不同水肥組合對苜蓿品質的影響

畢舒貽， 曹 婧， 李 躍，李富祥，苗麗宏，劉國慶，萬里強*， 李向林*

(1. 中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，北京 100193；2. 貴州省威寧高草地試驗站，威寧553100； 3. 中國草地學會，北京 100193)

紫花苜蓿(MedicagosativaL. )作為一種優質的牧草在我國大面積的栽培，種植面積不斷擴大[1-4]，且種植苜蓿可以獲得較高的經濟收益和生態效益[5-7]。在我國半干旱地區進行苜蓿栽培既能保持土壤，又可解決當地畜牧的飼料問題，但這類地區的土壤貧瘠且缺水，始發站畜牧種植的一大障礙。因此，合理的水肥耦合利用是目前解決這類問題的關鍵，質量和產量優良的苜蓿與水肥密切相關，肥料中的N、P、K等養分能夠顯著的調節苜蓿對水分的吸收和利用效率，合理的水肥耦合技術為目前苜蓿的安全生產提供了可靠的理論和技術保障。

盧德勛[8]提出評定粗飼料品質分級指數(Grading Index)，分級指數=牧草代謝能×干物質采食量×牧草干物質粗蛋白含量/牧草干物質中性洗滌纖維含量，為GI=ME(MJ/kg)×DMI(kg/d)×CP(%DM)/NDP(%DM)，故苜蓿中的粗蛋白含量與中性洗滌纖維含量是評定其品質的重要指標。在美國商業質量標準顯示，粗蛋白含量的高低是衡量紫花苜蓿品質優劣的重要指標，粗蛋白含量高于20%的紫花苜蓿才被評定為優質苜蓿，也具有更高的經濟價值[9]。脂肪是能量最高的營養素，其能量含量是碳水化合物與蛋白質的2.4倍左右，則苜蓿中粗脂肪含量越高證明其營養價值也越高[10]。在水分充沛的條件下，砂性土壤所在地區具有很高的生產潛能，近年來研究較多的為糧食與經濟類作物的水肥耦合，但對紫花苜蓿水肥耦合的研究尚少有報道。本試驗擬在半干旱砂性土壤上對苜蓿水肥耦合效應做研究，在不同施肥、灌水組合下，通過觀測苜蓿不同養分元素的含量狀況，探討不同灌水方式、施肥量對苜蓿品質的影響，為實現苜蓿增產提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點概況

試驗地處于河北廊坊，中國農業科學院國際農業高新技術產業園北京畜牧所試驗基地，該試驗地位于廊坊市北部，地理位置為116°34′60″ E，39°35′44″ N，海拔25 m，年均氣溫為11.9℃，無霜期為183天，平均日照數2 659.6 h。土壤類型為沙壤土，基本化學性質：堿解氮31.15 mg·kg-1，速效磷2.17 mg·kg-1，速效鉀85.1 mg·kg-1，有機質3.73 g·kg-1，全氮0.376 g·kg-1，全磷0.512 g·kg-1，全鉀19.5 g·kg-1，銨態氮8.075 mg·kg-1，硝態氮26.55 mg·kg-1，pH為7.13，全鹽0.636g·kg-1，田間持水量為20.5%(體積含水量)。

1.2 試驗處理

1.2.1苜蓿種植 取大田0～20 cm表層土15 kg拌勻倒入盆中。盆為圓柱形陶瓷盆，直徑20 cm，高30 cm。苜蓿于2016年5月初播種，定株3株，供試品種為‘康賽’(佰青源公司提供)。

1.2.2試驗設計 試驗采取完全隨機設計，設置4種施肥梯度，記為F0、F1、F2、F3，每茬施肥量分別為0 kg·hm-2、125 kg·hm-2、187.5 kg·hm-2、250 kg·hm-2，2016年5月20日開始處理時施入與每茬刈割后15天施入。施肥時將水溶肥和水按比例混合，用量筒稱量后施入；水分設三個梯度，以土壤的相對含水量表示，即為低水W1(50%～55%)、中水W2(65%～70%)、高水W3(80%～85%)，用手持土壤水分速測儀檢測水分(北京雨根科技公司)，共12個處理，4次重復，共計48盆。供試肥料為苜蓿專用水溶肥，營養元素含量為：氮(N)9%、磷(P2O5)20%、鉀(K2O)13%、硫(SO3)3.98%、鎂(MgO)1.12%，鋅(ZnO)0.8%、硼(B2O3)0.17%、錳(MnO)0.92%、鉬(MoO3)0.036%)，具體試驗處理見表1。土壤相對水分含量以田間持水量的百分比表示。

表1 試驗處理Table 1 Treatments in the experiment

注：F代表施肥處理，W表示灌水處理，下同

Note：F represents fertilizer treatment, W respresents irrigation treatment, the same as below

1.3 測定指標與方法

地上干物質重量測定：初花期(10%的苜蓿開花)刈割時留茬5 cm，刈割每盆內所有苜蓿，每次刈割前測定鮮草產量，帶回實驗室后 105℃殺青15 min后，65℃烘干至恒重后稱量。

植株品質測定：測定苜蓿初花期干草樣常規的營養成分，將一部分粉碎的苜蓿樣本(葉片及莖，不含根部)用來測定。

N：凱氏定氮法；

P：硫酸-雙氧水消化—鉬銻抗比色法；

K：硫酸-雙氧水消化—原子吸收測定法；

粗蛋白含量(crude protein, CP)：硫酸-雙氧水消化，氣體擴散法測定全氮、全氮乘以6.25系數取得粗蛋白含量；

粗脂肪含量(ether extract, EE)：石油醚索氏脂肪浸提—殘余法；

酸性洗滌纖維(acid detergent fibe, ADF)：ADF酸性洗滌劑法；

中性洗滌纖維含量(neutral detergent fibre, NDF)：NDF中性洗滌劑法。

1.4 數據分析

試驗采取完全隨機設計，所有試驗處理下的數據利用 SAS 9.2 進行單因素、雙因素方差分析以及相關性分析和逐步回歸分析。所有圖與表格均使用 Excel 2013 進行制作。

2 結果與分析

2.1 水肥對紫花苜蓿干草干草氮含量、磷含量和鉀含量的影響

2.1.1灌水量對紫花苜蓿干草氮含量、磷含量和鉀含量的影響 由圖1及表2可以得出，灌水對苜蓿含氮量無顯著影響，W1、W2、W3的值分別為3.399%、3.409%、3.416%，隨著灌水量的增加，苜蓿含氮量呈較弱的上升趨勢， 增幅僅為 0.50%；灌水對苜蓿含磷量無顯著影響(P=0.1021)，W1、W2、W3值分別為 0.281%、0.296%、0.305%，W3與W1有顯著差異，增長幅度為 8.65%；灌水對苜蓿植株含鉀量無顯著影響(P=0.9362)，W1、W2、W3值分別為 2.724%、2.736%、2.711%，隨著灌水量的增多，呈先上升后下降的趨勢。

表2 不同水肥處理下苜蓿干草N、P、K含量的方差分析Table 2 Variance analysis of dry alfalfa N、P、K content with different water and fertilizer treatment

圖1 水分對苜蓿干草含氮量、含磷量、含鉀量的影響Fig.1 Effects of different water on N、P、K content of dry alfalfa注：相同字母表示差異不顯著，不同小寫字母表示0.05水平上差異顯著，下同Note: The different lowercase letter means significant differences at the 0.05 level, the same as belew

2.1.2施肥對紫花苜蓿干草氮含量、磷含量和鉀含量的影響 如圖2所示，結合表2，紫花苜蓿植株氮含量隨著施肥量的增加呈上升趨勢，F0、F1、F2、F3的值分別為 3.337%、3.347%、3.377%、3.571%，F3處理與對照F0差異顯著(P<0.05)，增長了7.30%，F1、F2處理與對照無顯著差異，分別增長 0.32%、1.20%，增長幅度不大；紫花苜蓿植株的磷含量也隨施肥量的增加而增加，3 種施肥處理與對照相比都顯著提高了苜蓿植株的磷含量(P<0.05)，4個處理下苜蓿的磷含量分別為 0.224%、0.303%、0.322%、0.327%，與對照相比，F1、F2、F3三個處理分別提升 35.4%、43.86%、46.12%；同樣，施肥也可以顯著提高苜蓿植株的磷含量(P<0.05)，F0、F1、F2、F3的值分別為 2.446%、2.770%、2.825%、2.853%，與F0相比，3個施肥處理的增長幅度為13.26%、15.49%、16.66%，3個處理間增長幅度相差不大。

圖2 施肥對苜蓿干草含氮量、含磷量、含鉀量的影響Fig.2 Effects of different fertilizer treatment on N、P、K content of dry alfalfa

2.1.3不同水肥組合對紫花苜蓿干草氮含量、磷含量和鉀含量的影響 由表3可知，F3W2處理下苜蓿的含氮量最高，達到3.59%，較對照提升了7.59%，F3W3次之，氮含量與對照相比提高了6.99%，F2W2處理下苜蓿的含氮量最低，降至3.36%，較對照相比下降1.70%，整體比較得出，F3下的三個處理顯著提高了苜蓿的含氮量。

結合12個處理來看，水肥梯度對苜蓿含磷量的影響有顯著差異，F2W3處理下苜蓿的含磷量最高，達到0.35%，較對照增長了54.39%，F1W3處理下苜蓿含氮量最低，其值為0.30%，但也比對照增長了34.09%。

苜蓿的含鉀量受水肥耦合效應的影響，但9個水肥耦合處理之間差異并不顯著，F3W1處理下的苜蓿含鉀量最高，值為3.12%，F2W1處理下苜蓿含鉀量最低，為2.69%，與對照相比，增幅為9.98%～27.56%。

表3 不同水肥處理對苜蓿干草含氮量、含磷量、含鉀量的影響Table 3 Different water and fertilizer treatment effects on dry alfalfa N、P、K content

2.2 水肥對紫花苜蓿干草粗蛋白、粗脂肪、酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量的影響

2.2.1灌水對紫花苜蓿干草粗蛋白、粗脂肪、酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量的影響 由圖3與表4可知，灌水對苜蓿粗蛋白含量無顯著影響(P=0.9664>0.05)，W1、W2、W3的值分別為21.24%、21.31%、21.35%，隨著灌水量的增加，苜蓿粗蛋白含量呈上升趨勢，W3處理下的苜蓿粗蛋白含量最高，與W1相比，增幅為0.51%。

苜蓿的粗脂肪含量在施肥處理下顯著降低(P<0.05)，隨著灌水量的增加苜蓿粗脂肪含量呈下降趨勢，W1、W2、W3處理的值分別為3.11%、2.93%、2.69%，W3處理較W1處理下降了13.50%。

W1、W2、W3處理下的酸性洗滌纖維含量分別為29.93%、31.30%、30.57%，隨著灌水量的增加，酸性洗滌纖維含量呈先上升后下降的趨勢，但灌水對苜蓿的酸性洗滌纖維含量并無顯著影響，各施肥梯度上變化不大，W1～W3處理間的酸性洗滌纖維變化幅度為4.59%。

灌水對苜蓿中性洗滌纖維含量有顯著影響(P<0.05)，W1、W2、W3處理下，值分別為40.20%、42.51%、39.96%，隨著灌水量的增加，中性洗滌纖維含量先升高后降低，W1～W3處理間的中性洗滌纖維變化幅度為5.98%，與苜蓿酸性洗滌劑的變化規律相同。

表4 不同水肥處理下苜蓿干草營養成分的方差分析Table 4 Results of variance analysis in dry alfalfa nutrient content with different water and fertilizer treatment

2.2.2施肥對紫花苜蓿干草營養成分的影響 結合圖4與表4可知，施肥對苜蓿粗蛋白含量有顯著影響(P<0.05)，F0、F1、F2、F3的值分別為20.85%、20.92%、21.10%、22.32%，隨著施肥量的增加，苜蓿粗蛋白含量呈上升趨勢，F3下的苜蓿粗蛋白含量最高，與對照相比，增幅為7.03%，與F0、F1、F2處理都有顯著差異，F1、F2處理與對照相比增幅為1.20%，并無顯著差異。

苜蓿的粗脂肪含量在施肥處理下升高，F1、F2、F3處理與對照相比上升幅度為4.01%～22.34%，三個施肥處理間隨著施肥量的增加呈上升的趨勢，差異顯著(P<0.05)。

F0、F1、F2、F3處理下的酸性洗滌纖維含量分別為30.35%、31.27%、30.61%、30.15%，苜蓿的酸性纖維含量在各施肥梯度上變化不大，隨著施肥量的增加，酸性洗滌纖維含量呈先上升后下降的趨勢，但施肥對苜蓿的酸性洗滌纖維含量并無顯著影響(P=0.7461)，F1處理下的酸性洗滌纖維含量最高，與對照相比增長了3.04%，F3處理下的酸性洗滌纖維含量最低，較對照下降了0.64%。

苜蓿中性洗滌纖維含量隨著施肥量的增大，F0、F1、F2、F3處理下，值分別為43.14%、40.92%、40.07%、39.43%，與對照F0相比，三個施肥處理的降低幅度為5.14%、7.11%、8.59%，F2、F3處理與對照F0處理差異顯著(P<0.05)。

圖3 水分對苜蓿干草營養成分的影響Fig.3 Effects of different water treatment on nutrient content of dry alfalfa

圖4 施肥對苜蓿干草營養成分的影響Fig.4 Effects of different fertilizer treatment on nutrient content of dry alfalfa

2.2.3水肥耦合對紫花苜蓿干草營養成分的影響 由表5可以得出，F3W2處理下苜蓿的粗蛋白含量最高，達到22.44%，較對照提升了7.63%，F3W3次之，氮含量與對照相比提高了7.10%，F2W2處理下苜蓿的含氮量最低，降至20.51%，較對照相比下降1.63%，整體比較得出，F3下的三個處理顯著提高了苜蓿的含氮量，其余處理間并無明顯的規律。

12個處理中，對照F3W1處理下苜蓿的粗脂肪含量最高，達到3.79%，比對照高40.53%，水肥耦合效應提高了苜蓿的粗蛋白含量，F2W3處理下苜蓿粗脂肪含量最低，其值為2.50%，較對照降低了7.29%。隨著施肥量的加大，粗脂肪的含量升高，灌水量對粗脂肪含量的影響為負效應。

水肥處理對苜蓿的酸性洗滌纖維影響不顯著，各處理間無明顯的變化規律，根據圖表可以看出F3處理下的水肥耦合效應對苜蓿酸性纖維含量有下降的作用，結合9個水肥耦合組合來看，苜蓿酸性纖維含量較對照變化幅度為-3.49%～8.27%。

苜蓿中性纖維含量在相同施肥處理下W2處理下的苜蓿中性洗滌纖維含量最高，12個處理相比，F3W3處理下苜蓿中性纖維含量最低，降至36.32%，與對照相比降低了15.80%。

表5 不同水肥處理對苜蓿干草營養成分的影響Table 5 The content of dry alfalfa nutrition under different water and fertilizer treatment effects

2.3 不同水肥處理對苜蓿干草產量的影響

由圖5可知，全年總干草產量(三茬)最高的為 F3W3處理(22.01g·pot-1)，F2W3處理(3.70 g·pot-1)次之，總干草產量最低的為 F0W2處理(12.08·pot-1)，各處理下的全年干草產量均高于對照。各施肥處理下，W1與W2處理對苜蓿全年干草產量的影響并無差異，其中F1處理下，隨著灌水量的增加，產量緩慢上升，由15.24 g·pot-1增長到16.57 g·pot-1，增長幅度為8.7%；在 F2處理下，隨著灌水量的增加，全年干草產量先降低后增加；在 F3 處理下，W3處理與 W1、W2差異顯著，大幅度提高了全年干草產量；在相同施肥處理下，W3處理較 W1與 W2處理高，說明加大灌水量與提高土壤肥力可以有效的增加苜蓿干草產量。

圖5 不同水肥對苜蓿全年干草產量的影響Fig.5 Different water and fertilizer treatment effects on alfalfa dry yield

2.4 不同水肥組合下對紫花苜蓿地上部氮累積的影響

氮累積的主要表示方法是以蛋白含量的形式進行的，蛋白含量由粗蛋白含量與產量構成，單位重量的苜蓿營養價值與粗蛋白含量呈正相關關系。從表6中得出，苜蓿的全年產量、粗蛋白含量都隨著施肥量的增加呈上升趨勢，表現為施肥處理顯著高于對照，說明施肥可以增加苜蓿的氮累積量，提高了苜蓿的品質，對施肥量(x)與苜蓿但累積量(y)進行回歸分析，符合一元二次方程y = 0.0061x2+ 0.0382x + 1.176(R2= 0.9856)。

表6 不同水肥處理對苜蓿干草氮累積的影響Table 6 The nitrogen accumulation of dry alfalfa under different water and fertilizer treatment effects

2.5 紫花苜蓿干草營養成分與全年產量的相關分析及回歸方程的建立

2.5.1不同水肥組合下紫花苜蓿全年產量與營養成分的相關性分析 紫花苜蓿全年三茬產量與營養成分的相關性分析如表7所示。苜蓿全年產量與苜蓿的含磷量呈極顯著正相關(P<0.01)，與苜蓿含鉀量呈顯著正相關(P<0.05)，而苜蓿的含氮量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維與全年的干重產量無任何相關關系。

表7 營養指標與全年干重的相關性分析Table 7 Correlation coefficients between alfalfa dry yield and nutrition of alfalfa

2.5.2不同水肥組合下紫花苜蓿全年產量與營養成分的多元線性回歸分析 假設苜蓿含磷量、含鉀量與全年干重存在線性回歸關系，利用回歸分析的方法，建立線性回歸方程，假設表達式為：y=b+a1x1+a2x2，y表示全年產量，b為截距，x1為含磷量，x2為含鉀量，a1、a2為系數。結果如表8所示，得到的模型顯著水平為0.0006(P<0.01)，故此方程有統計學意義，根據回歸分析的結果得到回歸方程y=1.420+52.41965 x1，得出含磷量對苜蓿全年干重的影響較大，解釋了70.83%的苜蓿全年產量的變化。

表8 多元線性回歸方程的系數求解Table 8 The coefficient solution of multiple linear regression equation

3 討論與結論

在本試驗的處理梯度下，紫花苜蓿干草的含氮量、含磷量與含鉀量都隨著施肥量的增大而增加，在高施肥量的作用下，苜蓿的含氮量顯著大于其他處理。而苜蓿的含磷量和含鉀量在施肥下雖有提高，但處理間效果不顯著；灌水對苜蓿NPK含量的影響不顯著，含氮量變化幅度僅為0.50%，含鉀量變化為0.92%；苜蓿在高水處理下的含磷量顯著高于低水處理；水肥耦合效應對苜蓿的N、P、K含量有顯著影響，增加施肥量和低水處理可以使苜蓿的含氮量與含鉀量增加，而適量施肥與高水處理可以提高苜蓿的含磷量。苜蓿中的粗蛋白含量與中性洗滌纖維含量是評定其品質的重要指標[11]。在美國商業質量標準顯示，粗蛋白含量的高低是衡量紫花苜蓿品質優劣的重要指標，粗蛋白含量高于20%的紫花苜蓿才能被評定為優質苜蓿，能具有更高的經濟價值[12]。脂肪是能量最高的營養素，其能量含量是碳水化合物與蛋白質的 2.4 倍左右，苜蓿中粗脂肪含量越高證明其營養價值也越高[13]。

馬孝慧[14]研究得出，施肥可以提高苜蓿的粗蛋白含量，降低植物纖維含量，與本試驗研究結果相似；本試驗處理下，紫花苜蓿的粗蛋白、粗脂肪含量隨著施肥量的增大而增加，這與劉曉靜[15]的研究結果一致。趙云[16]研究得出施入氮肥將苜蓿的粗蛋白含量從17.74%提高至18.72%，與本試驗結果相似。蘇亞麗[17]研究得出，粗脂肪含量隨著水肥用量的增加而升高，與本研究結果一致。灌水對苜蓿粗蛋白含量、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維無顯著影響，結合四項指標來看，高水處理與增大施肥量可以提高苜蓿的品質。

由試驗結果得出，在苜蓿生長的初期，苜蓿需要較高的灌水量來滿足其生長需要，全年干草產量隨著灌水量的增加而增加。紫花苜蓿雖能自身固氮，但生長初期僅靠自身固氮很難滿足其生長需要，本試驗增施復合肥料為是一種有機肥料，一方面可以提高磷肥利用率且提高土壤中微量元素的活化程度，另一方面可以調節土壤中的水、肥、氣、熱狀況，改善貧瘠土壤，讓其成為良田，還能促進促進微生物的活性[18]，肖金帥[19]研究發現，N、P、K 配施效果優于單施。郝明德[20]研究發現，在 NPM施肥區苜蓿能維持較高的產草量，與本試驗結果一致。本試驗在水肥互作的作用下提高了苜蓿全年產草量，說明高水處理下有利于肥料的利用，而低水處理下施肥后，不能立即與肥料耦合，不利于肥效的吸收利用，故而在較高的土壤肥力條件下，在苜蓿生長初期加大灌水量可以使苜蓿的產量達到最高。

砂性土壤上，全年干草產量隨著灌水量的增加而增加，水肥處理對苜蓿的 N、P、K 含量有顯著影響，紫花苜蓿的 N、P、K 含量都隨著施肥量的增大而增加；紫花苜蓿的全年產量與苜蓿的含磷量呈極顯著正相關，苜蓿的含磷量與全年產量間符合 y=1.420+52.41965x1的線性回歸關系。紫花苜蓿的粗蛋白、粗脂肪含量隨著施肥量的增大而增加，苜蓿的酸性洗滌纖維含量、中性洗滌纖維含量隨著施肥量的增大而降低。結合這幾項指標來看，最佳的水肥組合為 F3W3即250 kg·hm-2施肥量與 80%～85%田間持水量。