補播密度和施加根瘤菌對補播紫花苜蓿早期建植的影響

劉桂霞 ，劉曉云 ，肖 猛，李志強

(1.河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071002；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，北京 100089)

近年來由于過渡放牧和干旱等因素的影響，草地退化、沙化嚴(yán)重，草地生產(chǎn)力下降和物種多樣性降低，尤其是優(yōu)良豆科牧草減少。研究表明經(jīng)補播牧草尤其是補播豆科牧草，可有效恢復(fù)草地植被，提高草地牧草的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪鈣等，改善草地植物群落的營養(yǎng)成分含量，從根本上恢復(fù)和改善草地植物群落的營養(yǎng)成分[1-4]。

紫花苜蓿(Medicago sativa Linn)在我國已有2 000多年的栽培歷史，主要分布在東北、華北、西北地區(qū)，其適應(yīng)性廣，抗逆性強，具有耐寒、耐旱和耐鹽堿的生態(tài)特性，因其產(chǎn)草量高、富含蛋白質(zhì)、適口性好而被稱為“牧草之王”，牛羊均喜食；對恢復(fù)退化草地植被、改善我國北方草原生態(tài)環(huán)境、治理鹽堿土地以及防沙治沙具有重要意義[5]。王玉海[1]研究表明，補播紫花苜蓿和紅豆草可以顯著提高產(chǎn)草量和植被蓋度，植被蓋度提高15%～25%，產(chǎn)草量提高47%～95%。通常補播密度對種苗建植有重要的影響[6-7]，為了獲得建植成功有些試驗建議加大補播牧草種子密度[8-9]。盆栽試驗和人工草地中的試驗表明，接種根瘤菌可以提高紫花苜蓿的根瘤數(shù)、分枝數(shù)和生物量[10-11]，而未見關(guān)于接種根瘤菌對補播紫花苜蓿建植的影響方面的報道。補播物種的早期建植是天然草地植被恢復(fù)非常關(guān)鍵的時期，因此如何提高補播苗的存活率和降低成本是至關(guān)重要的，本試驗擬探討根瘤菌和補播密度兩個方面對補播紫花苜蓿建植的影響，旨在為退化天然草地的補播改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗區(qū)自然概況

試驗在山西省右玉縣-山西農(nóng)業(yè)大學(xué)雁門關(guān)天然草地中進行。右玉縣地處黃土高原東北部，屬晉西北黃土緩坡丘陵區(qū)，地勢南高北低，平均海拔高度1400 m，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)半干旱草原氣候；年平均氣溫3.68℃，最高氣溫36.0℃，最低氣溫-40.4℃，≥10℃積溫2 217.2℃·d；年平均降雨量430.9 mm，主要集中在6～9月，占全年降水量的77.3%；年平均蒸發(fā)量1743.5 mm，約為降水量的4倍；無霜期104 d左右，全年日照時數(shù)2929.6 h，年平均風(fēng)速2.6 m/s。土壤類型主要是栗鈣土和風(fēng)沙土。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

中苜一號由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)提供，千粒重1.99 g，室內(nèi)發(fā)芽率88%；根瘤菌分離和篩選來自山西右玉縣種植的紫花苜蓿-中苜一號根瘤。

2.2 試驗設(shè)計與方法

試驗為二因素的完全隨機區(qū)組設(shè)計，即施加根瘤菌劑和補播密度兩因素，其中施加根瘤菌劑有2個水平：不施根瘤菌和施加根瘤菌(采用當(dāng)?shù)赝寥琅c根瘤菌液混合進行種子拌種)；補播密度有3 個水平：低密度(0.75 g·m-2)、中密度(1.12 g·m-2)、高密度(1.50 g·m-2)；共 6 個處理，每個處理5個重復(fù)，共30個小區(qū)，每小區(qū)面積為(2×2)m2，小區(qū)間隔離帶寬1 m。2009年7月23日進行補播，補播前對草地土壤進行輕度翻耙(5～8 cm)并鎮(zhèn)壓；采用條播方式補播，行間距30 cm，挖溝5 cm，補播后覆土2～3 cm，然后進行鎮(zhèn)壓。

在每一小區(qū)內(nèi)隨機取 (50×50)cm2的樣方作為觀測樣方，觀測記錄出苗數(shù)、存活動態(tài)。剛出苗的兩周內(nèi)，每2 d觀測一次，緊接的兩周內(nèi)，一周觀測一次，以后每兩周觀測一次，并記錄生長季末存活數(shù)。生長季末(9月23日)，每處理分別隨機選取50株單株測量株高、分枝數(shù)和有效根瘤數(shù)，選5株測量葉面積(采用透明方格法)；每處理隨機選取10株，莖葉分離，分別稱量莖葉鮮重(總重是二者相加之和)，105℃殺青15 min后放在干燥箱中65℃下烘24 h，至恒重，稱量干重，計算莖葉比和單株干重。另外，在每小區(qū)分別取0.25 m2進行齊地面刈割，測地上生物量(干重)，換算成1 m2的干重。

2.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

通過SPSS13.0對數(shù)據(jù)進行單因素或雙因素方差分析(One-way or Two-way ANOVA)；在滿足方差齊性的情況下，再利用Tukey檢驗進行多重比較，確定各因子內(nèi)部不同水平平均值之間的差異顯著性。

3 結(jié)果

3.1 根瘤菌和補播密度對中苜一號出苗率和存活率的影響

由表1方差分析可知，根瘤菌、補播密度以及根瘤菌×補播密度對中苜一號出苗率和存活率的影響不顯著。出苗率和存活率對補播密度和根瘤菌呈現(xiàn)出了相同的趨勢，總的來看，出苗率和存活率都較高，分別在75%和70%以上，施用菌劑的出苗率和存活率都高于未施菌劑處理的，從低密度到中密度分別提高了 3.7%、8.1%、4.5%和3.3%、4.7%、5.5%；高密度(1.50 g·m-2)的出苗率和存活率較其他兩種密度的略有下降，但其差異不顯著(圖 1(a)、(b))。

由圖1(a)可知，中苜一號隨補播密度的增加出苗率均呈下降趨勢，但降低得不顯著。從圖1(b)可以看出，中苜一號存活率隨補播密度的增加呈拋物線狀，中苜一號存活率在中密度(1.12 g·m-2)時最高，高密度時存活率最低，但與其他處理差異均未達顯著水平。說明適合的補播密度有助于中苜一號幼苗的成活。

3.2 施加根瘤菌和補播密度對中苜一號不同生長性狀的影響

由表1方差分析可知，根瘤菌和補播密度的互作對中苜一號植株所有生長性狀影響都不顯著，因此下面僅單獨從根瘤菌和補播密度兩因素對中苜一號植株生長進行分析。

表1 施加根瘤菌和補播密度及二者的相互作用對中苜一號植株性狀影響的兩因素方差分析

圖1 施加根瘤菌和補播密度對中苜一號出苗率和存活率的影響

3.2.1 根瘤菌對中苜一號不同生長表現(xiàn)的影響

根瘤菌對中苜一號種苗的株高、分枝數(shù)、葉面積、單株干重和有效瘤有顯著影響，而對莖葉比和每平方米干重未產(chǎn)生顯著影響 (表1)。由表2可知，施加根瘤菌顯著提高了中苜一號的株高、分枝數(shù)、葉面積、單株干重、單株有效根瘤數(shù)等生長性狀；株高較未施加根瘤菌提高了13.1%，平均增加了2.3 cm；分枝數(shù)比未施菌劑提高了12.5%，即每株種苗多增加了1.1個分枝；葉面積、單株干重和單株有效根瘤增加得更顯著，分別比未施菌劑提高了30.0%、37.9%和21.5%，即單株葉面積增加了44.6 cm2，單株干重增加了0.11 g，單株有效根瘤增加了2.3個。根瘤菌對每平方米的生物量干重影響雖不顯著，但與未施加根瘤菌劑相比也有一定的提高(每平方米提高了32.9 g)。

表2 根瘤菌對中苜一號不同生長性狀的影響

3.2.2 補播密度對中苜一號不同生長表現(xiàn)的影響

從表1的方差分析可知，根瘤菌對中苜一號不同性狀的影響不同，補播密度只是對株高和干重(1 m2)產(chǎn)生顯著影響，對種苗莖葉比、分枝數(shù)、葉面積、單株干重沒有產(chǎn)生顯著影響。

由表3可知，隨著補播密度的增加株高和每平方米干重顯著增加；葉面積和莖葉比隨著補播密度的增加而增加，單株葉面積相對增加得多一些，高密度分別比中密度和低密度增加了10.1 cm2和26.4 cm2；中密度處理下分枝數(shù)達最大；單株干重是在中、低密度處理下數(shù)值高，即高密度處理降低了中苜一號種苗的單株生物量。

表3 補播密度對中苜一號不同性狀的影響

4 討論與結(jié)論

4.1 根瘤菌對補播苗建植的影響

出苗率和存活率直接關(guān)系到中苜一號能否成功建植。施加根瘤菌較未施加根瘤菌提高了中苜一號的出苗率與存活率，出苗率的提高與歐陽延生等[11]的研究結(jié)果一致。施加根瘤菌顯著提高了中苜一號的株高、分枝數(shù)、葉面積、單株干重和單株有效根瘤數(shù)等生長性狀，尤其是葉面積、單株干重和單株有效根瘤增加得更顯著。試驗表明施加根瘤菌可以顯著提高補播紫花苜蓿的建植效率，這與歐陽延生等[11]對盆栽紫花苜蓿和王秉龍等[10]對人工草地紫花苜蓿施加根瘤菌劑建植的試驗相類似。根瘤菌與紫花苜蓿是共生關(guān)系，施加根瘤菌能顯著提高中苜一號的生長表現(xiàn)(如分枝數(shù)、干重)可能與提高了單株有效根瘤數(shù)有關(guān)。單株有效根瘤數(shù)的增加有助于提高根瘤菌的固氮量，伴隨根瘤菌固氮量的增加，根瘤菌為紫花苜蓿提供的氮素也增加，從而有利于中苜一號的生長和發(fā)育，使株高、分枝數(shù)、葉面積和干重顯著提高。

4.2 補播密度對補播苗建植的影響

補播密度對中苜一號的出苗率、存活率、分枝數(shù)和葉面積等并未產(chǎn)生顯著的影響，只是對株高和干重(1 m2)產(chǎn)生了顯著影響。株高隨著補播密度的增加而增加，與以前的關(guān)于其他物種的部分野外試驗結(jié)果一致[12-13]。這可能由于種苗密度高時相互競爭光而導(dǎo)致種苗較高。單株干重和存活率在中密度(1.12 g·m-2)時最高，而高密度時反而下降了，這可能由于高密度處理種苗密度高，種苗之間競爭導(dǎo)致了存活率和單株干重下降。說明適合的補播密度有助于中苜一號種苗的存活和生長，同時也可以降低補播的成本，以前的一些試驗也證實了這一點[4，12]；但與 Cole[8]、Hopkins 等[9]的建議不同，他們建議適當(dāng)加大補播密度，以便取得更好的建植效果。因此，針對不同的草地類型和不同的補播物種應(yīng)進行試驗研究并據(jù)此采用不同的補播密度。

4.3 結(jié)論與建議

通過分離山西右玉縣當(dāng)?shù)胤N植紫花苜蓿中苜一號的根瘤菌，進行補播接種，不僅能夠提高中苜一號的出苗率、成活率，而且能顯著提高株高、分枝數(shù)、葉面積、單株干重和單株有效根瘤數(shù)，施加根瘤菌能夠促進紫花苜蓿中苜一號在干旱天然草地的成功建植。

補播密度雖增加了中苜一號種苗株高和單位面積的干重，但對出苗率、存活率、葉面積、莖葉比、分枝數(shù)和單株干重未產(chǎn)生顯著影響，單株干重和存活率在中密度(1.12 g·m-2)時最高。說明并不是補播密度越高越好，合適的補播密度不僅促進紫花苜蓿中苜一號的建植，而且可以降低補播的成本，本試驗認(rèn)為1.12 g·m-2為中苜一號最適的補播密度。

建議草地植被恢復(fù)過程中，對補播紫花苜蓿接種適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境的根瘤菌和選擇最佳補播密度，不僅能夠促進牧草萌發(fā)，而且可以提高牧草的生長性狀，對補播紫花苜蓿的成功建植起到積極的作用。

[1]王玉海.草場除莠與補播牧草試驗 [J].新疆畜牧業(yè)，1985(2)：17-18.

[2]谷安琳，云錦鳳.幾種豆科牧草在內(nèi)蒙古干旱草原的建植試驗[J].中國草地，1994(6)：12-15.

[3]陳亞明.退化嵩草型高山草地補播豆科牧草的研究[J].草業(yè)學(xué)報，1999，8(2)：71-75.

[4]Burton C M,Burton P J,Hebda R rt al.Determining the optimal sowing density for a mixture of native plants used to revegetate degraded ecosystems[J].Restoration Ecology,2006,14(3):379-390.

[5]耿華珠，黃文惠，劉自學(xué).中國苜蓿[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1995：1-8.

[6]宋理明，魏永林，楊春玲.不同補播密度對23種多年生牧草生產(chǎn)性狀的影響[J].青海草業(yè)，2007，16(3)：8-11.

[7]王 釗，張 眾.不同補播密度草原3號苜蓿生長發(fā)育研究[J].內(nèi)蒙古草業(yè)，2008，20(3)：8-11.

[8]Cole BI,Lunt ID.Restoring Kangaroo Grass(Themeda triandra)to grassland and woodland understoreys:a review of establishment requirements and restoration exercises in south-east Australia[J].Ecological Management&Restoration,2005(6):28-33.

[9]Hopkins A,Pywell R,Peel S,et al.Enhancement of botanical diversity of permanent grassland and impact on hay production in Environmentally Sensitive Areas in the UK [J].Grass and Forage Science,1999(54):163-173.

[10]王秉龍，趙 萍，何俊彥，等.紫花苜蓿根瘤菌接種效果試驗研究[J].中國草地，2005，27(1)：80-81.

[11]歐陽延生，徐桂花，于徐根，等.施用根瘤菌及石灰對紫花苜蓿生長的影響[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2007，19(3)：29-30.

[12]Bouzid SM,Papanastasis VP.Effects of seeding rate and fertilizer on establishment and growth of Atriplex halimus and Medicago arborea[J].Journal of Arid Enviroment,1996,33(1):109-115.

[13]Sheley RL,Jacobs JS,Velagala RP.Enhancing intermediate wheatgrass establishmentin spotted knapweed infested rangeland[J].Journal of Range Management,1999,52(1):68-74.