5個(gè)苜蓿品種群體光合生產(chǎn)特征比較

張前兵，李艷霞，于 磊，魯為華，馬春暉

(1. 石河子大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，新疆石河子 832003；2. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子 832003)

5個(gè)苜蓿品種群體光合生產(chǎn)特征比較

張前兵1,2，李艷霞1，于 磊1,2，魯為華1,2，馬春暉1

(1. 石河子大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，新疆石河子 832003；2. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子 832003)

為探討綠洲區(qū)不同苜蓿品種群體光合生產(chǎn)特征，選擇5個(gè)苜蓿品種，在苜蓿生長(zhǎng)第2年對(duì)冠層群體輻射透過(guò)系數(shù)及群體光合速率進(jìn)行測(cè)定與分析。結(jié)果表明，隨著苜蓿植株生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程的推進(jìn)，各苜蓿品種的散射和直接輻射透過(guò)系數(shù)均呈下降的趨勢(shì)，散射輻射透過(guò)系數(shù)從分枝前期到初花期下降了31.6%～55.7%，直接輻射透過(guò)系數(shù)從天頂角7.5°～67.5°呈逐漸變小的趨勢(shì)。苜蓿群體光合速率的日變化呈單峰曲線，且無(wú)“午休”現(xiàn)象，各品種苜蓿群體光合速率的峰值均出現(xiàn)在13:30，‘胖多’的群體光合速率日均值最大，為3.39 g·m-2·h-1，‘阿爾岡金’最小，為2.85 g·m-2·h-1。不同品種苜蓿的群體光合速率在初花期達(dá)到峰值，均在4.0 g·m-2·h-1以上。整個(gè)生育期，各苜蓿品種的群體光合速率大小順序?yàn)椋骸侄唷?‘金皇后’>‘WL-323’>‘阿爾岡金’>‘新牧1號(hào)’。各品種苜蓿干草產(chǎn)量均為第1茬最高，占全年總產(chǎn)量權(quán)重的33.82%～34.88%，第4茬產(chǎn)量最低，其權(quán)重為15.81%～16.51%。不同品種之間，‘胖多’的總干草產(chǎn)量最高，為22 997 kg·hm-2，其次分別為‘阿爾岡金’‘金皇后’‘WL-323’和‘新牧1號(hào)’。從群體光合速率及產(chǎn)量的角度考慮，‘胖多’優(yōu)于其他4個(gè)品種，但其生產(chǎn)性能的穩(wěn)定性較差。

苜蓿；群體光合；輻射透過(guò)系數(shù)；葉分布；滴灌；綠洲區(qū)

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)在中國(guó)具有悠久的栽培歷史[1]，由于具有產(chǎn)草量高、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)好、抗逆性強(qiáng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“牧草之王”[2-3]。然而，由于苜蓿傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理方式較為粗放及品種篩選不合理等原因，導(dǎo)致苜蓿植株的光合能力較弱[4]，連續(xù)種植多年后產(chǎn)量水平降低較快，因此在苜蓿實(shí)際生產(chǎn)中從光合生理的角度探討苜蓿生長(zhǎng)發(fā)育特性，對(duì)苜蓿品種篩選及高產(chǎn)栽培技術(shù)改進(jìn)具有重要的意義。

光合作用是植物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[5]，作物產(chǎn)量的90%～95%來(lái)自光合作用形成的有機(jī)物[6]。群體光合速率受作物冠層結(jié)構(gòu)狀況的影響，優(yōu)化冠層結(jié)構(gòu)是增強(qiáng)作物群體光合作用的一項(xiàng)重要途徑[7]；而改善作物的冠層結(jié)構(gòu)，使更多的光能通過(guò)冠層到達(dá)植株低部葉片，增加冠層截獲光的比例是作物品種篩選和栽培技術(shù)改進(jìn)的重要目標(biāo)[8-9]。研究表明，冠層葉片的著生方式與群體光合效能的高低有著密切的關(guān)系，頂部葉片較直立，接近基部逐漸變?yōu)樗剑抢硐氲墓趯尤~片配置方式，有利于提高群體光合生產(chǎn)[10]。苜蓿葉片的光合作用是干草產(chǎn)量的直接來(lái)源，其光合作用也成為近年來(lái)學(xué)者研究的主要對(duì)象[11-13]。有關(guān)苜蓿光合作用的研究主要集中在葉片光合速率上[14-15]，對(duì)苜蓿群體光合生產(chǎn)特征的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。而對(duì)于多年生的紫花苜蓿而言，不同品種間的群體光合生產(chǎn)特征研究較少。陶雪等[16]研究認(rèn)為，不同灌溉方式對(duì)苜蓿光合特性和產(chǎn)草量具有重要影響，但并未涉及滴灌條件下苜蓿冠層群體輻射透過(guò)系數(shù)及其與群體光合生產(chǎn)的關(guān)系。因此，本研究在新疆綠洲區(qū)的氣候環(huán)境條件下，通過(guò)對(duì)滴灌條件下苜蓿的散射輻射透過(guò)系數(shù)、直射輻射透過(guò)系數(shù)、葉分布及群體光合速率的測(cè)定，明確綠洲區(qū)滴灌苜蓿群體光合生產(chǎn)特征，以期從群體光合生產(chǎn)的角度為中國(guó)綠洲區(qū)苜蓿品種篩選及高產(chǎn)栽培技術(shù)改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2014年在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站牧草試驗(yàn)田(44°26′ N，85°95′ E)進(jìn)行，年平均氣溫7.5～8.2 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 318～2 732 h，無(wú)霜期147～191 d，年平均降雨量180～270 mm，年蒸發(fā)量1 000～1 500 mm。土壤類型為灰漠土，土壤質(zhì)地為壤土。0～20 cm耕層土壤含有機(jī)質(zhì)20.1 g·kg-1、全氮1.16 g·kg-1、堿解氮72.8 mg·kg-1、速效磷34.8 mg·kg-1。前茬作物為棉花。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試品種為新疆大田普遍種植的5個(gè)苜蓿品種，涵蓋了本地普遍種植的苜蓿品種，具有較強(qiáng)的代表性，具體品種名稱及來(lái)源見(jiàn)表1。2013-04-20播種，播種方式為人工條播，播種量為18 kg·hm-2，播種行距30 cm，播種深度2.0 cm。小區(qū)面積5.0 m× 8.0 m，重復(fù)3次。由于苜蓿屬多年生豆科牧草，其品種特性在播種當(dāng)年往往不能充分表現(xiàn)，因此在苜蓿生長(zhǎng)的第2年(2014年)對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查研究，針對(duì)第1茬分別在分枝前期、分枝盛期、孕蕾期、初花期及盛花期進(jìn)行冠層群體輻射透過(guò)系數(shù)及群體光合速率的田間測(cè)定。苜蓿建植第2年共刈割4茬，在每茬苜蓿初花期(開(kāi)花10 %左右)進(jìn)行刈割，每一茬苜蓿灌溉2次水，共灌溉8次，每次灌溉量為600 m3·hm-2，根據(jù)田間苜蓿生長(zhǎng)及天氣情況在刈割前8～10 d、刈割后5～6 d進(jìn)行灌溉，灌溉方式為滴灌，滴灌帶淺埋于地表8～10 cm，間距60 cm，滴灌材料為新疆石河子天業(yè)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)，滴灌系統(tǒng)主管道直徑為90 mm，支管道直徑為63 mm，副管道直徑為32 mm，滴灌帶直徑為12.5 mm，滴頭流量為1.1 L·h-1，滴頭間距為30 cm。其他田間管理按照當(dāng)?shù)氐喂嘬俎Ｉa(chǎn)田進(jìn)行。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 冠層群體輻射透過(guò)系數(shù) 采用CI-110數(shù)字式植物冠層結(jié)構(gòu)分析儀(美國(guó) CID 公司)測(cè)定冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)。分別在第1茬分枝前期、分枝盛期、孕蕾期、初花期于7:00-9:00和19:00-21:00沒(méi)有強(qiáng)光直射時(shí)，將安裝有魚眼探測(cè)頭的觀測(cè)棒放置在苜蓿行間的中央，調(diào)整好水平，每個(gè)小區(qū)測(cè)定3～5個(gè)點(diǎn)。散射輻射透過(guò)系數(shù)(TCDP)和直射輻射透過(guò)系數(shù)(TCRP)通過(guò)CI-110分析儀自帶的操作軟件自動(dòng)計(jì)算得出。

表1 苜蓿品種及來(lái)源Table 1 The source of alfalfa cultivars

1.3.2 群體光合速率 測(cè)定參照馬富裕等[17]方法。使用GHX-305型光合作用儀在晴天光強(qiáng)穩(wěn)定為1 200～1 400 μmol·m-2·s-1(11:00-13:00)時(shí)進(jìn)行田間測(cè)定。測(cè)定用的同化箱由輕質(zhì)鋁合金框架和專用同化薄膜(為透明聚脂薄膜，透光率為85%～90%，同化箱罩住植物冠層并在密封后2 min內(nèi)不形成霧滴)組成，箱內(nèi)裝有2個(gè)風(fēng)扇以攪拌氣體。根據(jù)苜蓿的生長(zhǎng)特性，同化箱底座大小為長(zhǎng)60 cm、寬50 cm，高度依不同物候期株高而定。每個(gè)小區(qū)選擇有代表性的樣點(diǎn)3個(gè)，每個(gè)樣點(diǎn)測(cè)定3次，不同品種采用輪回測(cè)定的方法，每個(gè)處理每次測(cè)定時(shí)間為60 s，初花期日變化每隔2 h測(cè)定1次。

1.3.3 干草產(chǎn)量 用樣方法測(cè)定。在每茬苜蓿初花期(開(kāi)花10 %左右)隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致且能夠代表小區(qū)長(zhǎng)勢(shì)的苜蓿植株，以1 m× 1 m為1個(gè)樣方，用剪刀剪取樣方內(nèi)的苜蓿植株(留茬高度5 cm)，剔除雜草后稱量，記錄苜蓿植株鮮草產(chǎn)量，重復(fù)3次；另取3份250 g左右苜蓿鮮草樣帶回實(shí)驗(yàn)室于陰涼通風(fēng)處風(fēng)干至恒量，測(cè)定其含水率并折算出苜蓿干草產(chǎn)量(kg·hm-2)。具體計(jì)算公式為：

干草產(chǎn)量 = 鮮草產(chǎn)量 ×(1 - 含水率)

1.3.4 變異系數(shù) 在統(tǒng)計(jì)分析中，變異系數(shù)是反映一組數(shù)據(jù)相對(duì)波動(dòng)大小的一個(gè)常用參數(shù)，即：

V=100s/x

式中：V為變異系數(shù)，x與s分別代表該組數(shù)據(jù)的均值與標(biāo)準(zhǔn)差。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理與分析 采用Excel 2007和SPSS 18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，采用新復(fù)極差法(Duncan’s)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析，用Sigmaplot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 散射輻射透過(guò)系數(shù)

散射輻射是指太陽(yáng)輻射以散射的形式到達(dá)地面的輻射，可進(jìn)行光合作用，對(duì)光合作用有較大的輔助作用[18]。各苜蓿品種不同生育期的散射輻射透過(guò)系數(shù)如表2所示，隨著苜蓿植株生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程的推進(jìn)，各苜蓿品種的散射輻射透過(guò)系數(shù)均呈下降的趨勢(shì)，分枝前期與分枝盛期差異不顯著(P>0.05)，除品種‘WL-323’和‘胖多’外，分枝盛期、孕蕾期、初花期差異均顯著(P<0.05)。不同苜蓿品種各生育時(shí)期散射輻射透過(guò)系數(shù)下降幅度不同，其中，‘胖多’的下降幅度最小，從分枝前期到初花期下降31.6%，‘金皇后’的下降幅度最大，從分枝前期到初花期下降55.7%，這與其株型及品種的抗倒伏性能有著密切的關(guān)系，田間肉眼也可以觀察到‘胖多’的株型較為直立，而‘金皇后’在孕蕾期以后出現(xiàn)不同程度的倒伏現(xiàn)象，其他苜蓿品種則不明顯。

表2 各苜蓿品種不同生育時(shí)期散射輻射透過(guò)系數(shù)Table 2 The transmission coefficient of diffuse penetration at different growth stages in alfalfa varieties

注：同行中不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

Note: The different lowercase letter in same row is significant (P<0.05). The same as below.

2.2 直射輻射透過(guò)系數(shù)

直接輻射是指太陽(yáng)輻射以平行光的方式到達(dá)地面的輻射，是光合作用的主要光源。各苜蓿品種不同生育期的直射輻射透過(guò)系數(shù)如表3所示，各苜蓿品種的直射輻射透過(guò)系數(shù)從天頂角7.5°～67.5°呈逐漸變小的趨勢(shì)，在7.5°～22.5°天頂角下，從孕蕾期開(kāi)始各苜蓿品種的直接輻射透過(guò)系數(shù)顯著下降，相同生育時(shí)期同一苜蓿品種差異不顯著(P>0.05)；在37.5°～67.5°天頂角下，各生育時(shí)期不同苜蓿品種的直接輻射透過(guò)系數(shù)下降幅度較小，且在52.5°～67.5°天頂角下差異不顯著(P>0.05)。在相同天頂角度下，隨苜蓿生育時(shí)期的推進(jìn)，各苜蓿品種的直接輻射透過(guò)系數(shù)均呈下降的趨勢(shì)。相同生育時(shí)期及天頂角度下，不同苜蓿品種間直接輻射透過(guò)系數(shù)也存在一定的差異。

2.3 葉分布

為了更清楚地描述葉分布狀況，將所觀測(cè)結(jié)果在360°范圍內(nèi)以45°為1個(gè)單位，進(jìn)行8等分劃分，結(jié)果表明(表4)，隨苜蓿生育進(jìn)程的不斷推進(jìn)，8個(gè)區(qū)域的葉片分布頻率均逐漸增大，說(shuō)明在分枝前期至初花期隨苜蓿植株的生長(zhǎng)發(fā)育，植株冠層內(nèi)部在不斷地進(jìn)行自我調(diào)整，以更加充分地利用空間及光熱資源。各品種苜蓿的變異系數(shù)隨生育進(jìn)程的推進(jìn)其值逐漸減小，這也證明冠層結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有條件下不斷趨于合理，但‘WL-323’、‘阿爾岡金’和‘金皇后’品種的變異系數(shù)在初花期略有增加，這是由于在其生長(zhǎng)后期這3個(gè)品種均出現(xiàn)不同程度的倒伏現(xiàn)象所致。

2.4 群體光合速率

2.4.1 初花期各苜蓿品種群體光合速率的日變化 群體光合速率綜合了葉片形態(tài)、基因型效應(yīng)、冠層結(jié)構(gòu)等因素，而且能準(zhǔn)確地描述每單位土地面積上的光合能力，因此群體光合速率與作物產(chǎn)量具有密切的關(guān)系[19]。本試驗(yàn)在初花期測(cè)定了各品種苜蓿的群體光合速率日變化，結(jié)果表明(圖1)，苜蓿群體光合速率的日變化呈單峰曲線，這與其他作物群體光合速率的表現(xiàn)一致。各品種苜蓿群體光合速率的峰值均出現(xiàn)在13：30，所不同的是，各品種苜蓿的群體光合速率的日均值有差異，順序?yàn)椤侄唷?3.39 g·m-2·h-1)>‘WL-323’(3.27 g·m-2·h-1)>‘金皇后’(3.24 g·m-2·h-1)>‘新牧1號(hào)’(3.09 g·m-2·h-1)>‘阿爾岡金’(2.85 g·m-2·h-1)。

表3 不同天頂角下各苜蓿品種的直接輻射透過(guò)系數(shù)Table 3 The transmission coefficient of radiation penetration under different zenith angle in different alfalfa varieties

表4 各苜蓿品種不同生育期的葉分布Table 4 Leaf distribution of alfalfa varieties at different growth stages

2.4.2 不同生育時(shí)期群體光合速率比較 在不同生育時(shí)期對(duì)不同品種苜蓿進(jìn)行群體光合速率的測(cè)定，結(jié)果表明(圖2)，從分枝期開(kāi)始，隨著苜蓿植株生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程的推進(jìn)，苜蓿植株的群體光合速率逐漸增強(qiáng)，在初花期達(dá)到峰值，均在4.0 g·m-2·h-1以上，盛花期略有下降，以后逐漸降低。相同生育時(shí)期，‘胖多’的群體光合速率顯著大于其他各品種(P<0.05)。整個(gè)生育期，各苜蓿品種的群體光合速率表現(xiàn)為‘胖多’>‘金皇后’>‘WL-323’>‘阿爾岡金’>‘新牧1號(hào)’。

圖1 初花期各品種苜蓿群體光合速率日變化Fig.1 Diurnal variations of canopy apparent photosynthetic rate at early flowering stage in different alfalfa varieties

相同生育時(shí)期不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

The different lowercase letter of the same growth stage is significant (P<0.05).

圖2 各品種苜蓿不同生育時(shí)期群體光合速率
Fig.2 Canopy apparent photosynthetic rate at different growth stages in different alfalfa varieties

2.5 苜蓿干草產(chǎn)量

產(chǎn)量是衡量草地生產(chǎn)能力的主要指標(biāo)。苜蓿的產(chǎn)量是指單位面積上苜蓿通過(guò)光合作用生產(chǎn)的地上部分各種器官生物量的總和。對(duì)各品種苜蓿不同茬次的產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明(表5)，隨刈割次數(shù)的增多各品種苜蓿干草產(chǎn)量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，均為第1茬最高，約占全年總產(chǎn)量權(quán)重的33.82%～34.88%，其次分別為第2茬、第3茬，第4茬產(chǎn)量最低，其權(quán)重也最小，為15.81%～16.51%，且第1茬干草產(chǎn)量顯著大于其他各茬次(P<0.05)，第2茬與第3茬差異不顯著(P>0.05)，但均顯著大于第4茬(P<0.05)。不同品種之間，‘胖多’的總干草產(chǎn)量最高為22 997 kg·hm-2，其次分別為‘阿爾岡金’‘金皇后’‘WL-323’和‘新牧1號(hào)’。

苜蓿產(chǎn)草量的變異系數(shù)反映苜蓿年內(nèi)生產(chǎn)力的均勻程度。變異系數(shù)越大，則年內(nèi)各茬次苜蓿干草產(chǎn)量的穩(wěn)定性越差，而變異系數(shù)小的品種則各茬次的干草產(chǎn)量較為穩(wěn)定。從表5可以看出，‘胖多’的變異系數(shù)最大，為0.314 4，說(shuō)明該品種雖然總產(chǎn)量最高，但其生產(chǎn)性能的發(fā)揮不穩(wěn)定，易受外界因素的影響，‘阿爾岡金’的變異系數(shù)最小，為0.283 1，說(shuō)明該品種的干草產(chǎn)量在茬次間的波動(dòng)較小，其生產(chǎn)性能比較穩(wěn)定。

3 討 論

3.1 不同品種苜蓿光輻射特性

群體輻射透過(guò)系數(shù)可以反映光輻射在作物冠層中的傳播狀況及透光性[20]。馮國(guó)藝等[18]研究認(rèn)為，群體的散射輻射和直射輻射透過(guò)系數(shù)分別為0.20～0.55和0.22～0.56時(shí)處于較適宜的范圍，中、下層葉片受光良好，冠層各層次葉片群體光合速率差異較小。李源等[21]研究發(fā)現(xiàn)，不同高度層次植株的散射輻射透過(guò)系數(shù)表現(xiàn)出規(guī)律的變化，在植株頂端散射輻射透過(guò)系數(shù)最高，中層有所降低，而下層又逐漸升高，其群體的散射輻射和直射輻射透過(guò)系數(shù)分別為0.25～0.56和0.29～0.63。本研究結(jié)果表明，各苜蓿品種在不同生育時(shí)期的群體散射輻射系數(shù)為0.192～0.433，與前人研究結(jié)果相比處于適宜的范圍之內(nèi)(表2)。韓清芳等[22]研究認(rèn)為，苜蓿上、中、下葉位光合速率的變化，在光合有效輻射達(dá)到全天最大值之前主要受氣孔因素的影響，而達(dá)到全天最大值之后則受非氣孔因素的影響。不同品種苜蓿群體輻射透過(guò)系數(shù)從孕蕾期開(kāi)始顯著降低(表2、3)，這主要是由于在分枝期苜蓿行間還沒(méi)有完全封壟，群體輻射透過(guò)系數(shù)仍較大，從孕蕾期開(kāi)始苜蓿行間封壟，群體散射輻射和直射輻射透過(guò)系數(shù)減小?？梢?jiàn)，從孕蕾期開(kāi)始，不同苜蓿品種群體輻射透過(guò)系數(shù)開(kāi)始處于較適宜的范圍，既避免了光輻射在苜蓿冠層中傳播衰減而造成群體郁閉，又保證了苜蓿植株對(duì)光能的充分利用，進(jìn)而提高光能利用效率。

表5 苜蓿干草產(chǎn)量Table 5 Hay yield of different alfalfa varieties

注：行中不同小寫字母表示相同品種苜蓿不同茬次間差異顯著(P<0.05)。

Note: The different lowercase letter in row presents different cuts of the same alfalfa varieties is significant(P<0.05).

3.2 不同品種苜蓿群體光合生產(chǎn)特性

光合作用是作物生產(chǎn)力構(gòu)成的重要因素，研究作物的光合作用有助于人們采取合適的栽培管理措施以提高作物的光合性能，進(jìn)而提高作物的產(chǎn)量。通常，作物的光合特性用光合速率來(lái)描述。由于作物的單葉光合速率與產(chǎn)量之間的關(guān)系眾說(shuō)不一，學(xué)者們開(kāi)始把目光轉(zhuǎn)向?qū)θ后w光合速率的研究上[23]。盡管并非任何條件下群體光合速率與作物產(chǎn)量都有很好的相關(guān)性，但用群體光合速率這一指標(biāo)來(lái)分析作物光合性能與產(chǎn)量之間的關(guān)系比用單葉更為準(zhǔn)確，對(duì)此已經(jīng)基本形成了共識(shí)[24-25]。作物光合作用日變化是在一定的天氣環(huán)境條件下，各種生理生態(tài)因子綜合效應(yīng)的最終反應(yīng)，其動(dòng)態(tài)變化可作為分析產(chǎn)量限制因素的重要依據(jù)[26]。本試驗(yàn)在田間條件下各品種苜蓿的群體光合速率日變化呈單峰曲線(圖1)，并未發(fā)現(xiàn)苜蓿植株群體光合有“午休”現(xiàn)象。而對(duì)葉片光合日變化的研究表明，苜蓿葉片光合速率日變化均表現(xiàn)出光合“午休”現(xiàn)象[27-28]，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能與群體光合需要高光強(qiáng)及群體內(nèi)各葉片受光不同[24]，而單葉的光合“午休”主要受氣孔因素限制有關(guān)[26]。

光合特征是苜蓿的生理生態(tài)特性之一，研究不同品種苜蓿的光合特性有利于了解不同品種苜蓿對(duì)光的利用率，進(jìn)而分析其光合性能的差異。不同作物之間的光合性能差異較大，同一作物不同品種之間的光合性能也存在顯著差異。苜蓿不同品種之間的群體光合強(qiáng)弱也存在差異，一般情況下，高產(chǎn)苜蓿品種的群體光合速率較高，低產(chǎn)品種的群體光合速率也較低。呂小東等[29]對(duì)11個(gè)國(guó)外苜蓿品種光合性能的研究認(rèn)為，苜蓿各品種間光合性能有很大差異，引進(jìn)品種‘WL323’‘金皇后’‘阿爾岡金’和‘農(nóng)寶’的光合性能都優(yōu)于‘敖漢’苜蓿。本研究結(jié)果表明，5個(gè)品種苜蓿整個(gè)生育期群體光合速率順序?yàn)椋骸侄唷?‘金皇后’>‘WL-323’>‘阿爾岡金’>‘新牧1號(hào)’(圖2)，結(jié)合葉分布來(lái)看，整個(gè)生育期‘胖多’的葉分布更為合理(表4)，同時(shí)，結(jié)合各品種苜蓿干草產(chǎn)量來(lái)看，‘胖多’的產(chǎn)量最高(表5)，說(shuō)明高產(chǎn)品種的高產(chǎn)性能發(fā)揮與高的群體光合速率、合理的冠層結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。然而，并非所有的高產(chǎn)品種都具有相對(duì)較高的群體光合速率，因?yàn)樽魑锂a(chǎn)量的高低由光合時(shí)間、光合面積、光合速率和呼吸速率等影響光合性能的諸多因素綜合決定，并非群體光合速率單個(gè)因素。各品種苜蓿整個(gè)生育期群體光合速率在初花期達(dá)到最大(圖2)，眾所周知，在初花期苜蓿的干草產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)將達(dá)到最佳耦合，而生產(chǎn)中一般也在初花期進(jìn)行刈割，以確保苜蓿的綜合經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最佳，所以苜蓿干草產(chǎn)量主要是在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期形成，因此，確保在苜蓿營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期達(dá)到較高并維持較長(zhǎng)時(shí)間的群體光合速率、形成合理的冠層結(jié)構(gòu)，是苜蓿高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要栽培目標(biāo)之一。

3.3 不同品種苜蓿干草產(chǎn)量構(gòu)成特征

同一生長(zhǎng)年份苜蓿各茬次產(chǎn)量對(duì)總干草產(chǎn)量具有重要的影響。研究表明，全年刈割3茬的苜蓿不同茬次間干草產(chǎn)量存在顯著差異，其中第1茬的干草產(chǎn)量最高，占全年總干草產(chǎn)量的51%，第2茬和第3茬的干草產(chǎn)量分別占全年總干草產(chǎn)量的35%和14%[30]。本研究結(jié)果表明，隨苜蓿刈割茬次的增加各品種的干草產(chǎn)量均呈下降趨勢(shì)，不同品種苜?？偢刹莓a(chǎn)量排序依次為：‘胖多’>‘金皇后’>‘阿爾岡金’>‘WL-323’>‘新牧1號(hào)’(表5)，此排序結(jié)果在一定程度上可以反映各品種苜蓿的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性能。同時(shí)，苜蓿不同茬次的干草產(chǎn)量存在顯著性差異，其中第1茬干草產(chǎn)量最高，占全年總干草產(chǎn)量權(quán)重的33.82%～34.88%，其次隨刈割次數(shù)的增加其干草產(chǎn)量的權(quán)重依次遞減(表5)，這主要是因?yàn)樯弦荒曜詈笠徊缲赘钤谏蟽銮耙粋€(gè)月完成，苜蓿根部積累了一定的地上光合產(chǎn)物，保證本年度第1茬苜蓿在返青期的旺盛生長(zhǎng)，同時(shí)，第1茬苜蓿的生長(zhǎng)期較長(zhǎng)(從返青3月26日開(kāi)始計(jì)算，共計(jì)60 d)，而第2、3茬的生長(zhǎng)時(shí)間都較短(32～35 d)，雖然第4茬生長(zhǎng)時(shí)間(45 d)比第2、3茬長(zhǎng)，但由于秋季溫度降低、光照強(qiáng)度減弱及光照時(shí)間縮短，導(dǎo)致該茬苜蓿干草產(chǎn)量最低。另外，該年度已經(jīng)收獲了3茬，苜蓿根部?jī)?chǔ)存的養(yǎng)分可能已經(jīng)消耗殆盡，造成第4茬苜蓿生長(zhǎng)養(yǎng)分供給不足。因此，苜蓿第1茬對(duì)全年總干草產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大，應(yīng)該做好第1茬苜蓿的田間管理工作；苜蓿第4茬對(duì)全年總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最低，但卻不能忽視苜蓿第4茬的田間管理，因?yàn)檐俎槎嗄晟敛?，最后一茬的生長(zhǎng)狀況會(huì)直接影響苜蓿的越冬性能和來(lái)年的產(chǎn)量。

4 結(jié) 論

各品種苜蓿群體光合速率日變化均呈單峰曲線，峰值均出現(xiàn)在13:30，不同苜蓿品種中，‘胖多’的群體光合速率日均值最大，‘阿爾岡金’最小，不同品種苜蓿群體光合均無(wú)“午休”現(xiàn)象。苜蓿整個(gè)生育期的群體光合速率在初花期達(dá)到峰值。整個(gè)生育期，‘胖多’的葉分布較為合理，不同苜蓿品種的群體光合速率順序?yàn)椋骸侄唷?‘金皇后’>‘WL-323’>‘阿爾岡金’> ‘新牧1號(hào)’。不同苜蓿品種中‘胖多’的總干草產(chǎn)量最高，其次分別為‘阿爾岡金’‘金皇后’‘WL-323’和‘新牧1號(hào)’。各品種中苜蓿干草產(chǎn)量均為第1茬顯著大于其他各茬次，且‘胖多’的變異系數(shù)明顯大于‘阿爾岡金’。綜上所述，從群體光合速率、冠層結(jié)構(gòu)、各茬次產(chǎn)量及總干草產(chǎn)量的角度綜合考慮，不同苜蓿品種中‘胖多’優(yōu)于其他各品種，但其生產(chǎn)性能的穩(wěn)定性較差。因此，在生產(chǎn)中應(yīng)綜合各方面的條件根據(jù)具體生產(chǎn)要求及生產(chǎn)實(shí)際選擇適合本地區(qū)種植的苜蓿品種。

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(責(zé)任編輯：潘學(xué)燕 Responsible editor:PAN Xueyan)

Canopy Apparent Photosynthetic Characteristics of Five Alfalfa Varieties

ZHANG Qianbing1,2, LI Yanxia1, YU Lei1,2, LU Weihua1,2and MA Chunhui1

(1.The College of Animal Science & Technology, Shihezi University, Shihezi Xinjiang 832003, China；2. Key Laboratory of Oasis Ecology Agriculture of Xinjiang Production and Construction Groups, Shihezi Xinjiang 832003, China)

To explore the characteristics of canopy photosynthesis production of different alfalfa varieties in oasis, five alfalfa varieties were chosen, and canopy radiation transmission coefficient and canopy apparent photosynthetic were measured and analyzed in the second growth year of alfalfa. The results showed that, with the growth and development of alfalfa plant, the transmission coefficient of diffuse penetration (TCDP) and transmission coefficient of radiation penetration (TCRP) of different alfalfa varieties showed a downward trend, and TCDP decreased by 31.6%-55.7% from the early branching stage to the beginning stage of flowering, and TCRP showed a downward trend from zenith angle 7.5 °-67.5 °. Diurnal variation of photosynthetic rate of ‘a(chǎn)lfalfa’ population photosynthetic rate showed a single peak curve, without midday depression. The peak of canopy apparent photosynthetic rate of different alfalfa varieties occurred at 13:30, and the biggest daily mean value of canopy apparent photosynthesis rate was 3.39 g·m-2·h-1detected in ‘Pangduo’, and the lowest value was 2.85 g·m-2·h-1detected in Algonquin. The canopy photosynthetic rate of different alfalfa varieties reached the peak, more than 4.0 g·m-2·h-1, in the early flowering period. The order of canopy apparent photosynthetic rate of different alfalfa varieties was ‘Pangduo’ > ‘Golden Empress’> ‘WL-323’> ‘Algonquin’>‘Xinmu No.1’. The hey yield of first cut of different alfalfa varieties was the highest during the whole growth period, accounted for 15.81%-16.51% of total mass, and the fourth cut was the lowest, accounted for 33.82%-34.88% of total mass. ‘Pangduo’ had the highest total hay yield for 22 997 kg·hm-2, then followed by ‘Algonquin’, ‘Golden Empress’, ‘WL-323’, and ‘Xinmu No.1’, respectively. Considering canopy apparent photosynthetic rate and hay yield, ‘Pangduo’ was better than the other four varieties, even though it had poor stability of production performance.

Alfalfa; Canopy apparent photosynthesis; Radiation transmission coefficient; Leaf distribution; Drip irrigation; Oasis

2016-12-11 Returned 2017-01-20

The National Natural Science Foundation of China (No.31660693); the Project Funded by China Postdoctoral Science Foundation(No.2017M613252);the Youth Innovation Talent Cultivation Program of Shihezi University(No.CXRC201605)；Corps Agricultural Technology Promotion Project(No.CZ0021)；the Corps Doctor Special Fund(No.2012BB017);the National Grass Industry Technology System Project(No.CARS-35).

ZHANG Qianbing,male,Ph.D,associate professor. Research area: efficient production of artificial grassland. E-mail: qbz102@163.com

日期：2017-06-05

2016-12-11

2017-01-20

國(guó)家自然科學(xué)基金(31660693)；中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2017M613252)；石河子大學(xué)青年創(chuàng)新人才培育計(jì)劃(CXRC201605)；兵團(tuán)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣專項(xiàng)(CZ0021)；兵團(tuán)博士資金專項(xiàng)(2012BB017)；國(guó)家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-35)。

張前兵，男，博士，副教授，研究方向?yàn)槿斯げ莸馗咝a(chǎn)。E-mail：qbz102@163.com

S541.9

A

1004-1389(2017)06-0873-09

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20170605.1715.018.html