不同苜蓿品种建植当年田间生长发育与根系特征的比较

纪荣花，于 磊，鲁为华，艾尼娃尔·艾合买提

（石河子大学 动物科技学院，新疆 石河子 832003）

紫花苜蓿（Medicago sativa）素有“牧草之王”的美称，在我国有悠久的栽培历史［1］。其蛋白质含量高，且含有多种矿物质及维生素，是多种家畜的优质饲料［2］。新疆光热资源丰富，有利于苜蓿的物质积累，具有获得苜蓿高产得天独厚的自然条件，同时苜蓿根系发达，在改良土壤和保持水土方面成效显著，具有重要的生态意义。

苜蓿建植当年的生长发育状况不仅直接关系到当年获得的产量高低，而且对今后若干年的正常生长和饲草产量产生影响，苜蓿根系生长与地上部分关系密切［3］，强大的根系优势是苜蓿高产的生理基础。选用了8个苜蓿品种为对象开展建植当年田间生长与根系发育状况的研究，力求探寻苜蓿生长当年地上部分生长与根系发育变化，揭示苜蓿地上和地下两部分生长发育相互之间的协调规律，并且比较了不同苜蓿品种之间的根系和地上部分生长发育的特征差异，为大田苜蓿生产选择适宜的品种和苜蓿建植当年田间管理提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地自然概况

试验地设在新疆石河子大学牧草试验地。石河子地处欧亚大陆腹地的准噶尔盆地南缘，海拔为444m。年均气温为6.6℃；极端低温为－42.8℃，极端高温为43.1℃。全年无霜期155～190d，年降水量115～200mm，年蒸发量1 500～1 900mm。年均日照时数2 526h。试验地具有灌溉条件作保证。

1.2 试验材料

供试苜蓿品种及来源见表1。

表1 供试紫花苜蓿品种名称、原产地及来源Table 1 Name，producing area and origin of eight alfalfa varieties

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计与田间管理 试验采用完全随机区组设计，8个处理，3次重复，共计24个小区。小区之间修筑田埂进行隔离。小区面积4m×7m。于2008年11月8日采用人工条播进行播种，行距30cm，播种量为12kg/hm2，播深1.5～2.0cm。在2009年苜蓿生长第1年的整个试验期内，采用畦灌方式，灌溉4次，未进行施肥等处理，并及时清除田间杂草。

1.3.2 测定项目及方法 自然高度：每隔5d每个小区随机取10株测定植株自然高度；植株生物量：在每个小区随机选取3个1m样段，采用壕沟法，每个小区随机取10株，洗净根端泥土，将样品带回实验室自然风干测定植株风干重。每月测定1次。

根系指标测定：在每个小区内随机选取3个1m样段，采用壕沟法，每个小区随机取10株，洗净根端泥土，将样品带回实验室测定根系指标［3］。

（1）主根直径：在每次刈割后测定，利用游标卡尺进行测量。

（2）根颈直径：第1次刈割后每月测定1次，利用游标卡尺进行测量。

（3）根颈分枝数：第1次刈割后每月测定1次。

（4）根体积：第1次刈割后每月测定1次，采用量筒排水法。

用逻辑斯蒂方程反映整个种群的动态生长过程［4］。其方程表达式为：

式中Nt经方程拟合后的拟合值，该值客观上要优于观察值；K：生物积累量的上限，该值可以通过对观察值的处理得到；e：自然对数的底；r：各苜蓿在特定时间点上的内禀增长率；a：模型的待定参数。

1.4 数据统计和分析

试验数据采用Excel和DPS 6.05数据处理软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 生长发育拟合结果

采用逻辑斯蒂方程对不同苜蓿品种生长曲线进行拟合，对各苜蓿品种的生长规律进行研究。逻辑斯蒂方程反映生物种群的动态生长过程，运用其对生物的种群增长作描述，可反映出整个生长过程的动态规律［4］。K值反映了各品种的增长潜力，K值越大表明该品种在该环境条件下生长潜力越大。生长潜力较大的品种有皇冠、阿尔冈金、WL－323、宁苜一号、三得利，增长潜力较小的品种为亮苜2号、青睐、苜蓿王（表2）。r值反映了各品种的内禀增长率，其值越大，说明该品种对环境条件越敏感，各品种对环境的敏感性大小为：亮苜2号＞苜蓿王＞青睐＞WL－323＞宁苜一号＞阿尔冈金＞三得利＞皇冠。对环境条件敏感性大的品种生长潜力较小，可能是敏感性大的品种对环境条件要求较为苛刻，生长空间具有一定的局限性，导致其生长潜力较小。而对环境条件敏感性较小的品种生长潜力较大，表明了其对环境的适应性较大，生长空间也较大。

2.2 物质积累动态

表2 不同苜蓿品种当年生长曲线拟合参数Table 2 Logistic paramete of fit of each variety growth curve

不同苜蓿品种整个植株物质积累呈现出“慢－快－慢－快”的规律。在苜蓿生长早期，由于苜蓿植株地上部分生长叶片数较少，光合作用能力很弱，根系处于发育初期，物质积累较为缓慢。之后，随着光合作用能力的增强，物质积累加快；在第1次刈割后，刈割使地上部分光合作用生产力降低，根系生长受到抑制，物质积累变得缓慢，在刈割后10～15d，苜蓿已经长出一定数量的叶片，其光合作用能力增强，根系生长恢复正常，物质积累加快［5］（图1）。

图1 不同苜蓿品种当年物质积累动态Fig.1 The dynamic state of matter accumulation of varieties

2.3 根系特性

根系是植物吸收和贮存营养物质的重要器官，根系生长发育的状况直接影响到地上部分的产量。苜蓿为轴根型植物，根系发达。不同苜蓿品种在不同土层中主根直径表现出规律性变化，即随着土层的加深，主根直径变小（表3），呈倒立的圆锥形，这与康俊梅等［7］的研究结果一致。各品种生长当年第1茬苜蓿主根直径在10～20cm土层显著差异（P＜0.05）。青睐主根直径最粗，为5.16mm，极显著（P＜0.01）高于宁苜一号、皇冠和阿尔冈金，显著（P＜0.05）高于 WL－323、亮苜2号，与苜蓿王、三得利差异不显著。而苜蓿王与三得利显著（P＜0.05）高于宁苜一号和皇冠。在20～30 cm土层，WL－323、青睐、亮苜2号、三得利、苜蓿王差异不显著；青睐主根直径最粗为，3.32mm，极显著（P＜0.01）高于宁苜一号，显著（P＜0.05）高于皇冠和阿尔冈金。在大于30cm土层时，此时阿尔冈金和宁苜一号的根系长度低于30cm，与除皇冠以外的几个品种表现出极显著差异（P＜0.01）。在第2次刈割时，苜蓿主根直径明显变粗，在0～10cm土层，宁苜一号变化最大，与第1次刈割相比，主根直径加粗2.57mm；在低于30cm土层，宁苜一号和阿尔冈金的主根直径分别为2.30mm和2.27mm。

根颈分枝数、根颈直径影响地上部分产量。不同苜蓿品种生长当年第1茬根颈分枝数存在显著差异（表4）。以亮苜2号根颈分枝数最多，为5.4个，极显著（P＜0.01）高于其他几个品种；皇冠次之，为3.2个分枝数，极显著（P＜0.01）高于苜蓿王；其他几个品种均显著（P＜0.05）高于苜蓿王，苜蓿王仅为0.6个分枝数。在试验期内各苜蓿品种根颈直径前后变化较大的有三得利、皇冠、宁苜一号、亮苜2号、WL－323。其中以三得利变化最大，比试验初期增加了6.29mm；皇冠次之，增加4.92mm；亮苜2号、宁苜一号、WL－323根颈直径较试验前期分别增加了4.88mm、4.76mm、4.59mm；苜蓿王变化最小，仅比试验前期增加2.15 mm，青睐增加了2.51mm，阿尔冈金3.07mm。

根系体积直接反映了植物根系与土壤的接触面积，接触面积越大，植物根系吸收养分和水分的能力也就越强［6］。在刈割前（6月30日），阿尔冈金的根体积为9.07cm3，比 WL－323、宁苜一号分别高4.29cm3、4.11cm3（图2）。刈割后（7月31日）不同苜蓿品种其根系体积变化较小，说明刈割抑制了植株根系体积的增加。在试验期内阿尔冈金根系体积增加最为缓慢，在试验结束时，与刈割前体积相比，仅增加8.05%；而WL－323、宁苜一号、三得利与刈割前体积相比，则增加60.17%、57.61%、50.09%，体积变化较大。

2.4 苜蓿物质积累和根系特性的相关性分析

苜蓿的地上部分物质积累与根系的生长发育紧密相关，苜蓿的物质积累与根体积、根颈直径极显著相关，与0～10cm土层主根直径显著相关，与根颈分枝数、主根在10～20、20～30cm、＞30cm土层直径正相关。与根体积相关系数最大，为0.72，根颈直径次之，为0.61（表5）。

说明根体积和根颈直径对植株整体物质积累的影响最大，主根在0～10cm土层直径对植株物质积累影响次之，而根体积与根颈直径、主根直径极显著相关，根颈直径与主根直径呈极显著相关，主根在0～10cm土层直径与主根在10～20、20～30、＞30cm土层直径极显著相关。根系的生长发育各项指标间紧密相关，根系是植物吸收、贮存营养物质的重要营养器官，根系发育的好坏直接影响到整个植株的物质积累。

图2 苜蓿品种根体积变化动态Fig.2 The root volum characteristic of each variety

表3 苜蓿品种不同土层深度主根直径Table 3 The taproot diameter under different soil horizons of each variety mm

表4 不同苜蓿品种根颈直径与分枝数Table 4 The crown characteristic of each variety

表5 苜蓿物质积累与根系参数的相关系数Table 5 The coefficient correlation of matter accumulation and root system parameter

3 讨论

牧草生长力的强弱与牧草的生物量和利用方式有关［7］。王秀领等［8］研究表明苜蓿日增长高度在品种间、茬次间存在差异。指出各苜蓿品种均以第3茬草日增长量（1.5～2.0cm/d）最大，第4茬草日增长量（平均1.2cm/d左右）最小，这与苜蓿生长期间的温度、水分和光照有关。本研究中，环境敏感性越大的品种其生长潜力相对较小，这是由于敏感性大的品种适应能力较差，植物机体不能够及时积极地应对环境条件变化。

有研究指出，在苜蓿生长期内出现两个迟滞期，第1个迟滞期是在早春，由于光热条件较差，导致苜蓿生长缓慢，第2个迟滞期出现在生长后期，此时苜蓿开始生殖生长导致营养生长减弱，造成生长缓慢。本试验中苜蓿物质积累呈现“慢－快－慢－快”的规律，在刈割后植株物质积累变慢是由于刈割导致光合叶面积大幅减少，呼吸作用增强，光合效率降低，植物本身在进行一定时间的生理调整之后光合作用逐渐恢复，物质积累增加。对各苜蓿品种根系特征的研究表明，不同苜蓿品种根系特性具有一定差异。在第1次刈割时青睐、苜蓿王、阿尔冈金主根直径最粗；亮苜2号、皇冠根颈分枝数较多。在第2次刈割时，各品种苜蓿在上述两个指标上没有差异。阿尔冈金在整个生育期内根体积变化小且均维持在较高水平。就物质积累动态综合分析可得知各苜蓿品种在初期生长发育时，根系生长发育特性影响地上部分物质积累状况。根系发育较好的品种如阿尔冈金，干物质积累明显较高。在第2次刈割时，不同品种根系指标差异减小，地上部分物质积累差异表现出相同规律。这表明地上部分的物质积累与根系的生长发育紧密相关。本试验中相关性分析表明苜蓿物质积累与根体积、根颈直径极显著相关，与主根在0～10cm土层直径显著相关，与根颈分枝数、主根在10～20、20～30、＞30cm土层直径正相关。

4 结论

（1）参试各品种的生长拟合曲线表明皇冠、阿尔冈金、WL－323、宁苜一号、三得利在理想条件下具有较大的生长潜力，其对环境的敏感性较小。

（2）各品种的物质积累动态均表现为“慢－快－慢－快”，在刈割后，植株光合作用能力的降低导致了植株生长速度的降低。

（3）参试苜蓿品种各根系参数间存在差异。第1茬苜蓿以青睐、苜蓿王、三得利主根直径最粗，刈割后各苜蓿品种主根直径差异不显著；亮苜2号和皇冠根颈分枝数明显高于其他几个品种；阿尔冈金的根体积在整个测定期内变化不大且均维持在较高水平，试验结束时WL－323、宁苜一号、三得利根体积均显著高于刈割前。综合分析可知，三得利、青睐、宁苜一号、WL－323根系发育较好。

（4）物质积累与根系各指标的相关性分析表明，物质积累与根体积、根颈直径极显著相关，与主根在0～10cm土层直径显著相关，与根颈分枝数、主根在10～20、20～30、＞30cm土层直径呈正相关。因此，在选择苜蓿品种时，结合地上部分生长发育状况，应选择根系生长发育能力较强的品种，则可实现苜蓿的优质高产。

［1］焦亮，李阳春，魏臻武，等.10个紫花苜蓿品种比较试验［J］.草原与草坪，2006（5）：21－25.

［2］陈积山，李锦华，常根柱，等.10个紫花苜蓿品种根系形态特征的研究［J］.草原与草坪，2009（1）：33－36.

［3］南丽丽，师尚礼，朱新强，等.4份苜蓿材料根系形态特征的初步分析［J］.草原与草坪，2011（3）：27－31.

［4］鲁为华，于磊.北疆绿洲区不同苜蓿品种生长规律及产量比较研究［J］.新疆农业科学，2006，43（1）：16－20.

［5］郭正刚，刘慧霞，王彦荣.刈割对紫花苜蓿根系生长影响的初步分析［J］.西北植物学报，2004，24（2）：215－220.

［6］万素梅，胡守林，黄勤慧，等.不同紫花苜蓿品种根系发育能力的研究［J］.西北植物学报，2004，24（11）：2048－2052.

［7］康俊梅，张爱萍，满都拉.影响苜蓿产草量相关因素研究进展［J］.内蒙古草业，2008，20（1）：59－63.

［8］王秀领，赵忠祥，徐玉鹏，等.几个紫花苜蓿品种的特性分析［J］.河北农业科学，2008，12（3）：31－33.