不同苜蓿品種建植當年田間生長發(fā)育與根系特征的比較

紀榮花，于 磊，魯為華，艾尼娃爾·艾合買提

（石河子大學 動物科技學院，新疆 石河子 832003）

紫花苜蓿（Medicago sativa）素有“牧草之王”的美稱，在我國有悠久的栽培歷史［1］。其蛋白質(zhì)含量高，且含有多種礦物質(zhì)及維生素，是多種家畜的優(yōu)質(zhì)飼料［2］。新疆光熱資源豐富，有利于苜蓿的物質(zhì)積累，具有獲得苜蓿高產(chǎn)得天獨厚的自然條件，同時苜蓿根系發(fā)達，在改良土壤和保持水土方面成效顯著，具有重要的生態(tài)意義。

苜蓿建植當年的生長發(fā)育狀況不僅直接關系到當年獲得的產(chǎn)量高低，而且對今后若干年的正常生長和飼草產(chǎn)量產(chǎn)生影響，苜蓿根系生長與地上部分關系密切［3］，強大的根系優(yōu)勢是苜蓿高產(chǎn)的生理基礎。選用了8個苜蓿品種為對象開展建植當年田間生長與根系發(fā)育狀況的研究，力求探尋苜蓿生長當年地上部分生長與根系發(fā)育變化，揭示苜蓿地上和地下兩部分生長發(fā)育相互之間的協(xié)調(diào)規(guī)律，并且比較了不同苜蓿品種之間的根系和地上部分生長發(fā)育的特征差異，為大田苜蓿生產(chǎn)選擇適宜的品種和苜蓿建植當年田間管理提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地自然概況

試驗地設在新疆石河子大學牧草試驗地。石河子地處歐亞大陸腹地的準噶爾盆地南緣，海拔為444m。年均氣溫為6.6℃；極端低溫為－42.8℃，極端高溫為43.1℃。全年無霜期155～190d，年降水量115～200mm，年蒸發(fā)量1 500～1 900mm。年均日照時數(shù)2 526h。試驗地具有灌溉條件作保證。

1.2 試驗材料

供試苜蓿品種及來源見表1。

表1 供試紫花苜蓿品種名稱、原產(chǎn)地及來源Table 1 Name，producing area and origin of eight alfalfa varieties

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計與田間管理 試驗采用完全隨機區(qū)組設計，8個處理，3次重復，共計24個小區(qū)。小區(qū)之間修筑田埂進行隔離。小區(qū)面積4m×7m。于2008年11月8日采用人工條播進行播種，行距30cm，播種量為12kg/hm2，播深1.5～2.0cm。在2009年苜蓿生長第1年的整個試驗期內(nèi)，采用畦灌方式，灌溉4次，未進行施肥等處理，并及時清除田間雜草。

1.3.2 測定項目及方法 自然高度：每隔5d每個小區(qū)隨機取10株測定植株自然高度；植株生物量：在每個小區(qū)隨機選取3個1m樣段，采用壕溝法，每個小區(qū)隨機取10株，洗凈根端泥土，將樣品帶回實驗室自然風干測定植株風干重。每月測定1次。

根系指標測定：在每個小區(qū)內(nèi)隨機選取3個1m樣段，采用壕溝法，每個小區(qū)隨機取10株，洗凈根端泥土，將樣品帶回實驗室測定根系指標［3］。

（1）主根直徑：在每次刈割后測定，利用游標卡尺進行測量。

（2）根頸直徑：第1次刈割后每月測定1次，利用游標卡尺進行測量。

（3）根頸分枝數(shù)：第1次刈割后每月測定1次。

（4）根體積：第1次刈割后每月測定1次，采用量筒排水法。

用邏輯斯蒂方程反映整個種群的動態(tài)生長過程［4］。其方程表達式為：

式中Nt經(jīng)方程擬合后的擬合值，該值客觀上要優(yōu)于觀察值；K：生物積累量的上限，該值可以通過對觀察值的處理得到；e：自然對數(shù)的底；r：各苜蓿在特定時間點上的內(nèi)稟增長率；a：模型的待定參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel和DPS 6.05數(shù)據(jù)處理軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 生長發(fā)育擬合結果

采用邏輯斯蒂方程對不同苜蓿品種生長曲線進行擬合，對各苜蓿品種的生長規(guī)律進行研究。邏輯斯蒂方程反映生物種群的動態(tài)生長過程，運用其對生物的種群增長作描述，可反映出整個生長過程的動態(tài)規(guī)律［4］。K值反映了各品種的增長潛力，K值越大表明該品種在該環(huán)境條件下生長潛力越大。生長潛力較大的品種有皇冠、阿爾岡金、WL－323、寧苜一號、三得利，增長潛力較小的品種為亮苜2號、青睞、苜蓿王（表2）。r值反映了各品種的內(nèi)稟增長率，其值越大，說明該品種對環(huán)境條件越敏感，各品種對環(huán)境的敏感性大小為：亮苜2號＞苜蓿王＞青睞＞W(wǎng)L－323＞寧苜一號＞阿爾岡金＞三得利＞皇冠。對環(huán)境條件敏感性大的品種生長潛力較小，可能是敏感性大的品種對環(huán)境條件要求較為苛刻，生長空間具有一定的局限性，導致其生長潛力較小。而對環(huán)境條件敏感性較小的品種生長潛力較大，表明了其對環(huán)境的適應性較大，生長空間也較大。

2.2 物質(zhì)積累動態(tài)

表2 不同苜蓿品種當年生長曲線擬合參數(shù)Table 2 Logistic paramete of fit of each variety growth curve

不同苜蓿品種整個植株物質(zhì)積累呈現(xiàn)出“慢－快－慢－快”的規(guī)律。在苜蓿生長早期，由于苜蓿植株地上部分生長葉片數(shù)較少，光合作用能力很弱，根系處于發(fā)育初期，物質(zhì)積累較為緩慢。之后，隨著光合作用能力的增強，物質(zhì)積累加快；在第1次刈割后，刈割使地上部分光合作用生產(chǎn)力降低，根系生長受到抑制，物質(zhì)積累變得緩慢，在刈割后10～15d，苜蓿已經(jīng)長出一定數(shù)量的葉片，其光合作用能力增強，根系生長恢復正常，物質(zhì)積累加快［5］（圖1）。

圖1 不同苜蓿品種當年物質(zhì)積累動態(tài)Fig.1 The dynamic state of matter accumulation of varieties

2.3 根系特性

根系是植物吸收和貯存營養(yǎng)物質(zhì)的重要器官，根系生長發(fā)育的狀況直接影響到地上部分的產(chǎn)量。苜蓿為軸根型植物，根系發(fā)達。不同苜蓿品種在不同土層中主根直徑表現(xiàn)出規(guī)律性變化，即隨著土層的加深，主根直徑變小（表3），呈倒立的圓錐形，這與康俊梅等［7］的研究結果一致。各品種生長當年第1茬苜蓿主根直徑在10～20cm土層顯著差異（P＜0.05）。青睞主根直徑最粗，為5.16mm，極顯著（P＜0.01）高于寧苜一號、皇冠和阿爾岡金，顯著（P＜0.05）高于 WL－323、亮苜2號，與苜蓿王、三得利差異不顯著。而苜蓿王與三得利顯著（P＜0.05）高于寧苜一號和皇冠。在20～30 cm土層，WL－323、青睞、亮苜2號、三得利、苜蓿王差異不顯著；青睞主根直徑最粗為，3.32mm，極顯著（P＜0.01）高于寧苜一號，顯著（P＜0.05）高于皇冠和阿爾岡金。在大于30cm土層時，此時阿爾岡金和寧苜一號的根系長度低于30cm，與除皇冠以外的幾個品種表現(xiàn)出極顯著差異（P＜0.01）。在第2次刈割時，苜蓿主根直徑明顯變粗，在0～10cm土層，寧苜一號變化最大，與第1次刈割相比，主根直徑加粗2.57mm；在低于30cm土層，寧苜一號和阿爾岡金的主根直徑分別為2.30mm和2.27mm。

根頸分枝數(shù)、根頸直徑影響地上部分產(chǎn)量。不同苜蓿品種生長當年第1茬根頸分枝數(shù)存在顯著差異（表4）。以亮苜2號根頸分枝數(shù)最多，為5.4個，極顯著（P＜0.01）高于其他幾個品種；皇冠次之，為3.2個分枝數(shù)，極顯著（P＜0.01）高于苜蓿王；其他幾個品種均顯著（P＜0.05）高于苜蓿王，苜蓿王僅為0.6個分枝數(shù)。在試驗期內(nèi)各苜蓿品種根頸直徑前后變化較大的有三得利、皇冠、寧苜一號、亮苜2號、WL－323。其中以三得利變化最大，比試驗初期增加了6.29mm；皇冠次之，增加4.92mm；亮苜2號、寧苜一號、WL－323根頸直徑較試驗前期分別增加了4.88mm、4.76mm、4.59mm；苜蓿王變化最小，僅比試驗前期增加2.15 mm，青睞增加了2.51mm，阿爾岡金3.07mm。

根系體積直接反映了植物根系與土壤的接觸面積，接觸面積越大，植物根系吸收養(yǎng)分和水分的能力也就越強［6］。在刈割前（6月30日），阿爾岡金的根體積為9.07cm3，比 WL－323、寧苜一號分別高4.29cm3、4.11cm3（圖2）。刈割后（7月31日）不同苜蓿品種其根系體積變化較小，說明刈割抑制了植株根系體積的增加。在試驗期內(nèi)阿爾岡金根系體積增加最為緩慢，在試驗結束時，與刈割前體積相比，僅增加8.05%；而WL－323、寧苜一號、三得利與刈割前體積相比，則增加60.17%、57.61%、50.09%，體積變化較大。

2.4 苜蓿物質(zhì)積累和根系特性的相關性分析

苜蓿的地上部分物質(zhì)積累與根系的生長發(fā)育緊密相關，苜蓿的物質(zhì)積累與根體積、根頸直徑極顯著相關，與0～10cm土層主根直徑顯著相關，與根頸分枝數(shù)、主根在10～20、20～30cm、＞30cm土層直徑正相關。與根體積相關系數(shù)最大，為0.72，根頸直徑次之，為0.61（表5）。

說明根體積和根頸直徑對植株整體物質(zhì)積累的影響最大，主根在0～10cm土層直徑對植株物質(zhì)積累影響次之，而根體積與根頸直徑、主根直徑極顯著相關，根頸直徑與主根直徑呈極顯著相關，主根在0～10cm土層直徑與主根在10～20、20～30、＞30cm土層直徑極顯著相關。根系的生長發(fā)育各項指標間緊密相關，根系是植物吸收、貯存營養(yǎng)物質(zhì)的重要營養(yǎng)器官，根系發(fā)育的好壞直接影響到整個植株的物質(zhì)積累。

圖2 苜蓿品種根體積變化動態(tài)Fig.2 The root volum characteristic of each variety

表3 苜蓿品種不同土層深度主根直徑Table 3 The taproot diameter under different soil horizons of each variety mm

表4 不同苜蓿品種根頸直徑與分枝數(shù)Table 4 The crown characteristic of each variety

表5 苜蓿物質(zhì)積累與根系參數(shù)的相關系數(shù)Table 5 The coefficient correlation of matter accumulation and root system parameter

3 討論

牧草生長力的強弱與牧草的生物量和利用方式有關［7］。王秀領等［8］研究表明苜蓿日增長高度在品種間、茬次間存在差異。指出各苜蓿品種均以第3茬草日增長量（1.5～2.0cm/d）最大，第4茬草日增長量（平均1.2cm/d左右）最小，這與苜蓿生長期間的溫度、水分和光照有關。本研究中，環(huán)境敏感性越大的品種其生長潛力相對較小，這是由于敏感性大的品種適應能力較差，植物機體不能夠及時積極地應對環(huán)境條件變化。

有研究指出，在苜蓿生長期內(nèi)出現(xiàn)兩個遲滯期，第1個遲滯期是在早春，由于光熱條件較差，導致苜蓿生長緩慢，第2個遲滯期出現(xiàn)在生長后期，此時苜蓿開始生殖生長導致營養(yǎng)生長減弱，造成生長緩慢。本試驗中苜蓿物質(zhì)積累呈現(xiàn)“慢－快－慢－快”的規(guī)律，在刈割后植株物質(zhì)積累變慢是由于刈割導致光合葉面積大幅減少，呼吸作用增強，光合效率降低，植物本身在進行一定時間的生理調(diào)整之后光合作用逐漸恢復，物質(zhì)積累增加。對各苜蓿品種根系特征的研究表明，不同苜蓿品種根系特性具有一定差異。在第1次刈割時青睞、苜蓿王、阿爾岡金主根直徑最粗；亮苜2號、皇冠根頸分枝數(shù)較多。在第2次刈割時，各品種苜蓿在上述兩個指標上沒有差異。阿爾岡金在整個生育期內(nèi)根體積變化小且均維持在較高水平。就物質(zhì)積累動態(tài)綜合分析可得知各苜蓿品種在初期生長發(fā)育時，根系生長發(fā)育特性影響地上部分物質(zhì)積累狀況。根系發(fā)育較好的品種如阿爾岡金，干物質(zhì)積累明顯較高。在第2次刈割時，不同品種根系指標差異減小，地上部分物質(zhì)積累差異表現(xiàn)出相同規(guī)律。這表明地上部分的物質(zhì)積累與根系的生長發(fā)育緊密相關。本試驗中相關性分析表明苜蓿物質(zhì)積累與根體積、根頸直徑極顯著相關，與主根在0～10cm土層直徑顯著相關，與根頸分枝數(shù)、主根在10～20、20～30、＞30cm土層直徑正相關。

4 結論

（1）參試各品種的生長擬合曲線表明皇冠、阿爾岡金、WL－323、寧苜一號、三得利在理想條件下具有較大的生長潛力，其對環(huán)境的敏感性較小。

（2）各品種的物質(zhì)積累動態(tài)均表現(xiàn)為“慢－快－慢－快”，在刈割后，植株光合作用能力的降低導致了植株生長速度的降低。

（3）參試苜蓿品種各根系參數(shù)間存在差異。第1茬苜蓿以青睞、苜蓿王、三得利主根直徑最粗，刈割后各苜蓿品種主根直徑差異不顯著；亮苜2號和皇冠根頸分枝數(shù)明顯高于其他幾個品種；阿爾岡金的根體積在整個測定期內(nèi)變化不大且均維持在較高水平，試驗結束時WL－323、寧苜一號、三得利根體積均顯著高于刈割前。綜合分析可知，三得利、青睞、寧苜一號、WL－323根系發(fā)育較好。

（4）物質(zhì)積累與根系各指標的相關性分析表明，物質(zhì)積累與根體積、根頸直徑極顯著相關，與主根在0～10cm土層直徑顯著相關，與根頸分枝數(shù)、主根在10～20、20～30、＞30cm土層直徑呈正相關。因此，在選擇苜蓿品種時，結合地上部分生長發(fā)育狀況，應選擇根系生長發(fā)育能力較強的品種，則可實現(xiàn)苜蓿的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

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