適宜在安徽推廣種植的田菁品種的篩選與評(píng)價(jià)

張曉紅，鄒長明*，王允青，劉英，肖明松

(1.安徽科技學(xué)院，安徽 鳳陽 233100；2.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，安徽 合肥 230031)

豆科綠肥是能固定空氣氮素、活化土壤磷素、富集積累鉀素和微量元素的環(huán)境友好型作物，是營養(yǎng)豐富且無抗生素殘留的清潔飼料和優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥源[1–2]。田菁是豆科(Leguminosae)蝶形花亞科(Papilionaceae)刺槐族(Robinieae)田菁屬(Sesbania)植物，是綠肥作物的優(yōu)秀代表，其莖皮可制麻，秸稈能造紙，籽粒能提取田菁膠，枝葉可作牛馬飼料；肥用田菁具有生物量大、營養(yǎng)價(jià)值高、耐旱耐漬、抗鹽堿的特點(diǎn)，是改良鹽堿地的先鋒作物[3]。綠肥(包括田菁)翻壓分解后可供給作物各種養(yǎng)分[4–5]，改善土壤微生物狀況和肥力狀況[6–7]，減輕作物病 害[8]，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[6–9]。綠肥種質(zhì)資源研究是綠肥應(yīng)用的基礎(chǔ)，對(duì)綠肥種質(zhì)資源進(jìn)行收集整理和鑒定評(píng)價(jià)對(duì)綠肥生產(chǎn)與利用具有重要意義。多年來，由于化肥的大量施用和綠肥種植面積的減少，綠肥種質(zhì)資源的研究也較少，導(dǎo)致品種混雜退化，影響了綠肥(包括田菁)的生產(chǎn)和利用[1]。筆者于2011—2013年在安徽省進(jìn)行了田菁引種栽培研究，以篩選出適宜安徽及其周邊地區(qū)種植的高產(chǎn)高效田菁品種。

1 材料與方法

1.1 材料

試材為國家種質(zhì)資源庫的53個(gè)田菁品種：紅桿有刺田菁、印尼多刺田菁、海南大花田菁、瀘早田菁、幾內(nèi)亞田菁、慶豐田菁、花籽田菁、上海早熟田菁、京選一號(hào)、山東惠民田菁、鹽選五號(hào)、蘇農(nóng)八號(hào)、淮陰田菁、四川78–1、江西白莖田菁、海南紅莖田菁、上海多枝田菁、青莖田菁、中南田菁、華東田菁、大彭青、寧河一號(hào)、遼菁一號(hào)、遼菁二號(hào)、溪泉頭田菁、滬選一號(hào)、鹽城73–36、田選十號(hào)、德農(nóng)九號(hào)、臺(tái)灣田菁、睢寧田菁、極早熟田菁、北農(nóng)九號(hào)、鹽菁171、喀麥隆野生田菁、鹽菁膠1號(hào)、鹽菁膠2 號(hào)、鹽菁膠3 號(hào)、鹽菁膠4 號(hào)、鹽菁膠140 號(hào)、87–152、87–131、87–136、新疆87–3、遼選y3、遼選y10、遼選R8、遼選Q22、田菁3號(hào)、田菁4 號(hào)、江膠一號(hào)、南寧田菁、三亞田菁。

1.2 方法

2011—2013年4—11月，于安徽省鳳陽縣府城鎮(zhèn)山后街村綠肥種質(zhì)資源圃進(jìn)行大田試驗(yàn)，每個(gè)小區(qū)安排1個(gè)品種，小區(qū)面積12 m2，重復(fù)2次，施過磷酸鈣750 kg/hm2，人工穴播，行距50 cm，株距40 cm，每穴播種2 ～4 粒，出苗后定植1 株。生長期間調(diào)查生育期及生長發(fā)育特征：在盛花期每小區(qū)收6 m2植株(隔行收取)計(jì)算產(chǎn)青量，同時(shí)測定鮮樣的水分和干物質(zhì)氮、磷、鉀含量；在成熟期收獲種子。根據(jù)田菁在田間的表現(xiàn)，2013年選取20個(gè)品種進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，每個(gè)品種3 盆，每盆裝砂、土混合物4 kg (砂、土質(zhì)量比為1∶1)，不施肥，在盛花期測定根瘤鮮重、地上部和地下部的鮮重與干重。

1.3 測定指標(biāo)及方法

植株樣品養(yǎng)分含量測定方法：H2SO4–H2O2消煮，全氮含量用奈氏比色法測定，全磷含量用釩鉬黃比色法測定，全鉀含量用火焰光度法測定[10]。光合參數(shù)用美國產(chǎn)Li–6400XT 型便攜式光合儀，在大氣CO2濃度和固定光量子通量(1000 μmol/(m2·s))下，于9:00—11:00 測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2003 和SPSS 18.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同田菁品種生育期的差異

生育期是綠肥品種評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一，生產(chǎn)中需要依據(jù)耕地休閑時(shí)間的長短來選擇相應(yīng)生育期的綠肥品種。53個(gè)田菁品種的生育期調(diào)查結(jié)果(表1)表明，慶豐田菁、遼選y10、鹽菁膠1 號(hào)等32個(gè)品種表現(xiàn)為早熟，而三亞田菁、印尼多刺田菁等11個(gè)品種表現(xiàn)為遲熟。早熟品種一般開花早，花期短，成熟快；遲熟品種開花晚，花期長，成熟慢；中熟品種與早熟品種比較接近。

表1 不同熟期田菁品種的生育期 Table 1 Growth stages of different ripe periods of S. sesban varieties

2.2 不同田菁品種的莖葉根瘤特征及光合效率

從各品種群(按熟期分)中各選2 ～3個(gè)代表性品種(在所屬群體中的田間表現(xiàn)最好)進(jìn)行分析，其田間調(diào)查結(jié)果(表2)顯示，遲熟品種如三亞田菁和印尼多刺田菁等具有高大、粗壯、側(cè)枝較多等特征，其他品種的表現(xiàn)各不相同，品種間差異顯著。

表2 不同田菁品種盛花期的莖葉根瘤特征及光合效率 Table 2 Characters of stems, leaves, root nodules and photosynthetic efficiency of different S. sesban varieties in full bloom stage

供試品種的根莖葉特征：灌木狀草本，莖稈直立、圓形、具縱向小溝紋(這有利于抗倒伏)，偶數(shù)羽狀復(fù)葉，葉對(duì)生， 68 ～100 片小葉，單片葉面積2.4 ～2.6 cm2，直根系，主根較發(fā)達(dá)，根、冠比為0.10 ～0.12(盆栽盛花期)，光合效率、根瘤及其他特征見表2 及圖1 至圖4。

圖1 苗期慶豐田菁的根瘤 Fig.1 Root nodules of Qingfeng S. sesban in seedling stage

圖2 分枝期慶豐田菁的根瘤 Fig.2 Root nodules of Qingfeng S. sesban in branching stage

圖3 盛花期慶豐田菁的根瘤 Fig.3 Root nodules of Qingfeng S. sesban in full bloom stage

圖4 成熟期慶豐田菁的根系 Fig.4 Roots of Qingfeng S. sesban in mature stage

表2 顯示，盛花期葉片凈光合速率以鹽菁膠1號(hào)的最大，比鹽菁膠4 號(hào)高33%。結(jié)合干物質(zhì)積累效率(表3)進(jìn)行的相關(guān)分析表明，盛花期葉片凈光合速率與此前生長期間的干物質(zhì)積累效率有極顯著的正相關(guān)關(guān)系(r=0.937 9，P<0.01)；氣孔導(dǎo)度與干 物質(zhì)積累效率呈極顯著正相關(guān)(r =0.935 0，P<0.01)?？梢?，葉片光合效率是田菁種質(zhì)資源篩選與評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。從圖1 ～4 可看出，田菁在不同生育期的根瘤著生位置和數(shù)量有差異。在苗期，根瘤主要著生在近地表的主根上，數(shù)量不多；在分枝期，側(cè)根開始長根瘤；在花期，根瘤量達(dá)到高峰。本研究中，各種田菁盛花期根瘤重量占地下部鮮重的比例為5.3 ～24.1%(表2，其中瀘早田菁的根瘤量最大)，到成熟期，根瘤退化，根瘤量減少。

2.3 不同田菁品種的花果種子特征及產(chǎn)量

供試品種的花果種子特征：總狀花序，小花數(shù)6 ～10 朵，淡黃色蝶形花，無限結(jié)莢；遲熟品種一般結(jié)莢較多，千粒重較大，但千粒重最大的是中熟品種瀘早田菁(表3)。就種子產(chǎn)量來看，千粒重大的品種，如瀘早田菁、印尼多刺田菁和三亞田菁的優(yōu)勢更強(qiáng)一些，種子產(chǎn)量與千粒重有極顯著的正相關(guān)(r =0.942 9，P<0.01)。

表3 不同田菁品種的莢果種子特征及產(chǎn)量 Table 3 Characters of pod seed and its yield of different S. sesban varieties

根據(jù)盛花期田間小區(qū)收產(chǎn)結(jié)果(地上部)計(jì)算的產(chǎn)青量和干物量結(jié)果(表3)表明，遲熟品種由于生育期長，干物質(zhì)積累的時(shí)間較長，產(chǎn)青量和干物量普遍高于早、中熟品種，其中三亞田菁的產(chǎn)青量和干物量最大，分別是鹽菁膠4 號(hào)的1.9 倍和2.0 倍；早熟品種因?yàn)楣夂闲矢叨诟晌镔|(zhì)積累效率(盛花期以前平均每天干物質(zhì)積累量)方面具有明顯的優(yōu)勢，比中熟品種高66%(平均)，比遲熟品種高98%(平均)；在早熟品種中，鹽菁膠1 號(hào)和慶豐田菁的產(chǎn)青量具有明顯優(yōu)勢，而其種子產(chǎn)量相對(duì)較低。

2.4 不同田菁品種富集養(yǎng)分的能力

表4 結(jié)果顯示，盛花期不同品種植株體內(nèi)養(yǎng)分含量有顯著差異，氮含量最高的是瀘早田菁，磷含量較高的是鹽菁膠1 號(hào)和鹽菁膠4 號(hào)，鉀含量較高的是鹽菁膠4 號(hào)和三亞田菁。植物富集養(yǎng)分的能力還與其干物量有關(guān)，根據(jù)干物量和養(yǎng)分含量得出的養(yǎng)分積累量，可更好地反映田菁富集養(yǎng)分的能力。表4 中，固氮能力最強(qiáng)的是三亞田菁，富集的氮素比鹽菁膠4 號(hào)高1.5 倍；富集磷、鉀能力最強(qiáng)的也是三亞田菁，富集的磷素比瀘早田菁高1.1 倍，富集的鉀素比遼選y10 高1.7 倍。按表4 中養(yǎng)分積累平均數(shù)和水稻、小麥的常規(guī)施肥量(每1 hm2施N、P2O5、K2O 的量分別為150、90、120 kg)計(jì)算，如果將這些田菁翻壓用作肥料，可使化學(xué)氮肥減施63%，磷肥減施28%，鉀肥減施51%。

表4 不同田菁品種盛花期植株的氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量 Table 4 Accumulation of N, P and K of different S. sesban varieties in full bloom stage

3 討論與結(jié)論

生育期是綠肥種質(zhì)資源篩選的重要考量因子之一[11]。本研究中，慶豐田菁、鹽菁膠1 號(hào)等早熟品種全生育期為3個(gè)月左右(2個(gè)月即可壓青)，生長發(fā)育特點(diǎn)是開花早，成熟快，既可單獨(dú)種植也可與其他作物輪作；三亞田菁、印尼多刺田菁等遲熟品種的全生育期為7個(gè)月左右，大多有開花晚、成熟慢等特點(diǎn)，適宜于鹽堿地改良和荒地培肥；瀘早田菁、鹽菁膠4 號(hào)等中熟品種的全生育期為4個(gè)月左右，生長發(fā)育特點(diǎn)與早熟品種基本相似。

綠色植物積累的干物質(zhì)主要來源于光合產(chǎn)物，光合作用決定了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的前途和潛力[12]。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)牧草、糧食及其他經(jīng)濟(jì)作物的光合效率進(jìn)行大量研究后發(fā)現(xiàn)，光合作用不僅受光照、溫度、水分、養(yǎng)分、空氣、土壤等外界條件制約，也受植物本身的遺傳特性影響，不同作物品種的光合效率常存在差異[13–15]，因此，光合效率常作為種質(zhì)資源篩選與評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。本研究中，各種田菁在盛花期的葉片凈光合速率和氣孔導(dǎo)度都與此前生長期間的干物質(zhì)積累效率呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系。早熟品種干物質(zhì)積累效率較高與其光合效率較高有關(guān)。

豆科作物吸收的氮有55% ～87%來自于根瘤菌的生物固氮[16–17]，因此，根瘤量是衡量綠肥品種特性的重要指標(biāo)之一。田菁一般在開花期根瘤量達(dá)到最大，因?yàn)榇藭r(shí)側(cè)根也著生大量根瘤。本研究中，砂土盆栽各田菁品種盛花期根瘤重占地下部總重的5.3% ～24.1%。供試品種中，瀘早田菁、三亞田菁的根瘤量較大。

產(chǎn)青量和干物量反映綠肥還田后遺留有機(jī)物質(zhì)量的大小，因而是綠肥種質(zhì)資源篩選與評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。遲熟品種由于生育期較長，干物質(zhì)積累時(shí)間長，積累量比早熟品種高33%(平均)，而干物質(zhì)積累效率表現(xiàn)為早熟品種比遲熟品種高98%(平均)。在各熟期品種中，表現(xiàn)最好的有早熟品種鹽菁膠1 號(hào)和慶豐田菁，中熟品種瀘早田菁，遲熟品種三亞田菁。瀘早田菁和印尼多刺田菁的種子產(chǎn)量最高。種子產(chǎn)量的高低主要與千粒重有關(guān)，而與產(chǎn)青量無關(guān)。

綠肥含有作物所需要的各種營養(yǎng)元素，施入土壤后容易分解，是化肥的良好替代品。綠肥的養(yǎng)分富集能力代表綠肥翻壓后所能提供土壤養(yǎng)分的數(shù)量，也代表著減施化肥的數(shù)量[18]。養(yǎng)分富集能力是綠肥種質(zhì)資源篩選與評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。本研究供試品種中，固氮能力、富集磷鉀能力最強(qiáng)的是三亞田菁。以供試品種養(yǎng)分積累平均數(shù)計(jì)，翻壓田菁作綠肥可使糧食作物化學(xué)氮肥減施63%，磷肥減施28%，鉀肥減施51%。綠肥施用時(shí)的化肥減施效果，已經(jīng)得到眾多試驗(yàn)[6,9,18]的證實(shí)。

從光合效率、產(chǎn)量、養(yǎng)分富集能力和生育期等多方面綜合考慮，初步認(rèn)為早熟品種鹽菁膠1 號(hào)和慶豐田菁、遲熟品種三亞田菁、中熟品種瀘早田菁可以在安徽地區(qū)進(jìn)一步示范推廣。

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