基于產量及越冬特性對40 個紫花苜蓿品種在科爾沁地區(qū)綜合評價

王志鵬，于鐵峰，安海波，高 凱

（1.內蒙古民族大學草業(yè)學院, 內蒙古 通遼 028000；2.生態(tài)文明與綠色發(fā)展研究院, 內蒙古 通遼 028000）

紫花苜蓿(Medicago sativa)是多年生優(yōu)質豆科牧草，具有抗寒、抗旱、耐鹽堿、適口性好的優(yōu)點，種植區(qū)域廣泛[1-3]。然而其在國內種植生境較差，多數在干旱半干旱地區(qū)(如甘肅、寧夏、內蒙古等地)，適合生產干草。內蒙古自治區(qū)科爾沁沙地作為紫花苜蓿主要種植地，其特殊的生態(tài)環(huán)境條件，加大了種植管理的難度[4-8]。學者們針對科爾沁沙地苜蓿種植，分別從生產性能和刈割次數[9-10]、化學計量特征[11]等方面進行了研究，取得豐碩成果，為科爾沁沙地紫花苜蓿高產栽培提供了理論依據。但是苜蓿的越冬能力仍然是科爾沁沙地紫花苜蓿產業(yè)發(fā)展的主要制約條件，相關研究包括末次刈割時間和低溫處理對苜蓿根頸抗寒性的影響[12]；播期、品種對沙地紫花苜蓿抗氧化特性與越冬率的影響[13]；沙地苜蓿越冬率與根頸生長及土壤溫濕度相關性分析[14]等，得出科爾沁沙地苜蓿于7 月中下旬播種可有效提高紫花苜蓿當年越冬率；而末次刈割時間在8 月25 日苜?？购宰顝?，每年刈割2～3 次為宜；苜蓿根頸中超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶3 種抗氧化酶是其適應低溫順利越冬的關鍵酶，而且苜蓿越冬率與苜蓿根頸粗度顯著正相關，與根頸芽數和土壤水分正相關，與溫差變化則負相關。學者們對科爾沁沙地單一品種苜蓿的產量及越冬特性進行了深入研究，得出苜蓿高產和順利越冬的主要影響因素，但在科爾沁沙地對多個品種苜蓿產量和越冬特性的比較研究卻鮮見報道，更缺乏基于產量和越冬特性對不同品種紫花苜蓿進行綜合評價的研究?；诖?，本研究對國內外的40 個不同品種紫花苜蓿越年產量、越冬率和越冬芽、根頸可溶性糖、淀粉及可溶性蛋白指標進行測定，并通過灰色關聯(lián)度完成品種的綜合評價，以期為科爾沁沙地紫花苜?？茖W選種提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于內蒙古通遼市蒙古民族大學科技示范園區(qū)(43°36′ N，122°22′ E)，年平均氣溫為6.2 ℃，最低氣溫-30～-25 ℃， ＞ 10 ℃年活動積溫為3 137℃·d， ＜ 0 ℃的天數為86～98 d，年平均日照時數為3 000 h，無霜期為135～145 d，年平均降水量為376.1 mm，蒸發(fā)量是降水量的4.8 倍，年平均風速3.1～4.3 m·s-1，為典型的溫帶大陸性季風氣候。試驗田土壤為沙土，土壤基礎概況如表1 所列。

表1 試驗地土壤基本化學性狀Table 1 Basic chemical properties of soil in the test site

1.2 試驗設計

2021 年5 月1 日種植40 個紫花苜蓿品種(表2)，每個品種3 次重復，共計120 個小區(qū)，小區(qū)面積為6 m2(3 m × 2 m)。2021 年5 月2 日播種，播種深度2 cm，采用條播的播種方式，土壤為沙土，播種量為15 kg·hm-2。播種氮肥(純氮)底肥施用總量270 kg·hm-2，鉀肥(K2O)底肥施用總量270 kg·hm-2[15]。種植當年刈割2 次，第1 次刈割時間為7 月13 日，第2 次刈割時間為8 月28 日，每次刈割后追施氮肥、鉀肥，施 用 量 均 為40 kg·hm-2，每 隔5 d 灌 水1 次，10 月10 日灌越冬水，以形成地表覆蓋層。灌水方式為噴灌，灌水量為75 m3·hm-2[16]。

表2 供試紫花苜蓿品種名稱Table 2 Name of the tested alfalfa varieties

1.3 測定指標與方法

干草產量：苜蓿2022 年刈割3 茬，每茬均在初花期刈割，第1 次刈割時間為2022 年6 月23 日，第2 次刈割時間為7 月18 日，第3 次刈割時間為8 月13 日，全小區(qū)測定鮮草產量。每小區(qū)選取長勢均勻500 g 鮮樣帶回實驗室稱重，烘干后測定干重，利用取樣的干鮮比計算干草產量。

越冬率：各小區(qū)隨機選取1 m 樣段進行標記備注，2021 年10 月15 日(越冬前)計算樣段內初始植株數，2022 年4 月14 日調查樣段內存活植株數。越冬率 = (存活植株數/初始植株數) × 100%[17]。

越冬芽：2022 年4 月18 日，返青期隨機調查樣段內10 株苜蓿越冬芽的數量。

根頸生理指標：種植當年10 月11 日在每個小區(qū)用直徑為15 cm、可入土深度為40 cm 的根鉆取5 株長勢均勻苜蓿的完整根系，低溫保存帶回實驗室并立即測定其根頸可溶性糖、淀粉含量、可溶性蛋白含量?？扇苄缘鞍缀坎捎每捡R斯亮藍法測定；可溶性糖含量和淀粉含量采用蒽酮比色法測定[18]。

1.4 統(tǒng)計分析

利用Excel 2021 進行數據處理和表格制作，DPS 軟件對產量、越冬率、越冬芽、根系生理指標進行方差分析，以P＜ 0.05 表示差異有統(tǒng)計學意義。運用SPSS PRO 軟件對40 個品種紫花苜蓿進行灰色關聯(lián)度綜合評價。

2 結果與分析

2.1 不同品種紫花苜蓿栽培草地越年產量

在越年刈割第1 茬中，產量較高的4 個品種依次為‘4030’ ‘巨能601’ ‘肇東苜蓿’ ‘3010’，產量分別為7 862、7 285、7 041、7 035 kg·hm-2，4 個品種間產量 差 異 不 顯 著(P＞ 0.05)，但‘4030’顯 著 高 于 其 余36 個品種(P＜ 0.05)，產量最低的品種為‘巨能801’，其產量為2 784 kg·hm-2，與‘WL656HQ’產量差異不顯著，但均顯著低于其他品種 (表3)。

表3 40 個紫花苜蓿品種不同茬次的越年產量Table 3 Crop yield and total yield of 40 alfalfa varieties kg·hm-2

第2 茬中，產量較高的品種依次為‘3010’ ‘4030’‘阿迪娜’，產量分別為6 932、6 834、6 512 kg·hm-2，產量最低的品種為‘巨能801’，其產量為3 500 kg·hm-2，其與‘力 獅’ ‘Tango’ ‘大銀河’ ‘WL656HQ’產量差異不顯著(P＞ 0.05)，但均顯著低于其他品種(P＜ 0.05) (表3)。

第3 茬中，所有品種苜蓿產量均出現(xiàn)下降趨勢，產量較高的3 個品種為‘要塞’ ‘巨能995’ ‘4 020’，產 量 分 別 為3 267、2 993、2 875 kg·hm-2。產 量 最低 的 品 種 為‘WL656HQ’，其 產 量 為1 256 kg·hm-2，與‘WL343HQ’ ‘佰 苜371’ ‘佰 苜401’ ‘大 銀 河’‘WL358HQ’ ‘佰苜202’產量差異不顯著(P＞ 0.05)，但均顯著低于其他品種(P＜ 0.05) (表3)。

越年總產量中，產量較高的3 個品種為‘4030’ ‘3010’ ‘巨 能601’，分 別 為17 082、16 407、15 705 kg·hm-2。最低的品種為‘巨能801’，其總產量為8 389 kg·hm-2，其與‘WL656HQ’產量差異不顯著(P＞0.05)，但均顯著低于其他品種(P＜ 0.05) (表3)。

2.2 不同品種紫花苜蓿越冬率、越冬芽數量方差分析

不同品種紫花苜蓿對越冬率和越冬芽數量的影響(表4)，越冬率較高的兩個苜蓿品種為‘巨能601’和‘肇東苜蓿’，越冬率分別為93.48%和89.41%，這兩個品種之間越冬率差異不顯著(P＞ 0.05)，但均顯著高于其他品種(P＜ 0.05)，越冬率最低的苜蓿品種為‘巨能801’，越冬率為26.50%，其與‘巨能995’和‘巨能耐鹽’差異不顯著，但均顯著低于其他品種。

表4 紫花苜蓿品種下的越冬率和越冬芽數量Table 4 Overwintering rate and number of overwintering buds of alfalfa varieties

越冬芽數量較多的3 個品種為‘3010’ ‘4030’ ‘巨能耐鹽’，越冬芽數量分別為16.20、14.13、13.33，以上3 個品種之間越冬芽數量差異不顯著(P＞ 0.05)，但‘3010’均顯著高于其余37 個品種(P＜ 0.05) (表4)。越冬芽數量最少的品種為‘巨能801’，數量為5，其與‘騎 士T’ ‘巨 能7’ ‘WL358HQ’ ‘Tango’ ‘卡 特 羅’‘綠思樂’ ‘巨能601’ ‘佰苜371’ ‘公農一號’ ‘角斗士’‘巨 能995’ ‘大 銀 河’ ‘中 苜 一 號’ ‘特 克 拉’‘WL656HQ’ ‘WL440HQ’ ‘WL525HQ’這17 個品種無顯著差異，但均顯著低于其余22 個品種(表4)。

2.3 不同品種紫花苜蓿的根莖生理指標

越冬前測定40 個苜蓿品種根頸中可溶性糖含量不同(表5)。苜蓿根頸中可溶性糖含量較高的是‘阿迪娜’ ‘康賽’ ‘中苜一號’和‘公農一號’品種，分別為114.3、112.3、110.8 和110.1 mg·g–1，‘騎士T’苜蓿根頸中可溶性糖含量最低，為56.30 mg·g–1。測定‘巨能801’苜蓿根頸中淀粉含量較高，為72.15 mg·g–1，含量最低的是‘佳能’苜蓿，為23.85 mg·g–1。可溶性蛋白含量最高的品種是‘WL168HQ’，為26.39 mg·g–1，含量最低的是‘4 010’，含量為10.79 mg·g–1。

表5 越冬前不同品種紫花苜蓿根頸可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白含量Table 5 Content of soluble sugar, starch, and soluble protein in the root and neck of different varieties of alfalfa before overwintering

2.4 不同品種紫花苜蓿綜合評價

利用SPSS 軟件將40 個紫花苜蓿品種的各指標數據進行無量綱化處理，將指標每項數值最大值組成一個特征序列，與40 個品種進行關聯(lián)系數計算，得出各項指標的關聯(lián)系數，并進行加權處理，最終得出關聯(lián)度值(表6)。使用關聯(lián)度值對40 個紫花苜蓿品種進行綜合評分，得出關聯(lián)度最大的6 個品種依次為‘阿迪娜’ ‘4030’ ‘康賽’ ‘3010’ ‘中苜一號’和‘WL168HQ’，關聯(lián)度分別為0.619、0.608、0.608、0.602、0.591 和0.588；關聯(lián)度最小的品種為‘佰苜202’，關聯(lián)度為0.440。

表6 不同品種紫花苜?；疑P聯(lián)度綜合評價Table 6 Comprehensive evaluation of grey correlation degree for different varieties of alfalfa

3 討論與結論

草產量是衡量能否大面積推廣利用苜蓿品種的關鍵因素之一，也是各種苜蓿品種抗逆性和生產性能的重要標志[19]?？悼∶返萚20]研究表明，隨著刈割次數增加，產量逐茬遞減，全年最后一茬產量最低。本研究最后一茬產量明顯低于前兩茬，這與康俊梅等[20]研究結果一致。本研究中‘肇東苜?！?5 個品種全年第1 茬產量最高，但其他15 個品種全年第2 茬產量最高，與以上研究稍有差異，這可能是各品種含水率不同所致，也可能是第1 茬越冬返青不佳所致。產量高低對于苜蓿引種具有重要意義，可作為苜蓿品種引種選育的參考指標[21]。陳曉芳等[22]研究發(fā)現(xiàn)，‘巨能801’在黃河三角洲地區(qū)產量較高[22]?！弈?01’在貴州省一帶種植產量表現(xiàn)不突出，在關中平原地區(qū)卻為高產推廣品種[23]?！甒L343HQ’在貴州省一帶屬于高產推廣品種[24]，本研究表明，參試的40 個紫花苜蓿品種中，‘4030’越年總產量最高，其與‘3010’ ‘巨能601’ ‘4020’ ‘要塞’ ‘佳盛’這5 個品種差異不顯著，但均顯著高于其他品種，越年總產量最低的品種是‘巨能801’。雖然‘巨能801’在黃河三角洲地區(qū)高產，但在科爾沁沙地產量處于低水平。同樣‘WL343HQ’在貴州屬于高產品種，但在科爾沁沙地產量優(yōu)勢并不突出。這表明同一品種在不同種植區(qū)域產量表現(xiàn)不同，可能是受土壤特性、氣候條件等差異影響，所以適宜當地種植的品種各不相同。

苜蓿的越冬能力一直以來是引種的主要問題，苜蓿作為多年生飼草種植不僅要考慮當年的產量和效益，能否高產和順利越冬是引種是否成功的關鍵因素，科爾沁沙地冬季寒冷干燥，多個國外品種和南方品種苜蓿受氣候和土壤得影響不利于過冬。越冬率是體現(xiàn)苜蓿品種在當地的抗寒性、持久性、適應性的主要指標[25]。海濤等[26]研究得出‘肇東苜?！趲讉€品種越冬率比較中屬于優(yōu)勢品種，這與本研究中‘肇東苜?！蕉食弈?01’外顯著高于其他試驗品種結果一致。植物受到低溫脅迫后，細胞會積累大量有滲透調節(jié)功能的物質來調節(jié)滲透勢，通過提高細胞的持水能力來降低細胞冰點，加大細胞質濃度，以達到提高植物抗寒能力的效果[27]?？扇苄蕴?、可溶性蛋白作為植物體內重要的代謝產物，其含量的多少與植物抗寒性有顯著的正相關關系[28]。有研究表明，植物內的可溶性糖、可溶性蛋白隨著溫度的降低其含量增加，且淀粉通過低溫誘導水解酶活性降解，也會導致可溶性糖含量的提高[29]。淀粉雖然不是直接參與滲透調節(jié)的抗寒保護物質，但是淀粉水解的產物，即可溶性糖等物質卻有能調節(jié)細胞滲透勢、降低冰點的作用，因此淀粉含量也是衡量苜蓿根頸抗寒性強弱的重要指標[30]。苜蓿根頸可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白是影響苜蓿越冬率的關鍵因素，不同品種苜蓿含量有所差異，陶雅[31]、王曉龍[32]研究表明‘中苜一號’ ‘肇東苜?！?‘公農一號’等在低溫下根頸可溶性糖、可溶性蛋白處于較高水平，這與本研究結果一致。越冬芽是衡量苜蓿越冬后產量高低的重要指標，趙露等[33]研究發(fā)現(xiàn)龍膽(Gentiana scabra)越冬芽的數量和發(fā)育狀況決定越年地上植株的生長發(fā)育，越冬芽數量越多，產量越高。本研究得出越冬芽數量最多的3 個品種為‘3010’ ‘4030’ ‘巨能耐鹽’，越冬芽數量分別為16.20、14.13、13.33。

灰色系統(tǒng)理論對各個指標的關聯(lián)度進行歸一化處理，進一步對苜蓿各品種進行客觀準確的多因素綜合評價，其結果較為合理可信，符合高產優(yōu)質的引種目標，能夠全面反映出某品種生產性能的優(yōu)劣，有效彌補了在確定權重系數過程中，因缺乏專業(yè)知識和實踐經驗而造成的主觀誤差，在一定程度上規(guī)避了單因素對苜蓿生產性能評價的弊病，目前已被普遍應用于苜蓿及牧草的研究中。許濤等[34]、于萌等[35]均利用此方法對牧草的生產性能進行了綜合評價，取得了較好的效果。綜上所述，本研究利用此法對40 個品種紫花苜蓿產量、越冬率、越冬芽數量進行綜合評價，得出關聯(lián)度最高的6 個品 種‘阿 迪 娜’ ‘4030’ ‘康 賽’ ‘3010’ ‘中 苜 一 號’和‘WL168HQ’，均適宜于科爾沁沙地推廣種植。本研究僅對種植苜蓿第2 年的指標進行了測定分析與討論，對于多年生飼草紫花苜蓿而言，目前結論具有一定的局限性，因此本研究得出的結論僅為前期初步結果，這對科爾沁沙地科學選種具有一定的理論意義。