施磷水平對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

劉忠國(guó)，高 凱，黃佳媛，叢龍麗，劉之浩，楊 寧，盧 軒

（1.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028043；2.通遼市科爾沁左翼中旗科爾沁濕地公園管護(hù)中心豐庫(kù)牧場(chǎng)，內(nèi)蒙古 通遼 029300；3.通遼市科爾沁左翼中旗林業(yè)和草原工作站，內(nèi)蒙古 通遼 029300）

紫花苜蓿（Medicago sativaL.）是我國(guó)種植歷史悠久、經(jīng)濟(jì)效益高、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富的飼用牧草。由于天然草地退化，草地畜牧業(yè)飼料供應(yīng)不足，導(dǎo)致草畜發(fā)展不平衡，人工種植牧草成為解決草畜矛盾的主要措施[1］，在畜牧業(yè)的生產(chǎn)和生態(tài)建設(shè)中發(fā)揮重大作用[2］。

肥料在紫花苜蓿生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)揮重要的作用，是增加紫花苜蓿產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，同時(shí)，對(duì)紫花苜蓿的生長(zhǎng)發(fā)育、代謝及各種生理活動(dòng)產(chǎn)生重要影響[3-4］。磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要元素之一[5］，參與植物光合作用中的光合磷酸化及碳水化合物的合成及轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。紫花苜蓿是喜磷作物，因其具有較好的抗逆性，多建植于西北等土壤貧瘠的地區(qū)，所以，磷成為限制苜蓿生長(zhǎng)的重要影響因素，苜蓿產(chǎn)量也因?yàn)榱姿氐娜狈Χ鴤涫芟拗芠6-7］。如何提高紫花苜蓿的產(chǎn)量和品質(zhì)是學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，近年來(lái)，為提高紫花苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)，科研工作者們做了大量研究。其中，何飛等[8］通過(guò)對(duì)紫花苜蓿施加不同配比的氮、磷、鉀肥來(lái)研究不同肥料配比對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施磷對(duì)苜蓿產(chǎn)量的影響最大，在一定范圍內(nèi)隨著氮、磷、鉀配施量的增加紫花苜蓿的產(chǎn)量和品質(zhì)顯著增加，但過(guò)量施肥會(huì)降低紫花苜蓿的品質(zhì)。有研究表明，適宜的灌水和施肥能顯著提高紫花苜蓿的株高、生長(zhǎng)速率，有利于光合產(chǎn)物的積累和產(chǎn)量的增加，且在苜蓿缺乏水分和肥料時(shí)進(jìn)行施肥和灌水能提高苜蓿對(duì)水分和肥料的利用效率[9］。張永亮等[10］以豆禾混播草地為研究對(duì)象，進(jìn)行不同肥料配施和不同混播比例的處理，研究發(fā)現(xiàn)，不同氮、磷、鉀肥的配施和混播比例均能顯著提高豆禾混播草地的產(chǎn)草量和牧草品質(zhì)，但過(guò)量施入肥料不會(huì)增加牧草產(chǎn)量，超過(guò)一定范圍后會(huì)降低其產(chǎn)量。苜蓿單施磷肥的研究目前較少，針對(duì)上述情況，筆者通過(guò)設(shè)置不同施磷水平單因素試驗(yàn)，對(duì)紫花苜蓿的株高、莖粗、地上生物量、地下生物量、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗蛋白和粗脂肪等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)根冠比、莖葉比、相對(duì)飼用價(jià)值進(jìn)行計(jì)算，探討施磷量對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，為苜蓿的高產(chǎn)栽培提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 供試紫花苜蓿品種為騎士T，由北京佰青源畜牧業(yè)科技發(fā)展有限公司提供。磷肥用磷酸二氫鈉（NaH2PO4分析純）。培養(yǎng)基質(zhì)為蛭石與田間沙土（沙土取自科技園區(qū)0~20 cm耕作層，帶回實(shí)驗(yàn)室后用蒸餾水沖洗后晾干，0.5 mm過(guò)篩，去除根茬等雜物，土壤充分混勻）1∶1混合進(jìn)行培養(yǎng)，花盆規(guī)格為上內(nèi)直徑35 cm，下內(nèi)直徑30 cm，高30 cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 盆栽試驗(yàn)設(shè)0、5.2、10.4、15.6、20.8 g·m-2NaH2PO4共5 個(gè)施磷水平（藥品：NaH2PO4分析純），分別用P0、P5、P10、P15、P20表示。采用單因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，共5個(gè)處理，每個(gè)處理8次重復(fù)，總計(jì)40盆。磷肥一次性施入，于2021年5月3日進(jìn)行試驗(yàn)處理，每盆播種量為60粒，出苗后定株，每盆30株。出苗后每5 d每盆澆灌500 mL無(wú)磷營(yíng)養(yǎng)液（以Hogland營(yíng)養(yǎng)液為基礎(chǔ)配制營(yíng)養(yǎng)液[11］，營(yíng)養(yǎng)液成分為大量元素：4 mmol·L-1Ca（NO3）2·4H2O，2 mmol·L-1MgSO4·7H2O，6 mmol·L-1KNO3，0.57 mmol·L-1NH4Cl；微量元素：42 μmol·L-1H3BO3，9 μmol·L-1MnSO4·H2O，1 μmol·L-1ZnSO4·7H2O，0.1 μmol·L-1Na2MoO4·2H2O，0.3 μmol·L-1CuSO4·5H2O；鐵鹽：0.1 mmol·L-1Fe-Na2-EDTA；用0.1 mmol·L-1HCI和KOH 調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)液的pH為6.0~6.3）。

1.3 測(cè)定內(nèi)容及方法 地上生物量：初花期齊盆土刈割后，將地上部分進(jìn)行莖葉分離，放入烘箱105 ℃殺青15 min，75 ℃烘干至恒重后稱重。折算成每平方米的生物量。地下生物量（第二茬地下生物量）：用清水將整盆根部清洗干凈，放入烘箱105 ℃殺青15 min，75 ℃烘干至恒重后稱重。折算成每平方米的生物量。株高：每次刈割之前在每盆內(nèi)隨機(jī)選取5株測(cè)定株高。莖粗：將地上部分與地下部分分離后，用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖稈基部的莖粗。粗蛋白（crude protein，CP）：凱氏定氮法測(cè)定[12］。中性洗滌纖維（neutral de?tergent fiber，NDF）、酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）：范氏洗滌纖維法測(cè)定[12］。粗脂肪（ether ex?tract，EE）：乙醚浸提法[13］測(cè)定。

1.4 相關(guān)計(jì)算 莖葉比＝莖生物量/葉生物量；根冠比＝地下生物量/地上生物量；地上總生物量：第一茬地上生物量+第二茬地上生物量；總生物量：地上總生物量+第二茬地下生物量；牧草相對(duì)飼用價(jià)值RFV=（88.9-0.779ADF）×（120/NDF）/1.29[14］（NDF：中性洗滌纖維，ADF：酸性洗滌纖維）。1.5 數(shù)據(jù)分析 利用Microsoft Excel 2019和DPS 7.05軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施磷對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)量的影響 隨施磷水平的增加，紫花苜蓿地上總生物量和總生物量呈現(xiàn)出逐漸升高的變化規(guī)律，最大值出現(xiàn)在P20處理，分別為1 159.51 g·m-2和1 655.53 g·m-2。地上總生物量各處理間均差異顯著（P<0.05）；總生物量的P20顯著高于P0、P5、P10處理（P<0.05），與P15處理差異不顯著，P0、P5、P10處理間差異顯著（P<0.05）；隨施磷水平的增加，地下生物量呈先升高后降低再升高再降低的變化趨勢(shì)，最大值在P15處理，顯著高于P0、P5、P10處理（P<0.05），與P20處理差異不顯著。見(jiàn)圖1。

圖1 施磷水平對(duì)紫花苜蓿生物量的影響Fig. 1 Effect of phosphorus application level on alfalfa biomass

2.2 施磷對(duì)紫花苜蓿株高和莖粗的影響 隨施磷水平的增加，苜蓿第一、第二茬株高呈先升高后降低趨勢(shì)；最大值均出現(xiàn)在P15處理，與P10、P20差異不顯著，顯著高于P0、P5處理（P<0.05）；最小值出現(xiàn)在P0處理，顯著低于P5處理（P<0.05）。見(jiàn)圖2。

圖2 施磷水平對(duì)紫花苜蓿株高的影響Fig. 2 Effect of phosphorus application level on plant height of alfalfa

苜蓿第一茬莖粗隨施磷量的增加，呈先升高后降低再升高趨勢(shì)；最大值出現(xiàn)在P20 處理，顯著高于P0、P5、P15 處理（P<0.05），與P10 處理差異不顯著；最小值出現(xiàn)在P0 處理，顯著低于P5 和P15 處理（P<0.05）。隨施磷量的增加，第二茬莖粗呈先升高后降低趨勢(shì)；最大值為P15處理，與P20處理無(wú)顯著差異，顯著高于P0、P5、P10處理（P<0.05）；最小值為P0處理，顯著低于P5和P10處理（P<0.05），P5處理顯著低于P10處理（P<0.05）。見(jiàn)圖3。

圖3 施磷水平對(duì)紫花苜蓿莖粗的影響Fig. 3 Effect of phosphorus application level on stem thickness of alfalfa

2.3 施磷對(duì)紫花苜蓿根冠比和莖葉比的影響 隨施磷水平的增加，第一茬根冠比呈先降低后升高再降低趨勢(shì)；最大值出現(xiàn)在P0，顯著高于其他處理（P<0.05），P5、P10、P15處理間差異不顯著；第一茬莖葉比隨施磷量的增加，各處理間無(wú)顯著差異。見(jiàn)圖4。

圖4 施磷水平對(duì)紫花苜蓿第一茬根冠比和莖葉比的影響Fig. 4 Effect of phosphorus application level on the rootshoot ratio and stem-leaf ratio in the first stubble of alfalfa

第二茬根冠比隨施磷量的增加逐漸降低；最大值出現(xiàn)在P0 處理，顯著高于P10、P15、P20 處理（P<0.05），與P5處理無(wú)顯著差異；隨施磷水平的增加，第二茬莖葉比呈先升高后降低再升高趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在P10處理，顯著高于P0處理（P<0.05），與P5、P15、P20處理差異不顯著；最小值出現(xiàn)在P0處理，與P5、P15、P20處理差異不顯著。見(jiàn)圖5。

圖5 施磷水平對(duì)紫花苜蓿第二茬根冠比和莖葉比的影響Fig. 5 Effect of phosphorus application level on the root-shoot ratio and stem-leaf ratio in the second stubble of alfalfa

2.4 施磷對(duì)紫花苜蓿品質(zhì)的影響 施磷對(duì)紫花苜蓿葉片和莖桿營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響見(jiàn)表1。

表1 施磷對(duì)紫花苜蓿葉片和莖稈營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響Tab. 1 Effect of phosphorus application on nutritional quality of alfalfa leaves and stems %

第一茬葉片的ADF、NDF、EE、CP 和第二茬葉片的EE 隨施磷水平的增加無(wú)顯著差異。第二茬葉片ADF隨施磷水平的增加而先升高后降低，最大值出現(xiàn)在P10處理，顯著高于P0、P5處理（P<0.05）；第二茬葉片NDF隨施磷水平的增加而先降低后升高再降低，最大值在P0處理，顯著高于P5處理（P<0.05）；第二茬葉片CP隨施磷水平的增加，呈先降低后升高趨勢(shì)，最大值在P0處理，顯著高于其他處理（P<0.05）。 第一、第二茬莖稈的ADF、NDF隨施磷水平的增加而逐漸增加，第一茬莖稈ADF、NDF的P10、P15、P20處理顯著高于P0、P5 處理（P<0.05），P5 處理顯著高于P0 處理（P<0.05）；第二茬莖稈的ADF、NDF 的最小值均出現(xiàn)在P0處理，且最小值顯著低于其他各處理（P<0.05），第二茬莖稈NDF的P15、P20處理顯著高于P5處理（P<0.05）；隨施磷水平的增加，第一茬莖稈CP和第二茬莖稈EE呈先降低后升高再降低趨勢(shì)，最大值在P0處理，顯著高于其他各處理（P<0.05）；第二茬莖稈CP隨著施磷水平的增加，呈先降低后升高趨勢(shì)，最大值在P0處理，顯著高于其他處理（P<0.05）。

2.5 施磷對(duì)紫花苜蓿飼用價(jià)值的影響 隨施磷量的增加，第二茬葉片的飼用價(jià)值呈先升高后降低再升高趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在P5 處理下，顯著高于P0、P15 處理（P<0.05），與P10、P20 處理差異不顯著；莖稈第一、第二茬飼用價(jià)值隨施磷量的增加而逐漸降低，P0顯著高于其他各處理（P<0.05），P5顯著高于P15、P20處理（P<0.05），P10、P15、P20處理間差異不顯著，第二茬P5、P10處理間無(wú)顯著差異，而第一茬P5顯著高于P10處理（P<0.05）。見(jiàn)表2。

表2 施磷對(duì)紫花苜蓿相對(duì)飼用價(jià)值的影響Tab. 2 Effect of phosphorus application on relative feeding value of alfalfa

3 討論與結(jié)論

磷是植物細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和ATP的重要組成成分，對(duì)維持植物正常代謝及生理生化過(guò)程起到至關(guān)重要的作用。豆科作物對(duì)磷尤其敏感，隨著施磷量的增加，豆科作物根瘤數(shù)量有所增加，大小有所提升，固氮作用有所提高，起到了以磷促氮的作用[15］，但施入過(guò)量磷肥會(huì)對(duì)苜蓿生物量產(chǎn)生一定的抑制作用。生物量是衡量植物光合作用有機(jī)產(chǎn)物積累量及生產(chǎn)性能的重要指標(biāo)[16］。武際等[17］、李慧杰等[18］研究表明，合理配施氮、磷、鉀肥不僅明顯增加土壤中的有效磷和速效鉀含量，還能顯著提高土壤酶活性及土壤養(yǎng)分。柴穎等[19］、吳啟華等[20］研究表明，適宜的氮、磷配比能促進(jìn)玉米各生育時(shí)期的光合產(chǎn)物積累、養(yǎng)分的吸收及利用，增加玉米產(chǎn)量。有研究表明，各參試因子對(duì)紅小豆產(chǎn)量影響順序的大小表現(xiàn)為磷肥>氮肥>鉀肥，在紅小豆的生產(chǎn)栽培中應(yīng)重視磷肥和氮肥的施用，以期得到較高產(chǎn)量[21］。本研究結(jié)果表明，隨著施磷量的增加，苜蓿地上總生物量和總生物量的最大值均出現(xiàn)在P20處理，總生物量的P20處理與P15處理間無(wú)顯著差異，地下生物量最大值在P15處理，這與前人研究結(jié)果[22］較為一致，進(jìn)一步證實(shí)了適量施入磷肥會(huì)增加苜蓿根系對(duì)土壤養(yǎng)分及水分的吸收、利用和轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)地上部分光合產(chǎn)物的累積，進(jìn)而提高苜蓿生物量。

株高是重要的生物產(chǎn)量因子之一[23］。曾蕾等[24］研究表明，隨施磷量的增加，植株的株高和莖圍都會(huì)增加。葉片是植物光合作用的主要器官，其大小直接決定光合作用的強(qiáng)弱及有機(jī)物的積累速率。趙海霞等[25］研究表明，施磷會(huì)促進(jìn)苦蕎的葉面積和葉片數(shù)的增加。惠薇等[26］研究表明，藜麥（Chenopodium qui?noa）的莖粗及生物量隨施磷量的增加，呈先增加后下降趨勢(shì)，低磷脅迫時(shí)促進(jìn)植株對(duì)磷的吸收率，過(guò)量施磷會(huì)抑制植株生長(zhǎng)，造成磷素浪費(fèi)。本研究結(jié)果表明，苜蓿第一、第二茬株高、莖粗隨施磷量的增加均有所增加，第二茬苜蓿效果尤其顯著，最大值分別出現(xiàn)在P15、P15、P20、P15，與前人研究結(jié)果[24-26］較為一致。植物根冠比不僅反映植株光合作用產(chǎn)物分配情況，還反映植物對(duì)環(huán)境的響應(yīng)策略。作物根冠生長(zhǎng)發(fā)育不僅受其遺傳基因的控制，且受環(huán)境變化影響[27］。正常情況下，大量根系和較大根冠比會(huì)增強(qiáng)植株抗旱、抗寒能力，但是龐大的根系會(huì)影響植株地上部分的生長(zhǎng)發(fā)育[28］。SMUCKER等[29］研究表明，植株在水分脅迫等逆境條件下，地上部分光合作用產(chǎn)物會(huì)優(yōu)先供應(yīng)給地下根系，根冠比增大。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，苜蓿第一、第二茬根冠比最大值均出現(xiàn)在P0（未施磷）和P5處理，這可能是由于不施或少施磷肥導(dǎo)致苜蓿根系營(yíng)養(yǎng)缺失，促進(jìn)了光合產(chǎn)物向根系運(yùn)輸，增加根系生物量，造成根冠比加大。

NDF、ADF、CP 及EE 是衡量苜蓿營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)[30］。NDF 和ADF 的多少直接反映了家畜對(duì)牧草中能量的吸收利用情況和對(duì)其的消化率[31］。有研究表明，ADF和NDF含量不高于30%和40%，粗蛋白含量不低于20%的紫花苜蓿營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最高，可稱之為優(yōu)質(zhì)苜蓿[32］。徐睿智等[33］研究表明，刈割后追施氮、磷肥能夠降低苜蓿中的NDF 和ADF 含量，提高生物量和CP 含量，這與本試驗(yàn)結(jié)果不同，本研究結(jié)果顯示，隨施磷水平的增加，苜蓿葉片的NDF和ADF無(wú)顯著差異，但莖稈的NDF和ADF卻隨著施磷量的增加而增加，這可能是由于本試驗(yàn)中苜蓿在花盆中用沙土與蛭石培養(yǎng)且澆的是營(yíng)養(yǎng)液，苜蓿的生長(zhǎng)對(duì)磷肥的響應(yīng)不同，磷肥可能在其他方面促進(jìn)苜蓿的生長(zhǎng)發(fā)育[34］。也有研究表明，施加磷肥能夠提高苜蓿體內(nèi)CP、EE的含量[35-36］，這與本研究不同，本研究中，隨施磷水平的增加，葉片和莖稈中的CP、EE含量逐漸降低，這可能與本試驗(yàn)的取樣時(shí)間有關(guān)系，紫花苜蓿中的營(yíng)養(yǎng)成分在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期間會(huì)逐漸增加，進(jìn)入生殖生長(zhǎng)期間會(huì)逐漸下降，主要表現(xiàn)在蛋白質(zhì)含量和維生素等物質(zhì)上，本試驗(yàn)中在開(kāi)花期取樣，苜蓿進(jìn)入生殖生長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失嚴(yán)重，導(dǎo)致了CP和EE的降低[37］。

本研究結(jié)果顯示，隨施磷量的增加，苜蓿第一、第二茬地上生物量、地下生物量、株高、莖粗、根冠比、莖葉比均表現(xiàn)出顯著性差異。在不同施磷水平下，地上總生物量、總生物量最大值均出現(xiàn)在P20處理，總生物量P20處理與P15處理差異不顯著；地下生物量最大值在P15處理；第一、第二茬株高、第二茬莖粗最大值均出現(xiàn)在P15施磷處理；第二茬根冠比和第一茬莖葉比最大值出現(xiàn)在P5處理，說(shuō)明適量的施磷促進(jìn)苜蓿的生長(zhǎng)，提高其產(chǎn)量；除了第二茬葉片的ADF，其余葉片的ADF、NDF最大值均出現(xiàn)在P0處理，第一、第二茬莖稈ADF、NDF 最大值均出現(xiàn)在P20 處理；第一、第二茬葉片和莖稈CP 最大值均出現(xiàn)在P0處理；第二茬葉片和莖稈的EE最大值也出現(xiàn)在P0處理，施用磷肥不利于提高苜蓿莖稈和葉片的品質(zhì)；第一、第二茬莖稈相對(duì)飼用價(jià)值最大值也出現(xiàn)在P0 處理，可能是由于莖稈內(nèi)纖維含量較多，影響適口性及消化率。綜合考慮，本試驗(yàn)條件下，盆栽苜蓿最適施磷量為15.6 g·m-2。