寧夏引黃灌區(qū)10個紫花苜蓿品種越冬性綜合評價

李 濤，李明雨，劉光瑞，畢盛楠，蘭 劍

(寧夏大學 農(nóng)學院,寧夏 銀川 750021)

紫花苜蓿(Medicagosativa)為多年生豆科牧草，具有抗逆性強、產(chǎn)量高、利用年限長、種植范圍廣等特點，且適口性好、營養(yǎng)均衡而全面，為各種家畜所喜食，享有“牧草之王”的美譽。目前，我國苜蓿栽培面積已達470.8萬hm2[1]。但由于引種、管理和利用方式不當?shù)仍斐绍俎Ｔ蕉瘦^低，甚至出現(xiàn)大面積死亡的現(xiàn)象，給畜牧業(yè)造成嚴重的經(jīng)濟損失。解決這一難題，需要全面了解苜蓿適應寒冷所表現(xiàn)的特征。寧夏地區(qū)冬季寒冷干燥，嚴重制約著苜蓿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此，深入研究紫花苜蓿適應寒冷的特點，對擴大苜蓿種植面積，提高其生產(chǎn)力具有深遠的意義。雖然對紫花苜蓿的越冬性研究已經(jīng)比較深入，但由于不同的苜蓿品種適宜生長地區(qū)受環(huán)境因素和基因型的影響，同一品種在不同生態(tài)區(qū)域的生長以及同一地區(qū)適宜種植的苜蓿品種也存在較大差異[2-3]。大多數(shù)學者通過生理指標來研究苜蓿的越冬性，而以農(nóng)藝性狀來說明苜蓿越冬性特點的研究較少[4-6]。試驗選用國外引進的10個紫花苜蓿品種，通過株高、分枝數(shù)、根頸入土深度、根頸直徑、越冬率以及干草產(chǎn)量等6個農(nóng)藝性狀分析比較不同紫花苜蓿品種的越冬性，以期為寧夏地區(qū)苜蓿栽培提供理論指導。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于寧夏吳忠市青銅峽市甘城子村(引黃灌區(qū))，E 106°27′，N 37°36′，屬溫帶大陸性半干旱氣候，年均降水量260 mm，年蒸發(fā)量2 018 mm,年平均溫度8.3℃～8.6℃。冬季最低溫度-10℃～18℃，四季分明，日照充足，晝夜溫差大，全年日照2 955 h，無霜期176 d，土壤類型為灌淤土。

1.2 供試材料

表1 紫花苜蓿品種及來源

1.3 試驗設計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設計，每個品種3次重復，2015年5月8日條播，播種量15 kg/hm2，小區(qū)面積15 m2(5 m×3 m)，行間距30 cm，每小區(qū)播種10行。各小區(qū)周邊留1 m過道，并且在試驗區(qū)周邊設立1 m保護行。采用灌溉、施肥以及病蟲害防治等常規(guī)田間管理。2017年4月20日測定株高、分枝數(shù)、根頸入土深度、根頸直徑以及越冬率5個農(nóng)藝性狀。

1.4 測定指標及方法

株高：在返青期，每個小區(qū)隨機選取50株，測量其自然高度。

分枝數(shù)：在返青期，每個小區(qū)隨機選取50株，測量著生于根頸處的分枝數(shù)。

根頸入土深度：在苜蓿返青期，用游標卡尺測量從地表到根頸上端的距離，30次重復。

根頸直徑：苜蓿返青期，挖出苜蓿根頸，用游標卡尺測根頸膨大處，30次重復。

越冬率：苜蓿返青期，每個小區(qū)在小區(qū)中間地段，測定1 m樣段總植株數(shù)及返青植株數(shù)，并計算越冬率。

越冬率(%)=(返青植株數(shù)/總植株數(shù))×100%。

干草產(chǎn)量：在苜蓿初花期每個小區(qū)隨機刈割，留茬5 cm高度，采用2 m×2 m樣方， 3次重復稱其鮮草產(chǎn)量(kg/hm2)，并將樣品帶回實驗室在105℃烘箱內(nèi)烘10 min，再在65℃條件下烘干至恒重，稱其干重并計算干草產(chǎn)量(kg/hm2)。

1.5 越冬性能的灰色關(guān)聯(lián)度分析

根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，將參試苜蓿品種越冬率和其他指標視為一個整體，即灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。每個參試品種都為該系統(tǒng)的其中一個因素，以參試品種的株高、分枝數(shù)、根頸入土深度、根頸直徑、越冬率、干草產(chǎn)量為參考數(shù)列，計算各個性狀間的關(guān)聯(lián)度和關(guān)聯(lián)系數(shù)，并確定10個參試品種的綜合排序和越冬性能的優(yōu)劣。關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度的計算公式為：

(1)

(2)

式中：ξi(k)為x0與xi在第k點的關(guān)聯(lián)系數(shù)，|x0(k)-xi(k)|表示x0數(shù)列在第k點的絕對差值，min(i)min(k)|x0(k)-xi(k)|為二級最小絕對差值，max(i)max(k)|x0(k)-xi(k)|為二級最大絕對差值，ρ為分辨系數(shù)，取值范圍0～1，其中分辨系數(shù)ρ=0.5[7]。

根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)公式(1)，將絕對差值代入，即得到相應的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行處理，SPSS 22.0統(tǒng)計軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同紫花苜蓿品種株高和分枝數(shù)比較

不同紫花苜蓿品種株高差異顯著(P<0.05)，WL903最高，達28.9 cm，顯著高于WL343HQ(24.8 cm)、WL363HQ(24.4 cm)、WL326GZ(23.4 cm)等；最低的是WL353HQ，僅為14.8 cm，其與WL903相差49%(表2)。分枝數(shù)最多的為WL353HQ，其次為WL354HQ和WL326GZ；最少的為WL343HQ，為3.1個/株。綜上所述，株高和分枝數(shù)均表現(xiàn)良好的紫花苜蓿品種是WL326GZ。

2.2 不同紫花苜蓿品種根頸入土深度和根頸直徑的比較

根頸入土深度最深的是WL353HQ，達到50.28 mm，與其他紫花苜蓿品種相比較，差異達到了顯著(P<0.05)水平，與最低的WL903、WL168HQ相比較均相差56%。根頸直徑最粗的是WL354HQ，達到13.3 mm；比最低的WL168HQ(7.26 mm)高出45%(表2)。與前者相比較，綜合根頸入土深度和根頸直徑的試驗結(jié)果，根頸入土深度和根頸直徑最低品種是WL168HQ。

2.3 不同紫花苜蓿品種干草產(chǎn)量的比較

不同紫花苜蓿品種干草產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)，WL903苜蓿產(chǎn)量最高，達到14 970.95 kg/hm2,WL354HQ產(chǎn)量次之，為14 776.27 kg/hm2，產(chǎn)量最低的苜蓿品種為WL168HQ(11 218.81 kg/hm2),最高與最低產(chǎn)量之間相差3 752.14 kg/hm2。其中干草產(chǎn)量大于14 000 kg/hm2的苜蓿品種為WL903，WL354HQ和WL326GZ(表2)。

表2 不同紫花苜蓿品種的農(nóng)藝性狀比較(平均值±標準差)

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

2.4 不同紫花苜蓿品種越冬率比較

越冬率的試驗表明，WL326GZ的越冬率最高(圖1)，達到96.88%，與WL298HQ相比，差異顯著(P<0.05)；其他品種間差異均不顯著。越冬率達到90%以上的有4個品種，分別是WL326GZ、WL903、WL354HQ和WL168，其他紫花苜蓿品種的越冬率均低于90%。

圖1 不同紫花苜蓿品種的越冬率比較Fig.1 Companions of wintering rates of 10 alfalfa varieties

2.5 不同紫花苜蓿品種越冬性綜合評價

以株高、分枝數(shù)、根頸入土深度、根頸直徑、越冬率和干草產(chǎn)量等6個農(nóng)藝性狀為因素的灰色系統(tǒng)分析結(jié)果顯示(表3)，6個性狀與紫花苜蓿越冬性關(guān)聯(lián)度最大的是干草產(chǎn)量，其次是越冬率、株高、根頸直徑、根頸入土深度、分枝數(shù)。對各個品種的綜合評價依據(jù)其加權(quán)關(guān)聯(lián)度進行排序，依次為WL354HQ、WL903、WL326GZ、WL353HQ、WL363HQ、WL343HQ、WL319HQ、WL366HQ、WL168、WL298HQ，排名前三的苜蓿品種分別為WL354HQ、WL903、WL326GZ，能夠在寧夏地區(qū)安全越冬(表4)。

表3 不同農(nóng)藝性狀越冬性的關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣，關(guān)聯(lián)度及其排序

表4 不同紫花苜蓿品種的關(guān)聯(lián)度及其排序

2.6 聚類分析

以10個參試品種的農(nóng)藝性狀測定值作為分析變量，采用歐式距離離差平方和法對10個紫花苜蓿品種進行系統(tǒng)聚類分析。當距離等于441時可劃分為4類，第1類為WL168HQ；第2類為WL298HQ；第3類為WL319HQ、WL353HQ、WL363HQ、WL343HQ、WL366HQ；第4類為WL326GZ、WL354 HQ和WL903。當距離等于882時可劃分為兩大類，第1類為WL168和WL298HQ；第2類為WL319HQ、WL353HQ、WL363HQ、WL343HQ、WL366HQ、WL326GZ、WL354HQ和WL903(圖2)。綜合分析表明，WL326GZ、WL354HQ、WL903在寧夏地區(qū)越冬性能最佳。

圖2 紫花苜蓿品種系統(tǒng)聚類分析Fig.2 Cluster analysis of 10 alfalfa varieties注：1-10號苜蓿品種分別代表WL168HQ，WL298HQ，WL319HQ，WL326GZ，WL343HQ，WL353HQ，WL354HQ，WL363HQ，WL366HQ，WL903

3 討論

紫花苜蓿秋眠性是秋季北緯地區(qū)日照減少和氣溫下降引起的一種生理休眠，是一種與苜?？购悦芮邢嚓P(guān)的特性，是苜蓿實現(xiàn)越冬、返青過程的關(guān)鍵基礎，同時也是紫花苜蓿種植中首先要考慮的因素[8]。李聚才等[9]研究了高秋眠級苜蓿品種在寧夏引黃灌區(qū)播種試驗，結(jié)果表明，WL903苜蓿品種的株高、生長速度、莖粗、干草產(chǎn)量等指標在寧夏引黃灌區(qū)均表現(xiàn)較優(yōu)。劉志英[10]在不同苜蓿品種秋眠級評定及其對越冬率的影響機理中研究發(fā)現(xiàn)，苜蓿秋眠級與抗寒指數(shù)呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系,即秋眠性越強,苜蓿的越冬能力越強。此次研究結(jié)果與諸多研究結(jié)果一致；有報道認為苜蓿秋眠性與抗寒性密切相關(guān)，李向林等[11]在苜蓿秋眠性及其與抗寒性和產(chǎn)量的關(guān)系的研究中表明這兩個性狀是相對獨立的過程，分別是以耐牧性和抗寒為目的。如果放牧強度過大，苜蓿種群的秋眠性會加強。而苜蓿的抗寒性只是為了抵御寒冷，如果苜蓿生長在比較溫暖的環(huán)境中，就不需要抗寒的特性。但由于秋眠性和抗寒性是同時進化，二者可以相互替代。國外有學者證明兩個非秋眠性的苜蓿品種進行雜交，后代中出現(xiàn)了秋眠性與抗寒性的分離，許多新育成的品種秋眠性和越冬率的相關(guān)性很小，說明二者的關(guān)系已經(jīng)打破[12]。苜蓿秋眠級與抗寒性的關(guān)系的研究是以后研究的重點，因此，后期培育非秋眠級但抗寒性較強的苜蓿品種是苜蓿育種的目標。

越冬性是篩選適合當?shù)胤N植苜蓿品種的重要指標之一，同時是限制苜蓿生產(chǎn)利用的主要因素[11]。不同土壤和氣候條件下紫花苜蓿越冬性能存在明顯差異。不同品種的紫花苜蓿越冬性的差異可直接反映越冬率的高低[12-14]。株高和分枝數(shù)是苜蓿生長過程中十分重要的指標[15-17]。研究發(fā)現(xiàn)苜蓿的株高與越冬性有很大的相關(guān)性，植株越高其越冬性一般較差，當溫度降低時，兩者的相關(guān)性愈加明顯[18-20]。此次試驗中株高最高的苜蓿品種為WL903，最低的為WL353HQ，但這兩個綜合排序分別為第2和第4，說明苜蓿的越冬性是由多種因素決定，株高這單一指標并不能如實反映植物的越冬能力。必須把多種因素結(jié)合起來才能正確反映苜蓿的越冬性。

苜蓿為多年生豆科牧草，其根頸位于近地面根冠部，是產(chǎn)生分枝的重要部位，同時也是連接地上與地下部分的重要器官[20-21]。苜蓿根頸是苜蓿吸收，運輸養(yǎng)分和水分的重要器官，也是產(chǎn)生分枝的重要部位，直接影響苜?？沙掷m(xù)利用，如再生性、耐寒性、抗旱性和抗病蟲害性等都與其密切相關(guān)[22-24]。相關(guān)研究表明苜蓿根頸入土深度和根頸直徑與苜蓿越冬率明顯相關(guān)，苜蓿根頸越粗其抗寒性越強[25]。試驗再次證明了這一點，參試苜蓿品種根頸入土深度平均可達到32.46 mm，各品種根頸直徑平均為10.2 mm。分枝數(shù)、根頸入土深度和根頸直徑在品種間表現(xiàn)出明顯不同，分枝數(shù)或根頸入土深度較大者，根頸直徑也較粗，其越冬率也較強，如WL353HQ、WL354HQ和WL326GZ等。有報道表明分枝數(shù)的多少、根頸入土的深淺、根頸直徑的粗細直接決定苜蓿的越冬性和耐寒性[26-29]。

苜蓿鮮、干草產(chǎn)量是衡量其生產(chǎn)性能、引種選育以及經(jīng)濟效益的重要因素。鐘華[30]在晉中不同秋眠級紫花苜蓿品種生產(chǎn)性能研究中發(fā)現(xiàn)水肥條件較好的地區(qū)，種植秋眠級為5～6級的苜蓿品種生長快、產(chǎn)量較高，而在水肥一般的條件下選擇秋眠級為2～4的苜蓿品種其生產(chǎn)性能較好；劉藝彬等[31]發(fā)現(xiàn)秋眠級為6～8的苜蓿品種在北京地區(qū)種植產(chǎn)量表現(xiàn)較好。試驗中WL903苜蓿品種的秋眠級為9.0，其干草產(chǎn)量、株高、越冬率等指標均表現(xiàn)為優(yōu)，和以上研究結(jié)果一致。因此，苜蓿產(chǎn)量的高低與品種、刈割頻度、施肥、灌水、種植的地理位置和氣候等條件有關(guān)[32]。在不同地區(qū)進行苜蓿選育種植時，需要根據(jù)當?shù)氐臍夂?、土壤等本土的環(huán)境因素來選擇本地區(qū)適宜種植的秋眠級品種，不應該依據(jù)已知的苜蓿秋眠級指數(shù)進行選種[33]。

灰色關(guān)聯(lián)度分析法是以各因素數(shù)列的幾何發(fā)展態(tài)勢的接近程度來衡量各個因素間關(guān)聯(lián)度的大小，一般關(guān)聯(lián)系數(shù)越大，數(shù)列與特征數(shù)列則越接近[34]。近年來運用灰色關(guān)聯(lián)度分析法作綜合評價的研究很多，但在牧草方面的應用大多集中于苜蓿的生產(chǎn)性能和營養(yǎng)品質(zhì)評價，對苜蓿越冬性及農(nóng)藝性狀綜合評價的報道較少[35-38]。研究結(jié)合實踐生產(chǎn)情況，采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，根據(jù)加權(quán)關(guān)聯(lián)度值的大小進行高低排序。評價出的3個綜合越冬性較好的品種，為苜蓿種質(zhì)資源的選育和生產(chǎn)實踐提供理論參考依據(jù)。但在對這些材料的綜合評價中，還具有一定人為不可控因素，評價指標也不夠全面。因此，在以后的研究中應對苜蓿的生產(chǎn)性能、產(chǎn)量及營養(yǎng)價值等指標，進行全面的綜合評價。

4 結(jié)論

寧夏引黃灌區(qū)種植的10個WL系列紫花苜蓿中，WL903品種的株高最高，WL353品種的分枝數(shù)最多，WL168HQ的根頸入土最深，WL354HQ品種的根頸直徑最粗，WL326GZ的越冬率最高。對各個品種的綜合評價依據(jù)其加權(quán)關(guān)聯(lián)度進行排序，依次為WL354HQ、WL903、WL326GZ、WL353HQ、WL343、WL319HQ、WL363HQ、WL366HQ、WL168、WL298HQ。通過灰色關(guān)聯(lián)度綜合分析法和聚類分析法評價10個紫花苜蓿品種，結(jié)果可分為2大類4小類。WL326GZ、WL354HQ、WL903、WL353HQ類群的越冬能力最佳，且綜合評價結(jié)果優(yōu)于其他品種，可以在進一步評價其越冬性穩(wěn)定的情況下在寧夏地區(qū)大面積推廣種植。