氮肥水平對紫花苜蓿農(nóng)藝性狀及經(jīng)濟(jì)效益的影響

冀 超，殷國梅，劉思博，慕宗杰，薛艷林，李敬忠，馬春梅，張 英，楊風(fēng)蘭，梁葉文

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.阿拉善職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 阿拉善左旗 750306；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)和草原總站，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000；4.赤峰市寧城縣大雙廟鎮(zhèn)人民政府，內(nèi)蒙古 大雙廟 024200）

隨著我國畜牧業(yè)的迅猛發(fā)展，肉、蛋、奶等行業(yè)對優(yōu)質(zhì)牧草的需求量越來越大，苜蓿作為“牧草之王”，在畜牧業(yè)中有著舉足輕重的地位。我國畜牧業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀顯示，苜蓿的產(chǎn)量與品質(zhì)并不能滿足市場需求，供給關(guān)系嚴(yán)重失衡[1]。內(nèi)蒙古自治區(qū)是我國肉、奶生產(chǎn)的重要地區(qū)，發(fā)展紫花苜蓿（Medicago sativa）產(chǎn)業(yè)既可以為該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)帶來顯著增益，又可以為我國畜牧業(yè)的飼草供給做出貢獻(xiàn)。合理施肥可以提高紫花苜蓿產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)，在增加苜蓿種植效益方面具有重要意義[2]。關(guān)于紫花苜蓿施肥的研究，國內(nèi)外學(xué)者先后開展了不同類型的試驗(yàn)，如氮、磷、鉀肥的配施試驗(yàn)，微肥添加處理對紫花苜蓿生產(chǎn)及其性狀的影響試驗(yàn)等，取得了一系列施肥與紫花苜蓿產(chǎn)量、品質(zhì)和生長性能等方面的研究成果[3-6]。由于氮、磷、鉀等元素之間不同配比組成的肥料效應(yīng)受環(huán)境條件的影響很大，不同區(qū)域內(nèi)的土壤理化性狀、氣候條件對紫花苜蓿種植的需肥規(guī)律不盡相同，進(jìn)行針對性研究，尋找符合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件的肥料類別、施肥量、施肥配比、施肥時期及施肥方式，可以為高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)[7]。因此，本研究通過單因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，連續(xù)4年開展紫花苜蓿施肥試驗(yàn)，探究不同氮肥水平對內(nèi)蒙古呼和浩特市托克托縣紫花苜蓿農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)效益的影響，以期為當(dāng)?shù)厣a(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的紫花苜蓿提供參考依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于托克托縣內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院綜合示范基地，地理坐標(biāo)為北緯40°31′29″，東經(jīng)111°20′44″。試驗(yàn)區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶詺夂?，四季分明，日照充足。春天風(fēng)大雨量少，夏季氣溫高雨量大，季節(jié)濕度明顯。秋季時間短且涼爽，冬季時間長且寒冷，寒暑變化劇烈。年均氣溫7.1 ℃，年均無霜期126 d，年均降水量357 mm，海拔為998～1 277 m[8]。土壤類型以草甸土、鹽土、風(fēng)沙土為主，水資源充足[9]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)N0（CK）、N1、N2、N3 處理和N4 處理五個施肥梯度，磷、鉀肥施入量一致，施氮量分別為0、60、90、120、150 kg/hm2。每個處理設(shè)3 次重復(fù)，面積為50 m（25 m×10 m），共設(shè)置15 個小區(qū)。2016年5月13日播種，8月30日刈割，刈割后進(jìn)行施肥。2017—2020年在每年的6月15日和7月20日左右依據(jù)紫花苜蓿初花期時間和天氣情況進(jìn)行刈割。每次刈割后按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行施肥，每個處理具體施肥量及肥料品種見表1。

表1 施肥種類及施肥量 單位：kg/hm2

1.3 測定指標(biāo)和方法

2017—2020年采集紫花苜蓿樣品，分別測定株高、鮮重和干重等指標(biāo)，進(jìn)行莖葉分離，計(jì)算干鮮比、莖葉比及干草產(chǎn)量。

株高：初花期隨機(jī)選擇生長中的植株從地面測量至植株頂端，每小區(qū)隨機(jī)選取10 株。

鮮重：首次刈割在初花期進(jìn)行，第2 次刈割通常在第1 次刈割后60 d 左右進(jìn)行。每個小區(qū)隨機(jī)選取1 m×1 m 樣方，3 次重復(fù)，齊地面刈割。

干重：將測定鮮重的草樣65 ℃烘干48 h 后測干重。

干鮮比：刈割后每個樣方隨機(jī)抽取1 kg 鮮草，經(jīng)過自然風(fēng)干分別測定鮮重和干重，計(jì)算干鮮比。

莖葉比：刈割后每個樣方隨機(jī)抽取1 kg 鮮草，經(jīng)過自然風(fēng)干分別測定葉片重量和莖稈重，計(jì)算莖葉比。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Microsoft Office Excel 2019 軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析整理，并制作圖表。運(yùn)用SPSS 22.0軟件對紫花苜蓿株高、莖葉比、干鮮比和干草產(chǎn)量進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥水平對紫花苜蓿株高的影響

不同氮肥水平下紫花苜蓿株高結(jié)果見圖1。2017年第1 茬，N2 處理平均株高最高，為72.94 cm，CK 平均株高最低，為57.65 cm，N2 處理較CK 提高26.52%，且差異顯著（P＜0.05）；N4、N3、N1 處理較CK 分別提高24.04%、22.60%和16.77%，施肥處理與CK 相比均差異顯著（P＜0.05）；N2、N3、N4 處理間無顯著差異（P＞0.05）。2017年第2 茬，N3 處理平均株高最高，為66.24 cm，CK 為52.38 cm，N3 處理較CK提高26.46%；N3 處理與其他處理差異顯著（P＜0.05）；N4、N2、N1 處理較CK 分別提高11.47%、9.64%和6.22%，N1、N2、N4 處理與CK 相比差異顯著（P＜0.05）；N1、N2、N4 處理間無顯著差異（P＞0.05）。

圖1 不同氮肥水平下紫花苜蓿的株高比較

2018年第1 茬，N3 處理平均株高最高，為126.93 cm，CK 最低，為110.13 cm，N3 處理較CK提高15.25%；N3 處理和N4 處理間無顯著差異（P＞0.05），但與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05）；N4、N2、N1 處理較CK 分別提高11.80%、2.91%和2.72%；CK、N1、N2 處理間均無顯著差異（P＞0.05）。2018年第2 茬，N3 處理平均株高最高，為112.64 cm，CK 最低，為92.84 cm，N3 處理較CK 提高21.33%；N4、N1、N2 處理較CK 分別提高18.75%、2.75%和0.44%；N3、N4 處理與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05），CK、N1、N2 處理間無顯著差異（P＞0.05）。

2019年第1 茬，N3 處理平均株高最高，為105.71 cm，CK 最低，為86.62 cm，N3 處理較CK 提高22.04%；N3 處理與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05）；N4、N1、N2 處理較CK 分別提高7.97%、7.48%和5.11%，且與CK 存在顯著差異（P＜0.05）；N1、N2、N4 處理間無顯著差異（P＞0.05）。2019年第2 茬，N3 處理平均株高最高，為83.34 cm，CK 最低，為70.11 cm，N3 處理較CK 提高18.87%；N3、N1 處理與其他處理存在顯著差異（P＜0.05），N1 和N3 處理間無顯著差異（P＞0.05）；N1、N4、N2 處理較CK 分別提高13.03%、10.50%和1.93%；N4 處理與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05）；CK 和N2 處理間無顯著差異（P＞0.05）。

2020年第1 茬，N3 處理平均株高最高，為76.53 cm，CK 最低，為73.61 cm，N3 處理較CK 提高3.97%；N4、N2、N1 處理較CK 分別提高3.22%、1.29%和0.37%；各處理間均無顯著差異（P＞0.05）。2020年第2 茬，N2 處理平均株高最高，為72.68 cm，CK 最低，為68.03 cm，N2 處理較CK 提高6.84%，N2 處理和CK 差異顯著（P＜0.05）；N4、N3、N1 處理較CK 分別提高6.41%、5.14%和1.68%，N2、N3、N4處理與CK、N1 處理存在顯著差異（P＜0.05），N2、N3、N4 處理間無顯著差異（P＞0.05），CK、N1 處理間無顯著差異（P＞0.05）。

綜上所述，所有施肥處理的株高高于CK，表明施氮肥可促進(jìn)紫花苜蓿的生長。N3 處理下的平均株高在2017—2020年均表現(xiàn)最好，生長第3年達(dá)到峰值。

2.2 不同氮肥水平對紫花苜蓿莖葉比的影響

不同氮肥水平下紫花苜蓿莖葉比結(jié)果見表2。2017年第1 茬，N4 處理的莖葉比最大，為1.32；N1 處理的莖葉比最小，為1.28；N4、CK、N3 處理間差異不顯著（P＞0.05），N1、N2 處理間無顯著差異（P＞0.05），CK、N3、N4 處理與N1、N2 處理存在顯著差異（P＜0.05）。2017年第2 茬，N1 處理的莖葉比最大，為1.28；N3 處理的最小，為1.18；CK 和N1 處理間無顯著差異（P＞0.05），N2、N3、N4 處理間無顯著差異（P＞0.05），CK、N1 處理與N2、N3、N4 處理存在顯著差異（P＜0.05）。

表2 不同施肥水平紫花苜蓿莖葉比

2018年第1 茬，CK 的莖葉比最大，為1.29；N4 處理的莖葉比最小，為1.23；CK 與其他處理存在顯著差異（P＜0.05）；N1、N2、N3 處理與N4 處理存在顯著差異（P＜0.05），N1、N2、N3 處理無顯著差異（P＞0.05）。2018年第2 茬，CK 的莖葉比最大，為1.28；N1 處理和N3 處理的莖葉比最小，為1.23；CK 與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05），N1、N2、N3、N4 處理間均無顯著差異（P＞0.05）。

2019年第1 茬，N1 處理的莖葉比最大，為1.30；N3 處理的最小，為1.23；CK 與N1 處理無顯著差異（P＞0.05）；N2、N3、N4 處理間無顯著差異（P＞0.05），CK、N1 處理與N2、N3、N4 處理存在顯著差異（P＜0.05）。2019年第2 茬，N1 處理的莖葉比最大，為1.28；N2 處理的莖葉比最小，為1.21；CK、N1、N3、N4 處理均無顯著差異（P＞0.05），但與N2 處理均存在顯著性差異（P＜0.05）。

2020年第1 茬，CK 的莖葉比最大，為1.25；N2 處理的莖葉比最小，為1.14；CK、N1、N3 處理間無顯著差異（P＞0.05），N2、N4 處理間無顯著差異（P＞0.05），CK、N1、N3 處理與N2、N4 處理存在顯著差異（P＜0.05）。2020年第2 茬，CK 的莖葉比最大，為1.25；N3 處理的莖葉比最小，為1.13；CK 與N1 處理、N2 處理與N4 處理間無顯著差異（P＞0.05），CK、N1 處理與其他處理存在顯著差異（P＜0.05），N2、N4 處理與其他處理存在顯著差異（P＜0.05）。

綜上所述，不同年份、不同茬次施肥處理的莖葉比差異明顯，CK 的莖葉比與施氮肥處理相比較高，說明施氮肥可增加植株的葉量，提高飼草品質(zhì)。

2.3 不同氮肥水平對紫花苜蓿干鮮比的影響

不同氮肥水平下紫花苜蓿干鮮比結(jié)果見表3。2017年第1 茬，CK 的干鮮比最大，為0.33；N2 處理的干鮮比最小，為0.27；CK、N1、N3 處理無顯著差異（P＞0.05），N2 處理和N4 處理間差異顯著（P＜0.05），與CK、N1、N3 處理間存在顯著差異（P＜0.05）。2017年第2 茬，CK 的干鮮比最大，為0.31；N1 處理和N2 處理的干鮮比最小，為0.28；CK 與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05）；N1、N3、N4 處理間無顯著差異（P＞0.05），但與N2 處理存在顯著差異（P＜0.05）。

表3 不同施肥水平紫花苜蓿干鮮比

2018年第1 茬，CK 的干鮮比最大，為0.28；N2 處理的干鮮比最小，為0.24；N2 處理與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05），其他處理間均無顯著差異（P＞0.05）。2018年第2 茬，N1 和N4 處理干鮮比最大，均為0.27；N2 處理的干鮮比最小，為0.23；N2 處理與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05），其他處理間均無顯著差異（P＞0.05）。

2019年第1 茬，CK 的干鮮比最大，為0.37；N2 處理的干鮮比最小，為0.32；CK、N4 處理與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05）；N1、N2、N3 處理間無顯著差異（P＞0.05）。2019年第2 茬，CK 的干鮮比最大，為0.33；N2 處理的干鮮比最小，為0.28；CK、N4 處理與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05），N1、N2、N3 處理間均無顯著差異（P＞0.05）。

2020年第1 茬，CK 的干鮮比最大，為0.34；N3 處理的干鮮比最小，為0.26；CK 與其他處理間均存在顯著差異（P＜0.05），N1、N2、N4 處理與N3 處理間存在顯著差異（P＜0.05），N1、N2、N4 處理間無顯著差異（P＞0.05）。2020年第2 茬，CK 的干鮮比最大，為0.33；N4 處理的干鮮比最小，為0.27；CK 與其他處理均存在顯著差異（P＜0.05），其他處理間均無顯著差異（P＞0.05）。

綜上所述，CK 的干鮮比表現(xiàn)較好，施肥處理的干鮮比均低于CK，不同施氮水平可能會對紫花苜蓿干鮮比產(chǎn)生一定負(fù)效應(yīng)。

2.4 不同氮肥水平對紫花苜蓿干草產(chǎn)量的影響

由圖2 可知，2017年，N3處理的干草產(chǎn)量最高，為20 389.97 kg/hm2；CK 的干草產(chǎn)量最低，為11 929.01 kg/hm2；N3 處理較CK 增產(chǎn)70.93%，N3 處理與CK 間存在顯著差異（P＜0.05）；N2、N4、N1 處理的干草產(chǎn)量較CK 分別增加了60.00%、52.38%和15.16%；N4 處理與其他處理間存在顯著差異（P＜0.05）；N2 處理與N3 處理、CK 與N1 處理差異不顯著（P＞0.05）。2018年，N3 處理的干草產(chǎn)量最高，為38 996.84 kg/hm2；CK 的干草產(chǎn)量最低，為20 969.79 kg/hm2；N3 處理較CK 增產(chǎn)85.97%；N3 處理與其他處理間差異顯著（P＜0.05）；N2、N4、N1 處理的干草產(chǎn)量較CK 分別增加了60.52%、59.53%和36.31%；N2、N4 處理間差異不顯著（P＞0.05），N2、N4處理與其他處理存在顯著差異（P＜0.05），N1 處理與CK 間差異顯著（P＜0.05）。2019年，N3 處理的干草產(chǎn)量最高，為23 127.53 kg/hm2；CK 的干草產(chǎn)量最低，為14 409.09 kg/hm2；N3 處理較CK 增產(chǎn)60.51%；N4、N2、N1 處理較CK 分別增產(chǎn)49.21%、42.53%和14.63%；N2、N3、N4 處理與N1 處理、CK 存在顯著差異（P＜0.05），N2、N3、N4 處理間差異不顯著（P＞0.05）。2020年，N1 處理的干草產(chǎn)量最高，為14 004.96 kg/hm2；CK 的干草產(chǎn)量最低，為13 051.20 kg/hm2；N1 處理較CK 增產(chǎn)7.31%；N3、N2、N4 處理較CK 分別增產(chǎn)7.23%、3.47%和0.48%；各處理間差異不顯著（P＞0.05）。統(tǒng)計(jì)2017—2020年不同施肥處理下各小區(qū)干草總產(chǎn)量，N3 處理的干草總產(chǎn)量最高，為96 509.24 kg/hm2；CK 的干草總產(chǎn)量最低，為60 359.08 kg/hm2；N3 處理較CK 增產(chǎn)59.89%；N3 處理與各處理均存在顯著差異（P＜0.05）；N2 處理與N4 處理間無顯著差異（P＞0.05），但與其他處理存在顯著差異（P＜0.05）；N1 處理與CK 存在顯著差異（P＜0.05）。

圖2 不同施肥水平對紫花苜蓿干草產(chǎn)量的影響

綜上所述，所有施肥處理的干草總產(chǎn)量高于CK，表明施氮肥對增加紫花苜蓿干草產(chǎn)量具有顯著影響，4年累計(jì)干草產(chǎn)量排序?yàn)椋篘3＞N2＞N4＞N1＞N0（CK）。

2.5 經(jīng)濟(jì)效益分析

由表4 可知，在其他投入相同、肥料投入有差異的前提下，2017—2020年施肥處理較不施肥總產(chǎn)值累計(jì)增加2.62 萬～7.59 萬元/hm2，純收入增加2.55 萬～7.44 萬元/hm2，與CK 相比差異顯著（P＜0.05）。其中，N3 處理的純收入最高，為16.75 萬元/hm2，比對照增收7.44 萬元/hm2。結(jié)果表明，施肥可以顯著提高紫花苜蓿生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

表4 2017—2020年經(jīng)濟(jì)效益分析

3 結(jié)論與討論

植株高度通常能夠反映植物的生長發(fā)育狀況，是衡量生產(chǎn)性能最直接的指標(biāo)[10]。王亞玲等[11]通過通徑分析，探討了生長高度等農(nóng)藝性狀對產(chǎn)量的影響，得出紫花苜蓿株高對產(chǎn)量的直接貢獻(xiàn)率最大的結(jié)論。耿慧等[12]通過紫花苜蓿株高等農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的相關(guān)分析得出，株高是影響紫花苜蓿干草產(chǎn)量的最重要因素，其他農(nóng)藝性狀對干草產(chǎn)量的作用較弱。本試驗(yàn)中，N3 處理的株高表現(xiàn)最好，當(dāng)?shù)仕竭_(dá)到120 kg/hm2（N3）時，紫花苜蓿株高達(dá)最高值，為126.93 cm。在氮肥水平到達(dá)N3 水平之前，隨著施氮量的增加，紫花苜蓿的株高也會增加，此結(jié)果與成紅等[13]對紫花苜蓿追施適宜氮肥能夠提高株高的試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

莖葉比是衡量紫花苜蓿品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。紫花苜蓿葉片中的蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)含量均比莖稈高得多，營養(yǎng)價值要高于莖稈，適口性也較好[14]。莖葉比越大，植株的木質(zhì)素和纖維素等物質(zhì)的含量就會增加，從而影響家畜的采食；莖葉比越小，葉片所占比例就越大，植株內(nèi)營養(yǎng)成分的含量就會越高，品質(zhì)就會提高[15]。本試驗(yàn)中，施氮處理的莖葉比小于對照，這與李星月等[16]得出的較高水平施氮量能夠減小紫花苜蓿莖葉比的試驗(yàn)結(jié)果相似。由于影響莖葉比的限制因素較多[17-18]，本研究結(jié)果與張杰等[19]、COLLINS[20]和KNAPP 等[21]研究的施氮肥對紫花苜蓿莖葉比會產(chǎn)生負(fù)作用，韓淑芳[22]研究的施氮肥對紫花苜蓿的莖葉比沒有顯著作用，品種是影響莖葉比的最大因素的結(jié)果不一致。這可能與地理區(qū)系、土壤水分、田間管理方式等因素影響有關(guān)，試驗(yàn)結(jié)果仍有待研究。

干鮮比能夠反映牧草的利用價值和干物質(zhì)積累程度[23]。一般來說，紫花苜蓿的干鮮比可直接反映其品質(zhì)的優(yōu)良程度，二者呈正相關(guān)關(guān)系[24]。干鮮比越高的植株，干物質(zhì)的含量越多、適口性越好[25]。本試驗(yàn)中，對照的干鮮比高于施肥處理，但干鮮比沒有明顯的變化規(guī)律，這與李星月等[16]研究的適量氮肥會對紫花苜蓿干鮮比產(chǎn)生正效應(yīng)，少量或過量氮肥則會帶來負(fù)效應(yīng)的結(jié)論相似。張桂蘭等[26]研究表明，紫花苜蓿會受氮肥影響，施氮會對其干鮮比產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

干草產(chǎn)量是紫花苜蓿農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)效益最重要的表現(xiàn)[27-30]。本試驗(yàn)中，5年刈割的紫花苜蓿累計(jì)干草總產(chǎn)量依次為N3＞N2＞N4＞N1＞N0（CK），N3 處理總產(chǎn)量為96 509.24 kg/hm2，比對照增產(chǎn)59.89%，增加收入7.44 萬元/hm2。干草產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，當(dāng)施氮量達(dá)到120 kg/hm2（N3）時產(chǎn)量最高，之后干草產(chǎn)量呈降低趨勢，這與劉貴河等[30]、成紅等[31]、范富等[32]研究的紫花苜蓿產(chǎn)量隨著施氮量增加呈正相關(guān)關(guān)系，但達(dá)到一定水平后紫花苜蓿產(chǎn)量會有所下降的結(jié)果基本一致，也與紫花苜蓿的株高和產(chǎn)量大體呈正相關(guān)趨勢一致[33]。這可能與紫花苜蓿具有固氮能力有關(guān)，若過多施用氮肥，會使紫花苜蓿喪失部分固氮能力[34]。