西北荒漠灌區覆膜對紫花苜蓿農藝性狀和營養價值的影響

李玉珠， ， ， *，

(1.甘肅農業大學草業學院，草業生態系統教育部重點實驗室，中-美草地畜牧業可持續發展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省草原技術推廣總站， 甘肅 蘭州 730010)

紫花苜蓿(Medicagosativa)作為重要的豆科多年生優質牧草，具有產量高、營養價值豐富、適口性好等優點，是我國半干旱地區農業結構調整、生態環境建設和人工草地建植的首選草種之一[1-2]。西北荒漠灌區是我國苜蓿種植較集中的地區，但該地區氣候干燥，降水稀少(年平均降水量在50～200mm之間)，且該地區土壤瘠薄化、鹽漬化較為普遍[3-5]，導致苜蓿出苗率低、生長緩慢、返青遲，造成草產量低，嚴重制約了當地畜牧業經濟的發展、影響農民收入[6]。鑒于此，發掘適宜的覆膜穴播種植技術能為苜蓿人工草地的建植提供技術支撐，對促進該地區農牧業發展具有十分重要的現實意義。

大量實踐表明，地膜覆蓋栽培已成為提高作物產量、改善品質、發展旱作農業和節水農業的一項突破性技術[7]。寇江濤[8]等研究表明在西北黃土高原區采用壟覆膜溝覆秸稈集雨種植紫花苜蓿，可以促進苜蓿生長，顯著提高干草產量并有效改善干草的品質。魚小軍[9-10]等研究發現在天祝高寒牧區壟溝覆膜極大的提高了苜蓿產量、根系生物量和根系表面積；在甘南高寒區溝壟覆黑膜提高了苜蓿種植當年的株高、干草產量和根系生物量。宋興陽[11]等研究指出在半干旱黃土高原區生物可降解膜壟和普通膜壟能提高連作2年的紫花苜蓿的實際干草產量。雖然覆膜種植已被廣泛應用于干旱、半干旱地區，覆蓋作物的種類也越來越多，從大田作物、蔬菜、花卉到牧草，但關于西北荒漠灌區覆膜對連作紫花苜蓿農藝性狀及營養價值影響的研究報道較少[12-15]。

甘肅省金昌市永昌縣楊柳青公司苜蓿種植基地位于西北荒漠灌區，自2012年楊柳青公司采用地膜覆蓋穴播技術種植紫花苜蓿，經過3年的田間觀察，研究發現覆膜能降低淺層土壤的pH，對水溶性鹽有一定的抑制作用[16]。因此，本試驗以紫花苜蓿‘三得利’(M.sativaL. ‘Sanditi’)為試驗材料，不覆蓋地膜為對照(CK)，研究覆膜(FM)對種植第2年(2013年)、第3年(2014年)和第4年(2015年)的紫花苜蓿農業性狀(株高、干草產量、莖葉比和干鮮比)及營養成分(粗蛋白、粗脂肪、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、鈣、磷)的影響，以期為該地區紫花苜蓿覆膜栽培技術的實際應用提供依據，為西北荒漠灌區建立優質紫花苜蓿人工草地奠定基礎，為提高紫花苜蓿種植效益提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河西走廊東端的甘肅省永昌縣朱王堡鎮，北緯37°30′、東經103°15′，平均海拔1 519 m。氣候屬溫帶大陸性氣候，年平均氣溫4.8℃，≥10℃的有效積溫為2 001℃；平均降水量185.1 mm，降雨分配很不均勻；無霜期134 d，平均日照2 884.2 h，日照率65%，年蒸發量2 000.6 mm。該地區具干旱、多風、蒸發量大等特點，又屬石羊河水系，引水灌溉條件好。

1.2 供試材料

國外引進紫花苜蓿品種‘三得利’(M.sativaL. ‘Sanditi’)。

1.3 試驗設計

本試驗以不覆膜(control，CK)為對照，覆膜(film mulching，FM)為處理，采用隨機區組試驗設計，小區面積均為1畝，各處理重復3次。覆膜試驗地選用幅寬145 cm，厚度約為0.08 mm的抗氧化黑色地膜，鋪成寬120 cm的播帶，帶間距30 cm，每帶5行，行距30 cm，全膜均勻覆土以免被大風吹掉同時又延長了地膜壽命。試驗地土壤肥力狀況相近，播種前施足基肥，同時施過磷酸鈣1 500 kg·hm-2、尿素150 kg·hm-2、腐殖酸銨450 kg·hm-2。苜蓿播種時間為2012年4月中旬，播種量為18 kg·hm-2，播種深度1～2 cm，每行穴播，穴距15 cm。試驗期間，除草、病蟲害防治、施肥等田間管理各處理保持一致，每年入冬前灌1次凍水。

1.4 測定指標與方法

試驗于紫花苜蓿種植第2年開始，在2013年、2014年、2015年連續3年每茬草(5月中旬、7月上旬、8月中旬、10月上旬)初花期進行取樣、測定各項指標，留茬高度為8 cm。

1.4.1農藝性狀指標測定 株高(cm)：每茬草初花期測產前，每個小區中隨機選取10株，測量高度(地面至最高處垂直距離)，求其平均值。

鮮草產量(kg·m-2)：每茬草初花期，每個小區隨機取樣1 m2，重復3次，齊地刈割后稱重，取其平均值。

干草產量(kg·畝-2)：將鮮草樣品風干24 h后，置于烘箱中，65℃烘干至恒重測干重，每個處理重復3次，根據1 m2鮮草產量推算苜蓿干草產量。

干鮮比：草樣刈割后，剪成3～4 cm長，取約500 g樣品稱鮮重，65℃烘干后稱干重，即可計算干鮮比，每個處理重復3次，取其平均值[17]。

莖葉比：每個小區隨機稱取500 g苜蓿鮮樣，將莖葉分離后稱重，放入105℃烘箱內殺青10 min，65℃烘干至恒重，計算莖葉比[14]，每個處理重復3次，取其平均值[17]。

1.4.2營養成分相關指標測定 初花期刈割時每個小區隨機取樣500 g，放在實驗室風干，并于65℃烘干，再用微型植物粉碎機進行粉碎后過1 mm篩，保存于密封袋中備用。粗蛋白(crude protein，CP)采用半微量凱氏定氮法測定；粗脂肪(ether extract，EE)采用索氏抽提法測定；酸性、中性洗滌纖維(acid detergrent fiber，ADF；neutral detergrent fiber，NDF)采用Van Soets法測定；鈣(calcium，Ca)采用EDTA-Na2絡合法測定，磷(phosphorus，P)采用鉬酸銨比色法[18]。每個處理重復3次，將每茬草的平均值進行分析。

1.5 數據分析

所有數據采用Microsoft Excel 2010進行數據整理，并采用SPSS 16.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 覆膜對紫花苜蓿農藝性狀的影響

如圖1所示，不同齡苜蓿FM與CK的株高年均值變化趨勢均呈先降后升，2齡苜蓿株高的年均值最高，較CK增加了14.89%，同齡苜蓿不同茬次FM與CK的株高呈先升后降趨勢，最高值均出現在第2茬。2齡苜蓿第1茬、第2茬、第4茬草FM的株高顯著高于CK(P<0.05)，較CK分別增加了20.14%，13.25%，18.23%；3齡苜蓿第2茬、第3茬和4齡苜蓿第2茬草FM的株高較CK顯著提高了6.43%，16.35%，14.49% (P<0.05)。

圖1 覆膜對紫花苜蓿單株的生長高度的影響Fig.1 The effect of film mulching on plant height注：圖中不同字母表示差異顯著(P<0.05)，相同字母表示差異不顯著，下同Note：The different letters on a single date indicate significant differences at the 0.05 level, the same letters on a single date indicate no significant differences at the 0.05 level，the same as below

產量是衡量牧草生產性能和經濟性能的指標。如圖2所示，隨著種植年限的增加，FM與CK的干草年總產量呈先下降后上升的變化趨勢，2齡苜蓿FM的干草年總產量最高，為1 053.06 kg·畝-1，較CK增加了11.81%，3齡、4齡苜蓿FM的干草年總產量比CK分別增加了17.48%，0.43%。同齡苜蓿不同茬次FM與CK的干草產量的變化均呈先升后降，最高值出現在第2茬。3齡苜蓿第4茬草FM的干草產量較CK顯著提高了30.07%(P<0.05)，而其它茬次FM在一定程度上增加了干草產量，但與CK差異不顯著。

圖2 覆膜對紫花苜蓿干草產量的影響Fig.2 The effect of film mulching on dry yield

FM與CK的年平均干鮮比呈上升趨勢(圖3)，種植年限越長，苜蓿的干鮮比越大，2齡、3齡、4齡苜蓿FM的年平均干鮮比均高于CK，FM較CK分別增加了7.50%，5.02%，2.45%。同齡苜蓿不同茬次FM與CK的干鮮比均呈先增后降的變化趨勢，且2齡、4齡苜蓿FM和CK干鮮比的最高值均出現在第3茬，3齡苜蓿干鮮比的最高值出現在第2茬。2齡苜蓿第3茬和4齡苜蓿第2茬FM的干鮮比顯著高于CK(P<0.05)，較CK分別增加了14.57%，7.26%，其它茬次FM與CK的干鮮比差異不顯著。

圖3 覆膜對紫花苜蓿干鮮比的影響Fig.3 The effect of film mulching on dry-fresh ratio

隨著種植時間的延長，FM與CK的年平均莖葉比呈先降后升的變化趨勢(圖4)，且相同年限FM的年平均莖葉比均比CK高，較CK分別提高了5.76%，13.44%，12.30%。同齡苜蓿不同茬次FM與CK的莖葉比變化趨勢一致，均呈先升后降，最高值均出現在第2茬。3齡苜蓿第2茬和4齡苜蓿第4茬FM的莖葉比較CK顯著提高了16.43%，25.74%(P<0.05)，FM在一定程度上提高了其它茬次苜蓿的莖葉比，但未達到顯著差異。

圖4 覆膜對紫花苜蓿莖葉比的影響Fig.4 The effect of film mulching on stem-leaf ratio

2.2 覆膜對紫花苜蓿營養成分的影響

覆膜對紫花苜蓿營養成分有一定的影響。FM與CK的年平均粗蛋白含量呈下降趨勢(圖5)，種植年限越長，苜蓿的粗蛋白含量就越低。與CK相比，FM顯著增加了3齡苜蓿第1茬草的粗蛋白含量(P<0.05)，較CK增加了6.14%，其它茬次FM的粗蛋白含量均有提高但未達到顯著水平。FM與CK的年平均粗脂肪含量呈上升趨勢(圖6)，且FM的年平均粗脂肪含量均高于CK，較CK分別增加了5.24%，11.56%，12.92%。4齡苜蓿FM的年平均粗脂肪含量較2齡苜蓿顯著增加了34.50%(P<0.05)。4齡苜蓿不同茬次的粗脂肪含量均顯著高于CK(P<0.05)，較CK分別增加了9.78%，14.13%，15.32%，8.14%，且第2茬草的粗脂肪含量最高為3.23%。FM在一定程度上增加了2齡、3齡苜蓿不同茬次的粗脂肪含量，但與CK差異不顯著。

圖6 覆膜對紫花苜蓿粗脂肪含量的影響Fig.6 The effect of film mulching on ether extract content

隨著種植年限的延長，FM和CK的NDF含量年均值呈遞增趨勢(圖7)，且FM的NDF含量 年均值較CK分別降低了5.93%，1.35%，3.04%。2齡、3齡、4齡苜蓿不同茬次FM和CK的NDF含量變化趨勢均為先升高后降低，最高值都出現在第2茬。4齡苜蓿FM的第2茬草NDF含量顯著低于CK(P<0.05)，比CK降低了11.69%，第3茬FM的NDF含量較CK顯著增加了10.98%(P<0.05)。ADF含量年均值的變化趨勢與NDF相似(圖8)，即FM和CK的ADF含量年均值隨種植年限的增加呈上升趨勢，FM的ADF含量年均值均小于CK，較CK分別降低了9.20%，5.66%，5.92%。2齡、3齡、4齡苜蓿不同茬次FM和CK的ADF含量均為先升高后降低的變化趨勢，最高值都出現在第2茬。3齡苜蓿第2茬和4齡苜蓿第2茬、第4茬FM的ADF含量顯著低于CK(P<0.05)，比CK分別降低了8.22%，9.71%，7.70%。

圖7 覆膜對紫花苜蓿中洗纖維含量的影響Fig.7 The effect of film mulching on NDF content

圖8 覆膜對紫花苜蓿酸洗纖維含量的影響Fig.8 The effect of film mulching on ADF content

從試驗結果可以看出，覆膜對苜蓿的Ca、P含量均有一定影響(圖9，圖10)。隨著種植時間延長，FM與CK的年平均Ca含量年均值和P含量年均值均呈先下降后上升的變化趨勢，且4齡苜蓿FM與CK的年平均Ca含量和P含量均達最高，分別為1.52%，1.33%，0.38%，0.33%。同齡苜蓿的年平均Ca含量變化各不一樣，2齡苜蓿年平均Ca含量呈先降后升趨勢，3齡苜蓿年平均Ca含量呈下降趨勢，4齡苜蓿年平均Ca含量呈先升后降趨勢。3齡苜蓿第1茬FM的Ca含量較CK顯著提高了42.86 %(P<0.05)，其余茬次的Ca含量差異不顯著。3齡、4齡苜蓿不同茬次FM與CK的P含量呈先升后降趨勢，3齡苜蓿第4茬和4齡苜蓿第3茬FM的P含量顯著高于CK(P<0.05)，比CK分別增加了25.00%、37.04%。

圖9 覆膜對紫花苜蓿鈣含量的影響Fig.9 The effect of film mulching on calcium content

圖10 覆膜對紫花苜蓿磷含量的影響Fig.10 The effect of film mulching on phosphorus content

3 討論與結論

地膜覆蓋作為農業生產中協調水熱資源的重要栽培措施之一，給農業生產帶來了極大的經濟效益。李玉明[19]等研究表明覆膜栽培能提高玉米單產，達到增產增收的目的。黃高寶[20]等研究指出全膜雙壟溝播栽培能抑制土壤無效蒸發，集雨保墑效果明顯，增加了土壤含水量，顯著提高經濟產量。張延林[21]等研究表明覆膜措施也可以改變紫花苜蓿整個生育期的生態環境條件，影響它的生長發育以及產量。尹國麗[22]等研究發現在覆膜處理下，紫花苜蓿具有較高的出苗率、土壤貯水量和干草產量。魚小軍[10]等研究得出在甘南高寒區覆膜種植可以顯著提高苜蓿的株高、主莖粗和干草產量，并且能提高越冬率。王可[23]等研究表明覆膜方式烤煙農藝性狀的影響與土壤類型有密切關系。而本研究得出FM對紫花苜蓿生長特性的影響顯著，即覆膜顯著增加了2齡苜蓿第1茬、第2茬、第4茬的株高；第3茬的干鮮比，3齡苜蓿第2茬的株高和莖葉比、第3茬的株高和第4茬的干草產量；4齡苜蓿第2茬的株高和干鮮比、第4茬的莖葉比(P<0.05)。3齡苜蓿干草產量低是受當年的氣候、降雨、苜蓿病害的影響。

紫花苜蓿粗蛋白主要分布于葉中，因刈割時期不同而含量不同，現蕾期最高，是評定苜蓿等級的重要指標[23-25]。脂肪是是飼料中的重要化學組成成分，也是供給牛羊等動物能源和儲存能量重要的營養素之一[26]。苜蓿NDF含量和ADF含量越低，家畜對其采食率和消化率越高，苜蓿的品質就越好[27]。Ca不僅是植物所必需的營養元素之一，而且作為植物細胞內第二信使，與鈣調素結合，調節多種酶的活性和細胞功能，在植物抗旱性中發揮著重要作用[28]。P是植物生長發育必需的營養元素，參與植物體內各種生物化學過程，對促進植物的生長發育和新陳代謝起著非常重要的作用。FM對紫花苜蓿品質有一定的影響。寇江濤[8]等研究發現覆膜能促進苜蓿營養生長，從而提高苜蓿干草的粗蛋白、粗脂肪含量，抑制粗纖維的合成，降低苜蓿干草的粗纖維含量，有效改善苜蓿干草的品質。本研究表明FM顯著提高了3齡苜蓿第1茬草的粗蛋白含量和4齡苜蓿不同茬次的粗脂肪含量，3齡苜蓿第1茬草的Ca含量和第4茬草的P含量，4齡苜蓿第3茬草的P含量(P<0.05)，而顯著降低了3齡苜蓿第2茬草的ADF含量，4齡苜蓿第2茬草的ADF含量和NDF含量及第4茬草的ADF含量(P<0.05)。

綜上所述，覆膜對紫花苜蓿的株高、干草產量、干鮮比及莖葉比等農藝性狀有一定的促進作用，隨著種植年限的延長，覆膜對紫花苜蓿生長的影響越來越小，而覆膜在一定程度上提高了紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪、Ca及P等營養成分的含量，降低了NDF和ADF含量，但未達到顯著水平。本研究對西北荒漠灌區紫花苜蓿覆膜栽培技術提供了參考依據。由于大田試驗周期長，苜蓿生長容易受氣候、降雨、病蟲害和人為等多種因素的影響和制約，并且在西北荒漠灌區，覆膜種植紫花苜蓿的相關研究及推廣工作相對較少，因此對于覆膜栽培在該地區對紫花苜蓿增產作用及機制、品質影響的依據有待于進一步研究。