李新乐， 穆怀彬， 侯向阳*， 李西良

(1 中国农业科学院草原研究所， 内蒙古呼和浩特 010010; 2 中国林业科学研究院沙漠林业实验中心， 内蒙古磴口 015200)

紫花苜蓿是世界广泛种植的一种优质蛋白饲草，被誉为“牧草之王”。全世界种植面积 3.3×107hm2，我国现有种植面积约 2.0×106hm2，居世界第六位，随着农业生产结构的调整，其种植面积将进一步扩大[1]。水分和肥料是农业生产中影响作物生长发育的两大重要因素，也是可以调控的两大重要技术措施，其合理与否将直接影响作物生长、产量及经济效益等[2-4]。水分和肥料利用效率的高低则受到灌溉方式和灌溉量、肥料类型和施肥方式、土壤、气候、管理水平等多因素的影响与制约[5-8]。紫花苜蓿是需水需肥较多的作物[9-10]，实现水、肥的合理供给和高效利用不仅可以应对水资源匮乏及肥料生产成本及能耗的增加[11]，也是促进中国苜蓿产业化可持续发展的有效途径之一。

前人有关不同灌水条件下或者不同施磷水平下作物的产量及水肥利用效率的研究较多，Wang等[12]在晋北地区实验证明，随着灌溉次数的增加，苜蓿的开花期推迟，开花率降低。除第3茬苜蓿外，第1茬、第2茬和全年的苜蓿干草产量都随灌溉次数的增加而增加。宁东峰等[13]的研究表明， 灌水对产量的增产效益随着灌水次数的增加而减弱，水分利用效率随灌水量的增加呈先增加后降低的趋势。赵长海等[14]的温室盆栽试验结果表明，水、磷能显著影响玉米株高与叶面积状况，水磷配合提高了玉米干物质积累量。在山农试验农场的研究表明，在同一灌溉水平下，施磷能够增加麦田土壤供水量占总耗水量的比例，提高小麦籽粒产量和水分利用效率[15]。陕西渭北旱塬的测土施肥试验结果表明，施用磷肥(P2O5)小麦增产679 kg/hm2，增产率为18.9%，增收810 元/hm2，施磷对小麦产量的贡献率为14.8%，农学效率为7.1 kg/kg[16]。此外，缺磷土壤中增施磷肥，可以显著增加紫花苜蓿的根瘤数，加强根瘤菌的固氮作用，从而提高苜蓿的干物质产量[17]。

目前这些研究大多集中在干旱、半干旱地区的大田作物上，关于紫花苜蓿的研究较少，尤其是对于灌水和施磷的配合作用对紫花苜蓿产量、水分利用、磷肥利用的影响方面的相关研究更少。因此，通过紫花苜蓿灌水和施磷肥实验，研究紫花苜蓿在不同灌水和施磷条件下苜蓿产量的变化，探讨苜蓿对磷肥和水分的利用效率, 以期为完善合理培肥土壤、增加苜蓿产量、有效指导苜蓿产业化提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区自然概况

1.2 试验材料

供试品种为中苜2号紫花苜蓿，于2011年10月1日人工开沟条播，播种量为22. 5 kg/hm2，播深2 cm，行距30 cm。2011年11月所有小区均灌足冬水。

1.3 试验设计

图1 研究区域地理位置示意图 Fig.1 Location of the study area

1.4 测定项目及方法

1.4.1 苜蓿产量的测定 在紫花苜蓿初花期进行刈割，分别于2012年5月14日、6月16日、7月19日和9月10日刈割4次，样方大小为l m× l m，留茬高度5 cm，每小区3次重复，田间测鲜重。将草样于105℃杀青15 min，65℃烘至恒重，测其干重。测产后，各小区苜蓿全部刈割，留茬5 cm。

1.4.2 土壤水分含量的测定 利用TRIME-TDR土壤水分测定仪测定0—160 cm土层的土壤水分含量，每20 cm为一层。从3月15日开始测量，每半月测定一次，最后一次测量为9月16日。测定数值为土壤体积含水量(%)，测量精度为2%(含水量介于0—40%)。土壤贮水量为1.6 m深土壤各层次贮水量之和。各土层贮水量(W)按如下公式计算:

W=r·H×10/100

(1)

其中，r为测定的土壤体积含水量(%)，H为土层厚度(cm)

耗水量采用农田水量平衡方程计算:

ET= P+I+△W-R-F

(2)

式中：ET为作物生育期实际蒸散量(mm)；P为生育期内降水量(mm)；I为生育期内灌溉量(mm)；△W为生育期内土壤贮水量的变化(mm)，即返青前与收获后1.6 m土层土壤贮水量的差值；R为地表径流量(mm)，本试验地地势平坦，可视地表径流为0；F为对地下水补给量(mm)，试验区地下水位为55 m，故对地下水补给量为0。因此公式可简化为:

ET= P+I+△W

(3)

水分利用效率[WUE，kg/(hm2·mm)]=干重产量(kg/hm2)/生育期蒸散量(mm)

(4)

1.4.3 苜蓿全磷含量的测定 按土壤农化常规分析方法[18]测定苜蓿植株中的全磷含量。各实验小区的植株样品烘干粉碎后，经H2SO4·H2O2消煮，采用钼蓝比色法测定其全磷含量。磷肥利用率的计算公式如下：

磷吸收量(kg/hm2)=干物质量(kg/hm2)× P%

(5)

磷肥利用率(PRE)=(施磷肥后作物地上部吸磷量-未施磷肥作物地上部吸磷量)/施磷量

(6)

1.4.4 测定记录苜蓿生长时期的自然降水量 通过试验地的自动气象站测定记录2012年每茬苜蓿生长时期的自然降水量(表1)。

表1 2012年各茬苜蓿生长时期自然降水量

1.5 数据分析

利用 Microsoft Excel 2003进行数据初步处理，SPSS 13.0对数据进行分析， Sigmaplot 10.0绘图。

2 结果与分析

2.1 水、磷处理对不同茬次紫花苜蓿产量的影响

表2 灌水施磷肥对各茬紫花苜蓿产量的影响 (kg/hm2)

2.2 水、磷处理对紫花苜蓿全产量的影响

表2方差分析结果表明，灌水处理和不灌水处理的苜蓿全年干重存在显著性差异，不同施磷处理对苜蓿全年干重的影响也存在显著差异(图2)。与对照处理W0F0相比，在同等灌水量条件下，施P2O5量为210 kg/hm2的处理组(W0F2、W1F2、W2F2、W3F2)苜蓿产量高于施P2O5量为105 kg/hm2的处理组和不施磷处理组；在同等施磷肥条件下，随着灌水量的增加，紫花苜蓿产量表现为先增加后下降的趋势。W2F2干重产量最高，达到16589.4 kg/hm2，其次是W0F2、W1F2和W3F2，但这三者之间没有显著性差异。

图2 灌水施磷肥对紫花苜蓿全年产量的影响Fig.2 Effect of irrigation and P fertilizer on year yield of alfalfa

2.3 水、磷处理对紫花苜蓿水肥利用率的影响

表3 灌水施磷肥对水肥利用效率的影响

2.3.2 苜蓿对磷肥的有效利用 通过式(5)，根据各水、磷试验处理植株含磷量分析结果和各自产量，计算出各处理的吸磷量，并用式(6)计算出2个磷肥水平在4种灌水条件下的磷肥利用效率(PRE)。由表3可以看出，不同的灌水和施磷处理对苜蓿PRE的影响均存在显著差异。图3显示，在磷肥施用量相同的情况下，随着灌水量的增加，苜蓿的PRE呈现先增加后降低的趋势，说明适当增加灌水(W2)可以提高苜蓿的磷肥利用效率；在灌水量一定的情况下，磷肥利用效率随着施磷量的增加而升高；W2F2的磷肥利用效率(PRE)最高，达到19.76%，W2F1次之，为17.75%。

图3 不同水磷处理下的水肥利用效率Fig.3 Water and fertilizer use efficiencies in different irrigation and P fertilizer levels

3 讨论与结论

3.1 水、磷明显提高一、二茬苜蓿的产量

3.2 合理的水磷配合是苜蓿增产、水肥利用效率提高的有效途径

影响作物生长的两大因素—水和肥之间存在协同效应[25-28]，施肥具有明显的调水作用，适量施肥可提高水分的利用效率[29-31]。施磷肥可促进植物根系的发育，提高根系的吸水功能，改善叶片的光合能力[32]。灌水亦有显著的调肥作用，因为水分影响着磷素在土壤中的移动和植物对磷素的吸收、利用和分配[33-34]。本试验结果也证明，适宜的水分与磷素配合可以满足苜蓿生长发育对水分和养分的需求，达到以水促磷和以磷调水的目的。在同一施磷水平(F2)下，灌水处理的苜蓿产量和磷肥利用效率明显高于不灌水处理；在同等灌水量条件下，施磷苜蓿产量和水分利用效率均高于不施磷。在本试验土壤条件下，每次灌水量为50 mm，施磷量为 210 kg/hm2P2O5的苜蓿产量最高，且有较高的水、肥利用效率，为本试验中苜蓿生产的最佳水肥组合。

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