不同紫花苜蓿生物量分配与越冬性状的相关性分析

刘怀华，李 瑞，贾雨真，雷 莉，徐伟洲，卜耀军，王彩霞

（1.榆林市农业科学研究院，陕西榆林 719000；2.榆林学院生命科学学院，陕西榆林 719000；3.清涧县农业技术推广站，陕西清涧 718300）

紫花苜蓿（Medicago sativa L.），作为一种多年生的豆科草本植物，具有环境适应性广、抗逆性强、畜牧饲用性高等多个优良特性，因而，其种植广泛[1]。近年来，榆林市相继引进了很多紫花苜蓿品种，但从这些引进品种的表现情况来看，由于地区环境及气候条件较差，其品质与适应性表现良莠不一，加之当地育成品种较少，草地退化较为严重，使紫花苜蓿品种的应用陷于盲目混乱，对榆林市苜蓿生产造成了很大的影响[2]。因此，引进优质适宜当地气候环境的牧草品种是解决现存问题的重要举措。

紫花苜蓿品种间的相关生理指标受当地气候的影响，不同品种在引种的过程中受到当地环境的变化，在生产性能表现中也会有较大的差异和变化[3]。返青率过低的苜蓿品种则会严重影响其苜蓿产量[4]。苜蓿的抗寒性与苜蓿本身的生物学特性之间存在着一定的相关性，抗寒性较高的苜蓿品种在叶片的大小、厚度等指标上具有一定的差异[5]。苜蓿总生物量的高低与其他性状之间也存在极显著的相关性，如株高、分枝数、根颈、主根和侧根等[6]。苜蓿冬季以根部储藏营养作为越冬器官，根部的发育对地上各部分的发育有着重要的影响[7]，根部的发育主要表现为根部生物量的多少[8]，而生物量的分配，不仅决定着地上部产量的多少，也影响着刈割后茬再次生长情况和根部是否能正常发育来完成越冬[9]。

本研究通过榆林风沙草滩区地区的苜蓿引种比较试验，探讨了苜蓿生物量的分配与越冬率的相关性，阐明苜蓿地上部分生物量与地下部分生物量的分配对其生产价值及越冬性状的影响，旨在为紫花苜蓿在引种中筛选出适宜品种提供相应的科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于陕西省榆林市农业科技示范园区，地理坐标为东经107°40′、北纬37°37′，海拔高度为1 200 m，属温带半干旱大陆性气候，四季分明，光照充足。试验地2018 年年平均气温为10.2 ℃，年降水量为526 mm，年日照时数为2 561 h，无霜期为200 d。试验地地势平坦，土壤类型为风沙土，肥力均匀，灌溉条件为滴管。

1.2 试验材料

供试紫花苜蓿品种名称及其来源如表1 所示。

表1 19 个供试苜蓿品种的种质信息

1.3 试验设计

试验于2018 年5—11 月进行，试验田总面积为1 140 m2，采用随机区组设计，3 次重复，共57 个小区，每个试验小区面积为20 m2（8.0 m×2.5 m）。播种方式为人工条播，行距30 cm，播深2.5 cm。地面铺设滴灌带，每个小区设8 条滴灌带。试验小区中当年生苜蓿不做刈割处理，使其完成完整生育阶段，不同物候期测定相应指标，于开花前期测定地上部分干质量，开花后期测定单株茎、叶质量和根干质量，枯黄期测定种子千粒质量。生育期内进行常规灌溉、施肥等统一田间管理。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 单位面积内地上部生物量测定 小区内选取长势均匀地块，使用规格为1 m×1 m 的取样器随机选择地点，取样器以一行苜蓿为基准边，然后人工使用镰刀从距地4～5 cm 处进行刈割，装于鲜草袋中在实验室用烘箱以105 ℃高温进行杀青的初步处理，时间为30 min，随后降温至80 ℃进行完全烘干处理，烘干后使用电子秤称质量并记录。

1.4.2 单株茎生物量、单株叶生物量测定 苜蓿初花期在每个小区内随机抽取3 株（选取时避开小区边行与长势差距明显的位置），每品种重复3 次，共计171 株，每小区以3 株为1 个单位，齐地剪取，塑封袋封装。在实验室对其进行茎叶分离，并装于信封内在烘箱80 ℃烘干至恒质量，用电子天平称质量并记录。

1.4.3 单位面积内根生物量测定 于苜蓿结荚期使用直径9 cm 根钻在小区随机选取位置，根钻深度为苜蓿根长40～60 cm 处，取出后将所含根系土壤均装于塑封袋，用筛子初步筛除根土后用清水冲洗干净，后置于烘箱中恒温烘干称质量并记录。

1.4.4 千粒质量测定 于苜蓿枯黄期种子基本处于完熟状态后按品种分别收集苜蓿所结荚果，采集数量需明显大于所需数量。晾干，手工分离种子与包被物，筛选干净后使用镊子挑选出完好饱满的种子称量千粒质量。

1.4.5 越冬率测定 翌年基本返青后，在长势均匀的样地中随机按行选取出一定长度的苜蓿地块，对苜蓿行两侧土壤分别铲开，深度10～15 cm，依次对范围内苜蓿根系选取30 株，记录越冬成功株数和失败株数，计算越冬率。

1.5 数据分析

试验数据利用Microsoft Excel 2010 进行数据归纳整理及图表制作，采用IBMSPSS Statistics 19.0统计分析软件中的单因素方差分析对各指标进行显著性分析（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 紫花苜蓿地上各部分生物量与越冬率间的相关性分析

试验表明，当年生苜蓿越冬率在88.9%～100%，其中，越冬率为94%～98%的品种数为14 个，占总数的73.7%。在与不同部位生物量进行相关性检验中，越冬率与单株茎生物量呈显著负相关（P＜0.05），相关系数为0.273 8（图1）；从图2 可以看出，越冬率与单位面积地上部生物量呈显著正相关，相关系数为0.248 6。对单株茎生物量和地上部生物量进行方差显著性检验表明，品种间二者均有显著性差异，反映了随着初花期单株茎生物量的不断增加越冬率有不断下降的趋势，而伴随着初花期单位面积内地上部生物量的增加越冬率有逐渐上升的趋势。而越冬率与单株叶生物量和千粒质量之间无显著相关性。

2.2 紫花苜蓿单位面积根生物量与越冬率间相关性分析

由图3 可知，枯黄期不同苜蓿品种在单位面积根生物量之间的差异显著，19 个品种中三得利的单位面积根生物量显著高于其他品种，其后依次分别为骑士丁和威纳尔。由图4 可知，通过对单位面积根生物量和越冬率之间的相关性分析表明，越冬率和单位面积根生物量之间无明显的线性相关性。越冬率在94%以上的品种，单位面积内根生物量均在608.98～2 631.12 g/m2，变化范围较大，二者间也未发现高越冬率品种的单位面积根生物量集中于某一区间的趋势。越冬率最高的品种WL168（100%）和最低的品种WL298（88.89%）的单位面积根生物量分别为1 069.43、858.10 g/m2，越冬率差异最大，单位面积根生物量差异不显著。单位面积根生物量最高的品种三得利（1 069.43 g/m2）和最低的Bara218（608.98 g/m2）越冬率分别为90.0%和96.7%，即单位面积根生物量最高时越冬率较低，而最低时越冬率较高。

2.3 紫花苜蓿地上部分生物量相关性分析

由图5 可知，通过对供试苜蓿品种的初花期单株茎生物量、单株叶生物量与种子完熟期的千粒质量进行相关性分析可知，品种间单株茎生物量、单株叶生物量与千粒质量之间存在极显著正相关。同时二者之间拟合函数的变化系数接近，单株茎生物的相关系数为0.364 9，单株叶生物的相关系数为0.352 9；在千粒质量相等的前提下，随着单株茎生物量的增加，单株叶生物量也随之增加，变化幅度相对一致。WL298 的单株茎、叶生物量与其他品种相比均为最高，分别为7.41、5.49 g；Bara310 的单株茎、叶生物量显著低于其他品种，分别为4.83、2.56 g。千粒质量最高（19.65 g）的品种为WL298，也是单株茎生物量（7.41 g）、单株叶生物量（12.56 g）最高。

2.4 紫花苜蓿单位面积地上部生物量与单株生物量的相关性分析

图6 表明，紫花苜蓿单位面积地上部生物量与单株茎、叶、地上部生物量三者之间并没有显著相关性，相关系数分别为0.189 2、0.335 3 和0.160 2。单位面积地上部生物量为该品种小区1 m×1 m 中地上部分生物量的总和，但与单株间没有显著正相关，且相关系数呈现负向趋势。单位面积地上部生物量并不随单株地上部生物量的增加而增加，而随着单株地上部生物量的增加呈减少趋势。单株茎生物量、单株叶生物量与单株地上部生物量之间均呈极显著正相关。单株茎生物量和单株地上部生物量间相关系数为0.727，单株叶生物量与单株地上部生物量间相关系数为0.832。随着单株茎生物量与单株叶生物量的增加，单株地上部生物量也随之增加，通过计算茎叶比发现，除WL343 与WL319 之外，其余品种茎叶比均大于1，即品种间的茎生物量普遍大于叶生物量。但与单株茎生物量相比，单株叶生物量与单株地上部生物量的增长关系更加紧密。

3 结论与讨论

本试验系统比较了榆林风沙草滩区19 个苜蓿品种引种中不同部位生物量分配与越冬率的相关性。结果表明，不同苜蓿品种在单株茎生物量、单株叶生物量、千粒质量以及单株地上部生物量之间有显著性差异，越冬率之间也有差异，且单株茎生物量、地上部生物量与越冬率之间有显著相关性；这些结果印证了前人的一些试验结果和结论[10]。品种间随着单株叶生物量的线性增加所对应的单株茎生物量也随之线性增加，二者线性增加系数基本一致，显示出了高度的相关一致性，这与王振南等[11]的研究结果相吻合。茎、叶作为苜蓿光合物质主要的制造部位和运输部位，叶部源的强弱对茎部发育所需物质有直接供给作用，而对后期作为库的种子则有着持续的影响关系[12]。因而，不同品种间枯黄期千粒质量分别与单株茎生物量、单株叶生物量间呈极显著正相关，植株不同部位之间相互具有显著影响作用。

本研究中，19 个供试紫花苜蓿品种的地上部生物量与千粒质量之间没有显著相关性，这与光合产物主要由叶片制造有关，而茎则主要起支撑和运输作用。这些试验品种的茎叶比除2 个品种外均大于1，平均值也为茎质量大于叶质量，同张庆霞等[13]的研究结果一致。紫花苜蓿枯黄期的根生物量在不同品种间差异极显著，但与后期越冬率无显著相关性，根生物量最高的品种反而出现越冬率较低，也印证了越冬率并不是完全决定于根系其他表型性状上的绝对大小[14]。越冬率较高的品种根生物量有集中于一个范围之内的趋势，较低根生物量的低越冬率比例达到了50%，这与苜蓿植株根颈过于细嫩，往往不利于苜蓿越冬的研究结论相一致[15]。随初花期茎生物量增加越冬率降低，而地上部生物量的增加会提升越冬率[16]。茎生物量的减少则有利于降低茎叶比来提升紫花苜蓿的饲喂价值，地上部生物量提升则有利于提升单位面积产量，增加苜蓿的经济效益[17]，且相互不冲突的同时可以提高苜蓿在榆林冬季的越冬率。因此，此阶段中这二者的大小可以用来作为筛选品种的参考指标。

本试验供试19 个紫花苜蓿品种初花期的单株茎生物量、单株叶生物量、地上部生物量和枯黄期单位面积根生物量均存在品种间的显著差异。紫花苜蓿的千粒质量与初花期单株茎生物量、单株叶生物量、单株地上部生物量均存在极显著正相关；初花期的单株茎生物量与越冬率呈显著负相关，地上部生物量与越冬率则呈显著正相关，这表明初花期紫花苜蓿的地上不同部位的生物量之间关系紧密；说明紫花苜蓿不同部位生物量的分配与来年返青期的越冬率具有一定的相关性[18-21]。综上所述，紫花苜蓿的生物量分配指标可作为榆林地区苜蓿引种试验中筛选高产优质品种的参考指标之一。