氮肥水平对紫花苜蓿农艺性状及经济效益的影响

冀 超，殷国梅，刘思博，慕宗杰，薛艳林，李敬忠，马春梅，张 英，杨风兰，梁叶文

（1.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；2.阿拉善职业技术学院，内蒙古 阿拉善左旗 750306；3.内蒙古自治区林业和草原总站，内蒙古 呼和浩特 010000；4.赤峰市宁城县大双庙镇人民政府，内蒙古 大双庙 024200）

随着我国畜牧业的迅猛发展，肉、蛋、奶等行业对优质牧草的需求量越来越大，苜蓿作为“牧草之王”，在畜牧业中有着举足轻重的地位。我国畜牧业发展现状显示，苜蓿的产量与品质并不能满足市场需求，供给关系严重失衡[1]。内蒙古自治区是我国肉、奶生产的重要地区，发展紫花苜蓿（Medicago sativa）产业既可以为该地区的经济带来显著增益，又可以为我国畜牧业的饲草供给做出贡献。合理施肥可以提高紫花苜蓿产量和营养品质，在增加苜蓿种植效益方面具有重要意义[2]。关于紫花苜蓿施肥的研究，国内外学者先后开展了不同类型的试验，如氮、磷、钾肥的配施试验，微肥添加处理对紫花苜蓿生产及其性状的影响试验等，取得了一系列施肥与紫花苜蓿产量、品质和生长性能等方面的研究成果[3-6]。由于氮、磷、钾等元素之间不同配比组成的肥料效应受环境条件的影响很大，不同区域内的土壤理化性状、气候条件对紫花苜蓿种植的需肥规律不尽相同，进行针对性研究，寻找符合当地生产条件的肥料类别、施肥量、施肥配比、施肥时期及施肥方式，可以为高效生产提供理论依据[7]。因此，本研究通过单因素完全随机区组设计，连续4年开展紫花苜蓿施肥试验，探究不同氮肥水平对内蒙古呼和浩特市托克托县紫花苜蓿农艺性状和经济效益的影响，以期为当地生产优质、高产的紫花苜蓿提供参考依据和理论基础。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验区位于托克托县内蒙古自治区农牧业科学院综合示范基地，地理坐标为北纬40°31′29″，东经111°20′44″。试验区域属温带大陆性气候，四季分明，日照充足。春天风大雨量少，夏季气温高雨量大，季节湿度明显。秋季时间短且凉爽，冬季时间长且寒冷，寒暑变化剧烈。年均气温7.1 ℃，年均无霜期126 d，年均降水量357 mm，海拔为998～1 277 m[8]。土壤类型以草甸土、盐土、风沙土为主，水资源充足[9]。

1.2 试验设计

试验采用单因素完全随机区组设计，共设N0（CK）、N1、N2、N3 处理和N4 处理五个施肥梯度，磷、钾肥施入量一致，施氮量分别为0、60、90、120、150 kg/hm2。每个处理设3 次重复，面积为50 m（25 m×10 m），共设置15 个小区。2016年5月13日播种，8月30日刈割，刈割后进行施肥。2017—2020年在每年的6月15日和7月20日左右依据紫花苜蓿初花期时间和天气情况进行刈割。每次刈割后按照试验设计进行施肥，每个处理具体施肥量及肥料品种见表1。

表1 施肥种类及施肥量 单位：kg/hm2

1.3 测定指标和方法

2017—2020年采集紫花苜蓿样品，分别测定株高、鲜重和干重等指标，进行茎叶分离，计算干鲜比、茎叶比及干草产量。

株高：初花期随机选择生长中的植株从地面测量至植株顶端，每小区随机选取10 株。

鲜重：首次刈割在初花期进行，第2 次刈割通常在第1 次刈割后60 d 左右进行。每个小区随机选取1 m×1 m 样方，3 次重复，齐地面刈割。

干重：将测定鲜重的草样65 ℃烘干48 h 后测干重。

干鲜比：刈割后每个样方随机抽取1 kg 鲜草，经过自然风干分别测定鲜重和干重，计算干鲜比。

茎叶比：刈割后每个样方随机抽取1 kg 鲜草，经过自然风干分别测定叶片重量和茎秆重，计算茎叶比。

1.4 数据处理与分析

使用Microsoft Office Excel 2019 软件对试验数据进行初步分析整理，并制作图表。运用SPSS 22.0软件对紫花苜蓿株高、茎叶比、干鲜比和干草产量进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥水平对紫花苜蓿株高的影响

不同氮肥水平下紫花苜蓿株高结果见图1。2017年第1 茬，N2 处理平均株高最高，为72.94 cm，CK 平均株高最低，为57.65 cm，N2 处理较CK 提高26.52%，且差异显著（P＜0.05）；N4、N3、N1 处理较CK 分别提高24.04%、22.60%和16.77%，施肥处理与CK 相比均差异显著（P＜0.05）；N2、N3、N4 处理间无显著差异（P＞0.05）。2017年第2 茬，N3 处理平均株高最高，为66.24 cm，CK 为52.38 cm，N3 处理较CK提高26.46%；N3 处理与其他处理差异显著（P＜0.05）；N4、N2、N1 处理较CK 分别提高11.47%、9.64%和6.22%，N1、N2、N4 处理与CK 相比差异显著（P＜0.05）；N1、N2、N4 处理间无显著差异（P＞0.05）。

图1 不同氮肥水平下紫花苜蓿的株高比较

2018年第1 茬，N3 处理平均株高最高，为126.93 cm，CK 最低，为110.13 cm，N3 处理较CK提高15.25%；N3 处理和N4 处理间无显著差异（P＞0.05），但与其他处理均存在显著差异（P＜0.05）；N4、N2、N1 处理较CK 分别提高11.80%、2.91%和2.72%；CK、N1、N2 处理间均无显著差异（P＞0.05）。2018年第2 茬，N3 处理平均株高最高，为112.64 cm，CK 最低，为92.84 cm，N3 处理较CK 提高21.33%；N4、N1、N2 处理较CK 分别提高18.75%、2.75%和0.44%；N3、N4 处理与其他处理均存在显著差异（P＜0.05），CK、N1、N2 处理间无显著差异（P＞0.05）。

2019年第1 茬，N3 处理平均株高最高，为105.71 cm，CK 最低，为86.62 cm，N3 处理较CK 提高22.04%；N3 处理与其他处理均存在显著差异（P＜0.05）；N4、N1、N2 处理较CK 分别提高7.97%、7.48%和5.11%，且与CK 存在显著差异（P＜0.05）；N1、N2、N4 处理间无显著差异（P＞0.05）。2019年第2 茬，N3 处理平均株高最高，为83.34 cm，CK 最低，为70.11 cm，N3 处理较CK 提高18.87%；N3、N1 处理与其他处理存在显著差异（P＜0.05），N1 和N3 处理间无显著差异（P＞0.05）；N1、N4、N2 处理较CK 分别提高13.03%、10.50%和1.93%；N4 处理与其他处理均存在显著差异（P＜0.05）；CK 和N2 处理间无显著差异（P＞0.05）。

2020年第1 茬，N3 处理平均株高最高，为76.53 cm，CK 最低，为73.61 cm，N3 处理较CK 提高3.97%；N4、N2、N1 处理较CK 分别提高3.22%、1.29%和0.37%；各处理间均无显著差异（P＞0.05）。2020年第2 茬，N2 处理平均株高最高，为72.68 cm，CK 最低，为68.03 cm，N2 处理较CK 提高6.84%，N2 处理和CK 差异显著（P＜0.05）；N4、N3、N1 处理较CK 分别提高6.41%、5.14%和1.68%，N2、N3、N4处理与CK、N1 处理存在显著差异（P＜0.05），N2、N3、N4 处理间无显著差异（P＞0.05），CK、N1 处理间无显著差异（P＞0.05）。

综上所述，所有施肥处理的株高高于CK，表明施氮肥可促进紫花苜蓿的生长。N3 处理下的平均株高在2017—2020年均表现最好，生长第3年达到峰值。

2.2 不同氮肥水平对紫花苜蓿茎叶比的影响

不同氮肥水平下紫花苜蓿茎叶比结果见表2。2017年第1 茬，N4 处理的茎叶比最大，为1.32；N1 处理的茎叶比最小，为1.28；N4、CK、N3 处理间差异不显著（P＞0.05），N1、N2 处理间无显著差异（P＞0.05），CK、N3、N4 处理与N1、N2 处理存在显著差异（P＜0.05）。2017年第2 茬，N1 处理的茎叶比最大，为1.28；N3 处理的最小，为1.18；CK 和N1 处理间无显著差异（P＞0.05），N2、N3、N4 处理间无显著差异（P＞0.05），CK、N1 处理与N2、N3、N4 处理存在显著差异（P＜0.05）。

表2 不同施肥水平紫花苜蓿茎叶比

2018年第1 茬，CK 的茎叶比最大，为1.29；N4 处理的茎叶比最小，为1.23；CK 与其他处理存在显著差异（P＜0.05）；N1、N2、N3 处理与N4 处理存在显著差异（P＜0.05），N1、N2、N3 处理无显著差异（P＞0.05）。2018年第2 茬，CK 的茎叶比最大，为1.28；N1 处理和N3 处理的茎叶比最小，为1.23；CK 与其他处理均存在显著差异（P＜0.05），N1、N2、N3、N4 处理间均无显著差异（P＞0.05）。

2019年第1 茬，N1 处理的茎叶比最大，为1.30；N3 处理的最小，为1.23；CK 与N1 处理无显著差异（P＞0.05）；N2、N3、N4 处理间无显著差异（P＞0.05），CK、N1 处理与N2、N3、N4 处理存在显著差异（P＜0.05）。2019年第2 茬，N1 处理的茎叶比最大，为1.28；N2 处理的茎叶比最小，为1.21；CK、N1、N3、N4 处理均无显著差异（P＞0.05），但与N2 处理均存在显著性差异（P＜0.05）。

2020年第1 茬，CK 的茎叶比最大，为1.25；N2 处理的茎叶比最小，为1.14；CK、N1、N3 处理间无显著差异（P＞0.05），N2、N4 处理间无显著差异（P＞0.05），CK、N1、N3 处理与N2、N4 处理存在显著差异（P＜0.05）。2020年第2 茬，CK 的茎叶比最大，为1.25；N3 处理的茎叶比最小，为1.13；CK 与N1 处理、N2 处理与N4 处理间无显著差异（P＞0.05），CK、N1 处理与其他处理存在显著差异（P＜0.05），N2、N4 处理与其他处理存在显著差异（P＜0.05）。

综上所述，不同年份、不同茬次施肥处理的茎叶比差异明显，CK 的茎叶比与施氮肥处理相比较高，说明施氮肥可增加植株的叶量，提高饲草品质。

2.3 不同氮肥水平对紫花苜蓿干鲜比的影响

不同氮肥水平下紫花苜蓿干鲜比结果见表3。2017年第1 茬，CK 的干鲜比最大，为0.33；N2 处理的干鲜比最小，为0.27；CK、N1、N3 处理无显著差异（P＞0.05），N2 处理和N4 处理间差异显著（P＜0.05），与CK、N1、N3 处理间存在显著差异（P＜0.05）。2017年第2 茬，CK 的干鲜比最大，为0.31；N1 处理和N2 处理的干鲜比最小，为0.28；CK 与其他处理均存在显著差异（P＜0.05）；N1、N3、N4 处理间无显著差异（P＞0.05），但与N2 处理存在显著差异（P＜0.05）。

表3 不同施肥水平紫花苜蓿干鲜比

2018年第1 茬，CK 的干鲜比最大，为0.28；N2 处理的干鲜比最小，为0.24；N2 处理与其他处理均存在显著差异（P＜0.05），其他处理间均无显著差异（P＞0.05）。2018年第2 茬，N1 和N4 处理干鲜比最大，均为0.27；N2 处理的干鲜比最小，为0.23；N2 处理与其他处理均存在显著差异（P＜0.05），其他处理间均无显著差异（P＞0.05）。

2019年第1 茬，CK 的干鲜比最大，为0.37；N2 处理的干鲜比最小，为0.32；CK、N4 处理与其他处理均存在显著差异（P＜0.05）；N1、N2、N3 处理间无显著差异（P＞0.05）。2019年第2 茬，CK 的干鲜比最大，为0.33；N2 处理的干鲜比最小，为0.28；CK、N4 处理与其他处理均存在显著差异（P＜0.05），N1、N2、N3 处理间均无显著差异（P＞0.05）。

2020年第1 茬，CK 的干鲜比最大，为0.34；N3 处理的干鲜比最小，为0.26；CK 与其他处理间均存在显著差异（P＜0.05），N1、N2、N4 处理与N3 处理间存在显著差异（P＜0.05），N1、N2、N4 处理间无显著差异（P＞0.05）。2020年第2 茬，CK 的干鲜比最大，为0.33；N4 处理的干鲜比最小，为0.27；CK 与其他处理均存在显著差异（P＜0.05），其他处理间均无显著差异（P＞0.05）。

综上所述，CK 的干鲜比表现较好，施肥处理的干鲜比均低于CK，不同施氮水平可能会对紫花苜蓿干鲜比产生一定负效应。

2.4 不同氮肥水平对紫花苜蓿干草产量的影响

由图2 可知，2017年，N3处理的干草产量最高，为20 389.97 kg/hm2；CK 的干草产量最低，为11 929.01 kg/hm2；N3 处理较CK 增产70.93%，N3 处理与CK 间存在显著差异（P＜0.05）；N2、N4、N1 处理的干草产量较CK 分别增加了60.00%、52.38%和15.16%；N4 处理与其他处理间存在显著差异（P＜0.05）；N2 处理与N3 处理、CK 与N1 处理差异不显著（P＞0.05）。2018年，N3 处理的干草产量最高，为38 996.84 kg/hm2；CK 的干草产量最低，为20 969.79 kg/hm2；N3 处理较CK 增产85.97%；N3 处理与其他处理间差异显著（P＜0.05）；N2、N4、N1 处理的干草产量较CK 分别增加了60.52%、59.53%和36.31%；N2、N4 处理间差异不显著（P＞0.05），N2、N4处理与其他处理存在显著差异（P＜0.05），N1 处理与CK 间差异显著（P＜0.05）。2019年，N3 处理的干草产量最高，为23 127.53 kg/hm2；CK 的干草产量最低，为14 409.09 kg/hm2；N3 处理较CK 增产60.51%；N4、N2、N1 处理较CK 分别增产49.21%、42.53%和14.63%；N2、N3、N4 处理与N1 处理、CK 存在显著差异（P＜0.05），N2、N3、N4 处理间差异不显著（P＞0.05）。2020年，N1 处理的干草产量最高，为14 004.96 kg/hm2；CK 的干草产量最低，为13 051.20 kg/hm2；N1 处理较CK 增产7.31%；N3、N2、N4 处理较CK 分别增产7.23%、3.47%和0.48%；各处理间差异不显著（P＞0.05）。统计2017—2020年不同施肥处理下各小区干草总产量，N3 处理的干草总产量最高，为96 509.24 kg/hm2；CK 的干草总产量最低，为60 359.08 kg/hm2；N3 处理较CK 增产59.89%；N3 处理与各处理均存在显著差异（P＜0.05）；N2 处理与N4 处理间无显著差异（P＞0.05），但与其他处理存在显著差异（P＜0.05）；N1 处理与CK 存在显著差异（P＜0.05）。

图2 不同施肥水平对紫花苜蓿干草产量的影响

综上所述，所有施肥处理的干草总产量高于CK，表明施氮肥对增加紫花苜蓿干草产量具有显著影响，4年累计干草产量排序为：N3＞N2＞N4＞N1＞N0（CK）。

2.5 经济效益分析

由表4 可知，在其他投入相同、肥料投入有差异的前提下，2017—2020年施肥处理较不施肥总产值累计增加2.62 万～7.59 万元/hm2，纯收入增加2.55 万～7.44 万元/hm2，与CK 相比差异显著（P＜0.05）。其中，N3 处理的纯收入最高，为16.75 万元/hm2，比对照增收7.44 万元/hm2。结果表明，施肥可以显著提高紫花苜蓿生产的经济效益。

表4 2017—2020年经济效益分析

3 结论与讨论

植株高度通常能够反映植物的生长发育状况，是衡量生产性能最直接的指标[10]。王亚玲等[11]通过通径分析，探讨了生长高度等农艺性状对产量的影响，得出紫花苜蓿株高对产量的直接贡献率最大的结论。耿慧等[12]通过紫花苜蓿株高等农艺性状与产量的相关分析得出，株高是影响紫花苜蓿干草产量的最重要因素，其他农艺性状对干草产量的作用较弱。本试验中，N3 处理的株高表现最好，当氮肥水平达到120 kg/hm2（N3）时，紫花苜蓿株高达最高值，为126.93 cm。在氮肥水平到达N3 水平之前，随着施氮量的增加，紫花苜蓿的株高也会增加，此结果与成红等[13]对紫花苜蓿追施适宜氮肥能够提高株高的试验结果基本一致。

茎叶比是衡量紫花苜蓿品质的重要指标之一。紫花苜蓿叶片中的蛋白质、脂肪等营养物质含量均比茎秆高得多，营养价值要高于茎秆，适口性也较好[14]。茎叶比越大，植株的木质素和纤维素等物质的含量就会增加，从而影响家畜的采食；茎叶比越小，叶片所占比例就越大，植株内营养成分的含量就会越高，品质就会提高[15]。本试验中，施氮处理的茎叶比小于对照，这与李星月等[16]得出的较高水平施氮量能够减小紫花苜蓿茎叶比的试验结果相似。由于影响茎叶比的限制因素较多[17-18]，本研究结果与张杰等[19]、COLLINS[20]和KNAPP 等[21]研究的施氮肥对紫花苜蓿茎叶比会产生负作用，韩淑芳[22]研究的施氮肥对紫花苜蓿的茎叶比没有显著作用，品种是影响茎叶比的最大因素的结果不一致。这可能与地理区系、土壤水分、田间管理方式等因素影响有关，试验结果仍有待研究。

干鲜比能够反映牧草的利用价值和干物质积累程度[23]。一般来说，紫花苜蓿的干鲜比可直接反映其品质的优良程度，二者呈正相关关系[24]。干鲜比越高的植株，干物质的含量越多、适口性越好[25]。本试验中，对照的干鲜比高于施肥处理，但干鲜比没有明显的变化规律，这与李星月等[16]研究的适量氮肥会对紫花苜蓿干鲜比产生正效应，少量或过量氮肥则会带来负效应的结论相似。张桂兰等[26]研究表明，紫花苜蓿会受氮肥影响，施氮会对其干鲜比产生负效应，与本试验结果一致。

干草产量是紫花苜蓿农艺性状和经济效益最重要的表现[27-30]。本试验中，5年刈割的紫花苜蓿累计干草总产量依次为N3＞N2＞N4＞N1＞N0（CK），N3 处理总产量为96 509.24 kg/hm2，比对照增产59.89%，增加收入7.44 万元/hm2。干草产量随施氮量的增加而增加，当施氮量达到120 kg/hm2（N3）时产量最高，之后干草产量呈降低趋势，这与刘贵河等[30]、成红等[31]、范富等[32]研究的紫花苜蓿产量随着施氮量增加呈正相关关系，但达到一定水平后紫花苜蓿产量会有所下降的结果基本一致，也与紫花苜蓿的株高和产量大体呈正相关趋势一致[33]。这可能与紫花苜蓿具有固氮能力有关，若过多施用氮肥，会使紫花苜蓿丧失部分固氮能力[34]。