长江下游农区水稻套播多花黑麦草播种时间的研究

唐海洋， 冯 涛， 李政杰， 沈益新

(南京农业大学草业学院，江苏 南京 210095)

多花黑麦草(LoliummultiflorumL.)是我国南方农区种植面积最大的优质牧草，常与水稻等作物接茬复种[1]。近年来，长江下游农区的水稻收割时间常推迟至10月下旬到11月上中旬[2]。由于晚秋气温较低，小苗生长缓慢，待水稻收获后播种的多花黑麦草在入冬前小苗生长时间有限，容易导致小苗越冬率低，造成次年返青迟，大幅降低饲草产量[3-5]。如果在水稻收获之前套播多花黑麦草，则可延长冬前小苗的生长时间，有利于及时形成壮苗[6,7]。但水稻收割前的强烈遮荫环境对多花黑麦草小苗的生长具有重要的影响[8]。套播于水稻田中的多花黑麦草能否适应强烈及长时间的遮荫胁迫，以及水稻收获后多花黑麦草小苗能否恢复生长的相关研究尚未见报道。为探究多花黑麦草小苗对弱光照的适应性，并为长江下游农区水稻套播多花黑麦草栽培技术提供实验依据，本研究通过盆栽试验和稻田实地试验，研究了不同遮荫强度和遮荫时间条件下以及遮荫胁迫解除后多花黑麦草小苗的生长响应；以及不同套播时间对多花黑麦草生产性能的影响。

1 材料与方法

供试多花黑麦草品种为四倍体普通品种(由河南世纪天缘生态科技有限公司提供),研究由盆栽模拟试验与稻田套播小区试验两部分组成。

盆栽试验在南京市南京农业大学内进行。试验用土壤为沙和农田表土混合物，沙:干土质量比为1:2。试验土壤有机质含量28.3 g·kg-1，速效磷5.12 mg·kg-1，速效钾51.27 mg·kg-1。

田间试验在江苏省兴化市进行。试验田水稻品种为南梗9108，水稻行株距30.0 cm×12.5 cm。2015年10月8日和10月18日采用TES-1339照度计实测水稻基部光照强度为全光照的45.6%。水稻田土壤有机质18.64 g·kg-1，碱解氮127.16 mg·kg-1，有效磷53.53 mg·kg-1，速效钾77.25 mg·kg-1。

1.1 试验设计与处理

盆栽试验采用裂区设计。主区设3个播种(遮荫)时间处理，分别于10月7日(D1)、10月17日(D2)和10月27日(D3)播种，并开始遮荫。裂区设不同强度的遮荫处理，分别为全光照的47.5%(L1)、全光照的30.6%(L2)和全光照的10.7%(L3)；以全光照(L0)为对照。每个处理6次重复。

遮光处理采用黑色遮阳网搭建遮荫棚进行，遮荫棚规格为3 m×3 m×1.5 m，遮阳网边缘距地面30 cm，以保持棚内外温湿度一致。各处理都于2015年11月3日解除遮荫。遮荫处理时间分别为27 d(D1)、17 d(D2)和7 d(D3)。解除胁迫当天及以后每7 d，即11月3日、10日、17日和24日,各处理采样测定相关生长和生理性状。

田间试验采用单因素试验设计，设3个播种期，分别为10月8日(SD1)、10月18日(SD2)和11月2日(SD3，即水稻收割当天)。2015年10月8日和18日分别在水稻生长后期套播多花黑麦草。11月2日在水稻收割后板茬播种多花黑麦草。播种量均为30 kg·hm-2。随机区组设计，小区面积为3 m×4 m，3次重复。2016年3月10日，各小区施尿素(含N 46.2%)300 kg·hm-2，4月8日，每个小区随机0.5 m×0.5 m样方5个，留茬3 cm刈割测定各小区饲草干物质产量。5月18日，以相同的测定方法刈割,测定第二茬饲草干物质产量。

1.2 测定项目及方法

1.2.1农艺性状

a.盆栽试验

株高：每盆选取生长均匀的植株5株测定拉伸高度，取平均值为每盆观测值。

干物质产量：每盆选取生长均匀的植株5株，剪取地上部分鲜草称重后于通风干燥箱中105℃杀青30 min，65 ℃烘干至恒重称重，计算干物质产量。

分蘖数：每盆选取具有代表性的植株5株，统计单株分蘖数。

绝对生长速率(CGR)：每周单株生物量的增长量；相对生长速率(RGR)：每周单株生物量的净累积值[9]。计算公式如下：

CGR=(W2-W1)/(t2- t1)×7；

RGR=(lnW2-lnW1)/(t2- t1)×7

其中W1、W2分别表示t1(遮荫解除时)和t2(遮荫解除21 d)时刻的单株生物量。

b.田间试验

株高：每样方随机选取生长均匀的植株5株，测定拉伸高度，取平均值为样方观测值。

干物质产量：每样方留茬3 cm，剪取地上部分鲜草,称重后于通风干燥箱中105℃杀青30 min， 65 ℃烘干至恒重称重，计算干物质产量。

分蘖数：每样方随机选取代表性的植株5株测定单株分蘖数。

茎粗：每样方随机选取代表性的植株5株，用游标卡尺测定植株主茎直径。

小苗越冬率：分别于越冬前(11月25日)及越冬后(2月21日)统计田间单位面积内植株数量，计算越冬率。

1.2.2生理性状 a.叶绿素含量：丙酮乙醇比色法[10]分析测定各处理叶绿素含量。

b.过氧化物酶(POD)活性：采用愈创木酚显色法[11]测定各处理叶片组织POD活性，以每分钟内470 nm下的光密度(D470 nm)变化0.10为一个酶活性单位(U)。

c.丙二醛(MDA)含量：采用硫代巴比妥酸法[12]测定各处理叶片组织MDA含量。以μmol·g-1表示。

1.2.3营养物质积累量 粗蛋白(CP)产量：采用凯氏定氮法[13](FOSS Kjeltec 8400全自动凯氏定氮仪)测定饲草CP含量，并计算CP产量。

体外可消化干物质产量(DDMY)：胃蛋白酶-纤维素酶两步法[14]测定植株地上部体外干物质消化率，并计算DDMY。

1.3 数据分析

盆栽试验以各性状每盆的平均值为观测值进行方差分析。田间试验以各性状小区的平均值为观测值进行方差分析。方差分析用SPSS 20.0软件ANOVA程序进行，并用Duncan法对各测定数据进行多重比较。差异显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 播种时间对多花黑麦草生长的影响

2.1.1盆栽小苗生长 播种时间对小苗单株生物量及株高有显著影响(表1)，随着播种时间的推迟，小苗单株生物量和株高均显著降低(P<0.05)。与不遮荫处理(CK)相比，同一播种时间的小苗，随着遮荫强度的增强，单株生物量、分蘖数及株高均显著降低(P<0.05)(表1)。其中L2和L3遮荫胁迫下，各播种期的小苗均未产生新分蘖，表明中度和重度的遮荫阻碍了植株的生长发育，对分蘖的发生和生长产生较大的影响。

表1 播种时间对多花黑麦草苗期农艺性状的影响(盆栽试验)Tab.1 Effects of sowing date on agronomic characters of Italian ryegrass (Pot experiment)

注：同列不同小写字母表示同一播种时间下不同遮荫强度间差异显著，不同大写字母表示同一遮荫强度下不同播种时间处理间差异显著(P<0.05);* 和** 分别表示差异显著(P<0.05) 和极显著(P<0.01)

Note: Different lowercase letters at the same column indicate significant difference among different shade treatments at the same sowing date and different capital letters indicate significant difference among different sowing date in the same shade treatment at the 0.05 level, * and ** indicate the significant difference at the 0.05 level and the 0.01 level

2.1.2田间试验小苗生长及越冬率 由表2可知，越冬前多花黑麦草单株生物量、分蘖数、株高、茎粗及越冬存活率均随播种时间的推迟而显著降低(P<0.05)。10月8日播种，在水稻遮荫下生长25 d的小苗分蘖数、株高、茎粗及越冬率均与10月18日播种，在水稻遮荫下生长15 d的小苗差异不显著；两者均显著高于11月2日水稻收获后播种的小苗(P<0.05)。10月8日套播的小苗单株生物量显著高于10月18日套播和水稻收获后播种的小苗(P<0.05)。结果表明，水稻收割前25 d套播的多花黑麦草在冬前生长及小苗越冬率均明显高于水稻收割后直播的小苗。

表2 播种时间对越冬前多花黑麦草农艺性状及越冬率的影响Table 2 Effects of different sowing date on agronomic characters and overwintering survival rate of Italian ryegrass

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同

Note: Values with different lower letters within the same column indicate significant difference at the 0.05 level, the same as bellow

2.2 遮荫胁迫去除及水稻收获后播种的小苗生长

2.2.1农艺性状 盆栽模拟试验中，遮荫解除后，各前处理的小苗生物量、分蘖数及株高均正常生长。(图1)。胁迫解除后的第21 d，前遮荫处理的小苗生物量和分蘖数仍显著低于对照(P<0.05)；L1和L2处理的株高与对照无显著差异。胁迫解除后21 d内，各前遮荫处理的小苗绝对生长速率虽显著低于对照(P<0.05)，但L2和L3处理的小苗相对生长速率与对照差异不显著，L1处理则显著高于对照(P<0.05)(表3)。

图1 遮荫去除后多花黑麦草的生长(盆栽试验)Fig.1 Effects of shade stress on growth of Italian ryegrass (Pot experiment)

2.2.2生理性状 如图2所示，遮荫处理结束时，L2和L3遮荫处理的小苗叶片POD活性均显著低于对照(P<0.05)，L1与对照差异不显著；各处理的MDA含量则显著高于对照(P<0.05)，且随着遮荫强度的增大而增加。叶绿素含量表现为L1>L2>L0>L3，差异显著(P<0.05)。

图2 遮荫胁迫对多花黑麦草生理性状的影响(盆栽试验)Fig.2 Effects of shade stress on physiological characters of Italian ryegrass (Pot experiment)

解除遮荫胁迫后，各前遮荫处理植株的POD活性显著升高(P<0.05)；MDA含量则显著降低(P<0.05)。叶绿素含量有向对照靠拢的趋势。胁迫解除后第14 d，L1和L2处理POD活性、MDA含量与对照差异不显著。胁迫解除后第21 d，各前遮荫处理的植株叶片POD活性、MDA及叶绿素含量与对照均无显著差异。结果表明，尽管遮荫胁迫下植株受到了一定的生理伤害，但在胁迫解除后植株均可恢复。其恢复时间与前遮荫胁迫强度有关。在全光照10.7%的强烈遮荫处理下小苗依然能够生长，说明多花黑麦草小苗对遮荫胁迫的承受能力较强。此外，在全光照47.5%和30.6%两个强度遮荫处理解除后，小苗各项生理指标能够在7～14 d恢复至对照水平。

2.3 播种时间对干物质及营养物质产量的影响

2.3.1产量 田间套播试验中，随着播种时间的推迟，次年第一茬和第二茬饲草干物质产量、粗蛋白质产量、体外可消化干物质产量均呈显著下降的趋势(P<0.05)(表4)。除第二茬的体外可消化干物质产量和粗蛋白产量外，10月8日套播的两茬饲草干物质产量及营养物质产量均显著高于10月18日套播和11月2日水稻收获后播种处理(P<0.05)。结果说明，较早套播能够获得较高的干物质产量及营养物质产量。

表3 遮荫去除后多花黑麦草的生长速率Tab.3 Growth rate of Italian ryegrass after shade stress

表4 不同播种时间对多花黑麦草干物质及营养物质产量的影响Tab.4 Effects of different sowing date on DMY and nutrient quality yield of Italian ryegrass

2.3.2干物质产量、营养物质产量与越冬前农艺性状的相关性 由表5可知，多花黑麦草干物质及粗蛋白含量与越冬前植株株高、分蘖数、茎粗及单株生物量均呈极显著正相关关系(P<0.01)，体外可消化干物质产量与株高呈显著正相关关系(P<0.05)，与分蘖数、茎粗及单株生物量呈极显著正相关关系(P<0.01)。相关性分析表明，多花黑麦草冬前生长的优劣与次年饲草的干物质及营养物质产量有密切的关系。

注：*和**分别表示显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)相关

Note：*and**indicete significant correlation at the 0.05 level and the 0.01 level

3 讨论与结论

在水稻生长后期套播多花黑麦草，首先要解决的问题是其小苗能否在水稻基部强烈的遮荫条件下生存和生长。长江下游农区水稻高产栽培的行株距一般为30.0 cm×13.3 cm[15]。本试验中，田间实地调查的水稻栽植行株距为30.0 cm×12.5 cm，且在该株行距下水稻生育后期的地表光照强度为全光照的45.6%(变化幅度为40.4%～52.1%)。这一光照强度与本研究中盆栽试验的L1处理相当，并高于L2处理。本研究结果表明，多花黑麦草小苗能够在全光照30.6%的弱光条件下生存，但遮荫处理明显抑制了小苗分蘖的发生及生物量的累积，导致其生长缓慢。此外，遮荫胁迫还降低了小苗叶片过氧化物酶活性，并使细胞膜系统受到一定程度损伤,MDA含量升高。但遮荫条件下小苗的叶绿素含量显著升高。弱光环境下，植物叶片叶绿素含量的升高是适应弱光胁迫的标志之一[16]。试验结果说明，多花黑麦草小苗具备适应弱光照环境的能力，能够在全光照30.6%(L2)以上的弱光条件下生存并缓慢生长。因此，可以利用多花黑麦草小苗生长适应弱光照的能力在水稻生育后期将其种子套播入稻田。

在强烈遮荫条件下，多花黑麦草植株的生长发育普遍比较软弱。在遮荫条件去除后，小苗能否正常生长是作物能否进行套播的另一重要因素[17]。本试验结果表明，在去除遮荫后，小苗的绝对生长速率虽仍小于对照，但其相对生长速率与对照无显著差异，甚至高于对照。在生理性状上，去除遮荫7～14 d后，L1和L2处理的POD酶活性和MDA含量与对照差异不显著。说明遮荫条件下生长受到抑制、生理受到损伤的小苗在解除遮荫后具有较强的生理修复能力，其生长能够在短期内逐渐恢复到正常状态。

长江下游农区常年在11月下旬到12月上旬入冬[18]。冬前能否形成壮苗、大苗对作物越冬和次年高产有重要作用[19-20]。本试验结果表明，在水稻生长后期将多花黑麦草种子套播于水稻田中，可使牧草提前至10月上旬播种，能够有效延长小苗生长时间25 d左右。虽然水稻收获前强烈的遮荫胁迫使多花黑麦草小苗的生长受到一定的抑制，但早期套播的小苗个体冬前要显著大于水稻收获后再播种的小苗，且套播小苗的越冬死亡率也显著低于水稻收获后播种的小苗。因此，提前套播能显著提高次年的饲草产量。

综上所述，在全光照30.6%以上的弱光条件下，多花黑麦草小苗可缓慢生长，并可在遮荫条件去除7～14 d后恢复正常生长。水稻收割前25 d左右套播多花黑麦草有利于其在冬前长成较大的苗，从而提高多花黑麦草苗越冬率和次年饲草产量。