不同微生境下科爾沁沙地苜蓿的生產(chǎn)性能

張玉霞，王顯國，邰繼承，朱愛民，郭 園，于華榮

(1.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028043； 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，北京 100083；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)飼用作物工程技術(shù)研究中心，內(nèi)蒙古 通遼 028041)

科爾沁地區(qū)是我國重要的商品糧基地之一，然而，多年的過度農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致了耕地資源的嚴(yán)重退化，合理開發(fā)利用部分宜農(nóng)非耕地資源，是解決耕地資源短缺的有效措施和途徑[1]。近年來，在科爾沁地區(qū)，沙化草地進(jìn)行規(guī)?；莸匕l(fā)展迅速，正確定位苜蓿產(chǎn)業(yè)發(fā)展對科爾沁地區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及引導(dǎo)苜蓿產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展都具有重要意義[2]。紫花苜蓿(Medicagosativa)是世界范圍內(nèi)種植的最重要的牧草之一[3-5]，也是我國種植的主要牧草[6-7]。苜蓿根粗壯，入土較深，根頸發(fā)達(dá)，地下生物量相比其他農(nóng)作物較大，且具有生物固氮作用，是重要的養(yǎng)地作物[8-11]，由于其蛋白質(zhì)含量較高、適口性好，作為重要的飼料牧草對我國畜牧業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)[12-13]。

生境是影響植物生態(tài)建成、生長發(fā)育的重要資源，隨著生境的變化，植物的生物量分配、繁殖、營養(yǎng)積累及生理活動(dòng)均會(huì)發(fā)生變化。馬嬌等[14]研究表明，不同微生境下小苜蓿的生長特性變化差異較大，2.5 m灌木遮陰微生境條件下小苜蓿根冠比較未遮陰和0.8 m灌木遮陰微生境條件下大，而0.8 m灌木遮陰微生境條件下小苜蓿的地上生物量積累最高。科爾沁沙地地勢起伏較大，具有洼地、坡地、崗地典型坨沼相間地貌特征[15]，即3種微生境條件，通過對不同微生境下土壤測定表明，洼地、坡地、崗地土壤養(yǎng)分、水分含量差異較大。雖然各學(xué)者在不同領(lǐng)域?qū)俎ＩL特性的研究甚多，但針對不同微生境條件下對苜蓿生長性能及相關(guān)研究較少，因此，筆者針對科爾沁沙地的不同微生境下苜蓿生產(chǎn)性能調(diào)查研究，分析不同微生境條件下苜蓿長勢，以期為科爾沁沙地苜蓿規(guī)?；a(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地處內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科爾沁左翼中旗珠日河星圣草業(yè)公司，地理位置為N 43°36′、E 122°2′，海拔250～300 m；年平均氣溫6.2℃，≥10℃年活動(dòng)積溫3 100℃，年平均日照時(shí)數(shù)3 000 h，無霜期150 d，年平均降水量350～400 mm，蒸發(fā)量較大，是降水量的5倍，年平均風(fēng)速3～4 m/s，為典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候。試驗(yàn)田土壤類型為沙土，新開墾草地，耕層土壤(0～20 cm)基礎(chǔ)理化指標(biāo)洼地土壤有機(jī)質(zhì)4.45 g/kg，堿解氮33.47 mg/kg，速效鉀75.17 mg/kg，速效磷7.24 mg/kg；坡地土壤有機(jī)質(zhì)4.05 g/kg，堿解氮25.09 mg/kg，速效鉀63.16 mg/kg，速效磷6.10 mg/kg；崗地土壤有機(jī)質(zhì)3.61 g/kg，堿解氮17.89 mg/kg，速效鉀52.22 mg/kg，速效磷4.24 mg/kg。采用指針式噴灌機(jī)進(jìn)行灌溉。

1.2 供試材料

試驗(yàn)材料為紫花苜蓿品種騎士(Stockpile)，種子由佰清源種子公司提供。2014年7月1日種植，底肥施復(fù)合肥(N-P-K/10-26-16)375 kg/hm2，播種量為15 kg/hm2，等行距種植，行距為30 cm。2015年，施用返青肥(N-P-K/6-26-18)450 kg/hm2，第1茬，第2茬，第3茬均噴施復(fù)合肥(N-P-K/16-26-18)150 kg/ hm2，第3茬刈割后開始噴施越冬肥(N-P-K/4-20-25)150 kg/ hm2。

試驗(yàn)共設(shè)置洼地、崗地、坡地3個(gè)苜蓿樣地，分別在2015年6月1日，7月5日和9月1日苜蓿二齡期刈割3次，每次刈割時(shí)測定鮮重、干重、株高、莖粗、莖重、葉重等生長指標(biāo)，并計(jì)算每茬苜蓿鮮干比、莖葉比，進(jìn)行沙地苜蓿產(chǎn)量與生長特性的分析。最后1次刈割時(shí)，每個(gè)處理取面積為2 m×1 m樣方，測定不同微生境地下0～30 cm土壤剖面內(nèi)苜蓿根體積、根干重、根頸粗度并統(tǒng)計(jì)根瘤數(shù)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

苜蓿鮮重選擇樣區(qū)內(nèi)長勢一致，取2 m2樣方刈割測產(chǎn)，留茬高度5 cm，3次重復(fù)取平均值；苜蓿干重，稱取200 g鮮草裝袋帶回實(shí)驗(yàn)室，105℃殺青15 min后，在65℃下烘24 h，計(jì)算鮮干比(200 g/干草重量g×100%)，并進(jìn)一步折算為每公頃干草產(chǎn)量；株高選擇樣區(qū)內(nèi)長勢一致植株，隨機(jī)測定10株，測量從地面至植株頂端的自然長度，10次重復(fù)取其平均值；莖葉比每次刈割測產(chǎn)時(shí)，同時(shí)另取鮮樣200 g，105℃殺青15 min，在65℃下烘24 h，莖葉分離后分別測定干物質(zhì)量，3次重復(fù)取平均值；根頸粗度使用游標(biāo)卡尺直接測量，最大根頸處(產(chǎn)生分蘗和秋眠芽處)，10次重復(fù)取其平均值；莖粗使用游標(biāo)卡尺直接測量莖稈底端距刈割部2 cm處，10次重復(fù)取其平均值；根干物質(zhì)量每次刈割測定地上部株高時(shí)，同時(shí)挖取地下根系，連續(xù)10株，洗凈后放在烘箱里于65℃烘干后進(jìn)行稱量；根瘤數(shù)每次測定地下根系時(shí)，連續(xù)挖取10株統(tǒng)計(jì)每株苜蓿根瘤數(shù)取平均值。根體積取1 L量筒，注入500 mL蒸餾水，記下量筒讀數(shù)，取10株苜蓿根系用濾紙吸干洗凈表面的蒸餾水，放入量筒內(nèi)，并用玻璃棒將根全部沉入水里，再次記下量筒讀數(shù)，2次讀數(shù)之差即為根系體積。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel軟件作表和制圖，用SPSS 17.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 沙地苜蓿在不同微生境條件下的產(chǎn)量

不同生境條件下，苜蓿不論是鮮草產(chǎn)量還是干草產(chǎn)量均有差異，其中，洼地苜蓿年總鮮草產(chǎn)量最高，達(dá)到了67 833.33 kg/hm2，年總干草產(chǎn)量同樣最高，達(dá)到了14 173.47 kg/hm2，均顯著高于坡地苜蓿和崗地苜蓿(表1)。坡地苜蓿年鮮草和干草產(chǎn)量也是顯著高于崗地苜蓿，崗地苜蓿產(chǎn)量最低，其鮮草產(chǎn)量僅為洼地苜蓿的51.54%，干草產(chǎn)量僅為洼地苜蓿的52.32%。不同生境處理下，苜蓿草產(chǎn)量在不同茬次上的表現(xiàn)也有顯著不同，洼地苜蓿和坡地苜蓿處理均以第2茬刈割鮮、干草產(chǎn)量最高，而崗地苜蓿處理卻是第3茬刈割時(shí)鮮、干草產(chǎn)量最高；洼地苜蓿處理第3茬鮮、干草產(chǎn)量相較第1茬和第2茬有下降趨勢，產(chǎn)量最低；而坡地苜蓿和崗地苜蓿處理則都是第1茬草產(chǎn)量最低(表1，2)。

表1 不同微生境條件下苜蓿的鮮草產(chǎn)量

注:同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，同列不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)，下同

表2 不同微生境條件下苜蓿的干草產(chǎn)量

2.2 沙地苜蓿在不同微生境條件下的株高、莖粗變化

不同生境處理下苜蓿株高差異顯著，3茬苜蓿平均株高中，洼地苜蓿>坡地苜蓿>崗地苜蓿(表3)。不同生境條件下，均以第1茬苜蓿株高最低，洼地苜蓿和坡地苜蓿均是第2茬苜蓿株高最高，株高隨時(shí)間呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢；崗地苜蓿第3茬株高最高，株高隨時(shí)間呈增加的變化趨勢。第1茬苜蓿中，洼地苜蓿和坡地苜蓿相比株高差異不顯著(P>0.05)，但是均極顯著高于崗地苜蓿(P<0.01)。第2茬苜蓿，洼地苜蓿與崗地苜蓿相比較株高達(dá)到了極顯著差異水平(P<0.01)，洼地苜蓿與坡地苜蓿以及坡地苜蓿與崗地苜蓿相比較株高也都達(dá)到了顯著差異水平(P<0.05)。第3茬苜蓿，洼地苜蓿株高極顯著高于坡地和崗地(P<0.01)，而坡地和崗地之間無顯著差異(P>0.05)。

不同生境條件下苜蓿莖粗差異顯著，3茬苜蓿平均莖粗以洼地苜蓿莖粗最大，其次為坡地苜蓿，崗地苜蓿最小，這與不同生境下株高的變化一致(表4)。3種生境條件下，均是第2茬苜蓿莖粗最大，莖粗隨時(shí)間均呈先增加后降低的變化趨勢，且均是第3茬莖粗最小。第1茬苜蓿中，洼地苜蓿莖粗最大，并且和崗地苜蓿相比差異達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)，與坡地苜蓿相比也達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。第2茬和第3茬苜蓿中，洼地苜蓿莖粗均最大，并且和坡地苜蓿以及崗地苜蓿相比差異均達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)，坡地苜蓿和崗地苜蓿處理間無顯著差異(P>0.05)。

表3 不同微生境條件下苜蓿的株高

表4 不同微生境條件下苜蓿的莖粗

2.3 沙地苜蓿在不同微生境條件下的鮮干比、莖葉比

鮮干比和莖葉比都是衡量苜蓿品質(zhì)的指標(biāo)。鮮干比是指苜蓿鮮草與干草重量之比，反映苜蓿的干物質(zhì)積累程度，由表5可見，不同生境下，苜蓿鮮干比3茬的平均值差異不顯著(P<0.05)。3種微生境條件下，鮮干比均以第1茬為最小，都是呈先增加后下降的趨勢，第2茬最高。其中，第1茬苜蓿鮮干比，洼地苜蓿最大，崗地苜蓿最小，并且二者間達(dá)到了極顯著差異水平(P<0.05)。而第2茬和第3茬苜蓿鮮干比無顯著差異(P>0.05)。

莖葉比則是苜蓿莖稈與葉片部分重量之比，苜蓿葉片部分相比莖稈部分蛋白含量較高,因此，莖葉比也常用于反映苜蓿質(zhì)量，苜蓿葉片部分占比越多，相對品質(zhì)就越好。不同生境下，苜蓿莖葉比3茬的平均值表現(xiàn)為洼地苜蓿>坡地苜蓿>崗地苜蓿(表6)。其中，莖葉比均以第1茬為最小，第3茬為最大，都是呈增加的趨勢。第1茬苜蓿莖葉比，洼地苜蓿最大，崗地苜蓿最小，且達(dá)到極顯著差異水平(P<0.01)，坡地苜蓿莖葉比也顯著高于崗地苜蓿(P<0.05)。第2茬和第3茬苜蓿不同生境下莖葉比無顯著差異(P>0.05)。

表5 不同微生境條件下苜蓿的鮮干比

表6 不同微生境苜蓿莖葉比比較

2.4 沙地苜蓿在不同微生境條件下的根系特征

植物根系是吸收養(yǎng)分和水分的主要器官，其生長對于植物長勢影響較大。苜蓿是典型的深根性植物，主根發(fā)達(dá)，入土較深。科爾沁沙地非耕地種植苜蓿，僅兩年生既有較大的地下根系生物量，洼地和坡地生境下，苜蓿根系體積和根干重均極顯著高于崗地生境下苜蓿根體積和根干重(P<0.05)；洼地生境和坡地生境相比，苜蓿根體積差異不明顯(P>0.05)(圖1，2)。不同生境條件下，苜蓿根頸亦有顯著差異，洼地苜蓿根頸粗度最大，為4.44 mm，顯著高于坡地苜蓿和崗地苜蓿(P<0.05)；坡地苜蓿根頸粗次之，崗地苜蓿最小，但是二者差異不顯著(圖3)。

地球表面上每年生物固氮的總量巨大，其中，豆科植物體內(nèi)根瘤菌的固氮量占生物固氮總量1/2，根瘤數(shù)量是反映豆科植物固氮能力的重要指標(biāo)。科爾沁地

圖1 不同微生境條件下的根體積Fig.1 Comparison of root volume in different microhabitats

圖2 不同微生境條件下的根干重Fig.2 Comparison of root dry weight in different microhabitats

圖3 不同微生境條件下的根頸粗Fig.3 Comparison of root diameter in different microhabitats

區(qū)沙地種植苜蓿，兩年生苜蓿根瘤數(shù)量整體偏少。不同生境條件下，洼地苜蓿根瘤菌數(shù)量最高，達(dá)到16.7，坡地苜蓿根瘤數(shù)量次之，為每株13.3個(gè)，二者間差異不顯著(P>0.05)，但是洼地苜蓿和坡地苜蓿顯著高于崗地苜蓿(P<0.05)(圖4)。

圖4 不同微生境條件下的根瘤數(shù)Fig.4 Comparison of nodule number in different microhabitats

2.5 沙地苜蓿產(chǎn)量與生長特性的相關(guān)性分析

苜蓿干草產(chǎn)量主要由苜蓿莖葉組成。不同微生境下苜蓿干草產(chǎn)量與其莖葉比均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，苜蓿干草產(chǎn)量與苜蓿株高呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。相關(guān)性分析表明，苜蓿的產(chǎn)量與其根重、根頸粗、根體積沒有顯著相關(guān)關(guān)系(P>0.05)(表7)。

3 討論與結(jié)論

苜蓿是優(yōu)良牧草，其分布范圍廣，種植面積大，適應(yīng)能力強(qiáng)，具有抗寒、抗旱和耐鹽堿性，是世界公認(rèn)的“牧草之王”[16]。科爾沁地區(qū)是我國典型的農(nóng)牧結(jié)合區(qū)，且?guī)资甑霓r(nóng)業(yè)開墾和氣候變化導(dǎo)致土地退化嚴(yán)重，苜蓿種植對促進(jìn)地區(qū)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展和改善生態(tài)環(huán)境具有積極的意義。生境是指生物生存環(huán)境，不同的生境存在顯著水、熱等條件差異，最終必將影響其上生長的植被分布和蓋度[17-18]。通過前人的研究發(fā)現(xiàn)不同生境對植物生長發(fā)育會(huì)產(chǎn)生某些影響，向芬等[19]在湖南省吉首市研究了不同生境下植物生長差異，結(jié)果表明在谷外有陽光生境下的植物比在陰坡面生境條件下植物長勢好，適宜的光照和充足的水分及養(yǎng)分條件下植株長勢一般均較好。紫花苜蓿是長日照植物，光照對紫花苜蓿生態(tài)型有重要作用，科爾沁沙地3種微地形均無遮光物，光照條件好。大氣中對苜蓿有影響的主要是CO2，研究表明在CO2濃度高的情況下，可促進(jìn)苜蓿根系結(jié)瘤量，增加苜蓿固氮活性，苜蓿干草產(chǎn)量亦較高[20-22]。相對于坡地和崗地，洼地微生境中CO2濃度較高，苜蓿葉片中葉綠體對光有更強(qiáng)的吸收能力，葉片的原初光能轉(zhuǎn)換率提高，使光合效率提高，同時(shí)增加苜蓿的固氮能力，這可能是洼地苜蓿產(chǎn)量高于坡地、崗地的原因之一。

表7 苜蓿產(chǎn)量與生長指標(biāo)的相關(guān)性分析

注：**表示極顯著相關(guān)(P<0.01)，*表示顯著相關(guān)(P<0.05)

土壤對于苜蓿的生長發(fā)育主要是土壤的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和土壤肥力。研究表明，施N、P、K肥可有效增加苜蓿植株高度和青干草產(chǎn)量，同時(shí)施低氮可有效增加苜蓿的固氮能力及有效根瘤菌數(shù)，并促進(jìn)苜蓿光合作用，從而增加苜蓿青干草產(chǎn)量[23]。試驗(yàn)中，微環(huán)境中土壤速效磷、速效鉀、堿解氮及有機(jī)質(zhì)含量排列順序均是洼地>坡地>崗地，說明崗地土壤瘠薄，很難提供苜蓿正常生長所需的養(yǎng)分，從而限制苜蓿的正常生長發(fā)育。坡地土壤條件介于崗地和洼地之間，從而導(dǎo)致坡地苜蓿長勢如，株高、根瘤、莖粗等較崗地好，但較洼地差。

影響苜蓿生長的因素除土壤肥力因素外，土壤水分亦是限制苜蓿生長的重要的因素之一。鄭永宏等[24]在對不同生境植物生長對氣候變化的響應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，不同生境條件下土壤水分及蒸發(fā)、蒸騰作用差異較大，是限制植物長的主要因素。本試驗(yàn)與此研究有相同之處，崗地苜蓿長勢較弱，植株明顯較坡地和洼地低，根頸細(xì)且體積小，干草產(chǎn)量低，可能是由于崗地地勢較高，土壤沙性較大，土壤保水能力差，且科爾沁地區(qū)4～6月風(fēng)速較大，7～9月溫度較高，崗地土壤水分蒸發(fā)較洼地和坡地快，加上崗地土壤養(yǎng)分低，且水分供應(yīng)不足，共同不利因素造成苜蓿生長受阻，這與邵雪梅、尹輝和Sheppard等[25-27]研究具有一致性。綜上所述，科爾沁地區(qū)規(guī)?；N植苜蓿，應(yīng)選擇地勢相對較低且相對平緩的地帶，此地區(qū)土壤養(yǎng)分條件好，且土壤理化性質(zhì)好，土壤沙性小，保水保肥，種植苜?？色@得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

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