長(zhǎng)江下游農(nóng)區(qū)水稻套播多花黑麥草播種時(shí)間的研究

唐海洋， 馮 濤， 李政杰， 沈益新

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210095)

多花黑麥草(LoliummultiflorumL.)是我國(guó)南方農(nóng)區(qū)種植面積最大的優(yōu)質(zhì)牧草，常與水稻等作物接茬復(fù)種[1]。近年來(lái)，長(zhǎng)江下游農(nóng)區(qū)的水稻收割時(shí)間常推遲至10月下旬到11月上中旬[2]。由于晚秋氣溫較低，小苗生長(zhǎng)緩慢，待水稻收獲后播種的多花黑麥草在入冬前小苗生長(zhǎng)時(shí)間有限，容易導(dǎo)致小苗越冬率低，造成次年返青遲，大幅降低飼草產(chǎn)量[3-5]。如果在水稻收獲之前套播多花黑麥草，則可延長(zhǎng)冬前小苗的生長(zhǎng)時(shí)間，有利于及時(shí)形成壯苗[6,7]。但水稻收割前的強(qiáng)烈遮蔭環(huán)境對(duì)多花黑麥草小苗的生長(zhǎng)具有重要的影響[8]。套播于水稻田中的多花黑麥草能否適應(yīng)強(qiáng)烈及長(zhǎng)時(shí)間的遮蔭脅迫，以及水稻收獲后多花黑麥草小苗能否恢復(fù)生長(zhǎng)的相關(guān)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為探究多花黑麥草小苗對(duì)弱光照的適應(yīng)性，并為長(zhǎng)江下游農(nóng)區(qū)水稻套播多花黑麥草栽培技術(shù)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，本研究通過(guò)盆栽試驗(yàn)和稻田實(shí)地試驗(yàn)，研究了不同遮蔭強(qiáng)度和遮蔭時(shí)間條件下以及遮蔭脅迫解除后多花黑麥草小苗的生長(zhǎng)響應(yīng)；以及不同套播時(shí)間對(duì)多花黑麥草生產(chǎn)性能的影響。

1 材料與方法

供試多花黑麥草品種為四倍體普通品種(由河南世紀(jì)天緣生態(tài)科技有限公司提供),研究由盆栽模擬試驗(yàn)與稻田套播小區(qū)試驗(yàn)兩部分組成。

盆栽試驗(yàn)在南京市南京農(nóng)業(yè)大學(xué)內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)用土壤為沙和農(nóng)田表土混合物，沙:干土質(zhì)量比為1:2。試驗(yàn)土壤有機(jī)質(zhì)含量28.3 g·kg-1，速效磷5.12 mg·kg-1，速效鉀51.27 mg·kg-1。

田間試驗(yàn)在江蘇省興化市進(jìn)行。試驗(yàn)田水稻品種為南梗9108，水稻行株距30.0 cm×12.5 cm。2015年10月8日和10月18日采用TES-1339照度計(jì)實(shí)測(cè)水稻基部光照強(qiáng)度為全光照的45.6%。水稻田土壤有機(jī)質(zhì)18.64 g·kg-1，堿解氮127.16 mg·kg-1，有效磷53.53 mg·kg-1，速效鉀77.25 mg·kg-1。

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

盆栽試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)。主區(qū)設(shè)3個(gè)播種(遮蔭)時(shí)間處理，分別于10月7日(D1)、10月17日(D2)和10月27日(D3)播種，并開始遮蔭。裂區(qū)設(shè)不同強(qiáng)度的遮蔭處理，分別為全光照的47.5%(L1)、全光照的30.6%(L2)和全光照的10.7%(L3)；以全光照(L0)為對(duì)照。每個(gè)處理6次重復(fù)。

遮光處理采用黑色遮陽(yáng)網(wǎng)搭建遮蔭棚進(jìn)行，遮蔭棚規(guī)格為3 m×3 m×1.5 m，遮陽(yáng)網(wǎng)邊緣距地面30 cm，以保持棚內(nèi)外溫濕度一致。各處理都于2015年11月3日解除遮蔭。遮蔭處理時(shí)間分別為27 d(D1)、17 d(D2)和7 d(D3)。解除脅迫當(dāng)天及以后每7 d，即11月3日、10日、17日和24日,各處理采樣測(cè)定相關(guān)生長(zhǎng)和生理性狀。

田間試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)3個(gè)播種期，分別為10月8日(SD1)、10月18日(SD2)和11月2日(SD3，即水稻收割當(dāng)天)。2015年10月8日和18日分別在水稻生長(zhǎng)后期套播多花黑麥草。11月2日在水稻收割后板茬播種多花黑麥草。播種量均為30 kg·hm-2。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為3 m×4 m，3次重復(fù)。2016年3月10日，各小區(qū)施尿素(含N 46.2%)300 kg·hm-2，4月8日，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)0.5 m×0.5 m樣方5個(gè)，留茬3 cm刈割測(cè)定各小區(qū)飼草干物質(zhì)產(chǎn)量。5月18日，以相同的測(cè)定方法刈割,測(cè)定第二茬飼草干物質(zhì)產(chǎn)量。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1農(nóng)藝性狀

a.盆栽試驗(yàn)

株高：每盆選取生長(zhǎng)均勻的植株5株測(cè)定拉伸高度，取平均值為每盆觀測(cè)值。

干物質(zhì)產(chǎn)量：每盆選取生長(zhǎng)均勻的植株5株，剪取地上部分鮮草稱重后于通風(fēng)干燥箱中105℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重稱重，計(jì)算干物質(zhì)產(chǎn)量。

分蘗數(shù)：每盆選取具有代表性的植株5株，統(tǒng)計(jì)單株分蘗數(shù)。

絕對(duì)生長(zhǎng)速率(CGR)：每周單株生物量的增長(zhǎng)量；相對(duì)生長(zhǎng)速率(RGR)：每周單株生物量的凈累積值[9]。計(jì)算公式如下：

CGR=(W2-W1)/(t2- t1)×7；

RGR=(lnW2-lnW1)/(t2- t1)×7

其中W1、W2分別表示t1(遮蔭解除時(shí))和t2(遮蔭解除21 d)時(shí)刻的單株生物量。

b.田間試驗(yàn)

株高：每樣方隨機(jī)選取生長(zhǎng)均勻的植株5株，測(cè)定拉伸高度，取平均值為樣方觀測(cè)值。

干物質(zhì)產(chǎn)量：每樣方留茬3 cm，剪取地上部分鮮草,稱重后于通風(fēng)干燥箱中105℃殺青30 min， 65 ℃烘干至恒重稱重，計(jì)算干物質(zhì)產(chǎn)量。

分蘗數(shù)：每樣方隨機(jī)選取代表性的植株5株測(cè)定單株分蘗數(shù)。

莖粗：每樣方隨機(jī)選取代表性的植株5株，用游標(biāo)卡尺測(cè)定植株主莖直徑。

小苗越冬率：分別于越冬前(11月25日)及越冬后(2月21日)統(tǒng)計(jì)田間單位面積內(nèi)植株數(shù)量，計(jì)算越冬率。

1.2.2生理性狀 a.葉綠素含量：丙酮乙醇比色法[10]分析測(cè)定各處理葉綠素含量。

b.過(guò)氧化物酶(POD)活性：采用愈創(chuàng)木酚顯色法[11]測(cè)定各處理葉片組織POD活性，以每分鐘內(nèi)470 nm下的光密度(D470 nm)變化0.10為一個(gè)酶活性單位(U)。

c.丙二醛(MDA)含量：采用硫代巴比妥酸法[12]測(cè)定各處理葉片組織MDA含量。以μmol·g-1表示。

1.2.3營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累量 粗蛋白(CP)產(chǎn)量：采用凱氏定氮法[13](FOSS Kjeltec 8400全自動(dòng)凱氏定氮儀)測(cè)定飼草CP含量，并計(jì)算CP產(chǎn)量。

體外可消化干物質(zhì)產(chǎn)量(DDMY)：胃蛋白酶-纖維素酶兩步法[14]測(cè)定植株地上部體外干物質(zhì)消化率，并計(jì)算DDMY。

1.3 數(shù)據(jù)分析

盆栽試驗(yàn)以各性狀每盆的平均值為觀測(cè)值進(jìn)行方差分析。田間試驗(yàn)以各性狀小區(qū)的平均值為觀測(cè)值進(jìn)行方差分析。方差分析用SPSS 20.0軟件ANOVA程序進(jìn)行，并用Duncan法對(duì)各測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。差異顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 播種時(shí)間對(duì)多花黑麥草生長(zhǎng)的影響

2.1.1盆栽小苗生長(zhǎng) 播種時(shí)間對(duì)小苗單株生物量及株高有顯著影響(表1)，隨著播種時(shí)間的推遲，小苗單株生物量和株高均顯著降低(P<0.05)。與不遮蔭處理(CK)相比，同一播種時(shí)間的小苗，隨著遮蔭強(qiáng)度的增強(qiáng)，單株生物量、分蘗數(shù)及株高均顯著降低(P<0.05)(表1)。其中L2和L3遮蔭脅迫下，各播種期的小苗均未產(chǎn)生新分蘗，表明中度和重度的遮蔭阻礙了植株的生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)分蘗的發(fā)生和生長(zhǎng)產(chǎn)生較大的影響。

表1 播種時(shí)間對(duì)多花黑麥草苗期農(nóng)藝性狀的影響(盆栽試驗(yàn))Tab.1 Effects of sowing date on agronomic characters of Italian ryegrass (Pot experiment)

注：同列不同小寫字母表示同一播種時(shí)間下不同遮蔭強(qiáng)度間差異顯著，不同大寫字母表示同一遮蔭強(qiáng)度下不同播種時(shí)間處理間差異顯著(P<0.05);* 和** 分別表示差異顯著(P<0.05) 和極顯著(P<0.01)

Note: Different lowercase letters at the same column indicate significant difference among different shade treatments at the same sowing date and different capital letters indicate significant difference among different sowing date in the same shade treatment at the 0.05 level, * and ** indicate the significant difference at the 0.05 level and the 0.01 level

2.1.2田間試驗(yàn)小苗生長(zhǎng)及越冬率 由表2可知，越冬前多花黑麥草單株生物量、分蘗數(shù)、株高、莖粗及越冬存活率均隨播種時(shí)間的推遲而顯著降低(P<0.05)。10月8日播種，在水稻遮蔭下生長(zhǎng)25 d的小苗分蘗數(shù)、株高、莖粗及越冬率均與10月18日播種，在水稻遮蔭下生長(zhǎng)15 d的小苗差異不顯著；兩者均顯著高于11月2日水稻收獲后播種的小苗(P<0.05)。10月8日套播的小苗單株生物量顯著高于10月18日套播和水稻收獲后播種的小苗(P<0.05)。結(jié)果表明，水稻收割前25 d套播的多花黑麥草在冬前生長(zhǎng)及小苗越冬率均明顯高于水稻收割后直播的小苗。

表2 播種時(shí)間對(duì)越冬前多花黑麥草農(nóng)藝性狀及越冬率的影響Table 2 Effects of different sowing date on agronomic characters and overwintering survival rate of Italian ryegrass

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

Note: Values with different lower letters within the same column indicate significant difference at the 0.05 level, the same as bellow

2.2 遮蔭脅迫去除及水稻收獲后播種的小苗生長(zhǎng)

2.2.1農(nóng)藝性狀 盆栽模擬試驗(yàn)中，遮蔭解除后，各前處理的小苗生物量、分蘗數(shù)及株高均正常生長(zhǎng)。(圖1)。脅迫解除后的第21 d，前遮蔭處理的小苗生物量和分蘗數(shù)仍顯著低于對(duì)照(P<0.05)；L1和L2處理的株高與對(duì)照無(wú)顯著差異。脅迫解除后21 d內(nèi)，各前遮蔭處理的小苗絕對(duì)生長(zhǎng)速率雖顯著低于對(duì)照(P<0.05)，但L2和L3處理的小苗相對(duì)生長(zhǎng)速率與對(duì)照差異不顯著，L1處理則顯著高于對(duì)照(P<0.05)(表3)。

圖1 遮蔭去除后多花黑麥草的生長(zhǎng)(盆栽試驗(yàn))Fig.1 Effects of shade stress on growth of Italian ryegrass (Pot experiment)

2.2.2生理性狀 如圖2所示，遮蔭處理結(jié)束時(shí)，L2和L3遮蔭處理的小苗葉片POD活性均顯著低于對(duì)照(P<0.05)，L1與對(duì)照差異不顯著；各處理的MDA含量則顯著高于對(duì)照(P<0.05)，且隨著遮蔭強(qiáng)度的增大而增加。葉綠素含量表現(xiàn)為L(zhǎng)1>L2>L0>L3，差異顯著(P<0.05)。

圖2 遮蔭脅迫對(duì)多花黑麥草生理性狀的影響(盆栽試驗(yàn))Fig.2 Effects of shade stress on physiological characters of Italian ryegrass (Pot experiment)

解除遮蔭脅迫后，各前遮蔭處理植株的POD活性顯著升高(P<0.05)；MDA含量則顯著降低(P<0.05)。葉綠素含量有向?qū)φ湛繑n的趨勢(shì)。脅迫解除后第14 d，L1和L2處理POD活性、MDA含量與對(duì)照差異不顯著。脅迫解除后第21 d，各前遮蔭處理的植株葉片POD活性、MDA及葉綠素含量與對(duì)照均無(wú)顯著差異。結(jié)果表明，盡管遮蔭脅迫下植株受到了一定的生理傷害，但在脅迫解除后植株均可恢復(fù)。其恢復(fù)時(shí)間與前遮蔭脅迫強(qiáng)度有關(guān)。在全光照10.7%的強(qiáng)烈遮蔭處理下小苗依然能夠生長(zhǎng)，說(shuō)明多花黑麥草小苗對(duì)遮蔭脅迫的承受能力較強(qiáng)。此外，在全光照47.5%和30.6%兩個(gè)強(qiáng)度遮蔭處理解除后，小苗各項(xiàng)生理指標(biāo)能夠在7～14 d恢復(fù)至對(duì)照水平。

2.3 播種時(shí)間對(duì)干物質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量的影響

2.3.1產(chǎn)量 田間套播試驗(yàn)中，隨著播種時(shí)間的推遲，次年第一茬和第二茬飼草干物質(zhì)產(chǎn)量、粗蛋白質(zhì)產(chǎn)量、體外可消化干物質(zhì)產(chǎn)量均呈顯著下降的趨勢(shì)(P<0.05)(表4)。除第二茬的體外可消化干物質(zhì)產(chǎn)量和粗蛋白產(chǎn)量外，10月8日套播的兩茬飼草干物質(zhì)產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量均顯著高于10月18日套播和11月2日水稻收獲后播種處理(P<0.05)。結(jié)果說(shuō)明，較早套播能夠獲得較高的干物質(zhì)產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量。

表3 遮蔭去除后多花黑麥草的生長(zhǎng)速率Tab.3 Growth rate of Italian ryegrass after shade stress

表4 不同播種時(shí)間對(duì)多花黑麥草干物質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量的影響Tab.4 Effects of different sowing date on DMY and nutrient quality yield of Italian ryegrass

2.3.2干物質(zhì)產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量與越冬前農(nóng)藝性狀的相關(guān)性 由表5可知，多花黑麥草干物質(zhì)及粗蛋白含量與越冬前植株株高、分蘗數(shù)、莖粗及單株生物量均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，體外可消化干物質(zhì)產(chǎn)量與株高呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，與分蘗數(shù)、莖粗及單株生物量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。相關(guān)性分析表明，多花黑麥草冬前生長(zhǎng)的優(yōu)劣與次年飼草的干物質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量有密切的關(guān)系。

注：*和**分別表示顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)相關(guān)

Note：*and**indicete significant correlation at the 0.05 level and the 0.01 level

3 討論與結(jié)論

在水稻生長(zhǎng)后期套播多花黑麥草，首先要解決的問(wèn)題是其小苗能否在水稻基部強(qiáng)烈的遮蔭條件下生存和生長(zhǎng)。長(zhǎng)江下游農(nóng)區(qū)水稻高產(chǎn)栽培的行株距一般為30.0 cm×13.3 cm[15]。本試驗(yàn)中，田間實(shí)地調(diào)查的水稻栽植行株距為30.0 cm×12.5 cm，且在該株行距下水稻生育后期的地表光照強(qiáng)度為全光照的45.6%(變化幅度為40.4%～52.1%)。這一光照強(qiáng)度與本研究中盆栽試驗(yàn)的L1處理相當(dāng)，并高于L2處理。本研究結(jié)果表明，多花黑麥草小苗能夠在全光照30.6%的弱光條件下生存，但遮蔭處理明顯抑制了小苗分蘗的發(fā)生及生物量的累積，導(dǎo)致其生長(zhǎng)緩慢。此外，遮蔭脅迫還降低了小苗葉片過(guò)氧化物酶活性，并使細(xì)胞膜系統(tǒng)受到一定程度損傷,MDA含量升高。但遮蔭條件下小苗的葉綠素含量顯著升高。弱光環(huán)境下，植物葉片葉綠素含量的升高是適應(yīng)弱光脅迫的標(biāo)志之一[16]。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，多花黑麥草小苗具備適應(yīng)弱光照環(huán)境的能力，能夠在全光照30.6%(L2)以上的弱光條件下生存并緩慢生長(zhǎng)。因此，可以利用多花黑麥草小苗生長(zhǎng)適應(yīng)弱光照的能力在水稻生育后期將其種子套播入稻田。

在強(qiáng)烈遮蔭條件下，多花黑麥草植株的生長(zhǎng)發(fā)育普遍比較軟弱。在遮蔭條件去除后，小苗能否正常生長(zhǎng)是作物能否進(jìn)行套播的另一重要因素[17]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在去除遮蔭后，小苗的絕對(duì)生長(zhǎng)速率雖仍小于對(duì)照，但其相對(duì)生長(zhǎng)速率與對(duì)照無(wú)顯著差異，甚至高于對(duì)照。在生理性狀上，去除遮蔭7～14 d后，L1和L2處理的POD酶活性和MDA含量與對(duì)照差異不顯著。說(shuō)明遮蔭條件下生長(zhǎng)受到抑制、生理受到損傷的小苗在解除遮蔭后具有較強(qiáng)的生理修復(fù)能力，其生長(zhǎng)能夠在短期內(nèi)逐漸恢復(fù)到正常狀態(tài)。

長(zhǎng)江下游農(nóng)區(qū)常年在11月下旬到12月上旬入冬[18]。冬前能否形成壯苗、大苗對(duì)作物越冬和次年高產(chǎn)有重要作用[19-20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在水稻生長(zhǎng)后期將多花黑麥草種子套播于水稻田中，可使牧草提前至10月上旬播種，能夠有效延長(zhǎng)小苗生長(zhǎng)時(shí)間25 d左右。雖然水稻收獲前強(qiáng)烈的遮蔭脅迫使多花黑麥草小苗的生長(zhǎng)受到一定的抑制，但早期套播的小苗個(gè)體冬前要顯著大于水稻收獲后再播種的小苗，且套播小苗的越冬死亡率也顯著低于水稻收獲后播種的小苗。因此，提前套播能顯著提高次年的飼草產(chǎn)量。

綜上所述，在全光照30.6%以上的弱光條件下，多花黑麥草小苗可緩慢生長(zhǎng)，并可在遮蔭條件去除7～14 d后恢復(fù)正常生長(zhǎng)。水稻收割前25 d左右套播多花黑麥草有利于其在冬前長(zhǎng)成較大的苗，從而提高多花黑麥草苗越冬率和次年飼草產(chǎn)量。