滴灌条件下氮、磷、钾肥效应对紫花苜蓿草产量的影响

杨浩宏，席琳乔，王栋，马春晖

(1塔里木大学动物科学学院/兵团塔里木畜牧科技重点实验室，新疆阿拉尔　843300；2石河子大学动物科学学院，新疆石河子　832000)



滴灌条件下氮、磷、钾肥效应对紫花苜蓿草产量的影响

杨浩宏1，席琳乔1，王栋1，马春晖2

(1塔里木大学动物科学学院/兵团塔里木畜牧科技重点实验室，新疆阿拉尔843300；2石河子大学动物科学学院，新疆石河子832000)

摘要：【目的】研究滴灌条件下不同氮、磷、钾施肥效应及其对苜蓿产量的影响。【方法】采用“3414”肥料设计方案进行大田试验。【结果】在滴灌条件下，施氮增产率在42%～59%；施磷增产率在65%～84%；高磷处理增产率最高，为83.25%；施钾降幅在1%～24%；缺氮、缺磷和缺钾处理的相对产量分别为62.86%、54.57%和97.43%，土壤速效氮、速效磷和速效钾的丰缺状况依次为缺、缺和偏高。【结论】适宜的氮、磷肥配比可使苜蓿的产量增加，其中高磷肥处理效果更明显；种植苜蓿推荐施氮(N)和磷(P2O5)量分别为60和120 kg/hm2，土壤中富含钾，不用施钾肥。

关键词：苜蓿；N、P、K施肥；产量

0引 言

【研究意义】紫花苜蓿(MedicagosativaL.)是世界上栽培历史最悠久、分布最广泛、种植面积最大、产业化水平最高、经济价值最高的多年生豆科牧草，素有“牧草之王”的美誉[1]，在现代草业的可持续发展中具有突出的地位，在促进高效优质畜牧业发展、农业产业结构调整和生态治理恢复方面有着不可替代的作用[2-3]。国家明确提出了加快发展草牧业，支持青贮玉米和苜蓿等饲草料种植，开展粮改饲和种养结合模式试点，促进粮食、经济作物、饲草料三元种植结构协调发展的要求。粮改饲还要在玉米、牧草方面加大力度扩大规模，同时在奶牛养殖方面开展振兴农牧计划。发展草牧业不仅可以改善畜牧业整体经营情况，巩固草牧业在国民经济中的地位，并将在食品安全层面、环保层面体现作用，进一步加强国民食品安全以及推动全社会的可持续发展。【前人研究进展】为了探讨施肥对苜蓿产量的影响，国内外的许多学者做了大量的研究工作，Stavarache等[4]发现施氮对建植当年的苜蓿产量有明显的促进效果；刘晓静等[5]的研究表明种植当年施肥可显著提高产量、株高和再生速度。在滴灌条件下的研究较少，张凡凡等[6]只做了施磷肥对苜蓿生产性能和品质的影响；徐文婷等[7]研究了水钾耦合对苜蓿的影响。【本研究切入点】我国苜蓿种植以培肥地力兼顾饲草生产为目的，大多种植在没有灌溉条件的瘠薄地、盐碱地等条件较差的地区，不施肥现象普遍存在，即便施肥，盲目性也很大[8]，致使其巨大的生产潜力没能得到充分发挥。试验通过“3414”试验设计，研究滴灌条件下氮、磷、钾施肥效应对紫花苜蓿草产量的影响，为苜蓿合理施肥提供依据。【拟解决的关键问题】通过施不同量氮、磷、钾肥对紫花苜蓿生产性能影响的研究，为紫花苜蓿科学施肥和生产实践提供理论依据和技术支持。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验地位于新疆石河子垦区的142团，该团地处天山北麓中段，古尔班通古特沙漠南缘，地理坐标位于84°58'～86°24′E，43°26′～45°20′N。地势平坦，平均海拔高度450.8 m。属典型的温带大陆性气候，冬季长而严寒，夏季短而炎热；无霜期168～171 d，≥0℃的活动积温为4 023～4 118℃，≥10℃的活动积温为3 570～3 729℃；日照充沛，年日照时数2 721～2 818 h，年降水量125.0～207.7 mm。

试验地的基本情况为：有机质为1.5%，碱解氮为37 mg/kg，全氮为0.29 mg/kg，速效钾为357 mg/kg，速效磷为21.9 mg/kg。紫花苜蓿建植于2014年春季，采用一机12行条播，播幅为3.6 m，行距为30 cm，等行距，播种量为18 kg/hm2，播种深度为2～3 cm。建植当年常规管理；滴灌苜蓿的灌溉方式为支管轮灌，支管采用PE90软管，开沟15～20 cm埋于土层中，滴管布置为一管四行，滴灌带之间距离为60 cm等间距铺设，入土3～5 cm，以井水为水源。

1.2材 料

试验材料：生长第2年的三得利紫花苜蓿(M.sativacv. Sanditi)。

施用肥料：氮肥为尿素(N≥46%)，磷肥为重过磷酸钙(P2O5≥44%)，钾肥为氯化钾，(K2O≥62%)。

1.3方 法

1.3.1试验设计

“3414”[9]方案设计吸收了回归最优设计处理少、效率高的优点，是目前国内外应用较为广泛的肥料效应田间试验方案。“3414”是指N、P、K 3个因素、4个水平、14个处理。4个水平为：0水平指不施肥，2水平指当地最佳施肥量的近似值，1水平为2水平施肥量的0.5倍(施肥不足)，3水平为2水平施肥量的1.5倍(过量施肥)。表1

表1　试验方案处理及施肥水平

试验设计：14个处理，各处理随机排列，每小区面积为3 m×10 m，小区间距为1.5 m。

施肥次数及每次用量：磷肥于春季返青时一次性施入，氮肥和钾肥分两次施用，每次各占设计用量的50%；第一次施肥时间为返青时，开沟3～5 cm施肥后覆土掩埋，第二次为第二次刈割后。试验于2015年4月12日返青期第一次开沟施肥，在5月25日、7月5日、8月15日和9月25日留茬5 cm刈割。

1.3.2测定项目

草产量的测定：苜蓿初花期(10%开花)时在各小区内选1 m×1 m的刈割后，称重，将所有茬次苜蓿鲜草重量相加并换算为公顷产量即为鲜草产量；在每一茬鲜草中随机取约500 g样本，自然晾晒的方法，目标水分15%，风干后测定其干重。

2结果与分析

2.1紫花苜蓿氮肥效应及最大施氮量

在中磷中钾(P2K2)的条件下，即2、3、6、11处理，随着施氮量由0增至90 kg/hm2，紫花苜蓿产量提高，增产率在42%～55%，N3P2K2高氮处理(处理11)增产率最高，为54.55%。处理2与处理3、6、11之间均达到了极显著差异水平(P<0.01)，处理3与处理11差异极显著(P<0.01)，处理3与处理6，处理6与处理11差异显著(P<0.05)，各处理按增产排序为处理11>处理6>处理3>处理2。表2

表2　不同施氮肥处理对苜蓿产量的影响

注：同列肩标相同字母表示差异不显著(P>0.05)，不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。下同

Note：The same letters in the same row show no significant differences (P>0.05), different lower-case letters show significant differences (P<0.05); different capital letter show very significant differences (P<0.01). The same as below

利用表2中的4个处理的试验数据，可求得在P2K2施肥量下的紫花苜蓿氮肥效应方程。拟合氮肥效应一元二次方程(1)，并依据方程(1)绘制氮肥效应曲线。图1

Y=22 446-2.195 5X2+321.33X，R2=0.957 1 (1)

式中Y为紫花苜蓿产草量，X为施氮量(N)。

对式(1)进行求导，令其导数为0，求得最大施氮量为73.18 kg/hm2，对应的最高产草量为34 203.34 kg/hm2。

图1　氮肥效应及最大施氮量

2.2紫花苜蓿磷肥效应及最大施磷量

在中氮中钾(N2K2)的条件下，即4、5、6、7处理，随着施磷量由0增至180 kg/hm2，紫花苜蓿产量大幅提升，增产率70%～84%，N2P3K2高磷处理(处理7)增产率最高，为83.25%。处理5与处理7，处理6与处理7，处理4与处理5、6、7间均达到了极显著差异水平(P<0.01)，处理5与处理6差异不显著(P>0.05)，各处理按增产排序为处理7>处理6>处理5>处理4。表3

表3　不同施磷肥处理对苜蓿产量的影响

利用表3中的4个处理的试验数据，可求得在P2K2施肥量下的紫花苜蓿磷肥效应方程。拟合磷肥效应一元二次方程(2)，并依据方程(2)绘制磷肥效应曲线。图2

Y=19 890-0.750 4X2+214.77X，R2=0.921 8 (2)

式中Y为紫花苜蓿产草量，X为施磷量(P)。

对式(2)进行求导，令其导数为0，求得最大施磷量为143.1 kg/hm2，对应的最高产草量为35 257.19 kg/hm2。图2

图2　磷肥效应及最大施磷量

2.3紫花苜蓿钾肥效应及最大施钾量

在中磷中氮(N2P2)的条件下，即8、9、6、10处理，随着施钾量由0增至180 kg/hm2，紫花苜蓿产量略有所降低，降幅在1%～24%，N2P2K2中钾处理(处理6)减产率最高，降幅为23.31%。处理10与处理8、处理9、处理6间差异极显著(P<0.01)，处理6、处理8和处理9间差异均不显著(P>0.05)。各处理按增产排序为处理8>处理9>处理6>处理10。表4

表4　不同施钾肥处理对苜蓿产量的影响

利用表4中的4个处理的试验数据，可求得在N2P2基础上的钾肥效应方程。拟合钾肥效应一元二次方程(3)，并依据方程(3)绘制钾肥效应曲线。

Y=33 884-0.406 5X2+31.557X，R2=0.973 5 (3)

式中Y为紫花苜蓿产草量，X为施钾量(K)。

对式(3)进行求导，令其导数为0，求得最大施钾量为38.82 kg/hm2，对应的最高产草量为34 496.45 kg/hm2。图3

图3　钾肥效应及最大施钾量

2.4紫花苜蓿氮磷钾肥综合效应

与N0P0K0无肥处理相比，施肥可使紫花苜蓿增产，增产率在0.7%～85%，N2P3K2高磷处理(处理7)增产最高，为84.7%。表5

利用表5中的14个处理的试验数据，可拟合得出氮磷钾肥效应的三元二次方程(4)。

Y=18 610.31+224.4N-192.95P+286.34K-2.16N2-0.32P2-0.5K2+5.08NP-4NK+0.11PK，R2=0.927 2 (4)

式中Y为紫花苜蓿产草量，N为施氮量(N)，P为施磷量(P2O5)，K为施钾量(K2O)。

由上式分别关于N、P、K求偏导数，并令其为0，得：

Y1=224.4-4.32N+5.08P-4K(5)

Y2=-192.95+5.08N-0.64P+0.11K(6)

Y3=286.34-4N+0.11P-K(7)

联立方程(5)、(6)、(7)，利用Excel的规划求解功能，求得N=46 kg/hm2，P=82.72 kg/hm2，K=111.48 kg/hm2，对应最高产草量为31 751.05 kg/hm2。

表5　氮磷钾肥综合效应

2.5紫花苜蓿缺素处理相对产量和土壤养分丰缺状况

丰缺指标划分是以相对产量小于50%的为极低；50%～75%的为低；75%～95%的为中；大于95%的为高。与全部处理中产量最高的N2P3K2高磷处理(处理7)相比，N0P2K2缺氮处理(处理2)的相对产量为62.86%，表明土壤速效氮丰缺状况为缺；N2P0K2缺磷处理(处理)的相对产量为54.57%，表明土壤速效磷丰缺状况为缺；N2P2K0缺钾处理(处理)的相对产量为97.43%，表明土壤速效钾丰缺状况为偏高。表6

表6　紫花苜蓿缺素处理及相对产量

3讨 论

3.1施氮肥对苜蓿产量的影响

氮有“生命元素”之称，是植物体内许多重要有机化合物的组分，参与植物体内的各项生命活动[10]。紫花苜蓿开花前至开花期干物质中含氮量一般不低于4.4%，含氮量的临界水平是2.7%～3.3%[11]，大约每生产10 t苜蓿干草约从土壤中吸收186 kg的氮[12]。但在强酸、强碱和干旱等逆境条件下根瘤固氮效率较低，需要适量施氮。适量氮肥能刺激紫花苜蓿的生长，从而增加草的产量。试验中，紫花苜蓿的草产量随着施氮肥量的增加而增加，夏季在温度高、日照强下，是植物生长最旺盛的时候，而此时苜蓿的生长需要大量的氮，但此时是根瘤菌最不活跃的时期，根瘤菌随时间的推移持续的降低，自身固氮已不能满足苜蓿生长的需要，苜蓿高产需适量的施氮肥。

3.2施磷肥对苜蓿产量的影响

苜蓿属于喜磷作物，磷的临界水平为2.6～3.2 g/kg[11]。1 t苜蓿干草含有6～7 kg P2O5[13]。土壤中足够的磷是建植高产苜蓿田所必不可少的。施磷量、施磷方式以及施磷的效果依赖于土壤的基础肥力和固磷水平。据韩雪松[14]报道，二年生苜蓿施肥后鲜干草产量都显著增加，施180 kg/hm2P2O5处理增产效果最明显。许多研究表明，施磷能有效提高苜蓿鲜干草产量[15]。试验也得到类似结果，随施磷肥的增加，紫花苜蓿大幅增产，增产率最高可达83.25%。

3.3施钾肥对苜蓿产量的影响

钾是苜蓿所需的第两大营养元素，钾在苜蓿中保持着2.3%～2.5%的临界浓度[16]，当植株病虫害增多，光合作用减弱，茎细小柔弱易倒伏，都是缺钾造成的，追施钾肥可抑制这些情况的发生。苜蓿的固氮率与根瘤化会在钾肥的作用下得以增强。我国北方土壤速效钾含量在100～200 mg/kg，部分高于300 mg/kg，可视为“基本不缺钾”，一般能满足苜蓿的生长需求[17]。试验中，随着施钾量的增加，紫花苜蓿的产量小幅度的减产；缺钾肥的相对产量大于95%，表明土壤速效钾丰缺状况为偏高，即本地区种植紫花苜蓿不需要施钾肥。

4结 论

在滴灌条件下，施氮、磷、氮磷和磷钾配施肥均能增加苜蓿的草产量，高磷处理效果更明显，N2P3K2处理产量高达35 017.50 kg/hm2；施钾肥、氮钾配施降低苜蓿草产量。结合肥料效应方程和养分丰缺指标法，得出苜蓿推荐施氮(N)和磷(P2O5)量分别为60和120 kg/hm2，试验土壤中富含钾，不用施钾肥。

参考文献(References)

[1]马春晖,夏艳军,韩军,等. 不同青贮添加剂对紫花苜蓿青贮品质的影响[J].草业学报,2010,19(1):128-133.

MA Chun-hui, XIA Yan-jun, HAN Jun, et al. (2010). Effects of different additives on the quality of Medicago sativa silage [J].ActaPrataculturaeSinica, 19(1):128-133. (in Chinese)

[2]张宝文,南志标,刘旭,等.关于大力推进苜蓿产业发展的建议[C]//.第二届中国草业大会论文集.中国畜牧业协会草业分会,2012:7

ZHANG Bao-wen, NAN Zhi-biao, LIU Xu, et al. (2012). Suggestions on vigorously promote the development of alfalfa industry [C]//. Second China Prataculture Assembly Proceedings.ChinaAnimalHusbandryAssociationgrassIndustryBranch:7. (in Chinese)

[3]Mendez, M. O., & Maier, R. M. (2008). Phytostabilization of mine tailings in arid and semiarid environments-an emerging remediation technology.EnvironmentalHealthPerspectives, 116(3):278-283.

[4]Stavarache M, Muntin I, Viutu V, et al. (2011). Research on the influence and fertilizer on the alfalfa (Medicago sativa L.),in first year of vegetation, under conditions of mold avian forest steppe [J].LucrariStiintIfice-UniversitateadeStiintteAgricolesiMedicinaVeterinara,SeriaZootehnie,56:176-181.

[5]刘晓静,张进霞,李文卿,等. 施肥及刈割对干旱地区紫花苜蓿产量和品质的影响[J]. 中国沙漠,2014,34(6):1 516-1 526.

LIU Xiao-jing, ZHANG Jin-xia, LI Wen-qing, et al. (2014). Effect of nitrogen and phosphorus addition and cutting on yield and quality of alfalfa in dry region of Gansu, China [J].JournalofDesertResearch, 34(6):1,516-1,526. (in Chinese)

[6]张凡凡,于磊,马春晖,等.绿洲区滴灌条件下施磷对紫花苜蓿生产性能及品质的影响[J].草业学报,2015,24(10):175-182.

ZHANG Fan-fan, YU Lei, MA Chun-hui, et al. (2015). Effect of phosphorus application under drip irrigation on the productivity and quality of alfalfa in Northern Xinjiang [J].ActaPrataculturaeSinica, 24(10):175-182. (in Chinese)

[7]徐文婷,苏德荣,刘自学, 等.地下滴灌条件下水钾耦合对紫花苜蓿的影响[J]. 中国草地学报,2014,36(3): 52-56

XU Wen-ting, SU De-rong, LIU Zi-xue, et al. (2014). Effect of potassium coupled with water on alfalfa under drip irrigation [J].ChineseJournalofGrassland, 36(3):52-56. (in Chinese)

[8]段玉,曹卫东,妥德宝.北方半干旱区紫花苜蓿适宜品种选择及其合理施肥研究[J].内蒙古农业科技,2010,(1):52-53,56.

DUAN Yu, CAO Wei-dong, TUO De-bao, et al. (2010). The Selection of Suitable Variety and Proper Fertilization of Alfalfa (Medicago sativa L.) in the Semiarid Area in North China [J].InnerMongoliaAgriculturalScienceAndTechnolog, (1):52-53,56. (in Chinese)

[9]吴志勇,闫静,施维新,等.3414 肥料效应试验的设计与统计分析[J].新疆农业科学,2008,45(1):135 -141.

WU Zhi-yong, YAN Jing, SHI Wei-xin, et al. (2008). The Design and Statistic Analysis of Effect Experiment of Fertilizer "3414" [J].XinjiangAgriculturalSciences,45(1):135-141. (in Chinese)

[10]李桂芹,杨红旗,王俊霞.氮肥施用量对不同苜蓿品种的产量性状的影响[J].安徽农业科学,2008,36(9) : 3 596-3 643.

LI Gui-qin, YANG Hong-qi, WANG Jun-xia. (2008). Effects of N Application Amount on the Yield Characters of Different Alfalfa Varieties [J].AnhuiAgriculturalSciences, 36(9):3,596-3,643. (in Chinese)

[11]Miller, D. A. (1984). Forage crops.WorldCropPests(6):673-680.

[12]Cutforth, H. W., Jefferson, P. G., & Campbell, C. A. (1991). Lower limit of available water for three plant species grown on a medium-textured soil in southwestern saskatchewan.CanadianJournalofSoilScience, 71(2):247-252.

[13]贾恒义,彭祥林,雍绍萍,等.沙打旺、苜蓿对氮磷钾的效应[J].草业科学,1994,11(5):42-45.

JIA Heng-yi, PENG Xiang-lin, YONG Shao-ping, et al. (1994). Effect of Astragalus adsurgens Pall and alfalfa on N.P.K [J].PrataculturalScience, 11(5):42-45. (in Chinese)

[14]韩雪松.不同施肥条件对紫花苜蓿性状及磷元素转化吸收影响的研究[D].北京:中国农业大学博士论文,1999.

HAN Xue-song. (1999).Differentfertilizationconditionsonalfalfacharactersandresearchontheeffectsoftransformationofphosphorusabsorption[D]. PhD Dissertation. China Agricultural University, Beijing. (in Chinese)

[15]杨恒山,曹敏建,李春龙,等.苜蓿施用磷、钾肥效应的研究[J].草业科学,2003,20(11):19-22.

YANG Heng-shan, CAO Min-jian, LI Chun-long, et al. (2003). Effects of superphosphate and potassium chloride fertilization on alfalfa [J].PrataculturalScience,20(11):19-22. (in Chinese)

[16]耿华珠.中国苜蓿[M].北京:中国农业出版社,1995.

GENG Hua-Zhu. (1995).ChinaAlfalfa[M]. Beijing: China Agriculture Press. (in Chinese)

[17]刘贵河,章杏杏,王堃,等.氮、磷、钾肥料配施对紫花苜蓿产量的影响[J].河北北方学院学报,2005,21(4):32-35.

LIU Gui-he, ZHANG Xing-xing, WANG Kun, et al. (2005). Effects of Application of Nitrogen, Phosphorus, and Potassium Fertilizers on Alfalfa [J].JournalofHebeiNorthUniversity(NaturalScienceEdition),21(4):32-35. (in Chinese)

Fund project:Supported by National Forage Industry Technological System (CARS-35).

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.06.017

收稿日期(Received)：2016-01-12

基金项目:国家牧草产业技术体系(CARS-35)

作者简介:杨浩宏(1987-)，男，硕士研究生，研究方向为饲料资源开发与利用，(E-mail)769851004@qq.com 通讯作者(Cotresponding author):马春晖(1966-)，男，教授，博士，研究方向为牧草生产与加工，(E-mail)chunhuima@126.com

中图分类号：S551+7；S14

文献标识码：A

文章编号：1001-4330(2016)06-1099-08

Effects of Nitrogen, Phosphorus and Potassium Fertilizers on the Yield of Alfalfa under Drip Irrigation

YANG Hao-hong1, XI Lin-qiao1, WANG Dong1, MA Chun-hui2

(1.CollegeofAnimalSciences,TarimUniversity/KeyLaboratoryofTarimAnimalHusbandryScienceandTechnology,XinjaingProductionandConstructionCorps,TarimUniversity,AlarXinjiang843300,China;2.CollegeofAnimalScienceandTechnology,ShiheziUniversity,ShiheziXinjiang832000,China)

Abstract：【Objective】 The effects of N, P and K fertilizers on the alfalfa yields were studied in fields under the drip irrigation condition.【Method】"3414" field experiment program was used in this test.【Result】The results showed that the yields of alfalfa under drought conditions was increased by 42%～59% by applying N fertilizer and increased by 65%～84% by applying P fertilizer; but reduced by 1%～24% by applying K fertilizer; The increase rate under phosphate fertilizer abundance treatment was the highest: 83.25%. The relative yields of alfalfa under nitrogen fertilizer deficiency treatment, phosphate fertilizer deficiency treatment and potassium fertilizer deficiency treatment was 62.86%, 54.57% and 97.43% respectively. Soil available N, available P and available K were in deficient, deficient and slightly high conditions.【Conclusion】The alfalfa hay yields were increased significantly as the N, P fertilizer increased, and the treatment of high phosphorus increased more significantly n alfalfa hay yield. The recommended amount of nitrogen (n) and phosphorus (P2O5) were 60 and 120 kg/hm2, respectively, and when the soil was rich in potassium, there is no need for applying potassium fertilizer.

Key words:alfalfa (Medicago sativa); N, P and K fertilizers; yield