0 引言
苜蓿属多年生豆科植物，是一种优质、高产、抗旱、适应性强、适口性好的饲料作物，素有“牧草之王”之美誉。宁夏是我国主要牧业省区之一，截至2014年底，以苜蓿为主的多年生牧草种植面积达39.0万hm2，且随着农业种植结构的调整，其种植面积将进一步扩大。地下滴灌作为一种新兴的高效节水灌溉技术，具有节水增产、自动化程度高、减少表面蒸发和深层渗漏等优点，被认为是最具发展潜力的微灌技术之一[1-3]。随着滴灌技术在苜蓿种植中的应用[4]，针对地下滴灌苜蓿的耗水规律[5]、灌溉制度[6]、肥料配施[7-8]及肥料利用率[9-10]等进行了大量研究。水肥交互作用被认为是影响作物生长发育的重要因素[11-13]，但目前对地下滴灌条件下苜蓿的水肥耦合效应研究较少。鉴于此，以苜蓿为研究对象，结合地下滴灌技术，研究不同水肥处理对苜蓿生长指标和产量的影响，以期为苜蓿种植合理灌水、施肥及提高水肥利用率提供一定的科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
项目区位于宁夏中部干旱带同心县，属典型的大陆性季风气候，多年平均降水量277 mm，其中7—9月降水量占全年总降水量的61.7%。年蒸发量2 325 mm，年平均气温8.4℃，7月平均气温22.8℃，极端最高气温38.5℃，无霜期128 d。土壤质地主要为粉砂壤土，平均体积质量1.64 g/cm3，田间持水率（FC）为26.7%，土壤pH值为8.9，全盐量为1.52 g/kg，有机质量为7.66 g/kg，碱解氮量为18.2 mg/kg，速效磷量为8.14 mg/kg，有效钾量为102 mg/kg。试验供试品种为甘农4号紫花苜蓿，2015年建植，行距为20 cm。滴灌带在苜蓿种植前埋设，埋设深度20 cm，采用1带3行栽培模式，铺设间距60 cm，滴头流量1.05 L/h，滴头间距30 cm，滴头出水口向上。2016年苜蓿第1茬、第2茬、第3茬收割时间分别为6月16日、8月1日、9月26日。
1.2 试验设计
试验采用二因素完全随机试验设计，灌水量（W）设W1（1 950 m3/hm2）、W2（2 400 m3/hm2）、W3（2 850 m3/hm2）、W4（3 300 m3/hm2）4个水平；在肥料N、P2O5、K2O配比相同条件下，施肥量（F）根据当地土壤肥力水平设F1（225 kg/hm2）、F2（285 kg/hm2）、F3（345 kg/hm2）3个水平，试验共设12个处理，每个处理3次重复，共36个试验小区，试验小区随机布置，小区间设置隔离区。灌溉量由水表控制，田间管理除水分、肥料因素外，其他病虫害防治、除草等管理统一进行，试验方案见表1。
表1 试验方案
1.3 测定指标及方法
在苜蓿生长季内，采用土壤墒情监测系统实时监测土壤深度40 cm内的平均土壤含水率，同时用烘干法对土壤墒情监测系统监测的结果进行校正；收获前，每处理随机选取10株，采用钢卷尺测量株高，取其平均值；各处理随机取100 g鲜样，进行茎叶分离，分别称量茎叶鲜质量（总质量是二者之和），之后105℃杀青15 min，在65℃下烘24 h，至恒质量，计算茎含水率和叶含水率、茎叶比；苜蓿开花达到5%左右时，在每个小区内沿对角线取3个1 m×1 m的样方，采用刈割法测定干草产量，即将样方内苜蓿全部刈割并留茬5 cm，刈割后去除杂草后立即称质量，再将鲜草放在105℃的烘箱中杀青30 min，之后置于75℃恒温下烘48 h，冷却后称干草质量。
试验数据采用Excel 2007进行计算处理，采用SPSS 7.05统计分析软件进行方差分析。
图1 不同灌水处理土壤含水率动态变化
2 结果与分析
2.1 不同灌水处理对土壤含水率动态变化的影响
为了全面观测苜蓿生长季土壤水分动态变化，根据苜蓿根系分布特点以40 cm土层处土壤含水率为例，对不同灌水处理苜蓿生长季土壤含水率动态变化进行监测分析，结果见图1。
苜蓿生长季土壤含水率随着灌水次数、灌水量以及降雨量变化而变化。由图1可知，苜蓿生长季共灌水9次，灌水后或降雨后土壤含水率迅速升高，且灌水量越大土壤含水率变幅越大，变幅大小依次为W4水平＞W3水平＞W2水平＞W1水平。若以65%FC作为下限控制指标，则W1和W2水平低于该下限的频次多于W3和W4水平的，且8月下旬灌区停水至收获时，W1和W2水平下土壤含水率低于下限控制指标，而W3和W4二个灌水水平相差较小，均较为接近下限控制指标。可见，在苜蓿地下滴灌条件下，若以65%FC为土壤含水率控制下限，W3和W4水平能满足苜蓿生长季对水分的需求，而W1和W2水平尤其W1水平不能充分满足苜蓿生长季对水分的需求。
2.2 不同水肥处理对苜蓿株高的影响
不同水肥处理下苜蓿各茬的株高变化如图2所示，图2中不同小写字母表示差异达到5%显著水平，下同。由图2可知，苜蓿各茬平均株高排序为：第1茬＞第2茬＞第3茬，其值分别为87.64、78.26、76.44 cm。同一施肥水平下株高随着灌水量增加而呈先增加后减少趋势，从W1到W2、W2到W3、W3到W4水平株高变化幅度依次为9.04%、8.17%、-0.92%。同一灌水水平下，各茬株高随施肥量增加而呈现先增高后减小趋势，由F1到F2、F2到F3水平平均株高变化幅度分别为2.76%和-0.29%。
图2 不同处理苜蓿株高的变化
水肥交互作用对株高影响显著。在W1灌水水平下，施肥量对株高影响不显著，说明在灌水量较少时肥效作用对株高影响较小；当灌水量由1 950 m3/hm2增加到2 850 m3/hm2时，肥效对株高的影响越来越显著并达到最大；但灌水量为3 300 m3/hm2时，苜蓿株高并没有随施肥量增加而增加。可见，灌水量和施肥量有匹配的阈值区域，最优组合为W3F2处理。
对三茬苜蓿株高均值进行不同水肥处理方差分析，结果见表2。由表2可知，W因素、F因素为极显著差异（P＜0.01），W因素×F因素为显著差异性（P＜0.05）。且从其变差平方和进一步判定对株高影响由大到小依次为灌水水平、施肥水平及二者交互作用。
表2 不同水肥处理株高、茎叶比及干草产量方差分析结果
2.3 不同水肥处理对苜蓿茎叶比的影响
茎叶比是衡量人工牧草品质的重要指标之一，茎叶比越小，叶量越丰富，适口性越好，营养价值越高。不同水肥处理下苜蓿各茬茎叶比如图3所示。由图3可知，苜蓿第1茬茎叶比最小，第2茬、第3茬依次增大，分别为1.17、1.27。对于同一茬次的苜蓿，在施肥量相同条件下，茎叶比随着灌水量增加而呈现先减小后增加趋势，其中灌水水平从W1到W2、W2到W3、W3到W4时，平均茎叶比变化幅度依次为-15.62%、-18.91%及14.46%，W3水平下苜蓿各茬次茎叶比最小。而在灌水量相同条件下，随施肥量增加，平均茎叶比变幅分别为-5.31%及2.59%，可见施肥量由F1增加到F2时茎叶比有所减小，由F2增加到F3时小幅增加。
对三茬苜蓿茎叶比均值进行不同水肥处理方差分析，结果见表2。由表2可知，W因素以及W×F因素为极显著差异性（P＜0.01），F因素差异显著（P＜0.05），但从变差平方和进一步判定对茎叶比的影响主要为灌水水平因素，其次为水肥交互作用因素，最后为施肥水平因素。
图3 不同处理苜蓿茎叶比变化
2.4 不同水肥处理对苜蓿干草产量的影响
不同水肥处理下苜蓿干草产量变化见图4。由图4可知，不同茬次干草产量依次递减，第1茬各处理产量均值为9 468.6 kg/hm2，第2茬为5 427.75 kg/hm2，第三茬为3 906.9 kg/hm2，其中第一茬产量占50.36%。三茬苜蓿在不同水肥处理下的干草产量变化规律基本相同，由W1到W4各处理对应总产量分别为16 505.25、19 314.15、19 872.15、19 521.3 kg/hm2，后一灌水水平相对前一灌水水平变幅依次为17.02%、2.89%、-1.76%，即随着灌水量的增加而呈现先上升后下降趋势，其中W1到W2水平苜蓿产量大幅提升，而由W2到W3及W3到W4水平产量变幅较小。而在灌水水平一致情况下，施肥水平由F1到F2时产量提升19.58%，由F2到F3时增加0.36%。在W1水平下，产量随施肥水平的变化差异不显著，W2、W3及W4水平下随施肥量由F1增加到F2水平时差异显著，F3与F2水平间差异较小。
图4 不同处理苜蓿干草产量的变化
对不同水肥处理下苜蓿总产量进行方差分析，结果见表2。由表2可知，W因素、F因素为极显著差异（P＜0.01），W×F因素差异显著（P＜0.05）。且从其变差平方和可进一步判定对产量的影响由大到小依次为施肥水平、灌水水平及二者交互作用。
3 讨论
苜蓿全年刈割3茬，产量逐茬递减，其中第1茬的产量最大，这与相关研究结果[14]一致，这是因为第1茬内较长的生长时间可使苜蓿有更多的时间积累生物量，返青期内较低的气温有效地抑制了杂草生长，从而减少了苜蓿与杂草间的营养竞争，并且分枝后期至现蕾期内适宜的温湿度使得苜蓿快速生长，因此第1茬内的产量最大。第2、3茬生长时长基本一致，但相较于第3茬，第2茬的温湿度更有利于苜蓿生长，因此第2茬的产量高于第3茬[15]。
研究表明，不同水肥处理对紫花苜蓿产量具有重要影响[16]。从W、F二因素对苜蓿干草产量的影响可知，不同灌水水平产量依次为W3＞W4＞W2＞W1，此结果与已有研究结果“苜蓿产量随灌水量增加先上升后下降的趋势”[17]一致，即当灌水不当或过量时可能引起苜蓿产量的降低[18]，且苜蓿作为喜干旱作物，灌水过多容易造成苜蓿生长不良和病虫害频发，而适度灌水有助于提高苜蓿的水分利用效率[19-20]。施肥量对产量的影响依次为F3＞F2＞F1，但F2较F1增加显著，而F3较F2增加幅度较小，此结果与已有研究结论“苜蓿总产量在施肥水平达到一定程度后增幅减小”[21]相一致。研究[22]指出，在苜蓿整个生长过程中，并不是施钾越多起到的效果越好，钾肥施入量过高会引起鲜草产量的降低，肥料施用量有最适区间。目前针对苜蓿水肥耦合效应研究结果差异较大，试验结果上存在着许多不一致甚至相互矛盾的地方[23]，文中得到整体上W因素、F因素对产量影响差异极显著，水肥二因素交互作用的影响差异显著，且影响由大到小依次为施肥水平、灌水水平及二者交互作用。水肥耦合效应是一个较为复杂的问题，其水分和肥料交互作用对产量影响的高低受到灌溉方式和灌溉量、肥料类型和施肥方式、土壤、气候、研究年限、苜蓿品种等多因素的影响与制约[22-23]。下一步应深入探究不同水肥处理对苜蓿生长发育影响的内在机理和因素之间的拮抗与协助作用，对苜蓿合理灌水施肥提供更为有力的依据。
针对表征苜蓿品质指标茎叶比，对于同一茬次的苜蓿，在施肥量相同条件下，当灌水水平从W1增加到W3时茎叶比不断减小，这与文献[12]研究结果一致，可能是由于随着灌水量的增加，对叶片的生长促进作用要高于茎所导致的结果；而茎叶比灌水水平从W3增加到W4时茎叶比增加，这与文献[24]研究结果吻合。有分析认为灌水量减少条件下紫花苜蓿成熟度延迟而茎叶比减小[25]，但苜蓿成熟度延迟受很多因素控制，如气温、苜蓿品种等，而本文得出，茎叶比随灌水量增加先减小后增加，说明水分亏缺程度可能是影响茎叶比变化的一个原因，即在灌水水平较低的情况下，水分的增多并未对苜蓿的叶片生长产生较大的抑制作用，而灌水量较多时水分会对叶片的生长产生一定的遏制作用。并且本文得出灌水水平一致的情况下不同施肥量对苜蓿茎叶比影响显著，此结论与文献[21]研究结果一致，认为可能与施肥量增加促进叶片光合作用、淀粉、蛋白质等物质的合成有关。针对水肥互作对苜蓿茎叶比影响还应做进一步机理研究，以进一步解释苜蓿茎叶比的水肥耦合效应。
4 结论
1）苜蓿株高随灌水量、施肥量增加先增加而后逐渐趋于稳定，其中W3F2组合下最高。方差分析结果表明，灌水因素、施肥因素为极显著差异，水肥因素交互作用为显著差异性。且影响由大到小依次为灌水水平、施肥水平及二者交互作用。
2）苜蓿茎叶比随灌水量及施肥量增加均呈现先减小后增加趋势，其中W3F2组合最优。方差分析结果表明，W因素以及W×F因素为极显著差异性，F因素差异显著，且对茎叶比的影响主要为灌水水平因素，其次为水肥交互作用因素，最后为施肥水平因素。
3）苜蓿各茬次产量以第一茬最大，占比50.36%。不同水肥处理下的干草产量总体上随着灌水量及施肥量的增加呈先上升后下降趋势，其中W3F2组合下产量最高，为20 989.75 kg/hm2。水肥互作对干草产量影响显著，在低水、低肥处理下，增加施肥量（灌水量）的增产效应较小，而适度的水肥增产效应显著，本试验中，W3F2组合下水肥互作影响最优。
参考文献：
[1]潘晓莹,武继承．水肥耦合效应研究的现状与前景[J]．河南农业科学，2011,40(10):20-23.
[2]兴民．水肥耦合效应与协同管理[M]．北京:中国林业出版社，1999.
[3]肖自添,蒋卫杰,余宏军．作物水肥耦合效应研究进展[J]．作物杂志，2007(6):18-22.
[4]吴文奇,夏玉慧,张志芬,等.地下滴灌技术在紫花苜蓿种植上的应用研究[J].节水灌溉，2009（4）:14-17.
[5]孟季蒙,李卫军．地下滴灌对苜蓿的生长发育与种子产量的影响[J]．草业学报，2012,21（1）:291-295．
[6]张前兵，于磊，鲁为华，等.优化灌溉制度提高苜蓿种植当年产量及品质[J].农业工程学报，2016，32(23)：116-122.
[7]肖向华.氮、磷、钾配比施肥对紫花苜蓿产量、品质及根瘤菌数量的影响[D].乌鲁木齐:新疆农业大学,2016.
[8]张进霞,刘晓静,郝凤范,等.氮磷调控对紫花苜蓿氮积累与土壤氮磷营养的影响[J].草地学报,2016,24（1）:61-68.
[9]谢开云,何峰,李向林,等.我国紫花苜蓿主产田土壤养分和植物养分调查分析[J].草业学报,2016,25(3):202-214.
[10]谢勇,孙洪仁,张新全,等.坝上地区紫花苜蓿氮、磷、钾肥料效应与推荐施肥量[J].中国草地学报,2012,34（2）:52-57.
[11]蔺蕊,蒋平安,周抑强,等.苜蓿土壤氮磷钾丰缺指标初步研究[J]．新疆农业大学学报，2004,27(1):23-28．
[12]文宏达,刘玉柱,李晓丽,等.水肥耦合与旱地农业持续发展[J]．土壤与环境，2002,1（3）：315-318.
[13]谢伟,黄璜,沈建凯.植物水肥耦合研究进展[J]．作物研究，2007,21（5）：541-546.
[14]万素梅,胡守林,张波,等.不同紫花苜蓿品种产草量及营养成分研究[J].西北农业学报，2004,13(1):14-17.
[15]李茂娜,王晓玉,杨小刚,等.圆形喷灌机条件下水肥耦合对紫花苜蓿产量的影响[J].农业机械学报,2016,47(1):133-140.
[16]支金虎,马春晖,蒋慧,等.干旱区水氮耦合对苜蓿产量及结瘤的调控[J]．西南农业学报,2014,27（3）：1 143-1 146.
[17]李新乐,穆怀彬,侯向阳,等.水、磷对紫花苜蓿产量及水肥利用效率的影响[J].植物营养与肥料学报,2014,20(5):1 161-1 167.
[18]文霞.水肥对紫花首楷生产性能和品质的影响研究[D].兰州:兰州大学,2010.
[19]AL-GAADI K A,PATIL V C,MADUGUNDU R,et al.Response of alfalfa to precision fertigation in Saudi Arabia[C]//ath European Conference on prcisionAgriculture,The Netherlands:WageningenAcademic Publishers,2013：737-743.
[20]LAMM F R,HARMONEY K R,ABOUKHEIRA H A,ET AL.Alfalfa production with subsurface drip irrigation in the central great plains[J].Transactions of the ASABE,2012,55(4):1 203-1 212.
[21]霍星,吕志远,范志东,等.水肥耦合对毛乌素沙地紫花苜蓿生长与产量的影响[J].灌溉排水学报，2013,32（2）:111-115.
[22]徐文婷.地下滴灌条件下水肥锅合对紫花苜蓿(Medicago satiνaL.)生长、产量及品质的影响[D].北京：北京林业大学，2014.
[23]曾庆飞,贾志宽,韩清芳,等.施肥对苜蓿生产性能及品质影响的研究综述[J].草业科学，2005,22(7):8-15.
[24]寇丹,苏德荣,吴迪,等.地下调亏滴灌对紫花苜蓿耗水、产量和品质的影响[J].农业工程学报，2014,30(2):116-123.
[25]HALIM R A,BUXTON D R,HATTENDORF M J,et al.Water-Stress Effects on Alfalfa Forage Quality After Adjustment for Maturity Differences[J].Agronomy Journal,1989,81(2):189-194.