氮磷钾配施对酒泉市紫花苜蓿种子产量的影响

朱建强 路宏中 马静 潘艳花

摘要：采用“3414”试验设计，研究了制种紫花苜蓿氮、磷、钾肥料效应及推荐施肥量。结果表明，在干旱盐碱条件下，随着施肥量的增加，紫花苜蓿种子产量亦逐渐提高，施氮增产0.84%～17.37%，施磷增产51.38%～59.63%，施钾增产-0.58%～1.3%。与无肥处理相比，所有处理均增产，增产率在11%～79%。氮钾和磷钾互作效应降低紫花苜蓿种子产量，而氮、磷互作效应提高紫花苜蓿种子产量。与产量最高的中磷处理相比，缺氮、缺磷和缺钾处理的相对产量分别为85.2%、62.64%和98.56%。结合肥料效应函数法和养分丰缺指标法，得出河西走廊干旱盐碱条件下制种紫花苜蓿推荐年施氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）的量分别为100、190、60 kg/hm2。

关键词：种子生产;紫花苜蓿;施肥量

中图分类号：S565.4       文献标志码：A       文章编号：1001-1463（2020）05-0008-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.05.003

Effects of N，P and K Fertilizers on Yield of Alfalfa Seed in

Jiuquan City

ZHU Jianqiang， LU Hongzhong， MA Jing， PAN Yanhua

（Jiuquan Institute of Agricultural Technology Extension Center， Jiuquan Gansu 735000， China）

Abstract：The field experiment which used 3414 balance application design was carried out to study the effects of alfalfa seed production on N， P and K fertilizer and recommended fertilizer amount. The results showed that under the conditions of drought and salinity， nitrogen application the seed yield of alfalfa by 0.84%～17.37%， phosphorus application increased the yield by 51.38%～59.63%， and potassium application increased the seed yield of alfalfa by -0.58%～1.3%. Compared with no-fertilizer treatment， the yield of all treatments was increased， and the seed yield increased rate was between 11% and 79%.The interaction between N-K k and P-K decreased the seed yield of alfalfa， while the interaction between N and P increased the seed yield of alfalfa. Compared to the highest yield medium phosphorus treatment， the relative yields of nitrogen， phosphorus and potassium deficiency treatments were 85.2%， 62.64% and 98.56%， respectively.Combined with fertilizer effect function method and nutrient abundance index method， It concluded that the recommended annual application of nitrogen （N）， phosphorus （P2O5） and potassium （K2O） is 100， 190 and 60 kg/hm2 respectively.

Key words：Seed production;Alfalfa;Fertilizing amount

紫花苜蓿是一種优质高产的饲草，素有“牧草之王”的美称。在当前我国农业供给侧结构性改革、振兴农村经济的背景下，牧草产业的发展对我国启动实施“振兴奶业苜蓿发展行动”具有极其重要的意义[1 ]，苜蓿种子的需求量也将随着苜蓿种植面积的扩大而进一步加大。与美国等发达国家相比，我国制种苜蓿种子产量较低[2 ]，施肥不科学是其重要原因之一[1 - 3 ]。前人的大量研究表明，N、P、K肥是影响紫花苜蓿种子生产的重要原因，对种子的产量影响极大[4 - 7 ]。酒泉市地处河西走廊西端，气候干燥，光热资源丰富，是适宜的紫花苜蓿种子生产区域，制种苜蓿产业发展潜力很大[8 ]。由于对制种苜蓿施肥研究不足，酒泉乃至河西走廊苜蓿种子生产中盲目施肥、过量施肥、不合理施肥的现象普遍存在，施肥缺乏试验依据[5， 9 ]。我们对酒泉市制种紫花苜蓿氮、磷、钾肥推荐施肥量进行了探讨，以期为河西走廊制种紫花苜蓿施肥提供科学支撑。

1   材料与方法

1.1   试验区概况

试验设在酒泉市三墩镇先锋农场，海拔1 338 m。属典型的温带大陆性气候，气候干燥、降水少、蒸发强烈日照长、冬冷夏热温差大、秋凉春旱多风沙。光热资源丰富，有效积温3 000 ℃，农作物生育期（4 — 9月）日照时数2 200 h左右，占全年日照时数的68%左右，日照百分率为68%～75%，多年平均气温7.3 ℃，七月份最高平均为21.8 ℃，元月份最低平均气温为-9.7 ℃。年均降水量48.4 mm，占全年降水量的56.7%;冬季雨雪稀少，降水量5.3 mm，占全年降水量的6.2%。年平均蒸发量为2 148.8 mm，年平均相对湿度为46%。无霜期平均130 d，最长151 d，最短105 d。多大风和干热风，风向为西北季风，全年平均风速2.4 m/s。土壤属潮土类，土层深厚，土壤肥沃，适合人工种植苜蓿。试验地为二年生苜蓿地，土壤基本理化性质见表1。

1.2   供试材料

指示制种紫花苜蓿品种代号为MS-001。供试氮肥为尿素（含N 46%）、磷肥为普通过磷酸钙（含P2O5 16%）、钾肥为硫酸钾（含K2O 50%）。

1.3   试验方法

試验采取目前国内外应用较为广泛的“3414”施肥试验完全设计方案[10 ]，即以氮、磷、钾肥为3个因素，设计4个施肥水平，0水平为不施肥，1水平为2水平×0.5，2水平为当地最佳施肥量，3水平为2水平×1.5，共14个处理，试验因子水平见表2。试验随机排列，重复3次。小区面积59 m2（11.8 m×5.0 m）。试验小区单灌单排，开80 cm的灌溉沟，埂宽40 cm，在处理间筑宽40 cm的地埂。试验处理及其施肥量见表3。

试验于2018年春季播种，播前结合整地施入普通过磷酸钙900 kg/hm2，灌溉2次。播种方式为穴播，行距60 cm，株距25 cm，播种量为30 kg/hm2。2019年返青后，选择出苗整齐、长势一致的地块开展试验。4月15日，随着气温上升，采取控水控温控肥措施，逐步揭去株行间地膜，防止紫花苜蓿营养生长过旺造成植株疯长而影响开花结荚，造成严重减产[11 ]。4月25日，结合间苗、定苗，及时拔除幼苗、弱苗，选留壮苗，保持密度67 500株/hm2。供试肥料分春、夏2次施用，4月20日进行第1次施肥，将50%氮肥和60%磷、钾肥撒施于地表;6月20日进行第2次施肥，将50%氮肥和40%磷、钾肥撒施于地表。试验期间灌水2次，采用漫灌的方式分别在4月21日和6月21日灌溉，灌溉量均为120 mm。春季第1次施肥前和种子收获后均按“梅花”形布点，采集试验地耕层0～20 cm、20～40 cm的土样进行分析化验。制种苜蓿生长期内观察记载生育期进程、生长势、病虫害发生情况及对生育进程有影响的特殊气候。收获期采集植株样品进行考种与经济产量测定。各处理于8月25日左右根据长势和天气情况适时收获，按小区单收计产。

1.4   数据处理

采用《“3414”试验设计与数据分析管理系统2.0版》统计软件进行肥料效应方程的拟合。利用编号为2、3、6和11的4个处理拟合氮肥效应一元二次方程，利用编号为4、5、6和7的4个处理拟合磷肥效应一元二次方程，利用编号为6、8、9和10的4个处理拟合钾肥效应一元二次方程;利用全部14个处理拟合氮、磷和钾肥效应三元二次方程，利用编号2和6的2个处理计算缺氮处理相对产量，利用编号4和6的2个处理计算缺磷处理相对产量，利用编号8和6的2个处理计算缺钾处理相对产量[12 ]。

试验所有数据均使用SPSS软件进行统计分析，所有图表均采用微软电子表格软件（Microsoft Excel）绘制。

2   结果与分析

2.1   氮肥效应和最大施量

由表4可知， 在中磷、 中钾（P2K2）条件下，随着施氮量由0增至180 kg/hm2 （N3P2K2），紫花苜蓿种子产量先逐渐提高再降低，较不施氮处理增产0.84%～17.37%。其中中氮处理N2P2K2（处理6）增产率最高，为17.37%，与其余水平氮肥处理间差异均达极显著水平;高氮处理N3P2K2（处理11）增产率最低，为0.84%，显著高于不施氮处理（P < 0.05）。可见制种紫花苜蓿生长早期需要较少氮肥或不需要氮肥[13 ]，但进入开花期时由于营养生长和生殖生长都较旺盛，需要大量养分，此时追施氮肥及复合肥可显著提高结荚率和种子产量，这与石凤翎等[14 ]的研究结果基本一致。

利用表4中4个处理的试验数据建立氮肥效应一元二次方程式（1）[15 ]，并依据式（1）绘制氮肥效应曲线（图1）。

Y=-0.016 7X2+3.14X+880.65，R2=0.904

（1）

式中：Y为紫花苜蓿种子产量，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94.2 kg/hm2，对应的紫花苜蓿种子最高产量为1 028.54 kg/hm2。

2.2   磷肥效应和最大施量

由表5可知，在中氮、中钾（N2K2）条件下，随着施磷量由0增至270 kg/hm2 （N2P2K2），紫花苜蓿种子产量大幅度提高，产量达到最大值1 044.0 kg/hm2;之后又逐渐下降， 较不施磷处理增产51.38%～59.63%，处理间差异均达到极显著水平（P < 0.01）。其中，中磷处理N2P2K2（处理6）增产率最高，为59.63%;低磷处理N2P1K2（处理5）增产率最低，为51.38%。这一结果与王晓力等[12 ]的研究一致。朱伟然[16 ]认为，磷肥能改善种用紫花苜蓿的生长发育，增强抵抗病害的能力，促进根系发育，提高种子产量。

利用表5中4个处理的试验数据建立磷肥效应一元二次方程式（2），并依据式（2）绘制磷肥效应曲线（图2）。

Y=-0.011 4X2 +4.332 5X+663.675，R2= 0.981 1（2）

式中：Y为紫花苜蓿种子产量，X为施磷量（P2O5）。

对式（2）进行求导，令其导数为0，求得最大施磷量为189.44 kg/hm2，对应的紫花苜蓿种子最高产量为1 074.04 kg/hm2。

2.3   钾肥效应和最大施量

由表6可知，在中氮、中磷（N2P2）条件下，随着施钾量由0增至112.5 kg/hm2 （N2P2K3），紫花苜蓿种子产量也表现出先增加后降低的趋势，较不施钾处理增产-0.58%～1.46%。除高钾处理N2P2K3（处理10）较不施钾处理减产外，N2P2K1（处理8）、N2P2K2（处理9）处理均比不施钾处理显著增产（P < 0.05），增产率分别为1.31%和1.46%。表明在制种苜蓿上施用钾肥有增产作用，这与朱伟然[16 ]的研究结果一致。但过量施用钾肥也有减产作用，这可能与试验地紫花苜蓿土壤速效钾丰缺状况处于丰富水平有一定的关系。

利用表6中4个处理的试验数据建立钾肥效应一元二次方程式（3），并依据式（3）绘制钾肥效应曲线（图3）。

Y=-0.006 1X2 + 0.646X + 1 028.5，R2= 0.982 6（3）

式中：Y为紫花苜蓿种子产量，X為施钾量（K2O）。

对式（3）进行求导，令其导数为0，求得最大施钾量为52.66 kg/hm2，对应的紫花苜蓿种子最高产量为1 045.50 kg/hm2。

2.4   氮磷钾综合效应和最大施量

由表7可知，与N0P0K0无肥处理相比，所有处理均增产，增产率为11.79%～78.46%。以N2P2K2（处理6）处理增产率最高，达78.46%;其次是N2P2K1（处理9）处理，为78.21%;N2P0K2（处理6）处理增产率最低，为11.79%。这一结果表明，施用氮、磷、钾肥均可提高紫花苜蓿种子产量，且氮、磷、钾3种肥料配合施用的增产效果显著优于任何2种肥料配施[17 ]。氮、磷、钾3种肥料的农学利用率均随施肥量的增加先增加后降低[18 ]。郑红梅等[13 ]认为，对于紫花苜蓿种子生产田，分蘖期施肥尤其重要，应以磷、钾肥为主，无需施用氮肥。但进入开花期后，除需追施磷、钾肥外，还需要施用氮肥。初花期施用氮肥可以使种子产量提高20%～30%，盛花期施用磷、钾肥可增产49.7%，且可增加叶片和茎叶数，促进根系发育，有利于种子成熟。

利用表7中14个处理的试验数据建立氮、磷和钾肥效应三元二次方程式为：

Y=583.442 6+2.816 8N+3.083 9P+1.077 8K- 0.019 2N 2-0.009 5P 2-0.004 7K 2+0.006 2NP- 0.003 1NK-0.001PK， R2=0.98    （4）

式中：Y为紫花苜蓿种子产量，N为施氮量（N），P为施磷量（P2O5），K为施钾量（K2O）。

对式（4）中的施氮量（N）、施磷量（P）和施钾量（K）分别求偏导数，并令其值为0，得到三元一次方程组;解方程组得出最大施氮量（N）、施磷量（P）和施钾量（K）分别为99.30、192.30、60.98 kg/hm2，对应的最高产量为1 052.70 kg/hm2。

由式（4）可以看出，氮、磷、钾两两互作对紫花苜蓿种子产量均有极显著的影响，对产量的影响为氮磷 > 磷钾 > 氮钾。氮钾和磷钾互作效应表现为拮抗作用，降低紫花苜蓿种子产量，而氮磷互作效应表现为协同促进作用，提高种子产量。氮肥用量不变（2水平）时，增施磷肥能增加产量，但磷肥由0水平达到2水平时继续增施磷肥种子产量反而降低，表明要保证产量的增加，维持氮、磷的适宜水平很重要。本研究中，氮、钾和磷、钾表现出负互作效应，即其中一种肥料用量越低，另一种肥料增产效果越高[17 - 18 ]。

2.5   缺素处理的相对产量和土壤养分丰缺状况

由表8可知，与种子产量最高的N2P2K2中磷处理相比，N0P2K2缺氮处理的相对产量为85.20%，介于75%～95%，表明土壤速效氮丰缺状况为中等[19 ];N2P0K2缺磷处理的相对产量比较低，为62.64%，介于50%～75%，表明土壤速效磷丰缺状况为缺[20 ];N2P2K0缺钾处理的相对产量最高，为98.56%，超过95%，表明土壤速效钾丰缺状况为丰 富[21 - 24 ]。

3   结论与讨论

尽管紫花苜蓿根瘤菌共生固氮能力十分强大，但在先锋农场强盐碱和干旱等逆境条件下根瘤菌固氮效率较低[25 ]，需要适量施氮肥。王晓力等[12 ]人研究表明，从现蕾到种子成熟期紫花苜蓿对氮肥的需要量增加，而此时根瘤菌老化，固氮能力下降，易出现氮素供应不足的现象。本研究依据氮肥效应一元二次方程计算出的最大施氮量（N）为94.2 kg/hm2，依据氮、磷和钾肥效应三元二次方程推导出的最大施氮量为99.3 kg/hm2。二者较为接近，结合土壤氮素养分丰缺状况，显然应该采信后者。因此，在干旱条件下，河西走廊制种紫花苜蓿地可以考虑施用氮肥[26 ]，推荐年施氮量（N）为100 kg/hm2。依据磷肥效应一元二次方程算出的最大施磷量（P2O5）为189.4 kg/hm2，依据氮、磷和钾肥效应三元二次方程求得的最大施磷量（P2O5）为192.3 kg/hm2，二者较为接近，但显然前者更具采信力，理由是西北石灰性土壤磷肥当季利用率低，通常只有20%左右[27 ]，尤其是石灰性潮土上磷富集量太大[28 ]。另外，土壤pH为8.7，耕层含有较高的钙离子，降低了磷的有效性。土壤很可能第2年及以后几年内施肥都将无效或效果很小。因此推荐年施磷量（P2O5）为190 kg/hm2。依据钾肥效应一元二次方程求出的最大施钾量（K2O）为52.7 kg/hm2;依据氮、磷和钾肥效应三元二次方程推得的最大施钾量（K2O）为60.9 kg/hm2。二者差异较大的原因在于氮钾和磷钾互作对苜蓿种子产量的影响为负效应。作为配方施肥，考虑到随着生产年限的增加，土壤钾素势必不断减少，供钾能力也将逐渐下降[27 ]，第2年以后再以等同数量施肥可能会出现苜蓿种子产量下降，显然应该采纳后者。因此制种苜蓿推荐年施钾量（K2O）为60 kg/hm2。

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（本文责编：杨    杰）