播种当年紫花苜蓿根颈和根系特征初步研究

杨秀芳，梁庆伟，娜日苏，陈玲玲，吕宁，王琪，潘祥磊，赵虎

(1.赤峰市农牧科学研究院，内蒙古 赤峰　024031；2.巴林左旗饲政奶源监督所，内蒙古 赤峰　024031)



播种当年紫花苜蓿根颈和根系特征初步研究

杨秀芳1，梁庆伟1，娜日苏1，陈玲玲1，吕宁1，王琪1，潘祥磊1，赵虎2

(1.赤峰市农牧科学研究院，内蒙古 赤峰024031；2.巴林左旗饲政奶源监督所，内蒙古 赤峰024031)

摘要：【目的】 研究播种当年紫花苜蓿根茎和根系特征与越冬率的关系.【方法】 对播种当年24个紫花苜蓿品种的根颈和根系特性进行研究.【结果】 不同紫花苜蓿品种间根颈和根系特性差异显著.将24个紫花苜蓿品种根据不同苜蓿根颈和根系特征的聚类分析分为5大类，其中第Ⅳ类，为根颈分枝数较多、根颈分枝直径较粗、主根较粗、侧根着生距根颈较远、主根鲜质量较高的苜蓿品种，是播种当年干草产量达4 500～5 200 kg/hm2的苜蓿品种，包括‘三得利’‘皇后’‘巨人201T’‘驯鹿’‘斯贝德’和‘公农1号’.播种当年‘公农1号’和‘皇后’的根颈分枝数最多，且有较大主根直径和根鲜质量，是适宜科尔沁沙地种植的紫花苜蓿品种；而‘WL363’‘WL168’‘WL319’则相反.【结论】 苜蓿根颈分枝直径与越冬率的相关系数最大，可作为鉴定苜蓿品种越冬率高低的参考指标.

关键词：紫花苜蓿；根颈；根系；秋眠级数；越冬率

紫花苜蓿(Medicagosativa)是豆科苜蓿属多年生草本植物，素有“牧草之王”的美誉.紫花苜蓿根系是吸收、转化和储藏养分的器官，其生长发育状况直接影响地上生物量[1-3].不同苜蓿品种的根系在不同的环境条件下表现出不同的特点，也即表现出各自的根系发育特性[4].根颈直接影响苜蓿的生产性能和可持续利用[5-6].苜蓿根颈为联系地上部和根系的关键部位，也是冬季植物体的最上部休眠器官，为冻害的最敏感部位[2]，对苜蓿越冬和春季返青时的萌芽发枝至关重要[5].

试验区赤峰市阿鲁科尔沁旗位于科尔沁沙地北段，从2008年阿旗沙地节水灌溉紫花苜蓿基地试验成功并开始推广扩大[7]，截止2014年末，发展沙地节水灌溉紫花苜蓿人工草地约80万亩.由于苜蓿产业规模发展迅速，再加上冬春季田间管理技术把握不当和春季倒春寒影响，目前阿旗沙地节水灌溉紫花苜蓿出现越冬率低的问题.孙启忠等[6]对科尔沁沙地旱作苜蓿根颈和根系特性进行研究报道，但国内未见有关科尔沁沙地播种当年灌溉苜蓿根系特征研究报道.因此，本文拟开展播种当年沙地灌溉紫花苜蓿根颈和根系特性研究，探讨其与越冬率关系，为科尔沁沙地节水灌溉选择优良的紫花苜蓿品种提供参考.

1材料与方法

1.1试验地概况

试验地位于内蒙古赤峰市阿鲁科尔沁旗绍根镇试验基地，地理位置N 43°37′，E 120°22′；属中温带半干旱大陆性季风气候区，年平均气温为5.5 ℃，极端最高气温40.6 ℃，极端最低气温-32.7 ℃，年日照时数2 767～3 034 h，年积温为2 900～3 400 ℃.日照充足，无霜期125～135 d，年平均降水量300～400 mm.试验地土壤有机质含量0.97%，全氮0.06%，速效磷8.1 mg/kg，速效钾104 mg/kg，为沙漠化土.

1.2试验材料

参试24个紫花苜蓿品种见表1.试验于2012年7月30日用播种机(型号：中农机4526)播种，完全随机排列，3次重复，小区面积3.6 m×11 m=39.6 m2，条播，行距15 cm，种植于用圆形喷灌机灌溉的圈内，播种量15 kg/hm2，基施氮磷钾复合肥(12-25-10)300 kg/hm2，播种后进行喷灌，8月上旬齐苗.越冬前未刈割地上部分.

表1　参试紫花苜蓿品种

1.3测定指标与方法

1.3.1根颈特性根颈形态特征采用Marquez-Ortiz法[8]：根颈分枝，从根颈上直接长出的分枝；分枝直径.2012年10月l6日测定，每个品种测10株.

1.3.2根系特性根系形态特征采用Johnson法[9]：主根直径，根颈下5 cm处测定；侧根位置，距根颈的距离；主根质量，测地下0～30 cm深主根段质量.每个品种测10株.

1.3.2越冬率在每小区中选择有代表性的样段3处，每样段长1 m，作好标记.在越冬前及第2年返青后分别统计样段中植株总数及返青数，计算越冬率.越冬率(%)=返青植株数/样段内植株总数×100%.2013年5月初测定.

1.3.3根颈分枝数、越冬前株高常规方法，重复10次.

1.4数据处理

采用SPSS 11.5软件对所测数据进行方差分析和聚类分析，分别对根颈分枝数、根颈分枝直径、主根直径、第一侧根位置、主根鲜质量、越冬率和越冬前株高进行单因素方差分析，差异显著时采用Duncan氏方法对各组间平均数进行多重比较，用平均值和标准误表示测定结果；对根颈分枝数、分枝直径、主根直径和第一侧根位置进行聚类分析.

2结果与分析

2.1播种当年不同紫花苜蓿品种根颈特征

不同苜蓿品种根颈特征存在极显著差异(P<0.01).根颈分枝数以‘公农1号’和皇后为最多，平均为3.7个/株，其中‘WL343’‘三得利’‘皇后’‘巨人201T’‘驯鹿’‘SR4030’‘BR4010’‘斯贝德’‘WL354’和‘公农1号’的根颈分枝数显著高于其他品种(P<0.01)，分枝数最少的是‘WL363’，为2.0个/株.不同苜蓿品种根颈分枝直径也存在极显著差异(P<0.01)，其中‘敖汉’苜蓿的分枝直径最粗，达0.292 cm，与‘WL319’‘WL168’‘WL363’‘WL343’‘德宝’‘巨人201T’‘驯鹿’‘斯贝德’‘公农1号’‘WL354’存在极显著差异(P<0.01，表2).而分枝直径较细的品种是‘WL319’‘WL168’‘WL363’，均小于0.200 0 cm.

2.2播种当年不同紫花苜蓿品种根系特征

参试24个苜蓿品种中，‘皇后’‘公农1号’‘新牧2号’和‘SR4030’的主根直径均大于0.590 cm，且无极显著差异(P>0.01)；‘中苜1号’‘斯贝德’‘MF4020’‘Baralfa 53HR’‘巨人201T’‘三得利’‘WL354’‘驯鹿’和‘新疆大叶’的主根直径均在0.500～0.590 cm之间，这10个苜蓿品种主根直径之间均无极显著差异(P>0.01)；主根直径最细的是‘WL319’为0.375 cm.皇后的主根鲜质量最高，其次为‘公农1号’‘SR4030’和‘新牧2号’，而‘WL319’的主根鲜质量最小.第一侧根发生位置以‘巨人201T’最浅，从根颈下1.67 cm处长出，‘德宝’侧根发生位置最深，为根颈下3 cm左右，其中‘德宝’‘WL168’‘WL343’‘公农1号’‘敖汉苜蓿’和‘SR4030’的第一侧根发生位置显著低于与其余16个苜蓿品种(P<0.01，表3).

表2　不同紫花苜蓿品种根颈特征

不同大写字母表示同列根颈分枝数和根颈分枝直径间差异极显著(P<0.01).

2.3播种当年不同紫花苜蓿品种越冬率、越冬前株高和干草产量

苜蓿越冬率的高低与品种生物学特性密切相关.播种第2年春季，24个苜蓿品种越冬率均达到90%以上，其中‘WL168’‘巨人201T’‘WL354’的越冬率显著低于其他21个苜蓿品种(P<0.05)(表4).‘WL168’和‘康赛’的越冬前株高显著低于其他苜蓿品种(P<0.01)，越冬率偏低.‘三得利’和‘Baralfa 53HR’的秋眠级均达到5级，但越冬率也达100%(表4).不同紫花苜蓿品种播种当年秋季干草产量存在极显著差异，干草产量最高苜蓿品种是‘MF4020’，达5 512.76 kg/hm2，干草产量最低的品种是‘WL319’仅为2 381.19 kg/hm2.其中‘WL319’‘WL168’‘WL363’和‘康赛’的干草产量与其余品种存在极显著差异(P<0.01).

表3　不同紫花苜蓿品种根系特征

不同大写字母表示同列根颈分枝数和根颈分枝直径间差异极显著(P<0.01).

表4　不同紫花苜蓿品种越冬率、越冬前株高和干草产量差异分析

不同大写字母表示同列根颈分枝数和根颈分枝直径间差异极显著(P<0.01).

2.4播种当年不同紫花苜蓿品种越冬率相关性分析

苜蓿的越冬率与根颈和根系特征关系密切.不同苜蓿品种越冬率与根颈分枝数、越冬前株高、主根直径和根颈分枝直径有正相关性，相关系数分别为0.055、0.202、0.210、0.230，但未达显著水平(P>0.05，表5).

2.5播种当年不同紫花苜蓿品种根系形态特征、干草产量聚类分析

以不同紫花苜蓿品种的根颈分枝数、分枝直径、主根直径和第一侧根位置作为分析变量，采用欧式距离进行聚类分析(图1).当距离等于10时，可将24个紫花苜蓿品种分为5类：第Ⅰ类包括‘WL319’和‘康赛’，二者具有分枝直径细、主根直径细和第一侧根位置近等特点.第Ⅱ类包括‘WL168’‘WL363’‘WL343’‘德宝’‘BR4010’和‘敖汉’苜蓿等，平均分枝数在2.0～3.2之间，分枝直径在0.18～0.22 cm之间、主根直径在0.42～0.49 cm之间、第一侧根位置在2.4～3.2 cm之间.第Ⅲ类包括‘Baralfa 53HR’‘Baralfa 42IQ’‘SK3010’‘MF4020’‘亮牧2号’和‘中苜1号’等6个苜蓿品种，平均分枝数在2.2～2.5之间，分枝直径在0.21～0.28 cm之间、主根直径在0.43～0.53 cm之间、第一侧根位置在1.9～2.5 cm之间.第Ⅳ类包括‘三得利’‘皇后’‘巨人201T’‘驯鹿’‘斯贝德’和‘公农1号’等6个品种，平均分枝数在3.0～3.7之间，分枝直径在0.21～0.26 cm之间、主根直径在0.51～0.63 cm之间、第一侧根位置在1.6～2.7 cm之间.第Ⅴ类包括‘SR4030’‘WL354’和‘新疆大叶’，平均分枝数在2.6～3.0之间，分枝直径在0.25～0.26 cm之间、主根直径在0.54～0.60 cm之间、第一侧根位置在2.3～2.7 cm之间.自然生态环境条件，如土壤紧实度、土壤通气性或土壤水分状况、光照和温度等对根系的生长均有不同程度的影响[9,11]，影响根颈和根系发育的主要因子是品种的生物学特性[10].

表5　苜蓿越冬率相关性分析

图1　24个紫花苜蓿品种根系形态性状聚类分析Fig.1　Dendrogram of cluster analysis basedon the root morphology of 24 alfa1fa cultivars

3讨论与结论

播种当年不同紫花苜蓿品种间根颈和根系特征差异显著，这与史纪安[11]对苜蓿根颈和根系的研究结果基本一致.根据不同紫花苜蓿根颈和根系特征的聚类分析，将24个紫花苜蓿品种分为5类，其中第Ⅳ类包括‘三得利’‘皇后’‘巨人201T’‘驯鹿’‘斯贝德’和‘公农1号’为根颈分枝数较多、根颈分枝直径较粗、主根较粗、侧根着生距根颈较远、主根鲜质量较高的苜蓿品种，是播种当年干草产量达4 500～5 200 kg/hm2的苜蓿品种.

苜蓿分枝数的多少决定着地上生物量的高低[12].参试的24个紫花苜蓿品种中，播种当年‘皇后’和‘公农1号’的根颈分枝数最多，而‘WL363’‘WL319’和‘德宝’播种当年根颈分枝数较少，对科尔沁沙地土壤气候条件适应性较差.分枝直径的粗细决定着苜蓿抗倒伏性.敖汉苜蓿的分枝直径最粗，其次是Baralfa 53HR和‘中苜1号’，属于抗倒伏性强的品种.而‘WL319’‘WL168’‘WL363’的分枝直径较细，抗倒伏性差.主根直径的大小直接影响着根系体积的大小和根系生物量的多少，而根系体积越大，所接触的土壤面积越大，地下空间占有量越大，越有利于植物大范围吸收土壤水分、养分[12].土壤不同深度的根系生物量，可反映品种在某一土层深度的生长能力，积累的生物量越多，说明在该层中利用土壤营养物质，水分和微量元素的能力越强[13].以上特性影响着品种对地下资源利用的效果，如‘皇后’‘公农1号’‘SR4030’和‘新牧2号’等品种，具有较大主根直径和鲜质量，较其他品种能有效利用土壤养分和水分，有利于获得较高的地上生物量，干草产量均达到4 500 kg/hm2以上.结果表明，‘皇后’和‘公农1号’是适宜科尔沁沙地种植的紫花苜蓿品种，与张彩枝[14]、陈玲玲[15]研究结果一致.

不同紫花苜蓿品种越冬率与根颈和根系特征成正相关关系，但均未达显著水平(P>0.05).苜蓿根颈分枝直径与越冬率的相关系数最大，可作为鉴定苜蓿品种越冬率高低的参考指标.

参考文献

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[14]张彩枝,高明文.阿鲁科尔沁旗牧草基地苜蓿越冬情况调查与分析[J].草原与草业,2014,26(1):28-29

[15]陈玲玲,杨秀芳,乌艳红,等.35个紫花苜蓿品种在内蒙古赤峰地区的生产性能评价[J].草业科学,2012,29(5):790-797

(责任编辑李辛)

Crown and root characteristics of alfalfa in the sowing year

YANG Xiu-fang1,LIANG Qing-wei1,Narisu1,CHEN Ling-ling1,LYU Ning1,WANG Qi1,PAN Xiang-lei1,ZHAO Hu2

(1.Chifeng Academy of Agricultural and Animal Sciences,Chifeng 024031,China;2.Bahrain Inspection Agency of Feed and Milk Source,Chifeng 024031,China)

Abstract：【Objective】 To research the relationship between winter survival rate and crown and root characteristics of alfalfa in the sowing year.【Method】 A field test was conducted in the sowing year to analyze the crown and root traits of 24 alfalfa(Medicagosativa)varieties.【Result】 The difference in crown and root traits of alfalfa varieties was significant.By cluster analysis on crown and root traits of 24 varieties,they could be classified to 5 types.The fourth type including ‘Sanditi’‘Queen’‘AmeriStand201 T’‘AC Caribou’‘Spyder’ and ‘Gongnong No.1’ was higher in crown branch number,thicker in crown branch diameter and taproot diameter,farther in first lateral position,heavier in taproot fresh weight with hay yield of 4 500～5 200 kg/hm2in the sowing year.‘Gongnong No.1’ and ‘Queen’ were the most in crown branch number,higher in taproot diameter and taproot fresh weight being the suitable alfalfa varieties planted in Kerqin sandy land,while the varieties such as ‘WL363’‘'WL168’,and ‘WL319’ were not suitable.【Conclusion】 The correlation coefficient between crown branch diameter and of Alfalfa was the highest,so crown branch diameter can be used as a reference index to identify winter survival rate of alfalfa varieties.

Key words：alfalfa;root crown;root;fall dormancy level;winter survival rate

基金项目：现代农业产业技术体系建设专项资金资助(CARS-35).

收稿日期：2015-04-20；修回日期：2015-07-06

中图分类号：S 541+.1

文献标志码：A

文章编号：1003-4315(2016)03-0121-06

第一作者：杨秀芳(1980-)，女，助理研究员，硕士，研究方向为牧草栽培与加工利用.E-mail：yyrrmm123@126.com