我国紫花苜蓿主产田土壤养分和植物养分调查分析

谢开云，何峰*，李向林*，韩冬梅，万里强

(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193；2.兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)



我国紫花苜蓿主产田土壤养分和植物养分调查分析

谢开云1，何峰1*，李向林1*，韩冬梅2，万里强1

(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193；2.兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)

摘要：科学合理施肥是保证植物正常生长，提高肥料利用率，解决生产和环境问题矛盾的重要途径。为了掌握我国紫花苜蓿在生产中的施肥管理状况，在2012年和2013年两年对我国北方紫花苜蓿主产区49个样地土壤养分和植物养分以及苜蓿第一茬产量进行调查分析，并针对紫花苜蓿的施肥管理向种植户(包括企业)开展了问卷调查。结果表明, 1)我国紫花苜蓿主要集中种植在相对贫瘠的砂性土壤上。在调查的49个样地中，砂性土壤占总样点数的71.4%，主要在内蒙古、甘肃和新疆。大部分样地的土壤有效氮丰富，仅10%的样地因为沙质土壤中有机质含量极少而导致土壤有效氮缺乏。有24.5%的样地土壤速效磷缺乏，其中10.2%的样地速效磷处于极缺水平；有10.2%的样地土壤速效钾缺乏(样地数N=49)。土壤中量元素Ca和Mg较为充足。微量元素中有32.2%的样点有效铁缺乏(N=28)，主要分布在甘肃和内蒙古；7.1%(N=28)的样点有效锰缺乏，分布在甘肃和内蒙古。有14.3%的样点有效铜缺乏(N=28)，其中有一个分布在甘肃，其余3个样点在内蒙古；有50%的样点有效锌缺乏(N=28)，其中8个处于极缺状态(甘肃、陕西各3个，内蒙古2个)，6个处于缺乏状态(山东3个，河北、陕西和黑龙江各1个)；有10.7%的样点有效钼含量缺乏(N=28)，主要分布在内蒙古。有效硼含量处于丰富状态(N=28)。2)苜蓿植株氮素营养状况较好，而磷钾营养状况较差。微量元素中钼有49%的样点出现缺乏(N=49)。相关性分析结果表明土壤全磷和速效磷都与产量具有显著的正相关关系(P<0.05)，说明施用磷肥对苜蓿具有显著的增产潜力。3)在调查的49个样点中有18个样点没有进行任何施肥措施，其中大多数为农户。施氮肥作为提高产量的手段占57.1%，大多数为企业种植者。磷肥重视程度高于钾肥，有41%的样地施用磷肥，仅有26.5%的样地施用钾肥。对有机肥重视不够(仅有8个样地施用有机肥)。所有种植者均没有施用过微肥。总之，我国紫花苜蓿主产区在生产实践中应少施或不施氮肥，应重视磷钾肥的配施，也应重视微量元素的作用，尤其是钼元素。

关键词：紫花苜蓿；土壤养分；植物营养；施肥；产量；微量元素

紫花苜蓿(Medicagosativa)作为世界上栽培历史最悠久、种植面积最大、利用价值最高的优质豆科牧草，对促进我国节粮型畜牧业发展和提高奶牛单产水平，保障牛奶品质具有重要作用。相对于其他牧草，紫花苜蓿具有更高的产量和营养价值，也相应地需要更高的营养需求来保障营养品质。因此，土壤的营养状态对紫花苜蓿的生长具有重要作用。我国的苜蓿种植产业带主要分布在新疆东部、甘肃、宁夏、陕西、山西、河北、山东、内蒙古南缘、辽宁、吉林、黑龙江等地，目前形成东北、华北和西北牧草加工优势产业带[1]。紫花苜蓿为多年生豆科牧草，以收获营养体为目的，每年要刈割2～4次。初步测算，每t紫花苜蓿干草中含22.7～31.8 kg氮素，3.6～7.3 kg磷素(P2O5)，21.8～32.7 kg钾素(K2O)以及钙(12.7～15.9 kg)、镁(2.3～3.6 kg)、硫(1.8～2.7 kg)和硼(0.022 kg)、锌(0.022 kg)、铜(0.0091 kg)、钼(0.00023 kg)等微量元素。紫花苜蓿每形成l kg干物质，需吸收氮素0.03 kg，磷素0.002 kg，钾素0.026 kg[2]。多次刈割必然带走土壤中大量的营养元素，产草量愈高，带走的营养愈多，造成土壤养分的不断流失和匮乏，不仅苜蓿生产潜力得不到发挥，而且实际生产力会不断下降[3]。为了满足苜蓿正常生长对养分的需求，需通过施肥来补充土壤养分，以保证苜蓿的高产、稳产和优质。近年来，针对不同地区紫花苜蓿施肥开展了大量的研究，研究均表明施肥可以显著提高紫花苜蓿的产量和品质[4-5]，但是这些研究结果是否被应用到实际生产实践中却不得而知。为了了解我国紫花苜蓿主产区牧草产量、土壤养分和植物养分吸收状况，对我国紫花苜蓿主产区开展系统调查研究，对于指导紫花苜蓿的生产实践，促进其产业发展具有重要意义。

1材料与方法

1.1样地调查

在2012和2013年对我国北方紫花苜蓿主产区土壤养分和植物养分以及苜蓿第一茬产量进行取样和调查，调查主要针对种植面积超过6.67 hm2的紫花苜蓿牧草生产田，调查地区主要包括河南、河北、山东、山西、陕西、黑龙江、吉林、内蒙古、甘肃和新疆等地(表1)。调研内容包括土壤样本和植物样本的采集，第一茬产量测定以及紫花苜蓿生产中肥料管理的问卷调查。在2012年调查21个样地分析了12种植物营养元素含量和土壤碱解氮，全氮、速效磷、全磷、速效钾和全钾养分含量，以及pH值[6]。2013年在河南、山西、陕西和内蒙古各多加1个样点，山东多3个，共计28个样地，分析了12种植物营养元素含量，土壤中大量、中量和微量元素含量。

表1　调查地位置、紫花苜蓿品种和播种年份

续表1Continued

调查样地位置Locationoftheplots调研日期Surveydate紫花苜蓿品种Alfalfavarieties种植年份Sowingyear陕西咸阳彬县西坡乡XipoVillage,BinCounty,XianyangCity,ShanxiProvince2013/6/7新牧2号XinmuNo.22009吉林公主岭GongzhulingCity,JilinProvince2013/6/13公农一号GongnongNo.12004黑龙江哈尔滨民主乡MinzhuVillage,HarbinCity,HeilongjiangProvince2013/6/14肇东苜蓿Zhaodong2011黑龙江绥化兰西远大乡YuandaVillage,LanxiCounty,SuihuaCity,HeilongjiangProvince2013/6/18农牧803Nongmu8032009新疆阿拉尔市农一师十二团(南口农场)12thCompany,1stAgriculturalShoop,AlaerCity,Xinjiang(NankouFarm)2013/5/23新疆大叶苜蓿XinjiangBigleaf2011新疆阿拉尔市农一师五团5thCompany,1stAgriculturalShoop,AlaerCity,Xinjiang2013/5/23新疆大叶苜蓿XinjiangBigleaf2011新疆昌吉市呼图壁县大丰镇DafengTown,HutubiCounty,ChangjiCity,Xinjiang2013/5/22三得利Sandy2011内蒙古赤峰市阿尔科尔沁旗ArHorqinBanner,ChifengCity,InnerMongolia2013/6/4--内蒙古赤峰市阿尔科尔沁旗ArHorqinBanner,ChifengCity,InnerMongolia2013/6/4--内蒙古鄂尔多斯鄂托克旗棋盘井镇QipanjingTown,EtuokeQi,OrdosCity,InnerMongolia2013/6/7--

1.2植物样本的采集与产量测定

在紫花苜蓿生产田中，采用大面积斜对角样点选择法选择3个具有代表性的样点，在1 m×1 m的样方中齐地面刈割，测定鲜重，并从中抽取完整植株约500 g作为样本①。再选择约300～400株，顶端对齐，从冠层顶部向下15 cm处用不锈钢剪刀截取，下部枝条抛弃，将3个样方中截取的苜蓿用蒸馏水冲洗掉表面杂物灰尘，对冲洗后的苜蓿冠层部分进行干燥处理以除去其表面残留的蒸馏水，获得样本②。将样本①和样本②置于纸袋内在105℃烘箱中杀青10 min，之后在65℃恒温条件下烘至恒重，样本①用来测定牧草含水率以计算干物质产量，样本②用于植株营养元素含量分析。

1.3植物营养元素测定

将49个样地的样本②用微型植物粉碎机(天津产)粉碎，送北京农林科学院植物营养与资源研究所中心实验室进行检测，参考土壤农化分析[7]，测定指标包括全氮(N，凯氏定氮法)、全磷(P，钒钼黄比色法)，全钾(K，火焰光度法)，钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)(硝酸-高氯酸消解法后，等离子体发射光谱法测定)、硼(B，干灰化法后，用等离子体发射光谱法)、钼(Mo，石墨炉原子吸收发光光度法)等12种生命必需元素的含量。

1.4土壤样本采集与分析

在每个样方内用土钻钻取0～30 cm层次的土壤样本。每个样点5次重复，制备混合样本。样本送北京农林科学院草业与环境研究发展中心进行检测，测定指标包括pH(pH计法)、有机质(重铬酸钾氧化-外加热法)、阳离子交换量(乙酸钠-火焰光度计法)、电导率EC(μs/cm)、全氮(凯氏定氮法)、全磷(NaOH熔融-连续流动分析仪法)、全钾(NaOH熔融-火焰分子分光光度计法)、碱解氮AN(碱解扩散法)、速效磷AP(碳酸氢钠浸提法)、速效钾AK(NH4OAC浸提-火焰原子吸收分光光度计)、土壤有效钙和有效镁(EDTA法)[7]。土壤有效态锌、锰、铁、铜主要以交换态形式存在，采用DTPA-CaCl2-TEA浸提-原子吸收分光光度法测定[8]。土壤有效硼用甲亚铵-H比色法测定[9]，有效钼用极谱法测定[10]。

1.5数据处理与分析

采用Excel 2013软件汇总所有数据，GraphPad Prism 6.0软件作图，SAS 9.0 软件进行相关性分析。

2结果与分析

2.1土壤养分的现状分析

调研结果表明，我国紫花苜蓿主要集中种植在相对贫瘠的砂性土壤上，35个样点为砂性土壤，占总样点数的71.4%，主要分布在内蒙古、甘肃和新疆。本次调研数据中有31个样点的土壤有机质含量低于15 g/kg，占总样地的63.3%。电导率EC大于0.8 μs/cm的盐土有5个样点，占总样点数的10.2%。49个调查样地全氮平均值为0.89 g/kg，全磷为0.67 g/kg，全钾为20.08 g/kg，含量相对较低(表2)。土壤速效养分中，碱解氮平均为62.30 mg/kg，变异系数达到48.47%。速效磷平均值为17.50 mg/kg，在不同地点之间差异很大，从最低的2.75 mg/kg到最高的58.50 mg/kg不等。速效钾含量相对较高，平均值为189.75 mg/kg，在不同地点之间差异很大，从最低的78.99 mg/kg到最高的417.49 mg/kg不等。

表2　调研地土壤养分的变化

注：表中所列单位仅用于表示各指标的平均值、最大值和最小值。下同。

Note: Units listed in the table are only used for representing values of the mean, maximum and minimum. The same below.

2012和2013年对紫花苜蓿主产区土壤养分进行了取样分析，参照《草地测土施肥技术规程 紫花苜蓿》行业标准的紫花苜蓿土壤营养诊断分级标准[11]，对土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾和有效硫的营养状态进行了分析(表3)。结果表明，大部分样地的碱解氮均在足够水平以上，缺乏的仅有5个样地，占49个样本的10.2%，其中一个为极缺，仅有6.44 mg/kg，在甘肃张掖。其余4个缺乏的分别是甘肃金昌，内蒙古鄂尔多斯、山东胶州和新疆呼图壁。在调查的49个样地中，速效磷缺乏的样地占有12个，占总样本的24.5%，极缺的样地有5个，占总样本的10.2%，分别分布在山西太原、甘肃金昌、黑龙江哈尔滨、北京顺义和内蒙古赤峰。速效钾缺乏的样地有5个，占总体样本的10.2%，分别分布在北京顺义，甘肃金昌，黑龙江哈尔滨，山东胶州和甘肃张掖。在调查的28个样地中，仅有一个样地的有效硫缺乏，在河北黄骅。2012年在调查的21个样地中，有15个样地有机质缺乏，占总体样本的71.4%。其中7个样地为有机质含量极缺，分别分布在新疆、内蒙古赤峰、甘肃民勤、陕西咸阳等地。对49个调查样地的pH值进行分析，49个样地的pH值均在6.0～8.0之间，对紫花苜蓿来说，酸碱度是比较适宜的。

表3　紫花苜蓿主产区土壤养分状况调查分析

注：分级标准主要参考NY/T 2700-2015《草地测土施肥技术规程 紫花苜蓿》[11]。表中所列单位仅用于表示各指标的分级标准一列。

Note: According to NY/T 2700-2015 Code of practice for soil rest and fertilizer recommendation of forage fields-Alfalfa (Medicagosativa)[11]. Units listed in the table are only used for representing values of grading standards.

对2013年调研的28个样地的土壤微量元素包括有效铁、有效锰、有效铜、有效锌、有效钼和有效硼的营养状态进行了分析(表3)，结果表明，有9个样点的有效铁缺乏，占总体样点的32.2%，其中8个样点有效铁缺乏，有1个样点极缺乏，主要分布在甘肃和内蒙古。有2个样点的有效锰缺乏，占总体样本的7.1%，分别分布在甘肃和内蒙古。有4个样点的有效铜缺乏，占总样点数的14.3%，其中有一个分布在甘肃，其余3个样点均分布在内蒙古。有14个样点的有效锌缺乏，占总样本的50%，其中8个处于极缺状态，主要分布在甘肃3个、陕西3个和内蒙古2个；6个处于缺乏状态，主要分布在山东3个，河北1个，陕西1个和黑龙江1个。28个样点的有效硼含量处于丰富状态。有3个样点的有效钼含量缺乏，占总体样本的10.7%，主要分布在内蒙古地区。中量元素Ca和Mg较为充足，有两个样点Ca水平过量，1个样点Mg水平缺乏。土壤有机质含量低和沙质土壤的微量元素含量较低。

2.2植物营养状况

以主产区49个紫花苜蓿样地初花期植物组织分析结果，依据NY/T 2700-2015《草地测土施肥技术规程 紫花苜蓿》行业标准将12种生命必需营养元素分为5级[11]，由低到高分别为缺乏、基本足够、足够、较高和过量(表4)。

表4　全国主产区49个样地紫花苜蓿营养状态

其中，植物氮素有84%的样地处于足够的水平，16%的样地处于较高的水平，植物氮含量变幅较大，最小值为2.51%，最大值为5.30%，变异系数为16.38%。植物磷钾缺乏严重，有4个样点出现磷素缺乏，占总体的8%，49个样地之间的变异系数为28.20%。有22个样点出现钾素缺乏，占总体的45%，变异系数为29.57%(表5)。由此可见，调查样区苜蓿氮素营养状况相对较好，而磷、钾营养状况较差，今后苜蓿生产中应注重磷、钾肥的使用。

49个样地的紫花苜蓿钙元素全部处于足够水平。有6个样点出现镁元素缺乏，占总体的12%。在28个样地中有2个样地出现硫元素缺乏，占总样本数的7%(在2012年对植物取样时，忽略了紫花苜蓿植株上的大气硫沉积，导致紫花苜蓿的植物养分中硫元素偏高，集体处于过量水平。在2013年取样时，所有的紫花苜蓿样品均用去离子水冲洗，然后烘干测量。因此，在计算时硫元素的样本数是从总样本数去掉2012年的样本数)。

表5　全国主产区49个样地紫花苜蓿营养值的变化

在调查的49个样地中，有5个样地出现锌缺乏，占总样本数的10%。所有样点植物中铁含量均处于较高的水平。有两个样点出现铜缺乏状态，占4%。3个样点出现锰缺乏状态，占6%，有2个样点出现硼缺乏状态，占4%，钼缺乏非常普遍，有24个样点出现缺乏，占49%。

图1　2012和2013年苜蓿主产区第一茬平均产量Fig.1　Average yield of alfalfa at first cutting in the main producing areas in 2012 and 2013　　　A:新疆Xinjiang；B:甘肃Gansu；C:内蒙古Inner Mongolia；D:河北Hebei；E:河南Henan；F:黑龙江Heilongjiang；G:吉林Jilin；H:山西Shanxi；I:山东Shandong；J:陕西Shanxi；K:北京Beijing.

2.3紫花苜蓿产量的现状

对所有样地的苜蓿第一茬产量进行了测定，在2012年调查的21个样点中，产量小于5000 kg/hm2的样点有12个，占所有样点的57.14%，产量在5000～8000 kg/hm2之间的有8个，占38.10%，产量大于8000 kg/hm2的样点只有1个，占4.76%。在2013年调查的28个样点中，产量小于5000 kg/hm2的样点有4个，占所有样点的14.29%，产量在5000～8000 kg/hm2之间的有17个，占60.71%，产量大于8000 kg/hm2的样点只有7个，占25%。产量最高样点为新疆，2012和2013年平均产量分别为6776和10346 kg/hm2，其次是甘肃和内蒙古。另外，在我们调研中，新疆、甘肃和内蒙古地区的管理措施都有灌溉，其中内蒙古样地是喷灌方式，新疆和甘肃大部分为自由漫灌，其余样地的苜蓿都是旱作。各省调查的产量分布见图1。

2.4土壤养分和植物养分与第一茬苜蓿产量的相关性

对2012和2013年土壤养分和植物养分与产量做相关性分析，结果表明，2012年土壤中全磷含量与产量的线性关系达到显著水平(R2=0.2167，P=0.033，图2)。其中2012和2013年土壤速效磷含量与产量的线性关系也达到显著水平(图2)。

图2　2012和2013年土壤速效磷含量与产量的相关关系Fig.2　Correlation analysis between soil available phosphorus content and alfalfa yield in 2012 and 2013

项目Items氮N磷P钾K钙Ca镁Mg硫S铁Fe锰Mn铜Cu锌Zn硼B钼MoR20.1990.442**0.472**0.161-0.270*-0.352**0.114-0.474*-0.289*-0.1690.350**0.437**P0.0850.0010.0000.1350.0300.0070.2170.0000.0220.1220.0070.001N494949494949494949494949

对调查样地植物养分与产量的相关性分析结果表明，植物中P和K含量与紫花苜蓿产量的相关性达到极显著水平(P<0.01，表6)，植物中S、Mn和Cu含量与苜蓿产量呈负相关(P<0.05)。微量元素中B和Mo含量与苜蓿产量的相关性达到极显著水平(P<0.01，表6)。

2.5我国苜蓿生产的施肥现状

调研的49个样点中有18个样点没有进行施肥，占总样本数的36.7%。其中农户大多数基本不施肥，企业种植者大多施用氮肥作为提高产量的手段，调查中明确施用氮肥的占57.1%(表7)。在磷钾肥中，磷肥重视程度高于钾肥，调研的49个样点中有20个明确施用磷肥，占总样点数的40.8%。仅有13个样点明确施用钾肥，占26.5%。所有样地无一施用微肥。

表7　2012和2013年苜蓿主产区施肥情况统计结果

3讨论与结论

3.1我国苜蓿地土壤养分现状

紫花苜蓿可以利用根瘤菌进行生物固氮，因此对土壤中氮素营养需求并不高，但学术界关于氮肥对苜蓿的影响一直是一个有争议的问题。有研究证明紫花苜蓿可以为轮作中的后茬植物或混播中的伴生植物提供数量可观的氮素营养[12]。国外的绝大多数报道表明苜蓿施氮没有明显增产效果，反而抑制了紫花苜蓿的生物固氮的能力，我们的室内研究结果与此一致[13]。但也有文献报道如下情况下施氮肥有增产效果：1)苜蓿苗期-根瘤发育不良或大量无效根瘤[14]；2)pH低的土壤(<6.5)，不利于根瘤菌生长[15]；3)土壤硝态氮低于15 mg/kg，有机质低于1.5%(如砂性土壤)[16]；4)播种后土壤温度持续低于15℃[17]；5)苜蓿生长年限过长(超过5年)[18]。可见，在国外主要依靠发挥紫花苜蓿生物固氮作用为其提供氮素，而我国的紫花苜蓿大部分种植在土壤贫瘠，保肥能力弱的砂性土壤中，土壤有机质含量在7～8 g/kg的水平，这些地区无论是依据积温、降水和土肥生产潜力进行的理论推算，还是较大规模的生产实践都表明，在目前的栽培管理条件下，苜蓿产量仅为中高产指标的50%左右。如果在水分满足的条件下可开发的生产潜力很高。但生产中很少采用土壤测试或组织分析进行施肥推荐，施肥仅凭经验。另一方面，根瘤菌对紫花苜蓿的重要性没有得到足够的重视，存在氮肥过量使用的问题(在我们的调研中有57%的样点施用了氮肥)。因此，在今后的研究中应开展针对根瘤菌固氮效率评价的研究。

在本次调研分析中发现，苜蓿地土壤养分变异较大，地区与地区之间由于土壤质地和养分含量有很大的差异，部分地区磷钾缺乏，部分地区微量元素缺乏，而中量元素Ca和Mg较为充足。因此，在施肥管理时要做到科学合理因地制宜，不能全搬照抄。

3.2苜蓿养分含量

紫花苜蓿作为优良的豆科牧草，地域适应性强，品质优良，既可以作为人工草地放牧和刈割利用，也可以调制干草和作为青贮利用。我国紫花苜蓿大部分被种植在养分贫瘠或者保水保肥能力差的砂性土壤上，再加上大多数种植者生产中不重视对紫花苜蓿的肥料管理，是导致我国苜蓿产量低，品质差的重要原因。但是在一些生产企业或农民为了追逐产量和品质的利益最大化，在生产实践中施用大量的氮肥，抑制了紫花苜蓿的固氮作用，虽然达到了预期的目标，但是也浪费了资源，造成了本该避免的环境污染。与作物相比，牧草以收获营养体为目的，每年收获2～5次，而每次刈割都要从土壤中带走大量的养分，如果不及时补充土壤养分或注意养分比例的平衡，导致草地土壤肥力逐渐下降，牧草生长将受到影响。紫花苜蓿是多年生豆科牧草，生育期分为苗期、分枝期、现蕾期、开花期、成熟期、休眠期6个阶段。在各个生育期，苜蓿的需肥量也会发生变化。因此，在牧草生产中，我们要比作物施肥管理更加重视牧草的施肥管理，施肥时应根据紫花苜蓿各个生育期的需肥特点，依据最小养分定律，分期有针对性的补充决定紫花苜蓿产量的限制元素，达到高产稳产的目的。

我国紫花苜蓿主产区中营养元素的现状是氮素处于较高的水平，即使没有施氮肥的区域，也不存在土壤中和植物组织中氮素缺乏的现象(除了有机质含量极低的砂性土壤中)。在生产实践中应该少施或不施氮肥，充分重视紫花苜蓿作为豆科植物的自身特点，固定利用空气中的氮素来满足自身对氮素的需求。从学术角度来讲，国外的研究者针对如何最大效率的发挥紫花苜蓿生物固氮效应以及在间作或混播中氮素转移开展了大量的研究，而国内在这方面的研究很少。目前针对我们粮食增产对化肥的过度依赖以及过度施用化肥导致耕地退化的严峻形势，如何充分利用豆科植物生物固氮能力，充分发挥豆科植物的生产潜力将是我们科研工作者未来努力的方向。未来我们的研究工作应集中在：1)提高紫花苜蓿生物固氮的效率。在理论上研究并阐明影响生物固氮效率的因素，在生产实践中提出有效可行的生产措施。2)阐明在豆科植物与禾本科植物混播中氮素转移机制，使得在混播中的禾本科植物在不依赖矿质氮肥的情况下生长发育也能不受氮肥的限制。

由于我国80%以上的苜蓿草产品的质量仍为三级品(粗蛋白含量14%～16%)[1]，据此，大部分种植者认为施入氮肥可以显著提高紫花苜蓿的粗蛋白水平，而忽略了磷钾肥以及微肥的配施，导致我国紫花苜蓿植物中磷钾元素处于较低水平，尤其是钾素缺乏较为严重。在生产实践中应重视磷钾肥的配施。中量元素中钙镁均处于较高水平，个别地区缺乏硫元素。大部分微量元素均处于足够水平，也有个别地区缺乏微量元素，但大部分地区缺乏钼元素，虽然紫花苜蓿每次刈割带走少量的微量元素，但是这些微量元素，特别是硼与钼元素，对于紫花苜蓿的生长是非常重要的[19]。因此，在生产实践中，在重视施入大量元素的同时，也应该重视微量元素的作用。

3.3土壤养分和植物养分与产量的相关性

在本研究中土壤全磷和速效磷都与产量具有显著的正相关关系，说明施用磷肥具有显著的增产效果。虽然土壤速效钾和全钾含量与第一茬产草量相关性不显著，但是钾素对于紫花苜蓿的作用非常重要，不仅提高植物抗病性和寿命[20-21]，此外还可以提高植物对高强度刈割的耐受能力以及越冬能力[22]。有研究认为随着钾肥施入量的增加，紫花苜蓿植物组织中K和Mn的含量增加，但是P、S、Ca、Mg的含量却减低[21,23-24]。另外，紫花苜蓿对钾素的需要量很大，每t干物质移出钾素26 kg K2O。然而生产者对钾肥的施用明显不足，在调查中仅有13个样点施用钾肥，占26.5%，而在植物组织分析中22个样点的植物样本钾素处于亏缺状态，占总样本的45%。

植物中P、K、B、Mo含量与紫花苜蓿产量的相关性达到极显著水平，植物S、Mn和Cu含量与苜蓿产量呈负相关。表明植物中P、K、B和Mo含量增加可以提高产量，即植物体内累积P、K、B、Mo含量越多，紫花苜蓿第一茬干草产量越高，这与刘贵河等[25-26]研究结果一致。钼对豆科植物非常重要，在各种植物中豆科植物需钼最多。Gupta[27]研究发现紫花苜蓿的产量和硼的施量呈正相关，但是Chandler等[28]却报道施用B肥并没有显著影响紫花苜蓿的产量。苜蓿吸收到体内的硝酸根必需还原成氨才能合成蛋白质，而钼是硝酸还原酶的成分。同时Mo参与根瘤菌的固氮作用，还可能参与氨基酸的合成与代谢。Du和Tian[29]研究发现随着钼肥的增加，紫花苜蓿种子产量增加了27%～47%，P的吸收也随之增加，但是并没有影响K和Ca的吸收。因此，各地需要更加重视钼元素的补充。然而在调查的49个样点中没有一个样点有针对性的施用B肥和Mo肥。

3.4施肥状况及养分管理措施

在调研分析中发现我国紫花苜蓿种植地大多数是沙地，在进行施肥管理时，受到大田作物肥料管理的影响严重，大多数苜蓿种植者在苜蓿施肥管理中照搬农作物生产施肥模式。调研的49个样点中有18个样点没有进行施肥，其中农户大多数基本不施肥，企业种植者大多施用氮肥作为提高产量的手段，对有机肥注视不够(仅有8个样地施用有机肥)。在肥料施用种类上，部分地区极重视氮肥，磷钾施用量不足；部分地区注重氮肥和磷肥的使用，对钾肥施用量重视不够；在施用磷钾肥时，磷肥重视程度高于钾肥，调研的49个样点中有20个明确施用磷肥，占总样点数的41%。然而国内大量的研究均认为磷钾肥对紫花苜蓿具有显著的增产提质作用[30-32]，但是在我们调研中发现，在生产实践中磷钾肥的应用仍然未得到应有的重视。可见，我们对牧草施肥的研究只停留在研究结果上，而忽略了如何将研究结果应用到生产实践中这一重要环节。在施用方式上，极重视基肥施用，不重视追肥，轻视了返青期肥水管理以及每次刈割后的肥水管理，在调研数据中有22个样点施用底肥，只有12个样点进行了追肥。另外，通过调研发现，在我国紫花苜蓿主产区灌溉区的产量要远高于旱作区(图1)，可见水分是紫花苜蓿产量的主要限制因素。施入土壤中的肥料必须溶入水中才能被植物吸收，在苜蓿旱作时施入过多的肥料因不能被植物吸收而造成极大的资源浪费和严重的环境污染。因此在施肥过程中要区分对待灌溉苜蓿和旱作苜蓿。各区域的肥料管理特点不同，东北地区一般不进行施肥管理。黄淮海大部分区域不施用肥料。黄土高原大部分地区是缺磷、少氮、钾丰富的土壤，生产上注重氮磷肥的使用。新疆生产上重视氮磷的使用，尤其是氮肥用量较高。在现代化的大型农场里，底肥和追肥均以氮肥为主，不太注重有机肥和钾肥使用。内蒙古地区由于土壤肥力以及放牧文化的影响，生产上不重视肥料的使用。因此，我们应根据不同地区将土壤养分测试结果以及肥料施用推荐量整理为紫花苜蓿施肥管理指南来指导紫花苜蓿的生产施肥管理。

我国城乡居民对肉食品需求的持续增长导致我国饲料粮的短缺严重影响了我们的粮食安全，而紫花苜蓿因其较高的牧草产量和较好的营养价值对于填补我们畜牧业快速发展对饲料粮需要的巨大缺口具有非常重要的作用[33]。因此，我们必须重视对紫花苜蓿产量和品质的提升。但是，目前我国针对紫花苜蓿施肥的研究比较零散，没有形成一个系统，也做了大量的重复工作。在施肥的过程中只重视产量的提高，忽略了对品质以及家畜健康的影响。如对牧草过量的施肥导致植物体内营养元素的积累或者牧草植物体内营养元素缺乏是否对家畜生产具有影响，到目前为止研究很少。牧草首先作为家畜的饲草料才能体现出其重要价值，因此研究牧草施肥要结合家畜不仅仅要追求高产量，牧草品质更是一个重要的方面。

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Analysis of soil and plant nutrients in alfalfa fields in China

XIE Kai-Yun1, HE Feng1*, LI Xiang-Lin1*, HAN Dong-Mei2, WAN Li-Qiang1

1.InstituteofAnimalSciences,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100193,China; 2.CollegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730020,China

Abstract:A scientific approach to fertilizer management is important to ensure optimal plant growth, high fertilizer use efficiency and to resolve the contradictions surrounding production and environmental issues. In order to understand fertilizer management in alfalfa production, a survey was conducted to investigate alfalfa yield at first cut, as well as soil nutrients and plant nutrient content in 49 alfalfa fields in northern China over two years (2012 and 2013). Simultaneously, a survey (questionnaire) was conducted to determine how alfalfa growers (including farmers and corporate growers) managed fertilizer application. Alfalfa was mostly planted in relatively barren sandy soils. Among 49 fields, 35 fields were sandy soil (71.4%), mainly in Inner Mongolia, Gansu and Xinjiang. Soil available nitrogen (N) was high in most fields and deficient in only 10% of fields, mainly due to extremely low organic matter content. Available phosphorus (P) was low in 24.5% of fields and very low in 10.2% of fields. Available potassium (K) was low in 10.2% of fields. Calcium and magnesium were plentiful in all soils. Analysis of micronutrients revealed that 32.2% fields had low available iron (mainly Gansu and Inner Mongolia); 7.1% of fields low available manganese (Gansu and Inner Mongolia); 14.3% of fields had low available copper (1 field Gansu, 3 Inner Mongolia); 50% of fields had low available zinc; 10.7% of fields had low available molybdenum (Mo) (mainly Inner Mongolia); conversely all fields were high in available boron. The alfalfa stands generally had good N nutrition but were low P and K. Among 49 fields 49% of fields had low Mo. Correlation analysis showed that soil total and available P were significantly positively correlated (P<0.05) with alfalfa dry matter yield, suggesting that P fertilizer would significantly increase alfalfa yield. Growers of 18 fields, mostly farmers, didn’t apply any fertilizer. 57.1% of growers applied N to increase yields, mostly corporate growers. Phosphate was applied to 41% of fields K to 26.5%. Organic fertilizer was only applied in 8 fields. Micronutrients were not applied to any crops. It was concluded that application of N to alfalfa was relatively common, contradicting the ability of the crop to biologically fix N. Soil P and K levels in soils were low, especially K in China, suggesting that many alfalfa crops would benefit from application of these nutrients. Molybdenum may be limiting in some alfalfa crops.

Key words:alfalfa (Medicago sativa); soil nutrient; plant nutrition; fertilization; yiled; microelements

*通信作者

Corresponding author. E-mail：hefeng@caas.cn，lxl@caas.cn

作者简介：谢开云(1984-)，男，甘肃武威人，在读博士。E-mail：xkycah@163.com

基金项目：国家牧草产业技术体系(CARS-35)和公益性行业(农业)科研专项苜蓿高效种植技术研究与示范(201403048)资助。

收稿日期：2015-04-23；改回日期：2015-08-25

DOI：10.11686/cyxb2015206

http://cyxb.lzu.edu.cn

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