我國紫花苜蓿主產田土壤養分和植物養分調查分析

謝開云，何峰*，李向林*，韓冬梅，萬里強

(1.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，北京 100193；2.蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州 730020)

?

我國紫花苜蓿主產田土壤養分和植物養分調查分析

謝開云1，何峰1*，李向林1*，韓冬梅2，萬里強1

(1.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，北京 100193；2.蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州 730020)

摘要：科學合理施肥是保證植物正常生長，提高肥料利用率，解決生產和環境問題矛盾的重要途徑。為了掌握我國紫花苜蓿在生產中的施肥管理狀況，在2012年和2013年兩年對我國北方紫花苜蓿主產區49個樣地土壤養分和植物養分以及苜蓿第一茬產量進行調查分析，并針對紫花苜蓿的施肥管理向種植戶(包括企業)開展了問卷調查。結果表明, 1)我國紫花苜蓿主要集中種植在相對貧瘠的砂性土壤上。在調查的49個樣地中，砂性土壤占總樣點數的71.4%，主要在內蒙古、甘肅和新疆。大部分樣地的土壤有效氮豐富，僅10%的樣地因為沙質土壤中有機質含量極少而導致土壤有效氮缺乏。有24.5%的樣地土壤速效磷缺乏，其中10.2%的樣地速效磷處于極缺水平；有10.2%的樣地土壤速效鉀缺乏(樣地數N=49)。土壤中量元素Ca和Mg較為充足。微量元素中有32.2%的樣點有效鐵缺乏(N=28)，主要分布在甘肅和內蒙古；7.1%(N=28)的樣點有效錳缺乏，分布在甘肅和內蒙古。有14.3%的樣點有效銅缺乏(N=28)，其中有一個分布在甘肅，其余3個樣點在內蒙古；有50%的樣點有效鋅缺乏(N=28)，其中8個處于極缺狀態(甘肅、陜西各3個，內蒙古2個)，6個處于缺乏狀態(山東3個，河北、陜西和黑龍江各1個)；有10.7%的樣點有效鉬含量缺乏(N=28)，主要分布在內蒙古。有效硼含量處于豐富狀態(N=28)。2)苜蓿植株氮素營養狀況較好，而磷鉀營養狀況較差。微量元素中鉬有49%的樣點出現缺乏(N=49)。相關性分析結果表明土壤全磷和速效磷都與產量具有顯著的正相關關系(P<0.05)，說明施用磷肥對苜蓿具有顯著的增產潛力。3)在調查的49個樣點中有18個樣點沒有進行任何施肥措施，其中大多數為農戶。施氮肥作為提高產量的手段占57.1%，大多數為企業種植者。磷肥重視程度高于鉀肥，有41%的樣地施用磷肥，僅有26.5%的樣地施用鉀肥。對有機肥重視不夠(僅有8個樣地施用有機肥)。所有種植者均沒有施用過微肥。總之，我國紫花苜蓿主產區在生產實踐中應少施或不施氮肥，應重視磷鉀肥的配施，也應重視微量元素的作用，尤其是鉬元素。

關鍵詞：紫花苜蓿；土壤養分；植物營養；施肥；產量；微量元素

紫花苜蓿(Medicagosativa)作為世界上栽培歷史最悠久、種植面積最大、利用價值最高的優質豆科牧草，對促進我國節糧型畜牧業發展和提高奶牛單產水平，保障牛奶品質具有重要作用。相對于其他牧草，紫花苜蓿具有更高的產量和營養價值，也相應地需要更高的營養需求來保障營養品質。因此，土壤的營養狀態對紫花苜蓿的生長具有重要作用。我國的苜蓿種植產業帶主要分布在新疆東部、甘肅、寧夏、陜西、山西、河北、山東、內蒙古南緣、遼寧、吉林、黑龍江等地，目前形成東北、華北和西北牧草加工優勢產業帶[1]。紫花苜蓿為多年生豆科牧草，以收獲營養體為目的，每年要刈割2～4次。初步測算，每t紫花苜蓿干草中含22.7～31.8 kg氮素，3.6～7.3 kg磷素(P2O5)，21.8～32.7 kg鉀素(K2O)以及鈣(12.7～15.9 kg)、鎂(2.3～3.6 kg)、硫(1.8～2.7 kg)和硼(0.022 kg)、鋅(0.022 kg)、銅(0.0091 kg)、鉬(0.00023 kg)等微量元素。紫花苜蓿每形成l kg干物質，需吸收氮素0.03 kg，磷素0.002 kg，鉀素0.026 kg[2]。多次刈割必然帶走土壤中大量的營養元素，產草量愈高，帶走的營養愈多，造成土壤養分的不斷流失和匱乏，不僅苜蓿生產潛力得不到發揮，而且實際生產力會不斷下降[3]。為了滿足苜蓿正常生長對養分的需求，需通過施肥來補充土壤養分，以保證苜蓿的高產、穩產和優質。近年來，針對不同地區紫花苜蓿施肥開展了大量的研究，研究均表明施肥可以顯著提高紫花苜蓿的產量和品質[4-5]，但是這些研究結果是否被應用到實際生產實踐中卻不得而知。為了了解我國紫花苜蓿主產區牧草產量、土壤養分和植物養分吸收狀況，對我國紫花苜蓿主產區開展系統調查研究，對于指導紫花苜蓿的生產實踐，促進其產業發展具有重要意義。

1材料與方法

1.1樣地調查

在2012和2013年對我國北方紫花苜蓿主產區土壤養分和植物養分以及苜蓿第一茬產量進行取樣和調查，調查主要針對種植面積超過6.67 hm2的紫花苜蓿牧草生產田，調查地區主要包括河南、河北、山東、山西、陜西、黑龍江、吉林、內蒙古、甘肅和新疆等地(表1)。調研內容包括土壤樣本和植物樣本的采集，第一茬產量測定以及紫花苜蓿生產中肥料管理的問卷調查。在2012年調查21個樣地分析了12種植物營養元素含量和土壤堿解氮，全氮、速效磷、全磷、速效鉀和全鉀養分含量，以及pH值[6]。2013年在河南、山西、陜西和內蒙古各多加1個樣點，山東多3個，共計28個樣地，分析了12種植物營養元素含量，土壤中大量、中量和微量元素含量。

表1　調查地位置、紫花苜蓿品種和播種年份

續表1Continued

調查樣地位置Locationoftheplots調研日期Surveydate紫花苜蓿品種Alfalfavarieties種植年份Sowingyear陜西咸陽彬縣西坡鄉XipoVillage,BinCounty,XianyangCity,ShanxiProvince2013/6/7新牧2號XinmuNo.22009吉林公主嶺GongzhulingCity,JilinProvince2013/6/13公農一號GongnongNo.12004黑龍江哈爾濱民主鄉MinzhuVillage,HarbinCity,HeilongjiangProvince2013/6/14肇東苜蓿Zhaodong2011黑龍江綏化蘭西遠大鄉YuandaVillage,LanxiCounty,SuihuaCity,HeilongjiangProvince2013/6/18農牧803Nongmu8032009新疆阿拉爾市農一師十二團(南口農場)12thCompany,1stAgriculturalShoop,AlaerCity,Xinjiang(NankouFarm)2013/5/23新疆大葉苜蓿XinjiangBigleaf2011新疆阿拉爾市農一師五團5thCompany,1stAgriculturalShoop,AlaerCity,Xinjiang2013/5/23新疆大葉苜蓿XinjiangBigleaf2011新疆昌吉市呼圖壁縣大豐鎮DafengTown,HutubiCounty,ChangjiCity,Xinjiang2013/5/22三得利Sandy2011內蒙古赤峰市阿爾科爾沁旗ArHorqinBanner,ChifengCity,InnerMongolia2013/6/4--內蒙古赤峰市阿爾科爾沁旗ArHorqinBanner,ChifengCity,InnerMongolia2013/6/4--內蒙古鄂爾多斯鄂托克旗棋盤井鎮QipanjingTown,EtuokeQi,OrdosCity,InnerMongolia2013/6/7--

1.2植物樣本的采集與產量測定

在紫花苜蓿生產田中，采用大面積斜對角樣點選擇法選擇3個具有代表性的樣點，在1 m×1 m的樣方中齊地面刈割，測定鮮重，并從中抽取完整植株約500 g作為樣本①。再選擇約300～400株，頂端對齊，從冠層頂部向下15 cm處用不銹鋼剪刀截取，下部枝條拋棄，將3個樣方中截取的苜蓿用蒸餾水沖洗掉表面雜物灰塵，對沖洗后的苜蓿冠層部分進行干燥處理以除去其表面殘留的蒸餾水，獲得樣本②。將樣本①和樣本②置于紙袋內在105℃烘箱中殺青10 min，之后在65℃恒溫條件下烘至恒重，樣本①用來測定牧草含水率以計算干物質產量，樣本②用于植株營養元素含量分析。

1.3植物營養元素測定

將49個樣地的樣本②用微型植物粉碎機(天津產)粉碎，送北京農林科學院植物營養與資源研究所中心實驗室進行檢測，參考土壤農化分析[7]，測定指標包括全氮(N，凱氏定氮法)、全磷(P，釩鉬黃比色法)，全鉀(K，火焰光度法)，鈣(Ca)、鎂(Mg)、硫(S)、鐵(Fe)、錳(Mn)、銅(Cu)、鋅(Zn)(硝酸-高氯酸消解法后，等離子體發射光譜法測定)、硼(B，干灰化法后，用等離子體發射光譜法)、鉬(Mo，石墨爐原子吸收發光光度法)等12種生命必需元素的含量。

1.4土壤樣本采集與分析

在每個樣方內用土鉆鉆取0～30 cm層次的土壤樣本。每個樣點5次重復，制備混合樣本。樣本送北京農林科學院草業與環境研究發展中心進行檢測，測定指標包括pH(pH計法)、有機質(重鉻酸鉀氧化-外加熱法)、陽離子交換量(乙酸鈉-火焰光度計法)、電導率EC(μs/cm)、全氮(凱氏定氮法)、全磷(NaOH熔融-連續流動分析儀法)、全鉀(NaOH熔融-火焰分子分光光度計法)、堿解氮AN(堿解擴散法)、速效磷AP(碳酸氫鈉浸提法)、速效鉀AK(NH4OAC浸提-火焰原子吸收分光光度計)、土壤有效鈣和有效鎂(EDTA法)[7]。土壤有效態鋅、錳、鐵、銅主要以交換態形式存在，采用DTPA-CaCl2-TEA浸提-原子吸收分光光度法測定[8]。土壤有效硼用甲亞銨-H比色法測定[9]，有效鉬用極譜法測定[10]。

1.5數據處理與分析

采用Excel 2013軟件匯總所有數據，GraphPad Prism 6.0軟件作圖，SAS 9.0 軟件進行相關性分析。

2結果與分析

2.1土壤養分的現狀分析

調研結果表明，我國紫花苜蓿主要集中種植在相對貧瘠的砂性土壤上，35個樣點為砂性土壤，占總樣點數的71.4%，主要分布在內蒙古、甘肅和新疆。本次調研數據中有31個樣點的土壤有機質含量低于15 g/kg，占總樣地的63.3%。電導率EC大于0.8 μs/cm的鹽土有5個樣點，占總樣點數的10.2%。49個調查樣地全氮平均值為0.89 g/kg，全磷為0.67 g/kg，全鉀為20.08 g/kg，含量相對較低(表2)。土壤速效養分中，堿解氮平均為62.30 mg/kg，變異系數達到48.47%。速效磷平均值為17.50 mg/kg，在不同地點之間差異很大，從最低的2.75 mg/kg到最高的58.50 mg/kg不等。速效鉀含量相對較高，平均值為189.75 mg/kg，在不同地點之間差異很大，從最低的78.99 mg/kg到最高的417.49 mg/kg不等。

表2　調研地土壤養分的變化

注：表中所列單位僅用于表示各指標的平均值、最大值和最小值。下同。

Note: Units listed in the table are only used for representing values of the mean, maximum and minimum. The same below.

2012和2013年對紫花苜蓿主產區土壤養分進行了取樣分析，參照《草地測土施肥技術規程 紫花苜蓿》行業標準的紫花苜蓿土壤營養診斷分級標準[11]，對土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀和有效硫的營養狀態進行了分析(表3)。結果表明，大部分樣地的堿解氮均在足夠水平以上，缺乏的僅有5個樣地，占49個樣本的10.2%，其中一個為極缺，僅有6.44 mg/kg，在甘肅張掖。其余4個缺乏的分別是甘肅金昌，內蒙古鄂爾多斯、山東膠州和新疆呼圖壁。在調查的49個樣地中，速效磷缺乏的樣地占有12個，占總樣本的24.5%，極缺的樣地有5個，占總樣本的10.2%，分別分布在山西太原、甘肅金昌、黑龍江哈爾濱、北京順義和內蒙古赤峰。速效鉀缺乏的樣地有5個，占總體樣本的10.2%，分別分布在北京順義，甘肅金昌，黑龍江哈爾濱，山東膠州和甘肅張掖。在調查的28個樣地中，僅有一個樣地的有效硫缺乏，在河北黃驊。2012年在調查的21個樣地中，有15個樣地有機質缺乏，占總體樣本的71.4%。其中7個樣地為有機質含量極缺，分別分布在新疆、內蒙古赤峰、甘肅民勤、陜西咸陽等地。對49個調查樣地的pH值進行分析，49個樣地的pH值均在6.0～8.0之間，對紫花苜蓿來說，酸堿度是比較適宜的。

表3　紫花苜蓿主產區土壤養分狀況調查分析

注：分級標準主要參考NY/T 2700-2015《草地測土施肥技術規程 紫花苜蓿》[11]。表中所列單位僅用于表示各指標的分級標準一列。

Note: According to NY/T 2700-2015 Code of practice for soil rest and fertilizer recommendation of forage fields-Alfalfa (Medicagosativa)[11]. Units listed in the table are only used for representing values of grading standards.

對2013年調研的28個樣地的土壤微量元素包括有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅、有效鉬和有效硼的營養狀態進行了分析(表3)，結果表明，有9個樣點的有效鐵缺乏，占總體樣點的32.2%，其中8個樣點有效鐵缺乏，有1個樣點極缺乏，主要分布在甘肅和內蒙古。有2個樣點的有效錳缺乏，占總體樣本的7.1%，分別分布在甘肅和內蒙古。有4個樣點的有效銅缺乏，占總樣點數的14.3%，其中有一個分布在甘肅，其余3個樣點均分布在內蒙古。有14個樣點的有效鋅缺乏，占總樣本的50%，其中8個處于極缺狀態，主要分布在甘肅3個、陜西3個和內蒙古2個；6個處于缺乏狀態，主要分布在山東3個，河北1個，陜西1個和黑龍江1個。28個樣點的有效硼含量處于豐富狀態。有3個樣點的有效鉬含量缺乏，占總體樣本的10.7%，主要分布在內蒙古地區。中量元素Ca和Mg較為充足，有兩個樣點Ca水平過量，1個樣點Mg水平缺乏。土壤有機質含量低和沙質土壤的微量元素含量較低。

2.2植物營養狀況

以主產區49個紫花苜蓿樣地初花期植物組織分析結果，依據NY/T 2700-2015《草地測土施肥技術規程 紫花苜蓿》行業標準將12種生命必需營養元素分為5級[11]，由低到高分別為缺乏、基本足夠、足夠、較高和過量(表4)。

表4　全國主產區49個樣地紫花苜蓿營養狀態

其中，植物氮素有84%的樣地處于足夠的水平，16%的樣地處于較高的水平，植物氮含量變幅較大，最小值為2.51%，最大值為5.30%，變異系數為16.38%。植物磷鉀缺乏嚴重，有4個樣點出現磷素缺乏，占總體的8%，49個樣地之間的變異系數為28.20%。有22個樣點出現鉀素缺乏，占總體的45%，變異系數為29.57%(表5)。由此可見，調查樣區苜蓿氮素營養狀況相對較好，而磷、鉀營養狀況較差，今后苜蓿生產中應注重磷、鉀肥的使用。

49個樣地的紫花苜蓿鈣元素全部處于足夠水平。有6個樣點出現鎂元素缺乏，占總體的12%。在28個樣地中有2個樣地出現硫元素缺乏，占總樣本數的7%(在2012年對植物取樣時，忽略了紫花苜蓿植株上的大氣硫沉積，導致紫花苜蓿的植物養分中硫元素偏高，集體處于過量水平。在2013年取樣時，所有的紫花苜蓿樣品均用去離子水沖洗，然后烘干測量。因此，在計算時硫元素的樣本數是從總樣本數去掉2012年的樣本數)。

表5　全國主產區49個樣地紫花苜蓿營養值的變化

在調查的49個樣地中，有5個樣地出現鋅缺乏，占總樣本數的10%。所有樣點植物中鐵含量均處于較高的水平。有兩個樣點出現銅缺乏狀態，占4%。3個樣點出現錳缺乏狀態，占6%，有2個樣點出現硼缺乏狀態，占4%，鉬缺乏非常普遍，有24個樣點出現缺乏，占49%。

圖1　2012和2013年苜蓿主產區第一茬平均產量Fig.1　Average yield of alfalfa at first cutting in the main producing areas in 2012 and 2013　　　A:新疆Xinjiang；B:甘肅Gansu；C:內蒙古Inner Mongolia；D:河北Hebei；E:河南Henan；F:黑龍江Heilongjiang；G:吉林Jilin；H:山西Shanxi；I:山東Shandong；J:陜西Shanxi；K:北京Beijing.

2.3紫花苜蓿產量的現狀

對所有樣地的苜蓿第一茬產量進行了測定，在2012年調查的21個樣點中，產量小于5000 kg/hm2的樣點有12個，占所有樣點的57.14%，產量在5000～8000 kg/hm2之間的有8個，占38.10%，產量大于8000 kg/hm2的樣點只有1個，占4.76%。在2013年調查的28個樣點中，產量小于5000 kg/hm2的樣點有4個，占所有樣點的14.29%，產量在5000～8000 kg/hm2之間的有17個，占60.71%，產量大于8000 kg/hm2的樣點只有7個，占25%。產量最高樣點為新疆，2012和2013年平均產量分別為6776和10346 kg/hm2，其次是甘肅和內蒙古。另外，在我們調研中，新疆、甘肅和內蒙古地區的管理措施都有灌溉，其中內蒙古樣地是噴灌方式，新疆和甘肅大部分為自由漫灌，其余樣地的苜蓿都是旱作。各省調查的產量分布見圖1。

2.4土壤養分和植物養分與第一茬苜蓿產量的相關性

對2012和2013年土壤養分和植物養分與產量做相關性分析，結果表明，2012年土壤中全磷含量與產量的線性關系達到顯著水平(R2=0.2167，P=0.033，圖2)。其中2012和2013年土壤速效磷含量與產量的線性關系也達到顯著水平(圖2)。

圖2　2012和2013年土壤速效磷含量與產量的相關關系Fig.2　Correlation analysis between soil available phosphorus content and alfalfa yield in 2012 and 2013

項目Items氮N磷P鉀K鈣Ca鎂Mg硫S鐵Fe錳Mn銅Cu鋅Zn硼B鉬MoR20.1990.442**0.472**0.161-0.270*-0.352**0.114-0.474*-0.289*-0.1690.350**0.437**P0.0850.0010.0000.1350.0300.0070.2170.0000.0220.1220.0070.001N494949494949494949494949

對調查樣地植物養分與產量的相關性分析結果表明，植物中P和K含量與紫花苜蓿產量的相關性達到極顯著水平(P<0.01，表6)，植物中S、Mn和Cu含量與苜蓿產量呈負相關(P<0.05)。微量元素中B和Mo含量與苜蓿產量的相關性達到極顯著水平(P<0.01，表6)。

2.5我國苜蓿生產的施肥現狀

調研的49個樣點中有18個樣點沒有進行施肥，占總樣本數的36.7%。其中農戶大多數基本不施肥，企業種植者大多施用氮肥作為提高產量的手段，調查中明確施用氮肥的占57.1%(表7)。在磷鉀肥中，磷肥重視程度高于鉀肥，調研的49個樣點中有20個明確施用磷肥，占總樣點數的40.8%。僅有13個樣點明確施用鉀肥，占26.5%。所有樣地無一施用微肥。

表7　2012和2013年苜蓿主產區施肥情況統計結果

3討論與結論

3.1我國苜蓿地土壤養分現狀

紫花苜蓿可以利用根瘤菌進行生物固氮，因此對土壤中氮素營養需求并不高，但學術界關于氮肥對苜蓿的影響一直是一個有爭議的問題。有研究證明紫花苜蓿可以為輪作中的后茬植物或混播中的伴生植物提供數量可觀的氮素營養[12]。國外的絕大多數報道表明苜蓿施氮沒有明顯增產效果，反而抑制了紫花苜蓿的生物固氮的能力，我們的室內研究結果與此一致[13]。但也有文獻報道如下情況下施氮肥有增產效果：1)苜蓿苗期-根瘤發育不良或大量無效根瘤[14]；2)pH低的土壤(<6.5)，不利于根瘤菌生長[15]；3)土壤硝態氮低于15 mg/kg，有機質低于1.5%(如砂性土壤)[16]；4)播種后土壤溫度持續低于15℃[17]；5)苜蓿生長年限過長(超過5年)[18]。可見，在國外主要依靠發揮紫花苜蓿生物固氮作用為其提供氮素，而我國的紫花苜蓿大部分種植在土壤貧瘠，保肥能力弱的砂性土壤中，土壤有機質含量在7～8 g/kg的水平，這些地區無論是依據積溫、降水和土肥生產潛力進行的理論推算，還是較大規模的生產實踐都表明，在目前的栽培管理條件下，苜蓿產量僅為中高產指標的50%左右。如果在水分滿足的條件下可開發的生產潛力很高。但生產中很少采用土壤測試或組織分析進行施肥推薦，施肥僅憑經驗。另一方面，根瘤菌對紫花苜蓿的重要性沒有得到足夠的重視，存在氮肥過量使用的問題(在我們的調研中有57%的樣點施用了氮肥)。因此，在今后的研究中應開展針對根瘤菌固氮效率評價的研究。

在本次調研分析中發現，苜蓿地土壤養分變異較大，地區與地區之間由于土壤質地和養分含量有很大的差異，部分地區磷鉀缺乏，部分地區微量元素缺乏，而中量元素Ca和Mg較為充足。因此，在施肥管理時要做到科學合理因地制宜，不能全搬照抄。

3.2苜蓿養分含量

紫花苜蓿作為優良的豆科牧草，地域適應性強，品質優良，既可以作為人工草地放牧和刈割利用，也可以調制干草和作為青貯利用。我國紫花苜蓿大部分被種植在養分貧瘠或者保水保肥能力差的砂性土壤上，再加上大多數種植者生產中不重視對紫花苜蓿的肥料管理，是導致我國苜蓿產量低，品質差的重要原因。但是在一些生產企業或農民為了追逐產量和品質的利益最大化，在生產實踐中施用大量的氮肥，抑制了紫花苜蓿的固氮作用，雖然達到了預期的目標，但是也浪費了資源，造成了本該避免的環境污染。與作物相比，牧草以收獲營養體為目的，每年收獲2～5次，而每次刈割都要從土壤中帶走大量的養分，如果不及時補充土壤養分或注意養分比例的平衡，導致草地土壤肥力逐漸下降，牧草生長將受到影響。紫花苜蓿是多年生豆科牧草，生育期分為苗期、分枝期、現蕾期、開花期、成熟期、休眠期6個階段。在各個生育期，苜蓿的需肥量也會發生變化。因此，在牧草生產中，我們要比作物施肥管理更加重視牧草的施肥管理，施肥時應根據紫花苜蓿各個生育期的需肥特點，依據最小養分定律，分期有針對性的補充決定紫花苜蓿產量的限制元素，達到高產穩產的目的。

我國紫花苜蓿主產區中營養元素的現狀是氮素處于較高的水平，即使沒有施氮肥的區域，也不存在土壤中和植物組織中氮素缺乏的現象(除了有機質含量極低的砂性土壤中)。在生產實踐中應該少施或不施氮肥，充分重視紫花苜蓿作為豆科植物的自身特點，固定利用空氣中的氮素來滿足自身對氮素的需求。從學術角度來講，國外的研究者針對如何最大效率的發揮紫花苜蓿生物固氮效應以及在間作或混播中氮素轉移開展了大量的研究，而國內在這方面的研究很少。目前針對我們糧食增產對化肥的過度依賴以及過度施用化肥導致耕地退化的嚴峻形勢，如何充分利用豆科植物生物固氮能力，充分發揮豆科植物的生產潛力將是我們科研工作者未來努力的方向。未來我們的研究工作應集中在：1)提高紫花苜蓿生物固氮的效率。在理論上研究并闡明影響生物固氮效率的因素，在生產實踐中提出有效可行的生產措施。2)闡明在豆科植物與禾本科植物混播中氮素轉移機制，使得在混播中的禾本科植物在不依賴礦質氮肥的情況下生長發育也能不受氮肥的限制。

由于我國80%以上的苜蓿草產品的質量仍為三級品(粗蛋白含量14%～16%)[1]，據此，大部分種植者認為施入氮肥可以顯著提高紫花苜蓿的粗蛋白水平，而忽略了磷鉀肥以及微肥的配施，導致我國紫花苜蓿植物中磷鉀元素處于較低水平，尤其是鉀素缺乏較為嚴重。在生產實踐中應重視磷鉀肥的配施。中量元素中鈣鎂均處于較高水平，個別地區缺乏硫元素。大部分微量元素均處于足夠水平，也有個別地區缺乏微量元素，但大部分地區缺乏鉬元素，雖然紫花苜蓿每次刈割帶走少量的微量元素，但是這些微量元素，特別是硼與鉬元素，對于紫花苜蓿的生長是非常重要的[19]。因此，在生產實踐中，在重視施入大量元素的同時，也應該重視微量元素的作用。

3.3土壤養分和植物養分與產量的相關性

在本研究中土壤全磷和速效磷都與產量具有顯著的正相關關系，說明施用磷肥具有顯著的增產效果。雖然土壤速效鉀和全鉀含量與第一茬產草量相關性不顯著，但是鉀素對于紫花苜蓿的作用非常重要，不僅提高植物抗病性和壽命[20-21]，此外還可以提高植物對高強度刈割的耐受能力以及越冬能力[22]。有研究認為隨著鉀肥施入量的增加，紫花苜蓿植物組織中K和Mn的含量增加，但是P、S、Ca、Mg的含量卻減低[21,23-24]。另外，紫花苜蓿對鉀素的需要量很大，每t干物質移出鉀素26 kg K2O。然而生產者對鉀肥的施用明顯不足，在調查中僅有13個樣點施用鉀肥，占26.5%，而在植物組織分析中22個樣點的植物樣本鉀素處于虧缺狀態，占總樣本的45%。

植物中P、K、B、Mo含量與紫花苜蓿產量的相關性達到極顯著水平，植物S、Mn和Cu含量與苜蓿產量呈負相關。表明植物中P、K、B和Mo含量增加可以提高產量，即植物體內累積P、K、B、Mo含量越多，紫花苜蓿第一茬干草產量越高，這與劉貴河等[25-26]研究結果一致。鉬對豆科植物非常重要，在各種植物中豆科植物需鉬最多。Gupta[27]研究發現紫花苜蓿的產量和硼的施量呈正相關，但是Chandler等[28]卻報道施用B肥并沒有顯著影響紫花苜蓿的產量。苜蓿吸收到體內的硝酸根必需還原成氨才能合成蛋白質，而鉬是硝酸還原酶的成分。同時Mo參與根瘤菌的固氮作用，還可能參與氨基酸的合成與代謝。Du和Tian[29]研究發現隨著鉬肥的增加，紫花苜蓿種子產量增加了27%～47%，P的吸收也隨之增加，但是并沒有影響K和Ca的吸收。因此，各地需要更加重視鉬元素的補充。然而在調查的49個樣點中沒有一個樣點有針對性的施用B肥和Mo肥。

3.4施肥狀況及養分管理措施

在調研分析中發現我國紫花苜蓿種植地大多數是沙地，在進行施肥管理時，受到大田作物肥料管理的影響嚴重，大多數苜蓿種植者在苜蓿施肥管理中照搬農作物生產施肥模式。調研的49個樣點中有18個樣點沒有進行施肥，其中農戶大多數基本不施肥，企業種植者大多施用氮肥作為提高產量的手段，對有機肥注視不夠(僅有8個樣地施用有機肥)。在肥料施用種類上，部分地區極重視氮肥，磷鉀施用量不足；部分地區注重氮肥和磷肥的使用，對鉀肥施用量重視不夠；在施用磷鉀肥時，磷肥重視程度高于鉀肥，調研的49個樣點中有20個明確施用磷肥，占總樣點數的41%。然而國內大量的研究均認為磷鉀肥對紫花苜蓿具有顯著的增產提質作用[30-32]，但是在我們調研中發現，在生產實踐中磷鉀肥的應用仍然未得到應有的重視。可見，我們對牧草施肥的研究只停留在研究結果上，而忽略了如何將研究結果應用到生產實踐中這一重要環節。在施用方式上，極重視基肥施用，不重視追肥，輕視了返青期肥水管理以及每次刈割后的肥水管理，在調研數據中有22個樣點施用底肥，只有12個樣點進行了追肥。另外，通過調研發現，在我國紫花苜蓿主產區灌溉區的產量要遠高于旱作區(圖1)，可見水分是紫花苜蓿產量的主要限制因素。施入土壤中的肥料必須溶入水中才能被植物吸收，在苜蓿旱作時施入過多的肥料因不能被植物吸收而造成極大的資源浪費和嚴重的環境污染。因此在施肥過程中要區分對待灌溉苜蓿和旱作苜蓿。各區域的肥料管理特點不同，東北地區一般不進行施肥管理。黃淮海大部分區域不施用肥料。黃土高原大部分地區是缺磷、少氮、鉀豐富的土壤，生產上注重氮磷肥的使用。新疆生產上重視氮磷的使用，尤其是氮肥用量較高。在現代化的大型農場里，底肥和追肥均以氮肥為主，不太注重有機肥和鉀肥使用。內蒙古地區由于土壤肥力以及放牧文化的影響，生產上不重視肥料的使用。因此，我們應根據不同地區將土壤養分測試結果以及肥料施用推薦量整理為紫花苜蓿施肥管理指南來指導紫花苜蓿的生產施肥管理。

我國城鄉居民對肉食品需求的持續增長導致我國飼料糧的短缺嚴重影響了我們的糧食安全，而紫花苜蓿因其較高的牧草產量和較好的營養價值對于填補我們畜牧業快速發展對飼料糧需要的巨大缺口具有非常重要的作用[33]。因此，我們必須重視對紫花苜蓿產量和品質的提升。但是，目前我國針對紫花苜蓿施肥的研究比較零散，沒有形成一個系統，也做了大量的重復工作。在施肥的過程中只重視產量的提高，忽略了對品質以及家畜健康的影響。如對牧草過量的施肥導致植物體內營養元素的積累或者牧草植物體內營養元素缺乏是否對家畜生產具有影響，到目前為止研究很少。牧草首先作為家畜的飼草料才能體現出其重要價值，因此研究牧草施肥要結合家畜不僅僅要追求高產量，牧草品質更是一個重要的方面。

References：

[1]Zhang Y J, Wang M L, Huang D,etal. The development trends and technical requirements of forage industry in our country.Modern Animal Husbandry and Veterinary, 2011, 10(8): 11.

[2]Undersander D, Martin N, Cosgrove D,etal. Alfalfa Management Guide[K]. Madison: American Society of Agronomy, 2011.

[3]Russelle M, Sheaffer C. Use of the diagnosis and recommendation integrated system with alfalfa. Agronomy Journal, 1986, 78(3): 557-560.

[4]Xie Y, Sun H R, Zhang X Q,etal. Effects of N, P, K fertilizers on lucern and recommended fertilizer applied rate in Bashang area. Chinese Journal of Grassland, 2012, 34(2): 52-57.

[5]Liu X J, Zhang J X, Li W Q,etal. Effects of nitrogen and phosphorus addition and cuttings on yield and quality of alfalfa in dry region of Gansu, China. Journal of Desert Research, 2014, 34: 1516-1526.

[6]He F, Han D M, Wan L Q,etal. The nutrient situations in the major alfalfa producing areas of China. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2014, (2): 503-509.

[7]Bao S D. Soil and Agricultural Chemistry Analysis[M]. Beijing: China Agricultural Press, 2000.

[8]NY/T 890-2004, Determination of available zinc, manganese, iron, copper in soil-extraction with buffered DTPA solution[S]. 2005.

[9]NY 1121.8-2006-T, Soil testing Part 8: Method for determination of soil available boron[S]. 2006.

[10]NY 1121.9-2006-T, Soil testing Part 9: Method for determination of soil available molybdenum[S]. 2006.

[11]NY/T 2700-2015, Code of practice for soil rest and fertilizer recommendation of forage fields-Alfalfa (MedicagosativaL)[S].

[12]Hesterman O, Sheaffer C, Barnes D,etal. Alfalfa dry matter and nitrogen production, and fertilizer nitrogen response in legume-corn rotations. Agronomy Journal, 1986, 78(1): 19-23.

[13]Xie K Y, Li X L, He F,etal. Response of alfalfa and smooth brome to nitrogen fertilizer in monoculture and mixed grasslands. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(6): 148-156.

[14]He S B, Shen Y Y, Yang H M,etal. The effect of nitrogen on alfalfa yield and quality and carbon assimilation mechanism[A]. The Third Alfalfa Development Conference Proceedings in China[C]. Beijing: Chinese Grassland Society, 2010.

[15]Peters E, Stritzke J. Herbicides and nitrogen fertilizer for the establishment of three varieties of spring-sown alfalfa. Agronomy Journal, 1970, 62(2): 259-262.

[16]Hannaway D, Shuler P. Nitrogen fertilization in alfalfa production. Journal of Production Agriculture, 1993, 6(1): 80-85.

[17]Raun W, Johnson G, Phillips S,etal. Alfalfa yield response to nitrogen applied after each cutting. Soil Science Society of America Journal, 1999, 63(5): 1237-1243.

[18]Nuttall W. Effect of N, P and S fertilizers on alfalfa grown on three soil types in northeastern saskatchewan I. yield and soil tests. Agronomy Journal, 1985, 77(1): 41-46.

[19]Razmjoo K, Henderlong P R. Effect of potassium, sulfur, boron, and molybdenum fertilization on alfalfa production and herbage macronutrient contents. Journal of Plant Nutrition, 1997, 20(12): 1681-1696.

[20]Wang L, Attoe O, Truog E. Effect of lime and fertility level on the chemical composition and winter survival of alfalfa. Agronomy Journal, 1953, 45: 381-384.

[21]Smith D. Effects of potassium topdressing a low fertility silt loam soil on alfalfa herbage yields and composition and on soil K values. Agronomy Journal, 1975, 67(1): 60-64.

[22]Sheafler C, Russelle M, Hesterman O,etal. Alfalfa response to potassium, irrigation, and harvest management. Agronomy Journal, 1986, 78(3): 464-468.

[23]Harris P, McNaught K, Lynch P. The main effects and interactions of nutrients on the growth of irrigated lucerne. New Zealand Journal of Agricultural Research, 1966, 9(3): 653-690.

[24]Sherrell C. Sodium and potassium effects on cation concentration and yield of lucerne and phalaris grown separately and together. Journal of Plant Nutrition, 1983, 6(9): 801-816.

[25]Liu G H, Han J G, Wang K. Effects of boron, molybdenum, zinc and macronutrients on the yield and quality of alfalfa. Acta Agrestia Sinica, 2004, 12(4): 268-272.

[26]Liu G H, Zhang X X, Wang K. Effects of combined application of B, Mo and Zn fertilizers on yield and crude protein content of lucerne. Grassland of China, 2005, 27(6): 13-18.

[27]Gupta U C. Boron nutrition of alfalfa, red clover and timothy grown on podzol soils of eastern canada. Soil Science, 1984, 137(1): 16-22.

[28]Chandler R F, Peech M, Bradfield R. A study of techniques for predicting the potassium and boron requirements of alfalfa: I. The influence of muriate of potash and borax on yield, deficiency symptoms, and potassium content of plant and soil. Soil Science Society of America Journal, 1946, 10(C): 141-146.

[29]Du W H, Tian X H. Effects of micronutrients on seed yield and yield components of alfalfa. Journal of Plant Nutrition, 2009, 32(5): 809-820.

[30]Xing Y H, Wang R, Xie F D,etal. Effects of potassium fertilizer on N, P2O5and K2O absorption of alfalfa. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2008, (1): 32-34.

[31]Han Q F, Zhou F, Jia J,etal. Effect of fertilization on productivity of different lucerne varieties and soil fertility. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15(6): 1413-1418.

[32]Chen P, Shen Z R, Chi H F,etal. Effects of different fertilization on output and plant height of alfalfa. Crops, 2013, (1): 8-11.

[33]He F, Xie K Y, Wan L Q,etal. The role of alfalfa on the maintenance of food security in china. Journal of Agricultural Science and Technology, 2014, 16(6): 7-13.

參考文獻：

[1]張英俊, 王明利, 黃頂, 等. 我國牧草產業發展趨勢與技術需求. 現代畜牧獸醫, 2011, 10(8): 11.

[4]謝勇, 孫洪仁, 張新全, 等. 壩上地區紫花苜蓿氮, 磷, 鉀肥料效應與推薦施肥量. 中國草地學報, 2012, 34(2): 52-57.

[5]劉曉靜, 張進霞, 李文卿, 等. 施肥及刈割對干旱地區紫花苜蓿產量和品質的影響. 中國沙漠, 2014, 34: 1516-1526.

[6]何峰, 韓冬梅, 萬里強, 等. 我國主產區紫花苜蓿營養狀況分析. 植物營養與肥料學報, 2014, (2): 503-509.

[7]鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 北京： 中國農業出版社, 2000.

[8]NY/T 890-2004, 土壤有效態鋅, 錳, 鐵, 銅含量的測定-二乙三胺五乙酸 (DTPA) 浸提法[S]. 2005.

[9]NY 1121.8-2006-T, 土壤檢測 第8部分：土壤有效硼的測定[S]. 2006.

[10]NY 1121.9-2006-T, 土壤檢測 第9部分：土壤有效鉬的測定[S]. 2006.

[11]NY/T 2700-2015, 草地測土施肥技術規程 紫花苜蓿[S].

[13]謝開云, 李向林, 何峰, 等. 單播與混播下紫花苜蓿與無芒雀麥生物量對氮肥的響應. 草業學報, 2014, 23(6): 148-156.

[14]何樹斌, 沈禹穎, 楊惠敏, 等. 氮對紫花苜蓿產量和品質的影響及其對碳同化的調控機理[A]. 第三屆中國苜蓿發展大會論文集[C]. 北京: 中國草學會, 2010.

[25]劉貴河, 韓建國, 王堃. 硼, 鉬, 鋅與大量元素配施對紫花苜蓿草產量和品質的影響. 草地學報, 2004, 12(4): 268-272.

[26]劉貴河, 章杏杏, 王堃. 硼, 鉬, 鋅配施對紫花苜蓿草產量和粗蛋白質含量的影響. 中國草地, 2005, 27(6): 13-18.

[30]邢月華, 汪仁, 謝甫綈, 等. 鉀肥對苜蓿植株吸收氮磷鉀的影響. 中國土壤與肥料, 2008, (1): 32-34.

[31]韓清芳, 周芳, 賈珺, 等. 施肥對不同品種苜蓿生產力及土壤肥力的影響. 植物營養與肥料學報, 2009, 15(6): 1413-1418.

[32]陳萍, 沈振榮, 遲海峰, 等. 不同施肥處理對紫花苜蓿產量和株高的影響. 作物雜志, 2013, (1): 8-11.

[33]何峰, 謝開云, 萬里強, 等. 紫花苜蓿在維護我國食物安全中的作用. 中國農業科技導報, 2014, 16(6): 7-13.

Analysis of soil and plant nutrients in alfalfa fields in China

XIE Kai-Yun1, HE Feng1*, LI Xiang-Lin1*, HAN Dong-Mei2, WAN Li-Qiang1

1.InstituteofAnimalSciences,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100193,China; 2.CollegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730020,China

Abstract:A scientific approach to fertilizer management is important to ensure optimal plant growth, high fertilizer use efficiency and to resolve the contradictions surrounding production and environmental issues. In order to understand fertilizer management in alfalfa production, a survey was conducted to investigate alfalfa yield at first cut, as well as soil nutrients and plant nutrient content in 49 alfalfa fields in northern China over two years (2012 and 2013). Simultaneously, a survey (questionnaire) was conducted to determine how alfalfa growers (including farmers and corporate growers) managed fertilizer application. Alfalfa was mostly planted in relatively barren sandy soils. Among 49 fields, 35 fields were sandy soil (71.4%), mainly in Inner Mongolia, Gansu and Xinjiang. Soil available nitrogen (N) was high in most fields and deficient in only 10% of fields, mainly due to extremely low organic matter content. Available phosphorus (P) was low in 24.5% of fields and very low in 10.2% of fields. Available potassium (K) was low in 10.2% of fields. Calcium and magnesium were plentiful in all soils. Analysis of micronutrients revealed that 32.2% fields had low available iron (mainly Gansu and Inner Mongolia); 7.1% of fields low available manganese (Gansu and Inner Mongolia); 14.3% of fields had low available copper (1 field Gansu, 3 Inner Mongolia); 50% of fields had low available zinc; 10.7% of fields had low available molybdenum (Mo) (mainly Inner Mongolia); conversely all fields were high in available boron. The alfalfa stands generally had good N nutrition but were low P and K. Among 49 fields 49% of fields had low Mo. Correlation analysis showed that soil total and available P were significantly positively correlated (P<0.05) with alfalfa dry matter yield, suggesting that P fertilizer would significantly increase alfalfa yield. Growers of 18 fields, mostly farmers, didn’t apply any fertilizer. 57.1% of growers applied N to increase yields, mostly corporate growers. Phosphate was applied to 41% of fields K to 26.5%. Organic fertilizer was only applied in 8 fields. Micronutrients were not applied to any crops. It was concluded that application of N to alfalfa was relatively common, contradicting the ability of the crop to biologically fix N. Soil P and K levels in soils were low, especially K in China, suggesting that many alfalfa crops would benefit from application of these nutrients. Molybdenum may be limiting in some alfalfa crops.

Key words:alfalfa (Medicago sativa); soil nutrient; plant nutrition; fertilization; yiled; microelements

*通信作者

Corresponding author. E-mail：hefeng@caas.cn，lxl@caas.cn

作者簡介：謝開云(1984-)，男，甘肅武威人，在讀博士。E-mail：xkycah@163.com

基金項目：國家牧草產業技術體系(CARS-35)和公益性行業(農業)科研專項苜蓿高效種植技術研究與示范(201403048)資助。

收稿日期：2015-04-23；改回日期：2015-08-25

DOI：10.11686/cyxb2015206

http://cyxb.lzu.edu.cn

謝開云，何峰，李向林，韓冬梅，萬里強. 我國紫花苜蓿主產田土壤養分和植物養分調查分析. 草業學報, 2016, 25(3): 202-214.

XIE Kai-Yun, HE Feng, LI Xiang-Lin, HAN Dong-Mei, WAN Li-Qiang. Analysis of soil and plant nutrients in alfalfa fields in China. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(3): 202-214.