翻耕与播种间隔时间对后茬苜蓿生长的影响

2011-12-08 08:02:36张文杰李向林万里强
草业科学 2011年1期
关键词:化感苜蓿苗期

张文杰,李向林,万里强,何 峰

(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京 100193)

翻耕与播种间隔时间对后茬苜蓿生长的影响

张文杰,李向林,万里强,何 峰

(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京 100193)

紫花苜蓿(Medicagosativa)自毒作用对连作种植的苜蓿建植有不利影响,减轻自毒作用,使苜蓿的更新建植能够成功,是苜蓿生产中的一个重要问题。为此,在北京地区进行了田间试验,对生长5年紫花苜蓿土地在不同时间耕翻,间隔0、15、30、45、90 d之后再播种同品种苜蓿,以研究耕翻至播种间隔时间对苜蓿苗期生长及生化特性的影响。结果表明,随着耕翻至播种间隔时间的缩短,苜蓿苗期根和苗的长度与质量均呈明显下降的趋势。与间隔30、45及90 d播种的苜蓿相比,耕翻当天直接播种的苜蓿苗根系发育明显受到抑制,根长下降了10%~23%,苗长下降了16%~26%,根质量下降了58%~71%,苗质量下降了38%~62%。苗期苜蓿叶绿素含量随间隔时间变化不明显,但超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性随间隔时间延长而降低。

紫花苜蓿;化感作用;自毒;耕翻;重新播种

20世纪70年代中期以来,植物化感作用的研究逐渐引起普遍注意,并成为农业和化学生态学研究的活跃领域[1]。化感作用(allelopathy)是指“植物之间相互抑制或促进的生物化学作用”[2],而自毒作用(autotoxicity)则是化感作用的一种特殊形式,指某些植物释放出的一些物质对同茬或后茬的同种或同科植物的生长产生抑制的现象。许多研究表明,植物自毒作用是造成连作障碍的重要因素之一[3]。

紫花苜蓿(Medicagosativa)是重要的豆科牧草,一般在种植后的第2-4年处于生长旺盛期,第5年以后生产力逐渐下降[4]。种植过苜蓿的土壤,间隔较短时间再种苜蓿,很难建植成功[5]。早期的研究发现,苜蓿在停种几季后方可再播种,当时并不理解是什么原因导致土壤对长期种植苜蓿产生的不利影响,直到20世纪80年代,研究才发现苜蓿具有自毒效应[6]。大量的研究已经证实,苜蓿能产生和释放化感物质抑制自身和其他作物的萌发和生长[7-8]。随后,越来越多的学者认为苜蓿含有水溶性自毒物质[9-12]。目前,紫花苜蓿的自毒作用已经得到学界普遍认可[13-15]。

在苜蓿产业发达的美国,对苜蓿自毒作用的研究较多。连续种植苜蓿的土壤中存在自毒作用,使原地重新播种的苜蓿不能成功建植[13,15-16]。然而,用除草剂或翻耕使老苜蓿生长终止后,经过一定时间的间隔再重新种植苜蓿,则可不同程度地避免苜蓿自毒作用[15,17]。但是,关于间隔时间的长短,文献报道的结果差异很大。例如,在美国密西根州只间隔2~3周新播紫花苜蓿可成功建植[14],而在威斯康星州则需要长达1~2年的间隔才能较好地消除自毒作用的影响[18-19]。虽然国内也有少数关于紫花苜蓿化感作用的研究报道[20-21],但基本都是利用植物浸提液在实验室进行的生物测定,有关紫花苜蓿化感作用的田间实验研究则鲜见报道,至于翻耕与播种之间的间隔时间对新播苜蓿建植的影响,国内尚未见到报道。为此,本研究通过田间试验,分析不同的翻耕与播种间隔时间对新播苜蓿幼苗生长及生化特性的影响,旨在了解苜蓿自毒作用的田间实际影响,为苜蓿生产实践提供参考依据。

1 材料与方法

1.1试验地概况 试验在北京克劳沃草业技术开发中心双桥基地进行,地处39°34′ N,116°28′ E,为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候,年平均气温10~12 ℃,≥10 ℃年积温4 200 ℃·d,年降水量在600 mm以上,75%集中在夏季。地势平坦、开阔,光照、通风良好,土壤耕作历史悠久,土壤熟化程度高。

1.2试验材料 试验地为种植5年三得利(Sanditi)紫花苜蓿的地块,新播种的紫花苜蓿品种仍然为三得利,种子由中国农业科学院北京畜牧兽医研究所提供。

1.3试验设计 将种植5年的紫花苜蓿地分别于2009年的1月6日、2月25日、3月12日、3月27日和4月11日进行翻耕,4月11日统一播种苜蓿,即翻耕与播种之间的间隔时间分别为90、45、30、15和0 d共5个处理。翻耕时将苜蓿植株及根部清理出去,平整土壤,准备良好的苗床。重新播种苜蓿的播种量为15 kg/hm2,播种深度为2~3 cm,行距30 cm。播后适时浇水、除杂草。试验为完全随即区组设计,小区面积3 m×5 m,重复3次。

1.4测定方法与数据分析 播种后75 d(2009年6月25日),在各小区随即取样10株,测定如下指标。

1)苗和根的长度:将植株完全挖出土壤(50 cm),在新鲜状态下用直尺分别测定主茎和主根的长度。

2)苗和根的质量:将苗和根冲洗干净,表面晾干,然后称取单株的根和苗的质量。

3)生化指标:叶绿素含量超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)。

结果数据采用Excel进行整理,用SAS 软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1翻耕与播种间隔时间对后茬苜蓿形态指标的影响 翻耕与播种间隔时间对紫花苜蓿的生长存在一定的影响,一般随着间隔时间的缩短,根长、苗长、根质量、苗质量都有逐渐减小的趋势。田间实际长势的观察,也发现间隔时间越长幼苗生长越好。翻耕当天种植(间隔0 d)的紫花苜蓿根长显著小于间隔30、45及90 d的处理(P<0.05);翻耕当天种植的苜蓿根质量和苗质量显著小于(P<0.05)其他处理的根质量和苗质量(间隔30 d处理除外)。

表1 翻耕与播种间隔时间对后茬苜蓿形态指标的影响

注:同列数据后不同字母者表示差异显著(P<0.05)。下表同。

2.2翻耕与播种间隔时间对后茬苜蓿叶绿素含量的影响 由表2可见,叶绿素a在0.632~0.670 mg/L变化, 叶绿素b的含量在0.313~0.391 mg/L变化,叶绿素a和叶绿素b之和的变化范围为0.889~1.041 mg/L。翻耕与播种的间隔时间对后茬紫花苜蓿叶绿素a和叶绿素b的含量影响不显著(P>0.05)。

2.3翻耕与播种间隔时间对后茬苜蓿SOD和POD活性的影响 SOD和POD活性整体上随翻耕与播种间隔的缩短而增加(表3)。翻耕当天种植的苜蓿SOD活性显著大于间隔45 d和间隔90 d种植的苜蓿(P<0.05),间隔15 d的苜蓿SOD活性显著大于间隔45 d的苜蓿。随着翻耕间隔时间的缩短,POD活性也呈增加的趋势,翻耕当天及间隔15 d种植的苜蓿POD活性显著大于间隔90 d种植的苜蓿,而其他处理间差异不显著(P>0.05)。

3 讨论

从试验结果来看,翻耕与播种间隔时间不同对苜蓿苗期生长发育确实存在明显的影响。随着翻耕至播种间隔时间的缩短,苜蓿苗期根和苗的长度与质量均呈明显的下降趋势。与间隔30、45及90 d播种的苜蓿相比,翻耕当天直接播种的苜蓿苗根系发育明显受到抑制,根长下降了10%~23%,苗长下降了16%~26%,根质量下降了58%~71%,苗质量下降了38%~62%。从结果来看,间隔时间对根和苗的质量的影响要大于对根长(根深)、苗长(株高)的影响。

表2 翻耕与播种间隔时间对后茬苜蓿叶绿素含量的影响

表3 翻耕与播种间隔时间对后茬苜蓿SOD和POD活性的影响

Jennings和Nelson[16]在美国中西部平原用除草剂杀死生长5~7年的老苜蓿后,间隔15 d、23 d、0.5年、1.0年、1.5年后用免耕法再播种苜蓿,发现与间隔1.5年的处理相比,间隔15和23 d播种的苜蓿密度分别下降12%和19%,产量分别下降6.3%和10.3%。Tesar[14]在美国密西根州的研究结果表明,在老苜蓿地上重新种植苜蓿,翻耕至播种至少要间隔2周,而施用草甘膦杀死原有苜蓿后免耕播种,至少要有3周的间隔时间,才能明显消除自毒作用。以上不同的研究证明,在翻耕至播种之间有一定的间隔时间,可以减轻苜蓿的自毒作用,使苜蓿的更新建植得以成功。但是,具体的间隔时间随地区、原有苜蓿生长年限、品种、密度等因素的不同而有较大的差异[16]。在本研究中,就苜蓿苗期的生长而言,至少应该间隔15 d以上,而且间隔时间越长约有利于后茬苜蓿的建植,这与Tesar[14]的建议相似。但是,由于本试验的时间较短,设置的最长间隔也只有90 d,所以尚难推荐一个最佳的间隔时间。

有些研究者采用在原有苜蓿地翻耕后延迟播种的措施来消除自毒作用,但往往导致苜蓿产量下降,这主要是因为延迟播种会错失苜蓿的最佳播种时间,而且在冬季到来之前根系无法得到充分发育。因此,本研究采用统一播种时间、以不同的时间间隔提前翻耕的处理方法,保证了所有处理具有相同的生长时间,排除了其他因素的影响。建议在生产实践中也应该在最佳季节播种,但将翻耕的时间提前。

化感物质能对植物的蛋白酶和果胶酶、过氧化物酶等有显著的影响[22]。本研究显示,翻耕与播种间隔时间越长,超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性越高。超氧化物歧化酶和过氧化物酶普遍存在于植物的各个组织中,可以通过催化植物体内的活性氧,防止发生过氧化反应。抗氧化酶活性与植物的代谢强度及逆境适应能力有密切的关系。苜蓿自毒作用在某种程度上也是一种逆境因素,抗氧化酶活性的变化反映了这种逆境影响及植物的适应性响应。在本研究中,苜蓿叶绿素含量在各处理间没有显著差异,表现相对稳定,可见处理对苜蓿苗期的光合作用影响不大。

因此在生产过程中,对于种植过几年苜蓿的土地,可以通过多次翻耕和延长翻耕至播种的时间来降低自毒作用,翻耕及延长翻耕时间可以降低土壤中自毒物质的含量,从而降低自毒作用的影响,对后茬苜蓿的生长有很大的促进作用。但随着翻耕间隔时间的缩短,超氧化物歧化酶总活性和过氧化物酶活性逐渐增加。

对于苜蓿自毒作用所涉及的具体化感物质,文献中鲜有报道。一般认为,苜蓿根和植物体其他部位都会产生一些化感物质,这些化感物质都是水溶性的。这些物质主要通过挥发、淋溶的方式进入周围土壤。翻耕后间隔一段时间再播种,可以使土壤中的化感物通过挥发和淋溶而损失,从而减轻自毒作用。

4 结论

在生长5年的三得利紫花苜蓿地上重新建植同一品种的苜蓿,翻耕至播种的间隔时间对苜蓿苗期的地上和地下部分生长发育有明显影响。一般,随着间隔时间的延长,苜蓿苗期植株的根长、根质量、苗长、苗质量均有增加趋势,说明了自毒作用随间隔时间而逐渐减弱。苗期苜蓿叶绿素含量随间隔时间变化不明显,但SOD和POD活性随间隔时间延长而降低。在生产实践中,在老苜蓿地上重新种植苜蓿,翻耕至播种之间的间隔至少应该超过15 d。

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Effectoftheintervalbetweenploughingandsowingongrowthofcontinuouscroppingalfalfa

ZHANG Wen-jie, LI Xiang-lin, WAN Li-qiang, HE Feng

(The Institute of Animal Science, CAAS, Beijing 100193, China)

Autotoxicity often causes poor establishment of continuous cropping alfalfa, therefore reducing the autotoxicity will benefit successful alfalfa regeneration in continuous cropping. A field experiment was conducted in the Beijing regions to determine effect of the interval between ploughing and reseeding on growth of continuous cropping alfalfa in 5-years field. The treatments included 0, 15, 30, 45 and 90 days of interval between ploughing and reseeding. The results of this study showed that less interval between ploughing and reseeding reduced the length of root and shoot and the weight of root and shoot of the alfalfa plants. The root length, shoot length, root weight and shoot weight in plots with 0 day interval reduced the 10%-23%, 16%-26%, 58%-71% and 38%-62%,respectively when compared to those in plots with a interval of 15, 30, 45 and 90 days. The changes of the interval did not affect chlorophyll content while the activities of SOD and POD increased with the decrease in interval between ploughing and reseeding.

alfalfa; allelopathy; autotoxicity; ploughing; reseeding

S551+.704

A

1001-0629(2011)01-0127-04

2010-03-07 接受日期:2010-09-06

农业部牧草产业技术体系研究课题

张文杰(1985-),女,河南周口人,在读硕士生,主要研究方向为草地生态学。

E-mail:wenjie8314@sohu.com

李向林 E-mail:lixl@iascaas.net.cn

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