不同水肥组合对苜蓿品质的影响

毕舒贻， 曹 婧， 李 跃，李富祥，苗丽宏，刘国庆，万里强*， 李向林*

(1. 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193；2. 贵州省威宁高草地试验站，威宁553100； 3. 中国草地学会，北京 100193)

紫花苜蓿(MedicagosativaL. )作为一种优质的牧草在我国大面积的栽培，种植面积不断扩大[1-4]，且种植苜蓿可以获得较高的经济收益和生态效益[5-7]。在我国半干旱地区进行苜蓿栽培既能保持土壤，又可解决当地畜牧的饲料问题，但这类地区的土壤贫瘠且缺水，始发站畜牧种植的一大障碍。因此，合理的水肥耦合利用是目前解决这类问题的关键，质量和产量优良的苜蓿与水肥密切相关，肥料中的N、P、K等养分能够显著的调节苜蓿对水分的吸收和利用效率，合理的水肥耦合技术为目前苜蓿的安全生产提供了可靠的理论和技术保障。

卢德勋[8]提出评定粗饲料品质分级指数(Grading Index)，分级指数=牧草代谢能×干物质采食量×牧草干物质粗蛋白含量/牧草干物质中性洗涤纤维含量，为GI=ME(MJ/kg)×DMI(kg/d)×CP(%DM)/NDP(%DM)，故苜蓿中的粗蛋白含量与中性洗涤纤维含量是评定其品质的重要指标。在美国商业质量标准显示，粗蛋白含量的高低是衡量紫花苜蓿品质优劣的重要指标，粗蛋白含量高于20%的紫花苜蓿才被评定为优质苜蓿，也具有更高的经济价值[9]。脂肪是能量最高的营养素，其能量含量是碳水化合物与蛋白质的2.4倍左右，则苜蓿中粗脂肪含量越高证明其营养价值也越高[10]。在水分充沛的条件下，砂性土壤所在地区具有很高的生产潜能，近年来研究较多的为粮食与经济类作物的水肥耦合，但对紫花苜蓿水肥耦合的研究尚少有报道。本试验拟在半干旱砂性土壤上对苜蓿水肥耦合效应做研究，在不同施肥、灌水组合下，通过观测苜蓿不同养分元素的含量状况，探讨不同灌水方式、施肥量对苜蓿品质的影响，为实现苜蓿增产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点概况

试验地处于河北廊坊，中国农业科学院国际农业高新技术产业园北京畜牧所试验基地，该试验地位于廊坊市北部，地理位置为116°34′60″ E，39°35′44″ N，海拔25 m，年均气温为11.9℃，无霜期为183天，平均日照数2 659.6 h。土壤类型为沙壤土，基本化学性质：碱解氮31.15 mg·kg-1，速效磷2.17 mg·kg-1，速效钾85.1 mg·kg-1，有机质3.73 g·kg-1，全氮0.376 g·kg-1，全磷0.512 g·kg-1，全钾19.5 g·kg-1，铵态氮8.075 mg·kg-1，硝态氮26.55 mg·kg-1，pH为7.13，全盐0.636g·kg-1，田间持水量为20.5%(体积含水量)。

1.2 试验处理

1.2.1苜蓿种植 取大田0～20 cm表层土15 kg拌匀倒入盆中。盆为圆柱形陶瓷盆，直径20 cm，高30 cm。苜蓿于2016年5月初播种，定株3株，供试品种为‘康赛’(佰青源公司提供)。

1.2.2试验设计 试验采取完全随机设计，设置4种施肥梯度，记为F0、F1、F2、F3，每茬施肥量分别为0 kg·hm-2、125 kg·hm-2、187.5 kg·hm-2、250 kg·hm-2，2016年5月20日开始处理时施入与每茬刈割后15天施入。施肥时将水溶肥和水按比例混合，用量筒称量后施入；水分设三个梯度，以土壤的相对含水量表示，即为低水W1(50%～55%)、中水W2(65%～70%)、高水W3(80%～85%)，用手持土壤水分速测仪检测水分(北京雨根科技公司)，共12个处理，4次重复，共计48盆。供试肥料为苜蓿专用水溶肥，营养元素含量为：氮(N)9%、磷(P2O5)20%、钾(K2O)13%、硫(SO3)3.98%、镁(MgO)1.12%，锌(ZnO)0.8%、硼(B2O3)0.17%、锰(MnO)0.92%、钼(MoO3)0.036%)，具体试验处理见表1。土壤相对水分含量以田间持水量的百分比表示。

表1 试验处理Table 1 Treatments in the experiment

注：F代表施肥处理，W表示灌水处理，下同

Note：F represents fertilizer treatment, W respresents irrigation treatment, the same as below

1.3 测定指标与方法

地上干物质重量测定：初花期(10%的苜蓿开花)刈割时留茬5 cm，刈割每盆内所有苜蓿，每次刈割前测定鲜草产量，带回实验室后 105℃杀青15 min后，65℃烘干至恒重后称量。

植株品质测定：测定苜蓿初花期干草样常规的营养成分，将一部分粉碎的苜蓿样本(叶片及茎，不含根部)用来测定。

N：凯氏定氮法；

P：硫酸-双氧水消化—钼锑抗比色法；

K：硫酸-双氧水消化—原子吸收测定法；

粗蛋白含量(crude protein, CP)：硫酸-双氧水消化，气体扩散法测定全氮、全氮乘以6.25系数取得粗蛋白含量；

粗脂肪含量(ether extract, EE)：石油醚索氏脂肪浸提—残余法；

酸性洗涤纤维(acid detergent fibe, ADF)：ADF酸性洗涤剂法；

中性洗涤纤维含量(neutral detergent fibre, NDF)：NDF中性洗涤剂法。

1.4 数据分析

试验采取完全随机设计，所有试验处理下的数据利用 SAS 9.2 进行单因素、双因素方差分析以及相关性分析和逐步回归分析。所有图与表格均使用 Excel 2013 进行制作。

2 结果与分析

2.1 水肥对紫花苜蓿干草干草氮含量、磷含量和钾含量的影响

2.1.1灌水量对紫花苜蓿干草氮含量、磷含量和钾含量的影响 由图1及表2可以得出，灌水对苜蓿含氮量无显著影响，W1、W2、W3的值分别为3.399%、3.409%、3.416%，随着灌水量的增加，苜蓿含氮量呈较弱的上升趋势， 增幅仅为 0.50%；灌水对苜蓿含磷量无显著影响(P=0.1021)，W1、W2、W3值分别为 0.281%、0.296%、0.305%，W3与W1有显著差异，增长幅度为 8.65%；灌水对苜蓿植株含钾量无显著影响(P=0.9362)，W1、W2、W3值分别为 2.724%、2.736%、2.711%，随着灌水量的增多，呈先上升后下降的趋势。

表2 不同水肥处理下苜蓿干草N、P、K含量的方差分析Table 2 Variance analysis of dry alfalfa N、P、K content with different water and fertilizer treatment

图1 水分对苜蓿干草含氮量、含磷量、含钾量的影响Fig.1 Effects of different water on N、P、K content of dry alfalfa注：相同字母表示差异不显著，不同小写字母表示0.05水平上差异显著，下同Note: The different lowercase letter means significant differences at the 0.05 level, the same as belew

2.1.2施肥对紫花苜蓿干草氮含量、磷含量和钾含量的影响 如图2所示，结合表2，紫花苜蓿植株氮含量随着施肥量的增加呈上升趋势，F0、F1、F2、F3的值分别为 3.337%、3.347%、3.377%、3.571%，F3处理与对照F0差异显著(P<0.05)，增长了7.30%，F1、F2处理与对照无显著差异，分别增长 0.32%、1.20%，增长幅度不大；紫花苜蓿植株的磷含量也随施肥量的增加而增加，3 种施肥处理与对照相比都显著提高了苜蓿植株的磷含量(P<0.05)，4个处理下苜蓿的磷含量分别为 0.224%、0.303%、0.322%、0.327%，与对照相比，F1、F2、F3三个处理分别提升 35.4%、43.86%、46.12%；同样，施肥也可以显著提高苜蓿植株的磷含量(P<0.05)，F0、F1、F2、F3的值分别为 2.446%、2.770%、2.825%、2.853%，与F0相比，3个施肥处理的增长幅度为13.26%、15.49%、16.66%，3个处理间增长幅度相差不大。

图2 施肥对苜蓿干草含氮量、含磷量、含钾量的影响Fig.2 Effects of different fertilizer treatment on N、P、K content of dry alfalfa

2.1.3不同水肥组合对紫花苜蓿干草氮含量、磷含量和钾含量的影响 由表3可知，F3W2处理下苜蓿的含氮量最高，达到3.59%，较对照提升了7.59%，F3W3次之，氮含量与对照相比提高了6.99%，F2W2处理下苜蓿的含氮量最低，降至3.36%，较对照相比下降1.70%，整体比较得出，F3下的三个处理显著提高了苜蓿的含氮量。

结合12个处理来看，水肥梯度对苜蓿含磷量的影响有显著差异，F2W3处理下苜蓿的含磷量最高，达到0.35%，较对照增长了54.39%，F1W3处理下苜蓿含氮量最低，其值为0.30%，但也比对照增长了34.09%。

苜蓿的含钾量受水肥耦合效应的影响，但9个水肥耦合处理之间差异并不显著，F3W1处理下的苜蓿含钾量最高，值为3.12%，F2W1处理下苜蓿含钾量最低，为2.69%，与对照相比，增幅为9.98%～27.56%。

表3 不同水肥处理对苜蓿干草含氮量、含磷量、含钾量的影响Table 3 Different water and fertilizer treatment effects on dry alfalfa N、P、K content

2.2 水肥对紫花苜蓿干草粗蛋白、粗脂肪、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量的影响

2.2.1灌水对紫花苜蓿干草粗蛋白、粗脂肪、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量的影响 由图3与表4可知，灌水对苜蓿粗蛋白含量无显著影响(P=0.9664>0.05)，W1、W2、W3的值分别为21.24%、21.31%、21.35%，随着灌水量的增加，苜蓿粗蛋白含量呈上升趋势，W3处理下的苜蓿粗蛋白含量最高，与W1相比，增幅为0.51%。

苜蓿的粗脂肪含量在施肥处理下显著降低(P<0.05)，随着灌水量的增加苜蓿粗脂肪含量呈下降趋势，W1、W2、W3处理的值分别为3.11%、2.93%、2.69%，W3处理较W1处理下降了13.50%。

W1、W2、W3处理下的酸性洗涤纤维含量分别为29.93%、31.30%、30.57%，随着灌水量的增加，酸性洗涤纤维含量呈先上升后下降的趋势，但灌水对苜蓿的酸性洗涤纤维含量并无显著影响，各施肥梯度上变化不大，W1～W3处理间的酸性洗涤纤维变化幅度为4.59%。

灌水对苜蓿中性洗涤纤维含量有显著影响(P<0.05)，W1、W2、W3处理下，值分别为40.20%、42.51%、39.96%，随着灌水量的增加，中性洗涤纤维含量先升高后降低，W1～W3处理间的中性洗涤纤维变化幅度为5.98%，与苜蓿酸性洗涤剂的变化规律相同。

表4 不同水肥处理下苜蓿干草营养成分的方差分析Table 4 Results of variance analysis in dry alfalfa nutrient content with different water and fertilizer treatment

2.2.2施肥对紫花苜蓿干草营养成分的影响 结合图4与表4可知，施肥对苜蓿粗蛋白含量有显著影响(P<0.05)，F0、F1、F2、F3的值分别为20.85%、20.92%、21.10%、22.32%，随着施肥量的增加，苜蓿粗蛋白含量呈上升趋势，F3下的苜蓿粗蛋白含量最高，与对照相比，增幅为7.03%，与F0、F1、F2处理都有显著差异，F1、F2处理与对照相比增幅为1.20%，并无显著差异。

苜蓿的粗脂肪含量在施肥处理下升高，F1、F2、F3处理与对照相比上升幅度为4.01%～22.34%，三个施肥处理间随着施肥量的增加呈上升的趋势，差异显著(P<0.05)。

F0、F1、F2、F3处理下的酸性洗涤纤维含量分别为30.35%、31.27%、30.61%、30.15%，苜蓿的酸性纤维含量在各施肥梯度上变化不大，随着施肥量的增加，酸性洗涤纤维含量呈先上升后下降的趋势，但施肥对苜蓿的酸性洗涤纤维含量并无显著影响(P=0.7461)，F1处理下的酸性洗涤纤维含量最高，与对照相比增长了3.04%，F3处理下的酸性洗涤纤维含量最低，较对照下降了0.64%。

苜蓿中性洗涤纤维含量随着施肥量的增大，F0、F1、F2、F3处理下，值分别为43.14%、40.92%、40.07%、39.43%，与对照F0相比，三个施肥处理的降低幅度为5.14%、7.11%、8.59%，F2、F3处理与对照F0处理差异显著(P<0.05)。

图3 水分对苜蓿干草营养成分的影响Fig.3 Effects of different water treatment on nutrient content of dry alfalfa

图4 施肥对苜蓿干草营养成分的影响Fig.4 Effects of different fertilizer treatment on nutrient content of dry alfalfa

2.2.3水肥耦合对紫花苜蓿干草营养成分的影响 由表5可以得出，F3W2处理下苜蓿的粗蛋白含量最高，达到22.44%，较对照提升了7.63%，F3W3次之，氮含量与对照相比提高了7.10%，F2W2处理下苜蓿的含氮量最低，降至20.51%，较对照相比下降1.63%，整体比较得出，F3下的三个处理显著提高了苜蓿的含氮量，其余处理间并无明显的规律。

12个处理中，对照F3W1处理下苜蓿的粗脂肪含量最高，达到3.79%，比对照高40.53%，水肥耦合效应提高了苜蓿的粗蛋白含量，F2W3处理下苜蓿粗脂肪含量最低，其值为2.50%，较对照降低了7.29%。随着施肥量的加大，粗脂肪的含量升高，灌水量对粗脂肪含量的影响为负效应。

水肥处理对苜蓿的酸性洗涤纤维影响不显著，各处理间无明显的变化规律，根据图表可以看出F3处理下的水肥耦合效应对苜蓿酸性纤维含量有下降的作用，结合9个水肥耦合组合来看，苜蓿酸性纤维含量较对照变化幅度为-3.49%～8.27%。

苜蓿中性纤维含量在相同施肥处理下W2处理下的苜蓿中性洗涤纤维含量最高，12个处理相比，F3W3处理下苜蓿中性纤维含量最低，降至36.32%，与对照相比降低了15.80%。

表5 不同水肥处理对苜蓿干草营养成分的影响Table 5 The content of dry alfalfa nutrition under different water and fertilizer treatment effects

2.3 不同水肥处理对苜蓿干草产量的影响

由图5可知，全年总干草产量(三茬)最高的为 F3W3处理(22.01g·pot-1)，F2W3处理(3.70 g·pot-1)次之，总干草产量最低的为 F0W2处理(12.08·pot-1)，各处理下的全年干草产量均高于对照。各施肥处理下，W1与W2处理对苜蓿全年干草产量的影响并无差异，其中F1处理下，随着灌水量的增加，产量缓慢上升，由15.24 g·pot-1增长到16.57 g·pot-1，增长幅度为8.7%；在 F2处理下，随着灌水量的增加，全年干草产量先降低后增加；在 F3 处理下，W3处理与 W1、W2差异显著，大幅度提高了全年干草产量；在相同施肥处理下，W3处理较 W1与 W2处理高，说明加大灌水量与提高土壤肥力可以有效的增加苜蓿干草产量。

图5 不同水肥对苜蓿全年干草产量的影响Fig.5 Different water and fertilizer treatment effects on alfalfa dry yield

2.4 不同水肥组合下对紫花苜蓿地上部氮累积的影响

氮累积的主要表示方法是以蛋白含量的形式进行的，蛋白含量由粗蛋白含量与产量构成，单位重量的苜蓿营养价值与粗蛋白含量呈正相关关系。从表6中得出，苜蓿的全年产量、粗蛋白含量都随着施肥量的增加呈上升趋势，表现为施肥处理显著高于对照，说明施肥可以增加苜蓿的氮累积量，提高了苜蓿的品质，对施肥量(x)与苜蓿但累积量(y)进行回归分析，符合一元二次方程y = 0.0061x2+ 0.0382x + 1.176(R2= 0.9856)。

表6 不同水肥处理对苜蓿干草氮累积的影响Table 6 The nitrogen accumulation of dry alfalfa under different water and fertilizer treatment effects

2.5 紫花苜蓿干草营养成分与全年产量的相关分析及回归方程的建立

2.5.1不同水肥组合下紫花苜蓿全年产量与营养成分的相关性分析 紫花苜蓿全年三茬产量与营养成分的相关性分析如表7所示。苜蓿全年产量与苜蓿的含磷量呈极显著正相关(P<0.01)，与苜蓿含钾量呈显著正相关(P<0.05)，而苜蓿的含氮量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维与全年的干重产量无任何相关关系。

表7 营养指标与全年干重的相关性分析Table 7 Correlation coefficients between alfalfa dry yield and nutrition of alfalfa

2.5.2不同水肥组合下紫花苜蓿全年产量与营养成分的多元线性回归分析 假设苜蓿含磷量、含钾量与全年干重存在线性回归关系，利用回归分析的方法，建立线性回归方程，假设表达式为：y=b+a1x1+a2x2，y表示全年产量，b为截距，x1为含磷量，x2为含钾量，a1、a2为系数。结果如表8所示，得到的模型显著水平为0.0006(P<0.01)，故此方程有统计学意义，根据回归分析的结果得到回归方程y=1.420+52.41965 x1，得出含磷量对苜蓿全年干重的影响较大，解释了70.83%的苜蓿全年产量的变化。

表8 多元线性回归方程的系数求解Table 8 The coefficient solution of multiple linear regression equation

3 讨论与结论

在本试验的处理梯度下，紫花苜蓿干草的含氮量、含磷量与含钾量都随着施肥量的增大而增加，在高施肥量的作用下，苜蓿的含氮量显著大于其他处理。而苜蓿的含磷量和含钾量在施肥下虽有提高，但处理间效果不显著；灌水对苜蓿NPK含量的影响不显著，含氮量变化幅度仅为0.50%，含钾量变化为0.92%；苜蓿在高水处理下的含磷量显著高于低水处理；水肥耦合效应对苜蓿的N、P、K含量有显著影响，增加施肥量和低水处理可以使苜蓿的含氮量与含钾量增加，而适量施肥与高水处理可以提高苜蓿的含磷量。苜蓿中的粗蛋白含量与中性洗涤纤维含量是评定其品质的重要指标[11]。在美国商业质量标准显示，粗蛋白含量的高低是衡量紫花苜蓿品质优劣的重要指标，粗蛋白含量高于20%的紫花苜蓿才能被评定为优质苜蓿，能具有更高的经济价值[12]。脂肪是能量最高的营养素，其能量含量是碳水化合物与蛋白质的 2.4 倍左右，苜蓿中粗脂肪含量越高证明其营养价值也越高[13]。

马孝慧[14]研究得出，施肥可以提高苜蓿的粗蛋白含量，降低植物纤维含量，与本试验研究结果相似；本试验处理下，紫花苜蓿的粗蛋白、粗脂肪含量随着施肥量的增大而增加，这与刘晓静[15]的研究结果一致。赵云[16]研究得出施入氮肥将苜蓿的粗蛋白含量从17.74%提高至18.72%，与本试验结果相似。苏亚丽[17]研究得出，粗脂肪含量随着水肥用量的增加而升高，与本研究结果一致。灌水对苜蓿粗蛋白含量、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维无显著影响，结合四项指标来看，高水处理与增大施肥量可以提高苜蓿的品质。

由试验结果得出，在苜蓿生长的初期，苜蓿需要较高的灌水量来满足其生长需要，全年干草产量随着灌水量的增加而增加。紫花苜蓿虽能自身固氮，但生长初期仅靠自身固氮很难满足其生长需要，本试验增施复合肥料为是一种有机肥料，一方面可以提高磷肥利用率且提高土壤中微量元素的活化程度，另一方面可以调节土壤中的水、肥、气、热状况，改善贫瘠土壤，让其成为良田，还能促进促进微生物的活性[18]，肖金帅[19]研究发现，N、P、K 配施效果优于单施。郝明德[20]研究发现，在 NPM施肥区苜蓿能维持较高的产草量，与本试验结果一致。本试验在水肥互作的作用下提高了苜蓿全年产草量，说明高水处理下有利于肥料的利用，而低水处理下施肥后，不能立即与肥料耦合，不利于肥效的吸收利用，故而在较高的土壤肥力条件下，在苜蓿生长初期加大灌水量可以使苜蓿的产量达到最高。

砂性土壤上，全年干草产量随着灌水量的增加而增加，水肥处理对苜蓿的 N、P、K 含量有显著影响，紫花苜蓿的 N、P、K 含量都随着施肥量的增大而增加；紫花苜蓿的全年产量与苜蓿的含磷量呈极显著正相关，苜蓿的含磷量与全年产量间符合 y=1.420+52.41965x1的线性回归关系。紫花苜蓿的粗蛋白、粗脂肪含量随着施肥量的增大而增加，苜蓿的酸性洗涤纤维含量、中性洗涤纤维含量随着施肥量的增大而降低。结合这几项指标来看，最佳的水肥组合为 F3W3即250 kg·hm-2施肥量与 80%～85%田间持水量。