绿洲区滴灌条件下施磷对紫花苜蓿生产性能及品质的影响

张凡凡，于磊,2*，马春晖，张前兵，鲁为华,2

(1.石河子大学动物科技学院，新疆 石河子 832000；2.新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆 石河子 832000)

绿洲区滴灌条件下施磷对紫花苜蓿生产性能及品质的影响

张凡凡1，于磊1,2*，马春晖1，张前兵1，鲁为华1,2

(1.石河子大学动物科技学院，新疆 石河子 832000；2.新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆 石河子 832000)

摘要：为提高滴灌条件下紫花苜蓿的生产性能及营养品质，对北疆绿洲区滴灌条件下两个品种紫花苜蓿开展施磷的研究。设置一次性施180 kg/hm2磷肥(L1)、一次性施360 kg/hm2磷肥(H1)、分次施180 kg/hm2磷肥(L2)、分次施360 kg/hm2磷肥(H2)及不施肥(CK)5个处理，通过对其生产性能和营养品质进行测定。结果表明，不同施磷模式对新牧2号第1茬干草产量、生长速度、叶茎比及第3茬株高有显著影响(P<0.05)，对三得利第3茬干草产量、生长速度有显著影响(P<0.05)，对其余各生产性能相关指标均无显著影响(P>0.05)。不同施磷模式对新牧2号各茬次粗蛋白、粗纤维及第1茬粗灰分有显著影响(P<0.05)，对三得利第1，3茬粗灰分有显著影响(P<0.05)，对其余各营养品质相关指标均无显著影响(P>0.05)。采取模糊相似优先比分析法综合生产性能及品质的各项指标，得到新牧2号和三得利的最佳施磷模式，按优劣排序为H1>L1>H2>L2>CK。

关键词：紫花苜蓿；滴灌；磷肥；生产性能；营养品质；相似优先比分析

Effect of phosphorus application under drip irrigation on the productivity and quality of alfalfa in Northern Xinjiang

ZHANG Fan-Fan1, YU Lei1,2*, MA Chun-Hui1, ZHANG Qian-Bing1, LU Wei-Hua1,2

1.CollegeofAnimalScience&Technology,ShiheziUniversity,Shihezi832000,China; 2.KeyLaboratoryofOasisEcologyAgricultureofXinjiangProduction&ConstructionGroups,ShiheziUniversity,Shihezi832000,China

Abstract:In order to improve the productivity and nutritional value of alfalfa under drip irrigation, this study compared two varieties of alfalfa (Xinmu No.2, Sanditi) with different patterns of phosphorus application under drip irrigation in oasis area of northern Xinjiang. Five fertilizer treatments were established, 180 kg/ha phosphate fertilizer (L1), 360 kg/ha phosphate fertilizer (H1), 180 kg/ha phosphate fertilizer split application (L2), 360 kg/ha phosphate fertilizer split application (H2) and no phosphate fertilizer (control). The results show that different patterns of phosphorus application influence hay production, growth speed, leaf-stem ratio on first cut and plant height on third cut of Medicago sativa cv. Xinmu No.2 (P<0.05), and hay production and growth speed on third cut of M. sativa cv. Sanditi (P<0.05), and they have no significant influence on other indicators of productivity(P>0.05). And different patterns of phosphorus application influence crude protein and fibre on each crop time and crude ash on first cut of M. sativa cv. Xinmu No.2 (P<0.05), and crude ash on first and third cut of M. sativa cv. Sanditi (P<0.05), and they have no significant influence on other indicators of nutrition value (P>0.05). Application on each indicator of annual performance of two varieties of alfalfa, this test adopts similar priority ratio analysis to synthesize each indicator. And then the rank of optimum pattern of phosphorus application is H1>L1>H2>L2>CK.

Key words:alfalfa; drop irrigation; phosphate fertilize; productivity; nutrition value; similar priority ratio analysis

紫花苜蓿(Medicagosativa)是我国分布最广，栽培历史最悠久的豆科牧草，其经济价值高，生态效应好，在我国栽培草地建植中具有举足轻重的作用[1]。当前，畜牧业正处在积极发展时期，集约化养殖业的快速发展，特别是奶牛生产迫切需要大量的优质苜蓿[2]。而就当前苜蓿生产而言，大多数地区苜蓿种植模式还处在传统的生产方式，饲草生产潜能未能得到充分发挥，这与日益增长的养殖业对优质苜蓿的需求形成很大的矛盾[3]。国内外大量研究均表明，磷素是作物生长的重要营养成分[4]，其对于调节紫花苜蓿的生理功能、生产性状、营养品质等均有重要的作用，并且还能促进紫花苜蓿对其他营养元素的吸收利用[5-16]。有关研究还加入解磷真菌，从而促进紫花苜蓿对磷素的吸收[17-19]。因此如何有效利用磷肥是紫花苜蓿高效生产的关键技术之一[4]。但就目前磷肥的利用现状来看，当季利用效率低下，所以针对紫花苜蓿的高效施磷肥理论进行研究具有重要意义。新疆绿洲区是我国苜蓿种植生产的重要地区，现已大面积推广使用滴灌技术，其为苜蓿的高效生产创造了有利条件。将磷肥的施用技术与滴灌技术进行结合，对提高紫花苜蓿的产量和品质非常重要。本文以北疆绿洲区滴灌条件为研究背景，采取不同施磷肥量和施磷肥方式的组合，对紫花苜蓿的生产性能进行研究，以期探索出符合绿洲区地域特点的施磷模式。

1材料与方法

1.1　试验地概况

试验地位于新疆石河子大学农学试验站(N 44°20′，E 88°30′，海拔420 m)。该地为典型温带大陆性干旱气候，夏季短而炎热，冬季长而寒冷，年均气温6.0～6.6℃。该地日照充沛，年日照数为2721～2818 h。年降雨量110～200 mm，年蒸发量1000～1500 mm，无霜期160～170 d[20]。试验当年(2013)气候条件良好，与30年间(1981～2011年)平均气温及降水条件基本相似，总降水较30年平均值高5.16%，总积温高5.92%(表1)。试验当年(2013)耕作土层(0～20 cm)土壤类型为重壤土，有机质24.29 g/kg，碱解氮70.23 mg/kg，全磷0.43 g/kg，速效磷9.12 mg/kg，pH为6.44。

表1　1981-2011年及试验年2013年3-10月的平均降水和平均气温

1.2　试验设计

以生长第二年的2个紫花苜蓿品种三得利(M.sativacv. Sanditi)、新牧2号(M.sativacv. Xinmu No.2)为试验材料，磷肥源为重过磷酸钙，有效磷含量44%。紫花苜蓿地建植于2012年，播种深度为2～3 cm，行间距30 cm，播种量18 kg/hm2，播种前每个小区之间均埋深度为50 cm的防渗膜(聚乙烯膜)，以防串肥。采取滴灌方式进行灌水，滴灌设计采用主管+支管+毛管系统，以井水为主要水源，毛管铺设行间距为60 cm，埋管深度3～5 cm。建植当年按高产试验田进行常规的管理和观测。

2013年3月开始，采取双因素随机设计，设计施磷量和施磷方式两个因素，施磷量分别为180和360 kg/hm2[9-10]，施磷方式为一次性施入和均分3次施入，分别在返青及每次刈割后施入，共计5个处理。即一次性施180 kg/hm2磷肥(L1)、一次性施360 kg/hm2磷肥(H1)、分次施180 kg/hm2磷肥(L2)、分次施360 kg/hm2磷肥(H2)及不施肥(CK)，每个处理2个重复。追施方式为沟施，开沟深度为5 cm左右，每次施肥后立即进行滴灌，灌水量按全生长季4500 m3/hm2分配，每茬灌水约1500 m3/hm2。

1.3　测定内容与方法

生产性能测定的指标为干草产量、生长速度、株高及叶茎比[21]。干草产量的测定：在紫花苜蓿进入初花期(30%开花)时，每个小区随机取1 m2，测定鲜草质量(重复3次)，再随机称取3份200 g左右鲜草样，自然风干称量，至质量恒定后折算自然含水率及干草产量。生长速度的测定：以每次测产时单位面积的干草产量除以两次生长期间的时间(第一茬生长时间从紫花苜蓿返青开始计算)，统计出单位面积单位时间生长的干草产量。株高及叶茎比的测定：紫花苜蓿测产的同时(初花期)，随机从每小区选取20株具有代表性的植株，测量植株地面到顶部的自然高度(精确到mm)，取平均值，统计不同茬次植株高度；并随机选取20株，离地5 cm左右剪下，将叶(包括小叶、小叶柄、托叶、花序)和茎分离，分别称其鲜重，再自然风干称量，至质量恒定后计算叶(干)和茎(干)的比例。

营养品质的测定：每次紫花苜蓿进入初花期时，从每个小区随机选取3块样地进行全株采收，共采收约300 g左右鲜样，实验室65℃烘箱内烘至质量恒定，粉碎，装封口袋，干燥保存。测定的主要指标为粗蛋白(CP)、粗纤维(CF)、粗脂肪(EE)和粗灰分(Ash)。测定均按照国标法进行[22]，其中CP采用凯氏定氮法，EE采用索氏浸提法，CF采用范氏洗涤纤维分析法，Ash采用灰化法。

1.4　数据处理

采用Excel 2007和SPSS 18.0进行数据处理和统计分析[23]，其中统计分析采取最小显著差数法(LSD)。综合评价方法采取DPS 7.0软件中的模糊相似优先比分析，将待处理样品的各个指标进行分析计算，对其给予识别表示为1，固定样本(参考品种)识别表示为0，执行“相似优先比分析”。

2结果与分析

2.1　紫花苜蓿生育期的观测

紫花苜蓿的生育期直接反映出其生长发育的情况，通过对供试紫花苜蓿试验当年(2013年)生育期的观测。结果表明(表2)，两个品种紫花苜蓿各茬次物候期均近似。整个生育期间隔时间为，返青至第1茬62 d，第1至2茬30 d，第2至3茬43 d。整个观测直至2013年10月25日左右紫花苜蓿全年生育期结束为止。

2.2　不同施磷模式对紫花苜蓿生产性能的影响

通过对两个品种紫花苜蓿生产性能的测定结果表明(表3)，干草产量随着刈割次数的增加处于下降趋势。两个品种紫花苜蓿全年总干草产量按优劣排序均为H1>H2>L1>L2>CK，其中新牧2号干草产量间的差异主要表现在第1茬，各处理按优劣排序为H1>H2>L1>L2>CK(F=8.05)。三得利干草产量间的差异主要表现在第3茬，各处理按优劣排序为H1>H2>L1>L2>CK(F=3.13)。生长速度随刈割次数的增加呈倒“U型”变化，各茬次不同处理间变化差异同干草产量，其中仅新牧2号平均生长速度有所不同，其排序为H1>H2>L2>L1>CK(P>0.05)。株高的变化规律同干草产量，其中新牧2号株高间的差异主要表现在第3茬，各处理按优劣排序为H1>H2>L2>L1>CK(F=1.84)，三得利各茬次不同处理间株高变化差异均不显著(P>0.05)。叶茎比随刈割次数的增加略微呈升高趋势，全年平均叶茎比按优劣排序同总干草产量，其中新牧2号叶茎比间的差异主要表现在第1茬，各处理按优劣排序为H1>H2>L2>L1>CK(F=3.24)，三得利各茬次不同处理间叶茎比变化差异均不显著(P>0.05)。

表2　试验当年(2013)紫花苜蓿物候期

表3　不同施磷模式对紫花苜蓿生产性能及营养品质的影响Table 3 Effect on productivity and nutrition value of alfalfa in different treatment of phosphorus

2.3　不同施磷模式对紫花苜蓿营养品质的影响

通过对两个品种紫花苜蓿营养品质的测定结果表明(表3)，CP含量随刈割次数的增加略微呈升高趋势，两个品种紫花苜蓿全年平均CP按优劣排序均为L1>H1>L2>H2>CK。其中新牧2号各茬次不同处理间均存在显著差异(P<0.05)，第1茬各处理按优劣排序为L1>L2>H1>H2>CK(F=58.36)；第2茬按优劣排序为H1>L1>H2>L2>CK(F=35.27)；第3茬按优劣排序为H2>L1>L2>H1>CK(F=4.08)。三得利各茬次不同处理间CP含量变化差异均不显著(P>0.05)。CF含量随刈割次数的增加呈“U型”变化，新牧2号全年平均CF按优劣排序为L1>L2>H1>H2>CK(P>0.05)，三得利为L2>L1>H2>CK>H1(P>0.05)。其中新牧2号CF含量间均存在显著差异(P<0.05)，第1茬各处理按优劣排序为H1>H2>L1>L2>CK(F=6.26)；第2茬按优劣排序为L2>CK>H2>H1>L1(F=8.12)；第3茬按优劣排序为CK>H1>H2>L1>L2(F=30.33)。三得利各茬次不同处理间CF含量变化差异均不显著(P>0.05)。不同处理对EE含量影响不大，两个品种紫花苜蓿各茬次不同处理间EE含量变化差异均不显著(P>0.05)。Ash随刈割次数的增加变化趋势同CF，新牧2号全年平均Ash按优劣排序为L1>H1>L2>H2>CK(P>0.05)，三得利排序为L1>H1=L2>H2>CK(P>0.05)。其中新牧2号Ash间的差异主要表现在第1茬，各处理按优劣排序为L1>H1=L2>H2=CK(F=15.25)。三得利Ash间的差异主要表现在第1、3两茬，第1茬各处理按优劣排序为L1>H2>H1>L2>CK(F=2.88)，第3茬为L2>H1=L1>H2>CK(F=7.5)。

2.4　最佳施磷模式的模糊相似优先比评价

由于不同施磷模式在两个品种紫花苜蓿生产性能及营养品质各项指标上表现有所不同，因此需要采取综合评价方法来判断最佳的施磷模式。模糊相似优先比分析是综合评价的一种方法，其是以所评价的样本与固定样本(理想样本)进行对比，对比得出的相似值越小即与固定样品越接近，被评价样本越接近理想状态。通过查阅相关文献[24-26]，制定紫花苜蓿生产性能及营养品质各相关指标的权重及参考指标(表4)。以此为标准将两个品种紫花苜蓿生产性能和营养品质各指标的全年和值(均值)进行综合评价。按相似度评分从小到大的顺序进行排序，新牧2号为15分(H1)>17分(L1)>23分(H2)>25分(L2)>40分(CK)，三得利排序为16分(H1)>17分(L1)>23分(H2)>23分(L2)>38分(CK)。

表4　紫花苜蓿生产性能及营养品质各相关指标的权重及参考指标

3讨论

3.1　不同施磷模式对紫花苜蓿生产性能及品质的影响

磷肥对于紫花苜蓿的生长发育起着至关重要的作用，在滴灌条件下不同施磷量和施磷方式的组合必然会影响紫花苜蓿的生产性能。生产性能主要表现在干草产量上，而生长速度、株高和叶茎比同干草产量呈正相关[27]，即生长速度、株高和叶茎比可直接影响紫花苜蓿的干草总产量。本试验研究表明，不同施磷模式对紫花苜蓿的各生产性能指标均有一定影响，其主要体现在新牧2号全年干草总产量(F=18.41)及平均叶茎比(F=8.13)上。这表明施用磷肥可显著增加紫花苜蓿叶茎比，从而提高单位面积的干草产量[16,28]。另外，不同施磷模式主要影响紫花苜蓿1、3两茬的生产性能，其原因可能为第2茬水、热条件较好，此时紫花苜蓿的生长主要依赖于环境因子[15,17]，而仅当气温较低时(第1、3两茬)，磷肥才起主导作用[4,7,12]。株高在整个生育期内受磷肥的作用效果不明显，且均呈现下降的趋势，这表明磷肥对紫花苜蓿株高的形成不起主要作用[5,11]。对于提高紫花苜蓿生产性能的施磷模式，整体表现为一次性施肥优于分次施肥，施用360 kg/hm2磷肥优于180 kg/hm2磷肥，原因可能与土壤中磷的解析和吸附机制及紫花苜蓿体内磷素的转化利用机制有关[8,12]。

营养品质的指标主要包括构成因素为CP、CF、EE和Ash。本试验研究结果表明，不同施磷模式主要影响新牧2号的CP含量、各茬次CF含量及第1茬Ash含量，对其余指标影响不显著(P>0.05)，其中一次性施入180 kg/hm2磷肥对新牧2号营养品质的增益效果最好，而一次性施入360 kg/hm2磷肥的增益效果却有所下降，这表明高磷肥的施入会抑制紫花苜蓿的营养品质[6,9-10,13]。所以，在过高追求生产性能的同时，营养品质会大打折扣[5,12]。对于提高紫花苜蓿营养品质的施磷模式一次性施肥优于分次施肥，施用180 kg/hm2磷肥优于360 kg/hm2磷肥，这说明紫花苜蓿在生长过程中确实需要磷素的供应，但过剩会引起紫花苜蓿的早衰及失绿症的发生，并抑制其对于其他营养物质的吸收，从而导致营养品质的下降[13,16]。

3.2　北疆绿洲区滴灌条件下紫花苜蓿最佳施磷模式初探

不同施磷模式对不同品种紫花苜蓿的生产性能及营养品质的影响不同(表3)，这说明磷肥对紫花苜蓿具有品种选择性，只有在适合的条件种植合适的品种才能达到增产效果，磷肥的施用量才会与紫花苜蓿的生产性能和品质呈正相关[12-14,29]。在新疆绿洲区滴灌条件下的紫花苜蓿平均产量均可达到20 t/hm2左右[30]，本试验中仅使用滴灌处理(CK)的产量完全可达到这一产量，这说明滴灌模式可促进紫花苜蓿的优质高产。而将不同施磷模式与滴灌模式结合，各生产性能与营养品质在此基础上又有所提高，由于各指标提高程度不同，因此用某一项指标评价出的最佳施磷模式都是不科学的，因此采用模糊相似优先比进行综合评价。综合生产性能和营养价值的各项指标，结果表明，滴灌条件下一次性施磷肥优于分次施磷肥，施用高浓度磷肥优于低浓度磷肥。最佳施磷模式为一次性施用360 kg/hm2磷肥，在此施磷模式下紫花苜蓿亩产可接近报道出的最大产量(30 t/hm2)[30]。这表明滴灌条件下合理的施磷模式可大幅度提高苜蓿的综合性能。而结合磷肥报酬、磷肥后作效应及水肥耦合等问题的最佳施磷模式本文没有涉及，在后续工作中尚需继续深入研究。针对环境因素及紫花苜蓿的需磷特性，建议在水热条件较差的情况下增施磷肥，条件较好时少施或不施磷肥。

4结论

绿洲区滴灌条件下种植三得利综合表现较好，而结合不同施磷模式后新牧2号综合表现较好。综合生产性能和营养品质的最佳施肥模式按优劣排序为一次性施360 kg/hm2磷肥>一次性施180 kg/hm2磷肥>分次施360 kg/hm2磷肥>分次施180 kg/hm2磷肥>不施肥。此结果为绿洲区滴灌条件紫花苜蓿的合理施磷提供了部分理论依据。

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通讯作者*Corresponding author. E-mail:shzyulei@sina.cn

作者简介：张凡凡(1989-)，男，新疆乌鲁木齐人，在读博士。E-mail:zhangfanshzu@sina.cn

基金项目：石河子大学自然科学研究与技术创新项目(RCGB201102)，石河子大学高层次人才科研启动资金专项(RCZX201301)和国家牧草产业技术体系(CARS-35)资助。

收稿日期：2014-11-13；改回日期：2015-01-14

DOI：10.11686/cyxb2014467