氮磷鉀配施對酒泉市紫花苜蓿種子產量的影響

朱建強 路宏中 馬靜 潘艷花

摘要：采用“3414”試驗設計，研究了制種紫花苜蓿氮、磷、鉀肥料效應及推薦施肥量。結果表明，在干旱鹽堿條件下，隨著施肥量的增加，紫花苜蓿種子產量亦逐漸提高，施氮增產0.84%～17.37%，施磷增產51.38%～59.63%，施鉀增產-0.58%～1.3%。與無肥處理相比，所有處理均增產，增產率在11%～79%。氮鉀和磷鉀互作效應降低紫花苜蓿種子產量，而氮、磷互作效應提高紫花苜蓿種子產量。與產量最高的中磷處理相比，缺氮、缺磷和缺鉀處理的相對產量分別為85.2%、62.64%和98.56%。結合肥料效應函數法和養分豐缺指標法，得出河西走廊干旱鹽堿條件下制種紫花苜蓿推薦年施氮（N）、磷（P2O5）和鉀（K2O）的量分別為100、190、60 kg/hm2。

關鍵詞：種子生產;紫花苜蓿;施肥量

中圖分類號：S565.4? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ?文章編號：1001-1463（2020）05-0008-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.05.003

Effects of N，P and K Fertilizers on Yield of Alfalfa Seed in

Jiuquan City

ZHU Jianqiang， LU Hongzhong， MA Jing， PAN Yanhua

（Jiuquan Institute of Agricultural Technology Extension Center， Jiuquan Gansu 735000， China）

Abstract：The field experiment which used 3414 balance application design was carried out to study the effects of alfalfa seed production on N， P and K fertilizer and recommended fertilizer amount. The results showed that under the conditions of drought and salinity， nitrogen application the seed yield of alfalfa by 0.84%～17.37%， phosphorus application increased the yield by 51.38%～59.63%， and potassium application increased the seed yield of alfalfa by -0.58%～1.3%. Compared with no-fertilizer treatment， the yield of all treatments was increased， and the seed yield increased rate was between 11% and 79%.The interaction between N-K k and P-K decreased the seed yield of alfalfa， while the interaction between N and P increased the seed yield of alfalfa. Compared to the highest yield medium phosphorus treatment， the relative yields of nitrogen， phosphorus and potassium deficiency treatments were 85.2%， 62.64% and 98.56%， respectively.Combined with fertilizer effect function method and nutrient abundance index method， It concluded that the recommended annual application of nitrogen （N）， phosphorus （P2O5） and potassium （K2O） is 100， 190 and 60 kg/hm2 respectively.

Key words：Seed production;Alfalfa;Fertilizing amount

紫花苜蓿是一種優質高產的飼草，素有“牧草之王”的美稱。在當前我國農業供給側結構性改革、振興農村經濟的背景下，牧草產業的發展對我國啟動實施“振興奶業苜蓿發展行動”具有極其重要的意義[1 ]，苜蓿種子的需求量也將隨著苜蓿種植面積的擴大而進一步加大。與美國等發達國家相比，我國制種苜蓿種子產量較低[2 ]，施肥不科學是其重要原因之一[1 - 3 ]。前人的大量研究表明，N、P、K肥是影響紫花苜蓿種子生產的重要原因，對種子的產量影響極大[4 - 7 ]。酒泉市地處河西走廊西端，氣候干燥，光熱資源豐富，是適宜的紫花苜蓿種子生產區域，制種苜蓿產業發展潛力很大[8 ]。由于對制種苜蓿施肥研究不足，酒泉乃至河西走廊苜蓿種子生產中盲目施肥、過量施肥、不合理施肥的現象普遍存在，施肥缺乏試驗依據[5， 9 ]。我們對酒泉市制種紫花苜蓿氮、磷、鉀肥推薦施肥量進行了探討，以期為河西走廊制種紫花苜蓿施肥提供科學支撐。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗區概況

試驗設在酒泉市三墩鎮先鋒農場，海拔1 338 m。屬典型的溫帶大陸性氣候，氣候干燥、降水少、蒸發強烈日照長、冬冷夏熱溫差大、秋涼春旱多風沙。光熱資源豐富，有效積溫3 000 ℃，農作物生育期（4 — 9月）日照時數2 200 h左右，占全年日照時數的68%左右，日照百分率為68%～75%，多年平均氣溫7.3 ℃，七月份最高平均為21.8 ℃，元月份最低平均氣溫為-9.7 ℃。年均降水量48.4 mm，占全年降水量的56.7%;冬季雨雪稀少，降水量5.3 mm，占全年降水量的6.2%。年平均蒸發量為2 148.8 mm，年平均相對濕度為46%。無霜期平均130 d，最長151 d，最短105 d。多大風和干熱風，風向為西北季風，全年平均風速2.4 m/s。土壤屬潮土類，土層深厚，土壤肥沃，適合人工種植苜蓿。試驗地為二年生苜蓿地，土壤基本理化性質見表1。

1.2? ?供試材料

指示制種紫花苜蓿品種代號為MS-001。供試氮肥為尿素（含N 46%）、磷肥為普通過磷酸鈣（含P2O5 16%）、鉀肥為硫酸鉀（含K2O 50%）。

1.3? ?試驗方法

試驗采取目前國內外應用較為廣泛的“3414”施肥試驗完全設計方案[10 ]，即以氮、磷、鉀肥為3個因素，設計4個施肥水平，0水平為不施肥，1水平為2水平×0.5，2水平為當地最佳施肥量，3水平為2水平×1.5，共14個處理，試驗因子水平見表2。試驗隨機排列，重復3次。小區面積59 m2（11.8 m×5.0 m）。試驗小區單灌單排，開80 cm的灌溉溝，埂寬40 cm，在處理間筑寬40 cm的地埂。試驗處理及其施肥量見表3。

試驗于2018年春季播種，播前結合整地施入普通過磷酸鈣900 kg/hm2，灌溉2次。播種方式為穴播，行距60 cm，株距25 cm，播種量為30 kg/hm2。2019年返青后，選擇出苗整齊、長勢一致的地塊開展試驗。4月15日，隨著氣溫上升，采取控水控溫控肥措施，逐步揭去株行間地膜，防止紫花苜蓿營養生長過旺造成植株瘋長而影響開花結莢，造成嚴重減產[11 ]。4月25日，結合間苗、定苗，及時拔除幼苗、弱苗，選留壯苗，保持密度67 500株/hm2。供試肥料分春、夏2次施用，4月20日進行第1次施肥，將50%氮肥和60%磷、鉀肥撒施于地表;6月20日進行第2次施肥，將50%氮肥和40%磷、鉀肥撒施于地表。試驗期間灌水2次，采用漫灌的方式分別在4月21日和6月21日灌溉，灌溉量均為120 mm。春季第1次施肥前和種子收獲后均按“梅花”形布點，采集試驗地耕層0～20 cm、20～40 cm的土樣進行分析化驗。制種苜蓿生長期內觀察記載生育期進程、生長勢、病蟲害發生情況及對生育進程有影響的特殊氣候。收獲期采集植株樣品進行考種與經濟產量測定。各處理于8月25日左右根據長勢和天氣情況適時收獲，按小區單收計產。

1.4? ?數據處理

采用《“3414”試驗設計與數據分析管理系統2.0版》統計軟件進行肥料效應方程的擬合。利用編號為2、3、6和11的4個處理擬合氮肥效應一元二次方程，利用編號為4、5、6和7的4個處理擬合磷肥效應一元二次方程，利用編號為6、8、9和10的4個處理擬合鉀肥效應一元二次方程;利用全部14個處理擬合氮、磷和鉀肥效應三元二次方程，利用編號2和6的2個處理計算缺氮處理相對產量，利用編號4和6的2個處理計算缺磷處理相對產量，利用編號8和6的2個處理計算缺鉀處理相對產量[12 ]。

試驗所有數據均使用SPSS軟件進行統計分析，所有圖表均采用微軟電子表格軟件（Microsoft Excel）繪制。

2? ?結果與分析

2.1? ?氮肥效應和最大施量

由表4可知， 在中磷、 中鉀（P2K2）條件下，隨著施氮量由0增至180 kg/hm2 （N3P2K2），紫花苜蓿種子產量先逐漸提高再降低，較不施氮處理增產0.84%～17.37%。其中中氮處理N2P2K2（處理6）增產率最高，為17.37%，與其余水平氮肥處理間差異均達極顯著水平;高氮處理N3P2K2（處理11）增產率最低，為0.84%，顯著高于不施氮處理（P < 0.05）。可見制種紫花苜蓿生長早期需要較少氮肥或不需要氮肥[13 ]，但進入開花期時由于營養生長和生殖生長都較旺盛，需要大量養分，此時追施氮肥及復合肥可顯著提高結莢率和種子產量，這與石鳳翎等[14 ]的研究結果基本一致。

利用表4中4個處理的試驗數據建立氮肥效應一元二次方程式（1）[15 ]，并依據式（1）繪制氮肥效應曲線（圖1）。

Y=-0.016 7X2+3.14X+880.65，R2=0.904

（1）

式中：Y為紫花苜蓿種子產量，X為施氮量（N）。

對式（1）進行求導，令其導數為0，求得最大施氮量為94.2 kg/hm2，對應的紫花苜蓿種子最高產量為1 028.54 kg/hm2。

2.2? ?磷肥效應和最大施量

由表5可知，在中氮、中鉀（N2K2）條件下，隨著施磷量由0增至270 kg/hm2 （N2P2K2），紫花苜蓿種子產量大幅度提高，產量達到最大值1 044.0 kg/hm2;之后又逐漸下降， 較不施磷處理增產51.38%～59.63%，處理間差異均達到極顯著水平（P < 0.01）。其中，中磷處理N2P2K2（處理6）增產率最高，為59.63%;低磷處理N2P1K2（處理5）增產率最低，為51.38%。這一結果與王曉力等[12 ]的研究一致。朱偉然[16 ]認為，磷肥能改善種用紫花苜蓿的生長發育，增強抵抗病害的能力，促進根系發育，提高種子產量。

利用表5中4個處理的試驗數據建立磷肥效應一元二次方程式（2），并依據式（2）繪制磷肥效應曲線（圖2）。

Y=-0.011 4X2 +4.332 5X+663.675，R2= 0.981 1（2）

式中：Y為紫花苜蓿種子產量，X為施磷量（P2O5）。

對式（2）進行求導，令其導數為0，求得最大施磷量為189.44 kg/hm2，對應的紫花苜蓿種子最高產量為1 074.04 kg/hm2。

2.3? ?鉀肥效應和最大施量

由表6可知，在中氮、中磷（N2P2）條件下，隨著施鉀量由0增至112.5 kg/hm2 （N2P2K3），紫花苜蓿種子產量也表現出先增加后降低的趨勢，較不施鉀處理增產-0.58%～1.46%。除高鉀處理N2P2K3（處理10）較不施鉀處理減產外，N2P2K1（處理8）、N2P2K2（處理9）處理均比不施鉀處理顯著增產（P < 0.05），增產率分別為1.31%和1.46%。表明在制種苜蓿上施用鉀肥有增產作用，這與朱偉然[16 ]的研究結果一致。但過量施用鉀肥也有減產作用，這可能與試驗地紫花苜蓿土壤速效鉀豐缺狀況處于豐富水平有一定的關系。

利用表6中4個處理的試驗數據建立鉀肥效應一元二次方程式（3），并依據式（3）繪制鉀肥效應曲線（圖3）。

Y=-0.006 1X2 + 0.646X + 1 028.5，R2= 0.982 6（3）

式中：Y為紫花苜蓿種子產量，X為施鉀量（K2O）。

對式（3）進行求導，令其導數為0，求得最大施鉀量為52.66 kg/hm2，對應的紫花苜蓿種子最高產量為1 045.50 kg/hm2。

2.4? ?氮磷鉀綜合效應和最大施量

由表7可知，與N0P0K0無肥處理相比，所有處理均增產，增產率為11.79%～78.46%。以N2P2K2（處理6）處理增產率最高，達78.46%;其次是N2P2K1（處理9）處理，為78.21%;N2P0K2（處理6）處理增產率最低，為11.79%。這一結果表明，施用氮、磷、鉀肥均可提高紫花苜蓿種子產量，且氮、磷、鉀3種肥料配合施用的增產效果顯著優于任何2種肥料配施[17 ]。氮、磷、鉀3種肥料的農學利用率均隨施肥量的增加先增加后降低[18 ]。鄭紅梅等[13 ]認為，對于紫花苜蓿種子生產田，分蘗期施肥尤其重要，應以磷、鉀肥為主，無需施用氮肥。但進入開花期后，除需追施磷、鉀肥外，還需要施用氮肥。初花期施用氮肥可以使種子產量提高20%～30%，盛花期施用磷、鉀肥可增產49.7%，且可增加葉片和莖葉數，促進根系發育，有利于種子成熟。

利用表7中14個處理的試驗數據建立氮、磷和鉀肥效應三元二次方程式為：

Y=583.442 6+2.816 8N+3.083 9P+1.077 8K- 0.019 2N 2-0.009 5P 2-0.004 7K 2+0.006 2NP- 0.003 1NK-0.001PK， R2=0.98? ? （4）

式中：Y為紫花苜蓿種子產量，N為施氮量（N），P為施磷量（P2O5），K為施鉀量（K2O）。

對式（4）中的施氮量（N）、施磷量（P）和施鉀量（K）分別求偏導數，并令其值為0，得到三元一次方程組;解方程組得出最大施氮量（N）、施磷量（P）和施鉀量（K）分別為99.30、192.30、60.98 kg/hm2，對應的最高產量為1 052.70 kg/hm2。

由式（4）可以看出，氮、磷、鉀兩兩互作對紫花苜蓿種子產量均有極顯著的影響，對產量的影響為氮磷 > 磷鉀 > 氮鉀。氮鉀和磷鉀互作效應表現為拮抗作用，降低紫花苜蓿種子產量，而氮磷互作效應表現為協同促進作用，提高種子產量。氮肥用量不變（2水平）時，增施磷肥能增加產量，但磷肥由0水平達到2水平時繼續增施磷肥種子產量反而降低，表明要保證產量的增加，維持氮、磷的適宜水平很重要。本研究中，氮、鉀和磷、鉀表現出負互作效應，即其中一種肥料用量越低，另一種肥料增產效果越高[17 - 18 ]。

2.5? ?缺素處理的相對產量和土壤養分豐缺狀況

由表8可知，與種子產量最高的N2P2K2中磷處理相比，N0P2K2缺氮處理的相對產量為85.20%，介于75%～95%，表明土壤速效氮豐缺狀況為中等[19 ];N2P0K2缺磷處理的相對產量比較低，為62.64%，介于50%～75%，表明土壤速效磷豐缺狀況為缺[20 ];N2P2K0缺鉀處理的相對產量最高，為98.56%，超過95%，表明土壤速效鉀豐缺狀況為豐 富[21 - 24 ]。

3? ?結論與討論

盡管紫花苜蓿根瘤菌共生固氮能力十分強大，但在先鋒農場強鹽堿和干旱等逆境條件下根瘤菌固氮效率較低[25 ]，需要適量施氮肥。王曉力等[12 ]人研究表明，從現蕾到種子成熟期紫花苜蓿對氮肥的需要量增加，而此時根瘤菌老化，固氮能力下降，易出現氮素供應不足的現象。本研究依據氮肥效應一元二次方程計算出的最大施氮量（N）為94.2 kg/hm2，依據氮、磷和鉀肥效應三元二次方程推導出的最大施氮量為99.3 kg/hm2。二者較為接近，結合土壤氮素養分豐缺狀況，顯然應該采信后者。因此，在干旱條件下，河西走廊制種紫花苜蓿地可以考慮施用氮肥[26 ]，推薦年施氮量（N）為100 kg/hm2。依據磷肥效應一元二次方程算出的最大施磷量（P2O5）為189.4 kg/hm2，依據氮、磷和鉀肥效應三元二次方程求得的最大施磷量（P2O5）為192.3 kg/hm2，二者較為接近，但顯然前者更具采信力，理由是西北石灰性土壤磷肥當季利用率低，通常只有20%左右[27 ]，尤其是石灰性潮土上磷富集量太大[28 ]。另外，土壤pH為8.7，耕層含有較高的鈣離子，降低了磷的有效性。土壤很可能第2年及以后幾年內施肥都將無效或效果很小。因此推薦年施磷量（P2O5）為190 kg/hm2。依據鉀肥效應一元二次方程求出的最大施鉀量（K2O）為52.7 kg/hm2;依據氮、磷和鉀肥效應三元二次方程推得的最大施鉀量（K2O）為60.9 kg/hm2。二者差異較大的原因在于氮鉀和磷鉀互作對苜蓿種子產量的影響為負效應。作為配方施肥，考慮到隨著生產年限的增加，土壤鉀素勢必不斷減少，供鉀能力也將逐漸下降[27 ]，第2年以后再以等同數量施肥可能會出現苜蓿種子產量下降，顯然應該采納后者。因此制種苜蓿推薦年施鉀量（K2O）為60 kg/hm2。

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（本文責編：楊? ? 杰）