陸曉燕，胡漢錫，袁 庚，賀維維

(江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院， 江蘇 泰州 225300)

磷是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要元素，在紫花苜蓿體內(nèi)的含量為0.2%～0.5%，遠(yuǎn)低于氮和鉀[1]。但研究表明，當(dāng)?shù)租浥涫r(shí)，紫花苜蓿產(chǎn)量高低的主要決定因素為磷，尤其在南方農(nóng)區(qū)普遍缺磷的條件下，施用磷肥顯得尤為重要[2]。豆科作物對(duì)氮、磷、鉀的需求為2∶1∶2，而一般栽培作物為3∶1∶2.5，可見(jiàn)，豆科作物對(duì)磷的需求更為迫切。種植紫花苜蓿的土壤，磷元素會(huì)明顯減少，其中15～30 cm土層下降60.8%， 75～90 cm土層亦有明顯下降的現(xiàn)象[3]。

紫花苜蓿的產(chǎn)量構(gòu)成因子包括單位面積株數(shù)、每株分枝數(shù)和每枝干重。當(dāng)紫花苜蓿的播種密度一定時(shí)，其產(chǎn)量由每株分枝數(shù)和每枝干重決定。Sanderson等[4]研究發(fā)現(xiàn)，施磷處理顯著增加了每株分枝數(shù)和每枝干重，從而使產(chǎn)量增加。有研究表明，磷肥顯著增加了紫花苜蓿的每株分枝數(shù)[5]。Berg等[6]研究發(fā)現(xiàn)磷素處理并沒(méi)有增加紫花苜蓿的每株分枝數(shù)，產(chǎn)量的增加主要是因?yàn)槭┝自黾恿嗣恐Ω芍?。紫花苜蓿的分枝包括由根頸芽發(fā)育而來(lái)的根頸分枝和由腋芽發(fā)育而來(lái)的莖分枝。研究表明，南方農(nóng)區(qū)紫花苜蓿與糧經(jīng)作物復(fù)種的短期栽培模式下，根頸分枝是決定紫花苜蓿產(chǎn)量的主要分枝類型[7]。在此栽培模式下，磷素處理將對(duì)紫花苜蓿的分枝生長(zhǎng)特性和產(chǎn)量產(chǎn)生怎樣的影響，目前缺少相關(guān)的研究。本試驗(yàn)選用在南方農(nóng)區(qū)產(chǎn)量比較穩(wěn)定、表現(xiàn)較好的非秋眠性品種WL525HQ進(jìn)行秋播翌年刈割2茬的短期栽培試驗(yàn)，研究磷素處理對(duì)紫花苜蓿分枝生長(zhǎng)及相關(guān)生理的影響，以期為紫花苜蓿高產(chǎn)栽培及其機(jī)理研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試紫花苜蓿品種為WL525HQ(秋眠級(jí)8.2)，由北京正道生態(tài)科技有限公司提供。磷肥為過(guò)磷酸鈣(P2O5≥12%)，湖北省當(dāng)陽(yáng)市星光磷化有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)由田間試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)兩部分組成。

1.2.1田間試驗(yàn) 播種時(shí)間為2019年10月7日，樣品采集分別于2020年5月6日和6月17日初花期進(jìn)行，每次刈割留茬高度為5 cm。田間試驗(yàn)在江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院園林園藝學(xué)院的實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行，供試土壤為沙壤土，其中pH 7.02、堿解氮95 mg·kg-1、有效磷24 mg·kg-1、速效鉀125 mg·kg-1。田間試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。設(shè)0(P1)、10(P2)、20(P3)、30(P4)和40(P5)g·m-2P2O5共5個(gè)磷素處理， 每個(gè)處理4次重復(fù)，共20個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積1 m×1 m，小區(qū)間隔0.5 m，試驗(yàn)地周邊設(shè)置0.5 m寬的保護(hù)行。條播，每個(gè)小區(qū)播種4條，條與條之間間隔0.5 m，播種量為1 g·條-1，播種深度1～2 cm。磷肥分3次在行間開溝施入，其中50%在播種前施入、25%在第1茬刈割前1周施入，25%在第2茬刈割前1周施入。

1.2.2盆栽試驗(yàn) 播種時(shí)間為2020年10月12日，樣品采集分別于2021年5月15日和6月24日初花期進(jìn)行，每次刈割留茬高度為5 cm。盆栽試驗(yàn)在江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院園林園藝學(xué)院的溫室進(jìn)行，盆土質(zhì)地為沙壤土，其中pH7.12、堿解氮108 mg·kg-1、有效磷18 mg·kg-1、速效鉀105 mg·kg-1。盆栽試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組排列。設(shè)0(P1)、5(P2)、10(P3)、15(P4)和20(P5) g P2O5盆共5個(gè)磷素處理， 每個(gè)處理4次重復(fù)，共20盆。盆缽直徑27 cm，盆高31 cm，每盆裝土10 kg。每盆播50粒種子，生長(zhǎng)期內(nèi)間苗，最終保留20株。磷肥在播種前一次性拌入盆裝土。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1地上部分枝性狀的測(cè)定 田間試驗(yàn)每次刈割時(shí)于各小區(qū)內(nèi)挖取有代表性的植株10株，盆栽試驗(yàn)每次刈割時(shí)于各盆內(nèi)挖取有代表性的植株5株，分別記錄根頸分枝(分枝基部≤0 cm，地面高度視為0 cm)和莖分枝(0 cm<分枝基部<5 cm)的數(shù)量，60℃分類烘干至恒重，以此計(jì)算出各自的單枝干重和單株干重。

1.3.2根系養(yǎng)分含量的測(cè)定 盆栽試驗(yàn)中在上述植株取樣時(shí)挖取其20 cm的根系，自來(lái)水洗凈，蒸餾水沖洗，將根系切割成1～2 cm的小段，60℃烘干稱重，粉碎過(guò)1 mm孔篩，供根系養(yǎng)分的測(cè)定?？扇苄蕴呛坎捎幂焱壬y(cè)定[8]；淀粉含量采用高氯酸酸解法測(cè)定[9]；總的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(TNC)含量為可溶性糖和淀粉含量之和；總氮含量采用全自動(dòng)凱式定氮儀測(cè)定；各養(yǎng)分的貯存量為其含量乘以根系干重。

1.3.3地上部再生速度的測(cè)定 盆栽試驗(yàn)每次刈割后12 d于各盆內(nèi)選取有代表性的植株5株，5 cm 刈割后將地上部105℃殺青30 min，60℃烘干48 h稱重，計(jì)算地上部再生量及刈割后12 d內(nèi)的干物質(zhì)生長(zhǎng)速率。干物質(zhì)生長(zhǎng)速率=刈割后12 d的地上部再生量/12。

1.3.4光合指標(biāo)的測(cè)定 采用美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn)的 LI-6400便攜式光合儀測(cè)定。盆栽試驗(yàn)中，在各茬刈割前，于每盆分別選取4個(gè)方向自頂端向下第3～5片完全展開葉的中間小葉各1片進(jìn)行光合參數(shù)測(cè)定，并采用方格法測(cè)定葉面積。測(cè)定時(shí)間均為上午9:30至11:30。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010和Word 2010軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪制表格；采用IBM SPSS Statistics 20軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，并用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷素處理對(duì)紫花苜蓿分枝數(shù)的影響

由表1可知，除了田間試驗(yàn)第1茬中P1處理的根頸分枝數(shù)顯著高于其他處理外(P<0.05)，其余各茬次的根頸分枝數(shù)和莖分枝數(shù)在處理間均無(wú)顯著差異(P>0.05)。除田間試驗(yàn)中P1處理的每株總分枝數(shù)顯著高于P4處理(P<0.05)外，各茬次的每株總分枝數(shù)在處理間亦無(wú)顯著差異(P>0.05)。

2.2 磷素處理對(duì)紫花苜蓿分枝干重和單株干重的影響

由表2可知，田間和盆栽試驗(yàn)中各茬的根頸分枝單枝重、莖分枝單枝重和單株干重均隨著磷肥用量的增加而顯著增加(P<0.05)，除了田間試驗(yàn)第2茬的根頸分枝單枝重在處理間差異不顯著(P>0.05)，但亦呈現(xiàn)出隨著磷肥用量的增加而增加的趨勢(shì)。

表2 不同磷素處理下紫花苜蓿各茬分枝干重和單株干重

2.3 磷素處理與紫花苜蓿分枝生長(zhǎng)指標(biāo)的相關(guān)性分析

由表3可知，磷素處理除在第1茬與根頸分枝數(shù)和總分枝數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)外(P<0.05)，對(duì)第1茬莖分枝數(shù)以及第2茬根頸分枝數(shù)、莖分枝數(shù)和總分枝數(shù)的影響不相關(guān)。但磷素處理對(duì)分枝單枝重的影響較大，其中，根頸分枝單枝重在田間試驗(yàn)的第1茬和盆栽試驗(yàn)的各茬中均與磷素用量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)；莖分枝單枝重在各茬中與磷素用量的正相關(guān)關(guān)系均達(dá)顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)水平。磷素用量與紫花苜蓿各茬單株干重均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。

表3 磷素處理與紫花苜蓿分枝生長(zhǎng)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

2.4 磷素處理對(duì)紫花苜蓿光合性能的影響

凈光合速率是反映牧草光合能力的重要指標(biāo)，也是決定牧草產(chǎn)量的重要因素。由表4可知，第1茬除P2處理外，其余磷素處理的凈光合速率均顯著高于對(duì)照(P<0.05)；第2茬的凈光合速率隨著磷素用量的增加而提高，但處理間差異不顯著(P>0.05)。氣孔導(dǎo)度的大小會(huì)顯著影響植物CO2的固定速率和水分的蒸騰速率。第1茬中使用磷素的處理，其氣孔導(dǎo)度與對(duì)照相比均無(wú)顯著性差異(P>0.05)；第2茬中除了P2處理顯著高于對(duì)照外(P<0.05)，其余磷素處理亦與對(duì)照差異不顯著(P>0.05)。細(xì)胞間CO2濃度是葉片光合反應(yīng)的底物，一定程度上可反應(yīng)光合速率的高低。第1茬中P3和P5處理的胞間CO2濃度顯著高于對(duì)照(P< 0.05)；第2茬中P2處理的胞間CO2濃度最高，顯著高于P3和P4(P<0.05)，但與對(duì)照差異不顯著(P>0.05)。蒸騰作用是植物對(duì)水分和礦物質(zhì)吸收和運(yùn)輸?shù)闹饕獎(jiǎng)恿?，各處理間蒸騰速率的變化趨勢(shì)與凈光合速率基本保持一致。第1茬除P2處理的蒸騰速率低于對(duì)照外，其余各處理的蒸騰速率均顯著高于對(duì)照(P<0.05)；第2茬中各處理的蒸騰速率均高于對(duì)照，但除了P2處理顯著高于對(duì)照外(P<0.05)，其余各處理與對(duì)照相比，差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)。

表4 不同磷素處理下紫花苜蓿各茬的光合性能

2.5 磷素處理對(duì)紫花苜蓿根系養(yǎng)分含量的影響

由圖1可知，第1茬刈割時(shí)根系中的可溶性糖含量、淀粉含量和TNC含量在處理間差異均不顯著(P>0.05)。第2茬刈割時(shí)的可溶性糖含量和淀粉含量在處理間差異顯著(P<0.05)，其中P2處理的可溶性糖含量顯著高于對(duì)照(P<0.05)，而P5處理的淀粉含量顯著高于對(duì)照(P<0.05)；TNC含量在處理間差異亦不顯著(P>0.05)。各茬的可溶性糖貯存量、淀粉貯存量和TNC貯存量均呈現(xiàn)出隨著磷素用量增加而增加的趨勢(shì)。第一茬中，P4和P5處理的可溶性糖貯存量顯著高于對(duì)照(P<0.05)，P2和P5的淀粉貯存量顯著高于對(duì)照(P<0.05)，而P2、P4和P5的TNC貯存量顯著高于對(duì)照(P<0.05)；第2茬中，P5的可溶性糖貯存量、淀粉貯存量和TNC貯存量均顯著高于其他處理(P<0.05)。各茬的總氮含量和總氮貯量均隨著磷素用量的增加而顯著增加(P<0.05)。

2.6 磷素處理對(duì)紫花苜蓿再生速度的影響

紫花苜蓿刈割后地上部的生長(zhǎng)速率是評(píng)價(jià)其再生性能的重要指標(biāo)，與生物產(chǎn)量密切相關(guān)。由圖2可知，每一茬刈割后的干物質(zhì)增長(zhǎng)速率均隨著磷素用量的增加而顯著升高，第1茬中P3、P4和P5處理的干重日增量顯著高于對(duì)照(P<0.05)，第2茬中P4和P5處理的干重日增量亦顯著高于對(duì)照(P<0.05)。

2.7 紫花苜蓿根系養(yǎng)分含量與地上部再生量的相關(guān)性分析

由表5可知，各茬刈割后的地上部再生量與可溶性糖、淀粉和TNC的含量的相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平(P> 0.05)，但與可溶性糖、淀粉和TNC的貯存量均達(dá)顯著(P<0.05)或極顯著水平(P<0.01)。各茬刈割后的地上部再生量分別與第1茬和第2茬的總氮含量呈極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)正相關(guān)，與兩茬的總氮貯存量均呈極顯著(P<0.001)正相關(guān)關(guān)系。

注：同一茬次的不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，圖2同。圖1 不同磷素處理下紫花苜蓿根系養(yǎng)分的含量和貯存量Fig.1 Nutrient contents and storage capacity of Medicago sativa roots under different phosphorus treatments

圖2 不同磷素處理下紫花苜蓿刈割后0～12 d的干重增長(zhǎng)速率Fig.2 Dry weight growth rate of Medicago sativa at 0-12 d after mowing under different phosphorus treatments

表5 刈割后12 d 地上部的再生量與刈割時(shí)的根系養(yǎng)分含量和總量的相關(guān)系數(shù)

3 討論與結(jié)論

3.1 磷素處理對(duì)紫花苜蓿分枝生長(zhǎng)的影響

施肥促使紫花苜蓿產(chǎn)量增加主要是通過(guò)改變產(chǎn)量因子的性狀引起的。田間試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)結(jié)果均表明：磷素處理對(duì)紫花苜蓿各茬的根頸分枝數(shù)、莖分枝數(shù)和總分枝數(shù)影響不顯著(P>0.05)，除了田間試驗(yàn)第1茬刈割時(shí)的根頸分枝數(shù)和總分枝數(shù)外；但顯著增加了各茬的根頸分枝單枝重和莖分枝單枝重(P<0.05)，從而提高了單株干重。Berg等[6]研究發(fā)現(xiàn)施磷處理后單株分枝數(shù)并沒(méi)有增加，產(chǎn)量的增加主要是因?yàn)槭┝自黾恿嗣恐Ω芍?。但也有研究表明，施用磷肥?huì)降低紫花苜蓿的植株密度，紫花苜蓿植株密度的下降會(huì)使單株分枝數(shù)增加以維持高產(chǎn)。Sanderson等[4]研究發(fā)現(xiàn)，施磷59 kg· hm-2的處理，建植2年后紫花苜蓿的植株密度從495株·m-2下降至98株·m-2，而沒(méi)有施磷的處理植株密度為134株·m-2；但施磷處理顯著增加了每株分枝數(shù)和每莖干重，從而使產(chǎn)量增加。分析原因可能是本試驗(yàn)中紫花苜蓿是短期栽培，生長(zhǎng)時(shí)期短于9個(gè)月，導(dǎo)致磷素處理對(duì)分枝數(shù)的影響不顯著；另一方面田間試驗(yàn)中紫花苜蓿的播種密度(40 kg·hm-2)高于其他試驗(yàn)，播種密度的提高使得植株間對(duì)水分和光照的競(jìng)爭(zhēng)增加，由于遮陰等原因，莖基部芽的發(fā)生發(fā)育受到限制，導(dǎo)致分枝數(shù)量的減少。

3.2 磷素處理對(duì)紫花苜蓿分枝生理的影響

光合作用是植物生長(zhǎng)和積累干物質(zhì)的基礎(chǔ)，與牧草產(chǎn)量密切相關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，磷素處理提高了紫花苜蓿的凈光合速率。凈光合速率是單位時(shí)間內(nèi)單位葉面積固定CO2的量，凈光合速率的增加意味著單位時(shí)間內(nèi)光合作用產(chǎn)生的碳水化合物的增加，從而增加了紫花苜蓿的分枝干重。光合作用合成的碳水化合物除了滿足自身生長(zhǎng)的需要外，部分會(huì)以不同的形式貯存在貯藏器官內(nèi)，當(dāng)植株的光合能力不能維持正常的生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)(如春季返青后的快速生長(zhǎng)期和刈割后的再生初期)，就會(huì)動(dòng)用貯存的碳水化合物作為物質(zhì)和能量的來(lái)源[10-11]。本試驗(yàn)結(jié)果也表明，磷素處理顯著增加了紫花苜蓿根系碳水化合物(包括可溶性糖、淀粉和總的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物)的貯存量(P<0.05)，從而顯著提高了紫花苜蓿刈割后的再生速度。研究表明，紫花苜蓿刈割后再生枝條中的氮主要來(lái)源于刈割時(shí)根系中貯存的氮，任何能夠影響根系氮源積累的處理均會(huì)影響植株的再生能力[12]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，紫花苜?？偟亢唾A存量均隨著磷素水平的升高而顯著增加(P<0.05)，且與紫花苜蓿刈割后的再生量達(dá)顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)正相關(guān)關(guān)系。由此推測(cè)，磷素能夠增加紫花苜蓿每枝干重的原因在于磷素促進(jìn)了根系與新生枝間的養(yǎng)分流動(dòng)，從而加快了新生枝的生長(zhǎng)。