播種當(dāng)年紫花苜蓿根頸和根系特征初步研究

楊秀芳，梁慶偉，娜日蘇，陳玲玲，呂寧，王琪，潘祥磊，趙虎

(1.赤峰市農(nóng)牧科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 赤峰　024031；2.巴林左旗飼政奶源監(jiān)督所，內(nèi)蒙古 赤峰　024031)

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播種當(dāng)年紫花苜蓿根頸和根系特征初步研究

楊秀芳1，梁慶偉1，娜日蘇1，陳玲玲1，呂寧1，王琪1，潘祥磊1，趙虎2

(1.赤峰市農(nóng)牧科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 赤峰024031；2.巴林左旗飼政奶源監(jiān)督所，內(nèi)蒙古 赤峰024031)

摘要：【目的】 研究播種當(dāng)年紫花苜蓿根莖和根系特征與越冬率的關(guān)系.【方法】 對(duì)播種當(dāng)年24個(gè)紫花苜蓿品種的根頸和根系特性進(jìn)行研究.【結(jié)果】 不同紫花苜蓿品種間根頸和根系特性差異顯著.將24個(gè)紫花苜蓿品種根據(jù)不同苜蓿根頸和根系特征的聚類分析分為5大類，其中第Ⅳ類，為根頸分枝數(shù)較多、根頸分枝直徑較粗、主根較粗、側(cè)根著生距根頸較遠(yuǎn)、主根鮮質(zhì)量較高的苜蓿品種，是播種當(dāng)年干草產(chǎn)量達(dá)4 500～5 200 kg/hm2的苜蓿品種，包括‘三得利’‘皇后’‘巨人201T’‘馴鹿’‘斯貝德’和‘公農(nóng)1號(hào)’.播種當(dāng)年‘公農(nóng)1號(hào)’和‘皇后’的根頸分枝數(shù)最多，且有較大主根直徑和根鮮質(zhì)量，是適宜科爾沁沙地種植的紫花苜蓿品種；而‘WL363’‘WL168’‘WL319’則相反.【結(jié)論】 苜蓿根頸分枝直徑與越冬率的相關(guān)系數(shù)最大，可作為鑒定苜蓿品種越冬率高低的參考指標(biāo).

關(guān)鍵詞：紫花苜蓿；根頸；根系；秋眠級(jí)數(shù)；越冬率

紫花苜蓿(Medicagosativa)是豆科苜蓿屬多年生草本植物，素有“牧草之王”的美譽(yù).紫花苜蓿根系是吸收、轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)藏養(yǎng)分的器官，其生長(zhǎng)發(fā)育狀況直接影響地上生物量[1-3].不同苜蓿品種的根系在不同的環(huán)境條件下表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，也即表現(xiàn)出各自的根系發(fā)育特性[4].根頸直接影響苜蓿的生產(chǎn)性能和可持續(xù)利用[5-6].苜蓿根頸為聯(lián)系地上部和根系的關(guān)鍵部位，也是冬季植物體的最上部休眠器官，為凍害的最敏感部位[2]，對(duì)苜蓿越冬和春季返青時(shí)的萌芽發(fā)枝至關(guān)重要[5].

試驗(yàn)區(qū)赤峰市阿魯科爾沁旗位于科爾沁沙地北段，從2008年阿旗沙地節(jié)水灌溉紫花苜蓿基地試驗(yàn)成功并開始推廣擴(kuò)大[7]，截止2014年末，發(fā)展沙地節(jié)水灌溉紫花苜蓿人工草地約80萬畝.由于苜蓿產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展迅速，再加上冬春季田間管理技術(shù)把握不當(dāng)和春季倒春寒影響，目前阿旗沙地節(jié)水灌溉紫花苜蓿出現(xiàn)越冬率低的問題.孫啟忠等[6]對(duì)科爾沁沙地旱作苜蓿根頸和根系特性進(jìn)行研究報(bào)道，但國(guó)內(nèi)未見有關(guān)科爾沁沙地播種當(dāng)年灌溉苜蓿根系特征研究報(bào)道.因此，本文擬開展播種當(dāng)年沙地灌溉紫花苜蓿根頸和根系特性研究，探討其與越冬率關(guān)系，為科爾沁沙地節(jié)水灌溉選擇優(yōu)良的紫花苜蓿品種提供參考.

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古赤峰市阿魯科爾沁旗紹根鎮(zhèn)試驗(yàn)基地，地理位置N 43°37′，E 120°22′；屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為5.5 ℃，極端最高氣溫40.6 ℃，極端最低氣溫-32.7 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 767～3 034 h，年積溫為2 900～3 400 ℃.日照充足，無霜期125～135 d，年平均降水量300～400 mm.試驗(yàn)地土壤有機(jī)質(zhì)含量0.97%，全氮0.06%，速效磷8.1 mg/kg，速效鉀104 mg/kg，為沙漠化土.

1.2試驗(yàn)材料

參試24個(gè)紫花苜蓿品種見表1.試驗(yàn)于2012年7月30日用播種機(jī)(型號(hào)：中農(nóng)機(jī)4526)播種，完全隨機(jī)排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積3.6 m×11 m=39.6 m2，條播，行距15 cm，種植于用圓形噴灌機(jī)灌溉的圈內(nèi)，播種量15 kg/hm2，基施氮磷鉀復(fù)合肥(12-25-10)300 kg/hm2，播種后進(jìn)行噴灌，8月上旬齊苗.越冬前未刈割地上部分.

表1　參試紫花苜蓿品種

1.3測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1根頸特性根頸形態(tài)特征采用Marquez-Ortiz法[8]：根頸分枝，從根頸上直接長(zhǎng)出的分枝；分枝直徑.2012年10月l6日測(cè)定，每個(gè)品種測(cè)10株.

1.3.2根系特性根系形態(tài)特征采用Johnson法[9]：主根直徑，根頸下5 cm處測(cè)定；側(cè)根位置，距根頸的距離；主根質(zhì)量，測(cè)地下0～30 cm深主根段質(zhì)量.每個(gè)品種測(cè)10株.

1.3.2越冬率在每小區(qū)中選擇有代表性的樣段3處，每樣段長(zhǎng)1 m，作好標(biāo)記.在越冬前及第2年返青后分別統(tǒng)計(jì)樣段中植株總數(shù)及返青數(shù)，計(jì)算越冬率.越冬率(%)=返青植株數(shù)/樣段內(nèi)植株總數(shù)×100%.2013年5月初測(cè)定.

1.3.3根頸分枝數(shù)、越冬前株高常規(guī)方法，重復(fù)10次.

1.4數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 11.5軟件對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和聚類分析，分別對(duì)根頸分枝數(shù)、根頸分枝直徑、主根直徑、第一側(cè)根位置、主根鮮質(zhì)量、越冬率和越冬前株高進(jìn)行單因素方差分析，差異顯著時(shí)采用Duncan氏方法對(duì)各組間平均數(shù)進(jìn)行多重比較，用平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤表示測(cè)定結(jié)果；對(duì)根頸分枝數(shù)、分枝直徑、主根直徑和第一側(cè)根位置進(jìn)行聚類分析.

2結(jié)果與分析

2.1播種當(dāng)年不同紫花苜蓿品種根頸特征

不同苜蓿品種根頸特征存在極顯著差異(P<0.01).根頸分枝數(shù)以‘公農(nóng)1號(hào)’和皇后為最多，平均為3.7個(gè)/株，其中‘WL343’‘三得利’‘皇后’‘巨人201T’‘馴鹿’‘SR4030’‘BR4010’‘斯貝德’‘WL354’和‘公農(nóng)1號(hào)’的根頸分枝數(shù)顯著高于其他品種(P<0.01)，分枝數(shù)最少的是‘WL363’，為2.0個(gè)/株.不同苜蓿品種根頸分枝直徑也存在極顯著差異(P<0.01)，其中‘敖漢’苜蓿的分枝直徑最粗，達(dá)0.292 cm，與‘WL319’‘WL168’‘WL363’‘WL343’‘德寶’‘巨人201T’‘馴鹿’‘斯貝德’‘公農(nóng)1號(hào)’‘WL354’存在極顯著差異(P<0.01，表2).而分枝直徑較細(xì)的品種是‘WL319’‘WL168’‘WL363’，均小于0.200 0 cm.

2.2播種當(dāng)年不同紫花苜蓿品種根系特征

參試24個(gè)苜蓿品種中，‘皇后’‘公農(nóng)1號(hào)’‘新牧2號(hào)’和‘SR4030’的主根直徑均大于0.590 cm，且無極顯著差異(P>0.01)；‘中苜1號(hào)’‘斯貝德’‘MF4020’‘Baralfa 53HR’‘巨人201T’‘三得利’‘WL354’‘馴鹿’和‘新疆大葉’的主根直徑均在0.500～0.590 cm之間，這10個(gè)苜蓿品種主根直徑之間均無極顯著差異(P>0.01)；主根直徑最細(xì)的是‘WL319’為0.375 cm.皇后的主根鮮質(zhì)量最高，其次為‘公農(nóng)1號(hào)’‘SR4030’和‘新牧2號(hào)’，而‘WL319’的主根鮮質(zhì)量最小.第一側(cè)根發(fā)生位置以‘巨人201T’最淺，從根頸下1.67 cm處長(zhǎng)出，‘德寶’側(cè)根發(fā)生位置最深，為根頸下3 cm左右，其中‘德寶’‘WL168’‘WL343’‘公農(nóng)1號(hào)’‘敖漢苜蓿’和‘SR4030’的第一側(cè)根發(fā)生位置顯著低于與其余16個(gè)苜蓿品種(P<0.01，表3).

表2　不同紫花苜蓿品種根頸特征

不同大寫字母表示同列根頸分枝數(shù)和根頸分枝直徑間差異極顯著(P<0.01).

2.3播種當(dāng)年不同紫花苜蓿品種越冬率、越冬前株高和干草產(chǎn)量

苜蓿越冬率的高低與品種生物學(xué)特性密切相關(guān).播種第2年春季，24個(gè)苜蓿品種越冬率均達(dá)到90%以上，其中‘WL168’‘巨人201T’‘WL354’的越冬率顯著低于其他21個(gè)苜蓿品種(P<0.05)(表4).‘WL168’和‘康賽’的越冬前株高顯著低于其他苜蓿品種(P<0.01)，越冬率偏低.‘三得利’和‘Baralfa 53HR’的秋眠級(jí)均達(dá)到5級(jí)，但越冬率也達(dá)100%(表4).不同紫花苜蓿品種播種當(dāng)年秋季干草產(chǎn)量存在極顯著差異，干草產(chǎn)量最高苜蓿品種是‘MF4020’，達(dá)5 512.76 kg/hm2，干草產(chǎn)量最低的品種是‘WL319’僅為2 381.19 kg/hm2.其中‘WL319’‘WL168’‘WL363’和‘康賽’的干草產(chǎn)量與其余品種存在極顯著差異(P<0.01).

表3　不同紫花苜蓿品種根系特征

不同大寫字母表示同列根頸分枝數(shù)和根頸分枝直徑間差異極顯著(P<0.01).

表4　不同紫花苜蓿品種越冬率、越冬前株高和干草產(chǎn)量差異分析

不同大寫字母表示同列根頸分枝數(shù)和根頸分枝直徑間差異極顯著(P<0.01).

2.4播種當(dāng)年不同紫花苜蓿品種越冬率相關(guān)性分析

苜蓿的越冬率與根頸和根系特征關(guān)系密切.不同苜蓿品種越冬率與根頸分枝數(shù)、越冬前株高、主根直徑和根頸分枝直徑有正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.055、0.202、0.210、0.230，但未達(dá)顯著水平(P>0.05，表5).

2.5播種當(dāng)年不同紫花苜蓿品種根系形態(tài)特征、干草產(chǎn)量聚類分析

以不同紫花苜蓿品種的根頸分枝數(shù)、分枝直徑、主根直徑和第一側(cè)根位置作為分析變量，采用歐式距離進(jìn)行聚類分析(圖1).當(dāng)距離等于10時(shí)，可將24個(gè)紫花苜蓿品種分為5類：第Ⅰ類包括‘WL319’和‘康賽’，二者具有分枝直徑細(xì)、主根直徑細(xì)和第一側(cè)根位置近等特點(diǎn).第Ⅱ類包括‘WL168’‘WL363’‘WL343’‘德寶’‘BR4010’和‘敖漢’苜蓿等，平均分枝數(shù)在2.0～3.2之間，分枝直徑在0.18～0.22 cm之間、主根直徑在0.42～0.49 cm之間、第一側(cè)根位置在2.4～3.2 cm之間.第Ⅲ類包括‘Baralfa 53HR’‘Baralfa 42IQ’‘SK3010’‘MF4020’‘亮牧2號(hào)’和‘中苜1號(hào)’等6個(gè)苜蓿品種，平均分枝數(shù)在2.2～2.5之間，分枝直徑在0.21～0.28 cm之間、主根直徑在0.43～0.53 cm之間、第一側(cè)根位置在1.9～2.5 cm之間.第Ⅳ類包括‘三得利’‘皇后’‘巨人201T’‘馴鹿’‘斯貝德’和‘公農(nóng)1號(hào)’等6個(gè)品種，平均分枝數(shù)在3.0～3.7之間，分枝直徑在0.21～0.26 cm之間、主根直徑在0.51～0.63 cm之間、第一側(cè)根位置在1.6～2.7 cm之間.第Ⅴ類包括‘SR4030’‘WL354’和‘新疆大葉’，平均分枝數(shù)在2.6～3.0之間，分枝直徑在0.25～0.26 cm之間、主根直徑在0.54～0.60 cm之間、第一側(cè)根位置在2.3～2.7 cm之間.自然生態(tài)環(huán)境條件，如土壤緊實(shí)度、土壤通氣性或土壤水分狀況、光照和溫度等對(duì)根系的生長(zhǎng)均有不同程度的影響[9,11]，影響根頸和根系發(fā)育的主要因子是品種的生物學(xué)特性[10].

表5　苜蓿越冬率相關(guān)性分析

圖1　24個(gè)紫花苜蓿品種根系形態(tài)性狀聚類分析Fig.1　Dendrogram of cluster analysis basedon the root morphology of 24 alfa1fa cultivars

3討論與結(jié)論

播種當(dāng)年不同紫花苜蓿品種間根頸和根系特征差異顯著，這與史紀(jì)安[11]對(duì)苜蓿根頸和根系的研究結(jié)果基本一致.根據(jù)不同紫花苜蓿根頸和根系特征的聚類分析，將24個(gè)紫花苜蓿品種分為5類，其中第Ⅳ類包括‘三得利’‘皇后’‘巨人201T’‘馴鹿’‘斯貝德’和‘公農(nóng)1號(hào)’為根頸分枝數(shù)較多、根頸分枝直徑較粗、主根較粗、側(cè)根著生距根頸較遠(yuǎn)、主根鮮質(zhì)量較高的苜蓿品種，是播種當(dāng)年干草產(chǎn)量達(dá)4 500～5 200 kg/hm2的苜蓿品種.

苜蓿分枝數(shù)的多少?zèng)Q定著地上生物量的高低[12].參試的24個(gè)紫花苜蓿品種中，播種當(dāng)年‘皇后’和‘公農(nóng)1號(hào)’的根頸分枝數(shù)最多，而‘WL363’‘WL319’和‘德寶’播種當(dāng)年根頸分枝數(shù)較少，對(duì)科爾沁沙地土壤氣候條件適應(yīng)性較差.分枝直徑的粗細(xì)決定著苜蓿抗倒伏性.敖漢苜蓿的分枝直徑最粗，其次是Baralfa 53HR和‘中苜1號(hào)’，屬于抗倒伏性強(qiáng)的品種.而‘WL319’‘WL168’‘WL363’的分枝直徑較細(xì)，抗倒伏性差.主根直徑的大小直接影響著根系體積的大小和根系生物量的多少，而根系體積越大，所接觸的土壤面積越大，地下空間占有量越大，越有利于植物大范圍吸收土壤水分、養(yǎng)分[12].土壤不同深度的根系生物量，可反映品種在某一土層深度的生長(zhǎng)能力，積累的生物量越多，說明在該層中利用土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，水分和微量元素的能力越強(qiáng)[13].以上特性影響著品種對(duì)地下資源利用的效果，如‘皇后’‘公農(nóng)1號(hào)’‘SR4030’和‘新牧2號(hào)’等品種，具有較大主根直徑和鮮質(zhì)量，較其他品種能有效利用土壤養(yǎng)分和水分，有利于獲得較高的地上生物量，干草產(chǎn)量均達(dá)到4 500 kg/hm2以上.結(jié)果表明，‘皇后’和‘公農(nóng)1號(hào)’是適宜科爾沁沙地種植的紫花苜蓿品種，與張彩枝[14]、陳玲玲[15]研究結(jié)果一致.

不同紫花苜蓿品種越冬率與根頸和根系特征成正相關(guān)關(guān)系，但均未達(dá)顯著水平(P>0.05).苜蓿根頸分枝直徑與越冬率的相關(guān)系數(shù)最大，可作為鑒定苜蓿品種越冬率高低的參考指標(biāo).

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(責(zé)任編輯李辛)

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

基金項(xiàng)目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金資助(CARS-35).

收稿日期：2015-04-20；修回日期：2015-07-06

中圖分類號(hào)：S 541+.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1003-4315(2016)03-0121-06

第一作者：楊秀芳(1980-)，女，助理研究員，碩士，研究方向?yàn)槟敛菰耘嗯c加工利用.E-mail：yyrrmm123@126.com