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)。
1.1 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。
2.1 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
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。