氮磷肥施量对阿苇灌区苜蓿生长指标和产量的影响

马铁成,张 慧

(新疆维吾尔自治区灌溉排水发展中心，乌鲁木齐 830000)

0 引 言

【研究意义】紫花苜蓿具有高产、适应气候性强等优点，使其种植面积逐年增加，已成为奶牛养殖的主要饲草料[1]。在我国干旱、半干旱地区，为应对牧区饲草料不足导致的天然草场退化、草畜平衡失调等，对有效提高苜蓿产量有重要意义。【前人研究进展】利用浅埋式滴灌灌水技术人工栽培苜蓿，既能提高灌溉水资源利用率，又可以解决当地牲畜饲草料供给问题。浅埋式滴灌作为地下滴灌的一种，被誉为具有发展潜力的新型高效节水灌溉技术，已在多种作物种植领域展开研究[2-4]；仝炳伟等[5]在宁夏以地下滴灌苜蓿为对象，开展水肥二因素完全随机试验，结果表明，水肥互作对苜蓿干草产量影响显著，低水肥处理增产效应较小，适度水肥增产效应明显。吴文奇等[6]根据不同滴灌带布设方式分析紫花苜蓿各生育期生长特性，认为苜蓿在苗期埋设深度10 cm、间距90 cm较好；分枝期后埋设深度30 cm、间距90 cm优于其他处理。洪明等[7]开展了浅埋式滴灌苜蓿灌溉制度研究，得出苜蓿适宜灌水定额与灌水周期。【本研究切入点】目前利用浅埋式滴灌技术开展水肥一体化研究较少，采用该灌水技术施氮磷肥对改变苜蓿生长特性和提高产量还有待研究。研究氮磷肥施用水平对青河县阿苇灌区苜蓿生长指标和产量的影响。【拟解决的关键问题】在新疆北疆典型牧区开展浅埋式滴灌灌水技术为研究对象，将滴灌带均匀埋入表土5～8 cm以内，通过研究适宜灌水量下不同氮、磷肥量对苜蓿生长指标和产量的影响[8]，为浅埋式滴灌技术在干旱、半干旱气候条件下，苜蓿合理施肥及提高水肥利用率提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验地位于准噶尔盆地东北缘的青河县阿苇灌区，地处乌伦古河上游二台水文站下游10 km处北岸，E89°54′14″，N46°11′36″，海拔1 100 m，属于阿尔泰山的丘陵地带，地势平坦区域。属大陆性北温带干旱气候，年均气温2.5℃，无霜期平均103 d；年均降水量172.2 mm，年均蒸发量1 430.1 mm，冬季漫长寒冷。0～80 cm土壤属轻砾石粗沙土，80 cm以下为中砾石粗沙土，田间持水率12%～27%，保水性差地下水埋藏较深；土壤肥力全氮均值0.33 mg/kg，速效氮均值26.88 mg/kg，有机质含量7.15 mg/kg，速效磷均值3.98 mg/kg，速效钾均值90.98 mg/kg[9]。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

2016年5月初～8月底开展试验。选用对比法作物为3年龄阿尔冈金紫花苜蓿，株行距2 cm×15 cm，播种量45 kg/hm2，一年收获两茬，不做除草与杀虫处理，采用相同的大田管理方式。全年实测单次降雨量均小于15 mm，对试验不产生影响，无地下水补给。

规定灌溉制度统一为灌水周期6 d，每茬灌溉8次，灌水定额450 m3/hm2；选取当地普遍采用的尿素(N46%)、磷酸二铵(N18%、P48%)为研究对象，各设计低(150 kg/hm2)、中(300 kg/hm2)、高(450 kg/hm2)3水平施肥量处理，即2种施肥类型和3种施肥梯度，1组无肥处理对比，分析产量与贡献较大肥料之间关系。采用文丘里施肥器滴灌随水施肥。每个处理重复3次，各灌水小区有效面积72 m2(30 m×2.4 m)，中间设置1 m宽隔离带，依次排列，滴灌带铺设间距0.6 m，均匀埋深5～8 cm，滴头采用內镶贴片式间距0.3 m，额定压力0.1 MPa，滴头流量2.0 L/h。全年两茬生育期共103 d。表1

1.2.2 测定指标

自每茬返青开始至初花期，各处理固定选择长势均匀紫花苜蓿样本5株，每次间隔10 d，用钢卷尺量测地表到顶端长度，取平均值作为该处理株高；用游标卡尺测量紫花苜蓿主茎地表以上1 cm处直径，卡尺顺时针旋转90° 2次复测，取平均值作为该处理茎围粗；人工计数样本地表以上枝条数，取平均值作为该处理枝条数。

在初花期各处理选取长势均匀区域3组测产，每组面积1 m× 1 m，人工刈割留茬高度10 cm，乘量鲜草重量后在烘箱中105℃杀青1 h，再置于70℃恒温烘干48 h，取出放置阴凉处自然冷却至常温称重，得出每组干草重，计算干湿比，取3组平均值作为该处理1 m2产量，折合计算出每公顷产量。

紫花苜蓿的水分利用效率采用单位面积产量与全生育期内单位面积灌水量的比值(g/m3)。

表1 试验设计Table 1 Experiment design

1.3 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 17.0进行数据处理与分析，差异显著性分析选取Pearson相关性分析法，采用输入方法进行回归分析模拟，通过残差概率图分析法进行样本验证。

2 结果与分析

2.1 不同施肥水平对紫花苜蓿生长指标的影响

2.1.1 不同施肥水平对紫花苜蓿株高的影响

研究表明,紫花苜蓿各生育阶段株高生长速度不同，适量氮、磷肥可促进紫花苜蓿株高生长，两茬均呈现出随着施氮量增加株高显著增加，磷肥对株高贡献较少的现象。在第一茬苜蓿生育期中，前50 d株高均生长较快，随后生长速度放缓；其中，施氮肥处理日均生长由1.51 cm降至0.67 cm，平均株高82.47 cm，最大施氮处理N3P0株高达到85.30 cm；施磷肥处理日均生长由1.42 cm降至0.64 cm，平均株高77.33 cm，最大施磷处理N6P3株高81.8 cm；第一茬的2种施肥类型最大施量处理紫花苜蓿株高相差3.50 cm，对照CK处理氮肥最大增幅20%，磷肥最大增幅15%；氮肥对第一茬紫花苜蓿株高存在显著差异(P﹤0.05)，磷肥无显著不同。第二茬紫花苜蓿在灌水12 d内株高生长较快，之后增长减缓；其中，施氮肥处理生长速度由每天3.60 cm降至1.49 cm，平均株高89.4 cm，最大处理N3P0株高92.60 cm；施磷肥处理生长速度由每天3.33 cm降至1.30 cm，平均株高80.20 cm，最大处理N6P3株高87.20 cm；第二茬的2种施肥类型最大施量处理紫花苜蓿株高相差5.40 cm，对照CK处理氮肥最大增幅27%，磷肥最大增幅20%，2种肥力与株高均存在显著差异(P﹤0.05)，其中氮肥对第二茬紫花苜蓿株高存在极显著影响(P﹤0.01)。第二茬紫花苜蓿生长期受温度升高影响，生长速率较快，9月初温度下降明显，光合作用减弱，作物均出现衰败现象。全生育期N4P1、N5P2、CK处理的株高均明显低于其他处理，适宜氮肥施量对株高影响较大。图1

图1 不同氮、磷肥水平下紫花苜蓿株高变化Fig. 1 Effects of nitrogen and phosphorus fertilizer levels on alfalfa plant height

2.1.2 不同施肥水平对紫花苜蓿茎围的影响

研究表明,不同氮、磷肥用量水平大小对紫花苜蓿的茎粗在一定范围内有影响，平均茎粗随着施肥量的增大而增高，各生育阶段茎粗生长速度略有不同。第一茬苜蓿生育期前10 d茎粗生长较快，随后生长速度放缓，日均生长由0.13 cm降至0.04 cm，最大茎粗的氮肥处理与CK比较增幅6%；第二茬茎围变化较为缓慢，生育末期出现衰败现象。全生育期氮肥对茎围生长均存在极显著影响(P﹤0.01)，磷肥均有显著影响(P﹤0.05)。图2

图2 不同氮、磷肥水平下紫花苜蓿茎粗变化Fig. 2 Effects of different nitrogen and phosphate fertilizer levels on stem diameter of alfalfa

2.1.3 不同施肥水平对紫花苜蓿枝条数的影响

研究表明,两茬紫花苜蓿施肥量的大小对枝条数影响有限，最大氮肥处理N3P0枝条数略大于其他处理，以第二茬较为明显。第一茬枝条数平均15节，第二茬平均17节，与CK平均14节相差较小，整体生长速率相近。不同施肥条件下，两茬紫花苜蓿枝条数生长趋势相同，第二茬整体略大。氮、磷肥对第一茬紫花苜蓿枝条数均存在显著影响(P﹤0.05)，氮肥对第二茬紫花苜蓿枝条数存在极显著影响(P﹤0.01)，磷肥有显著影响(P﹤0.05)。图3

图3 不同氮、磷肥水平下紫花苜蓿枝条数变化Fig. 3 Effects of different nitrogen and phosphate fertilizer levels on the number of stem nodes of alfalfa

2.2 不同施肥水平对紫花苜蓿产量的影响

研究表明,不同氮、磷肥水平对紫花苜蓿产量影响显著。产量随着施肥量的增大均呈现递增的变化趋势，最大氮肥处理N3P0增产31%，达到14 117 kg/hm2；最大磷肥处理N6P3增产26%，达到13 657 kg/hm2。由于第一茬生长周期大于第二茬，作物吸收土壤肥力较多，生长更为充分，CK第一茬产量大于第二茬，其余施肥处理在生育期中的补充肥力大于土壤原有肥力贡献，第二茬产量均大于第一茬产量，氮肥高水平处理N3P0最为显著，整体增产效果施氮处理大于施磷处理。图4

图4 不同氮、磷肥水平下紫花苜蓿产量变化Fig. 4 Effects of different nitrogen and phosphate fertilizer levels on alfalfa yield

2.3 不同施肥水平与产量关系

研究表明,紫花苜蓿产量与施氮水平存在显著相关性(P<0.05)，采用产量(W)为因变量，氮肥水平(N)作为单项指标进行回归分析，得出回归方程：W=11 072.41+15.74N，方程决定系数R2=0.958，F=45.576。为检验回归模型对样本数据的拟合程度和适用性，绘制残差概率图，发现模型对于适宜施氮条件下，氮肥与产量之间关系具有较好的模拟效果，方程回归拟合程度较高，可为相同条件下紫花苜蓿产量预测提供参考。图5

图5 施氮水平期望值和观测值比较Fig. 5 Comparison of expected and observed nitrogen levels

2.4 不同施肥水平的紫花苜蓿水分生产率

研究表明,不同肥料施肥水平对紫花苜蓿水分生产率有影响，WUE变化趋势和产量相似；无肥CK处理水分生产率1.5 g/m3最低，施氮处理N3P0水分生产率1.96 g/m3最高，高出CK 31%。2种肥料各处理的水分生产率随着施肥量的加大均呈现出单向增大趋势，以施氮处理增长水平更为显著。

3 讨 论

紫花苜蓿的植株高度和茎粗是产量的主要构成要素，作物生物量的累积可以通过植株生长变化状况获得。通过田间水肥一体化试验数据分析，得出在紫花苜蓿的生长特性中，株高和茎粗都随着施肥量的增大而增大，各施肥处理产量均大于CK，这与毕舒贻[10]研究中，不同水肥组合可以提高紫花苜蓿的全年产量，苜蓿所具有的固氮能力在生长期很难满足生长需求，增施肥料可有效改善缺肥现象的结论与试验研究结果相似；氮肥处理产量大于磷肥处理产量，原因可归结为氮肥对作物株高和茎粗增幅明显，相对应生物量累计较大。紫花苜蓿在适宜灌水条件下的生长规律受外界肥力影响，在无人工添肥情况下，第一茬作物产量大于第二茬，原因在于前一年苜蓿收割，部分枝条和叶片被粉碎脱落田间，秸秆还田增加土壤有机质含量，培育土壤肥力，使得下一个生长季第一茬作物有效吸收田间养分；针对已种植多年的苜蓿地开展适宜中耕，可疏松表土促进养分形成，清除田间杂草促使作物根系发育，为来年产量提升提供保障。

试验处理中，紫花苜蓿植株不同生长速率影响了生物量的累计，这与曹彪等[11]的研究结果一致。任灵通等[12]研究得出的水磷耦合对滴灌苜蓿生长规律和产量的影响，与研究结果相似。在干旱、半干旱区域开展浅埋式滴灌苜蓿种植技术，适量的氮肥可以提高作物多项生长指标，有效提高水分生产率，配合农艺措施的管理，可以提高田间肥力，以达到当地节水节肥增产的目的。

4 结 论

4.1 采用浅埋式滴灌灌水技术开展紫花苜蓿不同氮、磷肥水平研究，施肥量对苜蓿的株高、茎粗在一定范围内有影响，并随着施肥水平的增大而增大，其中氮肥贡献较大，施肥量的大小对枝条数影响较小。

4.2 苜蓿产量随着施肥量的增大均呈现出递增的变化趋势，最大氮肥处理产量最大。施肥处理第二茬产量均高于第一茬，与无肥处理结果不一致，原因可归结为人工施肥量大于土壤固有肥力，满足了作物生长需求。以氮肥水平为指标进行回归分析，回归方程：W=11 072.41+15.74N，方程决定系数R2=0.958，F=45.576，拟合程度较高，通过残差分析检验模拟效果较好。

4.3 不同肥料施肥水平对紫花苜蓿水分生产率有影响，均随着施肥量增大同向增大，施氮肥处理WUE大于施磷肥处理，无肥处理WUE最低，施肥能够显著提高WUE，适宜氮肥施量可以实现苜蓿增产和节水的目的。