变化趋势(图4)，且相同年限FM的年平均茎叶比均比CK高，较CK分别提高了5.76%，13.44%，12.30%。同龄苜蓿不同茬次FM与CK的茎叶比变化趋势一致，均呈先升后降，最高值均出现在第2茬。3龄苜蓿第2茬和4龄苜蓿第4茬FM的茎叶比较CK显著提高了16.43%，25.74%(P<0.05)，FM在一定程度上提高了其它茬次苜蓿的茎叶比，但未达到显著差异。

图4 覆膜对紫花苜蓿茎叶比的影响Fig.4 The effect of film mulching on stem-leaf ratio

2.2 覆膜对紫花苜蓿营养成分的影响

覆膜对紫花苜蓿营养成分有一定的影响。FM与CK的年平均粗蛋白含量呈下降趋势(图5)，种植年限越长，苜蓿的粗蛋白含量就越低。与CK相比，FM显著增加了3龄苜蓿第1茬草的粗蛋白含量(P<0.05)，较CK增加了6.14%，其它茬次FM的粗蛋白含量均有提高但未达到显著水平。FM与CK的年平均粗脂肪含量呈上升趋势(图6)，且FM的年平均粗脂肪含量均高于CK，较CK分别增加了5.24%，11.56%，12.92%。4龄苜蓿FM的年平均粗脂肪含量较2龄苜蓿显著增加了34.50%(P<0.05)。4龄苜蓿不同茬次的粗脂肪含量均显著高于CK(P<0.05)，较CK分别增加了9.78%，14.13%，15.32%，8.14%，且第2茬草的粗脂肪含量最高为3.23%。FM在一定程度上增加了2龄、3龄苜蓿不同茬次的粗脂肪含量，但与CK差异不显著。

图6 覆膜对紫花苜蓿粗脂肪含量的影响Fig.6 The effect of film mulching on ether extract content

随着种植年限的延长，FM和CK的NDF含量年均值呈递增趋势(图7)，且FM的NDF含量 年均值较CK分别降低了5.93%，1.35%，3.04%。2龄、3龄、4龄苜蓿不同茬次FM和CK的NDF含量变化趋势均为先升高后降低，最高值都出现在第2茬。4龄苜蓿FM的第2茬草NDF含量显著低于CK(P<0.05)，比CK降低了11.69%，第3茬FM的NDF含量较CK显著增加了10.98%(P<0.05)。ADF含量年均值的变化趋势与NDF相似(图8)，即FM和CK的ADF含量年均值随种植年限的增加呈上升趋势，FM的ADF含量年均值均小于CK，较CK分别降低了9.20%，5.66%，5.92%。2龄、3龄、4龄苜蓿不同茬次FM和CK的ADF含量均为先升高后降低的变化趋势，最高值都出现在第2茬。3龄苜蓿第2茬和4龄苜蓿第2茬、第4茬FM的ADF含量显著低于CK(P<0.05)，比CK分别降低了8.22%，9.71%，7.70%。

图7 覆膜对紫花苜蓿中洗纤维含量的影响Fig.7 The effect of film mulching on NDF content

图8 覆膜对紫花苜蓿酸洗纤维含量的影响Fig.8 The effect of film mulching on ADF content

从试验结果可以看出，覆膜对苜蓿的Ca、P含量均有一定影响(图9，图10)。随着种植时间延长，FM与CK的年平均Ca含量年均值和P含量年均值均呈先下降后上升的变化趋势，且4龄苜蓿FM与CK的年平均Ca含量和P含量均达最高，分别为1.52%，1.33%，0.38%，0.33%。同龄苜蓿的年平均Ca含量变化各不一样，2龄苜蓿年平均Ca含量呈先降后升趋势，3龄苜蓿年平均Ca含量呈下降趋势，4龄苜蓿年平均Ca含量呈先升后降趋势。3龄苜蓿第1茬FM的Ca含量较CK显著提高了42.86 %(P<0.05)，其余茬次的Ca含量差异不显著。3龄、4龄苜蓿不同茬次FM与CK的P含量呈先升后降趋势，3龄苜蓿第4茬和4龄苜蓿第3茬FM的P含量显著高于CK(P<0.05)，比CK分别增加了25.00%、37.04%。

图9 覆膜对紫花苜蓿钙含量的影响Fig.9 The effect of film mulching on calcium content

图10 覆膜对紫花苜蓿磷含量的影响Fig.10 The effect of film mulching on phosphorus content

3 讨论与结论

地膜覆盖作为农业生产中协调水热资源的重要栽培措施之一，给农业生产带来了极大的经济效益。李玉明[19]等研究表明覆膜栽培能提高玉米单产，达到增产增收的目的。黄高宝[20]等研究指出全膜双垄沟播栽培能抑制土壤无效蒸发，集雨保墒效果明显，增加了土壤含水量，显著提高经济产量。张延林[21]等研究表明覆膜措施也可以改变紫花苜蓿整个生育期的生态环境条件，影响它的生长发育以及产量。尹国丽[22]等研究发现在覆膜处理下，紫花苜蓿具有较高的出苗率、土壤贮水量和干草产量。鱼小军[10]等研究得出在甘南高寒区覆膜种植可以显著提高苜蓿的株高、主茎粗和干草产量，并且能提高越冬率。王可[23]等研究表明覆膜方式烤烟农艺性状的影响与土壤类型有密切关系。而本研究得出FM对紫花苜蓿生长特性的影响显著，即覆膜显著增加了2龄苜蓿第1茬、第2茬、第4茬的株高；第3茬的干鲜比，3龄苜蓿第2茬的株高和茎叶比、第3茬的株高和第4茬的干草产量；4龄苜蓿第2茬的株高和干鲜比、第4茬的茎叶比(P<0.05)。3龄苜蓿干草产量低是受当年的气候、降雨、苜蓿病害的影响。

紫花苜蓿粗蛋白主要分布于叶中，因刈割时期不同而含量不同，现蕾期最高，是评定苜蓿等级的重要指标[23-25]。脂肪是是饲料中的重要化学组成成分，也是供给牛羊等动物能源和储存能量重要的营养素之一[26]。苜蓿NDF含量和ADF含量越低，家畜对其采食率和消化率越高，苜蓿的品质就越好[27]。Ca不仅是植物所必需的营养元素之一，而且作为植物细胞内第二信使，与钙调素结合，调节多种酶的活性和细胞功能，在植物抗旱性中发挥着重要作用[28]。P是植物生长发育必需的营养元素，参与植物体内各种生物化学过程，对促进植物的生长发育和新陈代谢起着非常重要的作用。FM对紫花苜蓿品质有一定的影响。寇江涛[8]等研究发现覆膜能促进苜蓿营养生长，从而提高苜蓿干草的粗蛋白、粗脂肪含量，抑制粗纤维的合成，降低苜蓿干草的粗纤维含量，有效改善苜蓿干草的品质。本研究表明FM显著提高了3龄苜蓿第1茬草的粗蛋白含量和4龄苜蓿不同茬次的粗脂肪含量，3龄苜蓿第1茬草的Ca含量和第4茬草的P含量，4龄苜蓿第3茬草的P含量(P<0.05)，而显著降低了3龄苜蓿第2茬草的ADF含量，4龄苜蓿第2茬草的ADF含量和NDF含量及第4茬草的ADF含量(P<0.05)。

综上所述，覆膜对紫花苜蓿的株高、干草产量、干鲜比及茎叶比等农艺性状有一定的促进作用，随着种植年限的延长，覆膜对紫花苜蓿生长的影响越来越小，而覆膜在一定程度上提高了紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪、Ca及P等营养成分的含量，降低了NDF和ADF含量，但未达到显著水平。本研究对西北荒漠灌区紫花苜蓿覆膜栽培技术提供了参考依据。由于大田试验周期长，苜蓿生长容易受气候、降雨、病虫害和人为等多种因素的影响和制约，并且在西北荒漠灌区，覆膜种植紫花苜蓿的相关研究及推广工作相对较少，因此对于覆膜栽培在该地区对紫花苜蓿增产作用及机制、品质影响的依据有待于进一步研究。