刈割后追肥对建植当年紫花苜蓿生长和生产性能的影响

徐睿智，吴晓娟，杨惠敏

（草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020）

紫花苜蓿（Medicago sativa）饲用、经济和生态价值突出，在草田轮作、农牧耦合、保障区域食物与生态安全等方面发挥着重要作用［1—3］。黄土高原地区降水较少且季节性分布不均，水土流失严重、土壤贫瘠，农业资源利用效率低［4］，苜蓿是当地粮改饲和发展草食畜牧业的主要栽培饲草。刈割是多年生牧草草地主要利用方式之一，栽培草地系统中氮、磷等养分元素随着牧草刈割而不断移出，会持续降低土壤肥力，最终影响牧草生长和草地生产性能［5］。刈割利用加剧了黄土高原地区栽培苜蓿草地的养分匮缺［6］。施肥可改善土壤肥力，提高栽培草地生产性能［7］，但刈割后追肥方式及其对栽培草地生产性能的影响仍不清楚。

施氮、施磷及氮磷肥配合施用能显著影响苜蓿生长、品质和生物量积累。如在每公顷施氮60 kg、施磷135 kg的条件下，苜蓿干草产量比不施肥处理显著提高21.7%［8］。陈香来等［9］发现，当施氮肥50 kg·hm—2、磷肥120 kg·hm—2时，干草产量比对照高44%，粗蛋白含量和相对饲用价值也有显著提高。王丹［10］的研究表明，每公顷添加90 kg的氮肥可使建植当年苜蓿地上和地下部分总生物量较不施肥处理分别增加22.00%和21.95%，并显著降低粗纤维含量。以往研究中，施肥处理常采取施基肥或在苜蓿生长期内（出苗或返青时）一次性施入的方式，可能造成肥料浪费，也会引起茬次间土壤肥力不均衡等现象。刈割后追肥能缓解这些问题，但相关管理措施及其作用的研究较少。

苜蓿草地刈割后追施肥料能提高牧草产量和品质。在俄勒冈州中部地区，Jenkins等［11］在苜蓿第1、2茬刈割收获后分别追施硝酸铵230 kg·hm—2，发现追肥极显著提高了苜蓿最后1茬的产量。4龄苜蓿刈割后追施22 kg·hm—2氮肥，年总干草产量比追施前几年的年均值高出1.29 t·hm—2。也有研究表明，牛粪和固体厩肥添加对后茬苜蓿产量均无显著影响［12—13］。王洋等［14］发现，刈割后施肥显著提高了后茬苜蓿的产量和品质，但总体上返青期追施复合肥下苜蓿年总干草产量和粗蛋白产量均高于刈割后施肥处理。此外，苜蓿草地还有必要追施磷肥，可采用开沟条施的方法每年追施1～3次［15］。然而，关于刈割后追施磷肥及其与氮肥配施的研究并不充分。此外，不同施肥时期对苜蓿生长和草地生产也有显著影响。如肖知新等［16］发现，较晚施肥比早春施肥能更好地提高后茬苜蓿的株高和产量，同时降低其粗纤维含量。

刈割后追施氮磷肥必然影响苜蓿生长和草地生产性能，但追施氮磷肥种类、配比用量以及刈割后适宜的追肥时间还需要进一步明确。阐明建植当年苜蓿的刈割后追肥效应，对探索黄土高原雨养农区适宜于苜蓿生产的刈割后追肥管理措施具有重要的指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在兰州大学庆阳黄土高原草地农业生态系统野外科学观测研究站进行。该站位于甘肃省庆阳市西峰区什社乡（35°40′N，107°51′E），海拔1298 m。该地区为大陆性季风气候，年无霜期160～180 d。1970—2019年年平均降水量为562.0 mm，试验当年（2020年）作物生长期内月平均温度和降水量见图1。试验开展前样地种植无芒雀麦（Bromusinermis）后休闲1年，无施肥处理。土壤类型为黑垆土，土壤养分状况见表1。

图1 试验地2020年平均气温和降水量Fig.1 Average temperature and precipitation in 2020 at the test site

表1 试验地0～60 cm土层主要养分特征Table 1 Char acter istics of key nutr ients in 0-60 cm soil layer

1.2 试验材料

供试苜蓿品种为陇东苜蓿，购自种子站，种子净度95.0%，发芽率90.0%。供试氮肥为新疆中能万源化工有限公司的尿素（N≥46.0%）和云南金星化工有限公司的过磷酸钙（P2O5≥16.0%）。

1.3 试验设计

试验采用完全随机设计，播种前每公顷撒施氮肥50 kg、磷肥60 kg。在2020年5月5日，按22.5 kg·hm—2播量条播苜蓿，行间距30.0 cm。在7月16日进行第1茬刈割，留茬高度为5.0 cm。在刈割当日（T0）和7月23日（7 d后，T1）沟施追肥（表2），施肥深度7.0 cm。氮水平为0（N0）、25（N25）、50 kg·hm—2N（N50），磷水平为0（P0）、30（P30）、60 kg·hm—2P2O5（P60）。每个处理设3个重复，共54个试验小区，小区面积3.0 m×4.0 m，周围设1.0 m保护行。在完全雨养的条件下，试验地进行常规的病虫草害管理。

表2 试验处理Table 2 Design for treatments（kg·hm-2）

1.4 测定项目与方法

1.4.1株高、茎叶比及产量的测定 在苜蓿第2茬分枝后期（9月1日），每个小区随机选择10株植物，测定自然株高。在苜蓿第2茬初花期，每个小区随机取3段50.0 cm长势均匀的植物样段，先进行茎、叶分离，带回实验室于105℃杀青15 min，再于75℃烘至恒重，称取干重计算茎叶比及干草产量。

1.4.2养分的测定 将干草样品粉碎，过1.0 mm筛，进行养分的测定。采用凯氏定氮法（全自动定氮仪，FOSS 8400，上海）测定样品氮（N）含量，计算粗蛋白（crude protein，CP）含量；采用三酸消解—钼锑抗比色法测定磷（P）含量；采用范氏洗涤纤维法测定中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF）含量，计算相对饲用价值（relative feeding value，RFV）［5］。

式中：DMI（dry matter intake）为干物质采食量，单位是占体重的百分比；DDM（digestible dry matter）为可消化干物质，单位是占干物质的百分比。

1.4.3根系指标的测定 在苜蓿第2茬初花期（9月16日），分别在行间和行内各选取1点，用根钻（内径9.0cm）按深度为0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～60 cm取土样（40～60 cm取两次），共计12钻。用孔径为0.25 mm的网兜收集土样，反复洗涤后得到根样品。根据根的形态、颜色和柔韧程度，挑选出具有生活力的根［17］，吸干水分，用EPSON Scan系统（Expression 11000xl，加拿大）扫描，再用WinRHIZO软件进行分析。根样品扫描后在65℃条件下烘干至恒重，称量。单位体积土壤内的根系参数（指代相应密度条件下）的计算公式如下：

式中：取样体积＝根钻体积×12钻，根钻体积为635.85 cm3。

1.5 数据统计分析

利用Excel 2016汇总整理数据，运用IBM SPSS Statistics 19进行数据统计分析，对施肥和追肥时间处理的效应进行ANOVA单因素方差分析，进一步用Duncan法对各处理间差异进行多重比较，显著水平为0.05，用平均值±标准误表示结果。

2 结果与分析

2.1 苜蓿株高和茎叶比

追施磷肥、追肥时间及氮磷肥配施对刈割后苜蓿株高有极显著的影响（P＜0.01）（表3）。除T1N25P60外，其他处理下株高均高于对照（N0P0）（图2）。刈割后立即追施低磷（T0N0P30）对促进苜蓿生长的效果最明显，株高达到36.07 cm，与对照相比提高了20.53%，同时较刈割7 d后追施低磷（T1N0P30）处理提高8.53%，且差异显著（P＜0.05）。刈割后立即高氮（T0N50P0）和高磷（T0N0P60）处理也使苜蓿株高显著高于对照，分别提高了13.90%和11.57%。但除刈割时低磷低氮（T0N25P30）处理外，氮磷肥的配比追施及低氮处理对株高无显著影响，同时，除低磷（P30）和高氮低磷（N50P30）追施处理外，刈割时（T0）追肥处理下苜蓿均高于刈割7 d后（T1）追施，但差异不显著。

表3 追肥和追肥时间对第2茬苜蓿株高和茎叶比的影响Table 3 Effect of topdressing combination and time on plant height and stem leaf ratio of alfalfa at the second cut

图2 不同处理下第2茬苜蓿株高Fig.2 Plant height of alfalfa at the second cut under different treatments

追施氮肥对苜蓿茎叶比有显著影响（P＜0.05），不同时间追施氮磷肥对茎叶比影响极显著（P＜0.01）（表3）。如表4所示，除刈割后立即高氮低磷追施处理（T0N50P30）外，刈割后追肥都降低了后茬苜蓿的茎叶比，其中刈割7 d后追施低磷（T1N0P30）和高氮低磷（T1N50P30）处 理 较不 追 肥（T0N0P0）降幅 最 大，达 到19.82%，茎叶比均为0.89。刈割7 d后（T1）追施高磷低氮处理降低了茎叶比，但与对照处理无显著性差异。然而在高氮高磷处理下，T0时追施对降低后茬苜蓿茎叶比的效果比T1时更显著。低氮肥追施的条件下，磷肥的添加量和追施时间对茎叶比无显著影响。

表4 不同处理下第2茬苜蓿茎叶比Table 4 Stem leaf ratio of alfalfa at the second cut under differ ent treatments

2.2 产量

追肥时间不影响追施氮肥或磷肥的产量效应，其他处理对牧草产量有显著（P＜0.05）影响（表5）。刈割后追肥提高了苜蓿的干草产量，且T0时追肥处理下的平均产量高于T1（图3）。T0N50P60处理对苜蓿干草产量的促进作用最明显，比对照高50.63%。T1时N25P30和N50P60处理对产量影响不大。不同时间高磷追施下的干草产量与对照间基本无显著性差异。低氮追施时，牧草产量随追施磷肥量的增加而增加；单独追施磷肥时，牧草产量随追施磷肥量的增加呈先上升后下降的趋势。在T0时只追施氮肥和高磷追施，牧草产量随追施氮肥量的增加而增加。

图3 不同处理下第2茬苜蓿干草产量Fig.3 Forage yield of alfalfa at the second cut under different treatments

2.3 牧草营养品质

刈割后追肥处理极显著地影响了苜蓿干草的粗蛋白产量（P＜0.01），施磷肥与追肥时间无交互效应（表5）。各处理的粗蛋白产量均高于对照；T0时追肥条件下高于T1（图4）。T0N50P60处理下达到0.94 t·hm—2，显著高于其他各处理。T1N50P60处理下仅为0.68 t·hm—2，与对照相比无显著性差异。刈割后立即追施高磷、刈割7 d后追施低氮对粗蛋白产量无显著影响。不同的追肥时间下，单施磷肥时，粗蛋白产量均随施肥量的增加呈先增加后降低的趋势，而在同时追施低氮的条件下，粗蛋白产量会随追施磷肥量的增加而增加。

图4 不同处理下第2茬苜蓿干草的粗蛋白产量Fig.4 Crude protein yield of alfalfa at the second cut under different treatments

表5 追肥和追肥时间对第2茬苜蓿干草产量、粗蛋白产量、酸性洗涤纤维含量、中性洗涤纤维含量和相对饲用价值的影响Table 5 Effects of topdressing combination and time on forage yield，CP yield，ADF，NDF content and RFV of alfalfa at the second cut

刈割后追肥对苜蓿干草的ADF、NDF含量和RFV均无显著影响（表5），除了T1N0P60和T1N50P30处理外，苜蓿干草的ADF含量均降低，其中T0N50P30处理下最低，比对照低17.35%（表6）。除T0N25P60和T1N0P60处理外，刈割后追肥使NDF含量均降低。刈割后高磷追施处理，RFV无明显变化，与对照无显著差异。T1N25P30处理下RFV最高，达到224，比对照提高了19.79%；T0N50P30处理下RFV也较对照有显著提高。

表6 不同处理下第2茬苜蓿干草的酸性洗涤纤维含量、中性洗涤纤维含量和相对饲用价值Table 6 ADF content，NDF content and RFV of alfalfa at the second cut under different treatments

2.4 苜蓿根系特性

追施磷肥及其与氮肥配施对苜蓿根长密度有显著（P＜0.05）影响（表7）。单位体积内对照组根长最长，为2.66 mm·cm—3，与低磷追施处理有显著差异（表8）；根长密度在T1时追施高磷显著降低，较对照低29.32%。高氮高磷处理以及T0时高氮追施都会促进根系伸长，除T0时低磷追施外，其余处理下根长密度高于T1时追肥处理。追施氮肥及其与磷肥配施显著（P＜0.05）影响苜蓿单位土壤体积下的根表面积（表7）。追肥处理增加了苜蓿根表面积，在T0N25P30处理下最高，为7.75 mm2·cm—3，显著高于对照；其他处理间根表面积均无显著性差异（表8）。追施磷肥、追肥时间对苜蓿根体积密度有显著（P＜0.05）的影响（表7）。各追肥处理都促进了苜蓿根系体积的增加，其中在低磷低氮和高磷高氮追施处理下显著提高，增幅在41.41%以上，且在T1N25P30处理下根体积最大，为2.15 mm3·cm—3，比对照增加67.97%；另外，T1N0P60处理也显著增加了根体积密度，而其他处理与对照差异不显著（表8）。

表8 不同处理下第2茬苜蓿根长、根表面积和根体积Table 8 Root length，root surface area and root volume of alfalfa at the second cut under different treatments

追施氮肥、磷肥、氮磷肥配施以及追施氮肥与追施时间互作对单位体积土壤中苜蓿的根生物量均有显著（P＜0.05）影响（表7）。追肥处理提高了根生物量（图5）。不同追肥时期施用低磷低氮或高磷高氮肥均可显著提高单位土壤体积内根系生物量，另外，T0N50P0和T1N0P60处理下根生物量密度达到1.18和1.21 kg·cm—3，与对照相比，显著提高了68.57%和72.86%；其他处理下根生物量密度虽然都高于对照，但无显著差异。

图5 不同处理下第2茬苜蓿根生物量Fig.5 Root biomass of alfalfa at the second cut under different treatments

表7 追肥和追肥时间对第2茬苜蓿根长、根表面积、根体积和根生物量的影响（P值）Table 7 Effects（P value）of fertilization and topdressing time on root length，root surface ar ea，r oot volume and r oot biomass of alfalfa at the second cut

3 讨论

3.1 刈割后追肥对苜蓿地上部分生长的影响

刈割后追肥可促进苜蓿生长，但受施肥量和种类组合的影响。王丹［10］对建植当年的盆栽苜蓿进行了基施氮肥和刈割后追施氮肥的处理，发现每公顷每次施用氮肥30、60、90 kg处理下苜蓿第2茬的株高较不施肥处理提高了17.1%、25.0%、21.4%。在本研究中，每公顷追施氮肥50 kg促进了苜蓿地上部分生长，优于低量施肥（25 kg·hm—2）效果，而且刈割后立即追施比7 d后追施更有利于后茬苜蓿植株高度的增加。氮磷肥配施影响追肥效果，如马孝慧［18］的研究中，2龄苜蓿第1茬刈割后施用氮、磷肥可使后茬苜蓿在刈割35 d后株高较不施肥处理提高14.6%和9.9%。在本研究中，刈割后立即追施低磷低氮和高氮对株高影响显著，说明刈割后追施氮磷肥可以显著促进建植当年苜蓿地上部分的生长。一定量的磷肥添加促进了豆科植物同化产物的转运，有利于氮素同化和利用［19］，从而促进植物生长。但本研究中苜蓿株高整体偏低，可能由于第2茬苜蓿再生早期（7月下旬—8月初）气温较高、降水量较少，对其生长有一定的影响。刈割后追肥对苜蓿茎叶比的影响因追肥量和时间不同而异。李星月等［20］发现单施磷肥和较高水平的施氮均显著减小了苜蓿的茎叶比。在本研究中，刈割7 d后追施30 kg·hm—2的磷肥或50 kg·hm—2的氮肥也显著降低了苜蓿茎叶比，而刈割7 d后高氮条件下追施磷肥时，茎叶比增加，可能在氮充足条件下，施磷提高了苜蓿的分枝数［21］。低氮肥条件下，施磷肥量和追施时间对茎叶比无显著影响，可能与氮对苜蓿生长发挥主要限制作用有关。

3.2 刈割后追肥对苜蓿草地生产性能的影响

苗期或刈割之后，苜蓿生长所需要的养分主要由土壤供给，施肥对其产量有很大影响。Jenkins等［11］在苜蓿种植前和刈割后3次等量共计施氮80.5 kg·hm—2，显著提高了后茬的产量。在本研究中，施氮肥也提高了第2茬苜蓿的产量，且刈割后立即追肥的增产效果优于7 d后追施。刈割导致苜蓿生物固氮能力急剧减弱，氮肥添加能迅速启动再生，促进生长。因此，建议在当地苜蓿生产中，刈割利用后尽早追施氮肥。若刈割一段时间后再进行追肥，由于刈割7 d后追施25 kg·hm—2N处理下产量与不追肥无显著差异，建议氮肥用量为50 kg·hm—2。有研究表明，磷肥添加可以提高豆科植物的氮含量，从而增加粗蛋白及干物质产量［22］，然而在本研究中，刈割后追施磷肥时，60 kg·hm—2处理下苜蓿产量与追施30 kg·hm—2时无显著差异，可能与过磷酸钙在土壤中的可移动性较低［23］有关，且刈割后生长期内降水不均匀，过量的磷肥并未充分转换成可吸收态的速效磷。张铁军等［24］的研究发现，在前1年和第1茬刈割后每hm2施用5 kg氮肥和60 kg磷肥，可使4龄苜蓿年产量比每hm2施用15 kg氮肥和90 kg磷肥的处理提高13.53%，其认为在较低的施氮水平下，氮磷肥供应更加均衡，其互作效应更有利于增产。而在本次研究中，低氮（N25）追施条件下，牧草产量随追施磷肥量的增加而增加，而高氮（N50）条件下呈现先降后增或先增后降的趋势，因此在低氮追施条件下氮磷的互作效应对于增产更明显，但在肥料吸收利用期充足的情况下（T0），高磷高氮的追施处理最有利于提高产量。。

刈割后追肥可以改善饲草品质。Zhang等［25］研究发现，随施磷量的增加，苜蓿的相对饲用价值呈先增加后降低的趋势，每hm2添加105 kg N和100 kg P2O5条件下可使RFV显著提高26.60%。张磊等［26］的研究表明，刈割后每株苜蓿追施尿素0.18和0.36 g提高了其粗蛋白、粗脂肪含量，降低了粗纤维含量，整体饲用品质有所提高。在本研究中，刈割后追施氮磷肥降低了苜蓿ADF、NDF含量，提高了饲草适口性，虽然各追肥处理间差异性不大，但RFV在T1N25P30条件下有了显著提高，也可能与刈割后配合追施氮磷肥降低了苜蓿的茎叶比有关。

3.3 刈割后追肥对苜蓿根系特性的影响

根系可通过形态或构型和生理反应来感受和适应土壤中的养分变化［27］，施肥能显著影响根系生长。有研究表明施磷能显著提高苜蓿的地下生物量［19］。马红等［28］的水培研究也表明，50～100μmol·L—1磷添加下苜蓿根系生长速度加快，总根长显著增加。王丹［10］的研究表明，生长第1年的苜蓿无法通过共生固氮满足其全部的氮素需求，在苗期施用少量氮肥可以促进根系生长。康佳惠等［29］发现，与无氮处理相比，硝态、铵态和混合态氮的添加都会显著提高苜蓿的根系生物量、表面积和体积，但降低了根长。在本研究中，刈割后追施氮磷肥显著影响了后茬苜蓿的根系特性，显著增加了单位土壤体积内的根表面积和根体积，但追肥处理下苜蓿的根长均低于对照。在生长初期，苜蓿生理机能较弱，特别是在低磷环境中，为了获取土壤养分，根系长度和细根数量都会有所提升［30］。当浅层土壤养分供应由于施肥而相对充足时，植物会趋向于增加根系体积与根毛数量以更好地进行吸收利用。

4 结论

刈割后不同时间追施氮、磷肥及配比追施均可有效地促进建植当年紫花苜蓿次茬地上、地下部分的生长发育，提高牧草干物质及粗蛋白产量，但对苜蓿的中性、酸性洗涤纤维含量及相对饲用价值无显著影响。刈割后立即追施30 kg·hm—2P2O5可显著促进后茬苜蓿的生长，同时刈割后立即追施高磷高氮能有助于提高后茬苜蓿干草及粗蛋白产量。在黄土高原雨养农区苜蓿生产中，可在刈割后立即每公顷追施30 kg P2O5，或每公顷配合追施50 kg N和60 kg P2O5，以促进苜蓿后茬的生长、提高栽培草地的生产性能。