我國紫花苜蓿主產(chǎn)田土壤養(yǎng)分和植物養(yǎng)分調(diào)查分析

謝開云，何峰*，李向林*，韓冬梅，萬里強(qiáng)

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193；2.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

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我國紫花苜蓿主產(chǎn)田土壤養(yǎng)分和植物養(yǎng)分調(diào)查分析

謝開云1，何峰1*，李向林1*，韓冬梅2，萬里強(qiáng)1

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193；2.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

摘要：科學(xué)合理施肥是保證植物正常生長，提高肥料利用率，解決生產(chǎn)和環(huán)境問題矛盾的重要途徑。為了掌握我國紫花苜蓿在生產(chǎn)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(chǎn)區(qū)49個(gè)樣地土壤養(yǎng)分和植物養(yǎng)分以及苜蓿第一茬產(chǎn)量進(jìn)行調(diào)查分析，并針對紫花苜蓿的施肥管理向種植戶(包括企業(yè))開展了問卷調(diào)查。結(jié)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(diào)查的49個(gè)樣地中，砂性土壤占總樣點(diǎn)數(shù)的71.4%，主要在內(nèi)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?yàn)樯迟|(zhì)土壤中有機(jī)質(zhì)含量極少而導(dǎo)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?cái)?shù)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(diǎn)有效鐵缺乏(N=28)，主要分布在甘肅和內(nèi)蒙古；7.1%(N=28)的樣點(diǎn)有效錳缺乏，分布在甘肅和內(nèi)蒙古。有14.3%的樣點(diǎn)有效銅缺乏(N=28)，其中有一個(gè)分布在甘肅，其余3個(gè)樣點(diǎn)在內(nèi)蒙古；有50%的樣點(diǎn)有效鋅缺乏(N=28)，其中8個(gè)處于極缺狀態(tài)(甘肅、陜西各3個(gè)，內(nèi)蒙古2個(gè))，6個(gè)處于缺乏狀態(tài)(山東3個(gè)，河北、陜西和黑龍江各1個(gè))；有10.7%的樣點(diǎn)有效鉬含量缺乏(N=28)，主要分布在內(nèi)蒙古。有效硼含量處于豐富狀態(tài)(N=28)。2)苜蓿植株氮素營養(yǎng)狀況較好，而磷鉀營養(yǎng)狀況較差。微量元素中鉬有49%的樣點(diǎn)出現(xiàn)缺乏(N=49)。相關(guān)性分析結(jié)果表明土壤全磷和速效磷都與產(chǎn)量具有顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，說明施用磷肥對苜蓿具有顯著的增產(chǎn)潛力。3)在調(diào)查的49個(gè)樣點(diǎn)中有18個(gè)樣點(diǎn)沒有進(jìn)行任何施肥措施，其中大多數(shù)為農(nóng)戶。施氮肥作為提高產(chǎn)量的手段占57.1%，大多數(shù)為企業(yè)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(jī)肥重視不夠(僅有8個(gè)樣地施用有機(jī)肥)。所有種植者均沒有施用過微肥。總之，我國紫花苜蓿主產(chǎn)區(qū)在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)少施或不施氮肥，應(yīng)重視磷鉀肥的配施，也應(yīng)重視微量元素的作用，尤其是鉬元素。

關(guān)鍵詞：紫花苜蓿；土壤養(yǎng)分；植物營養(yǎng)；施肥；產(chǎn)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(jià)值最高的優(yōu)質(zhì)豆科牧草，對促進(jìn)我國節(jié)糧型畜牧業(yè)發(fā)展和提高奶牛單產(chǎn)水平，保障牛奶品質(zhì)具有重要作用。相對于其他牧草，紫花苜蓿具有更高的產(chǎn)量和營養(yǎng)價(jià)值，也相應(yīng)地需要更高的營養(yǎng)需求來保障營養(yǎng)品質(zhì)。因此，土壤的營養(yǎng)狀態(tài)對紫花苜蓿的生長具有重要作用。我國的苜蓿種植產(chǎn)業(yè)帶主要分布在新疆東部、甘肅、寧夏、陜西、山西、河北、山東、內(nèi)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(yōu)勢產(chǎn)業(yè)帶[1]。紫花苜蓿為多年生豆科牧草，以收獲營養(yǎng)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(zhì)，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(yǎng)元素，產(chǎn)草量愈高，帶走的營養(yǎng)愈多，造成土壤養(yǎng)分的不斷流失和匱乏，不僅苜蓿生產(chǎn)潛力得不到發(fā)揮，而且實(shí)際生產(chǎn)力會不斷下降[3]。為了滿足苜蓿正常生長對養(yǎng)分的需求，需通過施肥來補(bǔ)充土壤養(yǎng)分，以保證苜蓿的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)。近年來，針對不同地區(qū)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(chǎn)量和品質(zhì)[4-5]，但是這些研究結(jié)果是否被應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中卻不得而知。為了了解我國紫花苜蓿主產(chǎn)區(qū)牧草產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分和植物養(yǎng)分吸收狀況，對我國紫花苜蓿主產(chǎn)區(qū)開展系統(tǒng)調(diào)查研究，對于指導(dǎo)紫花苜蓿的生產(chǎn)實(shí)踐，促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1材料與方法

1.1樣地調(diào)查

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

表1　調(diào)查地位置、紫花苜蓿品種和播種年份

續(xù)表1Continued

調(diào)查樣地位置Locationoftheplots調(diào)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(xiāng)XipoVillage,BinCounty,XianyangCity,ShanxiProvince2013/6/7新牧2號XinmuNo.22009吉林公主嶺GongzhulingCity,JilinProvince2013/6/13公農(nóng)一號GongnongNo.12004黑龍江哈爾濱民主鄉(xiāng)MinzhuVillage,HarbinCity,HeilongjiangProvince2013/6/14肇東苜蓿Zhaodong2011黑龍江綏化蘭西遠(yuǎn)大鄉(xiāng)YuandaVillage,LanxiCounty,SuihuaCity,HeilongjiangProvince2013/6/18農(nóng)牧803Nongmu8032009新疆阿拉爾市農(nóng)一師十二團(tuán)(南口農(nóng)場)12thCompany,1stAgriculturalShoop,AlaerCity,Xinjiang(NankouFarm)2013/5/23新疆大葉苜蓿XinjiangBigleaf2011新疆阿拉爾市農(nóng)一師五團(tuán)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(zhèn)DafengTown,HutubiCounty,ChangjiCity,Xinjiang2013/5/22三得利Sandy2011內(nèi)蒙古赤峰市阿爾科爾沁旗ArHorqinBanner,ChifengCity,InnerMongolia2013/6/4--內(nèi)蒙古赤峰市阿爾科爾沁旗ArHorqinBanner,ChifengCity,InnerMongolia2013/6/4--內(nèi)蒙古鄂爾多斯鄂托克旗棋盤井鎮(zhèn)QipanjingTown,EtuokeQi,OrdosCity,InnerMongolia2013/6/7--

1.2植物樣本的采集與產(chǎn)量測定

在紫花苜蓿生產(chǎn)田中，采用大面積斜對角樣點(diǎn)選擇法選擇3個(gè)具有代表性的樣點(diǎn)，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(gè)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(jìn)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(nèi)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(jì)算干物質(zhì)產(chǎn)量，樣本②用于植株?duì)I養(yǎng)元素含量分析。

1.3植物營養(yǎng)元素測定

將49個(gè)樣地的樣本②用微型植物粉碎機(jī)(天津產(chǎn))粉碎，送北京農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測，參考土壤農(nóng)化分析[7]，測定指標(biāo)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(fā)射光譜法測定)、硼(B，干灰化法后，用等離子體發(fā)射光譜法)、鉬(Mo，石墨爐原子吸收發(fā)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(gè)樣方內(nèi)用土鉆鉆取0～30 cm層次的土壤樣本。每個(gè)樣點(diǎn)5次重復(fù)，制備混合樣本。樣本送北京農(nóng)林科學(xué)院草業(yè)與環(huán)境研究發(fā)展中心進(jìn)行檢測，測定指標(biāo)包括pH(pH計(jì)法)、有機(jī)質(zhì)(重鉻酸鉀氧化-外加熱法)、陽離子交換量(乙酸鈉-火焰光度計(jì)法)、電導(dǎo)率EC(μs/cm)、全氮(凱氏定氮法)、全磷(NaOH熔融-連續(xù)流動分析儀法)、全鉀(NaOH熔融-火焰分子分光光度計(jì)法)、堿解氮AN(堿解擴(kuò)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(jì))、土壤有效鈣和有效鎂(EDTA法)[7]。土壤有效態(tài)鋅、錳、鐵、銅主要以交換態(tài)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(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2013軟件匯總所有數(shù)據(jù)，GraphPad Prism 6.0軟件作圖，SAS 9.0 軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1土壤養(yǎng)分的現(xiàn)狀分析

調(diào)研結(jié)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(gè)樣點(diǎn)為砂性土壤，占總樣點(diǎn)數(shù)的71.4%，主要分布在內(nèi)蒙古、甘肅和新疆。本次調(diào)研數(shù)據(jù)中有31個(gè)樣點(diǎn)的土壤有機(jī)質(zhì)含量低于15 g/kg，占總樣地的63.3%。電導(dǎo)率EC大于0.8 μs/cm的鹽土有5個(gè)樣點(diǎn)，占總樣點(diǎn)數(shù)的10.2%。49個(gè)調(diào)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(yǎng)分中，堿解氮平均為62.30 mg/kg，變異系數(shù)達(dá)到48.47%。速效磷平均值為17.50 mg/kg，在不同地點(diǎn)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(diǎn)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(diào)研地土壤養(yǎng)分的變化

注：表中所列單位僅用于表示各指標(biāo)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(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分進(jìn)行了取樣分析，參照《草地測土施肥技術(shù)規(guī)程 紫花苜?！沸袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)的紫花苜蓿土壤營養(yǎng)診斷分級標(biāo)準(zhǔn)[11]，對土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀和有效硫的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行了分析(表3)。結(jié)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(gè)樣地，占49個(gè)樣本的10.2%，其中一個(gè)為極缺，僅有6.44 mg/kg，在甘肅張掖。其余4個(gè)缺乏的分別是甘肅金昌，內(nèi)蒙古鄂爾多斯、山東膠州和新疆呼圖壁。在調(diào)查的49個(gè)樣地中，速效磷缺乏的樣地占有12個(gè)，占總樣本的24.5%，極缺的樣地有5個(gè)，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(nèi)蒙古赤峰。速效鉀缺乏的樣地有5個(gè)，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(diào)查的28個(gè)樣地中，僅有一個(gè)樣地的有效硫缺乏，在河北黃驊。2012年在調(diào)查的21個(gè)樣地中，有15個(gè)樣地有機(jī)質(zhì)缺乏，占總體樣本的71.4%。其中7個(gè)樣地為有機(jī)質(zhì)含量極缺，分別分布在新疆、內(nèi)蒙古赤峰、甘肅民勤、陜西咸陽等地。對49個(gè)調(diào)查樣地的pH值進(jìn)行分析，49個(gè)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(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分狀況調(diào)查分析

注：分級標(biāo)準(zhǔn)主要參考NY/T 2700-2015《草地測土施肥技術(shù)規(guī)程 紫花苜蓿》[11]。表中所列單位僅用于表示各指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)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(diào)研的28個(gè)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(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行了分析(表3)，結(jié)果表明，有9個(gè)樣點(diǎn)的有效鐵缺乏，占總體樣點(diǎn)的32.2%，其中8個(gè)樣點(diǎn)有效鐵缺乏，有1個(gè)樣點(diǎn)極缺乏，主要分布在甘肅和內(nèi)蒙古。有2個(gè)樣點(diǎn)的有效錳缺乏，占總體樣本的7.1%，分別分布在甘肅和內(nèi)蒙古。有4個(gè)樣點(diǎn)的有效銅缺乏，占總樣點(diǎn)數(shù)的14.3%，其中有一個(gè)分布在甘肅，其余3個(gè)樣點(diǎn)均分布在內(nèi)蒙古。有14個(gè)樣點(diǎn)的有效鋅缺乏，占總樣本的50%，其中8個(gè)處于極缺狀態(tài)，主要分布在甘肅3個(gè)、陜西3個(gè)和內(nèi)蒙古2個(gè)；6個(gè)處于缺乏狀態(tài)，主要分布在山東3個(gè)，河北1個(gè)，陜西1個(gè)和黑龍江1個(gè)。28個(gè)樣點(diǎn)的有效硼含量處于豐富狀態(tài)。有3個(gè)樣點(diǎn)的有效鉬含量缺乏，占總體樣本的10.7%，主要分布在內(nèi)蒙古地區(qū)。中量元素Ca和Mg較為充足，有兩個(gè)樣點(diǎn)Ca水平過量，1個(gè)樣點(diǎn)Mg水平缺乏。土壤有機(jī)質(zhì)含量低和沙質(zhì)土壤的微量元素含量較低。

2.2植物營養(yǎng)狀況

以主產(chǎn)區(qū)49個(gè)紫花苜蓿樣地初花期植物組織分析結(jié)果，依據(jù)NY/T 2700-2015《草地測土施肥技術(shù)規(guī)程 紫花苜?！沸袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)將12種生命必需營養(yǎng)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(chǎn)區(qū)49個(gè)樣地紫花苜蓿營養(yǎng)狀態(tài)

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(shù)為16.38%。植物磷鉀缺乏嚴(yán)重，有4個(gè)樣點(diǎn)出現(xiàn)磷素缺乏，占總體的8%，49個(gè)樣地之間的變異系數(shù)為28.20%。有22個(gè)樣點(diǎn)出現(xiàn)鉀素缺乏，占總體的45%，變異系數(shù)為29.57%(表5)。由此可見，調(diào)查樣區(qū)苜蓿氮素營養(yǎng)狀況相對較好，而磷、鉀營養(yǎng)狀況較差，今后苜蓿生產(chǎn)中應(yīng)注重磷、鉀肥的使用。

49個(gè)樣地的紫花苜蓿鈣元素全部處于足夠水平。有6個(gè)樣點(diǎn)出現(xiàn)鎂元素缺乏，占總體的12%。在28個(gè)樣地中有2個(gè)樣地出現(xiàn)硫元素缺乏，占總樣本數(shù)的7%(在2012年對植物取樣時(shí)，忽略了紫花苜蓿植株上的大氣硫沉積，導(dǎo)致紫花苜蓿的植物養(yǎng)分中硫元素偏高，集體處于過量水平。在2013年取樣時(shí)，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(jì)算時(shí)硫元素的樣本數(shù)是從總樣本數(shù)去掉2012年的樣本數(shù))。

表5　全國主產(chǎn)區(qū)49個(gè)樣地紫花苜蓿營養(yǎng)值的變化

在調(diào)查的49個(gè)樣地中，有5個(gè)樣地出現(xiàn)鋅缺乏，占總樣本數(shù)的10%。所有樣點(diǎn)植物中鐵含量均處于較高的水平。有兩個(gè)樣點(diǎn)出現(xiàn)銅缺乏狀態(tài)，占4%。3個(gè)樣點(diǎn)出現(xiàn)錳缺乏狀態(tài)，占6%，有2個(gè)樣點(diǎn)出現(xiàn)硼缺乏狀態(tài)，占4%，鉬缺乏非常普遍，有24個(gè)樣點(diǎn)出現(xiàn)缺乏，占49%。

圖1　2012和2013年苜蓿主產(chǎn)區(qū)第一茬平均產(chǎn)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(nèi)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(chǎn)量的現(xiàn)狀

對所有樣地的苜蓿第一茬產(chǎn)量進(jìn)行了測定，在2012年調(diào)查的21個(gè)樣點(diǎn)中，產(chǎn)量小于5000 kg/hm2的樣點(diǎn)有12個(gè)，占所有樣點(diǎn)的57.14%，產(chǎn)量在5000～8000 kg/hm2之間的有8個(gè)，占38.10%，產(chǎn)量大于8000 kg/hm2的樣點(diǎn)只有1個(gè)，占4.76%。在2013年調(diào)查的28個(gè)樣點(diǎn)中，產(chǎn)量小于5000 kg/hm2的樣點(diǎn)有4個(gè)，占所有樣點(diǎn)的14.29%，產(chǎn)量在5000～8000 kg/hm2之間的有17個(gè)，占60.71%，產(chǎn)量大于8000 kg/hm2的樣點(diǎn)只有7個(gè)，占25%。產(chǎn)量最高樣點(diǎn)為新疆，2012和2013年平均產(chǎn)量分別為6776和10346 kg/hm2，其次是甘肅和內(nèi)蒙古。另外，在我們調(diào)研中，新疆、甘肅和內(nèi)蒙古地區(qū)的管理措施都有灌溉，其中內(nèi)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(diào)查的產(chǎn)量分布見圖1。

2.4土壤養(yǎng)分和植物養(yǎng)分與第一茬苜蓿產(chǎn)量的相關(guān)性

對2012和2013年土壤養(yǎng)分和植物養(yǎng)分與產(chǎn)量做相關(guān)性分析，結(jié)果表明，2012年土壤中全磷含量與產(chǎn)量的線性關(guān)系達(dá)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(chǎn)量的線性關(guān)系也達(dá)到顯著水平(圖2)。

圖2　2012和2013年土壤速效磷含量與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系Fig.2　Correlation analysis between soil available phosphorus content and alfalfa yield in 2012 and 2013

項(xiàng)目Items氮N磷P鉀K鈣Ca鎂Mg硫S鐵Fe錳Mn銅Cu鋅Zn硼B(yǎng)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(diào)查樣地植物養(yǎng)分與產(chǎn)量的相關(guān)性分析結(jié)果表明，植物中P和K含量與紫花苜蓿產(chǎn)量的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平(P<0.01，表6)，植物中S、Mn和Cu含量與苜蓿產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)。微量元素中B和Mo含量與苜蓿產(chǎn)量的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平(P<0.01，表6)。

2.5我國苜蓿生產(chǎn)的施肥現(xiàn)狀

調(diào)研的49個(gè)樣點(diǎn)中有18個(gè)樣點(diǎn)沒有進(jìn)行施肥，占總樣本數(shù)的36.7%。其中農(nóng)戶大多數(shù)基本不施肥，企業(yè)種植者大多施用氮肥作為提高產(chǎn)量的手段，調(diào)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(diào)研的49個(gè)樣點(diǎn)中有20個(gè)明確施用磷肥，占總樣點(diǎn)數(shù)的40.8%。僅有13個(gè)樣點(diǎn)明確施用鉀肥，占26.5%。所有樣地?zé)o一施用微肥。

表7　2012和2013年苜蓿主產(chǎn)區(qū)施肥情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3討論與結(jié)論

3.1我國苜蓿地土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀

紫花苜蓿可以利用根瘤菌進(jìn)行生物固氮，因此對土壤中氮素營養(yǎng)需求并不高，但學(xué)術(shù)界關(guān)于氮肥對苜蓿的影響一直是一個(gè)有爭議的問題。有研究證明紫花苜?？梢詾檩喿髦械暮蟛缰参锘蚧觳ブ械陌樯参锾峁?shù)量可觀的氮素營養(yǎng)[12]。國外的絕大多數(shù)報(bào)道表明苜蓿施氮沒有明顯增產(chǎn)效果，反而抑制了紫花苜蓿的生物固氮的能力，我們的室內(nèi)研究結(jié)果與此一致[13]。但也有文獻(xiàn)報(bào)道如下情況下施氮肥有增產(chǎn)效果：1)苜蓿苗期-根瘤發(fā)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(tài)氮低于15 mg/kg，有機(jī)質(zhì)低于1.5%(如砂性土壤)[16]；4)播種后土壤溫度持續(xù)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(fā)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(jī)質(zhì)含量在7～8 g/kg的水平，這些地區(qū)無論是依據(jù)積溫、降水和土肥生產(chǎn)潛力進(jìn)行的理論推算，還是較大規(guī)模的生產(chǎn)實(shí)踐都表明，在目前的栽培管理?xiàng)l件下，苜蓿產(chǎn)量僅為中高產(chǎn)指標(biāo)的50%左右。如果在水分滿足的條件下可開發(fā)的生產(chǎn)潛力很高。但生產(chǎn)中很少采用土壤測試或組織分析進(jìn)行施肥推薦，施肥僅憑經(jīng)驗(yàn)。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(diào)研中有57%的樣點(diǎn)施用了氮肥)。因此，在今后的研究中應(yīng)開展針對根瘤菌固氮效率評價(jià)的研究。

在本次調(diào)研分析中發(fā)現(xiàn)，苜蓿地土壤養(yǎng)分變異較大，地區(qū)與地區(qū)之間由于土壤質(zhì)地和養(yǎng)分含量有很大的差異，部分地區(qū)磷鉀缺乏，部分地區(qū)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(shí)要做到科學(xué)合理因地制宜，不能全搬照抄。

3.2苜蓿養(yǎng)分含量

紫花苜蓿作為優(yōu)良的豆科牧草，地域適應(yīng)性強(qiáng)，品質(zhì)優(yōu)良，既可以作為人工草地放牧和刈割利用，也可以調(diào)制干草和作為青貯利用。我國紫花苜蓿大部分被種植在養(yǎng)分貧瘠或者保水保肥能力差的砂性土壤上，再加上大多數(shù)種植者生產(chǎn)中不重視對紫花苜蓿的肥料管理，是導(dǎo)致我國苜蓿產(chǎn)量低，品質(zhì)差的重要原因。但是在一些生產(chǎn)企業(yè)或農(nóng)民為了追逐產(chǎn)量和品質(zhì)的利益最大化，在生產(chǎn)實(shí)踐中施用大量的氮肥，抑制了紫花苜蓿的固氮作用，雖然達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，但是也浪費(fèi)了資源，造成了本該避免的環(huán)境污染。與作物相比，牧草以收獲營養(yǎng)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(yǎng)分，如果不及時(shí)補(bǔ)充土壤養(yǎng)分或注意養(yǎng)分比例的平衡，導(dǎo)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(xiàn)蕾期、開花期、成熟期、休眠期6個(gè)階段。在各個(gè)生育期，苜蓿的需肥量也會發(fā)生變化。因此，在牧草生產(chǎn)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(shí)應(yīng)根據(jù)紫花苜蓿各個(gè)生育期的需肥特點(diǎn)，依據(jù)最小養(yǎng)分定律，分期有針對性的補(bǔ)充決定紫花苜蓿產(chǎn)量的限制元素，達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。

我國紫花苜蓿主產(chǎn)區(qū)中營養(yǎng)元素的現(xiàn)狀是氮素處于較高的水平，即使沒有施氮肥的區(qū)域，也不存在土壤中和植物組織中氮素缺乏的現(xiàn)象(除了有機(jī)質(zhì)含量極低的砂性土壤中)。在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)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(diǎn)，固定利用空氣中的氮素來滿足自身對氮素的需求。從學(xué)術(shù)角度來講，國外的研究者針對如何最大效率的發(fā)揮紫花苜蓿生物固氮效應(yīng)以及在間作或混播中氮素轉(zhuǎn)移開展了大量的研究，而國內(nèi)在這方面的研究很少。目前針對我們糧食增產(chǎn)對化肥的過度依賴以及過度施用化肥導(dǎo)致耕地退化的嚴(yán)峻形勢，如何充分利用豆科植物生物固氮能力，充分發(fā)揮豆科植物的生產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)實(shí)踐中提出有效可行的生產(chǎn)措施。2)闡明在豆科植物與禾本科植物混播中氮素轉(zhuǎn)移機(jī)制，使得在混播中的禾本科植物在不依賴礦質(zhì)氮肥的情況下生長發(fā)育也能不受氮肥的限制。

由于我國80%以上的苜蓿草產(chǎn)品的質(zhì)量仍為三級品(粗蛋白含量14%～16%)[1]，據(jù)此，大部分種植者認(rèn)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(dǎo)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(yán)重。在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)重視磷鉀肥的配施。中量元素中鈣鎂均處于較高水平，個(gè)別地區(qū)缺乏硫元素。大部分微量元素均處于足夠水平，也有個(gè)別地區(qū)缺乏微量元素，但大部分地區(qū)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(chǎn)實(shí)踐中，在重視施入大量元素的同時(shí)，也應(yīng)該重視微量元素的作用。

3.3土壤養(yǎng)分和植物養(yǎng)分與產(chǎn)量的相關(guān)性

在本研究中土壤全磷和速效磷都與產(chǎn)量具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，說明施用磷肥具有顯著的增產(chǎn)效果。雖然土壤速效鉀和全鉀含量與第一茬產(chǎn)草量相關(guān)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(qiáng)度刈割的耐受能力以及越冬能力[22]。有研究認(rèn)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(zhì)移出鉀素26 kg K2O。然而生產(chǎn)者對鉀肥的施用明顯不足，在調(diào)查中僅有13個(gè)樣點(diǎn)施用鉀肥，占26.5%，而在植物組織分析中22個(gè)樣點(diǎn)的植物樣本鉀素處于虧缺狀態(tài)，占總樣本的45%。

植物中P、K、B、Mo含量與紫花苜蓿產(chǎn)量的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，植物S、Mn和Cu含量與苜蓿產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)。表明植物中P、K、B和Mo含量增加可以提高產(chǎn)量，即植物體內(nèi)累積P、K、B、Mo含量越多，紫花苜蓿第一茬干草產(chǎn)量越高，這與劉貴河等[25-26]研究結(jié)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(fā)現(xiàn)紫花苜蓿的產(chǎn)量和硼的施量呈正相關(guān)，但是Chandler等[28]卻報(bào)道施用B肥并沒有顯著影響紫花苜蓿的產(chǎn)量。苜蓿吸收到體內(nèi)的硝酸根必需還原成氨才能合成蛋白質(zhì)，而鉬是硝酸還原酶的成分。同時(shí)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(fā)現(xiàn)隨著鉬肥的增加，紫花苜蓿種子產(chǎn)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(bǔ)充。然而在調(diào)查的49個(gè)樣點(diǎn)中沒有一個(gè)樣點(diǎn)有針對性的施用B肥和Mo肥。

3.4施肥狀況及養(yǎng)分管理措施

在調(diào)研分析中發(fā)現(xiàn)我國紫花苜蓿種植地大多數(shù)是沙地，在進(jìn)行施肥管理時(shí)，受到大田作物肥料管理的影響嚴(yán)重，大多數(shù)苜蓿種植者在苜蓿施肥管理中照搬農(nóng)作物生產(chǎn)施肥模式。調(diào)研的49個(gè)樣點(diǎn)中有18個(gè)樣點(diǎn)沒有進(jìn)行施肥，其中農(nóng)戶大多數(shù)基本不施肥，企業(yè)種植者大多施用氮肥作為提高產(chǎn)量的手段，對有機(jī)肥注視不夠(僅有8個(gè)樣地施用有機(jī)肥)。在肥料施用種類上，部分地區(qū)極重視氮肥，磷鉀施用量不足；部分地區(qū)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(shí)，磷肥重視程度高于鉀肥，調(diào)研的49個(gè)樣點(diǎn)中有20個(gè)明確施用磷肥，占總樣點(diǎn)數(shù)的41%。然而國內(nèi)大量的研究均認(rèn)為磷鉀肥對紫花苜蓿具有顯著的增產(chǎn)提質(zhì)作用[30-32]，但是在我們調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)實(shí)踐中磷鉀肥的應(yīng)用仍然未得到應(yīng)有的重視?？梢?，我們對牧草施肥的研究只停留在研究結(jié)果上，而忽略了如何將研究結(jié)果應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中這一重要環(huán)節(jié)。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(diào)研數(shù)據(jù)中有22個(gè)樣點(diǎn)施用底肥，只有12個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行了追肥。另外，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在我國紫花苜蓿主產(chǎn)區(qū)灌溉區(qū)的產(chǎn)量要遠(yuǎn)高于旱作區(qū)(圖1)，可見水分是紫花苜蓿產(chǎn)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(shí)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(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此在施肥過程中要區(qū)分對待灌溉苜蓿和旱作苜蓿。各區(qū)域的肥料管理特點(diǎn)不同，東北地區(qū)一般不進(jìn)行施肥管理。黃淮海大部分區(qū)域不施用肥料。黃土高原大部分地區(qū)是缺磷、少氮、鉀豐富的土壤，生產(chǎn)上注重氮磷肥的使用。新疆生產(chǎn)上重視氮磷的使用，尤其是氮肥用量較高。在現(xiàn)代化的大型農(nóng)場里，底肥和追肥均以氮肥為主，不太注重有機(jī)肥和鉀肥使用。內(nèi)蒙古地區(qū)由于土壤肥力以及放牧文化的影響，生產(chǎn)上不重視肥料的使用。因此，我們應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)將土壤養(yǎng)分測試結(jié)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(dǎo)紫花苜蓿的生產(chǎn)施肥管理。

我國城鄉(xiāng)居民對肉食品需求的持續(xù)增長導(dǎo)致我國飼料糧的短缺嚴(yán)重影響了我們的糧食安全，而紫花苜蓿因其較高的牧草產(chǎn)量和較好的營養(yǎng)價(jià)值對于填補(bǔ)我們畜牧業(yè)快速發(fā)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(chǎn)量和品質(zhì)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(gè)系統(tǒng)，也做了大量的重復(fù)工作。在施肥的過程中只重視產(chǎn)量的提高，忽略了對品質(zhì)以及家畜健康的影響。如對牧草過量的施肥導(dǎo)致植物體內(nèi)營養(yǎng)元素的積累或者牧草植物體內(nèi)營養(yǎng)元素缺乏是否對家畜生產(chǎn)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(xiàn)出其重要價(jià)值，因此研究牧草施肥要結(jié)合家畜不僅僅要追求高產(chǎn)量，牧草品質(zhì)更是一個(gè)重要的方面。

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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(xiàng)目：國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-35)和公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)苜蓿高效種植技術(shù)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(qiáng). 我國紫花苜蓿主產(chǎn)田土壤養(yǎng)分和植物養(yǎng)分調(diào)查分析. 草業(yè)學(xué)報(bào), 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.