西北荒漠灌區(qū)覆膜對紫花苜蓿農(nóng)藝性狀和營養(yǎng)價值的影響

李玉珠， ， ， *，

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省草原技術(shù)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(yōu)質(zhì)牧草，具有產(chǎn)量高、營養(yǎng)價值豐富、適口性好等優(yōu)點，是我國半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)環(huán)境建設(shè)和人工草地建植的首選草種之一[1-2]。西北荒漠灌區(qū)是我國苜蓿種植較集中的地區(qū)，但該地區(qū)氣候干燥，降水稀少(年平均降水量在50～200mm之間)，且該地區(qū)土壤瘠薄化、鹽漬化較為普遍[3-5]，導(dǎo)致苜蓿出苗率低、生長緩慢、返青遲，造成草產(chǎn)量低，嚴重制約了當?shù)匦竽翗I(yè)經(jīng)濟的發(fā)展、影響農(nóng)民收入[6]。鑒于此，發(fā)掘適宜的覆膜穴播種植技術(shù)能為苜蓿人工草地的建植提供技術(shù)支撐，對促進該地區(qū)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

大量實踐表明，地膜覆蓋栽培已成為提高作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)、發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)和節(jié)水農(nóng)業(yè)的一項突破性技術(shù)[7]?？芙瓭齕8]等研究表明在西北黃土高原區(qū)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(chǎn)量并有效改善干草的品質(zhì)。魚小軍[9-10]等研究發(fā)現(xiàn)在天祝高寒牧區(qū)壟溝覆膜極大的提高了苜蓿產(chǎn)量、根系生物量和根系表面積；在甘南高寒區(qū)溝壟覆黑膜提高了苜蓿種植當年的株高、干草產(chǎn)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(qū)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(chǎn)量。雖然覆膜種植已被廣泛應(yīng)用于干旱、半干旱地區(qū)，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(guān)于西北荒漠灌區(qū)覆膜對連作紫花苜蓿農(nóng)藝性狀及營養(yǎng)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(qū)，自2012年楊柳青公司采用地膜覆蓋穴播技術(shù)種植紫花苜蓿，經(jīng)過3年的田間觀察，研究發(fā)現(xiàn)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(nóng)業(yè)性狀(株高、干草產(chǎn)量、莖葉比和干鮮比)及營養(yǎng)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(qū)紫花苜蓿覆膜栽培技術(shù)的實際應(yīng)用提供依據(jù)，為西北荒漠灌區(qū)建立優(yōu)質(zhì)紫花苜蓿人工草地奠定基礎(chǔ)，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(zhèn)，北緯37°30′、東經(jīng)103°15′，平均海拔1 519 m。氣候?qū)贉貛Т箨懶詺夂颍昶骄鶜鉁?.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(fā)量2 000.6 mm。該地區(qū)具干旱、多風(fēng)、蒸發(fā)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(shè)計

本試驗以不覆膜(control，CK)為對照，覆膜(film mulching，F(xiàn)M)為處理，采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，小區(qū)面積均為1畝，各處理重復(fù)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(fēng)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(xù)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(nóng)藝性狀指標測定 株高(cm)：每茬草初花期測產(chǎn)前，每個小區(qū)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(chǎn)量(kg·m-2)：每茬草初花期，每個小區(qū)隨機取樣1 m2，重復(fù)3次，齊地刈割后稱重，取其平均值。

干草產(chǎn)量(kg·畝-2)：將鮮草樣品風(fēng)干24 h后，置于烘箱中，65℃烘干至恒重測干重，每個處理重復(fù)3次，根據(jù)1 m2鮮草產(chǎn)量推算苜蓿干草產(chǎn)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(fù)3次，取其平均值[17]。

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

1.4.2營養(yǎng)成分相關(guān)指標測定 初花期刈割時每個小區(qū)隨機取樣500 g，放在實驗室風(fēng)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(luò)合法測定，磷(phosphorus，P)采用鉬酸銨比色法[18]。每個處理重復(fù)3次，將每茬草的平均值進行分析。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理，并采用SPSS 16.0軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆膜對紫花苜蓿農(nóng)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(xiàn)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(chǎn)量是衡量牧草生產(chǎn)性能和經(jīng)濟性能的指標。如圖2所示，隨著種植年限的增加，F(xiàn)M與CK的干草年總產(chǎn)量呈先下降后上升的變化趨勢，2齡苜蓿FM的干草年總產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量的變化均呈先升后降，最高值出現(xiàn)在第2茬。3齡苜蓿第4茬草FM的干草產(chǎn)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(chǎn)量，但與CK差異不顯著。

圖2 覆膜對紫花苜蓿干草產(chǎn)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，F(xiàn)M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(xiàn)在第3茬，3齡苜蓿干鮮比的最高值出現(xiàn)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，F(xiàn)M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(xiàn)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)，F(xiàn)M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(yǎng)成分的影響

覆膜對紫花苜蓿營養(yǎng)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，F(xiàn)M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，F(xiàn)M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(xiàn)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，F(xiàn)M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(xiàn)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(jié)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，F(xiàn)M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(jié)論

地膜覆蓋作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中協(xié)調(diào)水熱資源的重要栽培措施之一，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了極大的經(jīng)濟效益。李玉明[19]等研究表明覆膜栽培能提高玉米單產(chǎn)，達到增產(chǎn)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(fā)，集雨保墑效果明顯，增加了土壤含水量，顯著提高經(jīng)濟產(chǎn)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(tài)環(huán)境條件，影響它的生長發(fā)育以及產(chǎn)量。尹國麗[22]等研究發(fā)現(xiàn)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(chǎn)量。魚小軍[10]等研究得出在甘南高寒區(qū)覆膜種植可以顯著提高苜蓿的株高、主莖粗和干草產(chǎn)量，并且能提高越冬率。王可[23]等研究表明覆膜方式烤煙農(nóng)藝性狀的影響與土壤類型有密切關(guān)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(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)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(xué)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(yǎng)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(zhì)就越好[27]。Ca不僅是植物所必需的營養(yǎng)元素之一，而且作為植物細胞內(nèi)第二信使，與鈣調(diào)素結(jié)合，調(diào)節(jié)多種酶的活性和細胞功能，在植物抗旱性中發(fā)揮著重要作用[28]。P是植物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素，參與植物體內(nèi)各種生物化學(xué)過程，對促進植物的生長發(fā)育和新陳代謝起著非常重要的作用。FM對紫花苜蓿品質(zhì)有一定的影響?？芙瓭齕8]等研究發(fā)現(xiàn)覆膜能促進苜蓿營養(yǎng)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(zhì)。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(chǎn)量、干鮮比及莖葉比等農(nóng)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(yǎng)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(qū)紫花苜蓿覆膜栽培技術(shù)提供了參考依據(jù)。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(qū)，覆膜種植紫花苜蓿的相關(guān)研究及推廣工作相對較少，因此對于覆膜栽培在該地區(qū)對紫花苜蓿增產(chǎn)作用及機制、品質(zhì)影響的依據(jù)有待于進一步研究。