喀斯特地区不同施肥配比对紫花苜蓿单茬产量及形态构建的影响

孙小富，郝 俊，赵丽丽，黄莉娟，任敏敏

（贵州大学动物科学学院草业科学系，贵州 贵阳 550025）

紫花苜蓿(Medicago sativa)是世界广泛种植的一种优质牧草，其粗蛋白含量(15%～20%)比玉米(Zea mays)高出1.5倍左右[1]，且含有多种矿物营养元素，具有产量高、质量好、耐受性强、根系发达等特点，有“牧草之王”之称[2-5]。此外，紫花苜蓿还具有较强的培肥土壤和防风固沙的作用，在世界各国种植面积甚广，我国苜蓿种植面积现已超过183万hm2，居世界第五位[5-6]。

在我国，紫花苜蓿的种植管理多为传统方式，缺乏灌溉条件，管理粗放，导致紫花苜蓿品种退化、品质降低，未能充分发挥紫花苜蓿作为优质饲草的巨大生产潜力[7-8]。研究发现，紫花苜蓿根瘤菌的数量受到多种肥料元素的影响，其中以氮、磷、钾的影响最为显著[9]。合理有效地施肥可以提高紫花苜蓿的株丛分枝数，增加植株高度和根系的结瘤率，从而提高苜蓿的产量，改善其品质，增加土壤肥力[9]。紫花苜蓿形态学指标与其产量和质量息息相关，但在生产上大多只是保证紫花苜蓿的产量，往往忽视其质量，没有充分发挥其饲喂价值。在喀斯特山区，以往对紫花苜蓿的研究工作主要集中在引种[10]、抗逆性[11-12]、休眠性[13]和抗寒性[14]等方面，而有关施肥对紫花苜蓿产量和形态构建影响的研究相对较少，将形态构建纳入紫花苜蓿产量效应的研究更少见报道。

为探究不同磷钾肥施用量对紫花苜蓿产量和形态学构建的影响，本研究将形态学指标纳入产量效应模型构建，综合评价并筛选紫花苜蓿高效生产的最优施肥方案，以期为贵州喀斯特地区紫花苜蓿的高效施肥管理及大面积利用推广提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于贵州省贵阳市花溪区(106°27′ E，26°11′ N)，该地为典型的喀斯特地貌，属亚热带湿润季风气候，冬无严寒，夏无酷热，无霜期长，降水量充沛，湿度较大，年平均气温为14.9 ℃，无霜期平均 246 d，年降水量 1 178.3 mm，降水集中在 7-8 月[15]。试验地有机质含量 34.65 g·kg-1，全氮 含 量 2.02 g·kg-1， 碱 解 氮 含 量 144.67 mg·kg-1，有效磷含量 6.00 mg·kg-1，速效钾含量 136.67 mg·kg-1。

1.2 试验材料

供试紫花苜蓿品种为“三得利”(Sanditi)，由贵州众智恒生态科技有限公司购买。过磷酸钙(含P2O5≥ 12%)、硫酸钾 (含 K2O ≥ 33%)均购自惠农肥料公司。

1.3 试验设计

采用磷肥和钾肥混合施入法，设钾肥为0、30 和 60 kg·hm-2共 3 个水平，磷肥为 0、80、160、240 kg·hm-2共 4 水平，共计 12 个处理，每个处理重 复 3 次 。 每 个 小 区 面 积 为 10 m2(2 m × 5 m)，共计36个小区(表1)。

1.4 田间管理

紫花苜蓿于2016年4月7日播种，播种方式为条播，行距30 cm，播深2 cm左右，播种量为25 kg·hm-2，播种完毕后定期浇水直至出苗长出子叶。到初花期时进行第1次刈割，然后将肥料分别施于紫花苜蓿根部周围，根据土壤墒情适时浇水，及时剔除杂草，到第2次初花期时进行指标测定和刈割。

1.5 测定指标及方法

株高：在每个小区随机选取10株植株，利用钢卷尺(精度0.1 cm)分别测取自然高度，计算平均值。

主茎长：在每个小区随机选取10株植株，利用卷尺(精度0.1 cm)分别测取拉直高度，计算平均值。

节间长：利用钢卷尺测定所选植株的10个节间长，少于10个则全部测量，计算平均值。

与此同时，计算出每株植株的分枝数、主枝侧枝数和节间数。

鲜、干草产量的测定：在紫花苜蓿初花期时刈割，留茬高度为4 cm左右，测定其鲜草产量。将每小区的鲜草分别取400 g带回实验室，放入温度为 105 ℃ 的烘箱中杀青 1 h，将温度调节至 65 ℃，连续烘48 h至恒重时，取出称重，计算干鲜比，再由干鲜比换算出干草产量[16]。

茎叶比的测定：将带回的新鲜紫花苜蓿茎、叶分开，利用速烘袋置于恒温箱中烘干，取出后分别称重，即可计算出茎叶比(茎干重/叶干重)[17]。

表1 试验设计与施肥量Table 1 Experimental design and fertilizer application

1.6 统计方法

利用 Excel 2010 和 SigmaPlot 10.0 软件进行基础数据统计和图表绘制，采用SPSS Statistics 17.0软件进行单因素方差分析和多重比较。利用模糊隶属函数值法对12种施肥方案进行综合评价[18]。

式中：Xj表示第j个因子的得分值，Xmin表示第j个因子得分的最小值，Xmax表示第j个因子得分的最大值。

2 结果与分析

2.1 施肥对紫花苜蓿第2茬产草量的影响

磷钾配比施肥均能提高紫花苜蓿第2茬的鲜、干草产量 (表 2)。其中，单施磷 240 kg·hm-2时，紫花苜蓿鲜草产量最高，达 1 8203.33 kg·hm-2，较不施肥对照 P0K0(9 670.00 kg·hm-2)高出 88.25%，显著高于除 P2K1和 P3K1外的其他处理组 (P＜0.05)；其次是P3K1、P2K1、P0K2、P1K1处理，4个处理高于其余处理组，且相互之间无显著差异(P ＞ 0.05)；不施肥对照(P0K0)鲜草产量最低。干草产量以单施磷 240 kg·hm-2处理最高，达 3 975.97 kg·hm-2，其次是 P3K1处理，为 3 881.74 kg·hm-2，二者无显著差异 (P ＞ 0.05)，但均显著高于其他处理 (P＜0.05)；再次是 P2K1、P1K1、P1K0、P1K2、P2K0、P0K2，均显著高于剩余处理组(P＜0.05)，且6个处理相互间无显著差异(P ＞ 0.05)；未施肥对照P0K0干草产量 (2 232.29 kg·hm-2)显著低于其余处理 (P＜0.05)。

表2 施肥对紫花苜蓿第2茬产草量的影响Table 2 Effect of fertilization on the second batch yield of alfalfa

图1 施肥对紫花苜蓿茎叶比、株高、主茎长、节间数、茎粗、节间长、侧枝数和分枝数和的影响Figure 1 Effect of fertilization on the stem to leaf ratio, plant height, main stem length, internode number, stem diameter,internode length, number of lateral branches, and number of branches of alfalfa

2.2 施肥对紫花苜蓿形态学构建的影响

磷钾配比施肥对紫花苜蓿第2茬各项形态指标的影响各不相同(图1)。P0K0和P0K2茎叶比分别为1.37和1.44，显著高于除P3K2外的其他处理组(P＜0.05)；P1K2和 P1K1茎叶比分别为 0.98 和 1.03，较未施肥对照P0K0分别降低了28.48%和24.82%；其余各处理茎叶比均在1.10～1.30。株高以P2K1最高，P1K2和P1K0次之，较不施肥对照P0K0(48.40 cm)分别高出1.13倍、1.10倍和1.11倍；P3K1、P0K1、P0K2株高均显著高于未施肥对照，显著低于P2K1、P1K2、P1K0(P＜0.05)，后 3 个处理间差异不显著 (P＞ 0.05)，P3K2株高最低，与对照之间无显著差异(P＞ 0.05)，但显著低于其余处理 (P＜0.05)。P1K1和P2K0主茎最大，较不施肥对照P0K0(50.14 cm)分别高出18.95%和17.81%，与P2K1、P3K1、P0K1间差异不显著(P ＞ 0.05)，但均显著大于其余处理；P0K0、P3K2主茎长最小，二者间差异不显著(P ＞0.05)。P3K1节间数最多，达11.20节，显著高于其他处理组 (P＜0.05)；其次是 P1K2、P0K1、P0K2、P1K0，显著高于不施肥对照 P0K0(P＜0.05)，且 4 个处理间无显著差异(P ＞ 0.05)；P3K0节间数最少，为8.50节，显著低于其他处理(P＜0.05)。主茎粗中以 P1K0和 P3K1较大，分别为 3.43 和 3.39 mm，二者间差异不显著(P ＞ 0.05)；其次为P0K1和P0K2，分别为 3.23 mm 和 3.32 mm，显著高于不施肥 对 照P0K0(P ＜ 0.05)；P0K0、P2K2、P3K2和P2K0主茎粗均小于 3.00 mm。P0K1、P0K2、P1K0节间长均为6.57 cm，较不施肥处理高出10.42%；P1K1次之，节间长均为6.56 cm，较不施肥处理高出 10.25%；单施磷 160 kg·hm-2和 240 kg·hm-2时，节间数分别为5.19和5.56，显著低于其他处理(P ＜0.05)。主枝侧枝数以P1K2最大，较不施肥对照高出5.98%(P ＞ 0.05)； 其 次 是P0K2和P3K0， 均为9.20，与 P2K2、P3K2、P1K1、P3K1、P0K1间差异显著(P＜0.05)，且前两者与后5个处理间差异不显著 (P ＞ 0.05)。P2K1侧枝数最少，仅为 7.90，显著低于不施肥对照P0K0(P＜0.05)；其余处理均在8.00～9.00。株分枝数以P2K2、P1K1、P0K1、P0K2、P1K0和P3K0较大，均超过10.00株，显著高于其他处理 (P＜0.05)，且 6 个处理之间差异不显著 (P ＞0.05)；P0K0、P1K2、P3K2、P2K1、P3K1和 P2K06 个处理株分枝数均低于9.20株，且相互间差异不显著 (P ＞ 0.05)。

利用模糊隶属函数均值法对紫花苜蓿产量及形态学构建的各项指标进行综合评价(表3)，当施磷80 kg·hm-2+ 钾 30 kg·hm-2时 (P1K1)，隶属函数均值最大，为 0.76；其次是单施磷 80 kg·hm-2(P1K0)，函数均值为0.72；其余处理函数均值均小于0.70，其中不施肥对照(P0K0)最小，为0.23。

表3 不同配比施肥下紫花苜蓿第2茬单茬产量和形态指标的模糊隶属函数值及综合评价Table 3 Comprehensive evaluation of second batch yield andmorphological index using the fuzzy logic membership function under different fertilizer ratios

3 讨论与结论

3.1 施肥对紫花苜蓿的增产效应分析

紫花苜蓿对钾肥的需求量较大，钾以离子的形式存在于植物体中，被原生质交替吸附，激活植物体内的各种酶，促进各项生化反应的进行[19]。钾肥能调节紫花苜蓿的气孔开度，控制蒸腾量，促进紫花苜蓿对水分的吸收和各种同化物在其体内的长距离运输，为紫花苜蓿的生长和发育创造有利条件[20]。本研究中，当单独施入钾肥时，紫花苜蓿的第2茬鲜干草产量均显著提高，这与李星月等[21]和Razmijoo和Henderlong[22]的研究结论基本一致。磷是植物细胞原生质和细胞核的重要组成部分，主要存在于磷脂和核酸中。磷在植物生长发育和代谢活动中起着重要的作用，具有促进植物分枝、根系生长、改善紫花苜蓿的品质[23]。当单施磷肥时，紫花苜蓿第2茬产量随磷肥施用量的增加而增加，施用量为240 kg·hm-2时，单茬鲜、干草产量最高 (18 203.33 和 3 975.97 kg·hm-2)，这与 Lissbrant等[24]和李新乐等[25]的研究结论相似。

增施磷、钾肥对紫花苜蓿的生长和形态构建都有重要的作用[26]。肖向华[27]研究表明，增施磷、钾肥能显著促进紫花苜蓿生长，植株增高，分枝数增多，并对产量产生显著影响。虽然紫花苜蓿的产量随施肥量的增加而增高，当施肥水平达到某一水平后紫花苜蓿的增产幅度反而有所降低[28]。本研究中，单施磷肥和钾肥均能提高紫花苜蓿第2茬单茬的鲜、干草产量，单施磷肥增产效果较单施钾肥明显，但随钾肥施用量的增加，紫花苜蓿的增产效果有所降低，尤其是高浓度的钾肥抑制效果更加明显。这是由于紫花苜蓿的生长和发育需要多种元素的供给，当施用钾肥的量较多时，会造成镁元素的缺乏，镁是合成叶绿素的主要元素之一，使紫花苜蓿的光合作用效率降低，从而抑制紫花苜蓿的生长和发育[29]。在研究区域内，土壤含钾量较高，而含磷量较低，属于缺磷土壤，当施用磷肥时，能有效补充紫花苜蓿对磷肥的生长需求，促进其生长发育。

3.2 施肥对紫花苜蓿形态学构建的影响分析

茎叶比是衡量紫花苜蓿品质的重要指标之一[30]。钾能促进光合作用，参与光合产物的运输和蛋白质的合成，存在于幼芽和嫩叶中，在紫花苜蓿中的含量在2.4%左右[31]。本研究中，第2茬紫花苜蓿的茎叶比随钾肥施用量的增加呈现先降低后又升高的趋势。这是由于当使用适当的钾肥时，能有效调节紫花苜蓿细胞的气孔开度，保持其植株体内的含水量，影响细胞的膨胀压力，使植株挺立，有效进行光合作用，提高单位面积内叶产量[32]；当钾肥施用过量时，会导致紫花苜蓿出现缺少镁元素或盐中毒现象，导致紫花苜蓿植株生长点发育不完全，出现新叶的叶尖和叶缘枯死，使紫花苜蓿生长受到抑制或无法正常生长[31]。紫花苜蓿单茬株高、主茎长、节间数、主茎粗、株丛分枝数均随钾肥施用量的增加而增加。这可能是由于施用钾肥后，紫花苜蓿气孔导度和细胞内的渗透压得到很好的调节，各种生化反应的酶被激活，光合作用增强，促使紫花苜蓿生长较快[31-32]。

磷是植物体的组成成分之一，在植物体中促进花芽分化和植株分枝、参与植物细胞中叶绿素的合成、增加植物体的叶面积、提高植物光合作用等功能[33]。本研究表明，施用磷肥能显著降低紫花苜蓿的茎叶比，且随着磷肥施用量的增加降低幅度越明显，当磷肥施用量为80 kg·hm-2时，茎叶比最低(1.22)，这与张杰[19]的研究结论相似。可能是由于增施磷肥能提高紫花苜蓿叶片中的叶绿素含量和叶面积，使光合速率增高，致使其叶片含量增高[34]。随磷肥施用量的增加，紫花苜蓿主茎长、节间数和主茎粗均呈现出先增加后降低的趋势，可能是由于磷肥施用量为紫花苜蓿最大需求量时，继续增加磷肥的施用量反而会使紫花苜蓿的生长受到影响[35]。有研究表明，磷肥施用量过多时，会抑制根系的生长和根瘤的固氮作用，使紫花苜蓿根系分化变慢，吸收营养物质的能力降低，使其地上部分的生长受到抑制[36-38]。磷肥和钾肥的施用对紫花苜蓿株高、主茎长、节间数、节间长、茎粗、株丛分枝数均有一定程度的影响。植株株高、主茎长、株丛分枝数对紫花苜蓿产量有显著影响，这与Kaori等[39]和贾珺等[40]的研究结论相似。

利用模糊隶属函数均值法对施肥后单茬紫花苜蓿产量及形态学构建的各项指标进行综合评价，结果得出，在贵州喀斯特地区磷、钾肥配比施用量为 80 kg·hm-2和钾 30 kg·hm-2时紫花苜蓿表现较好。有关不同施肥配比对紫花苜蓿多茬产量及总产量的影响还需进一步的研究。