滴灌苜蓿不同花期農藝性狀特征及與干草產量的關系

劉選帥，孫延亮，張前兵，李生儀，趙俊威，于 磊，馬春暉

(石河子大學 動物科技學院，新疆石河子 832003)

紫花苜蓿(Medicagosativa)是一種優質的多年生豆科牧草，其分布廣、產量高、營養品質好、生長年限長、適口性好及再生性強，既能為家畜提供優質蛋白飼料，又能利用根瘤菌固定游離于空氣中的氮素，起到提高土壤肥力的作用，因此被人們稱為“牧草之王”[1-2]。苜蓿作為中國人工種植面積最大的牧草，對中國北方部分地區農牧業的結構調整、經濟建設以及穩固和改善自然生態環境意義重大[3-4]。新疆是中國紫花苜蓿的主要種植區域之一，并且隨著畜牧業的集約化迅速發展，種植面積在不斷擴大。而現如今國內的苜蓿種植業還處于一個相對較低的水平，大量的優質苜蓿仍依賴美國、澳大利亞等國家的進口[5]。因此，研究紫花苜蓿的高效優質生產對發展優質的現代畜牧業有著十分重要的意義。

在苜蓿的不同生育時期中，其生物量處于動態變化之中，各個生育時期生物量差異較大[6]，研究表明，苜蓿鮮草產量隨著生育期的推進呈逐漸增大的趨勢[7]。現蕾期和初花期較盛花期具有較高的營養品質和飼用價值，但盛花期產量更高，纖維素和木質素含量也更高[8]。不同生育期紫花苜蓿的產量變化顯著，相同刈割期，產量隨著刈割茬次的增加而呈現降低的趨勢[9]。相同農藝措施下同一年中不同花期內紫花苜蓿的具體生長變化規律尚不明確，尤其是對新疆綠洲區滴灌條件下紫花苜蓿不同花期的農藝性狀及干草產量的變化特征的研究鮮有報道，各農藝性狀指標與干草產量之間的具體關系也尚不明晰。因此，開展相同農田管理措施下不同花期紫花苜蓿各性狀指標特征及與干草產量之間的關系研究，以期確定紫花苜蓿的最佳刈割時期，進而為新疆綠洲區紫花苜蓿的田間優質高效生產提供實際指導及數據參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年在新疆石河子市天業集團農研所農業示范園區試驗田(44°26′ N，85°94′ E)進行。試驗地土壤類型為灰漠土，pH為7.65，年降水量為130～215 mm，年日照時數為2 310～ 2 730 h，無霜期為147～191 d。0～20 cm耕層土壤含全氮1.63 g/kg，堿解氮72.5 mg/kg，有機質24.1 g/kg，全磷0.19 g/kg，速效磷15.2 mg/kg，速效鉀324 mg/kg，土壤體積質量為1.46 g/cm3，田間持水量為24.8%，土壤飽和體積含水量為29.8%。

1.2 試驗設計

試驗采用單因素隨機區組設計，選取重點體現紫花苜蓿干草產量及營養品質的4個花期進行刈割及各項指標的測定，具體花期分別為：孕蕾盛期(孕蕾50%，S1)、初花前期(開花5%，S2)、初花后期(開花10%，S3)、盛花期(開花50%，S4)。按照以上花期進行刈割，則S1期共刈割6茬，S2期共刈割5茬，S3期共刈割4茬，S4期共刈割3茬。各茬次不同花期的具體刈割時間見表1。

表1 各茬次不同花期刈割時間(2017年)Table 1 Mowing time of each cut at different flowering stages(2017)

供試紫花苜蓿品種為本地區廣泛種植并具有代表性的‘WL354HQ’(北京正道生態科技有限公司)和‘巨能551’(Magnum，北京克勞沃草業技術開發中心)，于2015-04-19采用人工條播方式播種，苜蓿播種行距為20 cm，播種深度為1.5～2.0 cm，播種量為18.0 kg/hm2，小區面積為 35 m2(7 m × 5 m)。所用滴灌帶為內鑲式滴灌帶(新疆普疆節水有限公司生產)，以60 cm為間距淺埋滴灌帶于地下8～10 cm處，滴灌帶的工作壓力為0.1 MPa，直徑為12.5 mm，滴頭間距為20 cm。施肥和灌溉均按照當地滴灌苜蓿高產田的實際灌溉需求量進行。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 苜蓿干草產量 采用樣方法測定，隨機選取葉齡一致且能夠代表該小區整體長勢水平的苜蓿植株，以1 m×1 m為一個樣方，用剪刀剪取樣方內的苜蓿植株(留茬5 cm)，稱量，記錄苜蓿植株鮮草產量，重復3次；另取3份300 g左右鮮草樣品用布袋帶回實驗室，常溫風干至恒定質量，測定其含水率并折算出苜蓿干草產量(kg/hm2)。具體計算公式如下：

干草產量 = 鮮草產量×(1-含水率)

1.3.2 苜蓿株高 在測定苜蓿鮮草產量的同時，隨機選取長勢均一的苜蓿植株10株，用卷尺測定其到地表的拉伸垂直高度，取其平均值(cm)。

1.3.3 苜蓿莖粗 在株高測定的同時，對測定株高的10株紫花苜蓿植株用游標卡尺測定其距地面5 cm高度的植株莖稈直徑(mm)。

1.3.4 苜蓿莖葉比 將帶回實驗室的300 g鮮樣苜蓿風干至恒定質量，后進行人工莖葉分離，分別測其莖質量和葉質量，計算莖葉比。具體計算公式如下：

莖葉比=莖質量/葉質量

1.4 灰色關聯度分析

根據灰色系統理論要求，將各茬次不同花期苜蓿干草產量及3個農藝性狀指標看作一個整體，構建一個灰色系統[10]。利用DPS 7.05統計軟件計算各農藝性狀參數與苜蓿干草產量的灰色關聯度。設干草產量為參考數列X0，3個農藝性狀指標分別為比較數列X1、X2、X3和X4，參數Xi與產量(X0)的關聯系數(ε)和各因素的關聯度(r)為：

式中，εi(k)為Xi對X0在k點的關聯系數，ρ為灰色分辨系數，一般取ρ=0.5；根據關聯度ri的大小，就可以確定比較數列與目標數列的關聯程度，從而判斷比較數列的重要性。

1.5 試驗數據處理

采用Microsoft Excel 2010進行數據處理，利用DPS 7.05進行差異顯著性分析(Duncan’s)。試驗結果表示為“平均值±標準誤”。

2 結果與分析

2.1 不同花期紫花苜蓿的株高

不同花期下紫花苜蓿株高的變化如表2所示，隨著苜蓿花期的推進，相同茬次紫花苜蓿的株高表現為逐漸增大的趨勢(‘WL354HQ’在第1茬S4的株高稍有降低)。不同花期之間，S2的株高顯著大于S1(P<0.05)。S2與S3及S3與S4之間，各茬次株高均差異不顯著(P>0.05)，說明株高在苜蓿進入到初花期后變化不大。S1與S3及S1與S4之間，各茬次均為差異顯著(P< 0.05)。S2與S4之間，除了‘巨能551’第1、2茬差異顯著外(P<0.05)，‘WL354HQ’第1、2、3茬和‘巨能551’第3茬均表現為差異不顯著(P>0.05)。

表2 不同花期紫花苜蓿的株高Table 2 Height of alfalfa at different flowering stages cm

2.2 不同花期紫花苜蓿的莖粗

由表3可以看出，隨著苜蓿花期的推進，紫花苜蓿的莖粗呈現逐漸增大的趨勢，在S4達到最大值，‘WL354HQ’和‘巨能551’分別為3.32 mm和3.51 mm。S1與S2之間，除了‘WL354HQ’的第1茬和第2茬的莖粗差異不顯著外(P> 0.05)，其他茬次均表現為S2顯著大于S1(P< 0.05)。S2與S3之間，‘WL354HQ’第2茬和‘巨能551’第2、3、4茬均表現為差異顯著(P< 0.05)，其余茬次均為S2與S3差異均不顯著 (P>0.05)。S3與S4之間，各茬次莖粗差異均不顯著(P>0.05)。S1與S3之間，除‘WL354HQ’第1茬差異不顯著外(P>0.05)，其余茬次均為S3顯著大于S1(P<0.05)。S2與S4之間，除了‘WL354HQ’的第3茬差異不顯著外(P>0.05)，其余茬次均為S4顯著大于S2(P<0.05)。S4各茬次的莖粗顯著大于S1(P<0.05)。在同一花期不同茬次內，紫花苜蓿的莖粗隨著茬次的遞進而逐漸減小。

表3 不同花期紫花苜蓿的莖粗Table 3 Stem diameter of alfalfa at different flowering stages mm

2.3 不同花期紫花苜蓿的莖葉比

不同花期紫花苜蓿的莖葉比各不相同，總體來看，各茬次莖葉比均隨著苜蓿的日漸成熟而表現出逐漸增大的趨勢(表4)。其中，S1與S2之間，除了‘巨能551’第4茬差異不顯著外(P> 0.05)，‘WL354HQ’的全部茬次和‘巨能551’其余茬次均為S2顯著大于S1(P<0.05)。S2與S3之間，除了‘巨能551’第4茬的S2和S3之間差異顯著外(P<0.05)，‘WL354HQ’全部茬次和‘巨能551’其余茬次差異均不顯著(P>0.05)。在S3與S4之間，除了‘巨能551’第2茬的S3與S4間差異不顯著外(P>0.05)，‘WL354HQ’全部茬次和‘巨能551’的第1、3茬均為S4顯著大于S3(P<0.05)。相同苜蓿品種，各茬次S1與S3、S2與S4、S1與S4的莖葉比均差異顯著(P< 0.05)。

表4 不同花期紫花苜蓿的莖葉比Table 4 Stem-leaf ratio of alfalfa at different flowering stages

2.4 不同花期紫花苜蓿的干草產量

不同花期紫花苜蓿的干草產量如表5所示，相同茬次，隨著花期的推進，2個紫花苜蓿品種‘WL354HQ’和‘巨能551’的干草產量均呈現逐漸增大的趨勢，刈割3茬的均在S4下達到最大，分別達到7 463.29 kg/hm2和7 599.70 kg/hm2。S1與S2、S2與S3之間，除了‘巨能551’第3茬差異不顯著外(P>0.05)，其他茬次均表現為差異顯著(P<0.05)。S3與S4之間，‘WL354HQ’和‘巨能551’均在第2茬差異顯著(P<0.05)，而在第1茬和第3茬差異均不顯著(P>0.05)。各茬次間S1與S3、S2與S4及S1與S4的干草產量均差異顯著(P<0.05)。

從總干草產量來看，苜蓿的各個花期對應的總干草產量為在S2時期(刈割5茬)最大，‘WL354HQ’和‘巨能551’的最大值分別為 22 947.53 kg/hm2和 22 673.16 kg/hm2，苜蓿的總干草產量大小順序為S2>S3>S4>S1。

表5 不同花期紫花苜蓿的干草產量Table 5 Hay yield of alfalfa at different flowering stages kg/hm2

2.5 不同花期苜蓿農藝性狀與干草產量的關系

灰色關聯度分析法是一種描述多個因素間單個因素重要性強弱的統計分析方法，關聯系數數值大小在0～1之間，數值越大，表示該因素的作用越大；數值越小，其作用越小[11]。為了進一步說明苜蓿各農藝性狀指標與干草產量之間的關系，本試驗將不同花期滴灌苜蓿的株高、莖粗、莖葉比與干草產量進行灰色關聯度分析，結果顯示(表6)，‘WL354HQ’在S1、S3、S4的各農藝性狀與干草產量的相關性大小順序為莖粗>莖葉比>株高，而在S2其相關性大小順序為莖粗>株高>莖葉比，說明莖粗與‘WL354HQ’苜蓿干草產量的關聯度最高，即其對苜蓿干草產量的貢獻率最大。‘巨能551’在S1、S2的各農藝性狀中與干草產量相關性最大的是株高，而在S3和S4下，莖粗與干草產量關聯系數最大，說明不同花期滴灌苜蓿各農藝性狀與干草產量的關聯度是不同的。

表6 不同花期苜蓿各農藝性狀與干草產量的灰色關聯度分析Table 6 Grey correlation analysis of characters and yield of alfalfa at different flowering stages

3 討 論

3.1 不同花期對紫花苜蓿株高的影響

苜蓿的株高是評價苜蓿干草產量的重要指標之一，同時也是最能直觀體現其生物量積累過程的性狀指標[12]。研究表明，生育期對苜蓿株高的影響很大程度上受苜蓿本身生物學特性影響，即在整個生育期內苜蓿的株高是呈“慢速-快速-慢速”的生長規律[13]。在苜蓿生長進入到分枝期后，其生長速度加快，在初花期基本達到其株高峰值，之后幾乎停止生長[14]。本研究也表明，紫花苜蓿株高的最大值出現在S4(表2)，各花期苜蓿株高大小順序依次為S4>S3>S2>S1。可見，若只以株高作為評判依據，則S4的單茬干草產量最大。在S1期，苜蓿植株尚未成熟，處于快速生長階段，節間長度增長也較快，同時，由于從孕蕾期開始，苜蓿行間的群體散射輻射和直射輻射透過系數會減小，而這又保證了苜蓿植株對光能的充分利用，進而增強了苜蓿的光合作用[15]，使得苜蓿的生物量在此期積累迅速，故S2的株高顯著大于S1的株高(P<0.05)。而在S2至S4期間，苜蓿生長進入到花期，其植株體內的營養物質用于維持開花而不再或很少用于增加植株高度，同時，植株生長符合“S”型生長曲線，一般在開花期株高就會達到最大值[16]，進而導致苜蓿植株生長速度變緩而進入到慢速生長的階段，故從S2至S4苜蓿株高差異不大。

3.2 不同花期對紫花苜蓿莖粗的影響

莖粗是評價苜蓿植株纖維含量高低的一個指標[17]，也是衡量苜蓿生長性能的一個重要指標，但其可視變化不如株高明顯。本研究表明，隨著苜蓿花期的推進，苜蓿植株的莖粗呈現逐漸增大的趨勢，于S4達到最大(表3)。本研究中，苜蓿各茬次的莖粗為S2顯著大于S1(P<0.05)，這極有可能是因為苜蓿進入花期以后，莖稈占植株干物質比重在迅速增加[18]，同時S1的苜蓿處于快速生長階段，莖稈直徑增大較快，因而導致苜蓿植株干物質積累較快，故S2的莖粗顯著大于S1。雖然S3的莖粗大于S2，S4的莖粗大于S3，但在S2與S3之間、S3與S4之間，其差異并無統計學意義，說明S2至S4苜蓿的生長與其生長曲線相符，處于慢速生長階段，故生長緩慢，差異不明顯。而S4各茬次均顯著大于S2和S1(P<0.05)，造成這種現象的原因可能是在進入到初花期后苜蓿植株逐漸開始成熟老化，木質化加劇[19]，而此時苜蓿的木質化主要集中在莖稈上，增加了莖稈的粗纖維含量，故S4的莖粗顯著大于S2和S1的莖粗。在苜蓿植株中，莖稈是植株運送營養物質和水分的主要通道，而苜蓿莖粗的大小是與干物質的積累程度相適應的，即莖粗越大，苜蓿可運送和吸收的營養物質也相對越多，進而使干物質積累較多，因此，莖粗在一定程度上是由花期決定的。

3.3 不同花期對紫花苜蓿莖葉比的影響

莖葉比作為苜蓿農藝性狀的一個重要指標，其通過莖、葉在不同花期的比值大小來反映干草產量的高低，比值越大，產量越高，比值越小，產量越低。研究表明，隨著花期的推進，苜蓿植株的莖葉比逐漸增大，進而導致苜蓿植株體內的木質素和纖維素含量增多，尤其是酸性洗滌纖維(ADF)含量明顯上升[20]，而粗蛋白含量也隨之下降[21]。另有研究表明，苜蓿的莖葉比隨著生育期的推進而上升，在結實期最大，這一規律是由苜蓿自身生長節律決定的[22]。因為本試驗的花期未涉及到結實期，所以本試驗的莖葉比大小順序為S4> S3>S2>S1(表4)，這與李巖等[23]的研究結果一致，其原因是隨著花期的推進，紫花苜蓿株高逐漸增大，而株高的增大又使得莖生物量在紫花苜蓿植株中所占的比重增加，因而莖葉比也隨著生育期的推進而上升。本試驗中，S1苜蓿植株的生長速度較快，木質化程度較低，因此莖葉比相對較低，與S2的莖葉比相比差異明顯。而從S2開始，苜蓿進入開花期，此后苜蓿植株生長緩慢并且葉片與莖稈均逐漸老化，所以S2與S3、S3與S4的莖葉比差異無統計學意義。但對于相同苜蓿品種，S4莖葉比顯著大于S1和S2，這說明在苜蓿生育后期莖稈的木質化程度高于生育前期，莖稈粗纖維含量增高導致莖稈質量增大，進而使莖葉比增大。

3.4 不同花期對紫花苜蓿干草產量的影響

影響紫花苜蓿干草產量的因素有很多，如刈割時期、刈割方式、調制技術等均能使其產量和品質下降，而刈割時期是諸多影響因素中對苜蓿干草質量影響最大且最便于控制和改變的因素[24]。不同刈割時期對紫花苜蓿的干草產量和營養價值有著十分顯著的影響，挑選適于刈割的花期是苜蓿優質高效生產的重要環節[25-26]。干草產量作為最能直觀體現苜蓿生產性能的一個指標，可以有效反映苜蓿生產的經濟效益[27]。研究表明，苜蓿的刈割期對紫花苜蓿的草產量具有十分顯著的影響[25]。本試驗表明，隨著花期的推進，‘WL354HQ’和‘巨能551’2個品種在各茬次的干草產量均呈現逐漸增大的趨勢，在S4達到最大，分別達到7 463.29 kg/hm2和7 599.70 kg/hm2(表5)，表現出對新疆綠洲區較好的適應性，這主要是因為隨著生育期的推進，苜蓿植株日漸成熟，植株體內光合產物也在逐漸增多，而光合產物的增多有利于生物量的積累，故干草產量逐漸增加。但是從一年內苜蓿的整個生育期來看，苜蓿的各個花期對應的總干草產量為在S2下最大，說明雖然單茬苜蓿產量是在S4時期達到最大，但其一年內的總干草產量小于S2時期，同時，S2和S3時期苜蓿的總干草產量非常接近，且總干草產量的大小不僅與刈割期有關，還與刈割的次數及刈割成本有關，因此，綜合苜蓿產量及種植成本來看，苜蓿在S3時期刈割效果最好。理論上在單茬產量一定的情況下，茬次越多，總干草產量越大，但實際生產中，每一茬的產量隨著茬次的增大而減小[9，28]。因此在確定最佳刈割期時，要綜合考慮總干草產量、營養品質和種植成本等因素。

苜蓿植株各農藝性狀指標與苜蓿干草產量的形成有著十分緊密的聯系[29]。研究表明，株高、生長速度、再生速度與苜蓿草產量的相關性達到極顯著水平[30]。耿慧等[11]對多個紫花苜蓿品種的主要農藝性狀指標進行灰色關聯度分析表明，株高對苜蓿單株產量影響最大；而另有研究發現，莖粗對苜蓿干草產量的貢獻作用最大[22]。本試驗通過對不同花期滴灌苜蓿的株高、莖粗、莖葉比與干草產量的灰色關聯度分析表明，莖粗與‘WL354HQ’品種苜蓿干草產量的關聯度最大，即其對苜蓿干草產量的貢獻最大(表6)，這與韓路等[29]的研究結果一致，而與耿慧等[11]的結果有所差異，其原因可能是本研究采用的是滴灌條播方式進行田間管理，而耿慧等[11]采用穴播方式播種和未進行灌溉處理，兩者之間農藝措施的差異可能導致關聯度排序結果不同。‘巨能551’品種在S1、S2的各農藝性狀中與干草產量相關性最大的是株高，而在S3、S4時期與干草產量關聯度最大的是莖粗(表6)，說明不同花期滴灌苜蓿各農藝性狀與苜蓿干草產量的關聯度不同，這可能是因為苜蓿在生長過程中，各農藝性狀指標會隨著花期的推進而發生變化。

4 結 論

隨著花期的推進，相同茬次紫花苜蓿的株高、莖粗、葉莖比等農藝性狀指標及每茬干草產量均呈逐漸增大的趨勢，在盛花期達到最大。相同花期，莖粗與苜蓿干草產量的相關性最大，對苜蓿干草產量的貢獻大于株高和莖葉比。苜蓿的總干草產量大小排序為初花前期(開花5%)>初花后期(開花10%)>盛花期(開花50%)>孕蕾盛期。可見，在盛花期刈割將有利于苜蓿單茬次干草產量的提高，但總干草產量仍相對較低，同時，實際生產中往往需要考慮苜蓿的營養品質、刈割成本等，因此，綜合考慮苜蓿干草產量及種植成本，在初花后期(開花10%)刈割效果最佳。