几种牧草在分枝/分蘖期对不同水位胁迫的生长反应

徐桂花,刘水华,戴征煌,黄 栋,胡文婷,于徐根,甘兴华

(江西省畜牧技术推广站，江西 南昌 330046)

江西作为我国水稻主要产区,拥有水稻生产面积370.56万hm2[1]。在全省水稻田中,高产、中产和低产田各占1/3左右。其中中低产田分布于地势较低、地下水位较高的山丘垅田、坑田、冲田下部和平原低洼地段。由于犁底层以下长年处于积水状态,铁锰还原,土色呈明显的灰黄或灰蓝色,形成烂泥田、锈水田、冷浸田等。牧草作为非湿生植物,如何在长年处于积水状态的烂泥田、锈水田、冷浸田中进行秋冬种植生产,以获取较高的产量,是江西乃至整个南方冬闲田种好牧草的一个重要问题。本研究采用盆栽法模拟高水位水胁迫环境,观测了几种牧草的生长表现,以期为在冬闲田种好牧草提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于江西省南昌县江西现代牧业科技园(江西省蚕桑茶叶研究所)百草园基地。地处亚热带季风气候,为南方典型的红壤区水稻田。北纬28°22′22″,东经115°59′08″,海拔32 m。主要的气候条件为：全年降水量162.11 mm,年均温17.6 ℃,最热月均温29.2 ℃,最冷月均温5.3 ℃,年极端最高温度40.9 ℃,年极端最低温度-9.9 ℃,无霜期259 d,初霜日11月23日,终霜日3月2日,年积温(≥0 ℃)6435.9 ℃·d,年有效积温(≥10 ℃)5395 ℃·d。试验用土取自水稻田,水稻田前茬为水稻。土壤有机质含量为34.9 g/kg，水解氮83.0 mg/kg，有效磷22.9 mg/kg，速效钾43.0 mg/kg,土壤pH值为5.3。

1.2 参试品种

参试多花黑麦草品种为赣选黑麦草,由江西省畜牧技术推广站提供;燕麦、小黑麦(冬牧70)、饲用豌豆、紫云英由郑州华丰草业公司提供;箭筈豌豆、毛苕子由西南民族大学提供。

1.3 试验设计

试验采用盆栽法。选用直径8 cm、高度18 cm的PP塑料直筒,每筒装过筛、除杂、等量的农田熟土。试验共设3个水位处理,每个处理5个重复,7个品种总共用105个塑料直筒。在分蘖期或分枝期,将同一处理的10个塑料直筒放置在装有水的塑料花盆(宽25 cm×长45 cm×高15 cm)中,共计9个大花盆。其中处理1:花盆水位低于塑料直筒的土壤面5 cm(5 cm处理);处理2:花盆水位低于塑料直筒的土壤面10 cm(10 cm处理);处理3:花盆水位低于塑料直筒的土壤面15 cm(15 cm处理)。燕麦与黑麦草为一组,小黑麦与紫云英一组，箭筈豌豆与毛苕子一组，饲用豌豆一组。

1.4 田间管理

于2016年10月29日播种，播种量为10粒/筒；于11月20日间苗,禾本科每盆苗数5株,豆科每盆苗数8株。当幼苗生长至分枝/分蘖期时进行水位处理。水位处理日期:毛苕子2016年11月21日，箭筈豌豆12月1日，黑麦草和燕麦12月9日，小黑麦12月23日，饲用豌豆12月29日，紫云英2017年1月23日。水位处理结束后测定各项目的日期:饲用豌豆2017年2月15日;毛苕子、箭筈豌豆、小黑麦2017年3月8日;紫云英、黑麦草和燕麦2017年3月27日。在水位胁迫处理期间,将尿素溶解于水后作追肥施用,于2月16日对每个塑料直筒(饲用豌豆除外)施用尿素0.38 g；于3月10日对紫云英、黑麦草和燕麦的塑料直筒追施尿素0.76 g。

1.5 测定项目

1.5.1 株高 在测定生物产量前,测量每筒每株从地面至植株最高部位的绝对高度。

1.5.2 鲜草产量 测完株高后,以留茬高度1 cm的标准进行剪割；每个重复独立用0.01 g天秤进行鲜草称重。

1.5.3 干鲜比取样与测定 在称量后,对每个重复的草样进行茎叶分离、青黄部分分离,用自封袋装袋,带回实验室置于60～65 ℃烘箱烘干12 h；然后取出，放置在室内冷却回潮24 h后称重；再放入烘箱在60～65 ℃下烘干8 h,取出放置室内冷却回潮24 h后称重,直至两次称量之差不超过2.5 g,最后计算该小区的干鲜比。

1.5.4 干草产量 干草产量的计算公式为：干草产量=鲜草产量×干鲜比。

1.5.5 地下根干重 刈割后,将每个处理的3个塑料直筒,用尼龙袋装袋浸泡于水塘,进行根部清洗,再用自来水将根部冲洗干净,带回实验室放置于烘箱70 ℃烘干至恒重，称重。

1.6 数据统计

使用Microsoft Excel对各项测量数据进行描述性统计分析;用SPSS 13.0软件进行方差分析,以比较不同品种在不同处理下各性状指标的差异性和变化。

2 结果与分析

2.1 水胁迫环境对牧草株高的影响

由图1可知,随着水位越来越高,牧草植株越来越低矮。与15 cm处理相比,5 cm处理的株高降幅较大,除黑麦草外,其他牧草存在显著差异(P<0.05)，其中紫云英降幅最大,达50.5%；其次为小黑麦，降幅为37.9%；饲用豌豆和毛苕子的降幅分别为27.3%和26.6%；降幅最低的是多花黑麦草，为16.2%。与15 cm处理相比,10 cm处理的株高降幅较小，其中燕麦的株高仅降低了2.3%(P>0.05),多花黑麦草和饲用豌豆的株高降幅分别是3.8%和12.6%(P>0.05),而其他牧草表现出显著差异(P<0.05)。

图1 不同水位处理下各牧草株高的变化

2.2 水胁迫环境对牧草分枝/分蘖数的影响

由表1可知,随着土壤水位的升高,牧草的分枝数/分蘖数逐渐下降。饲用豌豆、黑麦草、小黑麦的分枝/分蘖数在不同处理间无显著差异。紫云英、燕麦和毛苕子15 cm处理的分枝数/分蘖数均显著高于10 cm处理和5 cm处理的(P<0.05)。箭筈豌豆15 cm处理的分枝数显著高于5 cm处理的(P<0.05),但与10 cm处理无显著差异(P>0.05)。

2.3 水胁迫环境对牧草生物量的影响

2.3.1 地上生物量 随着土壤水位的升高,牧草的单株干重逐渐下降(表2)。饲用豌豆、燕麦、箭筈豌豆的单株干重在3个处理间存在显著差异(P<0.05)。多花黑麦草、紫云英、毛苕子、小黑麦在15 cm处理的单株干重显著高于其它2个处理的(P<0.05)。

表1 在水胁迫下牧草的分枝/分蘖数个/株

注：同一行数据后附有相同小写字母者表示无显著差异(P>0.05)，否则表示有显著差异(P<0.05)。下同。

与15 cm处理相比,5 cm处理的单株干重降幅较大,其中紫云英、箭筈豌豆、毛苕子、燕麦、小黑麦、饲用豌豆、多花黑麦草的降幅分别达66.2%、53.8%、53.0%、52.0%、49.5%、39.8%、26.8%。

与15 cm处理相比,10 cm处理的牧草单株干重降幅略有减小,紫云英、箭筈豌豆、毛苕子、燕麦、小黑麦、饲用豌豆、多花黑麦草的降幅分别是64.2%、32.3%、35.2%、31.1%、47.8%、21.0%、16.9%。

表2 在水胁迫环境下牧草单株干重的变化

2.3.2 地下生物量 7种牧草随着土壤水位的升高,地下生物量逐渐下降(表3)。饲用豌豆、燕麦在5 cm处理的根干重显著低于其它2个处理的(P<0.05)；黑麦草、紫云英、箭筈豌豆、毛苕子在5 cm处理的根干重显著低于15 cm处理的,但在10 cm处理的根干重与其它处理无显著差异;紫云英、小黑麦的根干重在5 cm处理和10 cm处理之间无显著差异,但均显著低于15 cm处理的(P<0.05)。

5 cm处理与15 cm处理相比,各牧草的单株根干重降幅较大,尤其是豆科牧草,其中饲用豌豆、紫云英、毛苕子、箭筈豌豆的降幅分别达69.7%、61.1、56.4%、55.4%；禾本科牧草降幅最大的是多花黑麦草(降幅为43.0%),其次是燕麦(31.5%)和小黑麦(26.9%)。

10 cm处理与15 cm处理相比,单株根干重降幅有所下降，降幅较大的是紫云英和箭筈豌豆,降幅分别达65.4%、33.3%；而饲用豌豆、毛苕子的降幅分别仅为9.5%、16.0%；禾本科牧草降幅最大的仍是多花黑麦草,为22.5%,其次是小黑麦,最低的为燕麦,仅为10.0%。

表3 在水胁迫环境下牧草根干重的变化

2.4 水胁迫环境对牧草枯黄率和茎叶比的影响

由表4可知,在不同水位胁迫环境下,各牧草的枯黄率和茎叶比变化不尽相同。具体来说，饲用豌豆和箭筈豌豆的茎叶比随着土壤水位升高而呈上升趋势,其他牧草则呈下降态势；饲用豌豆的茎叶比在3个处理间存在显著差异(P<0.05)；紫云英和小黑麦在15 cm处理的茎叶比显著高于其他2个处理的(P<0.05)；其他牧草的茎叶比在3个处理间无显著差异(P>0.05)。

随着土壤水位增高,饲用豌豆和黑麦草的枯黄率呈上升趋势,而燕麦正好相反。饲用豌豆的枯黄率在3个处理间存在显著差异(P<0.05),燕麦在5 cm处理的枯黄率显著低于其他2个处理的(P<0.05)。

3 讨论与结论

植物对水的需求是有一定限度的,水分过多或过少均对植物生长不利,特别是地下高水位会严重影响作物的生长发育。当土壤水分过多时产生涝害,植物的光合速率迅速下降,叶绿素含量下降,叶片早衰、脱落,植物生长不好,甚至烂根死苗。土壤涝渍对中生植物和旱生植物而言是一种逆境[2]。在本试验中,随着土壤水位的升高,牧草的株高、分枝/分蘖数、地上生物量、地下生物量均逐渐降低,这与淹水环境下其他作物的研究结果[3-4]类似。茎叶比是反映牧草生产性能好坏的重要指标。本试验发现，饲用豌豆和箭筈豌豆的茎叶比随着土壤水位增高而呈上升趋势,其他牧草呈下降态势,这可能与各牧草的品种特性及其植株高度有关。

表4 在水胁迫环境下牧草茎叶比和枯黄率的变化

注：“/”表示未测。

在渍水条件下的产量可作为耐涝性的指标之一。在本试验中，随着土壤水位的升高,牧草的地上生物量、地下生物量均逐渐降低,但各牧草的降幅不一样。多花黑麦草经水位处理108 d,5 cm处理的地上部分生物量比15 cm处理降低了26.8%,10 cm处理比15 cm处理降低了16.9%。而其他几种牧草在水位处理时间短于108 d的条件下,地上生物量和地下生物量的下降幅度远远大于多花黑麦草的。总体而言,土壤地下水位5 cm和10 cm处理对牧草生产有显著的减产效应;在耐涝性方面,以黑麦草的表现最佳。

牧草生产的目的主要是收获较高的生物产量,并且在种植地的选择和栽培管理方面要求较低。目前对高水位土壤环境下南方冬闲田种植牧草的研究基本上处于空白。本文通过模拟控制土壤地下水位,较为浅显地研究了不同牧草对水位胁迫的生长反应,认为土壤地下水位高会严重影响各种牧草的生长,产量下降明显,多数品种减产达50%以上。如何在高地下水位的冬闲田种好牧草还有待进一步深入研究。