喀斯特地區不同施肥配比對紫花苜蓿單茬產量及形態構建的影響

孫小富，郝 俊，趙麗麗，黃莉娟，任敏敏

（貴州大學動物科學學院草業科學系，貴州 貴陽 550025）

紫花苜蓿(Medicago sativa)是世界廣泛種植的一種優質牧草，其粗蛋白含量(15%～20%)比玉米(Zea mays)高出1.5倍左右[1]，且含有多種礦物營養元素，具有產量高、質量好、耐受性強、根系發達等特點，有“牧草之王”之稱[2-5]。此外，紫花苜蓿還具有較強的培肥土壤和防風固沙的作用，在世界各國種植面積甚廣，我國苜蓿種植面積現已超過183萬hm2，居世界第五位[5-6]。

在我國，紫花苜蓿的種植管理多為傳統方式，缺乏灌溉條件，管理粗放，導致紫花苜蓿品種退化、品質降低，未能充分發揮紫花苜蓿作為優質飼草的巨大生產潛力[7-8]。研究發現，紫花苜蓿根瘤菌的數量受到多種肥料元素的影響，其中以氮、磷、鉀的影響最為顯著[9]。合理有效地施肥可以提高紫花苜蓿的株叢分枝數，增加植株高度和根系的結瘤率，從而提高苜蓿的產量，改善其品質，增加土壤肥力[9]。紫花苜蓿形態學指標與其產量和質量息息相關，但在生產上大多只是保證紫花苜蓿的產量，往往忽視其質量，沒有充分發揮其飼喂價值。在喀斯特山區，以往對紫花苜蓿的研究工作主要集中在引種[10]、抗逆性[11-12]、休眠性[13]和抗寒性[14]等方面，而有關施肥對紫花苜蓿產量和形態構建影響的研究相對較少，將形態構建納入紫花苜蓿產量效應的研究更少見報道。

為探究不同磷鉀肥施用量對紫花苜蓿產量和形態學構建的影響，本研究將形態學指標納入產量效應模型構建，綜合評價并篩選紫花苜蓿高效生產的最優施肥方案，以期為貴州喀斯特地區紫花苜蓿的高效施肥管理及大面積利用推廣提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于貴州省貴陽市花溪區(106°27′ E，26°11′ N)，該地為典型的喀斯特地貌，屬亞熱帶濕潤季風氣候，冬無嚴寒，夏無酷熱，無霜期長，降水量充沛，濕度較大，年平均氣溫為14.9 ℃，無霜期平均 246 d，年降水量 1 178.3 mm，降水集中在 7-8 月[15]。試驗地有機質含量 34.65 g·kg-1，全氮 含 量 2.02 g·kg-1， 堿 解 氮 含 量 144.67 mg·kg-1，有效磷含量 6.00 mg·kg-1，速效鉀含量 136.67 mg·kg-1。

1.2 試驗材料

供試紫花苜蓿品種為“三得利”(Sanditi)，由貴州眾智恒生態科技有限公司購買。過磷酸鈣(含P2O5≥ 12%)、硫酸鉀 (含 K2O ≥ 33%)均購自惠農肥料公司。

1.3 試驗設計

采用磷肥和鉀肥混合施入法，設鉀肥為0、30 和 60 kg·hm-2共 3 個水平，磷肥為 0、80、160、240 kg·hm-2共 4 水平，共計 12 個處理，每個處理重 復 3 次 。 每 個 小 區 面 積 為 10 m2(2 m × 5 m)，共計36個小區(表1)。

1.4 田間管理

紫花苜蓿于2016年4月7日播種，播種方式為條播，行距30 cm，播深2 cm左右，播種量為25 kg·hm-2，播種完畢后定期澆水直至出苗長出子葉。到初花期時進行第1次刈割，然后將肥料分別施于紫花苜蓿根部周圍，根據土壤墑情適時澆水，及時剔除雜草，到第2次初花期時進行指標測定和刈割。

1.5 測定指標及方法

株高：在每個小區隨機選取10株植株，利用鋼卷尺(精度0.1 cm)分別測取自然高度，計算平均值。

主莖長：在每個小區隨機選取10株植株，利用卷尺(精度0.1 cm)分別測取拉直高度，計算平均值。

節間長：利用鋼卷尺測定所選植株的10個節間長，少于10個則全部測量，計算平均值。

與此同時，計算出每株植株的分枝數、主枝側枝數和節間數。

鮮、干草產量的測定：在紫花苜蓿初花期時刈割，留茬高度為4 cm左右，測定其鮮草產量。將每小區的鮮草分別取400 g帶回實驗室，放入溫度為 105 ℃ 的烘箱中殺青 1 h，將溫度調節至 65 ℃，連續烘48 h至恒重時，取出稱重，計算干鮮比，再由干鮮比換算出干草產量[16]。

莖葉比的測定：將帶回的新鮮紫花苜蓿莖、葉分開，利用速烘袋置于恒溫箱中烘干，取出后分別稱重，即可計算出莖葉比(莖干重/葉干重)[17]。

表1 試驗設計與施肥量Table 1 Experimental design and fertilizer application

1.6 統計方法

利用 Excel 2010 和 SigmaPlot 10.0 軟件進行基礎數據統計和圖表繪制，采用SPSS Statistics 17.0軟件進行單因素方差分析和多重比較。利用模糊隸屬函數值法對12種施肥方案進行綜合評價[18]。

式中：Xj表示第j個因子的得分值，Xmin表示第j個因子得分的最小值，Xmax表示第j個因子得分的最大值。

2 結果與分析

2.1 施肥對紫花苜蓿第2茬產草量的影響

磷鉀配比施肥均能提高紫花苜蓿第2茬的鮮、干草產量 (表 2)。其中，單施磷 240 kg·hm-2時，紫花苜蓿鮮草產量最高，達 1 8203.33 kg·hm-2，較不施肥對照 P0K0(9 670.00 kg·hm-2)高出 88.25%，顯著高于除 P2K1和 P3K1外的其他處理組 (P＜0.05)；其次是P3K1、P2K1、P0K2、P1K1處理，4個處理高于其余處理組，且相互之間無顯著差異(P ＞ 0.05)；不施肥對照(P0K0)鮮草產量最低。干草產量以單施磷 240 kg·hm-2處理最高，達 3 975.97 kg·hm-2，其次是 P3K1處理，為 3 881.74 kg·hm-2，二者無顯著差異 (P ＞ 0.05)，但均顯著高于其他處理 (P＜0.05)；再次是 P2K1、P1K1、P1K0、P1K2、P2K0、P0K2，均顯著高于剩余處理組(P＜0.05)，且6個處理相互間無顯著差異(P ＞ 0.05)；未施肥對照P0K0干草產量 (2 232.29 kg·hm-2)顯著低于其余處理 (P＜0.05)。

表2 施肥對紫花苜蓿第2茬產草量的影響Table 2 Effect of fertilization on the second batch yield of alfalfa

圖1 施肥對紫花苜蓿莖葉比、株高、主莖長、節間數、莖粗、節間長、側枝數和分枝數和的影響Figure 1 Effect of fertilization on the stem to leaf ratio, plant height, main stem length, internode number, stem diameter,internode length, number of lateral branches, and number of branches of alfalfa

2.2 施肥對紫花苜蓿形態學構建的影響

磷鉀配比施肥對紫花苜蓿第2茬各項形態指標的影響各不相同(圖1)。P0K0和P0K2莖葉比分別為1.37和1.44，顯著高于除P3K2外的其他處理組(P＜0.05)；P1K2和 P1K1莖葉比分別為 0.98 和 1.03，較未施肥對照P0K0分別降低了28.48%和24.82%；其余各處理莖葉比均在1.10～1.30。株高以P2K1最高，P1K2和P1K0次之，較不施肥對照P0K0(48.40 cm)分別高出1.13倍、1.10倍和1.11倍；P3K1、P0K1、P0K2株高均顯著高于未施肥對照，顯著低于P2K1、P1K2、P1K0(P＜0.05)，后 3 個處理間差異不顯著 (P＞ 0.05)，P3K2株高最低，與對照之間無顯著差異(P＞ 0.05)，但顯著低于其余處理 (P＜0.05)。P1K1和P2K0主莖最大，較不施肥對照P0K0(50.14 cm)分別高出18.95%和17.81%，與P2K1、P3K1、P0K1間差異不顯著(P ＞ 0.05)，但均顯著大于其余處理；P0K0、P3K2主莖長最小，二者間差異不顯著(P ＞0.05)。P3K1節間數最多，達11.20節，顯著高于其他處理組 (P＜0.05)；其次是 P1K2、P0K1、P0K2、P1K0，顯著高于不施肥對照 P0K0(P＜0.05)，且 4 個處理間無顯著差異(P ＞ 0.05)；P3K0節間數最少，為8.50節，顯著低于其他處理(P＜0.05)。主莖粗中以 P1K0和 P3K1較大，分別為 3.43 和 3.39 mm，二者間差異不顯著(P ＞ 0.05)；其次為P0K1和P0K2，分別為 3.23 mm 和 3.32 mm，顯著高于不施肥 對 照P0K0(P ＜ 0.05)；P0K0、P2K2、P3K2和P2K0主莖粗均小于 3.00 mm。P0K1、P0K2、P1K0節間長均為6.57 cm，較不施肥處理高出10.42%；P1K1次之，節間長均為6.56 cm，較不施肥處理高出 10.25%；單施磷 160 kg·hm-2和 240 kg·hm-2時，節間數分別為5.19和5.56，顯著低于其他處理(P ＜0.05)。主枝側枝數以P1K2最大，較不施肥對照高出5.98%(P ＞ 0.05)； 其 次 是P0K2和P3K0， 均為9.20，與 P2K2、P3K2、P1K1、P3K1、P0K1間差異顯著(P＜0.05)，且前兩者與后5個處理間差異不顯著 (P ＞ 0.05)。P2K1側枝數最少，僅為 7.90，顯著低于不施肥對照P0K0(P＜0.05)；其余處理均在8.00～9.00。株分枝數以P2K2、P1K1、P0K1、P0K2、P1K0和P3K0較大，均超過10.00株，顯著高于其他處理 (P＜0.05)，且 6 個處理之間差異不顯著 (P ＞0.05)；P0K0、P1K2、P3K2、P2K1、P3K1和 P2K06 個處理株分枝數均低于9.20株，且相互間差異不顯著 (P ＞ 0.05)。

利用模糊隸屬函數均值法對紫花苜蓿產量及形態學構建的各項指標進行綜合評價(表3)，當施磷80 kg·hm-2+ 鉀 30 kg·hm-2時 (P1K1)，隸屬函數均值最大，為 0.76；其次是單施磷 80 kg·hm-2(P1K0)，函數均值為0.72；其余處理函數均值均小于0.70，其中不施肥對照(P0K0)最小，為0.23。

表3 不同配比施肥下紫花苜蓿第2茬單茬產量和形態指標的模糊隸屬函數值及綜合評價Table 3 Comprehensive evaluation of second batch yield andmorphological index using the fuzzy logic membership function under different fertilizer ratios

3 討論與結論

3.1 施肥對紫花苜蓿的增產效應分析

紫花苜蓿對鉀肥的需求量較大，鉀以離子的形式存在于植物體中，被原生質交替吸附，激活植物體內的各種酶，促進各項生化反應的進行[19]。鉀肥能調節紫花苜蓿的氣孔開度，控制蒸騰量，促進紫花苜蓿對水分的吸收和各種同化物在其體內的長距離運輸，為紫花苜蓿的生長和發育創造有利條件[20]。本研究中，當單獨施入鉀肥時，紫花苜蓿的第2茬鮮干草產量均顯著提高，這與李星月等[21]和Razmijoo和Henderlong[22]的研究結論基本一致。磷是植物細胞原生質和細胞核的重要組成部分，主要存在于磷脂和核酸中。磷在植物生長發育和代謝活動中起著重要的作用，具有促進植物分枝、根系生長、改善紫花苜蓿的品質[23]。當單施磷肥時，紫花苜蓿第2茬產量隨磷肥施用量的增加而增加，施用量為240 kg·hm-2時，單茬鮮、干草產量最高 (18 203.33 和 3 975.97 kg·hm-2)，這與 Lissbrant等[24]和李新樂等[25]的研究結論相似。

增施磷、鉀肥對紫花苜蓿的生長和形態構建都有重要的作用[26]。肖向華[27]研究表明，增施磷、鉀肥能顯著促進紫花苜蓿生長，植株增高，分枝數增多，并對產量產生顯著影響。雖然紫花苜蓿的產量隨施肥量的增加而增高，當施肥水平達到某一水平后紫花苜蓿的增產幅度反而有所降低[28]。本研究中，單施磷肥和鉀肥均能提高紫花苜蓿第2茬單茬的鮮、干草產量，單施磷肥增產效果較單施鉀肥明顯，但隨鉀肥施用量的增加，紫花苜蓿的增產效果有所降低，尤其是高濃度的鉀肥抑制效果更加明顯。這是由于紫花苜蓿的生長和發育需要多種元素的供給，當施用鉀肥的量較多時，會造成鎂元素的缺乏，鎂是合成葉綠素的主要元素之一，使紫花苜蓿的光合作用效率降低，從而抑制紫花苜蓿的生長和發育[29]。在研究區域內，土壤含鉀量較高，而含磷量較低，屬于缺磷土壤，當施用磷肥時，能有效補充紫花苜蓿對磷肥的生長需求，促進其生長發育。

3.2 施肥對紫花苜蓿形態學構建的影響分析

莖葉比是衡量紫花苜蓿品質的重要指標之一[30]。鉀能促進光合作用，參與光合產物的運輸和蛋白質的合成，存在于幼芽和嫩葉中，在紫花苜蓿中的含量在2.4%左右[31]。本研究中，第2茬紫花苜蓿的莖葉比隨鉀肥施用量的增加呈現先降低后又升高的趨勢。這是由于當使用適當的鉀肥時，能有效調節紫花苜蓿細胞的氣孔開度，保持其植株體內的含水量，影響細胞的膨脹壓力，使植株挺立，有效進行光合作用，提高單位面積內葉產量[32]；當鉀肥施用過量時，會導致紫花苜蓿出現缺少鎂元素或鹽中毒現象，導致紫花苜蓿植株生長點發育不完全，出現新葉的葉尖和葉緣枯死，使紫花苜蓿生長受到抑制或無法正常生長[31]。紫花苜蓿單茬株高、主莖長、節間數、主莖粗、株叢分枝數均隨鉀肥施用量的增加而增加。這可能是由于施用鉀肥后，紫花苜蓿氣孔導度和細胞內的滲透壓得到很好的調節，各種生化反應的酶被激活，光合作用增強，促使紫花苜蓿生長較快[31-32]。

磷是植物體的組成成分之一，在植物體中促進花芽分化和植株分枝、參與植物細胞中葉綠素的合成、增加植物體的葉面積、提高植物光合作用等功能[33]。本研究表明，施用磷肥能顯著降低紫花苜蓿的莖葉比，且隨著磷肥施用量的增加降低幅度越明顯，當磷肥施用量為80 kg·hm-2時，莖葉比最低(1.22)，這與張杰[19]的研究結論相似。可能是由于增施磷肥能提高紫花苜蓿葉片中的葉綠素含量和葉面積，使光合速率增高，致使其葉片含量增高[34]。隨磷肥施用量的增加，紫花苜蓿主莖長、節間數和主莖粗均呈現出先增加后降低的趨勢，可能是由于磷肥施用量為紫花苜蓿最大需求量時，繼續增加磷肥的施用量反而會使紫花苜蓿的生長受到影響[35]。有研究表明，磷肥施用量過多時，會抑制根系的生長和根瘤的固氮作用，使紫花苜蓿根系分化變慢，吸收營養物質的能力降低，使其地上部分的生長受到抑制[36-38]。磷肥和鉀肥的施用對紫花苜蓿株高、主莖長、節間數、節間長、莖粗、株叢分枝數均有一定程度的影響。植株株高、主莖長、株叢分枝數對紫花苜蓿產量有顯著影響，這與Kaori等[39]和賈珺等[40]的研究結論相似。

利用模糊隸屬函數均值法對施肥后單茬紫花苜蓿產量及形態學構建的各項指標進行綜合評價，結果得出，在貴州喀斯特地區磷、鉀肥配比施用量為 80 kg·hm-2和鉀 30 kg·hm-2時紫花苜蓿表現較好。有關不同施肥配比對紫花苜蓿多茬產量及總產量的影響還需進一步的研究。