高麗敏，陳春，沈益新

（南京農業(yè)大學草業(yè)學院，江蘇 南京 210095）

隨著我國南方農區(qū)畜牧業(yè)的發(fā)展和草食家畜飼養(yǎng)量的增加，蛋白質飼料嚴重不足且品質不佳仍是制約該區(qū)域畜牧業(yè)進一步發(fā)展的主要因素［1］。紫花苜蓿（Medicago sativa）是畜牧業(yè)生產中不可或缺的植物蛋白資源，擴大其種植面積對提高我國蛋白質飼料產量具有重要的現(xiàn)實意義。近年來，在各項國家政策方針的引導下，紫花苜蓿在我國的種植面積逐年增加。針對南方地區(qū)高溫、高濕等不利于生長的氣候條件，張艷娟等［2］提出了紫花苜蓿季節(jié)性栽培利用這一生產模式，加速了在江淮地區(qū)的推廣種植。然而目前關于江淮地區(qū)紫花苜蓿季節(jié)性栽培技術的研究仍相對薄弱。隨著糧改飼規(guī)模的進一步擴大，深入研究紫花苜蓿季節(jié)性栽培技術對優(yōu)化江淮地區(qū)種植業(yè)結構、實現(xiàn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

施肥是季節(jié)性栽培紫花苜蓿極為重要的田間管理措施之一［3］。氮素是植物生長所必需的大量元素，盡管根瘤菌能夠固定空氣中的氮以供植株利用，仍有大量研究表明氮肥施用顯著促進紫花苜蓿的生長［4-6］。這是由于在紫花苜蓿生長初期或不適宜的氣候及土壤條件下，根瘤菌固氮能力較弱，需要通過施用氮肥來滿足植株對氮素的需求［7-8］。研究表明在短期速生的栽培模式下，紫花苜蓿根系生長較淺、結瘤極少［9-10］，施用氮肥可以顯著提高干物質產量［11］。在南方農區(qū)，季節(jié)性栽培紫花苜蓿時的氮肥推薦用量為180 kg·hm-2。過量施用氮肥不僅會導致生態(tài)環(huán)境惡化，還會造成葉片遮陰影響下部葉片光合、降低氮肥利用效率［11］。

磷素會影響植物對氮素的吸收代謝過程［12］。對豆科植物而言，磷不僅可以促進植物對氮素的吸收及轉化，還可促進根瘤固氮酶的活性從而增強對大氣氮的利用效率［13］。何飛等［3］研究發(fā)現(xiàn)在黃淮海地區(qū)，磷對紫花苜蓿產量的影響最大，氮肥次之，且在低氮水平下施用磷肥更有利于紫花苜蓿產量的提高。賈珺等［14］研究表明，對旱地紫花苜蓿而言，氮磷配施能大幅度提高紫花苜蓿產量，且最佳經濟適宜的m（N）∶m（P）為1∶4。目前關于江淮地區(qū)季節(jié)性紫花苜蓿栽培體系中適宜的氮磷投入量尚不明確。此外，作為評價紫花苜蓿生產性能的關鍵因子，紫花苜蓿再生性對不同氮磷投入響應的相關研究也尚未見報道。本研究著眼于江淮地區(qū)氮磷肥施用對紫花苜蓿生長及再生的影響，以期為紫花苜蓿季節(jié)性栽培技術中的肥料管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及試驗材料

試驗在江蘇省農業(yè)科學院六合試驗基地（北緯32°29′，東經118°37′）進行。試驗地年均溫度為15.7℃，年均降水量為1100 mm左右。供試土壤為棕壤黏質土，地力均勻。耕層0～20 cm土壤基本理化性狀：有機質含量23.1 g·kg-1，全氮含量1.29 g·kg-1，速效磷含量6.18 mg·kg-1，速效鉀含量69.2 mg·kg-1，p H 6.10。供試紫花苜蓿品種為賽迪7，購于北京百綠集團。供試氮肥為尿素（總氮≥46.4%），磷肥為過磷酸鈣（含P2O5為15%），鉀肥為氯化鉀（含K2O為62%）。

1.2 試驗設計

田間試驗采用裂區(qū)設計。小區(qū)面積為40 m2，小區(qū)間隔為0.5 m。第1年試驗于2017年10月30日播種，第2年試驗于2018年10月18日播種。種植密度為22.5 kg·hm-2，以0.3 m行距進行條播，播種深度為1～2 cm。試驗共設置4個磷（P2O5）水平處理：0（P0）、50（P1）、100（P2）、150 kg·hm-2（P3）為主處理，設置4個氮（N）水平處理：0（N0）、60（N1）、120（N2）、180 kg·hm-2（N3）為副處理。共16個處理，每個處理重復3次，共計48個試驗小區(qū)。出苗后常規(guī)田間管理（雜草防除和灌溉）。各處理磷肥及鉀肥全部一次性在播種前行間開溝施入，氮肥各處理以總量的14.28%作為基肥，于返青后及刈割后分別追施氮肥各處理總量的42.86%。每次施肥均在降水前一天進行或在施肥后澆水。

第1年試驗于2018年5月3日取樣進行各指標測定，而后留茬5 cm刈割并分別在5月9日（再生第6天）和5月15日（再生第12天）挖取有代表性的植株10株進行各指標測定。第2年試驗于2019年5月13日取樣進行各指標的測定，而后留茬5 cm刈割并分別在5月19日（再生第6天）和5月25日（再生第12天）挖取有代表性的植株10株進行各指標測定。

1.3 測定項目與方法

1.3.1干物質產量 每小區(qū)除2行邊行和行頭0.5 m外，隨機選1 m2（1 m×1 m）并留茬5 cm將紫花苜蓿全部刈割，采用精度為0.01 kg的電子秤測得鮮草產量。取有代表性的植株10株并稱量地上部鮮重，將其帶回實驗室洗凈后105℃殺青30 min，65℃烘至恒重后稱干重，據(jù)此折算出單位面積的紫花苜蓿干物質產量。

1.3.2一級分枝數(shù) 每個小區(qū)隨機選取長勢一致植株5株，記錄每株從根頸部位直接抽出地面的枝條數(shù)并計算平均值。

1.3.3株高 每個小區(qū)隨機選取長勢一致植株5株，測量每株自然高度并計算平均值作為小區(qū)觀測值。

1.3.4單株葉面積 每個小區(qū)隨機選取長勢一致植株5株并摘下全部葉片，用Li-3000葉面積儀（美國LICOR公司）測量葉面積，求取平均值作為小區(qū)觀測值。

1.3.5植株氮、磷含量的測定 采用全自動凱氏定氮儀（Kjeltec 8400 FOSS）測定氮含量。氮總量為單位面積植株干重與氮含量的乘積。采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（Optima 8000 ICP-OES）測定磷含量。磷總量為單位面積植株干重與磷含量的乘積。

1.3.6再生芽數(shù) 每個小區(qū)隨機選取長勢一致植株5株并記錄再生芽的數(shù)量，求取平均值作為小區(qū)觀測值。

1.3.7再生芽芽長 每個小區(qū)隨機選取長勢一致的5株，采用直尺測定再生芽芽長，求平均值作為小區(qū)觀測值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

各處理間的差異運用SPSS 16.0及Microsoft Excel 2010進行方差分析，并采用LSD方法多重比較進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 施用氮磷肥對飼草干物質產量及產量構成因子的影響

氮磷肥施用及交互作用均顯著促進了飼草干物質產量的增加（表1）。當磷肥施用量為150 kg·hm-2時干物質產量最高。2018年當磷肥施用量為0及50 kg·hm-2時，隨氮肥施用量的增加，干物質產量顯著增加。與對照相比，施用氮肥180 kg·hm-2干物質產量顯著增加49%和97%；當磷肥施用量為100及150 kg·hm-2時，隨氮肥施用量的增加，干物質產量呈先增加后平穩(wěn)的趨勢。與不施氮處理相比，增施氮肥60 kg·hm-2可使干物質產量分別顯著增加106%和71%。2019年在各施磷條件下，干物質產量均在施氮120 kg·hm-2時達到最高。與不施氮相比，干物質產量顯著增加了43%～81%。在各施氮處理下，干物質產量均隨施磷量的增加顯著增加。施氮與施磷均顯著增加了株高及葉面積，株高、葉面積及一級分枝數(shù)受到氮磷交互作用的顯著影響。與不施氮處理相比，施用60、120、180 kg·hm-2氮肥使得葉面積在2018及2019年分別增加了44%、86%、79%及15%、52%、33%；與不施磷處理相比，施用50、100、150 kg·hm-2磷肥葉面積在2018及2019年分別增加26%、40%、105%及12%、1%、86%。

表1 施用氮磷肥對紫花苜蓿干物質產量及產量構成因子的影響Table 1 Effects of N and P fertilizer on the forage dry matter yield and yield components of alfalfa

2.2 氮磷肥施用對地上部養(yǎng)分含量的影響

氮磷肥施用及交互作用顯著促進了紫花苜蓿地上部氮含量及累積量（表2）。在各施磷處理下，隨施氮量的增加，2018年紫花苜蓿地上部氮含量顯著增加，而施氮120及180 kg·hm-2處理間無顯著差異（表2）；2019年氮肥施用對地上部氮含量的影響較小，除P1N0外，相同磷處理、不同氮處理間差異不顯著。2018年隨施氮量的增加，植株地上部氮累積量顯著增加。當施磷量為100及150 kg·hm-2時，不同施氮處理間氮累積量無顯著差異。隨施磷量的增加，2018年植株地上部氮累積量顯著增加，與不施磷處理相比，施用50、100、150 kg·hm-2磷肥導致紫花苜蓿植株氮累積量分別增加了25%、67%、85%；2019年，相同氮肥施用量條件下，不施磷處理及施用50、100 kg·hm-2磷肥處理間無顯著差異，施用150 kg·hm-2磷肥可以顯著促進紫花苜蓿氮累積量。地上部氮含量及氮累積量均與干物質產量呈顯著正相關關系（圖1）。

氮肥及磷肥處理對地上部植株磷含量的影響較小，2018年各處理間均無顯著差異，2019年以P3N2處理的地上部磷含量最低。植株磷累積量受氮磷施肥量及交互作用的影響（表2）。2018年，當磷肥施用量為0及50 kg·hm-2時，與不施氮相比，施氮180 kg·hm-2使得植株磷累積量分別增加109%及170%；當磷肥施用量為100及150 kg·hm-2時，施氮對紫花苜蓿磷累積量無顯著影響。當不施氮或施氮量為60 kg·hm-2時，施磷可以顯著促進植株磷素累積量，而當?shù)适┯昧繛?20及180 kg·hm-2時，施磷對紫花苜蓿植株磷累積量無顯著影響。飼草干物質產量與地上部磷含量間無相關關系，而與地上部磷累積量間存在顯著正相關關系（圖1）。

圖1 紫花苜蓿地上部氮含量、氮累積量、磷含量、磷累積量與干物質產量間的相關關系Fig.1 The relationships between shoot nitr ogen content，nitr ogen accumulation，phosphate content，phosphate accumulation and forage dry matter yield of alfalfa

表2 施用氮磷肥對紫花苜蓿地上部氮、磷含量及累積量的影響Table 2 Effects of N and P fertilizer on the content and accumulation of N and P

2.3 氮磷肥施用對紫花苜蓿再生的影響

氮磷肥施用可以顯著促進紫花苜蓿殘茬再生（圖2）。2018年，與不施氮處理相比，施氮60、120及180 kg·hm-2使紫花苜蓿在刈割后6 d生物量分別增加18%、100%、97%，刈割后12 d生物量分別增加55%、97%、99%；與不施磷處理相比，施磷50、100及150 kg·hm-2紫花苜蓿刈割后6 d生物量分別增加77%、100%、184%，刈割后12 d生物量分別增加29%、54%、84%。2019年，與不施氮處理相比，施氮60、120及180 kg·hm-2使紫花苜蓿在刈割后6 d生物量分別增加23%、24%、34%，刈割后12 d生物量分別增加34%、58%、65%；與不施磷處理相比，施磷50、100及150 kg·hm-2使紫花苜蓿在刈割后6 d生物量分別增加7%、25%、47%，刈割后12 d生物量分別增加10%、25%、39%（圖2）。綜合兩年結果可知，0、50、100及150 kg·hm-2磷處理下適宜殘茬再生所對應的施氮量分別為180、120、120及60 kg·hm-2。

圖2 施用氮磷肥對紫花苜蓿刈割后殘茬再生生物量的影響Fig.2 Effects of N and P fertilizer on regeneration biomass from alfalfa stubble after cutting

氮磷肥施用及交互作用顯著影響刈割后6 d再生芽芽數(shù)。刈割后12 d再生芽芽數(shù)受磷肥影響較大，氮肥施用對刈割后12 d再生芽芽數(shù)的影響不顯著（表3）。再生芽芽數(shù)與再生生物量間無顯著相關關系（表4）。施磷可以顯著促進刈割后6 d再生芽芽長，與不施磷處理相比，2018及2019年磷肥施用導致再生芽平均芽長分別增加30%及39%；氮磷肥施用及交互作用均顯著影響了刈割12 d后再生芽芽長（表3）。刈割6 d后再生芽芽長與再生生物量間存在顯著正相關關系（表4）。刈割6 d后紫花苜蓿葉面積受氮磷施用及交互作用的影響顯著（表3）。2018及2019年，與不施氮處理相比，施氮60、120及180 kg·hm-2使葉面積分別增加67%、167%、159%和29%、40%、50%；與不施磷處理相比，施磷150 kg·hm-2分別增加149%和130%。刈割12 d后受氮肥施用及氮磷交互作用的影響顯著（表3）。2018及2019年，與不施氮處理相比，施氮60、120及180 kg·hm-2在刈割后12 d葉面積分別增加50%、90%、79%和18%、40%、52%。刈割后6及12 d植株葉面積與再生生物量間均存在顯著正相關關系（表4）。

表3 施用氮磷肥對刈割6及12 d后紫花苜蓿再生的影響Table 3 Effects of N and P fertilizer s on alfalfa r egr owth after cutting for 6 and 12 days

表4 紫花苜蓿再生生物量與其構成因子的相關性Table 4 Corr elation analyses between alfalfa shoot biomass and related components after cutting for 6 and 12 days in 2018 and 2019

3 討論

紫花苜蓿在其生長過程中是否需要氮肥投入以及氮肥投入量的多少一直備受爭議。Gao等［15］采用薈萃分析的方法研究表明，氮肥施用可以顯著促進紫花苜蓿的生長，且氮肥對紫花苜蓿生長的影響受土壤理化性質及溫度等因子的調控。胡偉等［16］在寧夏引黃灌區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，施用氮肥可顯著提高紫花苜蓿全年干草產量，該地區(qū)的推薦施氮量為120 kg·hm-2；張進霞等［17］在甘肅地區(qū)的研究表明適宜該地區(qū)紫花苜蓿生長的最佳施氮量為103.5 kg·hm-2；王茜等［18］認為在長江中下游地區(qū)，適當增施氮肥有利于紫花苜蓿高產；在季節(jié)性紫花苜蓿栽培體系中，張昆等［11］研究表明施氮180 kg·hm-2可以顯著促進紫花苜蓿的生長，本研究結果與其類似（表1）。與干旱地區(qū)相比，長江中下游地區(qū)紫花苜蓿對氮肥的需求較高，這可能與根系發(fā)育及根瘤菌固氮酶活性有關。在較高土壤水分條件下，紫花苜蓿根系生長受阻導致其對養(yǎng)分的吸收能力降低［9］，同時根瘤菌固氮酶活性顯著降低，共生固氮過程對產量的貢獻較?。?9］。氮肥施用一方面可以促進根系生長及對養(yǎng)分的吸收，另一方面可以增加土壤氮素有效性以促進植物的生長。

磷是限制植物生長和產量形成的重要元素之一，土壤磷有效性被認為是影響豆科植物生長最為關鍵的環(huán)境因子之一。磷肥施用對紫花苜蓿生長的影響已得到廣泛研究，王園園等［20］研究表明苜蓿產量及品質均隨施磷量增加而提高，而不同地區(qū)的最佳施磷量不同；謝勇等［21］在壩上地區(qū)的研究表明，施用225 kg·hm-2磷肥可使紫花苜蓿增產率高達67.94%；在隴東地區(qū)的研究表明，當施磷量為103.5 kg·hm-2時紫花苜蓿的產量最高［22］；楊浩宏等［23］研究發(fā)現(xiàn)，與單施氮肥相比，氮磷配施可顯著增加苜蓿的草產量，且在高磷處理下效果更為明顯；肖燕子等［24］發(fā)現(xiàn)，在氮肥施用量一定的情況下，紫花苜蓿干物質產量隨磷肥施用量的增加顯著增加。在本研究中，各施氮量條件下適宜紫花苜蓿生長的最佳施磷量均為150 kg·hm-2（表1）。表2研究結果進一步表明磷肥施用主要通過調控紫花苜蓿對氮素的吸收進而促進植株的生長，氮含量而非磷含量與紫花苜蓿干物質產量間的顯著正相關關系也證明了這一假說（圖1）。磷肥對氮素吸收的促進作用可能與其對植株根系發(fā)育的調控有關。前人研究結果表明磷肥施用可以改善植株根系在土壤中的分布，從而影響根際養(yǎng)分供應時間與強度，使養(yǎng)分可在時間及空間上充分發(fā)揮潛力，最終提高肥料利用率［25］。磷肥對豆科植物共生固氮過程的影響是其調控植株對氮素吸收的另一個可能原因［26］。研究表明豆科植株根瘤中的磷含量占植株磷含量的20%左右，磷對根瘤的形成及氮的固定具有重要作用［27-28］。此外，增施磷肥可在一定程度上降低植株對氮肥的依賴。表1的研究表明當磷肥施用量分別為0、50、100及150 kg·hm-2時，適宜紫花苜蓿生長的最佳施氮量分別為180、120、120及60 kg·hm-2。在當前大力提倡“減肥增效”的背景下，適當增施磷肥以促進紫花苜蓿根瘤固氮作用，同時降低氮肥的施用，可為畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供保障［29］。

紫花苜蓿刈割后的再生情況是衡量其產量潛力及肥料對其生長影響的一個關鍵指標。北京平原區(qū)的施肥試驗結果表明，適宜紫花苜蓿殘茬再生的最優(yōu)肥料組合為50 kg·hm-2氮肥及280 kg·hm-2磷肥［30］；張進霞等［17］研究結果表明在甘肅地區(qū)當施氮量為103.5 kg·hm-2時紫花苜蓿殘茬的再生速度最快。由此可見，不同地域條件下適宜紫花苜蓿殘茬再生所需的肥料用量不同。在本研究背景下，隨著磷肥施用量的增加，適宜紫花苜蓿殘茬再生所需的氮肥用量降低，當施磷量為0、50、100及150 kg·hm-2時，為保證紫花苜蓿較高的殘茬再生速率及生物量所需的氮肥用量分別為180、120、120及60 kg·hm-2。分析紫花苜蓿各再生指標發(fā)現(xiàn)，影響刈割6 d后紫花苜蓿生物量的因子為再生芽芽長，這與張進霞等［17］的研究結果一致。刈割后12 d，作為光合作用的主要器官，紫花苜蓿葉面積的大小對其再生生物量的影響最大。紫花苜蓿葉面積的增加可為紫花苜蓿再生提供充足的碳水化合物以保證其快速生長［31］。

4 結論

在江淮地區(qū)季節(jié)性紫花苜蓿栽培體系中，氮磷肥施用可顯著促進紫花苜蓿的干物質產量及再生。磷肥施用可在一定程度上減少氮肥用量，磷肥對紫花苜蓿生長的調控與其對氮素吸收的影響有關。當磷肥施用量分別為0、50、100、150 kg·hm-2時，適宜紫花苜蓿生長及殘茬再生的氮肥推薦用量分別為180、120、120、60 kg·hm-2。江淮地區(qū)紫花苜蓿季節(jié)性栽培體系中推薦年施磷量及施氮量分別為100 kg·hm-2及120 kg·hm-2。