翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿生長的影響

張文杰，李向林，萬里強，何 峰

(中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，北京 100193)

翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿生長的影響

張文杰，李向林，萬里強，何 峰

(中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，北京 100193)

紫花苜蓿(Medicagosativa)自毒作用對連作種植的苜蓿建植有不利影響，減輕自毒作用，使苜蓿的更新建植能夠成功，是苜蓿生產中的一個重要問題。為此，在北京地區進行了田間試驗，對生長5年紫花苜蓿土地在不同時間耕翻，間隔0、15、30、45、90 d之后再播種同品種苜蓿，以研究耕翻至播種間隔時間對苜蓿苗期生長及生化特性的影響。結果表明，隨著耕翻至播種間隔時間的縮短，苜蓿苗期根和苗的長度與質量均呈明顯下降的趨勢。與間隔30、45及90 d播種的苜蓿相比，耕翻當天直接播種的苜蓿苗根系發育明顯受到抑制，根長下降了10%～23%，苗長下降了16%～26%，根質量下降了58%～71%，苗質量下降了38%～62%。苗期苜蓿葉綠素含量隨間隔時間變化不明顯，但超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性隨間隔時間延長而降低。

紫花苜蓿；化感作用；自毒；耕翻；重新播種

20世紀70年代中期以來,植物化感作用的研究逐漸引起普遍注意,并成為農業和化學生態學研究的活躍領域[1]。化感作用(allelopathy)是指“植物之間相互抑制或促進的生物化學作用”[2],而自毒作用(autotoxicity)則是化感作用的一種特殊形式,指某些植物釋放出的一些物質對同茬或后茬的同種或同科植物的生長產生抑制的現象。許多研究表明,植物自毒作用是造成連作障礙的重要因素之一[3]。

紫花苜蓿(Medicagosativa)是重要的豆科牧草，一般在種植后的第2-4年處于生長旺盛期,第5年以后生產力逐漸下降[4]。種植過苜蓿的土壤,間隔較短時間再種苜蓿，很難建植成功[5]。早期的研究發現,苜蓿在停種幾季后方可再播種,當時并不理解是什么原因導致土壤對長期種植苜蓿產生的不利影響,直到20世紀80年代，研究才發現苜蓿具有自毒效應[6]。大量的研究已經證實，苜蓿能產生和釋放化感物質抑制自身和其他作物的萌發和生長[7-8]。隨后,越來越多的學者認為苜蓿含有水溶性自毒物質[9-12]。目前，紫花苜蓿的自毒作用已經得到學界普遍認可[13-15]。

在苜蓿產業發達的美國，對苜蓿自毒作用的研究較多。連續種植苜蓿的土壤中存在自毒作用，使原地重新播種的苜蓿不能成功建植[13,15-16]。然而，用除草劑或翻耕使老苜蓿生長終止后，經過一定時間的間隔再重新種植苜蓿，則可不同程度地避免苜蓿自毒作用[15,17]。但是，關于間隔時間的長短，文獻報道的結果差異很大。例如，在美國密西根州只間隔2～3周新播紫花苜蓿可成功建植[14]，而在威斯康星州則需要長達1～2年的間隔才能較好地消除自毒作用的影響[18-19]。雖然國內也有少數關于紫花苜蓿化感作用的研究報道[20-21]，但基本都是利用植物浸提液在實驗室進行的生物測定，有關紫花苜蓿化感作用的田間實驗研究則鮮見報道，至于翻耕與播種之間的間隔時間對新播苜蓿建植的影響，國內尚未見到報道。為此，本研究通過田間試驗，分析不同的翻耕與播種間隔時間對新播苜蓿幼苗生長及生化特性的影響，旨在了解苜蓿自毒作用的田間實際影響，為苜蓿生產實踐提供參考依據。

1 材料與方法

1.1試驗地概況 試驗在北京克勞沃草業技術開發中心雙橋基地進行，地處39°34′ N，116°28′ E，為典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年平均氣溫10～12 ℃，≥10 ℃年積溫4 200 ℃·d，年降水量在600 mm以上，75%集中在夏季。地勢平坦、開闊，光照、通風良好，土壤耕作歷史悠久，土壤熟化程度高。

1.2試驗材料 試驗地為種植5年三得利(Sanditi)紫花苜蓿的地塊，新播種的紫花苜蓿品種仍然為三得利，種子由中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所提供。

1.3試驗設計 將種植5年的紫花苜蓿地分別于2009年的1月6日、2月25日、3月12日、3月27日和4月11日進行翻耕，4月11日統一播種苜蓿，即翻耕與播種之間的間隔時間分別為90、45、30、15和0 d共5個處理。翻耕時將苜蓿植株及根部清理出去，平整土壤，準備良好的苗床。重新播種苜蓿的播種量為15 kg/hm2,播種深度為2～3 cm，行距30 cm。播后適時澆水、除雜草。試驗為完全隨即區組設計，小區面積3 m×5 m，重復3次。

1.4測定方法與數據分析 播種后75 d(2009年6月25日)，在各小區隨即取樣10株，測定如下指標。

1)苗和根的長度：將植株完全挖出土壤(50 cm)，在新鮮狀態下用直尺分別測定主莖和主根的長度。

2)苗和根的質量：將苗和根沖洗干凈，表面晾干，然后稱取單株的根和苗的質量。

3)生化指標：葉綠素含量超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)。

結果數據采用Excel進行整理，用SAS 軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿形態指標的影響 翻耕與播種間隔時間對紫花苜蓿的生長存在一定的影響，一般隨著間隔時間的縮短，根長、苗長、根質量、苗質量都有逐漸減小的趨勢。田間實際長勢的觀察，也發現間隔時間越長幼苗生長越好。翻耕當天種植(間隔0 d)的紫花苜蓿根長顯著小于間隔30、45及90 d的處理(P<0.05)；翻耕當天種植的苜蓿根質量和苗質量顯著小于(P<0.05)其他處理的根質量和苗質量(間隔30 d處理除外)。

表1 翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿形態指標的影響

注：同列數據后不同字母者表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

2.2翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿葉綠素含量的影響 由表2可見，葉綠素a在0.632～0.670 mg/L變化， 葉綠素b的含量在0.313～0.391 mg/L變化，葉綠素a和葉綠素b之和的變化范圍為0.889～1.041 mg/L。翻耕與播種的間隔時間對后茬紫花苜蓿葉綠素a和葉綠素b的含量影響不顯著(P>0.05)。

2.3翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿SOD和POD活性的影響 SOD和POD活性整體上隨翻耕與播種間隔的縮短而增加(表3)。翻耕當天種植的苜蓿SOD活性顯著大于間隔45 d和間隔90 d種植的苜蓿(P<0.05)，間隔15 d的苜蓿SOD活性顯著大于間隔45 d的苜蓿。隨著翻耕間隔時間的縮短，POD活性也呈增加的趨勢，翻耕當天及間隔15 d種植的苜蓿POD活性顯著大于間隔90 d種植的苜蓿，而其他處理間差異不顯著(P>0.05)。

3 討論

從試驗結果來看，翻耕與播種間隔時間不同對苜蓿苗期生長發育確實存在明顯的影響。隨著翻耕至播種間隔時間的縮短，苜蓿苗期根和苗的長度與質量均呈明顯的下降趨勢。與間隔30、45及90 d播種的苜蓿相比，翻耕當天直接播種的苜蓿苗根系發育明顯受到抑制，根長下降了10%～23%，苗長下降了16%～26%，根質量下降了58%～71%，苗質量下降了38%～62%。從結果來看，間隔時間對根和苗的質量的影響要大于對根長(根深)、苗長(株高)的影響。

表2 翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿葉綠素含量的影響

表3 翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿SOD和POD活性的影響

Jennings和Nelson[16]在美國中西部平原用除草劑殺死生長5～7年的老苜蓿后，間隔15 d、23 d、0.5年、1.0年、1.5年后用免耕法再播種苜蓿，發現與間隔1.5年的處理相比，間隔15和23 d播種的苜蓿密度分別下降12%和19%，產量分別下降6.3%和10.3%。Tesar[14]在美國密西根州的研究結果表明，在老苜蓿地上重新種植苜蓿，翻耕至播種至少要間隔2周，而施用草甘膦殺死原有苜蓿后免耕播種，至少要有3周的間隔時間，才能明顯消除自毒作用。以上不同的研究證明，在翻耕至播種之間有一定的間隔時間，可以減輕苜蓿的自毒作用，使苜蓿的更新建植得以成功。但是，具體的間隔時間隨地區、原有苜蓿生長年限、品種、密度等因素的不同而有較大的差異[16]。在本研究中，就苜蓿苗期的生長而言，至少應該間隔15 d以上，而且間隔時間越長約有利于后茬苜蓿的建植，這與Tesar[14]的建議相似。但是，由于本試驗的時間較短，設置的最長間隔也只有90 d，所以尚難推薦一個最佳的間隔時間。

有些研究者采用在原有苜蓿地翻耕后延遲播種的措施來消除自毒作用，但往往導致苜蓿產量下降，這主要是因為延遲播種會錯失苜蓿的最佳播種時間，而且在冬季到來之前根系無法得到充分發育。因此，本研究采用統一播種時間、以不同的時間間隔提前翻耕的處理方法，保證了所有處理具有相同的生長時間，排除了其他因素的影響。建議在生產實踐中也應該在最佳季節播種，但將翻耕的時間提前。

化感物質能對植物的蛋白酶和果膠酶、過氧化物酶等有顯著的影響[22]。本研究顯示，翻耕與播種間隔時間越長，超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性越高。超氧化物歧化酶和過氧化物酶普遍存在于植物的各個組織中，可以通過催化植物體內的活性氧，防止發生過氧化反應。抗氧化酶活性與植物的代謝強度及逆境適應能力有密切的關系。苜蓿自毒作用在某種程度上也是一種逆境因素，抗氧化酶活性的變化反映了這種逆境影響及植物的適應性響應。在本研究中，苜蓿葉綠素含量在各處理間沒有顯著差異，表現相對穩定，可見處理對苜蓿苗期的光合作用影響不大。

因此在生產過程中，對于種植過幾年苜蓿的土地，可以通過多次翻耕和延長翻耕至播種的時間來降低自毒作用，翻耕及延長翻耕時間可以降低土壤中自毒物質的含量，從而降低自毒作用的影響，對后茬苜蓿的生長有很大的促進作用。但隨著翻耕間隔時間的縮短，超氧化物歧化酶總活性和過氧化物酶活性逐漸增加。

對于苜蓿自毒作用所涉及的具體化感物質，文獻中鮮有報道。一般認為，苜蓿根和植物體其他部位都會產生一些化感物質，這些化感物質都是水溶性的。這些物質主要通過揮發、淋溶的方式進入周圍土壤。翻耕后間隔一段時間再播種，可以使土壤中的化感物通過揮發和淋溶而損失，從而減輕自毒作用。

4 結論

在生長5年的三得利紫花苜蓿地上重新建植同一品種的苜蓿，翻耕至播種的間隔時間對苜蓿苗期的地上和地下部分生長發育有明顯影響。一般，隨著間隔時間的延長，苜蓿苗期植株的根長、根質量、苗長、苗質量均有增加趨勢，說明了自毒作用隨間隔時間而逐漸減弱。苗期苜蓿葉綠素含量隨間隔時間變化不明顯，但SOD和POD活性隨間隔時間延長而降低。在生產實踐中，在老苜蓿地上重新種植苜蓿，翻耕至播種之間的間隔至少應該超過15 d。

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Effectoftheintervalbetweenploughingandsowingongrowthofcontinuouscroppingalfalfa

ZHANG Wen-jie, LI Xiang-lin, WAN Li-qiang, HE Feng

(The Institute of Animal Science, CAAS, Beijing 100193， China)

Autotoxicity often causes poor establishment of continuous cropping alfalfa, therefore reducing the autotoxicity will benefit successful alfalfa regeneration in continuous cropping. A field experiment was conducted in the Beijing regions to determine effect of the interval between ploughing and reseeding on growth of continuous cropping alfalfa in 5-years field. The treatments included 0, 15, 30, 45 and 90 days of interval between ploughing and reseeding. The results of this study showed that less interval between ploughing and reseeding reduced the length of root and shoot and the weight of root and shoot of the alfalfa plants. The root length, shoot length, root weight and shoot weight in plots with 0 day interval reduced the 10%-23%, 16%-26%, 58%-71% and 38%-62%,respectively when compared to those in plots with a interval of 15, 30, 45 and 90 days. The changes of the interval did not affect chlorophyll content while the activities of SOD and POD increased with the decrease in interval between ploughing and reseeding.

alfalfa; allelopathy; autotoxicity; ploughing； reseeding

S551+.704

A

1001-0629(2011)01-0127-04

2010-03-07 接受日期：2010-09-06

農業部牧草產業技術體系研究課題

張文杰(1985-)，女，河南周口人，在讀碩士生，主要研究方向為草地生態學。

E-mail:wenjie8314@sohu.com

李向林 E-mail:lixl@iascaas.net.cn