施肥量與施肥頻率對紫花苜蓿莖稈直徑及長度的影響

趙力興 ，高 凱 ，王顯國 ，李天琦 ，高 陽 ，王 琳

（1.內(nèi)蒙古民族大學農(nóng)學院，內(nèi)蒙古 通遼 028000；2.中國農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，北京 100083）

紫花苜蓿（Medicago sativa）因其具有營養(yǎng)價值高、適應性強、根系發(fā)達等特點在我國廣泛栽培?？茽柷呱车厥莾?nèi)蒙古中東部的主要畜牧業(yè)生產(chǎn)基地，也是我國主要的紫花苜蓿種植基地。栽培紫花苜蓿不僅能夠改良土壤，還能夠為畜禽提供優(yōu)質(zhì)的飼草料［1-3］。 隨著“糧改飼”工作的推進，紫花苜蓿的種植面積也在不斷增加?？茽柷呱车氐靥幬覈狈睫r(nóng)牧交錯帶，該地區(qū)土地面積遼闊、地下水資源豐富，然而草地退化嚴重，因此，在該地區(qū)建植紫花苜蓿草地發(fā)展苜蓿草產(chǎn)業(yè)是改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、促進經(jīng)濟發(fā)展的重要途徑［4］。

自20世紀90年代以來，我國化肥使用總量一直居世界首位，單位面積化肥用量也遠遠高于世界平均水平。當前人們?yōu)榱嗽黾幼魑锂a(chǎn)量，大量使用化肥，肥料的利用量逐年呈指數(shù)型增長，2010年我國農(nóng)用化肥施用強度達到457 kg/hm2，過量施用的化肥已達到總施用量的30%～50%［5-6］。如此大量地使用化肥，導致土壤肥料的殘留量增加，利用效率降低；土壤養(yǎng)分的過量流失以及土壤理化性質(zhì)變差使得土質(zhì)退化；土壤中殘留的養(yǎng)分也會隨水分向下淋溶，從而導致環(huán)境污染［7-11］。雖然化肥的用量不斷增加，但同期的作物產(chǎn)量增加的并不多，這就使得化肥的利用效率成為關(guān)注的焦點，張福鎖等［12］研究認為，造成我國肥料利用率低的主要原因是過量的施肥和不合理的施肥。施肥是生產(chǎn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)紫花苜蓿的一項重要措施，大量研究表明，肥料的使用對紫花苜蓿的莖稈長度和莖稈直徑等農(nóng)藝性狀有顯著影響。

研究紫花苜蓿的莖稈長度與莖稈直徑對施肥量和施肥頻率的響應，將為探明施肥量、施肥頻率和紫花苜蓿生長之間的聯(lián)系，確定其合理施肥管理方式提供理論依據(jù)。莖稈長度與莖稈直徑對紫花苜蓿的光能利用率、抗倒伏能力、物質(zhì)積累和品質(zhì)方面都有重要影響，這些指標都在一定程度上反映了紫花苜蓿在不同處理下的生長發(fā)育狀況。因此，筆者以紫花苜蓿為研究對象，分析其在不同施肥量與施肥頻率下莖稈長度、莖稈直徑和長粗比的變化規(guī)律及差異，以期為提高科爾沁沙地苜?？茖W合理施肥、保持高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于內(nèi)蒙古蒙草生態(tài)牧場（通遼）有限公司種質(zhì)資源圃，地處北緯44.40°、東經(jīng)121.31°，海拔 214 m，年均氣溫6.6℃，年均日照時數(shù)2 882.7 h，無霜期 139 d，春旱多風，年均降水量382.5 mm，主要集中在7—8月，年均蒸發(fā)量1 957 mm，≥10℃的年均有效積溫3 192℃。

1.2 試驗材料

該試驗所選品種為草原3號紫花苜蓿，2016年7月播種，播種量為22.5 kg/hm2，行距15 cm，2017年開始試驗處理。供試肥料為當?shù)剀俎Ｉa(chǎn)所用復合肥。

1.3 試驗設計

該試驗為施肥量與施肥頻率雙因素隨機區(qū)組試驗，施肥量設置5個水平 （W表示施肥量）：即40 kg/667m2（W1）、50 kg/667m2（W2）、60 kg/667m2（W3）、70 kg/667m2（W4）、80 kg/667m2（W5），施肥頻率 3個水平（T表示施肥頻率）：即 4次（T1）、6次（T2）、8 次（T3），共 15 種組合，5 次重復，共設置75個小區(qū)。

T1：共計施肥4次（第1次1/2W、第2次1/8W、第3次1/4W、第4次1/8W），均為正常施肥，第1次為返青施肥，2～4次為每次刈割之后進行施肥。

T2：共計施肥6次，每次施肥量均為1/6W，第1次為返青施肥，2～6次施肥為從返青到越冬之間的均分時間點。

T3：共計8次施肥（第1次1/4W、第2次1/4W、第 3次 1/16W、第 4次 1/16W、第 5次 1/8W、第 6次1/8W、第7次1/16W、第8次1/16W），第1次為返青施肥，2～8次施肥為從返青到越冬之間的均分時間點。

1.4 測定指標及方法

在每個小區(qū)內(nèi)選取1/4 m2能夠反映整個小區(qū)生長狀況、長勢均勻的紫花苜蓿進行取樣，留茬高度為4 cm左右，隨機選擇8株紫花苜蓿枝條，用游標卡尺測量 （距刈割位置1.5 cm處）的莖稈直徑，用卷尺測量刈割后莖稈的自然長度并計算莖稈長粗比。

長粗比=莖稈的自然長度/莖稈直徑

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

數(shù)據(jù)采用Excel 2003整理統(tǒng)計，進行圖表繪制和構(gòu)建紫花苜蓿莖稈直徑與莖稈長度線性方程，用SPSS 19.0進行莖稈直徑與莖稈長度的相關(guān)性分析。用DPS 9.5對3茬紫花苜蓿施肥量與施肥頻率處理的結(jié)果進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理方式對第一茬紫花苜蓿莖稈長度與莖稈直徑的影響

由圖1可知，在W1條件下，隨著施肥頻率的增加，紫花苜蓿莖稈直徑逐漸增加，且T3處理顯著高于T1處理（P＜0.05）；施肥頻率對紫花苜蓿莖稈長度無顯著影響。在W2條件下，增加施肥頻率使莖稈直徑與莖稈長度逐漸下降，且T1處理下莖稈直徑與莖稈長度均顯著高于T3處理（P＜0.05）。在W3條件下，增加施肥頻率對莖稈長度無顯著影響，T2處理的莖稈直徑要顯著高于T1、T3處理（P＜0.05）。在W4條件下，施肥頻率對莖稈直徑無顯著影響 （P＞0.05），T2處理的莖稈長度要顯著低于T1處理（P＜0.05）。在W5條件下，增加施肥頻率使莖稈長度逐漸下降，T1處理顯著高于T3處理（P＜0.05）；T2處理的莖稈直徑顯著低于T1處理（P＜0.05）。

2.2 不同處理方式對第二茬紫花苜蓿莖稈長度與莖稈直徑的影響

由圖2可知，在W1條件下，隨著施肥頻率的增加莖稈直徑與莖稈長度的變化趨勢剛好相反，T2處理下莖稈直徑顯著高于T1、T3處理，T2處理的莖稈長度顯著低于T1處理 （P＜0.05）。在W2、W3、W4條件下，施肥頻率對莖稈長度無顯著影響（P＞0.05）；W2 時 T3 處理的莖稈直徑顯著高于T1、T2 處理 （P＜0.05），W3 時 T2 處理的莖稈直徑顯著高于 T1、T3處理 （P＜0.05），W4時 T3處理的莖稈直徑顯著低于T1、T2處理 （P＜0.05）。在W5條件下，T1處理的莖稈長度顯著高于T2、T3處理（P＜0.05）；T3處理的莖稈直徑顯著高于 T2處理（P＜0.05）。

圖1 不同處理方式對第一茬紫花苜蓿莖稈長度與莖稈直徑的影響

圖2 不同處理方式對第二茬紫花苜蓿莖稈長度與莖稈直徑的影響

2.3 不同處理方式對第三茬紫花苜蓿莖稈長度與莖稈直徑的影響

由圖3可知，在W1條件下，莖稈直徑隨著施肥頻率的增加而降低，且T1處理要顯著高于T2、T3處理（P＜0.05）；莖稈長度呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，且T2處理要顯著低于T1、T3處理 （P＜0.05）。在 W2、W3、W4、W5 條件下，莖稈直徑均表現(xiàn)為先下降后上升的趨勢，且T2處理均要顯著低于 T1、T3 處理（P＜0.05）；W2 條件下對莖稈長度無顯著影響 （P＞0.05），W3條件下T2處理的莖稈長度要顯著高于 T3、T1 處理 （P＜0.05），W4 條件下T2的莖稈長度要顯著低于 T1、T3處理（P＜0.05），W5條件下T1、T2處理的莖稈長度顯著低于T3處理（P＜0.05）。

2.4 莖稈直徑和莖稈長度的線性模型及相關(guān)性分析

由Pearson值可知，莖稈直徑與莖稈長度在不同茬次以及整個生育期內(nèi)極顯著相關(guān) （P＜0.01）。通過建立莖稈直徑與莖稈長度在不同時期的線性方程，進一步闡明了紫花苜蓿在不同茬次以及整個生育期內(nèi)，莖稈直徑與莖稈長度之間的變化規(guī)律（見表 1）。

圖3 不同處理方式對第三茬紫花苜蓿莖稈長度與莖稈直徑的影響

表1 莖稈直徑和莖稈長度線性模型及相關(guān)性分析

表2 施肥量與施肥頻率對紫花苜蓿莖稈長粗比的影響

2.5 不同處理對紫花苜蓿莖稈長粗比的影響

莖稈長粗比越大說明莖稈長度越長且莖稈直徑越短。3茬紫花苜蓿莖稈長粗比平均值分別為186.68、291.70、298.80。 由表 2 可知，第一茬紫花苜蓿莖稈長粗比在W3T1處理下出現(xiàn)最大值，為215.60；在W3T2處理下出現(xiàn)最小值，為155.70；其他各處理間無顯著差異（P＞0.05）。第二茬紫花苜蓿長粗比在W2T2處理下出現(xiàn)最大值，為317.98；在W4T1處理下出現(xiàn)最小值，為228.62。第二茬紫花苜蓿長粗比的變化說明在相同施肥量下，施肥頻率對莖稈長粗比也存在一定影響。第三茬苜蓿長粗比在W3T2處理下出現(xiàn)最大值，為399.57；在W3T1處理下出現(xiàn)最小值，為242.00。并且當施肥量為W4時，增加施肥頻率對第三茬紫花苜蓿莖稈長粗比無顯著影響（P＞0.05）。

3 討論與結(jié)論

植株對資源的利用在生長發(fā)育階段主要體現(xiàn)在植株莖稈粗度和莖稈長度上［13］。莖稈的伸長生長是作物對光的競爭能力的直接體現(xiàn)［14］。莖稈長度在一定程度上決定了紫花苜蓿冠層對光的截獲能力和光能利用率。隨著莖稈直徑的增加會增加干物質(zhì)的積累并且使細胞壁加厚從而增強莖稈的機械強度，提高其抗倒伏能力［15-16］。莖稈直徑與莖稈長度是衡量紫花苜蓿莖稈株型的重要指標，優(yōu)良的株型能夠使紫花苜蓿保持最佳的生長狀態(tài)。

魏云潔等［17］對龍膽的研究發(fā)現(xiàn)，增加施肥量會增加莖稈長度和直徑，對植物的生長有促進作用。該研究結(jié)果表明，第一茬時，在施肥頻率為4次（T1）時，隨著施肥量的增加，紫花苜蓿莖稈長度表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，并且各施肥量處理的莖稈長度在施肥頻率為T1時均要高于最低施肥處理（W1）。說明施肥量的增加會對莖稈長度有一定的促進作用。

李云等［18］對康乃馨的研究發(fā)現(xiàn)，隨著施肥量的增大，植株越來越高。該研究結(jié)果表明，第二茬紫花苜蓿在施肥量為80 kg/667 m2（W5）時，增加施肥頻率會降低莖稈長度，降低了肥料的利用率；在施肥總量為 50 kg/667 m2（W2）～70 kg/667 m2（W4）時，施肥頻率對莖稈長度無影響，說明第二茬紫花苜蓿生長期間肥料對莖稈長度的影響不占主導地位，這可能是因為在該時期，科爾沁沙地的氣溫回升、降雨增加、光照充足，因此增強了紫花苜蓿的光合作用，水肥的配合提高了肥料的利用率，肥料的高效利用導致了紫花苜蓿莖稈徒長，從而降低了莖稈直徑。

周艷等［19］的研究發(fā)現(xiàn)，小麥對肥料的吸收存在階段性，其在整個生育期內(nèi)不同生長階段對肥料的需求不同。在該研究中，從第三茬紫花苜蓿莖稈長度與莖稈直徑的變化規(guī)律中可以發(fā)現(xiàn)，除W3處理外，在其他施肥量下T2處理莖稈直徑均要低于T1、T3處理，并且第三茬紫花苜蓿在W1、W2、W4、W5處理下莖稈長度隨施肥頻率的增加均呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，說明紫花苜蓿莖稈在不同生長時期對物質(zhì)積累的方向不同，施肥頻率過高或過低均對莖稈生長的促進作用較強。

通過對3茬紫花苜蓿莖稈長粗比、莖稈直徑和莖稈長度數(shù)據(jù)的綜合分析可以得出，3茬紫花苜蓿的長粗比平均值變化為第一茬＜第二茬＜第三茬，第二茬與第三茬苜蓿的莖稈長粗比相近；莖稈直徑的平均值變化為第一茬＞第二茬＞第三茬；莖稈長度的平均值變化為第二茬＞第一茬＞第三茬。這是由于第一茬紫花苜蓿生長期正逢科爾沁沙地春季低溫少雨、太陽輻射不足，紫花苜蓿為了抵御外界不良氣候的影響，同時又要滿足自身的生理生化需求，從而啟動自身的防御機制，肥料的充足供應使紫花苜蓿降低莖稈長度，增加莖稈直徑。第三茬紫花苜蓿生長時期，科爾沁沙地高溫天氣增多、光照強度增強嚴重影響了植物體內(nèi)酶的活性，使得紫花苜蓿生長受到抑制，導致其莖稈長度與莖稈直徑降低。該研究通過構(gòu)建紫花苜蓿莖稈長度與莖稈直徑的線性方程進一步明確了紫花苜蓿莖稈直徑與莖稈長度之間的變化規(guī)律，證實了二者之間存在顯著的線性相關(guān)性。

［1］ZHANG L Q，WEI X R，HAO M D，et al.Changes in aggregate-associated organic carbon and nitrogen after 27 years of fertilization in a dryland alfalfa grassland on the Loess Plateau of China ［J］.Journal of Arid Land，2015，7（4）：429-437.

［2］王燕，趙哈林，潘成臣.土地利用方式對鹽漬化農(nóng)田土壤理化特性的影響 ［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2014，28（2）：149-155.

［3］SHOMAR B，EL-MADHOUN F，YAHYA A.Wastewater reuse for alfalfa production in the Gaza Strip ［J］.Water，Air，&Soil Pollution，2010，213（1/4）：105-119.

［4］張潔冰，南志標，唐增.美國苜蓿草產(chǎn)業(yè)成功經(jīng)驗對甘肅省苜蓿草產(chǎn)業(yè)之借鑒 ［J］. 草業(yè)科學，2015，32（8）：1337-1343.

［5］馬鄂超，何江勇，楊國江.棉花膜下滴灌施肥技術(shù)［J］.新疆農(nóng)墾科技，2007（5）：67-69.

［6］李傳桐，張廣現(xiàn).農(nóng)業(yè)面源污染背后的農(nóng)戶行為——基于山東省昌樂縣調(diào)查數(shù)據(jù)的面板分析［J］.地域研究與開發(fā)，2013，32（1）：143-146，164.

［7］李伏生，陸申年.灌溉施肥的研究和應用［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2000，6（2）：233-242.

［8］徐飛鵬，李云開，任樹梅.新疆棉花膜下滴灌技術(shù)的應用與發(fā)展的思考［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2003，19（1）：25-27.

［9］張衛(wèi)峰，季玥秀，馬驥，等.中國化肥消費需求影響因素及走勢分析——Ⅰ化肥供應 ［J］.資源科學，2007，29（6）：162-169.

［10］鄧忠，白丹，翟國亮，等.施肥方式和施氮量對棉花地上部分干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響［J］.華北農(nóng)學報，2011，26（3）：224-230.

［11］高祥照，馬文奇，杜森，等.我國施肥中存在問題的分析［J］.土壤通報，2001，32（6）：258-261.

［12］張福鎖，王激清，張衛(wèi)峰，等.中國主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)狀與提高途徑［J］.土壤學報，2008，45（5）：915-924.

［13］唐麗媛，李從鋒，馬瑋，等.漸密種植條件下玉米植株形態(tài)特征及其相關(guān)性分析 ［J］.作物學報，2012，38（8）：1529-1537.

［14］杜心田，王同朝.作物密度效應遞增律及其意義［J］.河南科學，2003，21（6）：733-737.

［15］MELIS M，F(xiàn)ARINA M P W.Potassium effects on stalk strength，premature death and lodging of maize （Zea mays L.） ［J］.South African Journal of Plant and Soil，1984，1（4）：122-124.

［16］GRAFIUS J E.Observations on the lodging resistance formula［J］.Agronomy Journal，1958，50（5）：263.

［17］魏云潔，張舒娜，張亞玉.不同種植密度和基肥對龍膽某些農(nóng)藝性狀的影響 ［J］.中國林副特產(chǎn)，2015（5）：7-9.

［18］李云，宋吉軒.不同施肥水平對康乃馨產(chǎn)量的影響［J］.耕作與栽培，2009（1）：37，39.

［19］周艷，李明思，藍明菊，等.施肥頻率對滴灌春小麥生長和產(chǎn)量的影響試驗研究 ［J］.灌溉排水學報，2011，30（4）：72-75.