不同紫花苜蓿生物量分配與越冬性狀的相關(guān)性分析

劉懷華，李 瑞，賈雨真，雷 莉，徐偉洲，卜耀軍，王彩霞

（1.榆林市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，陜西榆林 719000；2.榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，陜西榆林 719000；3.清澗縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，陜西清澗 718300）

紫花苜蓿（Medicago sativa L.），作為一種多年生的豆科草本植物，具有環(huán)境適應(yīng)性廣、抗逆性強、畜牧飼用性高等多個優(yōu)良特性，因而，其種植廣泛[1]。近年來，榆林市相繼引進了很多紫花苜蓿品種，但從這些引進品種的表現(xiàn)情況來看，由于地區(qū)環(huán)境及氣候條件較差，其品質(zhì)與適應(yīng)性表現(xiàn)良莠不一，加之當?shù)赜善贩N較少，草地退化較為嚴重，使紫花苜蓿品種的應(yīng)用陷于盲目混亂，對榆林市苜蓿生產(chǎn)造成了很大的影響[2]。因此，引進優(yōu)質(zhì)適宜當?shù)貧夂颦h(huán)境的牧草品種是解決現(xiàn)存問題的重要舉措。

紫花苜蓿品種間的相關(guān)生理指標受當?shù)貧夂虻挠绊懀煌贩N在引種的過程中受到當?shù)丨h(huán)境的變化，在生產(chǎn)性能表現(xiàn)中也會有較大的差異和變化[3]。返青率過低的苜蓿品種則會嚴重影響其苜蓿產(chǎn)量[4]。苜蓿的抗寒性與苜蓿本身的生物學(xué)特性之間存在著一定的相關(guān)性，抗寒性較高的苜蓿品種在葉片的大小、厚度等指標上具有一定的差異[5]。苜?？偵锪康母叩团c其他性狀之間也存在極顯著的相關(guān)性，如株高、分枝數(shù)、根頸、主根和側(cè)根等[6]。苜蓿冬季以根部儲藏營養(yǎng)作為越冬器官，根部的發(fā)育對地上各部分的發(fā)育有著重要的影響[7]，根部的發(fā)育主要表現(xiàn)為根部生物量的多少[8]，而生物量的分配，不僅決定著地上部產(chǎn)量的多少，也影響著刈割后茬再次生長情況和根部是否能正常發(fā)育來完成越冬[9]。

本研究通過榆林風沙草灘區(qū)地區(qū)的苜蓿引種比較試驗，探討了苜蓿生物量的分配與越冬率的相關(guān)性，闡明苜蓿地上部分生物量與地下部分生物量的分配對其生產(chǎn)價值及越冬性狀的影響，旨在為紫花苜蓿在引種中篩選出適宜品種提供相應(yīng)的科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于陜西省榆林市農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)，地理坐標為東經(jīng)107°40′、北緯37°37′，海拔高度為1 200 m，屬溫帶半干旱大陸性氣候，四季分明，光照充足。試驗地2018 年年平均氣溫為10.2 ℃，年降水量為526 mm，年日照時數(shù)為2 561 h，無霜期為200 d。試驗地地勢平坦，土壤類型為風沙土，肥力均勻，灌溉條件為滴管。

1.2 試驗材料

供試紫花苜蓿品種名稱及其來源如表1 所示。

表1 19 個供試苜蓿品種的種質(zhì)信息

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2018 年5—11 月進行，試驗田總面積為1 140 m2，采用隨機區(qū)組設(shè)計，3 次重復(fù)，共57 個小區(qū)，每個試驗小區(qū)面積為20 m2（8.0 m×2.5 m）。播種方式為人工條播，行距30 cm，播深2.5 cm。地面鋪設(shè)滴灌帶，每個小區(qū)設(shè)8 條滴灌帶。試驗小區(qū)中當年生苜蓿不做刈割處理，使其完成完整生育階段，不同物候期測定相應(yīng)指標，于開花前期測定地上部分干質(zhì)量，開花后期測定單株莖、葉質(zhì)量和根干質(zhì)量，枯黃期測定種子千粒質(zhì)量。生育期內(nèi)進行常規(guī)灌溉、施肥等統(tǒng)一田間管理。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 單位面積內(nèi)地上部生物量測定 小區(qū)內(nèi)選取長勢均勻地塊，使用規(guī)格為1 m×1 m 的取樣器隨機選擇地點，取樣器以一行苜蓿為基準邊，然后人工使用鐮刀從距地4～5 cm 處進行刈割，裝于鮮草袋中在實驗室用烘箱以105 ℃高溫進行殺青的初步處理，時間為30 min，隨后降溫至80 ℃進行完全烘干處理，烘干后使用電子秤稱質(zhì)量并記錄。

1.4.2 單株莖生物量、單株葉生物量測定 苜蓿初花期在每個小區(qū)內(nèi)隨機抽取3 株（選取時避開小區(qū)邊行與長勢差距明顯的位置），每品種重復(fù)3 次，共計171 株，每小區(qū)以3 株為1 個單位，齊地剪取，塑封袋封裝。在實驗室對其進行莖葉分離，并裝于信封內(nèi)在烘箱80 ℃烘干至恒質(zhì)量，用電子天平稱質(zhì)量并記錄。

1.4.3 單位面積內(nèi)根生物量測定 于苜蓿結(jié)莢期使用直徑9 cm 根鉆在小區(qū)隨機選取位置，根鉆深度為苜蓿根長40～60 cm 處，取出后將所含根系土壤均裝于塑封袋，用篩子初步篩除根土后用清水沖洗干凈，后置于烘箱中恒溫烘干稱質(zhì)量并記錄。

1.4.4 千粒質(zhì)量測定 于苜蓿枯黃期種子基本處于完熟狀態(tài)后按品種分別收集苜蓿所結(jié)莢果，采集數(shù)量需明顯大于所需數(shù)量。晾干，手工分離種子與包被物，篩選干凈后使用鑷子挑選出完好飽滿的種子稱量千粒質(zhì)量。

1.4.5 越冬率測定 翌年基本返青后，在長勢均勻的樣地中隨機按行選取出一定長度的苜蓿地塊，對苜蓿行兩側(cè)土壤分別鏟開，深度10～15 cm，依次對范圍內(nèi)苜蓿根系選取30 株，記錄越冬成功株數(shù)和失敗株數(shù)，計算越冬率。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)利用Microsoft Excel 2010 進行數(shù)據(jù)歸納整理及圖表制作，采用IBMSPSS Statistics 19.0統(tǒng)計分析軟件中的單因素方差分析對各指標進行顯著性分析（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫花苜蓿地上各部分生物量與越冬率間的相關(guān)性分析

試驗表明，當年生苜蓿越冬率在88.9%～100%，其中，越冬率為94%～98%的品種數(shù)為14 個，占總數(shù)的73.7%。在與不同部位生物量進行相關(guān)性檢驗中，越冬率與單株莖生物量呈顯著負相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為0.273 8（圖1）；從圖2 可以看出，越冬率與單位面積地上部生物量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.248 6。對單株莖生物量和地上部生物量進行方差顯著性檢驗表明，品種間二者均有顯著性差異，反映了隨著初花期單株莖生物量的不斷增加越冬率有不斷下降的趨勢，而伴隨著初花期單位面積內(nèi)地上部生物量的增加越冬率有逐漸上升的趨勢。而越冬率與單株葉生物量和千粒質(zhì)量之間無顯著相關(guān)性。

2.2 紫花苜蓿單位面積根生物量與越冬率間相關(guān)性分析

由圖3 可知，枯黃期不同苜蓿品種在單位面積根生物量之間的差異顯著，19 個品種中三得利的單位面積根生物量顯著高于其他品種，其后依次分別為騎士丁和威納爾。由圖4 可知，通過對單位面積根生物量和越冬率之間的相關(guān)性分析表明，越冬率和單位面積根生物量之間無明顯的線性相關(guān)性。越冬率在94%以上的品種，單位面積內(nèi)根生物量均在608.98～2 631.12 g/m2，變化范圍較大，二者間也未發(fā)現(xiàn)高越冬率品種的單位面積根生物量集中于某一區(qū)間的趨勢。越冬率最高的品種WL168（100%）和最低的品種WL298（88.89%）的單位面積根生物量分別為1 069.43、858.10 g/m2，越冬率差異最大，單位面積根生物量差異不顯著。單位面積根生物量最高的品種三得利（1 069.43 g/m2）和最低的Bara218（608.98 g/m2）越冬率分別為90.0%和96.7%，即單位面積根生物量最高時越冬率較低，而最低時越冬率較高。

2.3 紫花苜蓿地上部分生物量相關(guān)性分析

由圖5 可知，通過對供試苜蓿品種的初花期單株莖生物量、單株葉生物量與種子完熟期的千粒質(zhì)量進行相關(guān)性分析可知，品種間單株莖生物量、單株葉生物量與千粒質(zhì)量之間存在極顯著正相關(guān)。同時二者之間擬合函數(shù)的變化系數(shù)接近，單株莖生物的相關(guān)系數(shù)為0.364 9，單株葉生物的相關(guān)系數(shù)為0.352 9；在千粒質(zhì)量相等的前提下，隨著單株莖生物量的增加，單株葉生物量也隨之增加，變化幅度相對一致。WL298 的單株莖、葉生物量與其他品種相比均為最高，分別為7.41、5.49 g；Bara310 的單株莖、葉生物量顯著低于其他品種，分別為4.83、2.56 g。千粒質(zhì)量最高（19.65 g）的品種為WL298，也是單株莖生物量（7.41 g）、單株葉生物量（12.56 g）最高。

2.4 紫花苜蓿單位面積地上部生物量與單株生物量的相關(guān)性分析

圖6 表明，紫花苜蓿單位面積地上部生物量與單株莖、葉、地上部生物量三者之間并沒有顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.189 2、0.335 3 和0.160 2。單位面積地上部生物量為該品種小區(qū)1 m×1 m 中地上部分生物量的總和，但與單株間沒有顯著正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)呈現(xiàn)負向趨勢。單位面積地上部生物量并不隨單株地上部生物量的增加而增加，而隨著單株地上部生物量的增加呈減少趨勢。單株莖生物量、單株葉生物量與單株地上部生物量之間均呈極顯著正相關(guān)。單株莖生物量和單株地上部生物量間相關(guān)系數(shù)為0.727，單株葉生物量與單株地上部生物量間相關(guān)系數(shù)為0.832。隨著單株莖生物量與單株葉生物量的增加，單株地上部生物量也隨之增加，通過計算莖葉比發(fā)現(xiàn)，除WL343 與WL319 之外，其余品種莖葉比均大于1，即品種間的莖生物量普遍大于葉生物量。但與單株莖生物量相比，單株葉生物量與單株地上部生物量的增長關(guān)系更加緊密。

3 結(jié)論與討論

本試驗系統(tǒng)比較了榆林風沙草灘區(qū)19 個苜蓿品種引種中不同部位生物量分配與越冬率的相關(guān)性。結(jié)果表明，不同苜蓿品種在單株莖生物量、單株葉生物量、千粒質(zhì)量以及單株地上部生物量之間有顯著性差異，越冬率之間也有差異，且單株莖生物量、地上部生物量與越冬率之間有顯著相關(guān)性；這些結(jié)果印證了前人的一些試驗結(jié)果和結(jié)論[10]。品種間隨著單株葉生物量的線性增加所對應(yīng)的單株莖生物量也隨之線性增加，二者線性增加系數(shù)基本一致，顯示出了高度的相關(guān)一致性，這與王振南等[11]的研究結(jié)果相吻合。莖、葉作為苜蓿光合物質(zhì)主要的制造部位和運輸部位，葉部源的強弱對莖部發(fā)育所需物質(zhì)有直接供給作用，而對后期作為庫的種子則有著持續(xù)的影響關(guān)系[12]。因而，不同品種間枯黃期千粒質(zhì)量分別與單株莖生物量、單株葉生物量間呈極顯著正相關(guān)，植株不同部位之間相互具有顯著影響作用。

本研究中，19 個供試紫花苜蓿品種的地上部生物量與千粒質(zhì)量之間沒有顯著相關(guān)性，這與光合產(chǎn)物主要由葉片制造有關(guān)，而莖則主要起支撐和運輸作用。這些試驗品種的莖葉比除2 個品種外均大于1，平均值也為莖質(zhì)量大于葉質(zhì)量，同張慶霞等[13]的研究結(jié)果一致。紫花苜蓿枯黃期的根生物量在不同品種間差異極顯著，但與后期越冬率無顯著相關(guān)性，根生物量最高的品種反而出現(xiàn)越冬率較低，也印證了越冬率并不是完全決定于根系其他表型性狀上的絕對大小[14]。越冬率較高的品種根生物量有集中于一個范圍之內(nèi)的趨勢，較低根生物量的低越冬率比例達到了50%，這與苜蓿植株根頸過于細嫩，往往不利于苜蓿越冬的研究結(jié)論相一致[15]。隨初花期莖生物量增加越冬率降低，而地上部生物量的增加會提升越冬率[16]。莖生物量的減少則有利于降低莖葉比來提升紫花苜蓿的飼喂價值，地上部生物量提升則有利于提升單位面積產(chǎn)量，增加苜蓿的經(jīng)濟效益[17]，且相互不沖突的同時可以提高苜蓿在榆林冬季的越冬率。因此，此階段中這二者的大小可以用來作為篩選品種的參考指標。

本試驗供試19 個紫花苜蓿品種初花期的單株莖生物量、單株葉生物量、地上部生物量和枯黃期單位面積根生物量均存在品種間的顯著差異。紫花苜蓿的千粒質(zhì)量與初花期單株莖生物量、單株葉生物量、單株地上部生物量均存在極顯著正相關(guān)；初花期的單株莖生物量與越冬率呈顯著負相關(guān)，地上部生物量與越冬率則呈顯著正相關(guān)，這表明初花期紫花苜蓿的地上不同部位的生物量之間關(guān)系緊密；說明紫花苜蓿不同部位生物量的分配與來年返青期的越冬率具有一定的相關(guān)性[18-21]。綜上所述，紫花苜蓿的生物量分配指標可作為榆林地區(qū)苜蓿引種試驗中篩選高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種的參考指標之一。