硫肥对河西走廊紫花苜蓿植株性状、产量及品质的影响
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摘要：研究了施硫肥S0（0 kg/hm2）、S1（16.5 kg/hm2）、S2（33.0 kg/hm2）、S3（49.5 kg/hm2）4个水平对河西走廊紫花苜蓿生物学性状、产量及营养品质的影响。结果表明： S1和S2处理显著增加了紫花苜蓿主茎长和侧茎长，S1的分枝数显著高于S2和S3处理，不同硫肥水平对紫花苜蓿主茎节数和侧茎节数没有显著影响;S3主根粗显著小于S0，S1和S2处理，S1主茎粗显著大于S0和S3处理;S1茎叶比显著低于其他处理的茎叶比;S1和S2显著增加了紫花苜蓿第1茬干草产量，S1的紫花苜蓿第2茬干草产量显著高于S2和S3处理，不同硫水平对紫花苜蓿第3茬干草产量没有显著影响，S1处理的紫花苜蓿总干草产量显著高于其他处理;S0紫花苜蓿粗蛋白含量显著低于其他处理;S1的粗脂肪含量显著高于S3处理;不同硫肥水平对紫花苜蓿粗纤维含量没有显著的影响;S1和S2的粗灰分含量显著高于S0和S3处理;S1中性和酸性洗涤纤维含量在所有处理中最低;S1处理的干物质采食量、可消化干物质和相对饲用价值都显著的低于其他处理。施硫肥水平为16.5 kg/hm2时，有利于紫花苜蓿的生长、产量和营养价值的提高，而当硫肥量超过33.0 kg/hm2时，紫花苜蓿干草产量和品质开始下降。
关键词：紫花苜蓿;硫肥;生物学性状;产量;品质
中图分类号：S 143文献标识码：A文章编号：1009-5500（2015）03-0020-07
紫花苜蓿（Medicago sativa）栽培历史悠久、产量高、品质好、营养全而丰富，为优良牧草，被称为“牧草之王”[1]。其抗逆性强、生态幅广，适应性强，在全国各地均大面积种植[2]，紫花苜蓿不仅能作为饲草来满足畜牧业需要，而且还可以改良土壤、固土防沙、改善生态环境[3，4]。我国紫花苜蓿种植地区以东北、华北、西北为主[2]，全国以甘肃省种植面积最大[5]，而河西走廊因其优越的地理和气候资源，是甘肃省种植紫花苜蓿的主体区。河西走廊紫花苜蓿生产正在向集约化、产业化方向发展。在紫花苜蓿生产产业化过程中，为了保证紫花苜蓿的产量和品质，根据土壤状况进行合理的施肥非常重要，河西走廊地区土壤有效硫含量处于较低水平，因此，在河西走廊种植紫花苜蓿时，应合理的施用硫肥。
中量元素S是继N、P、K之后植物所必需的第4大营养元素[6]。硫在紫花苜蓿新陈代谢过程中起着非常重要的作用，与蛋白质、糖类和脂类的代谢密切相关，是原生质等稳定物质的构成成分[7]。牧草中含有一定量的硫，可以改善羊毛品质，提高乳牛产奶量[8]，牧草中硫含量过低，则导致牧草产量和品质的降低[6]。然而，目前，有关紫花苜蓿施氮、磷、钾肥等的报道较多[9-11]，而施硫肥对河西地区紫花苜蓿产量和品质的影响则报道较少。试验通过研究不同硫肥水平对紫花苜蓿生物学性状、产量、营养品质和饲用价值的影响，探讨河西走廊地区硫肥的最佳施用量，以期为紫花苜蓿优质生产提供科学基础。
1材料和方法
1.1试验地概况
试验在河西走廊西段的甘肃农垦公司黄花农场进行，地理位置为N 97°05′～97°21′，E 40°21′～40°28′，海拔1 245～1 393 m，年降水量28.5～56.1 mm，年蒸发量2 478～3 033 mm，无霜期160～230 d;年日照时数3 025.5 h，平均日照时数为8.4 h/d;年平均气温为6.9 ℃;≥10 ℃有效积温2 800 ℃，属温带荒漠气候，土壤为灰棕土，供试土壤基本理化性状见表1。
1.2供试材料
供试紫花苜蓿品种为亮苜2号，供试氮肥为尿素（N 46%），磷肥为过磷酸钙（P2O5 12%），钾肥为氯化钾（K2O 60%），硫肥为硫磺粉（S 99%）。
1.3试验设计
试验采用田间小区试验方法，共设S0仅施氮、磷、钾肥料，不施硫肥;S1在施氮、磷、钾肥料的基础上，施硫肥16.5 kg/hm2;S2在施氮、磷、钾肥料的基础上，施硫肥33.0 kg/hm2;S3在施氮、磷、钾肥料的基础上，增施硫肥49.5 kg/hm24个处理。每个处理3次重复，共12个小区，随机区组排列，小区面积5 m×8 m，小区间土垄隔离，埂宽0.6 m，四周设保护行。于2014年3月初将各小区所需氮、磷、钾肥料和硫肥作为基肥1次撒施于各小区土壤表面，并人工翻耕，翻耕深度为20 cm。各处理氮、磷、钾肥施肥量均为90 kg N/hm2，P2O5 120 kg/hm2 ，K2O 200 kg/hm2。所有小区于2014年3月中旬进行播种，采用条播，行距30 cm，播深1 cm，播量15 kg/hm2，出苗后适当补苗，生长期间人工除杂草，其他管理同当地农户相同。
1.5测定项目与方法
1.5.1基础土样的采集与测定
试验采用“S型”取0～20 cm土层，风干后过1.0和0.25 mm土筛。碱解氮测定采用碱解扩散法[11]、速效磷采用Olsen法[12]、速效钾测定采用NH4OAc浸提火焰光度法、有机质含量采用重铬酸钾容量法测定、有效硫采用比浊法测定[13]。
植株性状测定于紫花苜蓿第1茬初花期（2014年6月3日）进行，测定主茎长、侧茎长、分枝数、主茎节数、侧茎节数、主根粗、主茎粗、叶茎比。
主茎长：每小区随机选择10株，测定其主茎长度。侧茎长：每小区随机选择10株，测定每株根颈处最长分蘖长度，即为侧茎长。分枝数：每小区随机10株，测定时从地表轻轻的剖开土壤，让主根露出，以主根为基础，测定每单株的分枝数。主茎节数：每小区随机测定10株植株主枝上的节数。侧茎节数：每小区随机测定10株植株侧茎上的节数。主根粗：每小区随机测定10株紫花苜蓿的主根粗，测定时让主根露出，用电子游标卡尺测定植株根颈下2 cm处的直径，即为紫花苜蓿主根粗。主茎粗：每小区随机选取10株紫花苜蓿，用电子游标卡尺测定根颈上10 cm处直径，最后取平均值。茎叶比：每小区随机选择10株，将茎、叶和花序分开，105 ℃杀青15 min，65 ℃烘24 h至恒重，分别称量，花序归为叶的部分。
茎叶比=茎生物量/叶生物量。
1.5.3草产量测定
2014年刈割3茬，每茬均在初花期（开花10%）刈割，3茬刈割时间分别为2014年6月3日、7月13日、9月12日。选每小区密度均匀、长势中等地块，随机选取3个1 m×1 m的样方刈割，留茬1～3 cm，收获紫花苜蓿地上部分，分别编号装袋，实验室80 ℃烘24 h，称重，即为地上部分生物量。
1.5.4营养品质测定
测定第1茬紫花苜蓿初花期的粗蛋白（CP）、粗脂肪（EE）、粗纤维（CF）、粗灰分（Ash）、中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）。粗蛋白含量测定采用凯氏定氮法，粗脂肪含量测定采用索氏抽提测定法，粗纤维含量测定采用酸碱消煮法，粗灰分采用干灰化法测定，中性和酸性洗涤纤维的测定采用Van Soest方法[14]。
1.5.5饲用价值评定
不同处理的饲用价值采用相对饲用价值（RFV）、干物质采食量（DMI）、可消化干物质（DDM）进行评定，并计算：
RFV= DMI（%BM）×DDM（%DM）/1.29
DMI（%BM）=120/NDF（%DM）
DDM（%DM）=88.9-0.779×ADF（%DM）
式中：DMI（Dry）为饲料干物质采食量，单位为占体重的百分比即%BM;DDM为可消化的干物质，单位为占干物质的百分比即%DM。
1.6数据分析
数据采用Excel 2003整理，采用SPSS 21.0软件统计分析，对紫花苜蓿植株性状、产量和营养品质进行单因素方差分析，用Duncan法进行多重比较，所有数据均以平均值±标准误表示，以P<0.05为显著性水平检测。
2结果与分析
2.1硫肥对紫花苜蓿生物学性状的影响
施用硫肥以后，4个处理下紫花苜蓿主茎长介于58.60～72.60 cm，S1和S2的紫花苜蓿主茎长显著高于S0和S3处理（P<0.05）。紫花苜蓿侧茎长度为55.00～71.20 cm，S1和S2的侧茎长显著高于S0和S3处理（P<0.05）。说明施用一定量的硫肥对紫花苜蓿主茎长和侧茎长有着显著的促进作用。不同硫肥水平下，紫花苜蓿分枝数为3.00～6.20个/株，S1的紫花苜蓿分枝数显著高于S2和S3处理（P<0.05）。紫花苜蓿主茎节数和侧茎节数分别在9.60～12.60和9.00～10.80个/株，S1处理紫花苜蓿主茎节数和侧茎节数最多，但4个处理的主茎节数和侧茎节数差异不显著（P>0.05）。紫花苜蓿主根粗0.70～0.89 cm，S3的主根粗显著低于S0，S1和S2处理（P<0.05）。紫花苜蓿主茎粗在0.32～0.41 cm，S1处理的主茎粗最粗，和S2处理的主茎粗间差异不显著（P>0.05），但显著大于S0和S3处理的主茎粗（P<0.05）。施硫以后，紫花苜蓿茎叶比在1.18%～1.88%，S1处理下茎叶比为1.18%，显著低于其他处理的茎叶比（P<0.05）（表2）。
注：同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05），下同
2.2硫肥对紫花苜蓿干草产量的影响
不同硫肥水平下，紫花苜蓿第1茬干草产量变化5 150.26～6 307.88 kg/hm2（表3），S1紫花苜蓿第1茬干草产量最高，显著高于S0干草产量（P<0.05），但和S2、S3处理相比紫花苜蓿第1茬干草产量差异不显著（P>0.05）;紫花苜蓿第2茬干草产量在4 263.56～5 901.96 kg/hm2，S1紫花苜蓿第2茬干草产量显著高于S2和S3处理（P<0.05），和S0处理的紫花苜蓿第2茬干草产量差异不显著（P>0.05）;紫花苜蓿第3茬干草产量在4 172.23～5 016.92 kg/hm2，S1处理下紫花苜蓿第三茬干草产量最高，但和其他处理间差异不显著（P>0.05）。紫花苜蓿3茬总产量变化范围在14 253.06～17 266.76 kg/hm2，S1紫花苜蓿总干草产量显著高于S0，S2和S3处理（P<0.05）。
2.3硫肥对紫花苜蓿营养品质的影响
紫花苜蓿粗蛋白含量在S1，S2和S3处理差异不显著，但各硫肥处理的蛋白质含量显著高于S0处理
（P<0.05）。粗脂肪以S1最高，但和S0、S2处理的粗脂肪差异不显著，却显著的高于S3粗脂肪含量（P<0.05）。说明施用硫肥可显著提高紫花苜蓿粗蛋白和粗脂肪含量。4个硫肥处理间紫花苜蓿粗纤维含量差异不显著（P>0.05）。S0和S3紫花苜蓿粗灰分含量显著低于S1和S2处理（P<0.05）。S1中性和酸性洗涤纤维显著低于S0，S2和S3处理（P<0.05），S0和S3处理的中性和酸性洗涤纤维显著高于S2处理（P<0.05），但S0和S3处理间中性和酸性洗涤纤维含量差异不显著（P>0.05）。
2.4硫肥对紫花苜蓿饲用价值的影响
施硫肥后紫花苜蓿干物质采食量、可消化干物质和相对饲用价值分别为2.65%～3.17%，63.57%～69.92%和130.45%～171.94%（表4）。牧草中干物质采食量、可消化干物质越高，牧草的品质越好。S1的干物质采食量、可消化干物质和相对饲用价值都显著的高于S0，S2和S3处理（P<0.05），但S0和S3处理间的干物质采食量、可消化干物质和相对饲用价值不具有显著的差异性（P>0.05）。
3讨论
试验中施用硫肥显著的影响紫花苜蓿生物学性状。主茎长和侧茎长是反映紫花苜蓿生长状况的重要指标，也是紫花苜蓿产量构成的重要因素，陈默君等[15]对紫花苜蓿的研究结果表明，施硫肥可以显著增加初花期紫花苜蓿高度。安丹丹等[16]研究发现，硫肥显著提高分枝期、现蕾期、初花期和盛花期的紫花苜蓿高度。S1和S2处理下紫花苜蓿主茎长和侧茎长显著的高于S0和S3水平，植物缺硫或者硫过剩都可导致植物生长缓慢，株型矮小，说明在河西走廊适当的施硫肥有利于增加紫花苜蓿株高。分枝数和牧草干草产量有一定的关联度，分枝数多的紫花苜蓿产量较高。S1紫花苜蓿分枝数最多，而高硫水平S3紫花苜蓿分枝数最低，仅为3.00个/株。刘春艳等[17]研究发现，施用硫肥显著增加了大豆的分枝数，这与此次研究结果相类似。S1的紫花苜蓿主根粗显著的高于S0和S3处理，主根粗壮可促进紫花苜蓿对水分的利用效率，并提高根系吸收养分的能力[18]，试验证明适当的硫肥水平可能通过增加紫花苜蓿的主根粗来促进根系对其他养分的吸收。汪诗平等[16]研究发现，硫肥显著增加紫花苜蓿的主茎粗，S1紫花苜蓿主茎最粗，主茎的粗壮可能在一定程度上减少紫花苜蓿的倒伏。紫花苜蓿中30%～50%蛋白质来自于叶片[21]，叶片中的粗蛋白含量要比茎中的高一倍以上，茎叶比是判别紫花苜蓿品质高低的重要指标，茎叶比值越小，牧草品质越好。S1紫花苜蓿茎叶比显著低于S0，S2和S3处理下的茎叶比，说明S1水平下紫花苜蓿具有较好的品质。施用硫肥影响紫花苜蓿生物学性状，在河西走廊施硫水平为16.5 kg/hm2时，紫花苜蓿的主茎长、侧茎长、分枝数、主根粗、主茎粗都有一定程度的增加，茎叶比降低;但若施硫水平超过33.0 kg/hm2时，紫花苜蓿主茎长、侧茎长、分枝数、主根粗、主茎粗降低，而茎叶比增加，可能原因是施用过多硫肥，极易产生大量H2S气体，影响紫花苜蓿生长。
施用硫肥对紫花苜蓿第3茬干草产量没有显著的影响，但S1水平显著的提高了紫花苜蓿第1茬、第2茬和总干草产量。除了紫花苜蓿干草产量外，营养品质也是生产者所追求的目标。粗蛋白是饲草中最具有营养价值的物质，紫花苜蓿粗蛋白含有20种以上的氨基酸，包括家畜所必需的全部必需氨基酸和一些稀有氨基酸[20]。硫元素参与植物体内氨基酸和蛋白质的合成，在硫元素供应充足的情况下，可以增加植物体内蛋白质合成[21]，因此，施硫肥以后，紫花苜蓿粗蛋白含量显著的增加。粗脂肪是维持生命活动必须的储藏物质，粗脂肪可供给家畜必需的脂肪酸，提高饲草适口性，家畜采食含脂肪高的植物，可降低其消化过程中的能量消耗[22]。S1粗脂肪高于其他处理，说明在S1处理下紫花苜蓿具有较高的营养价值。但在试验中不同硫肥水平下紫花苜蓿粗纤维含量没有显著的差异。粗灰分主要为矿物质氧化物和盐类等无机物质，其中矿物质在植物光合作用中起着非常重要的作用，矿物质的缺乏影响植物各种生理代谢活动[24]。S1和S2粗灰分含量显著高于S0和S3处理的粗灰分含量。饲料中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量的高低影响紫花苜蓿品质及其消化率[25]，酸性洗涤纤维含量越低，可消化干物质增加，牧草消化率越高，牧草品质越优，中性洗涤纤维含量越低，家畜采食量上升。S1的中性洗涤纤维含量和酸性洗涤纤维含量低于其他处理，说明施用适当比例的硫肥可通过降低紫花苜蓿中中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量来改善牧草的品质。表明，施用适当的硫肥不仅能提高紫花苜蓿干草产量，还能在一定程度上改善紫花苜蓿营养品质。适当的施用硫肥，不仅有利于紫花苜蓿增产、改善其品质，还可以提高紫花苜蓿饲用价值。试验中S1处理的RFV值最高，说明S1处理后紫花苜蓿营养价值最高。
在河西走廊种植紫花苜蓿，施硫肥水平为16.5 kg/hm2时，有利于紫花苜蓿产量和营养价值的提高，而当硫肥量超过33.0 kg/hm2时，紫花苜蓿生产性能和品质开始下降。
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