不同紫花苜蓿品種在青藏高原高寒地區(qū)的適應(yīng)性

姬萬(wàn)忠，趙 旭，劉慧霞，王先之，王丹丹，藕 洋，馮成庸，張曉黎

(1.甘肅省天?？h草原工作站，甘肅 天祝 733200； 2.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020；3.西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030)

青藏高原是我國(guó)重要的草地畜牧業(yè)基地之一，但過(guò)度放牧使天然草地產(chǎn)量下降，毒雜草滋生，牧草品質(zhì)降低[1]，嚴(yán)重影響以牦牛和藏羊產(chǎn)品為主的高原特色畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。因此,恢復(fù)退化草地，優(yōu)化飼草料結(jié)構(gòu)，成為建設(shè)青藏高原小康高寒牧區(qū)的重要內(nèi)容[2]。建設(shè)栽培草地始終是恢復(fù)退化草地的重要途徑之一，然而目前青藏高原栽培草地建植多采用抗寒性強(qiáng)的禾本科牧草，主要以燕麥(Avenasativa)、草地早熟禾(Poapratensis)和垂穗披堿草(Elymusnutans)為主[3-5]，這些禾本科栽培草地因其高產(chǎn)為青藏高原藏系家畜提供了充裕的冬春季補(bǔ)飼物質(zhì)，但因其收獲時(shí)多進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段或成熟期，牧草養(yǎng)分主要以能量性的粗纖維為主，而粗蛋白含量顯著降低，因此僅能滿足家畜維持生命的需求，無(wú)法滿足家畜生長(zhǎng)和健康的需求，這就需要引入粗蛋白含量較高的豆科牧草優(yōu)化栽培草地品質(zhì)[6]，提高營(yíng)養(yǎng)供給能力，從而保證藏系家畜的健康和生長(zhǎng)。

紫花苜蓿(Medicagosativa)在我國(guó)北方地區(qū)分布很廣，具有產(chǎn)量高、粗蛋白含量高、適口性好的特征，被廣泛地用于栽培草地建設(shè)[6-7]。然而紫花苜蓿不同品種適應(yīng)環(huán)境的能力差異較大，如果選擇不適宜的品種，經(jīng)常出現(xiàn)優(yōu)良品種較非優(yōu)良品種產(chǎn)量低的現(xiàn)象，特別是一些早期育成品種出現(xiàn)不同程度的退化，失去了原有的優(yōu)良特性，因此大面積建植紫花苜蓿栽培草地時(shí)，需要進(jìn)行品種適應(yīng)性評(píng)價(jià)。目前我國(guó)關(guān)于紫花苜蓿品種適應(yīng)性評(píng)價(jià)的研究主要限于干旱半干旱地區(qū)[8-13]，而對(duì)紫花苜蓿品種在高寒地區(qū)適應(yīng)性的研究很少。因此,開(kāi)展紫花苜蓿不同品種在高寒地區(qū)適應(yīng)性研究，是青藏高原地區(qū)大面積引入豆科牧草的基礎(chǔ)性工作，更是優(yōu)化目前栽培草地品質(zhì)的需求。本研究通過(guò)4年的田間試驗(yàn)，評(píng)價(jià)5個(gè)紫花苜蓿品種在高寒地區(qū)的適應(yīng)性和生產(chǎn)性能，以期為高寒地區(qū)引入和擴(kuò)大豆科飼草品種提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)在天祝縣松山灘西端天祝種羊場(chǎng)進(jìn)行，位于青藏高原邊緣地帶，是我國(guó)典型的高寒牧區(qū)。試驗(yàn)田地理坐標(biāo)為37°13′ N， 102°23′ E，海拔2 677 m。為大陸性冷溫半干旱氣候，年均溫-0.1 ℃，最低溫度-29.1 ℃，最高溫度28 ℃，全年≥0 ℃積溫為1 380 ℃·d左右，日照時(shí)數(shù)2 663.3 h，年輻射量580 kJ·cm-2，年降水量265.5 mm，主要集中于7-9月，年蒸發(fā)量1 592 mm。土壤為沙質(zhì)栗鈣土，土層厚度0.7～1.1 m，有機(jī)質(zhì)含量21.06%，全氮1.21%，全磷0.061%，pH值7.81。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì) 田間試驗(yàn)于2006-2009年進(jìn)行，試驗(yàn)地前茬作物是燕麥。供試的紫花苜蓿品種有引自美國(guó)的大富豪(Millionaire)、牧歌401(AmeriGraze)和苜蓿王(Alfaking)，荷蘭的威龍(WL-525HQ)，以及加拿大的阿爾岡金(Algonguin)，共計(jì)5個(gè)品種。種子提供單位是甘肅省草原總站和甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院。在田間試驗(yàn)開(kāi)始之前，采用國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程中的紙上發(fā)芽法測(cè)定種子發(fā)芽率，大富豪、牧歌401、苜蓿王、威龍和阿爾岡金的發(fā)芽率分別為86%、87%、87%、89%和90%。

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積2.5 m×5.0 m，每個(gè)品種3次重復(fù)，相鄰小區(qū)中間設(shè)置0.5 m的隔離行，共計(jì)15個(gè)小區(qū)。2006年5月25日條播，行距20 cm，播深2～3 cm,播種量22.5 kg·hm-2。播前各小區(qū)均施入磷酸二胺和尿素作為基肥，施肥量分別為150和225 kg·hm-2，播后鎮(zhèn)壓。

田間管理：每年5月中旬和6月中旬分別采用人工噴灌的方式澆水1次，每個(gè)小區(qū)實(shí)施等額灌溉量(每年灌溉時(shí)間存在5 d左右的差異，根據(jù)試驗(yàn)地是否降水而決定當(dāng)年具體的灌溉時(shí)間)，澆水前追施尿素300 kg·hm-2，清除雜草。

1.3指標(biāo)測(cè)定

1.3.1生育期 記錄每個(gè)品種的生育期,包括出苗期、分枝期、現(xiàn)蕾期、初花期、結(jié)莢期和成熟期。

1.3.2株高和分枝數(shù) 播種當(dāng)年，紫花苜蓿為幼苗時(shí)(此時(shí)易區(qū)分植物個(gè)體)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇30株，用帶有塑料標(biāo)簽的橡皮筋套住幼苗頸部，從而形成固定觀測(cè)植株，并用鐵絲制作的固定簽將其固定，防止因風(fēng)吹而遺失，第2年返青時(shí)更換橡皮筋，每年重復(fù)，直至試驗(yàn)結(jié)束。在每年紫花苜蓿始花期測(cè)定這些標(biāo)記植株的株高(15%的枝條開(kāi)花)，然后從根頸部計(jì)算一級(jí)分枝數(shù)，作為紫花苜蓿植株的分枝數(shù)。

1.3.3生物量 因試驗(yàn)區(qū)氣候相對(duì)嚴(yán)寒，1年只能完成1個(gè)生長(zhǎng)季，即刈割1次。生物量測(cè)定采用樣方收獲法，在小區(qū)中心選擇1 m×1 m的小塊人工收割，留茬高度為4～6 cm，測(cè)定鮮草產(chǎn)量，然后取樣1 kg帶回實(shí)驗(yàn)室，將其分為莖和葉，在85 ℃烘箱內(nèi)烘至質(zhì)量恒定，測(cè)定干質(zhì)量。然后計(jì)算干物質(zhì)和莖葉比。

1.3.4越冬率 入冬土壤結(jié)凍前每個(gè)樣方分段標(biāo)記，翌年返青時(shí)檢查存活株數(shù)。

1.4統(tǒng)計(jì)分析 數(shù)據(jù)分析采用SPSS(13.0)軟件中的單因素方差分析(one-way ANOVA)。

2 結(jié)果與分析

2.1不同紫花苜蓿品種的物候期 試驗(yàn)結(jié)果表明，從2006―2009年，參試的5個(gè)紫花苜蓿品種物候期基本一致(表1)，播種當(dāng)年均在6月10日出苗，出苗基本一致，7月下旬進(jìn)入分枝期，但當(dāng)年未進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段。2007年5個(gè)品種的返青時(shí)間相差不超過(guò)3 d，2008年和2009年基本一致，說(shuō)明參試的5個(gè)紫花苜蓿品種返青期基本在4月中旬(4月18-20日)。2007年5個(gè)品種雖然進(jìn)入了生殖生長(zhǎng)階段，8月初開(kāi)花，但生長(zhǎng)期結(jié)束時(shí)仍處在結(jié)莢期，沒(méi)有種子成熟。2008年和2009年始花期提前至7月中旬，生育期結(jié)束前(9月28日)植株葉色鮮綠，仍停留在結(jié)莢盛期，有8%的植株發(fā)育至種子成熟,因此嚴(yán)格意義上說(shuō)多數(shù)植株未完成整個(gè)生育期。這說(shuō)明參試的5個(gè)品種物候期沒(méi)有明顯的差異，而物候期差異因生長(zhǎng)年限所致。高寒地區(qū)紫花苜蓿均在建植第2年進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段，第3年有部分種子成熟，但大多數(shù)植株種子不能成熟，因此在高寒地區(qū)，紫花苜蓿可以用來(lái)生產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)體，供給家畜需求，而不能用于種子生產(chǎn)。

2.2不同紫花苜蓿品種的株高 株高是紫花苜蓿產(chǎn)量構(gòu)成的要素之一，一定程度能夠說(shuō)明紫花苜蓿的生長(zhǎng)能力，株高越高，生產(chǎn)量越高[8,10]。試驗(yàn)結(jié)果表明，參試5個(gè)紫花苜蓿品種株高存在差異(表2)，4年觀測(cè)過(guò)程中均發(fā)現(xiàn)阿爾岡金的株高顯著低于大富豪和威龍(P<0.05)，雖然牧歌401的第1年株高顯著低于大富豪和威龍(P<0.05)，但從第2年開(kāi)始他們間的株高差異不顯著(P>0.05)，這說(shuō)明牧歌401在高寒地區(qū)株高生長(zhǎng)的適應(yīng)過(guò)程相對(duì)緩慢，第1年可能不適應(yīng)這種氣候條件，株高生長(zhǎng)較慢，但憑著其優(yōu)異的適應(yīng)性能，從第2年開(kāi)始株高生長(zhǎng)潛勢(shì)得到充分展現(xiàn)。5個(gè)紫花苜蓿株高隨著生長(zhǎng)年限的延長(zhǎng)均表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，建植當(dāng)年植株低矮，株高介于15～24 cm，第2年和第3年各個(gè)品種的株高較第1年顯著增加(P<0.05)，最高達(dá)到67 cm，最低為54 cm，但至第4年時(shí)，各個(gè)品種株高較第2和第3年顯著降低(P<0.01)，降幅約10 cm。這說(shuō)明紫花苜蓿株高在高寒地區(qū)顯著低于半干旱地區(qū)和濕潤(rùn)地區(qū)，而其維持株高的年限也少于半干旱地區(qū)和濕潤(rùn)地區(qū)[8,11]。因此，就株高而言，紫花苜蓿雖然能夠在高寒地區(qū)正常生長(zhǎng)，但其生長(zhǎng)潛勢(shì)遠(yuǎn)低于適宜地區(qū)。

表1 2006-2009年5個(gè)紫花苜蓿品種的物候期 月-日

表2 不同紫花苜蓿品種的株高和分枝數(shù)

2.3分枝數(shù) 紫花苜蓿單株一級(jí)分枝數(shù)是二級(jí)分枝數(shù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)，經(jīng)常被用作衡量地上產(chǎn)量高低[7]。參試的5個(gè)紫花苜蓿品種間一級(jí)分枝數(shù)隨著生長(zhǎng)年限的變化而存在差異(表2)，建植當(dāng)年一級(jí)分枝數(shù)在5個(gè)品種間沒(méi)有顯著差異(P>0.05)，第2年時(shí)牧歌401和苜蓿王的一級(jí)分枝數(shù)顯著小于其他3個(gè)品種(P<0.05)，第3和第4年苜蓿王的一級(jí)分枝數(shù)增加，而牧歌401的一級(jí)分枝數(shù)仍然最低，說(shuō)明不同紫花苜蓿品種分枝數(shù)產(chǎn)生高峰期與其適應(yīng)環(huán)境的能力密切相關(guān)，總體表現(xiàn)牧歌401分枝數(shù)最低，這可能與其生物學(xué)習(xí)性有關(guān)[6]，也可能是適應(yīng)環(huán)境能力較低的結(jié)果[8]。5個(gè)紫花苜蓿品種一級(jí)分枝數(shù)隨著生長(zhǎng)年限延長(zhǎng)均表現(xiàn)為先增加后降低，大都在第2年達(dá)到最大。

2.4莖葉比 莖葉比是測(cè)度紫花苜蓿經(jīng)濟(jì)性狀的重要指標(biāo)之一，莖葉比高低與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和品質(zhì)密切相關(guān)[14-15]，莖葉比越小，葉量豐富，品質(zhì)高。參試5個(gè)紫花苜蓿品種間莖葉比變化較為復(fù)雜(表3)，第1年和第4年，5個(gè)品種的莖葉比差異不顯著(P>0.05)，而第2年和第3年，大富豪、威龍、阿爾岡金和苜蓿王的莖葉比恰好相反，第2年表現(xiàn)為阿爾岡金和苜蓿王的莖葉比顯著大于大富豪和威龍(P<0.05)，第3年表現(xiàn)為阿爾岡金和苜蓿王的莖葉比顯著小于大富豪和威龍，但牧歌401的莖葉比在第2年和第3年都比較小，這說(shuō)明不同品種間牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)最高時(shí)期出現(xiàn)的時(shí)間不一致。除威龍外，其他品種莖葉比均表現(xiàn)為第1年最低，第2年最大。

表3 不同紫花苜蓿品種的莖葉比和干質(zhì)量比較

2.5生物量 2007年,5個(gè)紫花苜蓿品種間生物量存在顯著差異(表3)，其中大富豪產(chǎn)量最高，阿爾岡金和威龍次之，而牧歌401和苜蓿王產(chǎn)量顯著低于其他3個(gè)品種(P<0.05)。各個(gè)紫花苜蓿品種的產(chǎn)量均隨著生長(zhǎng)年限延長(zhǎng)而先增加后降低，除大富豪外，峰值均出現(xiàn)在第3年，但其產(chǎn)量仍然低于甘肅隴東地區(qū)[11]、永昌[12]、民勤[13]和定西[8]，其主要原因是高寒地區(qū)紫花苜蓿只能收獲一茬，而在隴東和永昌收獲3茬，民勤灌溉條件下收獲3～4茬，定西收獲2茬，因此高寒地區(qū)紫花苜蓿種植效益相對(duì)干旱半干旱地區(qū)和灌溉地區(qū)要低，但其具有優(yōu)化栽培草地質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的功效。

2.6越冬率 越冬率是高寒地區(qū)紫花苜蓿能夠正常生長(zhǎng)的關(guān)鍵指標(biāo)。5個(gè)紫花苜蓿品種的越冬率隨著生長(zhǎng)年限變化存在明顯差異(表4)，苜蓿王在第1和第2年顯著低于其他4個(gè)品種(P<0.05)，而其第3年顯著增加，5個(gè)品種間的越冬率差異不顯著，均超過(guò)90%。參試品種的越冬率隨著生長(zhǎng)年限增加而逐漸增加，從第1年的56%～83%增至第3年的90%以上，這說(shuō)明紫花苜蓿品種適應(yīng)環(huán)境的能力越來(lái)越強(qiáng)。

表4 不同紫花苜蓿品種的越冬率

3 結(jié)論

研究表明，雖然5個(gè)參試的紫花苜蓿品種均對(duì)高寒環(huán)境表現(xiàn)出一定的適應(yīng)性，但適應(yīng)能力存在差異，從第2年起5個(gè)品種越冬率逐年提高，說(shuō)明紫花苜蓿逐漸適應(yīng)了寒冷的環(huán)境，但從生物量積累效應(yīng)，第4年生物量開(kāi)始下降，說(shuō)明紫花苜蓿品種適應(yīng)性增強(qiáng)是以降低產(chǎn)量為基礎(chǔ)的。從5個(gè)紫花苜蓿品種的株高、分枝數(shù)和生物量對(duì)寒冷環(huán)境的響應(yīng)，大富豪、威龍、阿爾岡金3個(gè)品種表現(xiàn)良好，生產(chǎn)性能較高；但考慮牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，大富豪的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低，說(shuō)明其高產(chǎn)的基礎(chǔ)是莖的干物質(zhì)占據(jù)很大比例。因此綜合考量，5個(gè)紫花苜蓿品種的生產(chǎn)性狀和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，阿爾岡金和威龍?jiān)诟吆貐^(qū)的適應(yīng)性較好，在試驗(yàn)區(qū)推廣阿爾岡金和威龍種植，能夠解決高寒地區(qū)豆科牧草稀少的問(wèn)題，為藏系家畜提供優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料，從而提高其冬春季營(yíng)養(yǎng)攝入平衡問(wèn)題。

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