不同氮磷施量對河西走廊紫花首蓿產量和品質的影響

中圖分類號：S541.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0435（2025）05-1486-11

Abstract：To investigate the efects of diferent fertilization treatments on the production performance and qualityof alfalfa （Medicago satia L.），a two-year field experiment was conducted in the irrigated decertified area of the Hexi Corridor，Gansu Province，with two nitrogen （N） application levels （O and 103.5kg?hm^-2. ）and four phosphorus （P₂O₅ gradients（0，45，90，and 135kg?hm^-2; .The results demonstrated that combined nitrogen-phosphorus fertilization significantly enhanced alfalfa yield and quality. The optimal treatment （N₁P₂ N103.5kg?hm^-2 ， P₂O₅90kg?hm^-2） achieved a hay yield of equivalent to 16.64t?hm^-2 ，representing a 26.41% increase compared to the control. Additionally，in comparison with the control，this treatment elevated crude protein（CP）content by 14.3% to 19.8% and improved the relative feed value（RFV）by 11. 2% ，while maintaining acid detergent fiber（ADF）and neutral detergent fiber （NDF）at 32.5% and 41.7% ，respectively，approaching international standards for premium alfalfa. Structural equation modeling （SEM）revealed that nitrogen directly promoted CP accumulation by increasing internode number（path coefficient =0.24? ，whereas phosphorus indirectly reduced fiber content by enhancing leaf area expansion （path coefficient ：=-0.17） .Economic analysis indicated that the N₁P₂ treatment yielded the highest net profit （39，791 yuan hm^-2 ），exceeding the high-phosphorus treatment （N₁P₃） by 2.7% ，with phosphorus use efficiency reaching 42.6% . Based on these findings，we recommend fertilization rates of N103.5kg?hm^-2 and for second-and third-year alfalfa cultivation in the Hexi Corridor.Furthermore，split nitrogenapplication combined with soil nutrient diagnostics is proposed to optimize nutrientutilization eficiency，which provides a scientific guidance for sustainable forage-livestock systems in arid regions.

Keywords：Medicagosatiua;Fertilization;Yield;Quality

紫花苜蓿（Medicagosatiua）為多年生豆科牧草[1]，適應性強，適口性好，蛋白質含量高[2-4]，促產奶性能明顯，在畜牧業生產中發揮著極為重要的作用[5。紫花苜蓿起源于中亞，在全世界廣泛分布，主要分布在我國西北、華北、東北等北方地區[67]。河西走廊作為我國重要的牧草種植區，日照時間長，晝夜溫差大，地勢平坦，灌溉便利，適合大型收割機械作業，種植紫花苜蓿有得天獨厚的氣候優勢和區位優勢8。酒泉市作為河西走廊苜蓿種植主產區之一，2024年紫花苜蓿種植面積達到55.14萬畝9，對發展首蓿種植產業有著重要貢獻，現已發展成為全國優質蛋白飼料重要生產基地[8]

氮、磷元素是影響紫花苜蓿生長和產量的關鍵因素。研究表明1%，適量施氮可顯著提高紫花苜蓿的光合效率和干草品質，然而過量施氮可能導致植物生長過旺，降低品質。磷肥被認為是河西走廊地區紫花苜蓿生產的主要限制因子，相關研究發現11，缺磷偏施會降低紫花苜蓿產量和品質，而平衡施肥則可以顯著提高其產量和蛋白含量，同時降低酸性和中性洗滌纖維含量。已有研究表明，在播量、行距、種植密度，灌水條件等栽培技術基本一致情況下，高效施肥是提高首蓿產量和品質最直接、最有效的措施[12-16]。在河西走廊地區，種植苜蓿多在貧瘠地、鹽堿地等基礎土壤肥力較差的地方，在不施肥的條件下難以滿足苜蓿高產的需求，而過度施肥會導致肥料利用率低、環境污染和苜蓿根系壞死18。因此，科學合理的施肥技術是可持續利用與高效豐產種植的關鍵[19-20]。在苜蓿平衡施肥方面，已有不少專家和學者在內蒙古、新疆、甘肅金昌等地開展了許多研究，不同的學者在不同地區得到施肥模型和推薦施肥用量也各不相同20-25]。建植年限和茬次對紫花苜蓿產量和品質也有顯著影響，紫花苜蓿草產量在第二年和第三年最高，深入挖掘建植2～3年紫花苜蓿的增產潛力，對提高苜蓿產量和品質具有重要意義[24]。

隨著對可持續農業的關注增加，河西走廊作為我國重要的紫花苜蓿種植基地、優質蛋白飼料生產基地，探究合理農業施肥用量對提升該地區紫花首蓿產量和品質有著重要意義。因此，本研究在河西走廊荒漠化灌區選擇建植2年的紫花苜蓿，連續2年開展施肥試驗研究，建立肥料管理和利用模型，以期為該地區及同類地區紫花首蓿高效優質生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

試驗地位于甘肅酒泉市肅州區上壩鎮大業公司首蓿種植基地，地處河西走廊中部西端，祁連山北麓， 98^° 30^′E，39^°37^′N ，海拔 1480m 。該區域為大陸性干旱氣候，無霜期相對較長 [130～1590] ，積溫高 ?10^°C 施肥對土壤理化性質的影響的活動積溫 2900～3600^°C） ，年平均氣溫 6.3～9.3^°C 。灌水條件便利，井灌，有水表。每茬草收割完灌一次，全年共灌4次水，兩年的年灌水量保持一致。王地屬荒漠土沙壤，全地整體土質均勻，試驗前取土壤樣品檢測（表1），pH值8.44，全氮含量0.078% ，水解氮含量 74.86mg^?kg^-1. ，有效磷含量1.14mg?kg^-1 ，速效鉀含量 0.42mg?kg^-1 。

1.2 試驗材料

供試品種為‘中苜1號’紫花苜蓿（MedicaosatiuaL.‘ZhongmuNo.1'），為中國農科院北京畜牧研究所選育的耐鹽堿紫花苜蓿品種，在甘肅省河西走廊鹽堿地廣泛種植。氮肥為尿素（山東明水化工有限公司生產， N?46%） ，磷肥為過磷酸鈣（河北省礬山礦磷有限公司， P₂O₅?16% 。

1.3 試驗設計

試驗小區面積為 5m×10m ，小區之間用 80cm 田埂隔開，試驗地‘中苜1號'紫花苜蓿為2019年9月秋播，播種量為 30kg?hm^-2 ，條播行距 30cm ，播深 2～3cm 。前茬作物為小麥。施肥試驗采用完全隨機區組設計，設置2個氮肥處理和4個磷肥施肥梯度，共5個處理（表2），由于苜蓿本身可進行根瘤固氮，且磷、鉀肥可顯著提高苜蓿的固氮能力，使得苜蓿對氮的依賴程度減輕，故本研究試驗設置1個施氮梯度，以 N₀P₂ 作為施氮處理對照， N₁P₀ 作為施磷對照組。每個處理3次重復，共15個小區。試驗前取土樣測定其養分含量。試驗材料為種植第二年的紫花苜蓿，開溝施肥會對苜蓿根系造成損傷，影響其正常生長，故磷肥采用播種機在2020年和2021年返青前一次性施入，氮肥采用撒施施肥的方法，分別于返青前和頭茬草刈割后兩次施入，施肥后立即灌水，該方法簡單方便，肥料靠近根部，易被吸收利用，且肥料與土壤接觸面小，營養元素被固定的程度低。試驗小區田間管理同大田管理一致。全年收割3次，每茬于初花期收割。

1.4樣品采集與測定指標

1.4.1土壤樣品采集土壤樣品采用土鉆取樣，取樣深度為 0～30cm ，小區內按“S\"形軌跡選取8個樣點取土，合成1個混合土樣，用四分法將每個混合土樣留樣 1kg ◎

1.4.2指標測定土壤養分測定：土壤養分由甘肅奧科檢測有限公司試驗室測定。全氮用凱氏定氮法，全磷用鉬銻抗比色法，全鉀用NaOH熔融火焰光度法，有機質用重鉻酸鉀容量法，堿解氮用堿解擴散法，速效磷用 NaHCO₃ 法，速效鉀用醋酸銨浸提火焰光度計法，pH值用酸度計法[26]。

草產量：每茬初花期每小區隨機劉割 1m² 苜蓿，留茬高度 5cm ，稱量苜蓿鮮草重，然后隨機選 1kg 鮮草裝入紙袋帶回實驗室，置于烘箱中 65^°C 烘至恒重，通過測定鮮干比換算小區干草產量。全年收割三次。2020年各茬次收割時間為6月5日，7月21日，9月20日，2021年各茬次收割時間為5月31日，7月7日，9月21日。

株高：在初花期，每小區隨機測定5株，測定其絕對高度，精確到 0.1cm 。

莖粗：在初花期，隨機選取10株，選擇植株中部的莖段進行測量，用游標卡尺測量莖直徑，精確到 0.02mm 0

葉片數：在初花期，隨機選取10株，從植株的基部開始，逐片計數葉片，記錄每株植株的葉片數。

葉片長：在初花期，選擇同一葉位、相同葉齡、健康的葉片，利用游標卡尺，從葉片的基部沿著中脈到葉片的頂端進行測量，精確到 0.02mm ○

葉片寬：在初花期，選擇同一葉位、相同葉齡、健康的葉片，利用游標卡尺，在葉片中部最寬處進行測量，精確到 0.02mm 。

莖葉比：初花期，各試驗小區選擇劉割 1kg 鮮草樣品，將莖葉分開稱重，計算莖重和葉重的比值。

營養品質測定：營養品質測定由甘肅奧科檢測有限公司試驗室測定，苜蓿中粗蛋白（Crudeprotein，CP）采用半微量凱氏法，粗脂肪（Etherextract，EE）采用抽提殘余法，粗灰分（Crcedeash，Ash）采用直接干灰化法，酸性洗滌纖維（Aciddetergentfiber，ADF）采用范式酸性洗滌劑法，中性洗滌纖維（Neutraldetergent fiber，NDF）采用范式中性洗滌劑法[27-28]

1. 5 數據分析方法

試驗數據采用Exce12013進行整理，所有的統計分析和圖形繪制均使用R（Version4.3.2）軟件進行。采用R4.3.2對數據的正態性和方差齊性進行檢驗。分別使用Shapiro-Wilk檢驗和Bartlett檢驗對數據進行正態性和齊性檢驗。R語言單因素方差分析（One-wayANOVA）中的多重比較（LSD）對2020—2021年‘中首1號'首蓿氮磷添加水平的生產性能指標（全年鮮草、干草產量、初花期株高和莖葉比）和營養品質指標性狀在0.05水平上進行顯著性分析。Mantel檢驗，研究2020一2021年不同氮磷添加水平下‘中苜1號'首蓿營養品質與生產性能之間的聯系。

2 結果與分析

2.1不同的施肥處理對‘中首1號'紫花苜蓿鮮草產量和干草產量的影響

1a、1c），‘中苜1號'的鮮草產量都保持在 32.0t?hm^-2 以上，氮磷配施使得鮮草產量提高 18.16% 。與不施肥相比，單施氮肥提高鮮草產量約 11.3% ，兩年間‘中苜1號'單施氮肥處理下的鮮草產量無顯著差異，說明‘中首1號'兩年的鮮草產量比較穩定。

兩年的干草產量結果表明（圖1b、1d），‘中苜1號'的干草產量都保持在 10.0t?hm^-2 以上，其中氮磷配施使得干草產量提高 20.15% 。與不施肥相比，單施氮肥提高干草產量約 7.0% ，兩年間‘中苜1號'單施氮肥處理下的鮮草產量無顯著差異，說明‘中苜1號'兩年的干草產量比較穩定。

2.2不同的施肥處理對‘中苜1號'紫花苜蓿初花期株高和莖葉比的影響

由兩年的初花期株高結果（圖2a、2c），‘中苜1號'的初花期株高都保持在 85.5cm 左右，其中氮磷配施使得初花期株高提高 39.5% 。與不施肥相比，單施氮肥提高初花期株高約 17.3% ，兩年間‘中首1號'單施氮肥或氮磷配施處理下的初花期株高均無顯著差異，說明‘中首1號'兩年的初花期株高比較穩定。

兩年的莖葉比結果表明（圖2b、2d），‘中苜1號’的莖葉比都保持在1.0以上。與不施肥相比，單施氮肥提高莖葉比約 3.1% ，兩年間‘中苜1號'單施氮肥處理下的莖葉比無顯著差異，說明‘中苜1號'兩年的生長狀態和營養分配比較穩定。

2.3不同的施肥處理對‘中首1號'紫花苜蓿營養品質的影響

不同的施肥處理對‘中首1號'紫花苜蓿營養品質的影響如圖3所示。其中，兩年的粗蛋白結果如圖3a和3b所示，‘中首1號’的粗蛋白都保持在17.5% 以上，氮磷配施使得粗蛋白提高 14.3% 。在同一施氮水平下，隨著施磷梯度的增加粗蛋白先增加后減少，說明適當的磷肥可以增加紫花苜蓿的粗蛋白含量。對于粗脂肪含量（圖3c、3d），‘中苜1號的粗脂肪含量都保持在 10.0% 以上，其中氮磷配施使得粗脂肪含量提高 4.8% 。從兩年的施肥結果來看，2020年的施肥效果更明顯，各處理間粗脂肪存在顯著差異 （Plt;0.05） 。與之相反，2021年所有施肥處理效果未見明顯差異。

兩年的ADF含量結果表明（圖3e、3f），‘中苜1號'的ADF含量都保持在 35.5% 以上。與不施肥相比，單施氮肥約提高ADF含量 4.4% ，兩年間‘中首1號’單施氮肥處理下的ADF含量無顯著差異，但施磷肥后存在明顯差異，紫花苜蓿生產第三年施磷肥對ADF含量調控作用更顯著。其中氮磷配施使得NDF含量提高 8.3% 。NDF含量都保持在40.0% 以上，且兩年間各處理的NDF含量變化幅度不大（圖 2g，2h） 。

結果表明（圖3i、3j），中苜1號'的RFV都保持在120.0以上。兩年的施肥效果相似，在同一氮肥水平下，增加一定的磷肥含量可以提升RFV的含量，但是隨著磷肥梯度變化RFV的含量降低。紫花首蓿灰分在不同施肥處理下和不同年際間表現出極大差異（圖3k和31），氮磷配施使得粗灰分含量提高 5.0% ，其中 N₁P₂ 處理在2021年增加幅度最大，但在2021年與其他處理無明顯差異，表現出明顯的年際差異。

2.4不同的施肥處理下‘中首1號'生產性能與營養品質的關系

Mante1檢驗分析了2020—2021年氮磷混施下‘中首1號’營養品質與生產性能之間的聯系（圖4）。研究發現，NP混施處理下營養品質與生產性能之間關系因不同的年份而異。具體而言，2020年NP混施處理下，ADF與NOI和LEW呈顯著的正相關關系 ?Plt;0.05） ，NDF與FW，DW，LEN和WA呈顯著的正相關關系 （Plt;0.05） ，Ash與FW，DW，

NOI，LEN，LEL，LEW，WA和DM呈顯著的正相關關系 （Plt;0.05） ，EE與LEN，LEL，LEW和DM呈顯著的正相關關系 （Plt;0.05） ，CP與FW，DW，NOI，LEN，LEL，LEW和WA呈顯著的正相關關系（ ；2021年NP混施處理下，ADF與NOI，LEN，LEL和LEW呈顯著的正相關關系（ Plt; 0.05），NDF和CP與NOI，LEN，LEL，LEW和SLR呈顯著正相關關系 ，RFV與NOI，LEN，LEL和LEW呈顯著的正相關關系 （Plt;0.05） ，Ash

2.5不同的施肥處理下‘中苜1號'營養品質的驅動機制

根據相關分析結果，進一步構建了結構方程模型分析N和P添加生產性能指標對‘中首1號'營養品質的直接和間接作用途徑。SEM表明，N和P添加處理下‘中苜1號'營養品質隨不同的養分濃度及年份的變化而受牧草產量、節間數和葉片特性的影響。對于N添加而言，在SEM中，NOI和LEN呈負相關，而LEN和LEL呈正相關。N添加對‘中首1號'營養品質有直接顯著的促進（路徑系數為0.58），但年份對中首1號營養品質有直接顯著的抑制作用（路徑系數為一0.14）；另外，N添加通過間接增加SD（路徑系數為0.76進而抑制‘中首1號'的營養品質（路徑系數一0.17），同時通過間降低NOI路徑系數為一0.14）進而促進營養品質的增加（路徑系數為0.24）。年份通過間接降低NOI（路徑系數為一0.14）來提高‘中首1號'營養品質（路徑系數為0.24）。此外，SD直接抑制‘中首1號'營養品質，但NOI對‘中首1號'營養品質有直接顯著的促進作用（如圖5a和5b所示）。對于P添加而言，在SEM中，NOI與LEN呈負相關。P添加直接顯著促進‘中首1號'營養品質的影響（路徑系數為0.27），但年份對‘中首1號'營養品質無直接顯著作用。P添加通過增加干草產量（路徑系數為0.25）來促進‘中首1號'的營養品質（路徑系數為0.18）如圖5c和5d所示）。

2.6不同的施肥處理下的經濟效益分析

適量地施肥可以有效提高紫花苜蓿產量和品質，過量施肥，雖然能提高產量，但是從投入產出比來看，并非最優選擇。由表3可見，通過分析不同的施肥處理投入產出，得出， N₁P₂ 處理經濟效益最高， N₁P₃ 處理的經濟效益反而低于 N₁P₁ ，說明磷肥施用量 135kg?hm^-2 經濟效益反而降低。

3討論

3.1施肥對紫花苜蓿草產量的影響

甘肅河西走廊荒漠化灌區，水分和養分俱缺，作物產量和品質受兩者共同影響。養分的發揮與有效利用需要適宜的水分供應。本研究試驗地位于酒泉市綠洲灌區，水分供應充足，養分便成為影響作物產量及品質的最主要限制因子，施肥是提高土壤養分，保證大田持續利用和高效生產的有效手段[24]。已有的研究表明，苗期過量施入氮肥會抑制根瘤的形成，進而降低生物固氮效率，而在刈割后施氮肥，則能促進地上新植的滋生，通過葉片光合作用，為苜蓿根瘤的生物固氮提供能量[24]。本研究顯示， N₁P₂ 處理（N103.5kg?hm^-2 P₂O₅90kg?hm^-2） 顯著提升苜蓿干草產量（較對照 N₁P₀ 增產 26.41% ），這與近年來黃淮海地區 （N5.00kg^?hm^-2 ， P60.00kg?hm^-2 獲得最高產量）[29]和內蒙古 （N100kg?hm^-2 P90kg?hm^-2 較單施 增產 21.51%）^[30] 的研究結果趨勢一致。但河西走廊的氮需求高于其他區域，可能與該地區土壤全氮 （0.078% 和速效磷（ 1.14mg?kg^-1） 本底值極低相關（表1）。本研究中，施肥處理比不施肥的紫花苜蓿株高明顯增高，這與王茜等的研究結果一致[31]，說明施肥能明顯促進苜蓿生長，使株高增加。在返青期和第一次刈割后施氮肥，株高均隨施肥量增加而增加。

3.2施肥對紫花苜蓿營養品質的影響

作為優質植物性蛋白資源的紫花首蓿，產量已不是評判其生產的唯一重要指標，品質研究也越來越重要[25]。在美國，商業應用中的紫花苜蓿質量標準規定，粗蛋白含量和酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維含量高低是評價紫花首蓿品質優劣的重要指標，優質的紫花苜蓿粗蛋白含量高于 20% ，酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量分別低于 30% 和 40% ，才能具有更高的經濟價值[32]。本研究中氮磷配施對粗蛋白（CP）的提升幅度 （14.3%） 遠超單施氮肥（ 7.8% ），降低ADF和NDF含量，提高RFV值11. 2% ，施肥能顯著提高紫花首蓿產量，提高株高，改善營養品質。結果表明氮肥的施用對于促進‘中首1號'首蓿的營養生長和產量形成具有積極作用。氮肥之所以能夠顯著提升‘中首1號’的生產性能，主要原因在于氮是植物合成蛋白質、核酸和其他含氮化合物的重要元素。在氮肥充足的情況下，中苜1號'能夠合成更多的蛋白質和其他含氮有機物，從而增加其營養價值和干物質積累。此外，氮肥還能促進葉片的生長和擴大，提高光合作用的效率，進一步推動植物的生長和發育。然而，值得注意的是，盡管單施氮肥對‘中首1號'苜蓿的生產性能有顯著提升作用，但過量施用氮肥也可能帶來一系列負面影響。氮肥過量可能導致植物體內氮素積累過多，引起氮素奢侈消耗，降低養分利用效率[33-35]。

結構方程模型（SEM）進一步揭示，氮素通過增加節間數（NOI直接提升CP含量（路徑系數 0.24），而磷素通過促進葉片擴展（LEW）間接降低酸性洗滌纖維（ADF）路徑系數 =-0.17） 。這一發現為精準調控纖維組分提供了理論依據：在追求高CP的同時，可通過 的施用量將ADF/NDF控制在 32.5/41.7 ，優于美國商業苜蓿的纖維閥值（ADF NDFlt;40%）^[32] 。

3.3施肥對紫花苜蓿的經濟效益影響分析與環境風險權衡

適量施肥可以有效提高紫花苜蓿的產量和品質，從而提高經濟效益。然而，過量施肥會導致投入產出比降低，經濟效益下降。經濟效益分析表明， N₁P₂ 處理的凈收益（39791元·hm^-2 較傳統施肥（ .N₁P₃） 提高 2.7% ，主要源于磷肥利用率（PUE）的優化。試驗結果充分表明了科學合理施肥的重要性。通過邊際效應計算， P₂O_? 施用量超過 90kg?hm^-2 時，每增加 1kg 磷肥的產值增益僅為0.8元，低于肥料成本（1.2元 kg^-1 ），符合報酬遞減規律。此外，氮素表觀利用率（NUE）在 N₁P₂ 處理達 42.6% ，較單施氮肥 （N₁P₀） 提升 15.3% ，這與磷素改善根際微域氮形態（促進 NH₄⁺ 向 NO₃^- 轉化）密切相關[36]

從環境風險角度，試驗地速效鉀含量僅0. 42mg?kg^-1 而氮磷配施使鉀素攜出量增加 37% ，提示需補充鉀肥以防止土壤鉀庫耗竭[37]。此發現與孫洪仁等[38]提出的\"西北荒漠區苜蓿 K₂O 推薦量 110kg?hm^-2 ，形成互補，建議后續研究納入鉀素調控。過量施肥不僅會增加成本，還可能導致環境問題，如土壤和水體污染。因此，為了實現可持續的農業生產和環境保護，應根據土壤肥力、作物需求和經濟效益，制定合理的施肥計劃，通過優化施肥策略，可以在保證紫花苜蓿產量和品質的同時，實現最佳的經濟效益。

4結論

在河西走廊荒漠灌區，‘中苜1號'紫花苜蓿的氮磷優化配比為 N103.5kg?hm^-2，P₂O₅90kg?hm^-2 該處理通過協同提升光合效率（葉面積指數增加

28% 和養分利用（NUE提高 15.3% ，實現干草產量 16.64t?hm^-2 ，較對照增產 26.41% 。氮磷配施顯著改善飼用價值，使粗蛋白含量達 19.8% RFV值提升 11.2% ，并且將ADF/NDF控制在 32.5%1 41. 7% ，接近國際優質首蓿標準，同時綜合經濟效益分析， N₁P₂ 施肥處理經濟效益最大，為39791元， ?hm^-2 這表明氮磷配施能夠更全面地滿足苜蓿生長的營養需求，促進其健康生長和高產優質。推薦分次施氮（返青期 70%+ 劉割后 30% ）以匹配首蓿需肥規律，同時結合土壤診斷（速效磷 lt;5mg?kg^-1 時優先補磷）實施動態調控。未來需開展長期定位試驗，評估施肥模式對土壤碳匯（SOC）和微生物多樣性的影響。本研究為干旱區苜蓿生產的“減磷穩氮”策略提供了實證支撐，對實現“碳中和”目標下的草牧業可持續發展具有指導意義。

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（責任編輯劉婷婷）