氮磷鉀配施對(duì)酒泉市紫花苜蓿種子產(chǎn)量的影響

朱建強(qiáng) 路宏中 馬靜 潘艷花

摘要：采用“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究了制種紫花苜蓿氮、磷、鉀肥料效應(yīng)及推薦施肥量。結(jié)果表明，在干旱鹽堿條件下，隨著施肥量的增加，紫花苜蓿種子產(chǎn)量亦逐漸提高，施氮增產(chǎn)0.84%～17.37%，施磷增產(chǎn)51.38%～59.63%，施鉀增產(chǎn)-0.58%～1.3%。與無(wú)肥處理相比，所有處理均增產(chǎn)，增產(chǎn)率在11%～79%。氮鉀和磷鉀互作效應(yīng)降低紫花苜蓿種子產(chǎn)量，而氮、磷互作效應(yīng)提高紫花苜蓿種子產(chǎn)量。與產(chǎn)量最高的中磷處理相比，缺氮、缺磷和缺鉀處理的相對(duì)產(chǎn)量分別為85.2%、62.64%和98.56%。結(jié)合肥料效應(yīng)函數(shù)法和養(yǎng)分豐缺指標(biāo)法，得出河西走廊干旱鹽堿條件下制種紫花苜蓿推薦年施氮（N）、磷（P2O5）和鉀（K2O）的量分別為100、190、60 kg/hm2。

關(guān)鍵詞：種子生產(chǎn);紫花苜蓿;施肥量

中圖分類(lèi)號(hào)：S565.4? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：1001-1463（2020）05-0008-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.05.003

Effects of N，P and K Fertilizers on Yield of Alfalfa Seed in

Jiuquan City

ZHU Jianqiang， LU Hongzhong， MA Jing， PAN Yanhua

（Jiuquan Institute of Agricultural Technology Extension Center， Jiuquan Gansu 735000， China）

Abstract：The field experiment which used 3414 balance application design was carried out to study the effects of alfalfa seed production on N， P and K fertilizer and recommended fertilizer amount. The results showed that under the conditions of drought and salinity， nitrogen application the seed yield of alfalfa by 0.84%～17.37%， phosphorus application increased the yield by 51.38%～59.63%， and potassium application increased the seed yield of alfalfa by -0.58%～1.3%. Compared with no-fertilizer treatment， the yield of all treatments was increased， and the seed yield increased rate was between 11% and 79%.The interaction between N-K k and P-K decreased the seed yield of alfalfa， while the interaction between N and P increased the seed yield of alfalfa. Compared to the highest yield medium phosphorus treatment， the relative yields of nitrogen， phosphorus and potassium deficiency treatments were 85.2%， 62.64% and 98.56%， respectively.Combined with fertilizer effect function method and nutrient abundance index method， It concluded that the recommended annual application of nitrogen （N）， phosphorus （P2O5） and potassium （K2O） is 100， 190 and 60 kg/hm2 respectively.

Key words：Seed production;Alfalfa;Fertilizing amount

紫花苜蓿是一種優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的飼草，素有“牧草之王”的美稱(chēng)。在當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、振興農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的背景下，牧草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)我國(guó)啟動(dòng)實(shí)施“振興奶業(yè)苜蓿發(fā)展行動(dòng)”具有極其重要的意義[1 ]，苜蓿種子的需求量也將隨著苜蓿種植面積的擴(kuò)大而進(jìn)一步加大。與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)制種苜蓿種子產(chǎn)量較低[2 ]，施肥不科學(xué)是其重要原因之一[1 - 3 ]。前人的大量研究表明，N、P、K肥是影響紫花苜蓿種子生產(chǎn)的重要原因，對(duì)種子的產(chǎn)量影響極大[4 - 7 ]。酒泉市地處河西走廊西端，氣候干燥，光熱資源豐富，是適宜的紫花苜蓿種子生產(chǎn)區(qū)域，制種苜蓿產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿艽骩8 ]。由于對(duì)制種苜蓿施肥研究不足，酒泉乃至河西走廊苜蓿種子生產(chǎn)中盲目施肥、過(guò)量施肥、不合理施肥的現(xiàn)象普遍存在，施肥缺乏試驗(yàn)依據(jù)[5， 9 ]。我們對(duì)酒泉市制種紫花苜蓿氮、磷、鉀肥推薦施肥量進(jìn)行了探討，以期為河西走廊制種紫花苜蓿施肥提供科學(xué)支撐。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)設(shè)在酒泉市三墩鎮(zhèn)先鋒農(nóng)場(chǎng)，海拔1 338 m。屬典型的溫帶大陸性氣候，氣候干燥、降水少、蒸發(fā)強(qiáng)烈日照長(zhǎng)、冬冷夏熱溫差大、秋涼春旱多風(fēng)沙。光熱資源豐富，有效積溫3 000 ℃，農(nóng)作物生育期（4 — 9月）日照時(shí)數(shù)2 200 h左右，占全年日照時(shí)數(shù)的68%左右，日照百分率為68%～75%，多年平均氣溫7.3 ℃，七月份最高平均為21.8 ℃，元月份最低平均氣溫為-9.7 ℃。年均降水量48.4 mm，占全年降水量的56.7%;冬季雨雪稀少，降水量5.3 mm，占全年降水量的6.2%。年平均蒸發(fā)量為2 148.8 mm，年平均相對(duì)濕度為46%。無(wú)霜期平均130 d，最長(zhǎng)151 d，最短105 d。多大風(fēng)和干熱風(fēng)，風(fēng)向?yàn)槲鞅奔撅L(fēng)，全年平均風(fēng)速2.4 m/s。土壤屬潮土類(lèi)，土層深厚，土壤肥沃，適合人工種植苜蓿。試驗(yàn)地為二年生苜蓿地，土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2? ?供試材料

指示制種紫花苜蓿品種代號(hào)為MS-001。供試氮肥為尿素（含N 46%）、磷肥為普通過(guò)磷酸鈣（含P2O5 16%）、鉀肥為硫酸鉀（含K2O 50%）。

1.3? ?試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采取目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的“3414”施肥試驗(yàn)完全設(shè)計(jì)方案[10 ]，即以氮、磷、鉀肥為3個(gè)因素，設(shè)計(jì)4個(gè)施肥水平，0水平為不施肥，1水平為2水平×0.5，2水平為當(dāng)?shù)刈罴咽┓柿浚?水平為2水平×1.5，共14個(gè)處理，試驗(yàn)因子水平見(jiàn)表2。試驗(yàn)隨機(jī)排列，重復(fù)3次。小區(qū)面積59 m2（11.8 m×5.0 m）。試驗(yàn)小區(qū)單灌單排，開(kāi)80 cm的灌溉溝，埂寬40 cm，在處理間筑寬40 cm的地埂。試驗(yàn)處理及其施肥量見(jiàn)表3。

試驗(yàn)于2018年春季播種，播前結(jié)合整地施入普通過(guò)磷酸鈣900 kg/hm2，灌溉2次。播種方式為穴播，行距60 cm，株距25 cm，播種量為30 kg/hm2。2019年返青后，選擇出苗整齊、長(zhǎng)勢(shì)一致的地塊開(kāi)展試驗(yàn)。4月15日，隨著氣溫上升，采取控水控溫控肥措施，逐步揭去株行間地膜，防止紫花苜蓿營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)旺造成植株瘋長(zhǎng)而影響開(kāi)花結(jié)莢，造成嚴(yán)重減產(chǎn)[11 ]。4月25日，結(jié)合間苗、定苗，及時(shí)拔除幼苗、弱苗，選留壯苗，保持密度67 500株/hm2。供試肥料分春、夏2次施用，4月20日進(jìn)行第1次施肥，將50%氮肥和60%磷、鉀肥撒施于地表;6月20日進(jìn)行第2次施肥，將50%氮肥和40%磷、鉀肥撒施于地表。試驗(yàn)期間灌水2次，采用漫灌的方式分別在4月21日和6月21日灌溉，灌溉量均為120 mm。春季第1次施肥前和種子收獲后均按“梅花”形布點(diǎn)，采集試驗(yàn)地耕層0～20 cm、20～40 cm的土樣進(jìn)行分析化驗(yàn)。制種苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)觀察記載生育期進(jìn)程、生長(zhǎng)勢(shì)、病蟲(chóng)害發(fā)生情況及對(duì)生育進(jìn)程有影響的特殊氣候。收獲期采集植株樣品進(jìn)行考種與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量測(cè)定。各處理于8月25日左右根據(jù)長(zhǎng)勢(shì)和天氣情況適時(shí)收獲，按小區(qū)單收計(jì)產(chǎn)。

1.4? ?數(shù)據(jù)處理

采用《“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)2.0版》統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行肥料效應(yīng)方程的擬合。利用編號(hào)為2、3、6和11的4個(gè)處理擬合氮肥效應(yīng)一元二次方程，利用編號(hào)為4、5、6和7的4個(gè)處理擬合磷肥效應(yīng)一元二次方程，利用編號(hào)為6、8、9和10的4個(gè)處理擬合鉀肥效應(yīng)一元二次方程;利用全部14個(gè)處理擬合氮、磷和鉀肥效應(yīng)三元二次方程，利用編號(hào)2和6的2個(gè)處理計(jì)算缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量，利用編號(hào)4和6的2個(gè)處理計(jì)算缺磷處理相對(duì)產(chǎn)量，利用編號(hào)8和6的2個(gè)處理計(jì)算缺鉀處理相對(duì)產(chǎn)量[12 ]。

試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)均使用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所有圖表均采用微軟電子表格軟件（Microsoft Excel）繪制。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?氮肥效應(yīng)和最大施量

由表4可知， 在中磷、 中鉀（P2K2）條件下，隨著施氮量由0增至180 kg/hm2 （N3P2K2），紫花苜蓿種子產(chǎn)量先逐漸提高再降低，較不施氮處理增產(chǎn)0.84%～17.37%。其中中氮處理N2P2K2（處理6）增產(chǎn)率最高，為17.37%，與其余水平氮肥處理間差異均達(dá)極顯著水平;高氮處理N3P2K2（處理11）增產(chǎn)率最低，為0.84%，顯著高于不施氮處理（P < 0.05）?？梢?jiàn)制種紫花苜蓿生長(zhǎng)早期需要較少氮肥或不需要氮肥[13 ]，但進(jìn)入開(kāi)花期時(shí)由于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)都較旺盛，需要大量養(yǎng)分，此時(shí)追施氮肥及復(fù)合肥可顯著提高結(jié)莢率和種子產(chǎn)量，這與石鳳翎等[14 ]的研究結(jié)果基本一致。

利用表4中4個(gè)處理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立氮肥效應(yīng)一元二次方程式（1）[15 ]，并依據(jù)式（1）繪制氮肥效應(yīng)曲線(xiàn)（圖1）。

Y=-0.016 7X2+3.14X+880.65，R2=0.904

（1）

式中：Y為紫花苜蓿種子產(chǎn)量，X為施氮量（N）。

對(duì)式（1）進(jìn)行求導(dǎo)，令其導(dǎo)數(shù)為0，求得最大施氮量為94.2 kg/hm2，對(duì)應(yīng)的紫花苜蓿種子最高產(chǎn)量為1 028.54 kg/hm2。

2.2? ?磷肥效應(yīng)和最大施量

由表5可知，在中氮、中鉀（N2K2）條件下，隨著施磷量由0增至270 kg/hm2 （N2P2K2），紫花苜蓿種子產(chǎn)量大幅度提高，產(chǎn)量達(dá)到最大值1 044.0 kg/hm2;之后又逐漸下降， 較不施磷處理增產(chǎn)51.38%～59.63%，處理間差異均達(dá)到極顯著水平（P < 0.01）。其中，中磷處理N2P2K2（處理6）增產(chǎn)率最高，為59.63%;低磷處理N2P1K2（處理5）增產(chǎn)率最低，為51.38%。這一結(jié)果與王曉力等[12 ]的研究一致。朱偉然[16 ]認(rèn)為，磷肥能改善種用紫花苜蓿的生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)抵抗病害的能力，促進(jìn)根系發(fā)育，提高種子產(chǎn)量。

利用表5中4個(gè)處理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立磷肥效應(yīng)一元二次方程式（2），并依據(jù)式（2）繪制磷肥效應(yīng)曲線(xiàn)（圖2）。

Y=-0.011 4X2 +4.332 5X+663.675，R2= 0.981 1（2）

式中：Y為紫花苜蓿種子產(chǎn)量，X為施磷量（P2O5）。

對(duì)式（2）進(jìn)行求導(dǎo)，令其導(dǎo)數(shù)為0，求得最大施磷量為189.44 kg/hm2，對(duì)應(yīng)的紫花苜蓿種子最高產(chǎn)量為1 074.04 kg/hm2。

2.3? ?鉀肥效應(yīng)和最大施量

由表6可知，在中氮、中磷（N2P2）條件下，隨著施鉀量由0增至112.5 kg/hm2 （N2P2K3），紫花苜蓿種子產(chǎn)量也表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，較不施鉀處理增產(chǎn)-0.58%～1.46%。除高鉀處理N2P2K3（處理10）較不施鉀處理減產(chǎn)外，N2P2K1（處理8）、N2P2K2（處理9）處理均比不施鉀處理顯著增產(chǎn)（P < 0.05），增產(chǎn)率分別為1.31%和1.46%。表明在制種苜蓿上施用鉀肥有增產(chǎn)作用，這與朱偉然[16 ]的研究結(jié)果一致。但過(guò)量施用鉀肥也有減產(chǎn)作用，這可能與試驗(yàn)地紫花苜蓿土壤速效鉀豐缺狀況處于豐富水平有一定的關(guān)系。

利用表6中4個(gè)處理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立鉀肥效應(yīng)一元二次方程式（3），并依據(jù)式（3）繪制鉀肥效應(yīng)曲線(xiàn)（圖3）。

Y=-0.006 1X2 + 0.646X + 1 028.5，R2= 0.982 6（3）

式中：Y為紫花苜蓿種子產(chǎn)量，X為施鉀量（K2O）。

對(duì)式（3）進(jìn)行求導(dǎo)，令其導(dǎo)數(shù)為0，求得最大施鉀量為52.66 kg/hm2，對(duì)應(yīng)的紫花苜蓿種子最高產(chǎn)量為1 045.50 kg/hm2。

2.4? ?氮磷鉀綜合效應(yīng)和最大施量

由表7可知，與N0P0K0無(wú)肥處理相比，所有處理均增產(chǎn)，增產(chǎn)率為11.79%～78.46%。以N2P2K2（處理6）處理增產(chǎn)率最高，達(dá)78.46%;其次是N2P2K1（處理9）處理，為78.21%;N2P0K2（處理6）處理增產(chǎn)率最低，為11.79%。這一結(jié)果表明，施用氮、磷、鉀肥均可提高紫花苜蓿種子產(chǎn)量，且氮、磷、鉀3種肥料配合施用的增產(chǎn)效果顯著優(yōu)于任何2種肥料配施[17 ]。氮、磷、鉀3種肥料的農(nóng)學(xué)利用率均隨施肥量的增加先增加后降低[18 ]。鄭紅梅等[13 ]認(rèn)為，對(duì)于紫花苜蓿種子生產(chǎn)田，分蘗期施肥尤其重要，應(yīng)以磷、鉀肥為主，無(wú)需施用氮肥。但進(jìn)入開(kāi)花期后，除需追施磷、鉀肥外，還需要施用氮肥。初花期施用氮肥可以使種子產(chǎn)量提高20%～30%，盛花期施用磷、鉀肥可增產(chǎn)49.7%，且可增加葉片和莖葉數(shù)，促進(jìn)根系發(fā)育，有利于種子成熟。

利用表7中14個(gè)處理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立氮、磷和鉀肥效應(yīng)三元二次方程式為：

Y=583.442 6+2.816 8N+3.083 9P+1.077 8K- 0.019 2N 2-0.009 5P 2-0.004 7K 2+0.006 2NP- 0.003 1NK-0.001PK， R2=0.98? ? （4）

式中：Y為紫花苜蓿種子產(chǎn)量，N為施氮量（N），P為施磷量（P2O5），K為施鉀量（K2O）。

對(duì)式（4）中的施氮量（N）、施磷量（P）和施鉀量（K）分別求偏導(dǎo)數(shù)，并令其值為0，得到三元一次方程組;解方程組得出最大施氮量（N）、施磷量（P）和施鉀量（K）分別為99.30、192.30、60.98 kg/hm2，對(duì)應(yīng)的最高產(chǎn)量為1 052.70 kg/hm2。

由式（4）可以看出，氮、磷、鉀兩兩互作對(duì)紫花苜蓿種子產(chǎn)量均有極顯著的影響，對(duì)產(chǎn)量的影響為氮磷 > 磷鉀 > 氮鉀。氮鉀和磷鉀互作效應(yīng)表現(xiàn)為拮抗作用，降低紫花苜蓿種子產(chǎn)量，而氮磷互作效應(yīng)表現(xiàn)為協(xié)同促進(jìn)作用，提高種子產(chǎn)量。氮肥用量不變（2水平）時(shí)，增施磷肥能增加產(chǎn)量，但磷肥由0水平達(dá)到2水平時(shí)繼續(xù)增施磷肥種子產(chǎn)量反而降低，表明要保證產(chǎn)量的增加，維持氮、磷的適宜水平很重要。本研究中，氮、鉀和磷、鉀表現(xiàn)出負(fù)互作效應(yīng)，即其中一種肥料用量越低，另一種肥料增產(chǎn)效果越高[17 - 18 ]。

2.5? ?缺素處理的相對(duì)產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分豐缺狀況

由表8可知，與種子產(chǎn)量最高的N2P2K2中磷處理相比，N0P2K2缺氮處理的相對(duì)產(chǎn)量為85.20%，介于75%～95%，表明土壤速效氮豐缺狀況為中等[19 ];N2P0K2缺磷處理的相對(duì)產(chǎn)量比較低，為62.64%，介于50%～75%，表明土壤速效磷豐缺狀況為缺[20 ];N2P2K0缺鉀處理的相對(duì)產(chǎn)量最高，為98.56%，超過(guò)95%，表明土壤速效鉀豐缺狀況為豐 富[21 - 24 ]。

3? ?結(jié)論與討論

盡管紫花苜蓿根瘤菌共生固氮能力十分強(qiáng)大，但在先鋒農(nóng)場(chǎng)強(qiáng)鹽堿和干旱等逆境條件下根瘤菌固氮效率較低[25 ]，需要適量施氮肥。王曉力等[12 ]人研究表明，從現(xiàn)蕾到種子成熟期紫花苜蓿對(duì)氮肥的需要量增加，而此時(shí)根瘤菌老化，固氮能力下降，易出現(xiàn)氮素供應(yīng)不足的現(xiàn)象。本研究依據(jù)氮肥效應(yīng)一元二次方程計(jì)算出的最大施氮量（N）為94.2 kg/hm2，依據(jù)氮、磷和鉀肥效應(yīng)三元二次方程推導(dǎo)出的最大施氮量為99.3 kg/hm2。二者較為接近，結(jié)合土壤氮素養(yǎng)分豐缺狀況，顯然應(yīng)該采信后者。因此，在干旱條件下，河西走廊制種紫花苜蓿地可以考慮施用氮肥[26 ]，推薦年施氮量（N）為100 kg/hm2。依據(jù)磷肥效應(yīng)一元二次方程算出的最大施磷量（P2O5）為189.4 kg/hm2，依據(jù)氮、磷和鉀肥效應(yīng)三元二次方程求得的最大施磷量（P2O5）為192.3 kg/hm2，二者較為接近，但顯然前者更具采信力，理由是西北石灰性土壤磷肥當(dāng)季利用率低，通常只有20%左右[27 ]，尤其是石灰性潮土上磷富集量太大[28 ]。另外，土壤pH為8.7，耕層含有較高的鈣離子，降低了磷的有效性。土壤很可能第2年及以后幾年內(nèi)施肥都將無(wú)效或效果很小。因此推薦年施磷量（P2O5）為190 kg/hm2。依據(jù)鉀肥效應(yīng)一元二次方程求出的最大施鉀量（K2O）為52.7 kg/hm2;依據(jù)氮、磷和鉀肥效應(yīng)三元二次方程推得的最大施鉀量（K2O）為60.9 kg/hm2。二者差異較大的原因在于氮鉀和磷鉀互作對(duì)苜蓿種子產(chǎn)量的影響為負(fù)效應(yīng)。作為配方施肥，考慮到隨著生產(chǎn)年限的增加，土壤鉀素勢(shì)必不斷減少，供鉀能力也將逐漸下降[27 ]，第2年以后再以等同數(shù)量施肥可能會(huì)出現(xiàn)苜蓿種子產(chǎn)量下降，顯然應(yīng)該采納后者。因此制種苜蓿推薦年施鉀量（K2O）為60 kg/hm2。

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（本文責(zé)編：楊? ? 杰）