王 丹，何 峰，谢开云，万里强，李向林

(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193)

施氮对紫花苜蓿生长及土壤氮含量的影响

王 丹，何 峰，谢开云，万里强，李向林

(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193)

采用温室盆栽试验研究了不同施氮水平(0、30、60和90 kg·hm-2)对紫花苜蓿(Medicagosativa)生长、含氮量及土壤硝态氮和铵态氮含量的影响。结果表明，紫花苜蓿单株干质量均随施氮水平的提高而显著增加(Plt;0.05)，但随刈割次数增加，效应逐渐减弱。紫花苜蓿地上和地下累积生长量随着施氮量增加而增加，施氮处理30、60和90 kg·hm-2较对照分别增加了1.88%、13.88%和21.99%。施氮对苜蓿植株氮含量没有显著影响。随着施氮量增加，土壤硝态氮先降低后增加，然后趋于平稳，而土壤铵态氮先增加后降低趋于平稳。但两者都低于播前土壤硝态氮和铵态氮水平，在0、30、60和90 kg·hm-2处理下，硝态氮含量分别下降了56.62%、53.21%、32.66%和47.63%，铵态氮含量分别下降了38.76%、27.06%、35.33%和28.07%。

氮；苜蓿；生长量；铵态氮；硝态氮

氮素是植物体内蛋白质、核酸、叶绿素和一些激素等的重要组成成分，是作物生长和产量形成的首要因素[1-3]。已有研究显示，施氮能显著提高禾本科作物的产量[4-6]，而苜蓿作为一种豆科牧草，具有共生固氮能力，因此是否需要施氮目前存在很大争议[7]。一些研究认为，施氮对苜蓿没有增产效果[8]，大量施氮还会抑制根瘤发展，降低根毛侵染和固氮酶活性[9-10]，甚至有负效应[11]，这些观点认为苜蓿所固定的氮素基本能满足其需求，不需要施入氮肥。另一些研究认为，在一定条件下施氮对苜蓿产量有显著促进作用。Stavarache等[12]发现施氮对建植当年的苜蓿产量有明显的促进效果。Hannaway和Shuler[7]综合北美地区的大量研究，认为当土壤中的硝态氮含量低于15 mg·kg-1，且有机质含量低于15 g·kg-1、环境温度低于15 ℃时，播种时施少量氮肥可提高产量，反之则无明显效果。还有研究认为，苜蓿会利用土壤深层氮，造成氮素亏缺，土壤肥力降低，因此需要施入氮肥[13-14]。目前关于苜蓿生产中是否需要施氮以及氮肥对苜蓿生长的影响，因研究地区和实验条件的不同而存在分歧，且结果不尽相同。生产实践中，国外苜蓿生产主要依赖根瘤菌固氮，很少施氮，而国内苜蓿施肥比较混乱，企业生产倾向于大量施氮，而小规模农户则很少施肥。因此，研究氮肥对紫花苜蓿(Medicagosativa)生长发育的影响具有重要的理论和生产实践价值。本研究通过盆栽试验，研究不同施氮水平对苗期及刈割后苜蓿生物量和植株含氮量的影响，以确定施氮对苜蓿生长的效应，并探讨施氮对苜蓿建植第1年土壤硝态氮和铵态氮含量的影响，以便为制订合理的苜蓿施肥策略提供参考依据。

1 材料与方法

1.1试验材料 试验于2011年9月至2012年9月在中国农业大学资源与环境学院温室进行。供试肥料包括：分析纯尿素，含(NH2)2CO≥99.0%；分析纯硫酸钾，含K2SO4≥99.0%；化学纯过磷酸钙，有效磷(以P2O5计)为14%～15%。供试紫花苜蓿品种为三得利(北京百绿公司提供)。试验所采用的容器为塑料花盆，上口直径28 cm，下口直径24 cm，高度32 cm。

盆栽土壤取自中国农业科学院北京畜牧兽医研究所院内试验地0-30 cm的表土。基础土样的容重1.43 g·cm-3，田间持水量17.3%，pH值7.39，有机质含量21.73 g·kg-1，全氮含量0.844g·kg-1，速效磷含量4.85mg·kg-1，速效钾含量108.0 9 mg·kg-1，硝态氮含量11.88 mg·kg-1，铵态氮含量5.33 mg·kg-1。

1.2试验设计 试验采用单因素完全随机试验设计，设置N0、N30、N60和N90共4个氮肥梯度，对应的施氮量分别为0、30、60和90 kg·hm-2[15]，每处理重复4次。每盆装过筛的风干土17 kg。根据基础土样肥力测定结果，在播种前一次性施入P2O5150 kg·hm-2和K2O 100 kg·hm-2作为P、K基础肥料。于2011年9月5日播种，每盆播种5粒，待长到三叶期时进行定苗(选择生长健壮且均匀一致的苜蓿苗)，每盆留苗3株。基施氮肥在定苗后施入，追施氮肥在每次刈割后施入(追施量是基施的1/3)。并进行日常的浇水、病虫防治管理，以保持苜蓿的健康生长。

1.3测定项目和方法 初花期刈割，共刈割4次(2012年4月22日、5月28日、7月1日和9月3日)，留茬5 cm，称取鲜质量，带回实验室，烘干至质量恒定后称取干质量，并测定植株全氮含量(凯氏定氮法)。每次刈割之后，取0-30 cm的混合土样用流动分析仪测定土壤中的硝态氮和铵态氮含量。最后一次刈割后，取出每个盆中的根，仔细用水冲洗干净，然后带回实验室烘干后称取干质量。

所有数据采用EXCEL软件作图和SAS(9.0)软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1施氮对苜蓿生物量的影响

2.1.1施氮对苜蓿地上部单株生物量的影响 苜蓿单株生物量整体上随着施氮量的增加而增加，但从第1茬到第4茬，增加趋势逐渐平缓(图1)，说明随着苜蓿的生长其对氮肥的依赖程度逐渐减小。第1茬刈割时， N90处理的单株生物量较N0显著增加了23.17%(Plt;0.05)，而N30、N60与N0无显著性差异(Pgt;0.05)。第2茬，N90处理的生物量最高，为13.72 g·株-1，N0处理的生物量最低，为10.56 g·株-1，N30、N60和N90处理的单株生物量较N0分别增加了14.68%、15.32%和29.95%，与N0均差异显著。第3茬单株生物量在各处理间无显著差异。第4茬，N90处理的生物量最高，为10.30 g·株-1，N0处理的生物量最低，为8.49 g·株-1，N90较N0显著增加了21.34%，而N60、N30与N0无显著差异。由此可见，苜蓿生长到第3茬时，施入的氮肥对苜蓿单株生物量的影响已经很弱。本试验中，苜蓿一年收获了4次，单株生物量第1茬gt;第2茬gt;第3茬gt;第4茬(图1)。苜蓿4茬单株累积生物量为41.42～53.69 g·株-1，每次收获的单株生物量占全年的比例分别为31.43%、26.03%、22.61%和19.94%，由此可见，随着苜蓿生育期的推进，单株生物量逐渐降低。

图1 施氮对苜蓿不同茬次单株生物量的影响Fig.1 Effects of N application on biomass per plant of alfalfa at different cuts

注：不同字母表示同一茬次不同施氮量间差异显著(Plt;0.05)。下同。

Note:Different letters indicate significant difference among different dnitrogen rates for the same cut at 0.05 level.The same below.

2.1.2施氮对苜蓿地上和地下总生物量的影响 苜蓿地上、地下累积生长量随着施氮量的增加呈增加趋势(图2、图3)。苜蓿种植1年后，地上累积生长量为127.80～155.91 g·盆-1，施氮处理N30、N60和N90的累积生长量分别比对照(N0)增加了2.51%、13.37%和22.00%，且N60和N90处理的地上总生物量显著高于N0(Plt;0.05)，而N30处理与N0无显著差异。相对于地上总生物量，地下总生物量则偏低，为17.80～22.28 g·盆-1。N90处理的地下总生物量较N60、N30和N0分别增加了3.82%，25.17%和21.95%，而N90与N60处理无显著差异，但N90处理显著高于N30和N0处理(Plt;0.05)，而N30与N0处理间无显著差异。

图2 施氮对每盆苜蓿地上累积生长量的影响Fig.2 Effects of N application on aboveground biomass accumulation of alflafa per pot

图3 施氮对每盆苜蓿地下总生物量的影响Fig.3 Effects of N application on total underground biomass of alflafa per pot

2.2施氮对苜蓿含氮量及氮素积累量的影响 紫花苜蓿植株的氮素含量在0.267～0.354 g·kg-1(表1)。同一茬次不同施氮处理间苜蓿植株含氮量无显著差异，这说明施氮对苜蓿含氮量没有显著影响。不同茬次苜蓿氮素含量比较，除N30处理的第3茬苜蓿氮素含量低于第2茬外，其它处理苜蓿氮素含量第1茬gt;第3茬gt;第2茬gt;第4茬。

苜蓿氮素累积量随着施氮量的增加而呈增加趋势(图4)，不同茬次的氮素积累量比较：第1茬gt;第2茬gt;第3茬gt;第4茬，其变化规律与地上单株生物量类似。

图4 施氮对苜蓿不同茬次氮素累积量的影响Fig.4 Effects of N application on nitrogen accumulation of alfalfa at different cuts

2.3施氮对不同茬次土壤硝态氮和铵态氮的影响 每次刈割后土壤中硝态氮和铵态氮的含量并未随施氮量的增加而增加，二者也未表现出明显的相关关系，而是呈现出不同的变化规律(表2)。土壤硝态氮含量在第1茬、第2茬和第4茬，随着施氮水平的增加呈先增大后减小趋势，N60处理明显高于其它处理；在第3茬，土壤硝态氮含量随着施氮量的增加而逐渐减小，并存在显著差异(Plt;0.05)。土壤铵态氮含量在第1茬和第4茬，各处理之间无显著差异；在第2茬和第3茬，土壤铵态氮含量随着施氮量的增加先增大后减小，N30明显高于其它处理。整体来看，土壤硝态氮先降低后增加，然后趋于平稳，而土壤铵态氮则先增加后降低趋于平稳，但他们都低于播前土壤硝态氮(11.88 mg·kg-1)和铵态氮(5.33 mg·kg-1)。苜蓿建植1年后，N0、N30、N60和N90处理的土壤硝态氮较播前分别降低了56.62%、53.21%、32.66%和47.63%；而土壤铵态氮分别降低了38.76%、27.06%、35.33%和28.07%。可见，施氮减缓了土壤硝态氮和铵态氮含量的减少。

表1 施氮对苜蓿含氮量的影响Table 1 Effects of N application on the N content of alfalfa

注：同列相同小写字母表示同一茬次不同施氮水平间差异不显著(Pgt;0.05)。

Note：Same lower case letters within the same column indiates no significant difference at 0.05 level among different nitrogen rates at the same cut.

表2 施氮对不同茬次土壤硝态氮和铵态氮的影响Table 2 Effects of N application on the content of soil nitrate nitrogen and ammonium nitrogen at different cuts

注：同列不同小写字母表示不同施氮水平间硝态氮和铵态氮差异显著(Plt;0.05)。

Note：Different lower case letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level about nitrate nitrogen and ammonium nitrogen among different nitrogen rates.

3 讨论

Stavarache等[12]研究指出，施氮对苜蓿建植当年具有增产效果，第1茬和第2茬增产效果显著，第3茬增产效果不明显。曾庆飞[16]研究也表明，单施氮肥对当年生紫花苜蓿具有增产作用，第1茬施60和30 kg·hm-2N比对照增产10.7%和5.5%，第2茬增产为3.1%和3.4%，第1茬增产幅度大于第2茬。本研究表明，苜蓿地上部单株生物量随施氮量的增加而呈增加趋势，第1茬、第2茬和第4茬处理间差异显著(Plt;0.05)，而第3茬处理间无显著差异(图1)。这可能是由于苜蓿能够进行共生固氮，所以氮肥对苜蓿的增产效果比较复杂，在有效根瘤形成前，施少量氮肥可促进苜蓿的生长，对苜蓿具有增产效果；有效根瘤形成后，苜蓿通过共生固氮能够满足其需求，施氮对苜蓿产量没有明显影响。大量施氮则会抑制根瘤的发育，当土壤氮素耗竭后，根瘤菌又不能有效固氮，因此不能完全满足苜蓿对氮素营养的需求[17]。

Hojjati等[15]通过温室研究证实，施氮对地上部和地下部有明显的增产效果，但施30与60 kg·hm-2N的效果相当。而本研究中，苜蓿地上、地下总生物量随着施氮量的增加而呈增加趋势(图2,图3)。另外，王树声等[18]研究施氮水平对烤烟根冠平衡的影响指出，根系和地上部干物质积累量随施氮量的增加而增加，而且根系干质量与地上部干质量显著正相关。在本试验中也发现施氮对促进苜蓿地上和地下生物量有同步增产的现象。

在本试验中，虽然对播种当年的苜蓿进行了氮肥基施和刈割后追施，但是每次刈割后土壤硝态氮和铵态氮含量都低于种植前的基础土样(表1)。其中不施、施氮30、60和90 kg·hm-2处理与播前相比，土壤硝态氮分别减少了56.62%、53.21%、32.66%和47.63%，土壤铵态氮分别减少了38.76%、27.06%、35.33%和28.07%。这说明本试验中氮素的输出大于输入。这可能由于苜蓿在幼苗阶段或刈割之后根瘤菌的固氮作用比较微弱，它还需要从土壤中获取有效氮以满足其需求[19]。施氮能够减缓土壤硝态氮和铵态氮的减少，但土壤中的硝态氮和铵态氮并未随施氮量的增加而增加，除第3茬外，其它3茬以施氮60 kg·hm-2处理的土壤硝态氮含量最高，而土壤铵态氮都以施氮30 kg·hm-2处理的最高。这说明施氮水平与土壤中的硝态氮与铵态氮并没有明显的相关关系。这可能由于土壤中的硝态氮和铵态氮除受施氮影响外，还跟氮的矿化、固持、硝化和反硝化存在很大关系[20]。虽然每茬都以施氮30 kg·hm-2处理的土壤铵态氮含量最高，但是不同处理间差异很小，含量在2.55～3.89 mg·kg-1，这说明施氮对土壤铵态氮的影响较小，这与王西娜等[21]的研究结论相一致。铵态氮是阳离子，容易被带负电荷的土壤胶体吸附固持，而且易被硝化微生物转化成硝态氮[22]。另外，Jenkins和Bottomley[23]研究发现，在0-60 cm土层中矿质氮随苜蓿的生长发育逐渐下降，每年NH4NO3的减少量达到35～40 kg·hm-2。本研究的结果表明，施氮能够减缓土壤硝态氮和铵态氮的减少，但是每次刈割后土壤硝态氮和铵态氮都低于种植前的基础土样；施氮可以显著影响土壤硝态氮的累积和分布，但施氮水平与二者并不呈正相关，并不是施氮越多，土壤硝态氮的残留量越多。

4 结论

1)4次刈割的苜蓿单株生物量随施氮水平的提高而显著增加，但随刈割次数的增加，其效应逐渐减弱。苜蓿地上和地下的累积生长量也随施氮量的增加而呈增加趋势，施氮30、60、90 kg·hm-2分别比不施氮增加了1.88%、13.88%和21.99%。

2)施氮对苜蓿的含氮量没有显著影响。

3)在苜蓿建植第1年，土壤硝态氮含量先降低后增加，然后趋于平稳，而土壤铵态氮含量则先增加后降低趋于平稳。但都低于播前土壤硝态氮和铵态氮水平， 不施氮、施氮30、60、90 kg·hm-2处理的硝态氮含量分别下降了56.62%、53.21%、32.66%和47.63%，铵态氮含量分别下降了38.76%、27.06%、35.33%和28.07%。

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Effectsofnitrogenapplicationonalfalfaplantgrowthandsoilnitrogencontent

WANG Dan, HE Feng, XIE Kai-yun, WAN Li-qiang, LI Xiang-lin

(Institute of Animal Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China)

A pot experiment was conducted to examine the effects of variable rates of nitrogen application (0, 30, 60 and 90 kg N·ha-1, hereafter referred as N0, N30, N60and N90respectively) on growth of alfalfa (Medicagosativa), plant N content and soil nitrate N and ammonium N levels. The result showed that the dry weight per plant increased with N application rate at all the 4 cuts while this effect was weakened at the later cuts. The total accumulated growth (TAG) of both above-and under-ground parts increased with N application rate. The TAG of N30, N60and N90was higher than control (N0) by 1.88%, 13.88% and 21.99%, respectively. No significant effect of N rate on plant tissue N level was detected. The soil nitrate N level decreased first and then increased to a stable level, while the soil ammonium N level increased first and then decreased to a stable level. In all treatments, both nitrate and ammonium N levels in the soil were significantly lower than the level before planting. There was a 56.6%, 53.2%, 32.7% and 47.6% decrease in nitrate N and 38.8%, 27.1%, 35.3% and 28.1% decrease in ammonium N for N0, N30, N60and N90respectively.

nitrogen; alfalfa; growth; nitrate N; ammonium N

LI Xiang-lin E-mail:lixl@iascaas.net.cn

S816;S541+1

A

1001-0629(2013)10-1569-06

2013-01-18 接受日期：2013-04-11

国家牧草产业技术体系(CARS-35)；十二五国家科技计划优质多抗牧草新品种选育与良种繁育关键技术研究与示范(2011BAD17B01)；中国农业科学院基本科研业务费(2012cj-09)作者简介:王丹(1986-)，女，河北保定人，在读硕士生，研究方向为草地资源与生态。E-mail：dkcywd.1986@163.com

李向林(1961-)，男，甘肃临洮人，研究员，博士，研究方向为草地资源与生态。E-mail:lixl@iascaas.net.cn