種植密度和施磷肥對(duì)黃花草木樨種子產(chǎn)量的影響

駱凱，張吉宇，王彥榮

(蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

草木樨(Melilotusspp.)為豆科一年生或二年生草本植物，原產(chǎn)于歐亞大陸和北非[1]，廣泛分布于我國西北、東北和華北地區(qū)。因其具有抗旱、抗寒、耐鹽堿、耐貧瘠和固氮能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，常作為防風(fēng)固沙、保持水土的生態(tài)草以及改善土壤肥力的綠肥植物種植[2-4]。其中，黃花草木樨(M.officinalis)和白花草木樨(M.albus)為該屬最常見的栽培利用種。前人已有報(bào)道，與紫花苜蓿(Medicagosativa)等豆科牧草相比，草木樨在寒冷、貧瘠的華北農(nóng)牧交錯(cuò)地區(qū)能更安全越冬[5]；國外也有研究表明，草木樨可在紫花苜蓿無法生長的中度鹽堿地種植[6]；草木樨營養(yǎng)價(jià)值略次于紫花苜蓿，但產(chǎn)量可高出苜蓿20%[7]。因此，在西北氣候干旱、寒冷、土壤貧瘠或鹽堿化等地區(qū)推廣種植草木樨，有利于解決我國蛋白型飼料供應(yīng)不足的問題。但草木樨含有香豆素(coumarin)，在草產(chǎn)品加工和儲(chǔ)藏過程中，不具有毒性的香豆素在霉菌等作用下可轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂卸拘缘碾p香豆素(dicoumarin)，影響適口性的同時(shí)還可能因過量食用影響家畜的健康[8-10]。對(duì)國內(nèi)外100余份草木樨種質(zhì)的農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)結(jié)果認(rèn)為，引自加拿大的黃花草木樨品種‘Norgold’具有香豆素含量低、粗蛋白含量較高等特點(diǎn)[11-12]，而我國培育的品種‘天水’適應(yīng)性好、草產(chǎn)量較高，具有一定的示范和推廣價(jià)值。因此，有必要對(duì)這2個(gè)品種進(jìn)一步開展種子繁殖等方面的研究。

種子繁殖是牧草品種擴(kuò)繁和推廣的重要環(huán)節(jié)，充足的種子數(shù)量是提高該環(huán)節(jié)進(jìn)程的保障，但目前國內(nèi)外缺乏系統(tǒng)的草木樨種子生產(chǎn)田栽培與管理技術(shù)研究。植株密度和施肥等栽培措施是牧草種子豐產(chǎn)的關(guān)鍵因子。過高的密度使單一植株的透光、通風(fēng)、傳粉等受到嚴(yán)重阻礙，生長后期易倒伏，進(jìn)而降低種子產(chǎn)量[13]。稀植化種子生產(chǎn)能通過在一定范圍內(nèi)增加個(gè)體單株?duì)I養(yǎng)面積，提高群體內(nèi)光照強(qiáng)度，改善植株冠層結(jié)構(gòu)，使種子產(chǎn)量相應(yīng)提高[14]，但密度過低則會(huì)導(dǎo)致單位面積內(nèi)群體效率較低。磷是生物體內(nèi)三磷酸腺苷、核酸、磷脂等遺傳物質(zhì)的重要組成元素，施用磷肥可促進(jìn)植物根莖生長和果實(shí)發(fā)育，減輕植株倒伏程度并提高抗性[15-16]。豆科牧草由于根部的根瘤菌能固定游離氮素，對(duì)氮肥的需求很小，相比而言對(duì)磷肥的需求較高。國內(nèi)外在施磷肥對(duì)豆科牧草種子產(chǎn)量影響的報(bào)道顯示，適度施用磷肥可提高種子產(chǎn)量，提高經(jīng)濟(jì)效益[17-19]。

河西走廊耕地面積約有66.5萬hm2，其中水澆地約49.6萬hm2，是甘肅省重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū)之一。該地區(qū)具有氣候干燥，日照時(shí)間長，水熱資源豐富等特點(diǎn)，是農(nóng)作物種子生產(chǎn)的理想?yún)^(qū)域，現(xiàn)已發(fā)展成為農(nóng)作物和牧草種子生產(chǎn)的重要產(chǎn)業(yè)區(qū)[20]。位于河西走廊的甘肅省臨澤縣是典型的綠洲農(nóng)業(yè)地區(qū)之一，畜牧業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)，在該地區(qū)發(fā)展種子產(chǎn)業(yè)可為牧草生產(chǎn)提供基本生產(chǎn)資料。本研究以黃花草木樨品種‘天水’和‘Norgold’為材料，探討不同密度和施磷肥量耦合對(duì)黃花草木樨種子產(chǎn)量的影響，旨為該地區(qū)黃花草木樨種子生產(chǎn)提供科學(xué)的技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

圖1 2015-2016年臨澤縣降水量及平均氣溫Fig.1 Precipitation and average air temperature in Linze in 2015 and 2016

研究地點(diǎn)位于甘肅省張掖市臨澤縣的蘭州大學(xué)臨澤草地生態(tài)試驗(yàn)站。該站位于100°02′ E，39°15′ N，海拔約1390 m；該地區(qū)屬于大陸性溫帶干旱氣候，年均降水量121.5 mm，年均蒸發(fā)量2337.6 mm，年均溫7.6 ℃，最低溫度-28 ℃，最高溫度38 ℃；光熱資源充沛，生理輻射300.61 kJ·cm-2，光合有效輻射量達(dá)226.13 kJ·cm-2。圖1為2015-2016年該地區(qū)月平均降水量和月平均氣溫，兩年降水量均高于歷史平均值，降水主要集中在6-8月，占全年總量的58%左右。試驗(yàn)地土壤類型為草甸土，pH為7.5，全氮含量0.80 g·kg-1，全磷含量0.76 g·kg-1，速效磷1.85 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究所用黃花草木樨品種為‘天水’和‘Norgold’。供試品種皆為二年生黃花草木樨，僅在種植第2年結(jié)種子，因此2015和2016年的種子生產(chǎn)田分別于前一年的6月底至7月初播種。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，4次重復(fù)。主區(qū)為種植密度，設(shè)3個(gè)株距(30、45、60 cm)，行距為80 cm；副區(qū)為施磷肥處理，施肥量分別為0、40、80、120 kg·hm-2，返青后春季溝施，一次性施入。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1物候期測定 參考楊青川[21]的方法對(duì)種子田物候期進(jìn)行觀測，50%的植株達(dá)到某一生育期即判斷為到達(dá)該生育期。

1.3.2實(shí)際種子產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素測定 在盛花期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取30個(gè)枝條，統(tǒng)計(jì)花序數(shù)/生殖枝和小花數(shù)/花序。結(jié)莢末期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)采取植株不同部位結(jié)莢花序30個(gè)，統(tǒng)計(jì)莢果數(shù)/結(jié)莢花序。當(dāng)70%的莢果成熟時(shí)進(jìn)行人工收割，取1 m×1 m的樣方，測量該樣方內(nèi)的生殖枝數(shù)量，記作生殖枝數(shù)·m-2，曬干后清選脫粒，分別稱重、記載各小區(qū)的實(shí)際種子產(chǎn)量(actual seed yield, ASY)，換算成kg·hm-2。千粒重測定為各小區(qū)收獲的種子中取20 g樣品，隨機(jī)數(shù)取1000粒種子稱重，重復(fù)4次。黃花草木樨每小花只有1個(gè)胚珠，故胚珠數(shù)/小花記為1。潛在種子產(chǎn)量(potential seed yield, PSY, kg·hm-2)計(jì)算公式為：

PSY=(生殖枝數(shù)·m-2×花序數(shù)/生殖枝×小花數(shù)/花序×胚珠數(shù)/小花×千粒重)/100

1.3.3統(tǒng)計(jì)分析 采用Excel 2007對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入、整理和作圖，應(yīng)用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過標(biāo)準(zhǔn)F檢驗(yàn)分析主效應(yīng)以及主效應(yīng)間的交互作用，使用Duncan法對(duì)不同處理進(jìn)行多重比較，用相關(guān)和通徑分析評(píng)價(jià)種子產(chǎn)量及其構(gòu)成因素間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 物候期測定

黃花草木樨‘天水’和‘Norgold’整體的生育期相近，為103～107 d，其中‘Norgold’較‘天水’開花提前，但兩個(gè)品種差別不大，2015年整體生育期較2016年提前(表1)。

表1 黃花草木樨物候期Table 1 M. officinalis phenophase (月-日 Month-day)

2.2 密度和施肥量對(duì)黃花草木樨種子產(chǎn)量的影響

不同年份實(shí)際產(chǎn)量存在顯著差異(P<0.05)，每花序莢果數(shù)存在極顯著差異(P<0.01)；品種間生殖枝數(shù)、實(shí)際產(chǎn)量和潛在產(chǎn)量存在極顯著差異(P<0.01)，每花序小花數(shù)存在顯著差異(P<0.05)；密度不同，生殖枝數(shù)、實(shí)際產(chǎn)量和潛在產(chǎn)量存在極顯著差異(P<0.01)；施肥量不同的條件下，生殖枝數(shù)、種子千粒重、實(shí)際產(chǎn)量和潛在產(chǎn)量均存在極顯著差異(P<0.01)；密度和施肥量互作(D×F)對(duì)實(shí)際種子產(chǎn)量有極顯著(P<0.01)影響，但對(duì)潛在產(chǎn)量影響不顯著(P>0.05)(表2)。

‘天水’黃花草木樨在高密度(30 cm株距)下，實(shí)際產(chǎn)量隨著施肥量的增加表現(xiàn)為下降趨勢或者變化不明顯；在2015年的60 cm株距以及在2016年的45和60 cm株距下，隨著施肥量的增加，實(shí)際產(chǎn)量呈先升高再降低的趨勢；在2015年，60 cm株距下施用80 kg·hm-2P2O5，‘天水’種子產(chǎn)量最高，為1278 kg·hm-2； 在2016年，45 cm株距的密度處理和80 kg·hm-2P2O5施肥處理下，種子產(chǎn)量最高，達(dá)到1215 kg·hm-2；60 cm株距施用80 kg·hm-2P2O5的兩年平均實(shí)際種子產(chǎn)量最高，為1234 kg·hm-2；兩年平均實(shí)際種子產(chǎn)量與潛在種子產(chǎn)量比值在1.66%～2.26%(表3)。對(duì)于‘Norgold’品種，除了低密度下(60 cm株距)，種子實(shí)際產(chǎn)量表現(xiàn)為隨施肥量增加而升高，在其他密度下，產(chǎn)量隨著施肥量的增加呈先升高再降低的趨勢；在45 cm株距的密度施80 kg·hm-2P2O5的處理下，‘Norgold’兩年的種子產(chǎn)量表現(xiàn)最佳，分別為2015年的1613 kg·hm-2和2016年的1428 kg·hm-2，兩年平均實(shí)際種子產(chǎn)量與潛在種子產(chǎn)量比值為1.39%～2.18%(表4)?？傮w來看，隨著株距增加，‘天水’黃花草木樨實(shí)際種子產(chǎn)量呈上升的趨勢，而‘Norgold’黃花草木樨實(shí)際種子產(chǎn)量隨株距增加呈先升高后降低的趨勢；隨著施肥量的增加，兩個(gè)黃花草木樨品種種子產(chǎn)量總體呈先上升再下降或趨平的變化趨勢。

表2 年份、品種、密度、施肥及互作對(duì)黃花草木樨種子產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的方差分析Table 2 ANOVA of year, variety, density, fertilizer and their interactions on seed yield and yield components within M. officinalis

注：*表示顯著相關(guān)(P<0.05)，**極顯著相關(guān)(P<0.01)，NS表示沒有顯著相關(guān)。下同。

Note: * indicates significant correlation at the 0.05 level of probability, ** indicates significant correlation at the 0.01 level of probability, NS indicates no significant correlation. The same below.

表3 種植密度和施磷量對(duì)‘天水’黃花草木樨種子產(chǎn)量的影響Table 3 Effect of planting density and phosphorus fertilizer rate on seed yield of M. officinalis var. Tianshui

注：同列不同字母表示在0.05水平下差異顯著。下同。

Note: Different letters in the same column mean significant difference at the 0.05 level. The same below.

2.3 實(shí)際種子產(chǎn)量及其構(gòu)成因素相關(guān)和通徑分析

黃花草木樨實(shí)際種子產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素相關(guān)和通徑分析表明，生殖枝數(shù)與實(shí)際種子產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.613，直接通徑系數(shù)為0.606；相關(guān)系數(shù)與直接通徑系數(shù)接近且最大，說明生殖枝數(shù)直接影響種子產(chǎn)量；每生殖枝花序數(shù)和種子千粒重均通過生殖枝數(shù)對(duì)種子產(chǎn)量有較大的間接作用，間接通徑系數(shù)皆為0.077(表5)。

表5 黃花草木樨種子產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素通徑分析Table 5 Path coefficient analysis between seed yield and its components of M. officinalis

3 討論

合理的植株密度是牧草種子田高產(chǎn)的基本條件，行株距的調(diào)節(jié)是實(shí)現(xiàn)種子田密度調(diào)控的主要手段[22-24]。對(duì)于植株高大的豆科牧草而言，適度稀植有利于通風(fēng)、透光、授粉，進(jìn)而增加有效分枝數(shù)和結(jié)莢率等，提高種子產(chǎn)量[25]。從總體來看，45和60 cm株距下的種子產(chǎn)量高于30 cm株距的，說明稀植條件下黃花草木樨群體的單株?duì)I養(yǎng)面積得到改善，促進(jìn)生殖枝的形成，使繁殖系數(shù)增加。而密植情況下，植物單株獲取的光能、營養(yǎng)和水分減少，限制枝條橫向生長，影響光合產(chǎn)物的合成與分配，使黃花草木樨種子產(chǎn)量相應(yīng)降低，甚至出現(xiàn)倒伏的風(fēng)險(xiǎn)[26]。國內(nèi)外關(guān)于種植密度對(duì)豆科牧草種子產(chǎn)量影響的研究主要集中在紫花苜蓿上，認(rèn)為適宜種植密度的差異還受到土壤、氣候和品種等因子的影響[27]。本研究發(fā)現(xiàn)，密度對(duì)黃花草木樨種子產(chǎn)量的影響在年份間產(chǎn)生差異，如在2015年，‘天水’黃花草木樨60 cm株距下種子產(chǎn)量明顯高于其他兩個(gè)密度，在2016年卻與45 cm株距的產(chǎn)量差異不大，說明環(huán)境因素影響密度對(duì)黃花草木樨種子產(chǎn)量的調(diào)控過程。綜合兩年表現(xiàn)，品種‘天水’在60 cm株距下種子產(chǎn)量最高，而‘Norgold’在45 cm株距下種子產(chǎn)量最高，不同品種的株型以及對(duì)資源利用的差異可能是導(dǎo)致這一結(jié)果的主要原因。

植物含磷量不足可導(dǎo)致光合速率降低，會(huì)產(chǎn)生因光合產(chǎn)物供應(yīng)不足影響種子發(fā)育的現(xiàn)象[28]。磷肥能提高植物分枝、花芽分化和根系生長能力，促進(jìn)果實(shí)形成和發(fā)育，有利于提高牧草種子產(chǎn)量和抗性[15]，但施磷過多卻不利于種子生產(chǎn)。Craiu等[29]研究表明，施磷肥能顯著提高紫花苜蓿種子產(chǎn)量，而施氮肥對(duì)種子產(chǎn)量影響不大；張銀敏[30]的研究發(fā)現(xiàn)，100 kg·hm-2施磷肥處理下紅豆草(Onobrychisviciaefolia)種子產(chǎn)量最高，過量施用產(chǎn)量反而下降；韓建國等[5]對(duì)30 cm條播的白花草木樨栽培草地進(jìn)行施肥試驗(yàn)，認(rèn)為360 kg·hm-2P2O5的施量下對(duì)種子產(chǎn)量增產(chǎn)效果最好。本研究中，施用磷肥能明顯提高黃花草木樨種子產(chǎn)量，施肥處理兩年平均產(chǎn)量較未施肥處理提高4%～45%(表3和4)，當(dāng)施磷肥量達(dá)到80 kg·hm-2之后，增產(chǎn)效果不明顯甚至出現(xiàn)產(chǎn)量下降的趨勢，說明施入過多磷肥不利于黃花草木樨種子產(chǎn)量的提高。

密度和施肥交互作用顯著影響黃花草木樨種子實(shí)際產(chǎn)量和生殖枝數(shù)，綜合兩年結(jié)果，‘天水’在45～60 cm株距和80 kg·hm-2施磷肥處理下種子產(chǎn)量較高，‘Norgold’在45 cm株距和80 kg·hm-2施磷肥條件下種子產(chǎn)量最高。黃花草木樨種子生產(chǎn)中既要考慮個(gè)體發(fā)育和群體產(chǎn)量，又要考慮生產(chǎn)和管理過程中的除草、施肥和機(jī)械作業(yè)等。從產(chǎn)量構(gòu)成因素與實(shí)際產(chǎn)量的相關(guān)性和通徑分析結(jié)果看，生殖枝數(shù)與產(chǎn)量顯著正相關(guān)且具有最大相關(guān)系數(shù)和直接通徑系數(shù)，說明生殖枝數(shù)是影響種子產(chǎn)量最關(guān)鍵的因素。周刊社等[31]對(duì)紫花苜蓿62份種質(zhì)種子產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素相關(guān)性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，生殖枝數(shù)與種子產(chǎn)量具有顯著正相關(guān)關(guān)系；余玲等[32]對(duì)不同生境隴東苜蓿(M.sativacv. Longdong)種子生產(chǎn)性能的研究結(jié)果也表明，與種子產(chǎn)量相關(guān)性最強(qiáng)的產(chǎn)量構(gòu)成因素為每m2生殖枝數(shù)。但潛在種子產(chǎn)量卻不受密度和施肥互作效應(yīng)影響，這種交互作用可能是在植株生長后期才產(chǎn)生的，本研究與陳冬冬等[33]在紫花苜蓿的研究結(jié)果相似。大部分牧草種子的實(shí)際產(chǎn)量往往是潛在產(chǎn)量的20%左右或更低，如紫花苜蓿實(shí)際產(chǎn)量占潛在產(chǎn)量4%左右[34]。本研究中，實(shí)際產(chǎn)量與潛在產(chǎn)量比在1.39%～2.26%，說明黃花草木樨實(shí)際種子產(chǎn)量具有極大的提升空間，授粉率低、受精后合子敗育以及莢果在收獲過程中的損失是造成該現(xiàn)象的主要原因。另外，草木樨為無限花序，從盛花期到成熟期持續(xù)時(shí)間長且極不一致，種子完全成熟后易脫落[35]。因此，在今后的研究和實(shí)踐中可以采用輔助授粉、選擇最佳收獲時(shí)間以及優(yōu)化田間管理等措施提高實(shí)際種子產(chǎn)量。