楊浩宏，席琳喬，王棟，馬春暉

(1塔里木大學動物科學學院/兵團塔里木畜牧科技重點實驗室，新疆阿拉爾　843300；2石河子大學動物科學學院，新疆石河子　832000)

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滴灌條件下氮、磷、鉀肥效應(yīng)對紫花苜蓿草產(chǎn)量的影響

楊浩宏1，席琳喬1，王棟1，馬春暉2

(1塔里木大學動物科學學院/兵團塔里木畜牧科技重點實驗室，新疆阿拉爾843300；2石河子大學動物科學學院，新疆石河子832000)

摘要：【目的】研究滴灌條件下不同氮、磷、鉀施肥效應(yīng)及其對苜蓿產(chǎn)量的影響?！痉椒ā坎捎谩?414”肥料設(shè)計方案進行大田試驗?！窘Y(jié)果】在滴灌條件下，施氮增產(chǎn)率在42%～59%；施磷增產(chǎn)率在65%～84%；高磷處理增產(chǎn)率最高，為83.25%；施鉀降幅在1%～24%；缺氮、缺磷和缺鉀處理的相對產(chǎn)量分別為62.86%、54.57%和97.43%，土壤速效氮、速效磷和速效鉀的豐缺狀況依次為缺、缺和偏高。【結(jié)論】適宜的氮、磷肥配比可使苜蓿的產(chǎn)量增加，其中高磷肥處理效果更明顯；種植苜蓿推薦施氮(N)和磷(P2O5)量分別為60和120 kg/hm2，土壤中富含鉀，不用施鉀肥。

關(guān)鍵詞：苜蓿；N、P、K施肥；產(chǎn)量

0引 言

【研究意義】紫花苜蓿(MedicagosativaL.)是世界上栽培歷史最悠久、分布最廣泛、種植面積最大、產(chǎn)業(yè)化水平最高、經(jīng)濟價值最高的多年生豆科牧草，素有“牧草之王”的美譽[1]，在現(xiàn)代草業(yè)的可持續(xù)發(fā)展中具有突出的地位，在促進高效優(yōu)質(zhì)畜牧業(yè)發(fā)展、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和生態(tài)治理恢復(fù)方面有著不可替代的作用[2-3]。國家明確提出了加快發(fā)展草牧業(yè)，支持青貯玉米和苜蓿等飼草料種植，開展糧改飼和種養(yǎng)結(jié)合模式試點，促進糧食、經(jīng)濟作物、飼草料三元種植結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)發(fā)展的要求。糧改飼還要在玉米、牧草方面加大力度擴大規(guī)模，同時在奶牛養(yǎng)殖方面開展振興農(nóng)牧計劃。發(fā)展草牧業(yè)不僅可以改善畜牧業(yè)整體經(jīng)營情況，鞏固草牧業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位，并將在食品安全層面、環(huán)保層面體現(xiàn)作用，進一步加強國民食品安全以及推動全社會的可持續(xù)發(fā)展?！厩叭搜芯窟M展】為了探討施肥對苜蓿產(chǎn)量的影響，國內(nèi)外的許多學者做了大量的研究工作，Stavarache等[4]發(fā)現(xiàn)施氮對建植當年的苜蓿產(chǎn)量有明顯的促進效果；劉曉靜等[5]的研究表明種植當年施肥可顯著提高產(chǎn)量、株高和再生速度。在滴灌條件下的研究較少，張凡凡等[6]只做了施磷肥對苜蓿生產(chǎn)性能和品質(zhì)的影響；徐文婷等[7]研究了水鉀耦合對苜蓿的影響?！颈狙芯壳腥朦c】我國苜蓿種植以培肥地力兼顧飼草生產(chǎn)為目的，大多種植在沒有灌溉條件的瘠薄地、鹽堿地等條件較差的地區(qū)，不施肥現(xiàn)象普遍存在，即便施肥，盲目性也很大[8]，致使其巨大的生產(chǎn)潛力沒能得到充分發(fā)揮。試驗通過“3414”試驗設(shè)計，研究滴灌條件下氮、磷、鉀施肥效應(yīng)對紫花苜蓿草產(chǎn)量的影響，為苜蓿合理施肥提供依據(jù)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過施不同量氮、磷、鉀肥對紫花苜蓿生產(chǎn)性能影響的研究，為紫花苜蓿科學施肥和生產(chǎn)實踐提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地位于新疆石河子墾區(qū)的142團，該團地處天山北麓中段，古爾班通古特沙漠南緣，地理坐標位于84°58'～86°24′E，43°26′～45°20′N。地勢平坦，平均海拔高度450.8 m。屬典型的溫帶大陸性氣候，冬季長而嚴寒，夏季短而炎熱；無霜期168～171 d，≥0℃的活動積溫為4 023～4 118℃，≥10℃的活動積溫為3 570～3 729℃；日照充沛，年日照時數(shù)2 721～2 818 h，年降水量125.0～207.7 mm。

試驗地的基本情況為：有機質(zhì)為1.5%，堿解氮為37 mg/kg，全氮為0.29 mg/kg，速效鉀為357 mg/kg，速效磷為21.9 mg/kg。紫花苜蓿建植于2014年春季，采用一機12行條播，播幅為3.6 m，行距為30 cm，等行距，播種量為18 kg/hm2，播種深度為2～3 cm。建植當年常規(guī)管理；滴灌苜蓿的灌溉方式為支管輪灌，支管采用PE90軟管，開溝15～20 cm埋于土層中，滴管布置為一管四行，滴灌帶之間距離為60 cm等間距鋪設(shè)，入土3～5 cm，以井水為水源。

1.2材 料

試驗材料：生長第2年的三得利紫花苜蓿(M.sativacv. Sanditi)。

施用肥料：氮肥為尿素(N≥46%)，磷肥為重過磷酸鈣(P2O5≥44%)，鉀肥為氯化鉀，(K2O≥62%)。

1.3方 法

1.3.1試驗設(shè)計

“3414”[9]方案設(shè)計吸收了回歸最優(yōu)設(shè)計處理少、效率高的優(yōu)點，是目前國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的肥料效應(yīng)田間試驗方案。“3414”是指N、P、K 3個因素、4個水平、14個處理。4個水平為：0水平指不施肥，2水平指當?shù)刈罴咽┓柿康慕浦担?水平為2水平施肥量的0.5倍(施肥不足)，3水平為2水平施肥量的1.5倍(過量施肥)。表1

表1　試驗方案處理及施肥水平

試驗設(shè)計：14個處理，各處理隨機排列，每小區(qū)面積為3 m×10 m，小區(qū)間距為1.5 m。

施肥次數(shù)及每次用量：磷肥于春季返青時一次性施入，氮肥和鉀肥分兩次施用，每次各占設(shè)計用量的50%；第一次施肥時間為返青時，開溝3～5 cm施肥后覆土掩埋，第二次為第二次刈割后。試驗于2015年4月12日返青期第一次開溝施肥，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測定項目

草產(chǎn)量的測定：苜蓿初花期(10%開花)時在各小區(qū)內(nèi)選1 m×1 m的刈割后，稱重，將所有茬次苜蓿鮮草重量相加并換算為公頃產(chǎn)量即為鮮草產(chǎn)量；在每一茬鮮草中隨機取約500 g樣本，自然晾曬的方法，目標水分15%，風干后測定其干重。

2結(jié)果與分析

2.1紫花苜蓿氮肥效應(yīng)及最大施氮量

在中磷中鉀(P2K2)的條件下，即2、3、6、11處理，隨著施氮量由0增至90 kg/hm2，紫花苜蓿產(chǎn)量提高，增產(chǎn)率在42%～55%，N3P2K2高氮處理(處理11)增產(chǎn)率最高，為54.55%。處理2與處理3、6、11之間均達到了極顯著差異水平(P<0.01)，處理3與處理11差異極顯著(P<0.01)，處理3與處理6，處理6與處理11差異顯著(P<0.05)，各處理按增產(chǎn)排序為處理11>處理6>處理3>處理2。表2

表2　不同施氮肥處理對苜蓿產(chǎn)量的影響

注：同列肩標相同字母表示差異不顯著(P>0.05)，不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(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個處理的試驗數(shù)據(jù)，可求得在P2K2施肥量下的紫花苜蓿氮肥效應(yīng)方程。擬合氮肥效應(yīng)一元二次方程(1)，并依據(jù)方程(1)繪制氮肥效應(yīng)曲線。圖1

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

式中Y為紫花苜蓿產(chǎn)草量，X為施氮量(N)。

對式(1)進行求導(dǎo)，令其導(dǎo)數(shù)為0，求得最大施氮量為73.18 kg/hm2，對應(yīng)的最高產(chǎn)草量為34 203.34 kg/hm2。

圖1　氮肥效應(yīng)及最大施氮量

2.2紫花苜蓿磷肥效應(yīng)及最大施磷量

在中氮中鉀(N2K2)的條件下，即4、5、6、7處理，隨著施磷量由0增至180 kg/hm2，紫花苜蓿產(chǎn)量大幅提升，增產(chǎn)率70%～84%，N2P3K2高磷處理(處理7)增產(chǎn)率最高，為83.25%。處理5與處理7，處理6與處理7，處理4與處理5、6、7間均達到了極顯著差異水平(P<0.01)，處理5與處理6差異不顯著(P>0.05)，各處理按增產(chǎn)排序為處理7>處理6>處理5>處理4。表3

表3　不同施磷肥處理對苜蓿產(chǎn)量的影響

利用表3中的4個處理的試驗數(shù)據(jù)，可求得在P2K2施肥量下的紫花苜蓿磷肥效應(yīng)方程。擬合磷肥效應(yīng)一元二次方程(2)，并依據(jù)方程(2)繪制磷肥效應(yīng)曲線。圖2

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

式中Y為紫花苜蓿產(chǎn)草量，X為施磷量(P)。

對式(2)進行求導(dǎo)，令其導(dǎo)數(shù)為0，求得最大施磷量為143.1 kg/hm2，對應(yīng)的最高產(chǎn)草量為35 257.19 kg/hm2。圖2

圖2　磷肥效應(yīng)及最大施磷量

2.3紫花苜蓿鉀肥效應(yīng)及最大施鉀量

在中磷中氮(N2P2)的條件下，即8、9、6、10處理，隨著施鉀量由0增至180 kg/hm2，紫花苜蓿產(chǎn)量略有所降低，降幅在1%～24%，N2P2K2中鉀處理(處理6)減產(chǎn)率最高，降幅為23.31%。處理10與處理8、處理9、處理6間差異極顯著(P<0.01)，處理6、處理8和處理9間差異均不顯著(P>0.05)。各處理按增產(chǎn)排序為處理8>處理9>處理6>處理10。表4

表4　不同施鉀肥處理對苜蓿產(chǎn)量的影響

利用表4中的4個處理的試驗數(shù)據(jù)，可求得在N2P2基礎(chǔ)上的鉀肥效應(yīng)方程。擬合鉀肥效應(yīng)一元二次方程(3)，并依據(jù)方程(3)繪制鉀肥效應(yīng)曲線。

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

式中Y為紫花苜蓿產(chǎn)草量，X為施鉀量(K)。

對式(3)進行求導(dǎo)，令其導(dǎo)數(shù)為0，求得最大施鉀量為38.82 kg/hm2，對應(yīng)的最高產(chǎn)草量為34 496.45 kg/hm2。圖3

圖3　鉀肥效應(yīng)及最大施鉀量

2.4紫花苜蓿氮磷鉀肥綜合效應(yīng)

與N0P0K0無肥處理相比，施肥可使紫花苜蓿增產(chǎn)，增產(chǎn)率在0.7%～85%，N2P3K2高磷處理(處理7)增產(chǎn)最高，為84.7%。表5

利用表5中的14個處理的試驗數(shù)據(jù)，可擬合得出氮磷鉀肥效應(yīng)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為紫花苜蓿產(chǎn)草量，N為施氮量(N)，P為施磷量(P2O5)，K為施鉀量(K2O)。

由上式分別關(guān)于N、P、K求偏導(dǎo)數(shù)，并令其為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)

聯(lián)立方程(5)、(6)、(7)，利用Excel的規(guī)劃求解功能，求得N=46 kg/hm2，P=82.72 kg/hm2，K=111.48 kg/hm2，對應(yīng)最高產(chǎn)草量為31 751.05 kg/hm2。

表5　氮磷鉀肥綜合效應(yīng)

2.5紫花苜蓿缺素處理相對產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分豐缺狀況

豐缺指標劃分是以相對產(chǎn)量小于50%的為極低；50%～75%的為低；75%～95%的為中；大于95%的為高。與全部處理中產(chǎn)量最高的N2P3K2高磷處理(處理7)相比，N0P2K2缺氮處理(處理2)的相對產(chǎn)量為62.86%，表明土壤速效氮豐缺狀況為缺；N2P0K2缺磷處理(處理)的相對產(chǎn)量為54.57%，表明土壤速效磷豐缺狀況為缺；N2P2K0缺鉀處理(處理)的相對產(chǎn)量為97.43%，表明土壤速效鉀豐缺狀況為偏高。表6

表6　紫花苜蓿缺素處理及相對產(chǎn)量

3討 論

3.1施氮肥對苜蓿產(chǎn)量的影響

氮有“生命元素”之稱，是植物體內(nèi)許多重要有機化合物的組分，參與植物體內(nèi)的各項生命活動[10]。紫花苜蓿開花前至開花期干物質(zhì)中含氮量一般不低于4.4%，含氮量的臨界水平是2.7%～3.3%[11]，大約每生產(chǎn)10 t苜蓿干草約從土壤中吸收186 kg的氮[12]。但在強酸、強堿和干旱等逆境條件下根瘤固氮效率較低，需要適量施氮。適量氮肥能刺激紫花苜蓿的生長，從而增加草的產(chǎn)量。試驗中，紫花苜蓿的草產(chǎn)量隨著施氮肥量的增加而增加，夏季在溫度高、日照強下，是植物生長最旺盛的時候，而此時苜蓿的生長需要大量的氮，但此時是根瘤菌最不活躍的時期，根瘤菌隨時間的推移持續(xù)的降低，自身固氮已不能滿足苜蓿生長的需要，苜蓿高產(chǎn)需適量的施氮肥。

3.2施磷肥對苜蓿產(chǎn)量的影響

苜蓿屬于喜磷作物，磷的臨界水平為2.6～3.2 g/kg[11]。1 t苜蓿干草含有6～7 kg P2O5[13]。土壤中足夠的磷是建植高產(chǎn)苜蓿田所必不可少的。施磷量、施磷方式以及施磷的效果依賴于土壤的基礎(chǔ)肥力和固磷水平。據(jù)韓雪松[14]報道，二年生苜蓿施肥后鮮干草產(chǎn)量都顯著增加，施180 kg/hm2P2O5處理增產(chǎn)效果最明顯。許多研究表明，施磷能有效提高苜蓿鮮干草產(chǎn)量[15]。試驗也得到類似結(jié)果，隨施磷肥的增加，紫花苜蓿大幅增產(chǎn)，增產(chǎn)率最高可達83.25%。

3.3施鉀肥對苜蓿產(chǎn)量的影響

鉀是苜蓿所需的第兩大營養(yǎng)元素，鉀在苜蓿中保持著2.3%～2.5%的臨界濃度[16]，當植株病蟲害增多，光合作用減弱，莖細小柔弱易倒伏，都是缺鉀造成的，追施鉀肥可抑制這些情況的發(fā)生。苜蓿的固氮率與根瘤化會在鉀肥的作用下得以增強。我國北方土壤速效鉀含量在100～200 mg/kg，部分高于300 mg/kg，可視為“基本不缺鉀”，一般能滿足苜蓿的生長需求[17]。試驗中，隨著施鉀量的增加，紫花苜蓿的產(chǎn)量小幅度的減產(chǎn)；缺鉀肥的相對產(chǎn)量大于95%，表明土壤速效鉀豐缺狀況為偏高，即本地區(qū)種植紫花苜蓿不需要施鉀肥。

4結(jié) 論

在滴灌條件下，施氮、磷、氮磷和磷鉀配施肥均能增加苜蓿的草產(chǎn)量，高磷處理效果更明顯，N2P3K2處理產(chǎn)量高達35 017.50 kg/hm2；施鉀肥、氮鉀配施降低苜蓿草產(chǎn)量。結(jié)合肥料效應(yīng)方程和養(yǎng)分豐缺指標法，得出苜蓿推薦施氮(N)和磷(P2O5)量分別為60和120 kg/hm2，試驗土壤中富含鉀，不用施鉀肥。

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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

基金項目:國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-35)

作者簡介:楊浩宏(1987-)，男，碩士研究生，研究方向為飼料資源開發(fā)與利用，(E-mail)769851004@qq.com 通訊作者(Cotresponding author):馬春暉(1966-)，男，教授，博士，研究方向為牧草生產(chǎn)與加工，(E-mail)chunhuima@126.com

中圖分類號：S551+7；S14

文獻標識碼：A

文章編號：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