水、磷對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)量及水肥利用效率的影響

李新樂， 穆懷彬， 侯向陽(yáng)*， 李西良

(1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所， 內(nèi)蒙古呼和浩特 010010; 2 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院沙漠林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心， 內(nèi)蒙古磴口 015200)

紫花苜蓿是世界廣泛種植的一種優(yōu)質(zhì)蛋白飼草，被譽(yù)為“牧草之王”。全世界種植面積 3.3×107hm2，我國(guó)現(xiàn)有種植面積約 2.0×106hm2，居世界第六位，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，其種植面積將進(jìn)一步擴(kuò)大[1]。水分和肥料是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的兩大重要因素，也是可以調(diào)控的兩大重要技術(shù)措施，其合理與否將直接影響作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益等[2-4]。水分和肥料利用效率的高低則受到灌溉方式和灌溉量、肥料類型和施肥方式、土壤、氣候、管理水平等多因素的影響與制約[5-8]。紫花苜蓿是需水需肥較多的作物[9-10]，實(shí)現(xiàn)水、肥的合理供給和高效利用不僅可以應(yīng)對(duì)水資源匱乏及肥料生產(chǎn)成本及能耗的增加[11]，也是促進(jìn)中國(guó)苜蓿產(chǎn)業(yè)化可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一。

前人有關(guān)不同灌水條件下或者不同施磷水平下作物的產(chǎn)量及水肥利用效率的研究較多，Wang等[12]在晉北地區(qū)實(shí)驗(yàn)證明，隨著灌溉次數(shù)的增加，苜蓿的開花期推遲，開花率降低。除第3茬苜蓿外，第1茬、第2茬和全年的苜蓿干草產(chǎn)量都隨灌溉次數(shù)的增加而增加。寧東峰等[13]的研究表明， 灌水對(duì)產(chǎn)量的增產(chǎn)效益隨著灌水次數(shù)的增加而減弱，水分利用效率隨灌水量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)。趙長(zhǎng)海等[14]的溫室盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，水、磷能顯著影響玉米株高與葉面積狀況，水磷配合提高了玉米干物質(zhì)積累量。在山農(nóng)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)的研究表明，在同一灌溉水平下，施磷能夠增加麥田土壤供水量占總耗水量的比例，提高小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用效率[15]。陜西渭北旱塬的測(cè)土施肥試驗(yàn)結(jié)果表明，施用磷肥(P2O5)小麥增產(chǎn)679 kg/hm2，增產(chǎn)率為18.9%，增收810 元/hm2，施磷對(duì)小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為14.8%，農(nóng)學(xué)效率為7.1 kg/kg[16]。此外，缺磷土壤中增施磷肥，可以顯著增加紫花苜蓿的根瘤數(shù)，加強(qiáng)根瘤菌的固氮作用，從而提高苜蓿的干物質(zhì)產(chǎn)量[17]。

目前這些研究大多集中在干旱、半干旱地區(qū)的大田作物上，關(guān)于紫花苜蓿的研究較少，尤其是對(duì)于灌水和施磷的配合作用對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)量、水分利用、磷肥利用的影響方面的相關(guān)研究更少。因此，通過紫花苜蓿灌水和施磷肥實(shí)驗(yàn)，研究紫花苜蓿在不同灌水和施磷條件下苜蓿產(chǎn)量的變化，探討苜蓿對(duì)磷肥和水分的利用效率, 以期為完善合理培肥土壤、增加苜蓿產(chǎn)量、有效指導(dǎo)苜蓿產(chǎn)業(yè)化提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)自然概況

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種為中苜2號(hào)紫花苜蓿，于2011年10月1日人工開溝條播，播種量為22. 5 kg/hm2，播深2 cm，行距30 cm。2011年11月所有小區(qū)均灌足冬水。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖1 研究區(qū)域地理位置示意圖 Fig.1 Location of the study area

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 苜蓿產(chǎn)量的測(cè)定 在紫花苜蓿初花期進(jìn)行刈割，分別于2012年5月14日、6月16日、7月19日和9月10日刈割4次，樣方大小為l m× l m，留茬高度5 cm，每小區(qū)3次重復(fù)，田間測(cè)鮮重。將草樣于105℃殺青15 min，65℃烘至恒重，測(cè)其干重。測(cè)產(chǎn)后，各小區(qū)苜蓿全部刈割，留茬5 cm。

1.4.2 土壤水分含量的測(cè)定 利用TRIME-TDR土壤水分測(cè)定儀測(cè)定0—160 cm土層的土壤水分含量，每20 cm為一層。從3月15日開始測(cè)量，每半月測(cè)定一次，最后一次測(cè)量為9月16日。測(cè)定數(shù)值為土壤體積含水量(%)，測(cè)量精度為2%(含水量介于0—40%)。土壤貯水量為1.6 m深土壤各層次貯水量之和。各土層貯水量(W)按如下公式計(jì)算:

W=r·H×10/100

(1)

其中，r為測(cè)定的土壤體積含水量(%)，H為土層厚度(cm)

耗水量采用農(nóng)田水量平衡方程計(jì)算:

ET= P+I+△W-R-F

(2)

式中：ET為作物生育期實(shí)際蒸散量(mm)；P為生育期內(nèi)降水量(mm)；I為生育期內(nèi)灌溉量(mm)；△W為生育期內(nèi)土壤貯水量的變化(mm)，即返青前與收獲后1.6 m土層土壤貯水量的差值；R為地表徑流量(mm)，本試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，可視地表徑流為0；F為對(duì)地下水補(bǔ)給量(mm)，試驗(yàn)區(qū)地下水位為55 m，故對(duì)地下水補(bǔ)給量為0。因此公式可簡(jiǎn)化為:

ET= P+I+△W

(3)

水分利用效率[WUE，kg/(hm2·mm)]=干重產(chǎn)量(kg/hm2)/生育期蒸散量(mm)

(4)

1.4.3 苜蓿全磷含量的測(cè)定 按土壤農(nóng)化常規(guī)分析方法[18]測(cè)定苜蓿植株中的全磷含量。各實(shí)驗(yàn)小區(qū)的植株樣品烘干粉碎后，經(jīng)H2SO4·H2O2消煮，采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定其全磷含量。磷肥利用率的計(jì)算公式如下：

磷吸收量(kg/hm2)=干物質(zhì)量(kg/hm2)× P%

(5)

磷肥利用率(PRE)=(施磷肥后作物地上部吸磷量-未施磷肥作物地上部吸磷量)/施磷量

(6)

1.4.4 測(cè)定記錄苜蓿生長(zhǎng)時(shí)期的自然降水量 通過試驗(yàn)地的自動(dòng)氣象站測(cè)定記錄2012年每茬苜蓿生長(zhǎng)時(shí)期的自然降水量(表1)。

表1 2012年各茬苜蓿生長(zhǎng)時(shí)期自然降水量

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用 Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處理，SPSS 13.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， Sigmaplot 10.0繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水、磷處理對(duì)不同茬次紫花苜蓿產(chǎn)量的影響

表2 灌水施磷肥對(duì)各茬紫花苜蓿產(chǎn)量的影響 (kg/hm2)

2.2 水、磷處理對(duì)紫花苜蓿全產(chǎn)量的影響

表2方差分析結(jié)果表明，灌水處理和不灌水處理的苜蓿全年干重存在顯著性差異，不同施磷處理對(duì)苜蓿全年干重的影響也存在顯著差異(圖2)。與對(duì)照處理W0F0相比，在同等灌水量條件下，施P2O5量為210 kg/hm2的處理組(W0F2、W1F2、W2F2、W3F2)苜蓿產(chǎn)量高于施P2O5量為105 kg/hm2的處理組和不施磷處理組；在同等施磷肥條件下，隨著灌水量的增加，紫花苜蓿產(chǎn)量表現(xiàn)為先增加后下降的趨勢(shì)。W2F2干重產(chǎn)量最高，達(dá)到16589.4 kg/hm2，其次是W0F2、W1F2和W3F2，但這三者之間沒有顯著性差異。

圖2 灌水施磷肥對(duì)紫花苜蓿全年產(chǎn)量的影響Fig.2 Effect of irrigation and P fertilizer on year yield of alfalfa

2.3 水、磷處理對(duì)紫花苜蓿水肥利用率的影響

表3 灌水施磷肥對(duì)水肥利用效率的影響

2.3.2 苜蓿對(duì)磷肥的有效利用 通過式(5)，根據(jù)各水、磷試驗(yàn)處理植株含磷量分析結(jié)果和各自產(chǎn)量，計(jì)算出各處理的吸磷量，并用式(6)計(jì)算出2個(gè)磷肥水平在4種灌水條件下的磷肥利用效率(PRE)。由表3可以看出，不同的灌水和施磷處理對(duì)苜蓿PRE的影響均存在顯著差異。圖3顯示，在磷肥施用量相同的情況下，隨著灌水量的增加，苜蓿的PRE呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，說(shuō)明適當(dāng)增加灌水(W2)可以提高苜蓿的磷肥利用效率；在灌水量一定的情況下，磷肥利用效率隨著施磷量的增加而升高；W2F2的磷肥利用效率(PRE)最高，達(dá)到19.76%，W2F1次之，為17.75%。

圖3 不同水磷處理下的水肥利用效率Fig.3 Water and fertilizer use efficiencies in different irrigation and P fertilizer levels

3 討論與結(jié)論

3.1 水、磷明顯提高一、二茬苜蓿的產(chǎn)量

3.2 合理的水磷配合是苜蓿增產(chǎn)、水肥利用效率提高的有效途徑

影響作物生長(zhǎng)的兩大因素—水和肥之間存在協(xié)同效應(yīng)[25-28]，施肥具有明顯的調(diào)水作用，適量施肥可提高水分的利用效率[29-31]。施磷肥可促進(jìn)植物根系的發(fā)育，提高根系的吸水功能，改善葉片的光合能力[32]。灌水亦有顯著的調(diào)肥作用，因?yàn)樗钟绊懼姿卦谕寥乐械囊苿?dòng)和植物對(duì)磷素的吸收、利用和分配[33-34]。本試驗(yàn)結(jié)果也證明，適宜的水分與磷素配合可以滿足苜蓿生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)水分和養(yǎng)分的需求，達(dá)到以水促磷和以磷調(diào)水的目的。在同一施磷水平(F2)下，灌水處理的苜蓿產(chǎn)量和磷肥利用效率明顯高于不灌水處理；在同等灌水量條件下，施磷苜蓿產(chǎn)量和水分利用效率均高于不施磷。在本試驗(yàn)土壤條件下，每次灌水量為50 mm，施磷量為 210 kg/hm2P2O5的苜蓿產(chǎn)量最高，且有較高的水、肥利用效率，為本試驗(yàn)中苜蓿生產(chǎn)的最佳水肥組合。

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