优化水肥管理通过改善土壤养分和光合效率提升紫花苜蓿种子产量

本研究通过滴灌条件下三因素（N 120 kg·ha-1、P2O5 100 kg·ha-1、K2O 15 kg·ha-1）与灌溉量（2500 m3·ha-1）的协同调控，证实F2W2处理可显著提高0-20 cm土层速效磷（+37.34%）和碱解氮（+17.45%），促进叶片净光合速率（Pn）提升35.04%，最终使WL354HQ和新疆牧4号种子产量分别增加42.76%和49.81%，为干旱区苜蓿种子高产栽培提供理论依据。

　　

引言

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）作为全球重要豆科牧草，其种子供需矛盾日益突出。研究针对干旱区滴灌条件下水肥协同阈值不明、NPK配比缺乏验证等科学问题，选用WL354HQ（耐旱型）和新疆牧4号（高产型）两个基因型品种，通过建立灌溉量（W₁ 1650、W₂ 2500、W₃ 3350 m³·ha^-1）与施肥水平（F₀无肥、F₁ N 90-P₂O₅ 75-K₂O 12、F₂ N 120-P₂O₅ 100-K₂O 15 kg·ha^-1）的二元随机区组试验，解析土壤-光合-产量的级联响应机制。

材料与方法

试验在新疆石河子大学饲草试验站（44°20'N）开展，采用20 cm等行距播种，地下滴灌带埋深10 cm。测定指标包括：0-60 cm土层有机碳（SOC）、全氮（TN）、速效磷（AP）；盛荚期叶片光合参数（LI-6400XT系统）；种子形态（游标卡尺）及发芽特性（20℃光照培养箱）。通过主成分分析（PCA）和Mantel检验解析关键驱动因子。

结果

土壤养分动态

F₂W₂处理使0-20 cm土层TN、TP、SOC分别较F₀W₁增加52.17%、18.72%、16.85%，但W₃灌溉导致40-60 cm层TN流失22.6%。相关分析显示种子产量与0-20 cm层TN（R2=0.534）、TP（R2=0.427）呈极显著正相关。

光合性能调控

F₂W₂处理下净光合速率（Pn）达36.50 μmol CO₂·m^-2·s^-1，较对照提升35.04%，尽管气孔导度（Gs）降低2.14%。叶绿素a与类胡萝卜素含量分别增加22.5-43.4%和39.4%，PCA表明光合提升主要受施肥主导（PC1贡献率64.6%）。

产量形成特征

F₂W₂使单株一级分枝数增加36.8%，单荚粒数提升30%，千粒重提高23.5-31.6%。种子宽度（+53.02%）与厚度（+21.75%）的显著增加，驱动WL354HQ实际产量达508.19 kg·ha^-1。灌溉水利用效率（IWUE）在F₂W₁处理最高（0.35 kg·m^-3）。

种子质量

优化处理使胚根长度（RL）增加76.9%，发芽势（GP）提高33.9%。值得注意的是，硬实率（HR）稳定在0.84-0.95%，表明水肥管理未改变物理休眠特性。

讨论与结论

研究首次量化了滴灌苜蓿种子生产的水肥协同阈值：中灌量（2500 m³·ha^-1）通过减少养分淋溶（40-60 cm层AP降低12.6%）和维持根区水分，而高肥（F₂）通过激活PEP羧化酶（+28.3%活性）和促进同化物向生殖器官分配，共同实现产量-品质协同提升。该模式为干旱区苜蓿种子生产提供了可推广的优化方案。