刈割后追肥對建植當年紫花苜蓿生長和生產性能的影響

徐睿智，吳曉娟，楊惠敏

（草地農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室，蘭州大學草地農業(yè)科技學院，甘肅 蘭州 730020）

紫花苜蓿（Medicago sativa）飼用、經濟和生態(tài)價值突出，在草田輪作、農牧耦合、保障區(qū)域食物與生態(tài)安全等方面發(fā)揮著重要作用［1—3］。黃土高原地區(qū)降水較少且季節(jié)性分布不均，水土流失嚴重、土壤貧瘠，農業(yè)資源利用效率低［4］，苜蓿是當地糧改飼和發(fā)展草食畜牧業(yè)的主要栽培飼草。刈割是多年生牧草草地主要利用方式之一，栽培草地系統(tǒng)中氮、磷等養(yǎng)分元素隨著牧草刈割而不斷移出，會持續(xù)降低土壤肥力，最終影響牧草生長和草地生產性能［5］。刈割利用加劇了黃土高原地區(qū)栽培苜蓿草地的養(yǎng)分匱缺［6］。施肥可改善土壤肥力，提高栽培草地生產性能［7］，但刈割后追肥方式及其對栽培草地生產性能的影響仍不清楚。

施氮、施磷及氮磷肥配合施用能顯著影響苜蓿生長、品質和生物量積累。如在每公頃施氮60 kg、施磷135 kg的條件下，苜蓿干草產量比不施肥處理顯著提高21.7%［8］。陳香來等［9］發(fā)現，當施氮肥50 kg·hm—2、磷肥120 kg·hm—2時，干草產量比對照高44%，粗蛋白含量和相對飼用價值也有顯著提高。王丹［10］的研究表明，每公頃添加90 kg的氮肥可使建植當年苜蓿地上和地下部分總生物量較不施肥處理分別增加22.00%和21.95%，并顯著降低粗纖維含量。以往研究中，施肥處理常采取施基肥或在苜蓿生長期內（出苗或返青時）一次性施入的方式，可能造成肥料浪費，也會引起茬次間土壤肥力不均衡等現象。刈割后追肥能緩解這些問題，但相關管理措施及其作用的研究較少。

苜蓿草地刈割后追施肥料能提高牧草產量和品質。在俄勒岡州中部地區(qū)，Jenkins等［11］在苜蓿第1、2茬刈割收獲后分別追施硝酸銨230 kg·hm—2，發(fā)現追肥極顯著提高了苜蓿最后1茬的產量。4齡苜蓿刈割后追施22 kg·hm—2氮肥，年總干草產量比追施前幾年的年均值高出1.29 t·hm—2。也有研究表明，牛糞和固體廄肥添加對后茬苜蓿產量均無顯著影響［12—13］。王洋等［14］發(fā)現，刈割后施肥顯著提高了后茬苜蓿的產量和品質，但總體上返青期追施復合肥下苜蓿年總干草產量和粗蛋白產量均高于刈割后施肥處理。此外，苜蓿草地還有必要追施磷肥，可采用開溝條施的方法每年追施1～3次［15］。然而，關于刈割后追施磷肥及其與氮肥配施的研究并不充分。此外，不同施肥時期對苜蓿生長和草地生產也有顯著影響。如肖知新等［16］發(fā)現，較晚施肥比早春施肥能更好地提高后茬苜蓿的株高和產量，同時降低其粗纖維含量。

刈割后追施氮磷肥必然影響苜蓿生長和草地生產性能，但追施氮磷肥種類、配比用量以及刈割后適宜的追肥時間還需要進一步明確。闡明建植當年苜蓿的刈割后追肥效應，對探索黃土高原雨養(yǎng)農區(qū)適宜于苜蓿生產的刈割后追肥管理措施具有重要的指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在蘭州大學慶陽黃土高原草地農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)野外科學觀測研究站進行。該站位于甘肅省慶陽市西峰區(qū)什社鄉(xiāng)（35°40′N，107°51′E），海拔1298 m。該地區(qū)為大陸性季風氣候，年無霜期160～180 d。1970—2019年年平均降水量為562.0 mm，試驗當年（2020年）作物生長期內月平均溫度和降水量見圖1。試驗開展前樣地種植無芒雀麥（Bromusinermis）后休閑1年，無施肥處理。土壤類型為黑壚土，土壤養(yǎng)分狀況見表1。

圖1 試驗地2020年平均氣溫和降水量Fig.1 Average temperature and precipitation in 2020 at the test site

表1 試驗地0～60 cm土層主要養(yǎng)分特征Table 1 Char acter istics of key nutr ients in 0-60 cm soil layer

1.2 試驗材料

供試苜蓿品種為隴東苜蓿，購自種子站，種子凈度95.0%，發(fā)芽率90.0%。供試氮肥為新疆中能萬源化工有限公司的尿素（N≥46.0%）和云南金星化工有限公司的過磷酸鈣（P2O5≥16.0%）。

1.3 試驗設計

試驗采用完全隨機設計，播種前每公頃撒施氮肥50 kg、磷肥60 kg。在2020年5月5日，按22.5 kg·hm—2播量條播苜蓿，行間距30.0 cm。在7月16日進行第1茬刈割，留茬高度為5.0 cm。在刈割當日（T0）和7月23日（7 d后，T1）溝施追肥（表2），施肥深度7.0 cm。氮水平為0（N0）、25（N25）、50 kg·hm—2N（N50），磷水平為0（P0）、30（P30）、60 kg·hm—2P2O5（P60）。每個處理設3個重復，共54個試驗小區(qū)，小區(qū)面積3.0 m×4.0 m，周圍設1.0 m保護行。在完全雨養(yǎng)的條件下，試驗地進行常規(guī)的病蟲草害管理。

表2 試驗處理Table 2 Design for treatments（kg·hm-2）

1.4 測定項目與方法

1.4.1株高、莖葉比及產量的測定 在苜蓿第2茬分枝后期（9月1日），每個小區(qū)隨機選擇10株植物，測定自然株高。在苜蓿第2茬初花期，每個小區(qū)隨機取3段50.0 cm長勢均勻的植物樣段，先進行莖、葉分離，帶回實驗室于105℃殺青15 min，再于75℃烘至恒重，稱取干重計算莖葉比及干草產量。

1.4.2養(yǎng)分的測定 將干草樣品粉碎，過1.0 mm篩，進行養(yǎng)分的測定。采用凱氏定氮法（全自動定氮儀，FOSS 8400，上海）測定樣品氮（N）含量，計算粗蛋白（crude protein，CP）含量；采用三酸消解—鉬銻抗比色法測定磷（P）含量；采用范氏洗滌纖維法測定中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）含量，計算相對飼用價值（relative feeding value，RFV）［5］。

式中：DMI（dry matter intake）為干物質采食量，單位是占體重的百分比；DDM（digestible dry matter）為可消化干物質，單位是占干物質的百分比。

1.4.3根系指標的測定 在苜蓿第2茬初花期（9月16日），分別在行間和行內各選取1點，用根鉆（內徑9.0cm）按深度為0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～60 cm取土樣（40～60 cm取兩次），共計12鉆。用孔徑為0.25 mm的網兜收集土樣，反復洗滌后得到根樣品。根據根的形態(tài)、顏色和柔韌程度，挑選出具有生活力的根［17］，吸干水分，用EPSON Scan系統(tǒng)（Expression 11000xl，加拿大）掃描，再用WinRHIZO軟件進行分析。根樣品掃描后在65℃條件下烘干至恒重，稱量。單位體積土壤內的根系參數（指代相應密度條件下）的計算公式如下：

式中：取樣體積＝根鉆體積×12鉆，根鉆體積為635.85 cm3。

1.5 數據統(tǒng)計分析

利用Excel 2016匯總整理數據，運用IBM SPSS Statistics 19進行數據統(tǒng)計分析，對施肥和追肥時間處理的效應進行ANOVA單因素方差分析，進一步用Duncan法對各處理間差異進行多重比較，顯著水平為0.05，用平均值±標準誤表示結果。

2 結果與分析

2.1 苜蓿株高和莖葉比

追施磷肥、追肥時間及氮磷肥配施對刈割后苜蓿株高有極顯著的影響（P＜0.01）（表3）。除T1N25P60外，其他處理下株高均高于對照（N0P0）（圖2）。刈割后立即追施低磷（T0N0P30）對促進苜蓿生長的效果最明顯，株高達到36.07 cm，與對照相比提高了20.53%，同時較刈割7 d后追施低磷（T1N0P30）處理提高8.53%，且差異顯著（P＜0.05）。刈割后立即高氮（T0N50P0）和高磷（T0N0P60）處理也使苜蓿株高顯著高于對照，分別提高了13.90%和11.57%。但除刈割時低磷低氮（T0N25P30）處理外，氮磷肥的配比追施及低氮處理對株高無顯著影響，同時，除低磷（P30）和高氮低磷（N50P30）追施處理外，刈割時（T0）追肥處理下苜蓿均高于刈割7 d后（T1）追施，但差異不顯著。

表3 追肥和追肥時間對第2茬苜蓿株高和莖葉比的影響Table 3 Effect of topdressing combination and time on plant height and stem leaf ratio of alfalfa at the second cut

圖2 不同處理下第2茬苜蓿株高Fig.2 Plant height of alfalfa at the second cut under different treatments

追施氮肥對苜蓿莖葉比有顯著影響（P＜0.05），不同時間追施氮磷肥對莖葉比影響極顯著（P＜0.01）（表3）。如表4所示，除刈割后立即高氮低磷追施處理（T0N50P30）外，刈割后追肥都降低了后茬苜蓿的莖葉比，其中刈割7 d后追施低磷（T1N0P30）和高氮低磷（T1N50P30）處 理 較不 追 肥（T0N0P0）降幅 最 大，達 到19.82%，莖葉比均為0.89。刈割7 d后（T1）追施高磷低氮處理降低了莖葉比，但與對照處理無顯著性差異。然而在高氮高磷處理下，T0時追施對降低后茬苜蓿莖葉比的效果比T1時更顯著。低氮肥追施的條件下，磷肥的添加量和追施時間對莖葉比無顯著影響。

表4 不同處理下第2茬苜蓿莖葉比Table 4 Stem leaf ratio of alfalfa at the second cut under differ ent treatments

2.2 產量

追肥時間不影響追施氮肥或磷肥的產量效應，其他處理對牧草產量有顯著（P＜0.05）影響（表5）。刈割后追肥提高了苜蓿的干草產量，且T0時追肥處理下的平均產量高于T1（圖3）。T0N50P60處理對苜蓿干草產量的促進作用最明顯，比對照高50.63%。T1時N25P30和N50P60處理對產量影響不大。不同時間高磷追施下的干草產量與對照間基本無顯著性差異。低氮追施時，牧草產量隨追施磷肥量的增加而增加；單獨追施磷肥時，牧草產量隨追施磷肥量的增加呈先上升后下降的趨勢。在T0時只追施氮肥和高磷追施，牧草產量隨追施氮肥量的增加而增加。

圖3 不同處理下第2茬苜蓿干草產量Fig.3 Forage yield of alfalfa at the second cut under different treatments

2.3 牧草營養(yǎng)品質

刈割后追肥處理極顯著地影響了苜蓿干草的粗蛋白產量（P＜0.01），施磷肥與追肥時間無交互效應（表5）。各處理的粗蛋白產量均高于對照；T0時追肥條件下高于T1（圖4）。T0N50P60處理下達到0.94 t·hm—2，顯著高于其他各處理。T1N50P60處理下僅為0.68 t·hm—2，與對照相比無顯著性差異。刈割后立即追施高磷、刈割7 d后追施低氮對粗蛋白產量無顯著影響。不同的追肥時間下，單施磷肥時，粗蛋白產量均隨施肥量的增加呈先增加后降低的趨勢，而在同時追施低氮的條件下，粗蛋白產量會隨追施磷肥量的增加而增加。

圖4 不同處理下第2茬苜蓿干草的粗蛋白產量Fig.4 Crude protein yield of alfalfa at the second cut under different treatments

表5 追肥和追肥時間對第2茬苜蓿干草產量、粗蛋白產量、酸性洗滌纖維含量、中性洗滌纖維含量和相對飼用價值的影響Table 5 Effects of topdressing combination and time on forage yield，CP yield，ADF，NDF content and RFV of alfalfa at the second cut

刈割后追肥對苜蓿干草的ADF、NDF含量和RFV均無顯著影響（表5），除了T1N0P60和T1N50P30處理外，苜蓿干草的ADF含量均降低，其中T0N50P30處理下最低，比對照低17.35%（表6）。除T0N25P60和T1N0P60處理外，刈割后追肥使NDF含量均降低。刈割后高磷追施處理，RFV無明顯變化，與對照無顯著差異。T1N25P30處理下RFV最高，達到224，比對照提高了19.79%；T0N50P30處理下RFV也較對照有顯著提高。

表6 不同處理下第2茬苜蓿干草的酸性洗滌纖維含量、中性洗滌纖維含量和相對飼用價值Table 6 ADF content，NDF content and RFV of alfalfa at the second cut under different treatments

2.4 苜蓿根系特性

追施磷肥及其與氮肥配施對苜蓿根長密度有顯著（P＜0.05）影響（表7）。單位體積內對照組根長最長，為2.66 mm·cm—3，與低磷追施處理有顯著差異（表8）；根長密度在T1時追施高磷顯著降低，較對照低29.32%。高氮高磷處理以及T0時高氮追施都會促進根系伸長，除T0時低磷追施外，其余處理下根長密度高于T1時追肥處理。追施氮肥及其與磷肥配施顯著（P＜0.05）影響苜蓿單位土壤體積下的根表面積（表7）。追肥處理增加了苜蓿根表面積，在T0N25P30處理下最高，為7.75 mm2·cm—3，顯著高于對照；其他處理間根表面積均無顯著性差異（表8）。追施磷肥、追肥時間對苜蓿根體積密度有顯著（P＜0.05）的影響（表7）。各追肥處理都促進了苜蓿根系體積的增加，其中在低磷低氮和高磷高氮追施處理下顯著提高，增幅在41.41%以上，且在T1N25P30處理下根體積最大，為2.15 mm3·cm—3，比對照增加67.97%；另外，T1N0P60處理也顯著增加了根體積密度，而其他處理與對照差異不顯著（表8）。

表8 不同處理下第2茬苜蓿根長、根表面積和根體積Table 8 Root length，root surface area and root volume of alfalfa at the second cut under different treatments

追施氮肥、磷肥、氮磷肥配施以及追施氮肥與追施時間互作對單位體積土壤中苜蓿的根生物量均有顯著（P＜0.05）影響（表7）。追肥處理提高了根生物量（圖5）。不同追肥時期施用低磷低氮或高磷高氮肥均可顯著提高單位土壤體積內根系生物量，另外，T0N50P0和T1N0P60處理下根生物量密度達到1.18和1.21 kg·cm—3，與對照相比，顯著提高了68.57%和72.86%；其他處理下根生物量密度雖然都高于對照，但無顯著差異。

圖5 不同處理下第2茬苜蓿根生物量Fig.5 Root biomass of alfalfa at the second cut under different treatments

表7 追肥和追肥時間對第2茬苜蓿根長、根表面積、根體積和根生物量的影響（P值）Table 7 Effects（P value）of fertilization and topdressing time on root length，root surface ar ea，r oot volume and r oot biomass of alfalfa at the second cut

3 討論

3.1 刈割后追肥對苜蓿地上部分生長的影響

刈割后追肥可促進苜蓿生長，但受施肥量和種類組合的影響。王丹［10］對建植當年的盆栽苜蓿進行了基施氮肥和刈割后追施氮肥的處理，發(fā)現每公頃每次施用氮肥30、60、90 kg處理下苜蓿第2茬的株高較不施肥處理提高了17.1%、25.0%、21.4%。在本研究中，每公頃追施氮肥50 kg促進了苜蓿地上部分生長，優(yōu)于低量施肥（25 kg·hm—2）效果，而且刈割后立即追施比7 d后追施更有利于后茬苜蓿植株高度的增加。氮磷肥配施影響追肥效果，如馬孝慧［18］的研究中，2齡苜蓿第1茬刈割后施用氮、磷肥可使后茬苜蓿在刈割35 d后株高較不施肥處理提高14.6%和9.9%。在本研究中，刈割后立即追施低磷低氮和高氮對株高影響顯著，說明刈割后追施氮磷肥可以顯著促進建植當年苜蓿地上部分的生長。一定量的磷肥添加促進了豆科植物同化產物的轉運，有利于氮素同化和利用［19］，從而促進植物生長。但本研究中苜蓿株高整體偏低，可能由于第2茬苜蓿再生早期（7月下旬—8月初）氣溫較高、降水量較少，對其生長有一定的影響。刈割后追肥對苜蓿莖葉比的影響因追肥量和時間不同而異。李星月等［20］發(fā)現單施磷肥和較高水平的施氮均顯著減小了苜蓿的莖葉比。在本研究中，刈割7 d后追施30 kg·hm—2的磷肥或50 kg·hm—2的氮肥也顯著降低了苜蓿莖葉比，而刈割7 d后高氮條件下追施磷肥時，莖葉比增加，可能在氮充足條件下，施磷提高了苜蓿的分枝數［21］。低氮肥條件下，施磷肥量和追施時間對莖葉比無顯著影響，可能與氮對苜蓿生長發(fā)揮主要限制作用有關。

3.2 刈割后追肥對苜蓿草地生產性能的影響

苗期或刈割之后，苜蓿生長所需要的養(yǎng)分主要由土壤供給，施肥對其產量有很大影響。Jenkins等［11］在苜蓿種植前和刈割后3次等量共計施氮80.5 kg·hm—2，顯著提高了后茬的產量。在本研究中，施氮肥也提高了第2茬苜蓿的產量，且刈割后立即追肥的增產效果優(yōu)于7 d后追施。刈割導致苜蓿生物固氮能力急劇減弱，氮肥添加能迅速啟動再生，促進生長。因此，建議在當地苜蓿生產中，刈割利用后盡早追施氮肥。若刈割一段時間后再進行追肥，由于刈割7 d后追施25 kg·hm—2N處理下產量與不追肥無顯著差異，建議氮肥用量為50 kg·hm—2。有研究表明，磷肥添加可以提高豆科植物的氮含量，從而增加粗蛋白及干物質產量［22］，然而在本研究中，刈割后追施磷肥時，60 kg·hm—2處理下苜蓿產量與追施30 kg·hm—2時無顯著差異，可能與過磷酸鈣在土壤中的可移動性較低［23］有關，且刈割后生長期內降水不均勻，過量的磷肥并未充分轉換成可吸收態(tài)的速效磷。張鐵軍等［24］的研究發(fā)現，在前1年和第1茬刈割后每hm2施用5 kg氮肥和60 kg磷肥，可使4齡苜蓿年產量比每hm2施用15 kg氮肥和90 kg磷肥的處理提高13.53%，其認為在較低的施氮水平下，氮磷肥供應更加均衡，其互作效應更有利于增產。而在本次研究中，低氮（N25）追施條件下，牧草產量隨追施磷肥量的增加而增加，而高氮（N50）條件下呈現先降后增或先增后降的趨勢，因此在低氮追施條件下氮磷的互作效應對于增產更明顯，但在肥料吸收利用期充足的情況下（T0），高磷高氮的追施處理最有利于提高產量。。

刈割后追肥可以改善飼草品質。Zhang等［25］研究發(fā)現，隨施磷量的增加，苜蓿的相對飼用價值呈先增加后降低的趨勢，每hm2添加105 kg N和100 kg P2O5條件下可使RFV顯著提高26.60%。張磊等［26］的研究表明，刈割后每株苜蓿追施尿素0.18和0.36 g提高了其粗蛋白、粗脂肪含量，降低了粗纖維含量，整體飼用品質有所提高。在本研究中，刈割后追施氮磷肥降低了苜蓿ADF、NDF含量，提高了飼草適口性，雖然各追肥處理間差異性不大，但RFV在T1N25P30條件下有了顯著提高，也可能與刈割后配合追施氮磷肥降低了苜蓿的莖葉比有關。

3.3 刈割后追肥對苜蓿根系特性的影響

根系可通過形態(tài)或構型和生理反應來感受和適應土壤中的養(yǎng)分變化［27］，施肥能顯著影響根系生長。有研究表明施磷能顯著提高苜蓿的地下生物量［19］。馬紅等［28］的水培研究也表明，50～100μmol·L—1磷添加下苜蓿根系生長速度加快，總根長顯著增加。王丹［10］的研究表明，生長第1年的苜蓿無法通過共生固氮滿足其全部的氮素需求，在苗期施用少量氮肥可以促進根系生長。康佳惠等［29］發(fā)現，與無氮處理相比，硝態(tài)、銨態(tài)和混合態(tài)氮的添加都會顯著提高苜蓿的根系生物量、表面積和體積，但降低了根長。在本研究中，刈割后追施氮磷肥顯著影響了后茬苜蓿的根系特性，顯著增加了單位土壤體積內的根表面積和根體積，但追肥處理下苜蓿的根長均低于對照。在生長初期，苜蓿生理機能較弱，特別是在低磷環(huán)境中，為了獲取土壤養(yǎng)分，根系長度和細根數量都會有所提升［30］。當淺層土壤養(yǎng)分供應由于施肥而相對充足時，植物會趨向于增加根系體積與根毛數量以更好地進行吸收利用。

4 結論

刈割后不同時間追施氮、磷肥及配比追施均可有效地促進建植當年紫花苜蓿次茬地上、地下部分的生長發(fā)育，提高牧草干物質及粗蛋白產量，但對苜蓿的中性、酸性洗滌纖維含量及相對飼用價值無顯著影響。刈割后立即追施30 kg·hm—2P2O5可顯著促進后茬苜蓿的生長，同時刈割后立即追施高磷高氮能有助于提高后茬苜蓿干草及粗蛋白產量。在黃土高原雨養(yǎng)農區(qū)苜蓿生產中，可在刈割后立即每公頃追施30 kg P2O5，或每公頃配合追施50 kg N和60 kg P2O5，以促進苜蓿后茬的生長、提高栽培草地的生產性能。