氮磷肥施量對阿葦灌區苜蓿生長指標和產量的影響

馬鐵成,張 慧

(新疆維吾爾自治區灌溉排水發展中心，烏魯木齊 830000)

0 引 言

【研究意義】紫花苜蓿具有高產、適應氣候性強等優點，使其種植面積逐年增加，已成為奶牛養殖的主要飼草料[1]。在我國干旱、半干旱地區，為應對牧區飼草料不足導致的天然草場退化、草畜平衡失調等，對有效提高苜蓿產量有重要意義。【前人研究進展】利用淺埋式滴灌灌水技術人工栽培苜蓿，既能提高灌溉水資源利用率，又可以解決當地牲畜飼草料供給問題。淺埋式滴灌作為地下滴灌的一種，被譽為具有發展潛力的新型高效節水灌溉技術，已在多種作物種植領域展開研究[2-4]；仝炳偉等[5]在寧夏以地下滴灌苜蓿為對象，開展水肥二因素完全隨機試驗，結果表明，水肥互作對苜蓿干草產量影響顯著，低水肥處理增產效應較小，適度水肥增產效應明顯。吳文奇等[6]根據不同滴灌帶布設方式分析紫花苜蓿各生育期生長特性，認為苜蓿在苗期埋設深度10 cm、間距90 cm較好；分枝期后埋設深度30 cm、間距90 cm優于其他處理。洪明等[7]開展了淺埋式滴灌苜蓿灌溉制度研究，得出苜蓿適宜灌水定額與灌水周期。【本研究切入點】目前利用淺埋式滴灌技術開展水肥一體化研究較少，采用該灌水技術施氮磷肥對改變苜蓿生長特性和提高產量還有待研究。研究氮磷肥施用水平對青河縣阿葦灌區苜蓿生長指標和產量的影響。【擬解決的關鍵問題】在新疆北疆典型牧區開展淺埋式滴灌灌水技術為研究對象，將滴灌帶均勻埋入表土5～8 cm以內，通過研究適宜灌水量下不同氮、磷肥量對苜蓿生長指標和產量的影響[8]，為淺埋式滴灌技術在干旱、半干旱氣候條件下，苜蓿合理施肥及提高水肥利用率提供一定的科學依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗地位于準噶爾盆地東北緣的青河縣阿葦灌區，地處烏倫古河上游二臺水文站下游10 km處北岸，E89°54′14″，N46°11′36″，海拔1 100 m，屬于阿爾泰山的丘陵地帶，地勢平坦區域。屬大陸性北溫帶干旱氣候，年均氣溫2.5℃，無霜期平均103 d；年均降水量172.2 mm，年均蒸發量1 430.1 mm，冬季漫長寒冷。0～80 cm土壤屬輕礫石粗沙土，80 cm以下為中礫石粗沙土，田間持水率12%～27%，保水性差地下水埋藏較深；土壤肥力全氮均值0.33 mg/kg，速效氮均值26.88 mg/kg，有機質含量7.15 mg/kg，速效磷均值3.98 mg/kg，速效鉀均值90.98 mg/kg[9]。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

2016年5月初～8月底開展試驗。選用對比法作物為3年齡阿爾岡金紫花苜蓿，株行距2 cm×15 cm，播種量45 kg/hm2，一年收獲兩茬，不做除草與殺蟲處理，采用相同的大田管理方式。全年實測單次降雨量均小于15 mm，對試驗不產生影響，無地下水補給。

規定灌溉制度統一為灌水周期6 d，每茬灌溉8次，灌水定額450 m3/hm2；選取當地普遍采用的尿素(N46%)、磷酸二銨(N18%、P48%)為研究對象，各設計低(150 kg/hm2)、中(300 kg/hm2)、高(450 kg/hm2)3水平施肥量處理，即2種施肥類型和3種施肥梯度，1組無肥處理對比，分析產量與貢獻較大肥料之間關系。采用文丘里施肥器滴灌隨水施肥。每個處理重復3次，各灌水小區有效面積72 m2(30 m×2.4 m)，中間設置1 m寬隔離帶，依次排列，滴灌帶鋪設間距0.6 m，均勻埋深5～8 cm，滴頭采用內鑲貼片式間距0.3 m，額定壓力0.1 MPa，滴頭流量2.0 L/h。全年兩茬生育期共103 d。表1

1.2.2 測定指標

自每茬返青開始至初花期，各處理固定選擇長勢均勻紫花苜蓿樣本5株，每次間隔10 d，用鋼卷尺量測地表到頂端長度，取平均值作為該處理株高；用游標卡尺測量紫花苜蓿主莖地表以上1 cm處直徑，卡尺順時針旋轉90° 2次復測，取平均值作為該處理莖圍粗；人工計數樣本地表以上枝條數，取平均值作為該處理枝條數。

在初花期各處理選取長勢均勻區域3組測產，每組面積1 m× 1 m，人工刈割留茬高度10 cm，乘量鮮草重量后在烘箱中105℃殺青1 h，再置于70℃恒溫烘干48 h，取出放置陰涼處自然冷卻至常溫稱重，得出每組干草重，計算干濕比，取3組平均值作為該處理1 m2產量，折合計算出每公頃產量。

紫花苜蓿的水分利用效率采用單位面積產量與全生育期內單位面積灌水量的比值(g/m3)。

表1 試驗設計Table 1 Experiment design

1.3 數據處理

采用Excel 2010和SPSS 17.0進行數據處理與分析，差異顯著性分析選取Pearson相關性分析法，采用輸入方法進行回歸分析模擬，通過殘差概率圖分析法進行樣本驗證。

2 結果與分析

2.1 不同施肥水平對紫花苜蓿生長指標的影響

2.1.1 不同施肥水平對紫花苜蓿株高的影響

研究表明,紫花苜蓿各生育階段株高生長速度不同，適量氮、磷肥可促進紫花苜蓿株高生長，兩茬均呈現出隨著施氮量增加株高顯著增加，磷肥對株高貢獻較少的現象。在第一茬苜蓿生育期中，前50 d株高均生長較快，隨后生長速度放緩；其中，施氮肥處理日均生長由1.51 cm降至0.67 cm，平均株高82.47 cm，最大施氮處理N3P0株高達到85.30 cm；施磷肥處理日均生長由1.42 cm降至0.64 cm，平均株高77.33 cm，最大施磷處理N6P3株高81.8 cm；第一茬的2種施肥類型最大施量處理紫花苜蓿株高相差3.50 cm，對照CK處理氮肥最大增幅20%，磷肥最大增幅15%；氮肥對第一茬紫花苜蓿株高存在顯著差異(P﹤0.05)，磷肥無顯著不同。第二茬紫花苜蓿在灌水12 d內株高生長較快，之后增長減緩；其中，施氮肥處理生長速度由每天3.60 cm降至1.49 cm，平均株高89.4 cm，最大處理N3P0株高92.60 cm；施磷肥處理生長速度由每天3.33 cm降至1.30 cm，平均株高80.20 cm，最大處理N6P3株高87.20 cm；第二茬的2種施肥類型最大施量處理紫花苜蓿株高相差5.40 cm，對照CK處理氮肥最大增幅27%，磷肥最大增幅20%，2種肥力與株高均存在顯著差異(P﹤0.05)，其中氮肥對第二茬紫花苜蓿株高存在極顯著影響(P﹤0.01)。第二茬紫花苜蓿生長期受溫度升高影響，生長速率較快，9月初溫度下降明顯，光合作用減弱，作物均出現衰敗現象。全生育期N4P1、N5P2、CK處理的株高均明顯低于其他處理，適宜氮肥施量對株高影響較大。圖1

圖1 不同氮、磷肥水平下紫花苜蓿株高變化Fig. 1 Effects of nitrogen and phosphorus fertilizer levels on alfalfa plant height

2.1.2 不同施肥水平對紫花苜蓿莖圍的影響

研究表明,不同氮、磷肥用量水平大小對紫花苜蓿的莖粗在一定范圍內有影響，平均莖粗隨著施肥量的增大而增高，各生育階段莖粗生長速度略有不同。第一茬苜蓿生育期前10 d莖粗生長較快，隨后生長速度放緩，日均生長由0.13 cm降至0.04 cm，最大莖粗的氮肥處理與CK比較增幅6%；第二茬莖圍變化較為緩慢，生育末期出現衰敗現象。全生育期氮肥對莖圍生長均存在極顯著影響(P﹤0.01)，磷肥均有顯著影響(P﹤0.05)。圖2

圖2 不同氮、磷肥水平下紫花苜蓿莖粗變化Fig. 2 Effects of different nitrogen and phosphate fertilizer levels on stem diameter of alfalfa

2.1.3 不同施肥水平對紫花苜蓿枝條數的影響

研究表明,兩茬紫花苜蓿施肥量的大小對枝條數影響有限，最大氮肥處理N3P0枝條數略大于其他處理，以第二茬較為明顯。第一茬枝條數平均15節，第二茬平均17節，與CK平均14節相差較小，整體生長速率相近。不同施肥條件下，兩茬紫花苜蓿枝條數生長趨勢相同，第二茬整體略大。氮、磷肥對第一茬紫花苜蓿枝條數均存在顯著影響(P﹤0.05)，氮肥對第二茬紫花苜蓿枝條數存在極顯著影響(P﹤0.01)，磷肥有顯著影響(P﹤0.05)。圖3

圖3 不同氮、磷肥水平下紫花苜蓿枝條數變化Fig. 3 Effects of different nitrogen and phosphate fertilizer levels on the number of stem nodes of alfalfa

2.2 不同施肥水平對紫花苜蓿產量的影響

研究表明,不同氮、磷肥水平對紫花苜蓿產量影響顯著。產量隨著施肥量的增大均呈現遞增的變化趨勢，最大氮肥處理N3P0增產31%，達到14 117 kg/hm2；最大磷肥處理N6P3增產26%，達到13 657 kg/hm2。由于第一茬生長周期大于第二茬，作物吸收土壤肥力較多，生長更為充分，CK第一茬產量大于第二茬，其余施肥處理在生育期中的補充肥力大于土壤原有肥力貢獻，第二茬產量均大于第一茬產量，氮肥高水平處理N3P0最為顯著，整體增產效果施氮處理大于施磷處理。圖4

圖4 不同氮、磷肥水平下紫花苜蓿產量變化Fig. 4 Effects of different nitrogen and phosphate fertilizer levels on alfalfa yield

2.3 不同施肥水平與產量關系

研究表明,紫花苜蓿產量與施氮水平存在顯著相關性(P<0.05)，采用產量(W)為因變量，氮肥水平(N)作為單項指標進行回歸分析，得出回歸方程：W=11 072.41+15.74N，方程決定系數R2=0.958，F=45.576。為檢驗回歸模型對樣本數據的擬合程度和適用性，繪制殘差概率圖，發現模型對于適宜施氮條件下，氮肥與產量之間關系具有較好的模擬效果，方程回歸擬合程度較高，可為相同條件下紫花苜蓿產量預測提供參考。圖5

圖5 施氮水平期望值和觀測值比較Fig. 5 Comparison of expected and observed nitrogen levels

2.4 不同施肥水平的紫花苜蓿水分生產率

研究表明,不同肥料施肥水平對紫花苜蓿水分生產率有影響，WUE變化趨勢和產量相似；無肥CK處理水分生產率1.5 g/m3最低，施氮處理N3P0水分生產率1.96 g/m3最高，高出CK 31%。2種肥料各處理的水分生產率隨著施肥量的加大均呈現出單向增大趨勢，以施氮處理增長水平更為顯著。

3 討 論

紫花苜蓿的植株高度和莖粗是產量的主要構成要素，作物生物量的累積可以通過植株生長變化狀況獲得。通過田間水肥一體化試驗數據分析，得出在紫花苜蓿的生長特性中，株高和莖粗都隨著施肥量的增大而增大，各施肥處理產量均大于CK，這與畢舒貽[10]研究中，不同水肥組合可以提高紫花苜蓿的全年產量，苜蓿所具有的固氮能力在生長期很難滿足生長需求，增施肥料可有效改善缺肥現象的結論與試驗研究結果相似；氮肥處理產量大于磷肥處理產量，原因可歸結為氮肥對作物株高和莖粗增幅明顯，相對應生物量累計較大。紫花苜蓿在適宜灌水條件下的生長規律受外界肥力影響，在無人工添肥情況下，第一茬作物產量大于第二茬，原因在于前一年苜蓿收割，部分枝條和葉片被粉碎脫落田間，秸稈還田增加土壤有機質含量，培育土壤肥力，使得下一個生長季第一茬作物有效吸收田間養分；針對已種植多年的苜蓿地開展適宜中耕，可疏松表土促進養分形成，清除田間雜草促使作物根系發育，為來年產量提升提供保障。

試驗處理中，紫花苜蓿植株不同生長速率影響了生物量的累計，這與曹彪等[11]的研究結果一致。任靈通等[12]研究得出的水磷耦合對滴灌苜蓿生長規律和產量的影響，與研究結果相似。在干旱、半干旱區域開展淺埋式滴灌苜蓿種植技術，適量的氮肥可以提高作物多項生長指標，有效提高水分生產率，配合農藝措施的管理，可以提高田間肥力，以達到當地節水節肥增產的目的。

4 結 論

4.1 采用淺埋式滴灌灌水技術開展紫花苜蓿不同氮、磷肥水平研究，施肥量對苜蓿的株高、莖粗在一定范圍內有影響，并隨著施肥水平的增大而增大，其中氮肥貢獻較大，施肥量的大小對枝條數影響較小。

4.2 苜蓿產量隨著施肥量的增大均呈現出遞增的變化趨勢，最大氮肥處理產量最大。施肥處理第二茬產量均高于第一茬，與無肥處理結果不一致，原因可歸結為人工施肥量大于土壤固有肥力，滿足了作物生長需求。以氮肥水平為指標進行回歸分析，回歸方程：W=11 072.41+15.74N，方程決定系數R2=0.958，F=45.576，擬合程度較高，通過殘差分析檢驗模擬效果較好。

4.3 不同肥料施肥水平對紫花苜蓿水分生產率有影響，均隨著施肥量增大同向增大，施氮肥處理WUE大于施磷肥處理，無肥處理WUE最低，施肥能夠顯著提高WUE，適宜氮肥施量可以實現苜蓿增產和節水的目的。