施肥量与施肥频率对紫花苜蓿茎秆直径及长度的影响

赵力兴 ，高 凯 ，王显国 ，李天琦 ，高 阳 ，王 琳

（1.内蒙古民族大学农学院，内蒙古 通辽 028000；2.中国农业大学动物科技学院，北京 100083）

紫花苜蓿（Medicago sativa）因其具有营养价值高、适应性强、根系发达等特点在我国广泛栽培。科尔沁沙地是内蒙古中东部的主要畜牧业生产基地，也是我国主要的紫花苜蓿种植基地。栽培紫花苜蓿不仅能够改良土壤，还能够为畜禽提供优质的饲草料［1-3］。 随着“粮改饲”工作的推进，紫花苜蓿的种植面积也在不断增加。科尔沁沙地地处我国北方农牧交错带，该地区土地面积辽阔、地下水资源丰富，然而草地退化严重，因此，在该地区建植紫花苜蓿草地发展苜蓿草产业是改善当地生态环境、促进经济发展的重要途径［4］。

自20世纪90年代以来，我国化肥使用总量一直居世界首位，单位面积化肥用量也远远高于世界平均水平。当前人们为了增加作物产量，大量使用化肥，肥料的利用量逐年呈指数型增长，2010年我国农用化肥施用强度达到457 kg/hm2，过量施用的化肥已达到总施用量的30%～50%［5-6］。如此大量地使用化肥，导致土壤肥料的残留量增加，利用效率降低；土壤养分的过量流失以及土壤理化性质变差使得土质退化；土壤中残留的养分也会随水分向下淋溶，从而导致环境污染［7-11］。虽然化肥的用量不断增加，但同期的作物产量增加的并不多，这就使得化肥的利用效率成为关注的焦点，张福锁等［12］研究认为，造成我国肥料利用率低的主要原因是过量的施肥和不合理的施肥。施肥是生产高产优质紫花苜蓿的一项重要措施，大量研究表明，肥料的使用对紫花苜蓿的茎秆长度和茎秆直径等农艺性状有显著影响。

研究紫花苜蓿的茎秆长度与茎秆直径对施肥量和施肥频率的响应，将为探明施肥量、施肥频率和紫花苜蓿生长之间的联系，确定其合理施肥管理方式提供理论依据。茎秆长度与茎秆直径对紫花苜蓿的光能利用率、抗倒伏能力、物质积累和品质方面都有重要影响，这些指标都在一定程度上反映了紫花苜蓿在不同处理下的生长发育状况。因此，笔者以紫花苜蓿为研究对象，分析其在不同施肥量与施肥频率下茎秆长度、茎秆直径和长粗比的变化规律及差异，以期为提高科尔沁沙地苜蓿科学合理施肥、保持高产优质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于内蒙古蒙草生态牧场（通辽）有限公司种质资源圃，地处北纬44.40°、东经121.31°，海拔 214 m，年均气温6.6℃，年均日照时数2 882.7 h，无霜期 139 d，春旱多风，年均降水量382.5 mm，主要集中在7—8月，年均蒸发量1 957 mm，≥10℃的年均有效积温3 192℃。

1.2 试验材料

该试验所选品种为草原3号紫花苜蓿，2016年7月播种，播种量为22.5 kg/hm2，行距15 cm，2017年开始试验处理。供试肥料为当地苜蓿生产所用复合肥。

1.3 试验设计

该试验为施肥量与施肥频率双因素随机区组试验，施肥量设置5个水平 （W表示施肥量）：即40 kg/667m2（W1）、50 kg/667m2（W2）、60 kg/667m2（W3）、70 kg/667m2（W4）、80 kg/667m2（W5），施肥频率 3个水平（T表示施肥频率）：即 4次（T1）、6次（T2）、8 次（T3），共 15 种组合，5 次重复，共设置75个小区。

T1：共计施肥4次（第1次1/2W、第2次1/8W、第3次1/4W、第4次1/8W），均为正常施肥，第1次为返青施肥，2～4次为每次刈割之后进行施肥。

T2：共计施肥6次，每次施肥量均为1/6W，第1次为返青施肥，2～6次施肥为从返青到越冬之间的均分时间点。

T3：共计8次施肥（第1次1/4W、第2次1/4W、第 3次 1/16W、第 4次 1/16W、第 5次 1/8W、第 6次1/8W、第7次1/16W、第8次1/16W），第1次为返青施肥，2～8次施肥为从返青到越冬之间的均分时间点。

1.4 测定指标及方法

在每个小区内选取1/4 m2能够反映整个小区生长状况、长势均匀的紫花苜蓿进行取样，留茬高度为4 cm左右，随机选择8株紫花苜蓿枝条，用游标卡尺测量 （距刈割位置1.5 cm处）的茎秆直径，用卷尺测量刈割后茎秆的自然长度并计算茎秆长粗比。

长粗比=茎秆的自然长度/茎秆直径

1.5 数据统计

数据采用Excel 2003整理统计，进行图表绘制和构建紫花苜蓿茎秆直径与茎秆长度线性方程，用SPSS 19.0进行茎秆直径与茎秆长度的相关性分析。用DPS 9.5对3茬紫花苜蓿施肥量与施肥频率处理的结果进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理方式对第一茬紫花苜蓿茎秆长度与茎秆直径的影响

由图1可知，在W1条件下，随着施肥频率的增加，紫花苜蓿茎秆直径逐渐增加，且T3处理显著高于T1处理（P＜0.05）；施肥频率对紫花苜蓿茎秆长度无显著影响。在W2条件下，增加施肥频率使茎秆直径与茎秆长度逐渐下降，且T1处理下茎秆直径与茎秆长度均显著高于T3处理（P＜0.05）。在W3条件下，增加施肥频率对茎秆长度无显著影响，T2处理的茎秆直径要显著高于T1、T3处理（P＜0.05）。在W4条件下，施肥频率对茎秆直径无显著影响 （P＞0.05），T2处理的茎秆长度要显著低于T1处理（P＜0.05）。在W5条件下，增加施肥频率使茎秆长度逐渐下降，T1处理显著高于T3处理（P＜0.05）；T2处理的茎秆直径显著低于T1处理（P＜0.05）。

2.2 不同处理方式对第二茬紫花苜蓿茎秆长度与茎秆直径的影响

由图2可知，在W1条件下，随着施肥频率的增加茎秆直径与茎秆长度的变化趋势刚好相反，T2处理下茎秆直径显著高于T1、T3处理，T2处理的茎秆长度显著低于T1处理 （P＜0.05）。在W2、W3、W4条件下，施肥频率对茎秆长度无显著影响（P＞0.05）；W2 时 T3 处理的茎秆直径显著高于T1、T2 处理 （P＜0.05），W3 时 T2 处理的茎秆直径显著高于 T1、T3处理 （P＜0.05），W4时 T3处理的茎秆直径显著低于T1、T2处理 （P＜0.05）。在W5条件下，T1处理的茎秆长度显著高于T2、T3处理（P＜0.05）；T3处理的茎秆直径显著高于 T2处理（P＜0.05）。

图1 不同处理方式对第一茬紫花苜蓿茎秆长度与茎秆直径的影响

图2 不同处理方式对第二茬紫花苜蓿茎秆长度与茎秆直径的影响

2.3 不同处理方式对第三茬紫花苜蓿茎秆长度与茎秆直径的影响

由图3可知，在W1条件下，茎秆直径随着施肥频率的增加而降低，且T1处理要显著高于T2、T3处理（P＜0.05）；茎秆长度呈现出先下降后上升的趋势，且T2处理要显著低于T1、T3处理 （P＜0.05）。在 W2、W3、W4、W5 条件下，茎秆直径均表现为先下降后上升的趋势，且T2处理均要显著低于 T1、T3 处理（P＜0.05）；W2 条件下对茎秆长度无显著影响 （P＞0.05），W3条件下T2处理的茎秆长度要显著高于 T3、T1 处理 （P＜0.05），W4 条件下T2的茎秆长度要显著低于 T1、T3处理（P＜0.05），W5条件下T1、T2处理的茎秆长度显著低于T3处理（P＜0.05）。

2.4 茎秆直径和茎秆长度的线性模型及相关性分析

由Pearson值可知，茎秆直径与茎秆长度在不同茬次以及整个生育期内极显著相关 （P＜0.01）。通过建立茎秆直径与茎秆长度在不同时期的线性方程，进一步阐明了紫花苜蓿在不同茬次以及整个生育期内，茎秆直径与茎秆长度之间的变化规律（见表 1）。

图3 不同处理方式对第三茬紫花苜蓿茎秆长度与茎秆直径的影响

表1 茎秆直径和茎秆长度线性模型及相关性分析

表2 施肥量与施肥频率对紫花苜蓿茎秆长粗比的影响

2.5 不同处理对紫花苜蓿茎秆长粗比的影响

茎秆长粗比越大说明茎秆长度越长且茎秆直径越短。3茬紫花苜蓿茎秆长粗比平均值分别为186.68、291.70、298.80。 由表 2 可知，第一茬紫花苜蓿茎秆长粗比在W3T1处理下出现最大值，为215.60；在W3T2处理下出现最小值，为155.70；其他各处理间无显著差异（P＞0.05）。第二茬紫花苜蓿长粗比在W2T2处理下出现最大值，为317.98；在W4T1处理下出现最小值，为228.62。第二茬紫花苜蓿长粗比的变化说明在相同施肥量下，施肥频率对茎秆长粗比也存在一定影响。第三茬苜蓿长粗比在W3T2处理下出现最大值，为399.57；在W3T1处理下出现最小值，为242.00。并且当施肥量为W4时，增加施肥频率对第三茬紫花苜蓿茎秆长粗比无显著影响（P＞0.05）。

3 讨论与结论

植株对资源的利用在生长发育阶段主要体现在植株茎秆粗度和茎秆长度上［13］。茎秆的伸长生长是作物对光的竞争能力的直接体现［14］。茎秆长度在一定程度上决定了紫花苜蓿冠层对光的截获能力和光能利用率。随着茎秆直径的增加会增加干物质的积累并且使细胞壁加厚从而增强茎秆的机械强度，提高其抗倒伏能力［15-16］。茎秆直径与茎秆长度是衡量紫花苜蓿茎秆株型的重要指标，优良的株型能够使紫花苜蓿保持最佳的生长状态。

魏云洁等［17］对龙胆的研究发现，增加施肥量会增加茎秆长度和直径，对植物的生长有促进作用。该研究结果表明，第一茬时，在施肥频率为4次（T1）时，随着施肥量的增加，紫花苜蓿茎秆长度表现出先上升后下降的趋势，并且各施肥量处理的茎秆长度在施肥频率为T1时均要高于最低施肥处理（W1）。说明施肥量的增加会对茎秆长度有一定的促进作用。

李云等［18］对康乃馨的研究发现，随着施肥量的增大，植株越来越高。该研究结果表明，第二茬紫花苜蓿在施肥量为80 kg/667 m2（W5）时，增加施肥频率会降低茎秆长度，降低了肥料的利用率；在施肥总量为 50 kg/667 m2（W2）～70 kg/667 m2（W4）时，施肥频率对茎秆长度无影响，说明第二茬紫花苜蓿生长期间肥料对茎秆长度的影响不占主导地位，这可能是因为在该时期，科尔沁沙地的气温回升、降雨增加、光照充足，因此增强了紫花苜蓿的光合作用，水肥的配合提高了肥料的利用率，肥料的高效利用导致了紫花苜蓿茎秆徒长，从而降低了茎秆直径。

周艳等［19］的研究发现，小麦对肥料的吸收存在阶段性，其在整个生育期内不同生长阶段对肥料的需求不同。在该研究中，从第三茬紫花苜蓿茎秆长度与茎秆直径的变化规律中可以发现，除W3处理外，在其他施肥量下T2处理茎秆直径均要低于T1、T3处理，并且第三茬紫花苜蓿在W1、W2、W4、W5处理下茎秆长度随施肥频率的增加均呈现出先下降后上升的趋势，说明紫花苜蓿茎秆在不同生长时期对物质积累的方向不同，施肥频率过高或过低均对茎秆生长的促进作用较强。

通过对3茬紫花苜蓿茎秆长粗比、茎秆直径和茎秆长度数据的综合分析可以得出，3茬紫花苜蓿的长粗比平均值变化为第一茬＜第二茬＜第三茬，第二茬与第三茬苜蓿的茎秆长粗比相近；茎秆直径的平均值变化为第一茬＞第二茬＞第三茬；茎秆长度的平均值变化为第二茬＞第一茬＞第三茬。这是由于第一茬紫花苜蓿生长期正逢科尔沁沙地春季低温少雨、太阳辐射不足，紫花苜蓿为了抵御外界不良气候的影响，同时又要满足自身的生理生化需求，从而启动自身的防御机制，肥料的充足供应使紫花苜蓿降低茎秆长度，增加茎秆直径。第三茬紫花苜蓿生长时期，科尔沁沙地高温天气增多、光照强度增强严重影响了植物体内酶的活性，使得紫花苜蓿生长受到抑制，导致其茎秆长度与茎秆直径降低。该研究通过构建紫花苜蓿茎秆长度与茎秆直径的线性方程进一步明确了紫花苜蓿茎秆直径与茎秆长度之间的变化规律，证实了二者之间存在显著的线性相关性。

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