民樂縣戈壁連作苜蓿死株空斑及其原因

葛珍，何在佳，楊得林，褚艷琴

（1.民樂縣職業(yè)教育中心學(xué)校，甘肅 民樂 734500；2.甘肅華瑞農(nóng)業(yè)股份有限公司，甘肅 民樂 734502）

苜蓿Medicago sativa是優(yōu)質(zhì)豆科牧草，世界范圍內(nèi)廣為種植。一次播種、多年收獲，產(chǎn)草量高，適口性好，蛋白質(zhì)含量豐富，品質(zhì)上乘，享有“牧草之王”的美譽，是奶牛養(yǎng)殖業(yè)首選飼草。甘肅華瑞農(nóng)業(yè)股份有限公司（以下簡稱華瑞公司）以奶牛養(yǎng)殖和繁育為主業(yè)，以苜蓿等飼草生產(chǎn)和加工為輔業(yè)，兼具乳制品加工、農(nóng)牧業(yè)裝備研發(fā)業(yè)務(wù)。華瑞公司實行種養(yǎng)一體化經(jīng)營的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，飼草加工后保障公司奶牛養(yǎng)殖；養(yǎng)殖場糞尿等廢棄物，經(jīng)分離、集中發(fā)酵處理后制成有機肥，全部歸還于飼草田。近年發(fā)現(xiàn)，苜蓿種植地中常出現(xiàn)斑塊狀枯死現(xiàn)象，形成缺株空斑。公司采取多種補種措施均以失敗告終。是什么原因造成苜蓿地植株斑塊狀枯死？又是什么因素導(dǎo)致補植失??？帶著這些疑問，我們趕赴華瑞公司苜蓿地開展調(diào)查工作，查閱相關(guān)資料予以論證分析。

1 基本情況

華瑞公司位于甘肅省民樂縣經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，地處河西走廊中段的戈壁荒灘，100°41′E、38°43′N，海拔1 688 m。屬大陸性荒漠草原氣候，光照資源豐富，降水量偏少。在縣境北部，華瑞公司擁有沙石地約2 500 hm2，改良后獲得可耕種砂性土地1 200 hm2，其中種植苜蓿420 hm2，青貯玉米Zea mays600 hm2，其余土地種植燕麥Avena sativa、小麥Triticum aestivum。

華瑞公司種植苜蓿＞10 a，采用連作制度，播種一次連續(xù)收獲5～7 a，然后翻耕并篩除殘根后播種更新。主要品種有騎士T、大銀河、阿迪娜、奇跡、雪豹、巨能耐鹽之星、康賽等7個。苜蓿地每年收割4茬，年產(chǎn)干草15～18 t/hm2。大型噴灌機組實施水肥一體化作業(yè)，每茬噴灌20次左右，平均每茬耗水量約2 250 m3/hm2。苜蓿種植以來，未發(fā)生過田間病害。

近年的生產(chǎn)實踐中，華瑞公司發(fā)現(xiàn)，苜蓿播種最初幾年能夠保持高產(chǎn)勢頭，四五年以后，苜蓿地中陸續(xù)出現(xiàn)死株現(xiàn)象，使田間密度逐年下降。這種枯死現(xiàn)象多發(fā)生在萌芽后半月左右株高達(dá)7～8 cm時，植株與地面色差強烈，裸地空斑醒目。粗略估算，嚴(yán)重地塊缺株率可達(dá)10%。

為保證苜蓿地產(chǎn)草量穩(wěn)中有升，華瑞公司先后在空斑地上實施過播種和育苗后補栽兩種補苗措施，但都未能成功。

2 缺株空斑調(diào)查

2.1 空斑情況

在華瑞公司種植基地內(nèi)，我們查看了一號基地1#圈和11#圈的苜蓿缺株空斑情況，以及3#圈地病態(tài)植株情況。

1#圈苜蓿4 a齡，品種為騎士T。前茬苜蓿收割較早，新茬株高已達(dá)20 cm?？瞻邏K不多，約2 000 m2土地范圍內(nèi)只見到3個斑塊，大小約40 cm×50 cm。在這些空斑地上，進行過補播和育苗補栽試驗。補播種子出苗正常，在生長過程中部分小苗逐漸死亡，最終存活率接近50%，但長勢一直很差，莖桿細(xì)弱，植株矮小，第一茬苜蓿收割之后，在下茬苜蓿生長過程中逐漸衰弱死亡；用2 cm×8 cm的紙杯育苗后補栽的情況稍好些，補栽苗盡管仍然陸續(xù)死亡，至秋末保存率30%左右，只是這些植株終究未能安全度過寒冬，開春后無一萌芽。

11#圈苜蓿5 a齡，品種為阿迪娜。調(diào)查時距收割結(jié)束6～7 d。抽生的新梢長度約4 cm，地內(nèi)裸露空斑隨處可見，空斑內(nèi)苜蓿稀疏。在面積達(dá)10～20 m2的大空斑范圍內(nèi)，僅稀疏分布幾株苜蓿，株距40～80 cm不等；小些的斑塊，在40 cm×60 cm內(nèi)不見一株苜蓿。有些空斑地上有細(xì)弱的雜草，有些則連雜草也不見；大塊空斑地段偶爾可見幾株被刈割的雜草殘茬。

2.2 土層結(jié)構(gòu)

華瑞公司苜蓿地的土層結(jié)構(gòu)基本趨于一致，砂土層下就是石礫層，不同之處在于砂土層的薄厚。厚的地方，砂土層厚度＞60 cm，薄的地方，耕作層下的犁底層幾乎就是石礫層。有近一半以上的大塊空斑地塊，砂土層都很薄，厚度僅30 cm。

2.3 病態(tài)植株

3#圈苜蓿3 a齡，品種為康賽。株高55 cm，未見到明顯的空斑地，但在幾個不同的位置發(fā)現(xiàn)了長勢異常的苜蓿。其中，在一塊不足4 m2的地塊范圍內(nèi)，見到以鈍角三角形位置分布的3株苜蓿，2株較近，1株稍遠(yuǎn)。3株苜蓿的葉片稍小，葉色較暗，不及周邊苜蓿那么鮮綠，其中稍遠(yuǎn)處的那株苜蓿葉片和嫩稍已有失水萎蔫狀。挖出苜蓿根，發(fā)現(xiàn)根系形態(tài)異樣。正常植株，根的顏色較亮凈，根表可見新生的近白色瘤狀突起；病株的根，顏色暗褐，瘤狀突起也已成較深的黑色而幾乎不能辨識。

初步分析認(rèn)為，華瑞公司苜蓿地中死株空斑現(xiàn)象的根源在于苜蓿的自毒作用。

3 苜蓿的自毒作用

3.1 自毒作用概述

自毒作用是指植株自身體內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)以多種方式和途徑對植物本身的萌發(fā)和生長代謝活動產(chǎn)生延遲和抑制作用的現(xiàn)象。它是植物化感作用在種內(nèi)或?qū)ψ陨碜饔玫囊活惐憩F(xiàn)形式[1-2]。植物的化感作用即通常所說的相生相克作用，1992年被國家自然科學(xué)名詞審定委員會統(tǒng)一規(guī)范為“化感作用”[3]。古文獻(xiàn)記載，我國先民早在兩千多年前就已形成對于植物化感作用的朦朧認(rèn)識[4]，國際上對植物化感作用的研究，始于19世紀(jì)中葉，到20世紀(jì)70年代以后，得到空前發(fā)展。關(guān)于苜蓿自毒作用的研究，國外起步較早，20世紀(jì)初即有相關(guān)報道面世，至60年代，始有苜蓿自毒性領(lǐng)域的研究文章出現(xiàn)。我國對于苜蓿自毒性的研究，最早見于2001年胡躍高[5]、孔垂華[6]等人的論述。

3.2 苜蓿的自毒物質(zhì)

研究者認(rèn)為，苜蓿的根、莖、葉、花等新鮮組織和種子以及苜蓿干草中，都含有能夠?qū)е伦远粳F(xiàn)象的水溶性化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)以多種途徑進入到苜蓿根際土壤中，引起苜蓿死株、減產(chǎn)、不耐連作。苜蓿體內(nèi)的自毒物質(zhì)主要是香豆素、肉桂酸、水揚酸、綠原酸、苜蓿素等水溶性酚類化合物[1,7-8]。這些物質(zhì)在苜蓿的活株、殘體中都有分布，通過根系分泌、隨雨霧淋溶、組織脫落、殘茬殘根的分解等方式進入土壤中并逐漸富集[4,9]，從而對苜蓿的生長產(chǎn)生毒害作用。這種毒害不是某幾種物質(zhì)的單獨作用，而是多種物質(zhì)綜合作用的結(jié)果，而且混合物的毒害作用更強烈[10]。

3.3 苜蓿自毒作用機制

苜蓿的自毒作用對苜蓿種子萌發(fā)、植株生長都有影響，但重點表現(xiàn)為對幼苗根系統(tǒng)發(fā)育的破壞和毒害。據(jù)Chon、Hegde等人的研究，自毒物質(zhì)只是推遲苜蓿種子的萌發(fā)時間，而對種子的整體發(fā)芽率影響不大，但對萌芽種子的胚根和下胚軸細(xì)胞的伸長有抑制作用[11-12]。自毒物質(zhì)對苜蓿植株的影響，首先表現(xiàn)在對根系的傷害上，自毒物質(zhì)作用的結(jié)果，能使苜蓿根部變色，出現(xiàn)卷曲、腫脹現(xiàn)象，根毛細(xì)胞的分化形成受到限制[10-11]。失去根毛也就意味著根系的吸收能力被抑制，這種現(xiàn)象反映在苜蓿地上部分，表現(xiàn)為植株能正常存活，但生長勢差、個體弱小、顏色暗深。查看根系結(jié)構(gòu)，可見主根細(xì)弱、分枝較多、側(cè)根量增大。自毒物質(zhì)導(dǎo)致的這種根系劣變具有不可逆轉(zhuǎn)性[4,10]，將來即使生存條件得到改善，苜蓿植株也不可能恢復(fù)長勢而旺盛生長。

4 苜蓿死株原因分析

基于我們的初步調(diào)查，結(jié)合專家們關(guān)于苜蓿自毒作用的研究成果，華瑞公司苜蓿生產(chǎn)中存在的問題，可以從兩個方面認(rèn)識。

4.1 留茬死株

苜蓿死株重點發(fā)生在4～6 a齡苜蓿地中，這與多種因素有關(guān)。

1）自毒物質(zhì)的數(shù)量

不同齡期的苜蓿，體內(nèi)所含自毒物質(zhì)的數(shù)量各有不同。一般≤1 a幼齡期苜蓿所含自毒物質(zhì)數(shù)量較少，基本無自毒性；隨著苜蓿生長年限的延長和根莖成熟度的增加，組織器官中所制造和積累的各種有機物質(zhì)包括自毒性物質(zhì)都有增加的趨勢[10]，4～6 a齡苜蓿自毒效應(yīng)明顯[9]。通常從第5年開始，苜蓿根系活力就有開始衰退的跡象，并陸續(xù)出現(xiàn)死株，產(chǎn)草量逐年下降。

2）苜蓿根系周邊積累自毒物質(zhì)

苜蓿體內(nèi)的自毒物質(zhì)因淋溶、分泌、組織脫落等方式，有富集于苜蓿根際土壤中的特性。盡管砂性土中，自毒物質(zhì)隨水流失的速度較快，有利于削弱自毒作用，但也會導(dǎo)致自毒作用來勢更加兇猛。植物的生存策略：環(huán)境有利時加速生長，搶占空間爭奪資源；逆境脅迫時減緩生長，增加次生代謝產(chǎn)物自我防御確保競爭優(yōu)勢[4]。砂性土壤保水保肥性能差，容易發(fā)生水分、養(yǎng)分的流失，形成嚴(yán)重的逆境脅迫，導(dǎo)致苜蓿植株大量生成釋放自毒物質(zhì)，使苜蓿根系受損加重，植株密度逐年降低。

3）砂土層厚度

調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，砂土層的薄厚與苜蓿地中的缺株空斑有一定相關(guān)性，砂土層薄的地方，缺株多空斑大。厚度僅30 cm的砂土層下，就是石礫層，在這種惡劣的根系生長環(huán)境中，水分、養(yǎng)分流失很快，不利于苜蓿的健壯生長。尤其是夏季高溫季節(jié)，水分在蒸發(fā)和滲漏雙重渠道的流失中，極易造成苜蓿干旱缺水。缺水的環(huán)境脅迫下，苜蓿體內(nèi)包括自毒物質(zhì)在內(nèi)的次生代謝物質(zhì)增加，更加劇了苜蓿的自毒效應(yīng)[4-5]。

4.2 補種失敗

1）砂性土中的苜蓿自毒性表現(xiàn)

一般4～6 a齡老苜蓿產(chǎn)生的自毒性物質(zhì)多，自毒物質(zhì)在根際土壤中富集的也多。Jennings研究了土壤類型對苜蓿自毒作用的影響，認(rèn)為自毒物質(zhì)在砂性土中隨水轉(zhuǎn)移速度很快，因而滯留時間短，自毒作用不持久[13]。正因為轉(zhuǎn)移速度快，所以砂性土中，自毒效應(yīng)來勢更猛、更快，表現(xiàn)更強烈。

2）幼苗對自毒作用抗性差

由于砂性土中自毒物的隨水流失、秋季翻耕時篩除撿拾殘根、長達(dá)6個月的越冬休耕期等多種原因的綜合影響，對于來年開春的重播苜蓿而言，自毒效應(yīng)已不存在，所以春季大面積播種的苜蓿種子能夠正常發(fā)芽出苗。但在空斑地上補播的苜蓿種子，因所處環(huán)境的差異，出苗情況大相徑庭。根據(jù)王希等人的研究結(jié)果，補播的苜蓿種子即使能夠萌發(fā)，胚根和胚芽的進一步伸長也會因自毒物質(zhì)的抑制而受阻，且胚根對自毒物質(zhì)的敏感度更強于胚芽[9]。也就是說，幼苗期苜蓿對自毒作用的抗性微弱，補播的苜蓿種子能夠萌發(fā)，但并不能順利成苗。所以在生長年限較長的苜蓿地里補播或補栽苜蓿，只能以失敗告終。

據(jù)Klein和Miller研究，苜蓿植株密度降低至83%、43%時，產(chǎn)量分別下降為92%和50%[5]?？梢娙A瑞公司苜蓿地死株造成的減產(chǎn)損失并不是小數(shù)目。

5 生產(chǎn)建議

自毒作用對苜蓿生產(chǎn)影響巨大，戈壁灘的荒漠環(huán)境更能助長自毒效應(yīng)的危害。但華瑞公司種養(yǎng)結(jié)合的循環(huán)農(nóng)業(yè)及水肥一體化耕作制度，保障了戈壁荒漠惡劣環(huán)境中，苜蓿生產(chǎn)所需的水肥供應(yīng)，一定程度上緩解了自毒作用的負(fù)面影響。比如，良好的灌溉條件促進了砂性土中自毒物質(zhì)的快速淋溶；奶牛養(yǎng)殖的糞尿還田，即補充了苜蓿生長對有機養(yǎng)分的需求，又有助于糞尿中的微生物對自毒物質(zhì)的降解；殘根的篩除以及漫長的休耕期，等等。它們與自毒效應(yīng)之間，始終處于一種此消彼長的動態(tài)博弈中，使苜蓿產(chǎn)量在自毒作用的威脅下，不降反升，年產(chǎn)量穩(wěn)定在15 t/hm2以上。在實踐中可采取具體措施，盡量規(guī)避自毒效應(yīng)的負(fù)面影響，促進苜蓿生產(chǎn)增效提質(zhì)。

1）輪作倒茬

從華瑞公司的可耕作土地和近幾年的播種面積來看，苜蓿種植面積遠(yuǎn)小于玉米，苜蓿、玉米完全可以實現(xiàn)輪作倒茬種植。即使有砂石地的限制，也可逐年錯茬輪作，從而最大程度地避免自毒物質(zhì)對苜蓿產(chǎn)草量的影響。

2）品種選擇

選用自毒物質(zhì)含量低、抗自毒性強的苜蓿品種。

3）施用有機肥促進微生物作用

進一步規(guī)范和提高華瑞公司循環(huán)農(nóng)業(yè)的科技貢獻(xiàn)率，充分發(fā)揮有益微生物在糞尿還田中對苜蓿自毒物質(zhì)的降解、破壞作用[7,14]，最大程度消解苜蓿的自毒影響。

4）收割后及時充分灌溉

收割后及時充分灌溉，對于稀疏空斑較多的地塊漫灌一次，稀釋淺層土壤自毒物質(zhì)并向深層轉(zhuǎn)移，緩解其自毒作用，待苜蓿萌蘗全苗后再轉(zhuǎn)換為水肥一體化灌溉方式。補播苜蓿種子后，對補播空斑加大灌溉量以清除淺層土壤自毒物質(zhì)，確保出苗整齊。

6 結(jié)束語

分析認(rèn)為，地處甘肅省民樂縣北部戈壁荒灘的華瑞農(nóng)業(yè)股份有限公司苜蓿地死株空斑，以及補播補栽無效，均由自毒作用所致，可以通過輪作倒茬、品種選擇、施用有機肥和收割后及時充分灌溉等措施消除或緩解自毒作用，確保牧草穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。前人的研究結(jié)果大多來自實驗室數(shù)據(jù)，且認(rèn)為自毒物質(zhì)是以淋溶、脫落、根系分泌等多種方式到達(dá)苜蓿根部，從而對苜蓿產(chǎn)生自毒作用；而孔垂華[6]又認(rèn)為，化感物質(zhì)經(jīng)多路轉(zhuǎn)運，到達(dá)苜蓿根際時，不一定產(chǎn)生化感效應(yīng)。為了澄清疑惑，有必要開展田間試驗以解疑，畢竟田間環(huán)境復(fù)雜，對苜蓿的生長有諸多干擾，單純的實驗室數(shù)據(jù)不一定附合大田環(huán)境的真實性。

噴灌或雨水的淋溶作用究竟能將多少自毒物質(zhì)帶入土壤，滴灌方式能否緩解這種作用？砂土中蓄積的自毒物質(zhì)到底隨水淋失了沒有，以至于一次次的補苗都以失敗而告終？在田間試驗中，可以考慮客土補苗、避免噴淋等方式，以進一步實踐田間補苗的可行性。

致謝：本文修改過程中，承蒙甘肅省林業(yè)科學(xué)研究院王俊杰研究員悉心指導(dǎo)，謹(jǐn)表謝意！