氮磷肥施量對阿葦灌區(qū)苜蓿生長指標(biāo)和產(chǎn)量的影響

馬鐵成,張 慧

(新疆維吾爾自治區(qū)灌溉排水發(fā)展中心，烏魯木齊 830000)

0 引 言

【研究意義】紫花苜蓿具有高產(chǎn)、適應(yīng)氣候性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使其種植面積逐年增加，已成為奶牛養(yǎng)殖的主要飼草料[1]。在我國干旱、半干旱地區(qū)，為應(yīng)對牧區(qū)飼草料不足導(dǎo)致的天然草場退化、草畜平衡失調(diào)等，對有效提高苜蓿產(chǎn)量有重要意義。【前人研究進(jìn)展】利用淺埋式滴灌灌水技術(shù)人工栽培苜蓿，既能提高灌溉水資源利用率，又可以解決當(dāng)?shù)厣箫暡萘瞎┙o問題。淺埋式滴灌作為地下滴灌的一種，被譽(yù)為具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦透咝Ч?jié)水灌溉技術(shù)，已在多種作物種植領(lǐng)域展開研究[2-4]；仝炳偉等[5]在寧夏以地下滴灌苜蓿為對象，開展水肥二因素完全隨機(jī)試驗(yàn)，結(jié)果表明，水肥互作對苜蓿干草產(chǎn)量影響顯著，低水肥處理增產(chǎn)效應(yīng)較小，適度水肥增產(chǎn)效應(yīng)明顯。吳文奇等[6]根據(jù)不同滴灌帶布設(shè)方式分析紫花苜蓿各生育期生長特性，認(rèn)為苜蓿在苗期埋設(shè)深度10 cm、間距90 cm較好；分枝期后埋設(shè)深度30 cm、間距90 cm優(yōu)于其他處理。洪明等[7]開展了淺埋式滴灌苜蓿灌溉制度研究，得出苜蓿適宜灌水定額與灌水周期。【本研究切入點(diǎn)】目前利用淺埋式滴灌技術(shù)開展水肥一體化研究較少，采用該灌水技術(shù)施氮磷肥對改變苜蓿生長特性和提高產(chǎn)量還有待研究。研究氮磷肥施用水平對青河縣阿葦灌區(qū)苜蓿生長指標(biāo)和產(chǎn)量的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】在新疆北疆典型牧區(qū)開展淺埋式滴灌灌水技術(shù)為研究對象，將滴灌帶均勻埋入表土5～8 cm以內(nèi)，通過研究適宜灌水量下不同氮、磷肥量對苜蓿生長指標(biāo)和產(chǎn)量的影響[8]，為淺埋式滴灌技術(shù)在干旱、半干旱氣候條件下，苜蓿合理施肥及提高水肥利用率提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)地位于準(zhǔn)噶爾盆地東北緣的青河縣阿葦灌區(qū)，地處烏倫古河上游二臺(tái)水文站下游10 km處北岸，E89°54′14″，N46°11′36″，海拔1 100 m，屬于阿爾泰山的丘陵地帶，地勢平坦區(qū)域。屬大陸性北溫帶干旱氣候，年均氣溫2.5℃，無霜期平均103 d；年均降水量172.2 mm，年均蒸發(fā)量1 430.1 mm，冬季漫長寒冷。0～80 cm土壤屬輕礫石粗沙土，80 cm以下為中礫石粗沙土，田間持水率12%～27%，保水性差地下水埋藏較深；土壤肥力全氮均值0.33 mg/kg，速效氮均值26.88 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量7.15 mg/kg，速效磷均值3.98 mg/kg，速效鉀均值90.98 mg/kg[9]。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2016年5月初～8月底開展試驗(yàn)。選用對比法作物為3年齡阿爾岡金紫花苜蓿，株行距2 cm×15 cm，播種量45 kg/hm2，一年收獲兩茬，不做除草與殺蟲處理，采用相同的大田管理方式。全年實(shí)測單次降雨量均小于15 mm，對試驗(yàn)不產(chǎn)生影響，無地下水補(bǔ)給。

規(guī)定灌溉制度統(tǒng)一為灌水周期6 d，每茬灌溉8次，灌水定額450 m3/hm2；選取當(dāng)?shù)仄毡椴捎玫哪蛩?N46%)、磷酸二銨(N18%、P48%)為研究對象，各設(shè)計(jì)低(150 kg/hm2)、中(300 kg/hm2)、高(450 kg/hm2)3水平施肥量處理，即2種施肥類型和3種施肥梯度，1組無肥處理對比，分析產(chǎn)量與貢獻(xiàn)較大肥料之間關(guān)系。采用文丘里施肥器滴灌隨水施肥。每個(gè)處理重復(fù)3次，各灌水小區(qū)有效面積72 m2(30 m×2.4 m)，中間設(shè)置1 m寬隔離帶，依次排列，滴灌帶鋪設(shè)間距0.6 m，均勻埋深5～8 cm，滴頭采用內(nèi)鑲貼片式間距0.3 m，額定壓力0.1 MPa，滴頭流量2.0 L/h。全年兩茬生育期共103 d。表1

1.2.2 測定指標(biāo)

自每茬返青開始至初花期，各處理固定選擇長勢均勻紫花苜蓿樣本5株，每次間隔10 d，用鋼卷尺量測地表到頂端長度，取平均值作為該處理株高；用游標(biāo)卡尺測量紫花苜蓿主莖地表以上1 cm處直徑，卡尺順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90° 2次復(fù)測，取平均值作為該處理莖圍粗；人工計(jì)數(shù)樣本地表以上枝條數(shù)，取平均值作為該處理枝條數(shù)。

在初花期各處理選取長勢均勻區(qū)域3組測產(chǎn)，每組面積1 m× 1 m，人工刈割留茬高度10 cm，乘量鮮草重量后在烘箱中105℃殺青1 h，再置于70℃恒溫烘干48 h，取出放置陰涼處自然冷卻至常溫稱重，得出每組干草重，計(jì)算干濕比，取3組平均值作為該處理1 m2產(chǎn)量，折合計(jì)算出每公頃產(chǎn)量。

紫花苜蓿的水分利用效率采用單位面積產(chǎn)量與全生育期內(nèi)單位面積灌水量的比值(g/m3)。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experiment design

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，差異顯著性分析選取Pearson相關(guān)性分析法，采用輸入方法進(jìn)行回歸分析模擬，通過殘差概率圖分析法進(jìn)行樣本驗(yàn)證。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥水平對紫花苜蓿生長指標(biāo)的影響

2.1.1 不同施肥水平對紫花苜蓿株高的影響

研究表明,紫花苜蓿各生育階段株高生長速度不同，適量氮、磷肥可促進(jìn)紫花苜蓿株高生長，兩茬均呈現(xiàn)出隨著施氮量增加株高顯著增加，磷肥對株高貢獻(xiàn)較少的現(xiàn)象。在第一茬苜蓿生育期中，前50 d株高均生長較快，隨后生長速度放緩；其中，施氮肥處理日均生長由1.51 cm降至0.67 cm，平均株高82.47 cm，最大施氮處理N3P0株高達(dá)到85.30 cm；施磷肥處理日均生長由1.42 cm降至0.64 cm，平均株高77.33 cm，最大施磷處理N6P3株高81.8 cm；第一茬的2種施肥類型最大施量處理紫花苜蓿株高相差3.50 cm，對照CK處理氮肥最大增幅20%，磷肥最大增幅15%；氮肥對第一茬紫花苜蓿株高存在顯著差異(P﹤0.05)，磷肥無顯著不同。第二茬紫花苜蓿在灌水12 d內(nèi)株高生長較快，之后增長減緩；其中，施氮肥處理生長速度由每天3.60 cm降至1.49 cm，平均株高89.4 cm，最大處理N3P0株高92.60 cm；施磷肥處理生長速度由每天3.33 cm降至1.30 cm，平均株高80.20 cm，最大處理N6P3株高87.20 cm；第二茬的2種施肥類型最大施量處理紫花苜蓿株高相差5.40 cm，對照CK處理氮肥最大增幅27%，磷肥最大增幅20%，2種肥力與株高均存在顯著差異(P﹤0.05)，其中氮肥對第二茬紫花苜蓿株高存在極顯著影響(P﹤0.01)。第二茬紫花苜蓿生長期受溫度升高影響，生長速率較快，9月初溫度下降明顯，光合作用減弱，作物均出現(xiàn)衰敗現(xiàn)象。全生育期N4P1、N5P2、CK處理的株高均明顯低于其他處理，適宜氮肥施量對株高影響較大。圖1

圖1 不同氮、磷肥水平下紫花苜蓿株高變化Fig. 1 Effects of nitrogen and phosphorus fertilizer levels on alfalfa plant height

2.1.2 不同施肥水平對紫花苜蓿莖圍的影響

研究表明,不同氮、磷肥用量水平大小對紫花苜蓿的莖粗在一定范圍內(nèi)有影響，平均莖粗隨著施肥量的增大而增高，各生育階段莖粗生長速度略有不同。第一茬苜蓿生育期前10 d莖粗生長較快，隨后生長速度放緩，日均生長由0.13 cm降至0.04 cm，最大莖粗的氮肥處理與CK比較增幅6%；第二茬莖圍變化較為緩慢，生育末期出現(xiàn)衰敗現(xiàn)象。全生育期氮肥對莖圍生長均存在極顯著影響(P﹤0.01)，磷肥均有顯著影響(P﹤0.05)。圖2

圖2 不同氮、磷肥水平下紫花苜蓿莖粗變化Fig. 2 Effects of different nitrogen and phosphate fertilizer levels on stem diameter of alfalfa

2.1.3 不同施肥水平對紫花苜蓿枝條數(shù)的影響

研究表明,兩茬紫花苜蓿施肥量的大小對枝條數(shù)影響有限，最大氮肥處理N3P0枝條數(shù)略大于其他處理，以第二茬較為明顯。第一茬枝條數(shù)平均15節(jié)，第二茬平均17節(jié)，與CK平均14節(jié)相差較小，整體生長速率相近。不同施肥條件下，兩茬紫花苜蓿枝條數(shù)生長趨勢相同，第二茬整體略大。氮、磷肥對第一茬紫花苜蓿枝條數(shù)均存在顯著影響(P﹤0.05)，氮肥對第二茬紫花苜蓿枝條數(shù)存在極顯著影響(P﹤0.01)，磷肥有顯著影響(P﹤0.05)。圖3

圖3 不同氮、磷肥水平下紫花苜蓿枝條數(shù)變化Fig. 3 Effects of different nitrogen and phosphate fertilizer levels on the number of stem nodes of alfalfa

2.2 不同施肥水平對紫花苜蓿產(chǎn)量的影響

研究表明,不同氮、磷肥水平對紫花苜蓿產(chǎn)量影響顯著。產(chǎn)量隨著施肥量的增大均呈現(xiàn)遞增的變化趨勢，最大氮肥處理N3P0增產(chǎn)31%，達(dá)到14 117 kg/hm2；最大磷肥處理N6P3增產(chǎn)26%，達(dá)到13 657 kg/hm2。由于第一茬生長周期大于第二茬，作物吸收土壤肥力較多，生長更為充分，CK第一茬產(chǎn)量大于第二茬，其余施肥處理在生育期中的補(bǔ)充肥力大于土壤原有肥力貢獻(xiàn)，第二茬產(chǎn)量均大于第一茬產(chǎn)量，氮肥高水平處理N3P0最為顯著，整體增產(chǎn)效果施氮處理大于施磷處理。圖4

圖4 不同氮、磷肥水平下紫花苜蓿產(chǎn)量變化Fig. 4 Effects of different nitrogen and phosphate fertilizer levels on alfalfa yield

2.3 不同施肥水平與產(chǎn)量關(guān)系

研究表明,紫花苜蓿產(chǎn)量與施氮水平存在顯著相關(guān)性(P<0.05)，采用產(chǎn)量(W)為因變量，氮肥水平(N)作為單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行回歸分析，得出回歸方程：W=11 072.41+15.74N，方程決定系數(shù)R2=0.958，F(xiàn)=45.576。為檢驗(yàn)回歸模型對樣本數(shù)據(jù)的擬合程度和適用性，繪制殘差概率圖，發(fā)現(xiàn)模型對于適宜施氮條件下，氮肥與產(chǎn)量之間關(guān)系具有較好的模擬效果，方程回歸擬合程度較高，可為相同條件下紫花苜蓿產(chǎn)量預(yù)測提供參考。圖5

圖5 施氮水平期望值和觀測值比較Fig. 5 Comparison of expected and observed nitrogen levels

2.4 不同施肥水平的紫花苜蓿水分生產(chǎn)率

研究表明,不同肥料施肥水平對紫花苜蓿水分生產(chǎn)率有影響，WUE變化趨勢和產(chǎn)量相似；無肥CK處理水分生產(chǎn)率1.5 g/m3最低，施氮處理N3P0水分生產(chǎn)率1.96 g/m3最高，高出CK 31%。2種肥料各處理的水分生產(chǎn)率隨著施肥量的加大均呈現(xiàn)出單向增大趨勢，以施氮處理增長水平更為顯著。

3 討 論

紫花苜蓿的植株高度和莖粗是產(chǎn)量的主要構(gòu)成要素，作物生物量的累積可以通過植株生長變化狀況獲得。通過田間水肥一體化試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出在紫花苜蓿的生長特性中，株高和莖粗都隨著施肥量的增大而增大，各施肥處理產(chǎn)量均大于CK，這與畢舒貽[10]研究中，不同水肥組合可以提高紫花苜蓿的全年產(chǎn)量，苜蓿所具有的固氮能力在生長期很難滿足生長需求，增施肥料可有效改善缺肥現(xiàn)象的結(jié)論與試驗(yàn)研究結(jié)果相似；氮肥處理產(chǎn)量大于磷肥處理產(chǎn)量，原因可歸結(jié)為氮肥對作物株高和莖粗增幅明顯，相對應(yīng)生物量累計(jì)較大。紫花苜蓿在適宜灌水條件下的生長規(guī)律受外界肥力影響，在無人工添肥情況下，第一茬作物產(chǎn)量大于第二茬，原因在于前一年苜蓿收割，部分枝條和葉片被粉碎脫落田間，秸稈還田增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，培育土壤肥力，使得下一個(gè)生長季第一茬作物有效吸收田間養(yǎng)分；針對已種植多年的苜蓿地開展適宜中耕，可疏松表土促進(jìn)養(yǎng)分形成，清除田間雜草促使作物根系發(fā)育，為來年產(chǎn)量提升提供保障。

試驗(yàn)處理中，紫花苜蓿植株不同生長速率影響了生物量的累計(jì)，這與曹彪等[11]的研究結(jié)果一致。任靈通等[12]研究得出的水磷耦合對滴灌苜蓿生長規(guī)律和產(chǎn)量的影響，與研究結(jié)果相似。在干旱、半干旱區(qū)域開展淺埋式滴灌苜蓿種植技術(shù)，適量的氮肥可以提高作物多項(xiàng)生長指標(biāo)，有效提高水分生產(chǎn)率，配合農(nóng)藝措施的管理，可以提高田間肥力，以達(dá)到當(dāng)?shù)毓?jié)水節(jié)肥增產(chǎn)的目的。

4 結(jié) 論

4.1 采用淺埋式滴灌灌水技術(shù)開展紫花苜蓿不同氮、磷肥水平研究，施肥量對苜蓿的株高、莖粗在一定范圍內(nèi)有影響，并隨著施肥水平的增大而增大，其中氮肥貢獻(xiàn)較大，施肥量的大小對枝條數(shù)影響較小。

4.2 苜蓿產(chǎn)量隨著施肥量的增大均呈現(xiàn)出遞增的變化趨勢，最大氮肥處理產(chǎn)量最大。施肥處理第二茬產(chǎn)量均高于第一茬，與無肥處理結(jié)果不一致，原因可歸結(jié)為人工施肥量大于土壤固有肥力，滿足了作物生長需求。以氮肥水平為指標(biāo)進(jìn)行回歸分析，回歸方程：W=11 072.41+15.74N，方程決定系數(shù)R2=0.958，F(xiàn)=45.576，擬合程度較高，通過殘差分析檢驗(yàn)?zāi)M效果較好。

4.3 不同肥料施肥水平對紫花苜蓿水分生產(chǎn)率有影響，均隨著施肥量增大同向增大，施氮肥處理WUE大于施磷肥處理，無肥處理WUE最低，施肥能夠顯著提高WUE，適宜氮肥施量可以實(shí)現(xiàn)苜蓿增產(chǎn)和節(jié)水的目的。