交替灌溉下水磷耦合對紫花苜蓿植株性狀的影響

武文莉 王薇 李藝妝

摘要 采用盆栽試驗，研究交替灌溉下水磷耦合對紫花苜蓿植株性狀構(gòu)成因子及水分利用效率的影響。結(jié)果表明，交替灌溉顯著提高了紫花苜蓿株高、葉片數(shù)、分枝數(shù)、地上生物量和水分利用效率;添加磷顯著影響了莖葉比和分枝數(shù);而交替灌溉和磷互作對紫花苜蓿株高、葉片數(shù)、莖葉比、分枝數(shù)、地上生物量及水分利用效率影響均不顯著。綜合考慮紫花苜蓿產(chǎn)量、水分利用效率等生長指標(biāo)，交替灌溉和磷肥耦合適用于收獲營養(yǎng)體的紫花苜蓿生產(chǎn)灌溉管理，且交替灌溉75%下施加磷肥效果最好。

關(guān)鍵詞 交替灌溉;磷;紫花苜蓿;植株性狀

中圖分類號 S541+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2020）03-0155-03

Abstract Pot experiment was used to study the effect of phosphorus coupling under alternate irrigation on the character components and water use efficiency of alfalfa. The results showed that the plant height， leaf number， branch number， aboveground biomass and water use efficiency of alfalfa were significantly improved by alternate irrigation. The ratio of stem to leaf and the number of branches were significantly affected by phosphorus addition.However， the effects of alternate irrigation and P interaction on plant height， leaf number， stemleaf ratio， branch number， aboveground biomass and WUE of alfalfa were not significant. Considering alfalfa yield， water use efficiency and other growth indexes， the coupling of alternating irrigation and phosphate fertilizer was suitable for alfalfa production irrigation management of nutrient body harvesting.

Key words Alternate irrigation;Phosphorus;Alfalfa;Plant characters

紫花苜蓿（Medicago sativa）作為營養(yǎng)價值高、適口性好和抗逆性強(qiáng)的飼草[1-3]，在全國乃至全球范圍畜牧業(yè)發(fā)展中起著重要作用[4]。隨著我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略調(diào)整和草食畜牧業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，市場對優(yōu)質(zhì)紫花苜蓿需求量將進(jìn)一步擴(kuò)大[5]。但目前我國苜蓿單位面積產(chǎn)量和品質(zhì)與發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距。因此，提高紫花苜蓿產(chǎn)量、改善其營養(yǎng)品質(zhì)是當(dāng)前亟待解決的問題[6]。

紫花苜蓿作為我國北方地區(qū)集約化畜牧業(yè)發(fā)展的首選飼草之一[7]，已經(jīng)在甘肅河西走廊、內(nèi)蒙古科爾沁草地和寧夏河套灌區(qū)等地區(qū)形成了優(yōu)勢種植基地[8]。然而北方地區(qū)大多屬于干旱和半干旱地區(qū)，灌溉和施肥是維持植物健康生長的核心措施[9]。尤其是紫花苜蓿，其生長周期長，需刈割頻繁，因此在其生育期內(nèi)合理的施肥和灌溉是維持其高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的前提條件，也能緩解紫花苜蓿種植區(qū)域水資源匱乏和施肥不當(dāng)對土壤造成的污染。因此，尋求一種更高效的節(jié)水灌溉施肥技術(shù)來提高作物水分利用效率和產(chǎn)量、改善苜蓿品質(zhì)非常必要。

氮和磷是作物生長發(fā)育中必需的營養(yǎng)元素[10]，而紫花苜蓿屬于自身固氮植物，若繼續(xù)施加氮肥，會一定程度上造成資源的無效浪費(fèi)，因此，施加磷是提高紫花苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)的重要途徑[11]。研究表明，磷能促進(jìn)作物根系發(fā)達(dá)，增強(qiáng)抗寒抗旱能力[12]，提高植株光合作用[8]。水分是作物生長的必要條件，也是肥料的良好溶劑，對養(yǎng)分運(yùn)輸和吸收起到重要作用，水肥之間的合理互作直接關(guān)系到作物正常生長。分根區(qū)交替灌溉是依據(jù)根干旱信號傳遞與氣孔間達(dá)到最優(yōu)調(diào)節(jié)理論而提出的一種新型節(jié)水技術(shù)[13]。研究證實，交替灌溉不僅能夠提高蘋果（Malus pumila）[14]和玉米（Zea mays）[15]等塊莖籽實作物，還適用于以營養(yǎng)體收獲目標(biāo)的紫花苜蓿[1，3，7]。研究表明，適水條件下，施加磷能夠提高玉米[16] 、小麥[17-18]和藜麥[19]等作物產(chǎn)量和水分利用效率。但關(guān)于交替灌溉條件下，施加磷肥對紫花苜蓿生長發(fā)育的影響尚未見報道。因此筆者在已有研究基礎(chǔ)上，采用盆栽方法，分析了交替灌溉條件下磷肥對紫花苜蓿植株性狀及產(chǎn)量的影響，以期為我國北方地區(qū)，特別是三大紫花苜蓿種植基地，灌溉施肥管理中推廣交替灌溉提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 供試材料由甘肅省亞盛田園牧歌草業(yè)集團(tuán)公司提供，為亮苜二號（Liangmu No.2.美國）。

1.2 試驗設(shè)計

采用控制性盆栽試驗，在蘭州大學(xué)日光智能溫室內(nèi)進(jìn)行。

選用240 L（長80 cm，寬60 cm，高50 cm）的塑料盆，裝土高度40 cm。自2018年4月進(jìn)行灌溉處理，灌溉方式分為3種，分別為AFI 50%（交替灌溉+50%灌溉量）、AFI 75%（交替灌溉+75%灌溉量）和CFI 100%（常規(guī)灌溉+100%灌溉量）。其中AFI 75%已被證實為效果最好的處理[3]，CFI 100%是對照，為了進(jìn)一步實現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)，增加AFI 50%的灌溉方式處理。在每個灌溉處理下設(shè)置添加磷（+P）和不添加磷（-P）2個處理，共計6個處理，每個處理重復(fù)3次。2017年9月15日播種，種植時未接種根瘤菌，播種前保證土壤松散，水分適宜，基施過磷酸鈣肥（施磷量為240 kg/hm2）。于每個盆中起2壟，壟長80 cm，高10 cm，寬10 cm。苜蓿采用穴播的方式播種，播種深度2 cm，每壟種植苜蓿一行，株間距10 cm，每穴保苗2～3棵。試驗期間保證紫花苜蓿在通風(fēng)、透光的條件下生長，并通過手工清除雜草，每7 d隨機(jī)調(diào)整塑料盆位置，避免自然因素不均導(dǎo)致的誤差。2018年4月8日開始水分處理，試驗期間根據(jù)土壤含水量的變化，累計灌溉3次。于紫花苜蓿初花期（2017年5月29日）進(jìn)行采樣，齊地刈割，留茬2～3 cm，刈割后，分離莖和葉（花苞包含至葉內(nèi)），然后迅速現(xiàn)場稱重，其余部分帶回實驗室。

1.3 測定指標(biāo)與方法

在每壟上隨機(jī)選擇3株植株，分別測定其自然高度、葉片數(shù)和一級分枝數(shù)，再將這6株植株齊地刈割，分離莖和葉（花苞包含至葉內(nèi)），然后迅速現(xiàn)場稱重，莖葉比=莖鮮質(zhì)量/葉鮮質(zhì)量。稱完莖和葉分別裝入信封袋中，帶回實驗室烘干稱重，即為地上生物量[3]。

水分利用效率=地上生物量 / 灌溉量[8]

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 25.0軟件中一般線性模型進(jìn)行雙因素方差分析，差異顯著性則通過ANOVA軟件包中的Duncan進(jìn)行多重比較，采用Excel 2019軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 交替灌溉下水磷耦合對紫花苜蓿株高的影響

灌溉對紫花苜蓿株高影響顯著（P<0.05），但磷肥及其兩者間互作影響不顯著（P>0.05）（表1）。隨著灌溉量的逐漸增加，株高呈先增加后降低的趨勢，其中在AFI 75%時達(dá)到最大，為47.31 cm。

2.2 交替灌溉下水磷耦合對紫花苜蓿葉片數(shù)的影響

灌溉顯著影響紫花苜蓿葉片數(shù)（P<0.05），但磷肥及其兩者間互作影響不顯著（P>0.05）（表1）。灌溉處理下，AFI 75%與AFI 50%和CFI 100%差異顯著，其中AFI75%處理下葉片數(shù)達(dá)到最大，為57.88個。

2.3 交替灌溉下水磷耦合對紫花苜蓿莖葉比的影響

灌溉和磷肥顯著影響了紫花苜蓿莖葉比（P<0.05）（表1）。隨著灌溉量的逐漸增加，莖葉比呈先增加后降低的趨勢，其中在AFI 75%時達(dá)到最大，為80.00%。施加磷肥比影響不施加磷肥莖葉比提高了8.95%。但灌溉和磷肥兩者間互作對莖葉比影響不顯著（P>0.05）

2.4 交替灌溉下水磷耦合對紫花苜蓿分枝數(shù)的影響

灌溉和磷肥對紫花苜蓿分枝數(shù)影響顯著（P<0.05），但兩者間互作影響不顯著（P>0.05）（表2）。隨著灌溉量的逐漸增加，分枝數(shù)呈先增加后降低的趨勢，其中在AFI 75%時達(dá)到最大，為7.08個。

2.5交替灌溉下水磷耦合對紫花苜蓿生物量的影響

灌溉對紫花苜蓿生物量影響顯著（P<0.05），但磷肥及其兩者間互作影響不顯著（P>0.05）（表2）。隨著灌溉量的逐漸增加，生物量呈增加趨勢，其中在AFI 75%時達(dá)到最大，為17.63 g，但CFI 100%與AFI 75%2種處理下的生物量差異不顯著。

2.6 交替灌溉下水磷耦合對紫花苜蓿水分利用效率的影響

灌溉顯著影響紫花苜蓿水分利用效率（P<0.05），磷肥及其兩者間互作影響不顯著（P>0.05）（表2）。隨著灌溉量的逐漸增加，水分利用效率呈先增加后降低的趨勢，其中在AFI 75%時達(dá)到最大，為42.63%，較常規(guī)灌溉水分利用效率提高了57.71%。

3 結(jié)論與討論

紫花苜蓿是需水需肥較大的作物，灌溉和施肥是維系北方干旱半干旱地區(qū)紫花苜蓿健康生長的重要措施[1，20]。優(yōu)化水肥管理措施對我國西部旱區(qū)有限水資源進(jìn)行合理配置和優(yōu)化管理具有重要意義。株高、葉片數(shù)和分枝數(shù)是影響紫花苜蓿地上生物量的重要指標(biāo)[1]。該研究結(jié)果表明，交替灌溉沒有顯著降低紫花苜蓿地上生物量，且在AFI 75%處理下，株高、葉片數(shù)和分枝數(shù)均達(dá)到最高，顯著提高了水分利用效率，這表明交替灌溉能夠在保持生物量不變的情況下，節(jié)約近50%的水資源，這與張靜等[3]在甘肅玉門的研究結(jié)果一致，也與蘋果[13]和玉米[14]對交替灌溉的響應(yīng)一致，這可能是由于紫花苜蓿一部分根系受到干旱脅迫，從而向地上部分傳遞干旱信號，導(dǎo)致葉片氣孔開放程度降低，使蒸騰蒸發(fā)作用降低，減少水分浪費(fèi)[3];同時濕潤狀態(tài)下根系能夠為植物正常生長發(fā)育提供水分，使植物地上部分維持相對穩(wěn)定的狀態(tài)[8]，維持地上生物量不降低;且交替灌溉能夠在一定程度上減少地表徑流和深層水分滲漏，因此，采用交替灌溉能夠?qū)崿F(xiàn)在紫花苜蓿生產(chǎn)中降低灌溉量而產(chǎn)量和品質(zhì)不降低的目的。添加磷肥顯著提高了紫花苜蓿分枝數(shù)，這與霍海麗等[20]研究結(jié)果一致，這可能與添加磷促進(jìn)植物枝條生長有關(guān)[2]。該研究結(jié)果還表明施磷、交替灌溉下水磷互作對紫花苜蓿地上生物量、株高、葉片數(shù)、莖葉比及水分利用效率影響均不顯著，造成這種情況的原因可能是由于交替灌溉條件下，土壤未被灌溉區(qū)磷肥由于缺水而造成磷肥利用效率較低[10，20]。

紫花苜蓿體內(nèi)同化物積累能夠提高其產(chǎn)量，而同化物不同物質(zhì)間形態(tài)轉(zhuǎn)化能改善其品質(zhì)[7]。紫花苜蓿中30%～50%的蛋白質(zhì)來自于葉片，因此莖葉比是衡量紫花苜蓿品質(zhì)的重要指標(biāo)[21]。該研究結(jié)果表明，交替灌溉和磷肥對紫花苜蓿莖葉比影響顯著，其中AFI 50%處理下莖葉比最低，且與CFI 100%差異不顯著，這與肖玉等[7]的研究結(jié)果一致。施加磷肥能夠降低紫花苜蓿莖葉比，這與李星月等[21]研究結(jié)果一致，這可能是由于施加磷肥增加葉面積，從而降低了莖葉比。

綜上所述，交替灌溉和磷肥耦合適用于以營養(yǎng)體的紫花苜蓿灌溉管理，但該研究僅對第一茬紫花苜蓿相關(guān)生長指標(biāo)進(jìn)行測定，對其他茬次植株生長是否具有顯著影響[22]，目前尚不清楚。

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