氮磷肥对季节性栽培紫花苜蓿生长及再生的影响

高丽敏，陈春，沈益新

（南京农业大学草业学院，江苏 南京 210095）

随着我国南方农区畜牧业的发展和草食家畜饲养量的增加，蛋白质饲料严重不足且品质不佳仍是制约该区域畜牧业进一步发展的主要因素［1］。紫花苜蓿（Medicago sativa）是畜牧业生产中不可或缺的植物蛋白资源，扩大其种植面积对提高我国蛋白质饲料产量具有重要的现实意义。近年来，在各项国家政策方针的引导下，紫花苜蓿在我国的种植面积逐年增加。针对南方地区高温、高湿等不利于生长的气候条件，张艳娟等［2］提出了紫花苜蓿季节性栽培利用这一生产模式，加速了在江淮地区的推广种植。然而目前关于江淮地区紫花苜蓿季节性栽培技术的研究仍相对薄弱。随着粮改饲规模的进一步扩大，深入研究紫花苜蓿季节性栽培技术对优化江淮地区种植业结构、实现畜牧业可持续发展具有重要的意义。

施肥是季节性栽培紫花苜蓿极为重要的田间管理措施之一［3］。氮素是植物生长所必需的大量元素，尽管根瘤菌能够固定空气中的氮以供植株利用，仍有大量研究表明氮肥施用显著促进紫花苜蓿的生长［4-6］。这是由于在紫花苜蓿生长初期或不适宜的气候及土壤条件下，根瘤菌固氮能力较弱，需要通过施用氮肥来满足植株对氮素的需求［7-8］。研究表明在短期速生的栽培模式下，紫花苜蓿根系生长较浅、结瘤极少［9-10］，施用氮肥可以显著提高干物质产量［11］。在南方农区，季节性栽培紫花苜蓿时的氮肥推荐用量为180 kg·hm-2。过量施用氮肥不仅会导致生态环境恶化，还会造成叶片遮阴影响下部叶片光合、降低氮肥利用效率［11］。

磷素会影响植物对氮素的吸收代谢过程［12］。对豆科植物而言，磷不仅可以促进植物对氮素的吸收及转化，还可促进根瘤固氮酶的活性从而增强对大气氮的利用效率［13］。何飞等［3］研究发现在黄淮海地区，磷对紫花苜蓿产量的影响最大，氮肥次之，且在低氮水平下施用磷肥更有利于紫花苜蓿产量的提高。贾珺等［14］研究表明，对旱地紫花苜蓿而言，氮磷配施能大幅度提高紫花苜蓿产量，且最佳经济适宜的m（N）∶m（P）为1∶4。目前关于江淮地区季节性紫花苜蓿栽培体系中适宜的氮磷投入量尚不明确。此外，作为评价紫花苜蓿生产性能的关键因子，紫花苜蓿再生性对不同氮磷投入响应的相关研究也尚未见报道。本研究着眼于江淮地区氮磷肥施用对紫花苜蓿生长及再生的影响，以期为紫花苜蓿季节性栽培技术中的肥料管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点及试验材料

试验在江苏省农业科学院六合试验基地（北纬32°29′，东经118°37′）进行。试验地年均温度为15.7℃，年均降水量为1100 mm左右。供试土壤为棕壤黏质土，地力均匀。耕层0～20 cm土壤基本理化性状：有机质含量23.1 g·kg-1，全氮含量1.29 g·kg-1，速效磷含量6.18 mg·kg-1，速效钾含量69.2 mg·kg-1，p H 6.10。供试紫花苜蓿品种为赛迪7，购于北京百绿集团。供试氮肥为尿素（总氮≥46.4%），磷肥为过磷酸钙（含P2O5为15%），钾肥为氯化钾（含K2O为62%）。

1.2 试验设计

田间试验采用裂区设计。小区面积为40 m2，小区间隔为0.5 m。第1年试验于2017年10月30日播种，第2年试验于2018年10月18日播种。种植密度为22.5 kg·hm-2，以0.3 m行距进行条播，播种深度为1～2 cm。试验共设置4个磷（P2O5）水平处理：0（P0）、50（P1）、100（P2）、150 kg·hm-2（P3）为主处理，设置4个氮（N）水平处理：0（N0）、60（N1）、120（N2）、180 kg·hm-2（N3）为副处理。共16个处理，每个处理重复3次，共计48个试验小区。出苗后常规田间管理（杂草防除和灌溉）。各处理磷肥及钾肥全部一次性在播种前行间开沟施入，氮肥各处理以总量的14.28%作为基肥，于返青后及刈割后分别追施氮肥各处理总量的42.86%。每次施肥均在降水前一天进行或在施肥后浇水。

第1年试验于2018年5月3日取样进行各指标测定，而后留茬5 cm刈割并分别在5月9日（再生第6天）和5月15日（再生第12天）挖取有代表性的植株10株进行各指标测定。第2年试验于2019年5月13日取样进行各指标的测定，而后留茬5 cm刈割并分别在5月19日（再生第6天）和5月25日（再生第12天）挖取有代表性的植株10株进行各指标测定。

1.3 测定项目与方法

1.3.1干物质产量 每小区除2行边行和行头0.5 m外，随机选1 m2（1 m×1 m）并留茬5 cm将紫花苜蓿全部刈割，采用精度为0.01 kg的电子秤测得鲜草产量。取有代表性的植株10株并称量地上部鲜重，将其带回实验室洗净后105℃杀青30 min，65℃烘至恒重后称干重，据此折算出单位面积的紫花苜蓿干物质产量。

1.3.2一级分枝数 每个小区随机选取长势一致植株5株，记录每株从根颈部位直接抽出地面的枝条数并计算平均值。

1.3.3株高 每个小区随机选取长势一致植株5株，测量每株自然高度并计算平均值作为小区观测值。

1.3.4单株叶面积 每个小区随机选取长势一致植株5株并摘下全部叶片，用Li-3000叶面积仪（美国LICOR公司）测量叶面积，求取平均值作为小区观测值。

1.3.5植株氮、磷含量的测定 采用全自动凯氏定氮仪（Kjeltec 8400 FOSS）测定氮含量。氮总量为单位面积植株干重与氮含量的乘积。采用电感耦合等离子发射光谱仪（Optima 8000 ICP-OES）测定磷含量。磷总量为单位面积植株干重与磷含量的乘积。

1.3.6再生芽数 每个小区随机选取长势一致植株5株并记录再生芽的数量，求取平均值作为小区观测值。

1.3.7再生芽芽长 每个小区随机选取长势一致的5株，采用直尺测定再生芽芽长，求平均值作为小区观测值。

1.4 数据处理

各处理间的差异运用SPSS 16.0及Microsoft Excel 2010进行方差分析，并采用LSD方法多重比较进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 施用氮磷肥对饲草干物质产量及产量构成因子的影响

氮磷肥施用及交互作用均显著促进了饲草干物质产量的增加（表1）。当磷肥施用量为150 kg·hm-2时干物质产量最高。2018年当磷肥施用量为0及50 kg·hm-2时，随氮肥施用量的增加，干物质产量显著增加。与对照相比，施用氮肥180 kg·hm-2干物质产量显著增加49%和97%；当磷肥施用量为100及150 kg·hm-2时，随氮肥施用量的增加，干物质产量呈先增加后平稳的趋势。与不施氮处理相比，增施氮肥60 kg·hm-2可使干物质产量分别显著增加106%和71%。2019年在各施磷条件下，干物质产量均在施氮120 kg·hm-2时达到最高。与不施氮相比，干物质产量显著增加了43%～81%。在各施氮处理下，干物质产量均随施磷量的增加显著增加。施氮与施磷均显著增加了株高及叶面积，株高、叶面积及一级分枝数受到氮磷交互作用的显著影响。与不施氮处理相比，施用60、120、180 kg·hm-2氮肥使得叶面积在2018及2019年分别增加了44%、86%、79%及15%、52%、33%；与不施磷处理相比，施用50、100、150 kg·hm-2磷肥叶面积在2018及2019年分别增加26%、40%、105%及12%、1%、86%。

表1 施用氮磷肥对紫花苜蓿干物质产量及产量构成因子的影响Table 1 Effects of N and P fertilizer on the forage dry matter yield and yield components of alfalfa

2.2 氮磷肥施用对地上部养分含量的影响

氮磷肥施用及交互作用显著促进了紫花苜蓿地上部氮含量及累积量（表2）。在各施磷处理下，随施氮量的增加，2018年紫花苜蓿地上部氮含量显著增加，而施氮120及180 kg·hm-2处理间无显著差异（表2）；2019年氮肥施用对地上部氮含量的影响较小，除P1N0外，相同磷处理、不同氮处理间差异不显著。2018年随施氮量的增加，植株地上部氮累积量显著增加。当施磷量为100及150 kg·hm-2时，不同施氮处理间氮累积量无显著差异。随施磷量的增加，2018年植株地上部氮累积量显著增加，与不施磷处理相比，施用50、100、150 kg·hm-2磷肥导致紫花苜蓿植株氮累积量分别增加了25%、67%、85%；2019年，相同氮肥施用量条件下，不施磷处理及施用50、100 kg·hm-2磷肥处理间无显著差异，施用150 kg·hm-2磷肥可以显著促进紫花苜蓿氮累积量。地上部氮含量及氮累积量均与干物质产量呈显著正相关关系（图1）。

氮肥及磷肥处理对地上部植株磷含量的影响较小，2018年各处理间均无显著差异，2019年以P3N2处理的地上部磷含量最低。植株磷累积量受氮磷施肥量及交互作用的影响（表2）。2018年，当磷肥施用量为0及50 kg·hm-2时，与不施氮相比，施氮180 kg·hm-2使得植株磷累积量分别增加109%及170%；当磷肥施用量为100及150 kg·hm-2时，施氮对紫花苜蓿磷累积量无显著影响。当不施氮或施氮量为60 kg·hm-2时，施磷可以显著促进植株磷素累积量，而当氮肥施用量为120及180 kg·hm-2时，施磷对紫花苜蓿植株磷累积量无显著影响。饲草干物质产量与地上部磷含量间无相关关系，而与地上部磷累积量间存在显著正相关关系（图1）。

图1 紫花苜蓿地上部氮含量、氮累积量、磷含量、磷累积量与干物质产量间的相关关系Fig.1 The relationships between shoot nitr ogen content，nitr ogen accumulation，phosphate content，phosphate accumulation and forage dry matter yield of alfalfa

表2 施用氮磷肥对紫花苜蓿地上部氮、磷含量及累积量的影响Table 2 Effects of N and P fertilizer on the content and accumulation of N and P

2.3 氮磷肥施用对紫花苜蓿再生的影响

氮磷肥施用可以显著促进紫花苜蓿残茬再生（图2）。2018年，与不施氮处理相比，施氮60、120及180 kg·hm-2使紫花苜蓿在刈割后6 d生物量分别增加18%、100%、97%，刈割后12 d生物量分别增加55%、97%、99%；与不施磷处理相比，施磷50、100及150 kg·hm-2紫花苜蓿刈割后6 d生物量分别增加77%、100%、184%，刈割后12 d生物量分别增加29%、54%、84%。2019年，与不施氮处理相比，施氮60、120及180 kg·hm-2使紫花苜蓿在刈割后6 d生物量分别增加23%、24%、34%，刈割后12 d生物量分别增加34%、58%、65%；与不施磷处理相比，施磷50、100及150 kg·hm-2使紫花苜蓿在刈割后6 d生物量分别增加7%、25%、47%，刈割后12 d生物量分别增加10%、25%、39%（图2）。综合两年结果可知，0、50、100及150 kg·hm-2磷处理下适宜残茬再生所对应的施氮量分别为180、120、120及60 kg·hm-2。

图2 施用氮磷肥对紫花苜蓿刈割后残茬再生生物量的影响Fig.2 Effects of N and P fertilizer on regeneration biomass from alfalfa stubble after cutting

氮磷肥施用及交互作用显著影响刈割后6 d再生芽芽数。刈割后12 d再生芽芽数受磷肥影响较大，氮肥施用对刈割后12 d再生芽芽数的影响不显著（表3）。再生芽芽数与再生生物量间无显著相关关系（表4）。施磷可以显著促进刈割后6 d再生芽芽长，与不施磷处理相比，2018及2019年磷肥施用导致再生芽平均芽长分别增加30%及39%；氮磷肥施用及交互作用均显著影响了刈割12 d后再生芽芽长（表3）。刈割6 d后再生芽芽长与再生生物量间存在显著正相关关系（表4）。刈割6 d后紫花苜蓿叶面积受氮磷施用及交互作用的影响显著（表3）。2018及2019年，与不施氮处理相比，施氮60、120及180 kg·hm-2使叶面积分别增加67%、167%、159%和29%、40%、50%；与不施磷处理相比，施磷150 kg·hm-2分别增加149%和130%。刈割12 d后受氮肥施用及氮磷交互作用的影响显著（表3）。2018及2019年，与不施氮处理相比，施氮60、120及180 kg·hm-2在刈割后12 d叶面积分别增加50%、90%、79%和18%、40%、52%。刈割后6及12 d植株叶面积与再生生物量间均存在显著正相关关系（表4）。

表3 施用氮磷肥对刈割6及12 d后紫花苜蓿再生的影响Table 3 Effects of N and P fertilizer s on alfalfa r egr owth after cutting for 6 and 12 days

表4 紫花苜蓿再生生物量与其构成因子的相关性Table 4 Corr elation analyses between alfalfa shoot biomass and related components after cutting for 6 and 12 days in 2018 and 2019

3 讨论

紫花苜蓿在其生长过程中是否需要氮肥投入以及氮肥投入量的多少一直备受争议。Gao等［15］采用荟萃分析的方法研究表明，氮肥施用可以显著促进紫花苜蓿的生长，且氮肥对紫花苜蓿生长的影响受土壤理化性质及温度等因子的调控。胡伟等［16］在宁夏引黄灌区的研究发现，施用氮肥可显著提高紫花苜蓿全年干草产量，该地区的推荐施氮量为120 kg·hm-2；张进霞等［17］在甘肃地区的研究表明适宜该地区紫花苜蓿生长的最佳施氮量为103.5 kg·hm-2；王茜等［18］认为在长江中下游地区，适当增施氮肥有利于紫花苜蓿高产；在季节性紫花苜蓿栽培体系中，张昆等［11］研究表明施氮180 kg·hm-2可以显著促进紫花苜蓿的生长，本研究结果与其类似（表1）。与干旱地区相比，长江中下游地区紫花苜蓿对氮肥的需求较高，这可能与根系发育及根瘤菌固氮酶活性有关。在较高土壤水分条件下，紫花苜蓿根系生长受阻导致其对养分的吸收能力降低［9］，同时根瘤菌固氮酶活性显著降低，共生固氮过程对产量的贡献较小［19］。氮肥施用一方面可以促进根系生长及对养分的吸收，另一方面可以增加土壤氮素有效性以促进植物的生长。

磷是限制植物生长和产量形成的重要元素之一，土壤磷有效性被认为是影响豆科植物生长最为关键的环境因子之一。磷肥施用对紫花苜蓿生长的影响已得到广泛研究，王园园等［20］研究表明苜蓿产量及品质均随施磷量增加而提高，而不同地区的最佳施磷量不同；谢勇等［21］在坝上地区的研究表明，施用225 kg·hm-2磷肥可使紫花苜蓿增产率高达67.94%；在陇东地区的研究表明，当施磷量为103.5 kg·hm-2时紫花苜蓿的产量最高［22］；杨浩宏等［23］研究发现，与单施氮肥相比，氮磷配施可显著增加苜蓿的草产量，且在高磷处理下效果更为明显；肖燕子等［24］发现，在氮肥施用量一定的情况下，紫花苜蓿干物质产量随磷肥施用量的增加显著增加。在本研究中，各施氮量条件下适宜紫花苜蓿生长的最佳施磷量均为150 kg·hm-2（表1）。表2研究结果进一步表明磷肥施用主要通过调控紫花苜蓿对氮素的吸收进而促进植株的生长，氮含量而非磷含量与紫花苜蓿干物质产量间的显著正相关关系也证明了这一假说（图1）。磷肥对氮素吸收的促进作用可能与其对植株根系发育的调控有关。前人研究结果表明磷肥施用可以改善植株根系在土壤中的分布，从而影响根际养分供应时间与强度，使养分可在时间及空间上充分发挥潜力，最终提高肥料利用率［25］。磷肥对豆科植物共生固氮过程的影响是其调控植株对氮素吸收的另一个可能原因［26］。研究表明豆科植株根瘤中的磷含量占植株磷含量的20%左右，磷对根瘤的形成及氮的固定具有重要作用［27-28］。此外，增施磷肥可在一定程度上降低植株对氮肥的依赖。表1的研究表明当磷肥施用量分别为0、50、100及150 kg·hm-2时，适宜紫花苜蓿生长的最佳施氮量分别为180、120、120及60 kg·hm-2。在当前大力提倡“减肥增效”的背景下，适当增施磷肥以促进紫花苜蓿根瘤固氮作用，同时降低氮肥的施用，可为畜牧业的可持续发展提供保障［29］。

紫花苜蓿刈割后的再生情况是衡量其产量潜力及肥料对其生长影响的一个关键指标。北京平原区的施肥试验结果表明，适宜紫花苜蓿残茬再生的最优肥料组合为50 kg·hm-2氮肥及280 kg·hm-2磷肥［30］；张进霞等［17］研究结果表明在甘肃地区当施氮量为103.5 kg·hm-2时紫花苜蓿残茬的再生速度最快。由此可见，不同地域条件下适宜紫花苜蓿残茬再生所需的肥料用量不同。在本研究背景下，随着磷肥施用量的增加，适宜紫花苜蓿残茬再生所需的氮肥用量降低，当施磷量为0、50、100及150 kg·hm-2时，为保证紫花苜蓿较高的残茬再生速率及生物量所需的氮肥用量分别为180、120、120及60 kg·hm-2。分析紫花苜蓿各再生指标发现，影响刈割6 d后紫花苜蓿生物量的因子为再生芽芽长，这与张进霞等［17］的研究结果一致。刈割后12 d，作为光合作用的主要器官，紫花苜蓿叶面积的大小对其再生生物量的影响最大。紫花苜蓿叶面积的增加可为紫花苜蓿再生提供充足的碳水化合物以保证其快速生长［31］。

4 结论

在江淮地区季节性紫花苜蓿栽培体系中，氮磷肥施用可显著促进紫花苜蓿的干物质产量及再生。磷肥施用可在一定程度上减少氮肥用量，磷肥对紫花苜蓿生长的调控与其对氮素吸收的影响有关。当磷肥施用量分别为0、50、100、150 kg·hm-2时，适宜紫花苜蓿生长及残茬再生的氮肥推荐用量分别为180、120、120、60 kg·hm-2。江淮地区紫花苜蓿季节性栽培体系中推荐年施磷量及施氮量分别为100 kg·hm-2及120 kg·hm-2。