氮磷互作对不同茬次滴灌苜蓿生产性能及营养品质的影响
苗晓茸, 孙艳梅, 于磊, 马春晖, 张前兵*
石河子大学动物科技学院,新疆 石河子 832003
*通信作者: E-mail: qbz102@163.com

作者简介:苗晓茸(1994-),女,陕西榆林人,在读硕士。E-mail: 916497408@qq.com

摘要

为探讨滴灌条件下不同氮磷互作模式对绿洲区滴灌苜蓿生产性能及营养品质的影响,本试验设置施N 105 (N1)和210 kg·hm-2(N2)2种梯度,施P2O5 0 (CK)、50 (P1)、100 (P2)和150 kg·hm-2(P3)4种施磷梯度,交互配施共8个处理(N1P0、N1P1、N1P2、N1P3、N2P0、N2P1、N2P2、N2P3),采用随机区组设计,对滴灌苜蓿各生长性状、干草产量及营养品质进行测定。结果表明:N1条件下,前3茬中,苜蓿的株高、茎粗、生长速度、干草产量和粗蛋白质含量均表现为P2处理大于其他处理;N2条件下,苜蓿的株高、茎粗、生长速度、干草产量和粗蛋白质含量均表现为P1处理大于其他处理;N1、N2条件下,各茬次苜蓿叶片、茎秆的酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维含量均表现为P2处理小于其他处理。P0、P2和P3条件下,前3茬中,苜蓿的株高、茎粗、生长速度、干草产量和粗蛋白质含量均表现为N1处理大于N2处理;相同施磷条件下,苜蓿叶片、茎秆的酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维含量均表现为N1处理小于N2处理。通过对苜蓿各生长性状指标与干草产量灰色关联度分析表明,生长速度和茎粗对苜蓿干草产量的贡献率较大,株高和茎叶比对苜蓿干草产量的贡献率较小。通过模糊相似优先比评价表明,不同氮磷处理下滴灌苜蓿各茬次的较优施肥模式为N1P2处理,此处理下,苜蓿能够获得较高干草产量(25103.19 kg·hm-2)、高蛋白含量(叶:23.60%~26.47%、茎:10.57%~11.76%)、低酸性洗涤纤维含量(叶:13.28%~17.41%、茎:38.63%~47.21%)和低中性洗涤纤维含量(叶:18.18%~22.93%、茎:49.53%~59.83%)。在新疆绿洲区,施氮(N)105 kg·hm-2、磷(P2O5)100 kg·hm-2有利于促进滴灌苜蓿干草产量的形成及营养品质的提高。

关键词: 苜蓿; 氮磷互作; 滴灌; 干草产量; 营养品质
Effects of nitrogen and phosphorus fertilizer rate on hay yield and nutritional quality of alfalfa under drip irrigation
MIAO Xiao-rong, SUN Yan-mei, YU Lei, MA Chun-hui, ZHANG Qian-bing*
The college of Animal Science & Technology, Shihezi University, Shihezi 832003, China
*Corresponding author: E-mail: qbz102@163.com
Abstract

This research explored the effects of different nitrogen and phosphorus fertilizer rates and their interaction on productivity and nutritional value of alfalfa under drip irrigation in the oasis region of Xinjiang. A randomized block design of two nitrogen levels (105 and 210 kg·ha-1) and four levels of P2O5 (0, 50, 100 and 150 kg·ha-1) was used, making a total of 8 treatments (N1P0, N1P1, N1P2, N1P3, N2P0, N2P1, N2P2, N2P3). Growth traits, hay yield and the nutritional value of the alfalfa were studied. It was found that under the N1 treatment, the plant height, stem diameter, growth rate, hay yield and crude protein of alfalfa in the P2 treatment were greater than other treatments in the first three cuts. However, under the N2 treatment these same responses were greater than other treatments in the P1 treatment. The contents of acid detergent fiber and neutral detergent fiber in alfalfa leaves and stems in the P2 treatment were lower than other treatments at each cut under N1 and N2 treatments. The plant height, stem diameter, growth rate, hay yield and crude protein of alfalfa in the N1 treatment were higher than the N2 treatment under P0, P2 and P3 treatments. Under the same phosphorus application conditions, the contents of acid detergent fiber and neutral detergent fiber in the N1 treatment were lower than the N2 treatment in leaves and stems of alfalfa. Through grey correlation analysis between growth traits index and hay yield of alfalfa it was shown that growth rate and stem diameter had major contributions to hay yield of alfalfa, but the plant height and stem∶leaf ratio had lesser contributions. Through fuzzy similarity priority ratio, the optimal fertilization mode at each cut of alfalfa among the eight treatments under drip irrigation was identified as the N1P2 treatment. Under this regime alfalfa produced a high hay yield of 25103.19 kg·ha-1, with a leaf protein content range of 23.60%-26.47% and a stem protein range of 10.57%-11.76%, together with lower acid detergent fiber contents (leaf: 13.28%-17.41%, stem: 38.63%-47.21%) and lower neutral detergent fiber contents (leaves: 18.18%-22.93%, stem: 49.53%-59.83%). Therefore, the combination of nitrogen (N) at 105 kg·ha-1 and phosphorus (P2O5) at 100 kg·ha-1 were optimal for high hay yield and improved nutritional quality of alfalfa under drip irrigation in the Xinjiang oasis area.

Keyword: alfalfa; nitrogen and phosphorus interaction; drip irrigation; hay yield; nutritional quality

紫花苜蓿(Medicago sativa), 是世界上分布范围广, 也是我国种植面积最大的高蛋白牧草之一, 具有营养价值高、适口性好、适应性强等特点, 被称为“ 牧草之王” [1, 2]。随着我国“ 粮改饲” 种植结构的调整, 作为优质饲草的苜蓿, 其种植面积越来越大, 苜蓿高产栽培技术和科学施肥受到更多的重视[3]。氮、磷是苜蓿生长过程中必需的营养元素, 施用氮、磷肥对紫花苜蓿的干草产量和营养品质具有重要的影响[4]。氮参与植物生长发育的各项生命活动, 是合成植物蛋白质的主要因子, 是限制植物产量和品质的重要因素[5]。作为豆科牧草, 苜蓿自身的固氮量基本可以满足自身生长发育对氮素的需求。但施入适量的氮肥更有利于提高苜蓿粗蛋白含量并降低其粗纤维含量[6]。磷是影响苜蓿生产力的重要因素之一, 磷的主要作用是储存和转运能量供植物吸收, 紫花苜蓿根系的生长需要充足的磷肥供应, 缺磷不仅影响苜蓿根瘤菌对氮的固定与吸收, 而且限制植株的正常生长发育。研究表明, 充足的磷肥供应才能维持苜蓿根系的正常生长发育, 缺磷不仅影响苜蓿根瘤菌对氮的固定与吸收[7], 而且限制植株的正常生长发育。在施氮量一致的情况下, 施用磷肥可以显著促进苜蓿的生长, 提高其鲜草产量[8]。可见, 氮、磷以及氮磷合理配施对提高苜蓿的干草产量具有重要的意义[9, 10]

新疆属于典型的温带大陆性干旱气候, 降水量少且气候干燥, 是我国苜蓿种植的主产区之一。随着新疆机械化程度的普遍使用及滴灌系统的应用, 苜蓿的刈割茬次由每年2~3茬提高至4~5茬, 随着苜蓿刈割茬次的增多, 营养元素从土壤中流失的更多, 因此提高肥料利用率是保证高产的重要前提。所以, 要保持苜蓿持续高效生产, 就必须做到合理施肥, 如果化肥使用不当, 不仅浪费肥料, 而且会导致土壤环境污染, 尤其是土壤磷富集造成土壤磷污染, 以及土壤肥力下降等一系列问题, 进而影响农业的可持续发展。

关于生产中各种施肥方式及其施肥量对苜蓿生长的影响, 随着研究地区和实验条件不同而存在分歧, 其结果不尽相同。目前, 在实际生产中人们对苜蓿的氮磷钾肥进行了大量的研究, 但氮磷的施肥方式及施肥量仍因区域不同而不统一, 特别是新疆绿洲区滴灌条件下, 随水滴施氮磷肥的量以及不同氮磷互作模式对滴灌苜蓿干草产量及营养品质的影响机制仍不明确。因此, 本研究以滴灌苜蓿为对象, 研究不同氮磷耦合模式对紫花苜蓿干草产量和营养品质的影响, 旨在提高滴灌条件下紫花苜蓿干草产量和营养品质, 为新疆绿洲区滴灌苜蓿科学施肥制度提供数据参考。

1 材料与方法
1.1 试验地概况

试验在石河子市天业集团农研所农业示范园区试验田(44° 26' N, 85° 95' E)进行。年降水量为125.0~207.7 mm; 年日照时数为2721~2818 h。试验地的土壤类型为灰漠土。土壤容重为1.47 g· cm-3, 土壤耕层(0~20 cm)含速效磷16.5 mg· kg-1, 全磷0.21 g· kg-1, 碱解氮73.1 mg· kg-1, 有机质25.6 g· kg-1, 速效钾330 mg· kg-1

1.2 试验设计

试验苜蓿品种为WL354(来自于北京克劳沃草业技术开发中心), 于2015年进行人工条播, 播种行距为20 cm, 播种深度1.5~2.0 cm, 播种量为18 kg· hm-2, 小区面积为5 m× 8 m=40 m2。本试验于苜蓿生长至第3年(2017年)进行, 苜蓿全年刈割4茬, 均在初花期(开花10%)进行, 留茬高度为5 cm。滴灌带浅埋于地表8~10 cm, 间距60 cm, 所用滴灌带为内镶式滴灌带(北京绿源有限公司生产), 滴头间距为20 cm。

试验采用二因素随机区组设计, 设2种施氮梯度, 分别为施N 105 (N1)和210 kg· hm-2(N2), 4种施磷梯度, 分别为施P2O5 0 (CK)、50 (P1)、100 (P2)和150 kg· hm-2(P3), 交互配施共8个处理(N1P0、N1P1、N1P2、N1P3、N2P0、N2P1、N2P2、N2P3), 所用氮肥为尿素(含N 46%), 所用磷肥为磷酸一铵(含P2O5 52%), 3次重复。肥料在返青后的分枝期、第1茬、第2茬、第3茬刈割后3~5 d随水滴施, 具体施肥时间分别为2017年4月30日、5月26日、6月29日、8月5日。

1.3 测定内容及方法

1.3.1 产量测定 采用样方法测定, 在初花期(开花10%左右)以1 m2为一个样方, 在每个小区随机选取3个长势均一且能够代表该小区长势的苜蓿样方, 用镰刀割取样方内的苜蓿植株, 留茬高度5 cm左右; 另取300 g左右鲜草样带回实验室于105 ℃下杀青30 min后65 ℃烘干至恒重, 折算出苜蓿干草产量(kg· hm-2)。具体计算公式如下:

含水率=(鲜草产量-干草产量)/干草产量× 100%干草产量=鲜草产量× (1-含水率)

1.3.2 株高和茎粗在产量测定的同时, 在各处理的每个小区随机选取10株, 用钢卷尺测定其垂直高度, 取平均值(cm), 并用游标卡尺测量其距地表5 cm处的茎粗(mm)。

1.3.3 茎叶比 在产量过程中, 将取回称重的鲜样于105 ℃下杀青30 min, 再于65 ℃烘干至恒重, 然后将茎、叶分别收集, 称量其干重。根据茎、叶的生物重, 按下式计算茎叶比:

茎叶比=茎秆干重/叶片干重

1.3.4 生长速度 根据测得的苜蓿干草产量以及每茬刈割间隔的天数计算出紫花苜蓿每一茬的生长速度, 具体计算公式如下:

生长速度(kg· hm-2· d)=干草产量/间隔天数

1.3.5 营养品质测定 采用半微量凯氏定氮法测定粗蛋白(crude protein, CP)含量[11]。采用国标测定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[12]

1.4 模糊相似优先比

模糊相似优先比法是将众多样品与一个固定最优样品作比较, 筛选出目标样本与固定样本最相似的一个或几个样品, 其结果为相似度越低评价效果越好[13]。以Xk为固定样本, 以XiXj为待测样本(i, j=1, 2, ……, n)。如对待测样本XiXj与固定样本Xk之间进行比较, 其相似优先比应满足以下要求:若Rij在[0.5, 1]之间或者Rij=1, 则代表XiXj优先; 若Rij在[0, 0.5]之间或者Rij=0, 则代表XjXi优先; Rij=0.5, 则表示XjXi优先程度无法确定。在模糊优先比分析中, 一般采用海明(Harming)距离作为相似优先比中Rij的测度。如对样本Xi和样本Xj与固定样本Xk之间进行比较, 海明距离可定义为:

Rij= dkidki+dkj

Rji=1-Rij

式中:dki=|Xk-Xi|, dkj=|Xk-Xj|, 然后建立模糊相关矩阵, 对给定的样本集合 X={X1, X2, …, Xn} 和固定样本Xk, 令任意XiXkXXk作比较, 即计算两两样本间的相似优先比, 从而得到模糊相关矩阵:

R=Rij Rij[0, 1]i, j=1, 2, , n

计算待评价样本与固定样本之间的绝对值, 绝对值反映了待测样本各指标与固定样本之间在指标间的相似程度。根据绝对值计算结果, 可进一步产生反映待评价样本各指标与固定样本相似程度的序号值, 该序号之和就成为待评价样本与固定样本相似程度的综合反映。

1.5 灰色关联度分析

按灰色系统理论要求, 将各茬次苜蓿干草产量及4个生长性状指标视为一个整体, 构建一个灰色系统[14]。采用DPS v7.05 统计软件计算各参数与产量的灰色关联度。设产量为参考数列X0={X0(k), k=1, 2, 3, ..., m}, 比较数列Xi={Xi(k), k=1, 2, ..., m; i=1, 2, ..., n}, 参数Xi与产量(X0)的关联系数(ε )和各因素的关联度(r)为:

ε i(k)= minimink|X0(k)-Xi(k)|+ρmaximaxk|X0(k)-Xi(k)||X0(k)-Xi(k)|+ρmaximaxk|X0(k)-Xi(k)|

ri=1nk=1nεi(k)

式中:ε i(k)XiX0k点的关联系数, ρ 为灰色分辨系数, 一般取ρ =0.5; 根据关联度ri的大小, 就可以确定比较数列与目标数列的关联程度, 从而判断比较数列的重要性。

1.6 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2010对数据进行整理, SPSS 19.0统计分析软件对数据进行二因素方差分析, 并进行差异显著性分析, 数据表示为“ 平均值± 标准差” 。

2 结果与分析
2.1 不同施肥处理下滴灌苜蓿各生长性状指标

不同处理下苜蓿的株高、茎粗、茎叶比、生长速度(表1)在各茬次的变化为:N1条件下, 前3茬中, 随着施磷量的增加, 苜蓿的株高、茎粗、生长速度呈先增加后降低的趋势, 在P2处理下达到最高值; N2条件下, 在P1处理达到最高值。P0、P2、P3条件下, 在前3茬中, N1处理的株高、茎粗、生长速度大于N2处理。不同处理下苜蓿的茎叶比在各茬次的变化为:N1条件下, 前3茬中, 茎叶比随施磷量的增加呈先降后增的趋势, 在P2处理下达到最小值, 第4茬中, P3处理下达到最小值; N2条件下, 前3茬中, P1处理达到最小值, 第4茬中, P2处理下达到最小值。第1和4茬中, 各处理之间的株高均无显著差异(P> 0.05); 第1、3和4茬中, N1条件下, P2处理的茎粗与P0处理存在显著差异(P< 0.05); N2条件下, P1处理与P0、P2处理存在显著差异(P< 0.05); P2条件下, 除第2茬外, N1处理的茎粗显著大于N2处理(P< 0.05)。各茬次中, N1条件下, P2处理的茎叶比与P1处理之间无显著差异(P> 0.05); N2条件下, 除第1茬外, P1与P0处理之间差异显著(P< 0.05)。

表1 不同施肥处理下滴灌苜蓿生长性状指标 Table 1 Growth traits of alfalfa under drip irrigation at different fertilization treatments

各茬次中, 施氮、氮磷互作处理对苜蓿的株高均无显著影响; 不同施磷处理对苜蓿的茎粗均有显著影响; 氮磷互作处理对第1、3和4茬的苜蓿的茎粗有显著影响; 施氮处理对第2和3茬苜蓿的茎叶比有显著影响; 施磷、氮磷互作处理对第3和4茬苜蓿的茎叶比有显著影响。在各茬次中, 施氮、氮磷互作处理对苜蓿的生长速度均无显著影响。

2.2 不同施肥处理下滴灌苜蓿干草产量

不同施肥处理条件下滴灌苜蓿的总干草产量范围为22416.72~25103.19 kg· hm-2(表2)。N1条件下, 前3茬中, 苜蓿的干草产量随着施磷量的增加呈先增加后降低的趋势, 在P2处理下达到最高值, 第4茬中, P3处理

表2 不同施肥处理下滴灌苜蓿干草产量 Table 2 Hay yield of alfalfa under drip irrigation at different fertilization treatments (kg· hm-2)

下达到最高值; N2条件下, 前3茬中, 均为P1处理苜蓿的干草产量最高, 第4茬中, P2处理下达到最高值。施氮条件下, 除第3茬以外, P2处理的干草产量显著大于P0处理(P< 0.05)。P0、P2、P3条件下, 各茬次中, N1处理苜蓿的干草产量大于N2处理, 且在P3条件下, 除第3茬以外, N1处理苜蓿的干草产量显著大于N2处理(P< 0.05)。

不同氮磷互作处理滴灌苜蓿干草总产量的大小顺序为N1P2> N1P3> N2P1> N2P2> N1P1> N2P3> N1P0> N2P0。施氮处理除第2茬外均对苜蓿的干草产量有显著影响; 在各茬次中, 施磷处理对苜蓿的干草产量均有显著影响; 在各茬次中, 氮磷互作处理仅对第1和2茬苜蓿的干草产量有显著影响。

2.3 不同施肥处理下滴灌苜蓿粗蛋白质

相同处理条件下滴灌苜蓿叶片的粗蛋白质含量比茎秆高2倍以上(表3)。N1条件下, 各茬次中, 随着施磷量的增加, 苜蓿叶片、茎秆的粗蛋白质含量均呈现先增加后降低的趋势, 在P2处理下达到最高值, 且P2处理苜蓿叶片的粗蛋白质含量显著大于P0处理(P< 0.05); N2条件下, 前3茬中, 苜蓿叶片、茎秆的粗蛋白质含量P1处理下最高, 且P1处理苜蓿叶片的粗蛋白质含量显著大于P0处理, 第4茬中, P2处理最高。前3茬中, P0、P2、P3条件下, N1处理的苜蓿叶片、茎秆的粗蛋白质含量大于N2处理。在各茬次中, 苜蓿茎秆的粗蛋白质含量差异均不显著(P> 0.05)。

表3 不同施肥处理下滴灌苜蓿粗蛋白质含量 Table 3 Crude protein of alfalfa under drip irrigation at different fertilization treatments (%)

各茬次中, 施氮处理仅对第4茬苜蓿叶片的粗蛋白质含量有显著影响; 施磷处理对苜蓿叶片的粗蛋白质含量均有显著影响; 氮磷互作处理仅对第3茬苜蓿叶片的粗蛋白质含量有显著影响; 施氮、施磷处理和氮磷互作处理对苜蓿茎秆的粗蛋白含量均无显著影响。

2.4 不同施肥处理下滴灌苜蓿酸性洗涤纤维

滴灌苜蓿茎秆的酸性洗涤纤维含量比叶片高出2~3倍(表4)。N1、N2条件下, 随着施磷量的增加, 各茬次中苜蓿叶片、茎秆的ADF含量均呈现先降低后增加的趋势, 在P2处理下达到最小值。各茬次中, 相同施磷条件下, 大部分N1处理的苜蓿叶片、茎秆的ADF含量小于N2处理。N1条件下, 第1和3茬中P2处理的苜蓿叶片的ADF含量与P1、P3处理之间差异不显著(P> 0.05); N2条件下, 第1、2茬中, P2处理苜蓿叶片的ADF含量与P0处理之间存在显著差异(P< 0.05)。相同施磷条件下, 第1、4茬中N2处理苜蓿叶片的ADF含量与N1处理差异不显著(P> 0.05); 各处理茎秆的酸性洗涤纤维含量第1、2、4茬均差异不显著(P> 0.05)。

表4 不同施肥处理下滴灌苜蓿酸性洗涤纤维含量 Table 4 Acid detergent fiber of alfalfa under drip irrigation at different fertilization treatments (%)

各茬次中, 施氮处理仅对第3茬苜蓿叶片的ADF含量有显著影响; 施磷处理仅对第2茬苜蓿叶片的ADF含量有显著影响; 氮磷互作处理对苜蓿叶片的ADF含量无显著影响; 施氮、磷处理仅对第3茬苜蓿茎秆的ADF含量有显著影响; 氮磷互作处理对苜蓿茎秆的ADF含量无显著影响。

2.5 不同施肥处理下滴灌苜蓿中性洗涤纤维

滴灌苜蓿茎秆的中性洗涤纤维含量比叶片高出2~3倍(表5)。N1、N2条件下, 各茬次中苜蓿叶片、茎秆的NDF含量的变化规律与ADF相同, 即随着施磷量的增加呈先降低后增加的趋势, 在P2处理下达到最小值。各茬次中, 相同施磷条件下, 大部分N1处理的苜蓿叶片、茎秆的NDF含量小于N2处理。N1条件下, 第1、2茬中, P2处理苜蓿叶片的NDF含量与P0处理之间存在显著差异(P< 0.05); N2条件下, 除第3茬外, P2处理苜蓿叶片的NDF含量与P0处理之间存在显著差异(P< 0.05)。相同施磷条件下, 除第4茬外, N1处理苜蓿叶片的NDF含量与N2处理差异不显著(P> 0.05)。相同施氮条件下, P2处理苜蓿茎秆的NDF含量显著小于P0处理(P< 0.05)。前3茬中, 相同施磷条件下, N1处理苜蓿茎秆的NDF含量与N2处理无显著差异(P> 0.05)。

表5 不同施肥处理下滴灌苜蓿中性洗涤纤维含量 Table 5 Neutral detergent fiber of alfalfa under drip irrigation at different fertilization treatments (%)

各茬次中, 施氮处理对第1、4茬苜蓿叶片的NDF含量有显著影响; 施氮处理对第4茬苜蓿茎秆的NDF含量有显著影响; 施磷处理对第1、2和4茬苜蓿叶片NDF含量有显著影响; 氮磷互作处理对苜蓿叶片的NDF无显著影响; 施磷处理对各茬次苜蓿茎秆的NDF含量均有显著影响; 氮磷互作处理对苜蓿茎秆的NDF含量均无显著影响。

2.6 滴灌苜蓿各生长性状与干草产量的灰色关联度分析和模糊相似优先比评价

为了进一步明确滴灌苜蓿各生长性状指标与干草产量的相关性以及对苜蓿干草产量的贡献率, 本研究将不同茬次的苜蓿的株高、茎粗、生长速度及茎叶比与苜蓿干草产量进行灰色关联度分析, 结果表明(表6), 第1、2、4茬的关联系数大小顺序为生长速度> 茎粗> 株高> 茎叶比, 说明生长速度、茎粗与干草产量的相关性较大, 对苜蓿干草产量的贡献率较大, 株高和茎叶比与干草产量的相关性较小, 对苜蓿干草产量的贡献率较小。

表6 不同茬次苜蓿生产性状与产量的灰色关联度分析 Table 6 Grey correlation analysis of production characteristics and yield of alfalfa in each cuts

由于苜蓿生产经济性状是多指标的综合, 因此为了进一步说明滴灌苜蓿各茬次的最优施肥模式, 将滴灌苜蓿的干草产量、ADF和NDF进行模糊相似优先比评价(表7), 相比于以单一指标为评价方法, 可得出更加具有综合经济性状的一个排序结果, 处理所对应的相似度越低, 则表明该处理与理想处理的综合经济性状越接近。在本试验中, 相似度最低的是第3茬N1P2处理, 且前10个处理的排序中, N1P2处理占了4个, 可见, N1P2处理更有利于促进苜蓿干草产量的形成及营养品质的提高。

表7 不同处理下苜蓿各茬次最优组合相似度排序 Table 7 The optimal combination similarity sorting of alfalfa in each cuts under different treatments
3 讨论
3.1 氮磷互作对滴灌苜蓿生产性能和干草产量的影响

氮肥和磷肥在紫花苜蓿生长发育过程中起着至关重要的作用, 在滴灌条件下苜蓿的生产性能受到不同施肥量和施肥方式的影响, 而苜蓿的生产性能主要表现在干草产量上, 株高、茎粗和生长速度与干草产量呈正相关[15]。在本试验中, 施磷处理对第2和3茬的苜蓿株高有显著影响, 施氮和氮磷互作处理对苜蓿株高均无显著影响, 说明施氮处理对本地区苜蓿的株高影响较小, 这与刘晓静等[16]的研究结果不同, 可能是因为苜蓿自身固定的氮可以维持正常的生长发育, 而施加过量的氮肥会起到抑制作用。施磷和氮磷互作处理对苜蓿的茎粗影响较大, 而且根据灰色关联度分析, 对苜蓿干草产量的提高贡献率较大的是生长速度与茎粗, 因此在苜蓿的生长期, 施适量的氮磷肥, 更有助于提高产量; 茎叶比是衡量苜蓿营养品质的重要指标, 茎叶比越大, 苜蓿的纤维素和木质素含量越高, 粗蛋白含量越低, 反之, 茎叶比越小, 粗蛋白含量越高[17]。本试验研究表明, 与施用少量氮肥相比, 施用高氮肥提高了苜蓿的茎叶比(表1), 使苜蓿的粗蛋白含量降低(表3)。随着磷肥施用量的增加, 苜蓿茎叶比表现为先减小后增加的趋势, 这与李星月等[18]的研究结果一致。

研究表明, 紫花苜蓿在一般情况下不需要施氮肥, 除非是针对含氮量低的土壤, 在播种前作为基肥或者刈割之后施用少量氮肥以保证苜蓿的幼苗可以正常生长[19]。本研究表明, 相对于高氮(N2)处理, 低氮(N1)处理有利于滴灌苜蓿干草产量的提高(表2), 且除第3茬以外, P0、P2、P3条件下, N1处理苜蓿的干草产量均大于N2处理, 这可能是因为施低含量的氮促进了根瘤的形成并增加了其固氮能力, 从而促进苜蓿的生长发育[20]。另有研究表明, 在一定施氮基础上, 适量施磷不仅可以提高作物的干草产量, 而且有利于增强植物的抗旱性[21, 22]; 而过量施磷则对植物生长发育产生抑制作用, 引起生育期提前或早衰, 从而降低牧草产量[23, 24]。本研究结果表明, 施氮处理除第2茬外均对苜蓿的干草产量有显著影响, 施磷处理对各茬苜蓿干草产量有显著影响, 第1、2茬的氮磷互作处理对苜蓿的干草产量有显著影响(表2), 说明磷肥对于干草产量的影响大于氮肥以及氮磷肥的交互作用。在苜蓿生长过程中, 根据各茬次的需肥规律, 施适量的氮磷肥, 有利于保持较高的苜蓿干草产量。在我国很多地区, 苜蓿第1茬干草产量最高, 之后随刈割茬次的递进苜蓿干草产量开始下降[25]。在本试验中, 第1茬的滴灌苜蓿的干草产量最高, 这是因为苜蓿经历了从3月到5月两个多月的生长期, 其生长时间较长, 气温、日照等条件适宜苜蓿的生长; 第4茬苜蓿的干草产量最低, 可能是因为随着秋季的到来, 温度降低, 苜蓿植株生长缓慢导致其产量较低。

3.2 氮磷互作对滴灌苜蓿营养品质的影响

苜蓿中的粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量是评定其营养品质的重要指标[26]。本研究发现, 不同施肥处理对苜蓿器官(叶、茎)营养成分有明显差异, 叶片中的粗蛋白质含量明显高于茎秆中的粗蛋白质含量, 而叶中NDF和ADF含量低于茎秆中NDF和ADF含量的2~3倍, 说明叶片对牧草品质的影响大于茎秆对牧草品质的影响。有研究表明, 在一定范围内, 施用氮肥可以显著提高紫花苜蓿品质, 苜蓿的品质随施氮量的增加而增加[27]。在本试验中, 随着施氮量的增加, 粗蛋白含量有所降低(表3), 可能是因为苜蓿本身具有固氮功能, 生长过程中不需要太多的氮肥, 如果氮肥添加过多, 苜蓿将丧失固氮功能[28], 而且高氮与低氮处理之间的粗蛋白含量差异并不显著, 所以, 过量施用氮肥不能有效提高紫花苜蓿的品质, 而且造成肥料的浪费。本试验中将不同施肥模式与滴灌结合, 肥料是在每次刈割后随水滴施, 更能提高肥料利用率。由于各营养指标改善程度不同, 因此采用模糊相似优先比进行综合评价, 选择出最佳的施肥方式。在本试验中, 只有施磷处理对各茬次苜蓿叶片的粗蛋白质含量有显著影响, 说明磷肥对于苜蓿的粗蛋白含量的影响大于氮肥以及氮磷肥交互作用。增施氮肥对紫花苜蓿饲草品质的提高有限, 粗蛋白含量在不同处理间差异不显著, 紫花苜蓿的粗蛋白含量在氮肥施用量为210 kg· hm-2时与105 kg· hm-2施用量没有显著差异(表3)。有研究表明, 在一定范围内, 随着氮肥施用量的增加, 可以有效提高作物的粗蛋白含量, 然而继续施用则会降低品质[29], 表明过量施氮肥不能提高紫花苜蓿的品质, 低氮条件下反而更有利于提高营养品质。施用磷肥对提高滴灌苜蓿营养品质具有重要影响, 研究发现, 在氮水平相同的条件下, 在一定范围内, 增施磷肥, 降低了苜蓿粗纤维含量[30]。本研究发现, 在一定范围内, 随着施磷量的增加, 苜蓿粗蛋白质含量不断增加, 苜蓿ADF、NDF含量均呈现降低的趋势, 但是当施磷量为150 kg· hm-2时, 粗蛋白质含量却有所下降, 苜蓿的ADF、NDF含量均呈现增加的趋势, 这说明过量的施磷可能会抑制紫花苜蓿对氮素的吸收和利用, 从而增加苜蓿中的纤维含量, 降低粗蛋白质含量[31]。有研究表明, 施氮不仅可以显著提高苜蓿粗蛋白含量, 还可以有效降低紫花苜蓿ADF和NDF含量[32]。在本试验中, 施氮为105 kg· hm-2时的ADF和NDF含量比施氮210 kg· hm-2时更低, 这可能是因为施氮增加了苜蓿中纤维素和木质素含量, 因此苜蓿中的ADF和NDF含量更高[33]

4 结论

在新疆绿洲区, 紫花苜蓿施肥的最佳水平为N1P2(N 105 kg· hm-2、P2O5100 kg· hm-2), 在该水平下, 苜蓿能够获得相对较高的干草产量(25103.19 kg· hm-2)和蛋白含量(叶:23.60%~26.47%、茎:10.57%~11.76%)、相对较低的酸性洗涤纤维含量(叶:13.28%~17.41%、茎:38.63%~47.21%)和中性洗涤纤维含量(叶:18.18%~22.93%、茎:49.53%~59.83%)。本研究也证实了施氮量和施磷量虽然对紫花苜蓿干草产量和营养品质有正向作用, 但是只有合理的施氮、磷肥才可以提高苜蓿的干草产量和营养品质, 还能减少大规模施用化学肥料造成的农田土壤污染。

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