有机肥与化肥配施对紫花苜蓿养分积累及利用效率的影响

《Plants》：Effects of Combined Application of Organic and Chemical Fertilizers on Nutrient Accumulation and Utilization Efficiency of Alfalfa

　　

全球对紫花苜蓿（一种反刍动物重要的饲草资源）的需求日益增长。目前，亚洲和非洲部分地区的反刍动物生产正在快速扩张，进一步推动了对高品质紫花苜蓿饲草的需求。然而，紫花苜蓿生产中长期盲目施肥及养分投入比例失衡，不仅降低了肥料利用效率和作物生产力，还引发了一系列土壤退化与环境问题，从而制约了饲草-畜牧产业的可持续发展。本研究以紫花苜蓿品种‘新牧4号’（Medicago sativa cv. ‘Xinmu No. 4’）为试验材料，开展为期两年的田间小区试验，设置6个施肥处理：CM0（100%牛粪）、CM1（75%牛粪+25%化肥）、CM2（50%牛粪+50%化肥）、CM3（25%牛粪+75%化肥）、CM4（100%化肥）和CK（不施肥），研究不同有机无机肥配比对紫花苜蓿养分利用效率的影响。结果表明，与CK、单施牛粪（CM0）和单施化肥（CM4）处理相比，CM3处理（25%牛粪配施75%化肥）显著提高了紫花苜蓿氮、磷、钾的积累量（p < 0.05）。此外，各处理2025年植株养分积累量显著高于2024年（p < 0.05）。有机无机肥配施显著提高了紫花苜蓿氮、磷、钾的农学利用效率，其中CM3配比表现出最为显著的促进效应。在新疆紫花苜蓿种植中，推荐采用25%牛粪配施75%化肥的组合，以优化养分积累与利用效率，最终提升紫花苜蓿产量和品质。

《Plants》论文解读：有机无机肥配施对紫花苜蓿养分积累与利用效率的影响

一、研究背景与意义

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）被誉为“牧草之王”，是全球栽培最广泛的豆科饲草作物之一，具有生物产量高、营养品质优良、生态适应性广和共生固氮能力强等突出特点。随着我国畜牧业的规模化扩张，饲草需求持续攀升，生产上普遍存在长期过量施用化肥的现象，导致肥料利用率下降、土壤酸化、板结和次生盐渍化等一系列生态问题，形成“高投入、低产出、资源流失严重、利用效率低”的恶性循环。单施化肥虽能快速响应产量，但易引发土壤板结、养分失衡和氮素损失；单施有机肥虽能改良土壤、提升肥力，却存在养分矿化缓慢、当季利用效率低的缺陷。有机无机肥配施则兼顾速效养分供应与长期土壤培肥，是实现作物养分高效利用和减少养分损失的重要施肥策略。然而，针对北疆灌溉绿洲区连作紫花苜蓿在不同牛粪与化肥配比下氮磷钾积累与利用效率的系统研究仍较缺乏。为此，研究人员以‘新牧4号’紫花苜蓿为材料开展两年田间试验，旨在明确最优有机肥替代比例，为新疆干旱区紫花苜蓿高效施肥和可持续生产提供理论依据。

二、主要技术方法

该研究在新疆农业大学三坪农场综合试验站（87°21′13″ E，43°56′58″ N）开展，试验点位于准噶尔盆地南缘，海拔580 m，属温带大陆性半干旱气候。供试土壤为简育钙积土（Haplic Calcisol），质地为粉壤土。试验采用完全随机区组设计，设6个施肥处理：CM0（100%牛粪）、CM1（75%牛粪+25%化肥）、CM2（50%牛粪+50%化肥）、CM3（25%牛粪+75%化肥）、CM4（100%化肥）和CK（不施肥），每处理5次重复，共30个小区（3 m × 4 m）。各处理总施氮量统一为150 kg·ha^-1，磷、钾施用量分别为52.4和21.6 kg·ha^-1。有机肥为腐熟牛粪，作基肥一次性施入；化肥为尿素（含氮量46.67%），采用追肥方式施用。2024年采用两茬追肥，2025年调整为三茬追肥。紫花苜蓿于2024年4月播种，2024年收获两茬，2025年收获四茬。植株氮、磷、钾含量分别采用凯氏定氮法、钒钼黄比色法和火焰光度法测定，据此计算养分积累量和肥料农学利用效率。

三、研究结果

3.1 养分利用效率

3.1.1 氮素积累与氮素利用

两年试验中，CM3处理下紫花苜蓿全株氮积累量均显著高于其他处理，CM2显著高于CM4，CK最低；各处理2025年氮积累量较2024年极显著增加（p < 0.01）。氮肥农学利用效率（ANUE）在两年中均以CM3最高，CM2与CM4间无显著差异但均高于CM1，CM0最低。与2024年相比，2025年CM1、CM2和CM4的ANUE显著提高（p < 0.05），CM3呈极显著提高（p < 0.01）。随有机肥替代比例增加，氮积累量和ANUE均呈先升后降趋势。2024年两茬中CM3的氮积累量均显著高于其他处理；2025年四茬中氮积累量随茬次增加总体呈下降趋势，各施肥处理氮积累量普遍高于CK。

3.1.2 磷素积累与磷素利用效率

CM3处理下磷积累量在两年中均显著高于其他处理，2024年CM1与CM4间无显著差异，CK最低；各处理2025年磷积累量较2024年极显著增加（p < 0.01）。磷肥农学利用效率（APUE）在两年中均以CM3最高，CM2与CM4间无显著差异，CK最低。2025年CM1、CM2和CM4的APUE较2024年显著提高（p < 0.05），CM3呈极显著提高（p < 0.01），CM0无显著年际差异。2025年四茬中CM3的磷积累量均显著高于其他处理，CK最低且与其他处理差异显著（p < 0.05）。

3.1.3 钾素积累与钾素利用效率

CM3处理下钾积累量在两年中均显著高于其他处理；各处理2025年钾积累量较2024年极显著增加（p < 0.01）。钾肥农学利用效率（AKUE）在两年中均以CM3最高，CM2与CM4间无显著差异，CM0最低但与CM1无显著差异。2025年CM1、CM2和CM4的AKUE较2024年显著提高（p < 0.05），CM3呈极显著提高（p < 0.01）。2025年四茬中CM3的钾积累量均显著高于其他处理，仅第四茬中CM0与CM4间无显著差异。

3.1.4 紫花苜蓿产量对地上部养分积累的响应

两年试验中，紫花苜蓿产量与植株氮、磷、钾积累量均呈极显著正线性相关（p < 0.001）。2024年氮积累量对产量变异的解释度为R² = 0.7327，2025年增至R² = 0.7944；磷积累量与产量的回归决定系数2024年为R² = 0.7618，2025年为R² = 0.7861；钾积累量与产量的决定系数2024年为R² = 0.6367，2025年为R² = 0.6590。氮和磷积累量对产量变异的解释能力高于钾，表明氮、磷在紫花苜蓿产量形成中发挥更重要作用。

四、讨论与结论

讨论部分总结： 研究人员发现，CM3处理（25%牛粪+75%化肥）在两年中均实现最高干草产量，2024年和2025年分别达11395.72 kg·hm^-2和17023.54 kg·hm^-2，较对照分别增产38.03%和40.85%。合理的有机无机肥配施能有效提升紫花苜蓿产量，这与前人研究结果一致。有机无机肥配施可改变土壤微生物群落结构、增强土壤酶活性、加速养分矿化和生物地球化学循环，从而提升作物氮磷钾利用效率。本研究中最优替代比例为25%有机肥+75%化肥，与冬小麦报道的20%–30%替代率存在差异，可能反映多年生豆科牧草与一年生谷类作物在养分需求模式、根系特性和共生固氮能力上的差异。两年试验中养分积累量和农学利用效率均表现为2025年高于2024年，表明连续有机培肥可逐步改善土壤肥力和质量，增强土壤养分储存和微生物介导的养分循环。紫花苜蓿干草产量与地上部养分积累呈显著正相关，优化施肥方案（如CM3处理）可增强紫花苜蓿氮磷钾吸收、加速生物量积累并维持高产。

结论翻译： CM3处理（25%牛粪+75%化肥）相对于对照（CK）、100%牛粪和100%化肥处理，显著提高了紫花苜蓿氮、磷、钾积累量及养分利用效率。氮、磷、钾总积累量表现出显著的年际差异，2025年显著高于2024年，反映出连续施肥对土壤养分供应和植株吸收的累积效应。有机无机肥配施还提高了氮、磷、钾的农学利用效率，其中CM3处理效果最为显著。综上，在现有试验条件下，适宜的有机无机肥配比可提高紫花苜蓿产量及养分吸收利用效率。本研究仅涉及紫花苜蓿产量和养分吸收利用效率，配施调控养分利用的机制仍有待阐明。未来应研究不同施肥制度下根际土壤性质、微生物群落动态及根瘤共生固氮作用，并通过长期田间试验评估有机无机肥配施效应的持续性和稳定性，为干旱区紫花苜蓿合理施肥管理提供更坚实的理论依据。