滴灌苜蓿不同花期农艺性状特征及与干草产量的关系

刘选帅，孙延亮，张前兵，李生仪，赵俊威，于 磊，马春晖

(石河子大学 动物科技学院，新疆石河子 832003)

紫花苜蓿(Medicagosativa)是一种优质的多年生豆科牧草，其分布广、产量高、营养品质好、生长年限长、适口性好及再生性强，既能为家畜提供优质蛋白饲料，又能利用根瘤菌固定游离于空气中的氮素，起到提高土壤肥力的作用，因此被人们称为“牧草之王”[1-2]。苜蓿作为中国人工种植面积最大的牧草，对中国北方部分地区农牧业的结构调整、经济建设以及稳固和改善自然生态环境意义重大[3-4]。新疆是中国紫花苜蓿的主要种植区域之一，并且随着畜牧业的集约化迅速发展，种植面积在不断扩大。而现如今国内的苜蓿种植业还处于一个相对较低的水平，大量的优质苜蓿仍依赖美国、澳大利亚等国家的进口[5]。因此，研究紫花苜蓿的高效优质生产对发展优质的现代畜牧业有着十分重要的意义。

在苜蓿的不同生育时期中，其生物量处于动态变化之中，各个生育时期生物量差异较大[6]，研究表明，苜蓿鲜草产量随着生育期的推进呈逐渐增大的趋势[7]。现蕾期和初花期较盛花期具有较高的营养品质和饲用价值，但盛花期产量更高，纤维素和木质素含量也更高[8]。不同生育期紫花苜蓿的产量变化显著，相同刈割期，产量随着刈割茬次的增加而呈现降低的趋势[9]。相同农艺措施下同一年中不同花期内紫花苜蓿的具体生长变化规律尚不明确，尤其是对新疆绿洲区滴灌条件下紫花苜蓿不同花期的农艺性状及干草产量的变化特征的研究鲜有报道，各农艺性状指标与干草产量之间的具体关系也尚不明晰。因此，开展相同农田管理措施下不同花期紫花苜蓿各性状指标特征及与干草产量之间的关系研究，以期确定紫花苜蓿的最佳刈割时期，进而为新疆绿洲区紫花苜蓿的田间优质高效生产提供实际指导及数据参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年在新疆石河子市天业集团农研所农业示范园区试验田(44°26′ N，85°94′ E)进行。试验地土壤类型为灰漠土，pH为7.65，年降水量为130～215 mm，年日照时数为2 310～ 2 730 h，无霜期为147～191 d。0～20 cm耕层土壤含全氮1.63 g/kg，碱解氮72.5 mg/kg，有机质24.1 g/kg，全磷0.19 g/kg，速效磷15.2 mg/kg，速效钾324 mg/kg，土壤体积质量为1.46 g/cm3，田间持水量为24.8%，土壤饱和体积含水量为29.8%。

1.2 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，选取重点体现紫花苜蓿干草产量及营养品质的4个花期进行刈割及各项指标的测定，具体花期分别为：孕蕾盛期(孕蕾50%，S1)、初花前期(开花5%，S2)、初花后期(开花10%，S3)、盛花期(开花50%，S4)。按照以上花期进行刈割，则S1期共刈割6茬，S2期共刈割5茬，S3期共刈割4茬，S4期共刈割3茬。各茬次不同花期的具体刈割时间见表1。

表1 各茬次不同花期刈割时间(2017年)Table 1 Mowing time of each cut at different flowering stages(2017)

供试紫花苜蓿品种为本地区广泛种植并具有代表性的‘WL354HQ’(北京正道生态科技有限公司)和‘巨能551’(Magnum，北京克劳沃草业技术开发中心)，于2015-04-19采用人工条播方式播种，苜蓿播种行距为20 cm，播种深度为1.5～2.0 cm，播种量为18.0 kg/hm2，小区面积为 35 m2(7 m × 5 m)。所用滴灌带为内镶式滴灌带(新疆普疆节水有限公司生产)，以60 cm为间距浅埋滴灌带于地下8～10 cm处，滴灌带的工作压力为0.1 MPa，直径为12.5 mm，滴头间距为20 cm。施肥和灌溉均按照当地滴灌苜蓿高产田的实际灌溉需求量进行。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 苜蓿干草产量 采用样方法测定，随机选取叶龄一致且能够代表该小区整体长势水平的苜蓿植株，以1 m×1 m为一个样方，用剪刀剪取样方内的苜蓿植株(留茬5 cm)，称量，记录苜蓿植株鲜草产量，重复3次；另取3份300 g左右鲜草样品用布袋带回实验室，常温风干至恒定质量，测定其含水率并折算出苜蓿干草产量(kg/hm2)。具体计算公式如下：

干草产量 = 鲜草产量×(1-含水率)

1.3.2 苜蓿株高 在测定苜蓿鲜草产量的同时，随机选取长势均一的苜蓿植株10株，用卷尺测定其到地表的拉伸垂直高度，取其平均值(cm)。

1.3.3 苜蓿茎粗 在株高测定的同时，对测定株高的10株紫花苜蓿植株用游标卡尺测定其距地面5 cm高度的植株茎秆直径(mm)。

1.3.4 苜蓿茎叶比 将带回实验室的300 g鲜样苜蓿风干至恒定质量，后进行人工茎叶分离，分别测其茎质量和叶质量，计算茎叶比。具体计算公式如下：

茎叶比=茎质量/叶质量

1.4 灰色关联度分析

根据灰色系统理论要求，将各茬次不同花期苜蓿干草产量及3个农艺性状指标看作一个整体，构建一个灰色系统[10]。利用DPS 7.05统计软件计算各农艺性状参数与苜蓿干草产量的灰色关联度。设干草产量为参考数列X0，3个农艺性状指标分别为比较数列X1、X2、X3和X4，参数Xi与产量(X0)的关联系数(ε)和各因素的关联度(r)为：

式中，εi(k)为Xi对X0在k点的关联系数，ρ为灰色分辨系数，一般取ρ=0.5；根据关联度ri的大小，就可以确定比较数列与目标数列的关联程度，从而判断比较数列的重要性。

1.5 试验数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行数据处理，利用DPS 7.05进行差异显著性分析(Duncan’s)。试验结果表示为“平均值±标准误”。

2 结果与分析

2.1 不同花期紫花苜蓿的株高

不同花期下紫花苜蓿株高的变化如表2所示，随着苜蓿花期的推进，相同茬次紫花苜蓿的株高表现为逐渐增大的趋势(‘WL354HQ’在第1茬S4的株高稍有降低)。不同花期之间，S2的株高显著大于S1(P<0.05)。S2与S3及S3与S4之间，各茬次株高均差异不显著(P>0.05)，说明株高在苜蓿进入到初花期后变化不大。S1与S3及S1与S4之间，各茬次均为差异显著(P< 0.05)。S2与S4之间，除了‘巨能551’第1、2茬差异显著外(P<0.05)，‘WL354HQ’第1、2、3茬和‘巨能551’第3茬均表现为差异不显著(P>0.05)。

表2 不同花期紫花苜蓿的株高Table 2 Height of alfalfa at different flowering stages cm

2.2 不同花期紫花苜蓿的茎粗

由表3可以看出，随着苜蓿花期的推进，紫花苜蓿的茎粗呈现逐渐增大的趋势，在S4达到最大值，‘WL354HQ’和‘巨能551’分别为3.32 mm和3.51 mm。S1与S2之间，除了‘WL354HQ’的第1茬和第2茬的茎粗差异不显著外(P> 0.05)，其他茬次均表现为S2显著大于S1(P< 0.05)。S2与S3之间，‘WL354HQ’第2茬和‘巨能551’第2、3、4茬均表现为差异显著(P< 0.05)，其余茬次均为S2与S3差异均不显著 (P>0.05)。S3与S4之间，各茬次茎粗差异均不显著(P>0.05)。S1与S3之间，除‘WL354HQ’第1茬差异不显著外(P>0.05)，其余茬次均为S3显著大于S1(P<0.05)。S2与S4之间，除了‘WL354HQ’的第3茬差异不显著外(P>0.05)，其余茬次均为S4显著大于S2(P<0.05)。S4各茬次的茎粗显著大于S1(P<0.05)。在同一花期不同茬次内，紫花苜蓿的茎粗随着茬次的递进而逐渐减小。

表3 不同花期紫花苜蓿的茎粗Table 3 Stem diameter of alfalfa at different flowering stages mm

2.3 不同花期紫花苜蓿的茎叶比

不同花期紫花苜蓿的茎叶比各不相同，总体来看，各茬次茎叶比均随着苜蓿的日渐成熟而表现出逐渐增大的趋势(表4)。其中，S1与S2之间，除了‘巨能551’第4茬差异不显著外(P> 0.05)，‘WL354HQ’的全部茬次和‘巨能551’其余茬次均为S2显著大于S1(P<0.05)。S2与S3之间，除了‘巨能551’第4茬的S2和S3之间差异显著外(P<0.05)，‘WL354HQ’全部茬次和‘巨能551’其余茬次差异均不显著(P>0.05)。在S3与S4之间，除了‘巨能551’第2茬的S3与S4间差异不显著外(P>0.05)，‘WL354HQ’全部茬次和‘巨能551’的第1、3茬均为S4显著大于S3(P<0.05)。相同苜蓿品种，各茬次S1与S3、S2与S4、S1与S4的茎叶比均差异显著(P< 0.05)。

表4 不同花期紫花苜蓿的茎叶比Table 4 Stem-leaf ratio of alfalfa at different flowering stages

2.4 不同花期紫花苜蓿的干草产量

不同花期紫花苜蓿的干草产量如表5所示，相同茬次，随着花期的推进，2个紫花苜蓿品种‘WL354HQ’和‘巨能551’的干草产量均呈现逐渐增大的趋势，刈割3茬的均在S4下达到最大，分别达到7 463.29 kg/hm2和7 599.70 kg/hm2。S1与S2、S2与S3之间，除了‘巨能551’第3茬差异不显著外(P>0.05)，其他茬次均表现为差异显著(P<0.05)。S3与S4之间，‘WL354HQ’和‘巨能551’均在第2茬差异显著(P<0.05)，而在第1茬和第3茬差异均不显著(P>0.05)。各茬次间S1与S3、S2与S4及S1与S4的干草产量均差异显著(P<0.05)。

从总干草产量来看，苜蓿的各个花期对应的总干草产量为在S2时期(刈割5茬)最大，‘WL354HQ’和‘巨能551’的最大值分别为 22 947.53 kg/hm2和 22 673.16 kg/hm2，苜蓿的总干草产量大小顺序为S2>S3>S4>S1。

表5 不同花期紫花苜蓿的干草产量Table 5 Hay yield of alfalfa at different flowering stages kg/hm2

2.5 不同花期苜蓿农艺性状与干草产量的关系

灰色关联度分析法是一种描述多个因素间单个因素重要性强弱的统计分析方法，关联系数数值大小在0～1之间，数值越大，表示该因素的作用越大；数值越小，其作用越小[11]。为了进一步说明苜蓿各农艺性状指标与干草产量之间的关系，本试验将不同花期滴灌苜蓿的株高、茎粗、茎叶比与干草产量进行灰色关联度分析，结果显示(表6)，‘WL354HQ’在S1、S3、S4的各农艺性状与干草产量的相关性大小顺序为茎粗>茎叶比>株高，而在S2其相关性大小顺序为茎粗>株高>茎叶比，说明茎粗与‘WL354HQ’苜蓿干草产量的关联度最高，即其对苜蓿干草产量的贡献率最大。‘巨能551’在S1、S2的各农艺性状中与干草产量相关性最大的是株高，而在S3和S4下，茎粗与干草产量关联系数最大，说明不同花期滴灌苜蓿各农艺性状与干草产量的关联度是不同的。

表6 不同花期苜蓿各农艺性状与干草产量的灰色关联度分析Table 6 Grey correlation analysis of characters and yield of alfalfa at different flowering stages

3 讨 论

3.1 不同花期对紫花苜蓿株高的影响

苜蓿的株高是评价苜蓿干草产量的重要指标之一，同时也是最能直观体现其生物量积累过程的性状指标[12]。研究表明，生育期对苜蓿株高的影响很大程度上受苜蓿本身生物学特性影响，即在整个生育期内苜蓿的株高是呈“慢速-快速-慢速”的生长规律[13]。在苜蓿生长进入到分枝期后，其生长速度加快，在初花期基本达到其株高峰值，之后几乎停止生长[14]。本研究也表明，紫花苜蓿株高的最大值出现在S4(表2)，各花期苜蓿株高大小顺序依次为S4>S3>S2>S1。可见，若只以株高作为评判依据，则S4的单茬干草产量最大。在S1期，苜蓿植株尚未成熟，处于快速生长阶段，节间长度增长也较快，同时，由于从孕蕾期开始，苜蓿行间的群体散射辐射和直射辐射透过系数会减小，而这又保证了苜蓿植株对光能的充分利用，进而增强了苜蓿的光合作用[15]，使得苜蓿的生物量在此期积累迅速，故S2的株高显著大于S1的株高(P<0.05)。而在S2至S4期间，苜蓿生长进入到花期，其植株体内的营养物质用于维持开花而不再或很少用于增加植株高度，同时，植株生长符合“S”型生长曲线，一般在开花期株高就会达到最大值[16]，进而导致苜蓿植株生长速度变缓而进入到慢速生长的阶段，故从S2至S4苜蓿株高差异不大。

3.2 不同花期对紫花苜蓿茎粗的影响

茎粗是评价苜蓿植株纤维含量高低的一个指标[17]，也是衡量苜蓿生长性能的一个重要指标，但其可视变化不如株高明显。本研究表明，随着苜蓿花期的推进，苜蓿植株的茎粗呈现逐渐增大的趋势，于S4达到最大(表3)。本研究中，苜蓿各茬次的茎粗为S2显著大于S1(P<0.05)，这极有可能是因为苜蓿进入花期以后，茎秆占植株干物质比重在迅速增加[18]，同时S1的苜蓿处于快速生长阶段，茎秆直径增大较快，因而导致苜蓿植株干物质积累较快，故S2的茎粗显著大于S1。虽然S3的茎粗大于S2，S4的茎粗大于S3，但在S2与S3之间、S3与S4之间，其差异并无统计学意义，说明S2至S4苜蓿的生长与其生长曲线相符，处于慢速生长阶段，故生长缓慢，差异不明显。而S4各茬次均显著大于S2和S1(P<0.05)，造成这种现象的原因可能是在进入到初花期后苜蓿植株逐渐开始成熟老化，木质化加剧[19]，而此时苜蓿的木质化主要集中在茎秆上，增加了茎秆的粗纤维含量，故S4的茎粗显著大于S2和S1的茎粗。在苜蓿植株中，茎秆是植株运送营养物质和水分的主要通道，而苜蓿茎粗的大小是与干物质的积累程度相适应的，即茎粗越大，苜蓿可运送和吸收的营养物质也相对越多，进而使干物质积累较多，因此，茎粗在一定程度上是由花期决定的。

3.3 不同花期对紫花苜蓿茎叶比的影响

茎叶比作为苜蓿农艺性状的一个重要指标，其通过茎、叶在不同花期的比值大小来反映干草产量的高低，比值越大，产量越高，比值越小，产量越低。研究表明，随着花期的推进，苜蓿植株的茎叶比逐渐增大，进而导致苜蓿植株体内的木质素和纤维素含量增多，尤其是酸性洗涤纤维(ADF)含量明显上升[20]，而粗蛋白含量也随之下降[21]。另有研究表明，苜蓿的茎叶比随着生育期的推进而上升，在结实期最大，这一规律是由苜蓿自身生长节律决定的[22]。因为本试验的花期未涉及到结实期，所以本试验的茎叶比大小顺序为S4> S3>S2>S1(表4)，这与李岩等[23]的研究结果一致，其原因是随着花期的推进，紫花苜蓿株高逐渐增大，而株高的增大又使得茎生物量在紫花苜蓿植株中所占的比重增加，因而茎叶比也随着生育期的推进而上升。本试验中，S1苜蓿植株的生长速度较快，木质化程度较低，因此茎叶比相对较低，与S2的茎叶比相比差异明显。而从S2开始，苜蓿进入开花期，此后苜蓿植株生长缓慢并且叶片与茎秆均逐渐老化，所以S2与S3、S3与S4的茎叶比差异无统计学意义。但对于相同苜蓿品种，S4茎叶比显著大于S1和S2，这说明在苜蓿生育后期茎秆的木质化程度高于生育前期，茎秆粗纤维含量增高导致茎秆质量增大，进而使茎叶比增大。

3.4 不同花期对紫花苜蓿干草产量的影响

影响紫花苜蓿干草产量的因素有很多，如刈割时期、刈割方式、调制技术等均能使其产量和品质下降，而刈割时期是诸多影响因素中对苜蓿干草质量影响最大且最便于控制和改变的因素[24]。不同刈割时期对紫花苜蓿的干草产量和营养价值有着十分显著的影响，挑选适于刈割的花期是苜蓿优质高效生产的重要环节[25-26]。干草产量作为最能直观体现苜蓿生产性能的一个指标，可以有效反映苜蓿生产的经济效益[27]。研究表明，苜蓿的刈割期对紫花苜蓿的草产量具有十分显著的影响[25]。本试验表明，随着花期的推进，‘WL354HQ’和‘巨能551’2个品种在各茬次的干草产量均呈现逐渐增大的趋势，在S4达到最大，分别达到7 463.29 kg/hm2和7 599.70 kg/hm2(表5)，表现出对新疆绿洲区较好的适应性，这主要是因为随着生育期的推进，苜蓿植株日渐成熟，植株体内光合产物也在逐渐增多，而光合产物的增多有利于生物量的积累，故干草产量逐渐增加。但是从一年内苜蓿的整个生育期来看，苜蓿的各个花期对应的总干草产量为在S2下最大，说明虽然单茬苜蓿产量是在S4时期达到最大，但其一年内的总干草产量小于S2时期，同时，S2和S3时期苜蓿的总干草产量非常接近，且总干草产量的大小不仅与刈割期有关，还与刈割的次数及刈割成本有关，因此，综合苜蓿产量及种植成本来看，苜蓿在S3时期刈割效果最好。理论上在单茬产量一定的情况下，茬次越多，总干草产量越大，但实际生产中，每一茬的产量随着茬次的增大而减小[9，28]。因此在确定最佳刈割期时，要综合考虑总干草产量、营养品质和种植成本等因素。

苜蓿植株各农艺性状指标与苜蓿干草产量的形成有着十分紧密的联系[29]。研究表明，株高、生长速度、再生速度与苜蓿草产量的相关性达到极显著水平[30]。耿慧等[11]对多个紫花苜蓿品种的主要农艺性状指标进行灰色关联度分析表明，株高对苜蓿单株产量影响最大；而另有研究发现，茎粗对苜蓿干草产量的贡献作用最大[22]。本试验通过对不同花期滴灌苜蓿的株高、茎粗、茎叶比与干草产量的灰色关联度分析表明，茎粗与‘WL354HQ’品种苜蓿干草产量的关联度最大，即其对苜蓿干草产量的贡献最大(表6)，这与韩路等[29]的研究结果一致，而与耿慧等[11]的结果有所差异，其原因可能是本研究采用的是滴灌条播方式进行田间管理，而耿慧等[11]采用穴播方式播种和未进行灌溉处理，两者之间农艺措施的差异可能导致关联度排序结果不同。‘巨能551’品种在S1、S2的各农艺性状中与干草产量相关性最大的是株高，而在S3、S4时期与干草产量关联度最大的是茎粗(表6)，说明不同花期滴灌苜蓿各农艺性状与苜蓿干草产量的关联度不同，这可能是因为苜蓿在生长过程中，各农艺性状指标会随着花期的推进而发生变化。

4 结 论

随着花期的推进，相同茬次紫花苜蓿的株高、茎粗、叶茎比等农艺性状指标及每茬干草产量均呈逐渐增大的趋势，在盛花期达到最大。相同花期，茎粗与苜蓿干草产量的相关性最大，对苜蓿干草产量的贡献大于株高和茎叶比。苜蓿的总干草产量大小排序为初花前期(开花5%)>初花后期(开花10%)>盛花期(开花50%)>孕蕾盛期。可见，在盛花期刈割将有利于苜蓿单茬次干草产量的提高，但总干草产量仍相对较低，同时，实际生产中往往需要考虑苜蓿的营养品质、刈割成本等，因此，综合考虑苜蓿干草产量及种植成本，在初花后期(开花10%)刈割效果最佳。