株行配比對滴灌苜蓿種子產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

沙栢平， 李 雪， 謝應(yīng)忠， 彭文棟， 高雪芹， 蔡 偉， 伏兵哲*

(1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 寧夏 銀川 750021； 2. 鹽池縣農(nóng)牧科學(xué)研究所， 寧夏 吳忠 751500)

紫花苜蓿(Medicagosativa)號稱“牧草之王”，其蛋白質(zhì)含量高、適口性好，是一種優(yōu)質(zhì)飼草，在我國已有2000多年的種植歷史[1]。近幾年，隨著國家振興奶業(yè)計劃的實施和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化調(diào)整，我國苜蓿種植面積逐年擴大，苜蓿產(chǎn)量和質(zhì)量顯著提升。據(jù)統(tǒng)計2015年年底全國苜蓿保留面積472萬公頃，干草產(chǎn)量3 217萬噸，其中商品苜蓿種植面積43萬公頃，比2010年增加22萬公頃。大面積的商品苜蓿種植，必然需要大量的優(yōu)質(zhì)苜蓿種子，但由于我國苜蓿種子缺乏系統(tǒng)的理論指導(dǎo)和先進的生產(chǎn)技術(shù)，導(dǎo)致我國苜蓿種子產(chǎn)量低、質(zhì)量差，國產(chǎn)苜蓿種子的供應(yīng)已遠遠不能滿足苜蓿產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展的需求。

寧夏位于我國西北地區(qū)，黃河中上游，屬于典型的大陸性氣候，四季分明，尤其中部干旱帶常年干旱少雨，日照充足，年太陽輻射量達到586.2～607.1 KJ·cm-2，年日照時數(shù)>3 000 h，無霜期150～195 d，年平均降雨量 180～300 mm，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)越，種子增產(chǎn)潛力巨大，是苜蓿種子生產(chǎn)的黃金區(qū)域[2]。但長期以來不適宜的種植方式和粗放的栽管措施，在苜蓿種子生產(chǎn)方面未能充分發(fā)揮該區(qū)域的光熱資源優(yōu)勢。因此，在寧夏中部干旱帶開展地下滴灌條件下苜蓿種子生產(chǎn)技術(shù)研究，對提高我國苜蓿種子生產(chǎn)水平以及苜蓿產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

在苜蓿種子生產(chǎn)過程中，密度是制約種子田是否高產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一，適宜的種植密度和合理的株行配比能發(fā)揮植株的生產(chǎn)潛力，提高對土壤養(yǎng)分、水分和光能的利用率，有利于苜蓿種子高產(chǎn)[3]。當(dāng)種植密度過低時，單位面積的種子產(chǎn)量較低，不利于對光能和土地資源的充分利用。但當(dāng)密度過高時，不僅會導(dǎo)致開花期滯后、容易倒伏和干擾昆蟲授粉[4]，同時會影響苜蓿在生殖階段對氮素的吸收利用[5-8]。王顯國等[9]在研究紫花苜蓿株行距對種子產(chǎn)量的影響中發(fā)現(xiàn)，行株距為60 cm×15 cm時種子產(chǎn)量最高，100 cm×60 cm處理產(chǎn)量最低；隨株行距的增加枝條密度顯著降低，但每枝條結(jié)莢花序數(shù)和每花序莢果數(shù)顯著提高。Askarian等[10]認為，苜蓿建植第一年，行距15 cm時種子產(chǎn)量顯著低于30 cm，45 cm，60 cm的處理；建植第二年，行距對苜蓿產(chǎn)量影響不顯著。Zhang等[11]認為，苜蓿種植第一年行株距為60 cm×15 cm處理種子產(chǎn)量最高；種植第三年和第四年行株距為80cm×30 cm的種子產(chǎn)量最高，花序數(shù)和每莢種子數(shù)顯著增加，此外還能降低倒伏的風(fēng)險。目前雖然有關(guān)苜蓿種植密度的研究報道較多，大都基于大水漫灌或噴灌條件下進行的研究，而在滴灌條件下苜蓿種子生產(chǎn)種植密度及株行距配比的研究相對較少。本研究在寧夏中部干旱帶開展滴灌條件下不同種植密度和株行距配比對苜蓿種子產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響，確定滴灌條件下苜蓿種子生產(chǎn)最適宜的種植密度和最優(yōu)的株行距配比，旨在為我國西北半干旱地區(qū)滴灌條件下苜蓿種子生產(chǎn)提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在寧夏大學(xué)鹽池縣四墩子科研基地進行。該基地位于寧夏回族自治區(qū)東部(107°17' E、37°46' N)，海拔1 436 m，年平均氣溫7.7℃，極端最高氣溫39.3℃，極端最低氣溫—28.9 ℃，≥10℃的年積溫為2 950℃，無霜期162 d，年均日照時數(shù)2 876 h，年均降水量289 mm，主要集中在6—9月，年蒸發(fā)量2 690 mm，屬于典型的中溫帶大陸性氣候[12-13]。2017年4—9月份試驗地的氣象數(shù)據(jù)見表1。

表1 2017年生長季(4—9月)試驗區(qū)氣象數(shù)據(jù)Table 1 Meteorological data of the test area for the growth season in 2017 (April—September)

試驗地土壤為黃綿土，其養(yǎng)分狀況見表2。灌水采用“少量多次”的灌水原則，分3次灌入，分別在返青期、初花期和結(jié)莢期進行灌水，外加1次凍水，總計灌水1 350 m3·hm-1。選用磷肥和鉀肥作為試驗肥料，施入P2O5和K2O的量分別為90 kg·hm-2、120 kg·hm-2，分2次施入，在返青期和初花期灌水時將肥料溶于水中，隨地下滴灌系統(tǒng)灌入，每次施肥量占總施肥量的50%。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗以甘農(nóng)4號苜蓿品種為試驗材料，采用裂區(qū)設(shè)計，設(shè)置行距 60 cm(H1)，80 cm(H2)和100 cm(H3)為主區(qū)；株距15 cm(Z1)，25 cm(Z2)和35 cm(Z3)為副區(qū)，即H1Z1，H1Z2，H1Z3，H2Z1，H2Z2，H2Z3，H3Z1，H3Z2，H3Z3共9個處理(見表3)，每個處理3次重復(fù)，共計27個小區(qū)，小區(qū)面積為30 m2(5 m×6 m)，小區(qū)間間隔1 m，試驗地周圍設(shè)置1 m的保護行。試驗是在地下滴灌條件下進行，滴灌帶按種植行距鋪設(shè)于每行地下20 cm處，2016年3—4月在溫室通過育苗盤進行育苗，待幼苗10 cm高時嚴格按照株行距比例進行移栽，并進行正常的大田管理。2017年開始測定各項指標(biāo)。

表2 土壤養(yǎng)分狀況統(tǒng)計表Table 2 Statistical tables of soil nutrient status

表3 試驗設(shè)計Table 3 Experimental design

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 苜蓿種子產(chǎn)量構(gòu)成因素的測定 2017年苜蓿初花期，在各小區(qū)隨機選取20個植株進行標(biāo)記，并且測量垂直高度、每株生殖枝數(shù)、每株一級分枝數(shù)和每株二級分枝數(shù)；盛花期，統(tǒng)計標(biāo)記植株的每株花序數(shù)和每花序小花數(shù)；結(jié)莢期，統(tǒng)計每花序結(jié)莢數(shù)和每莢種子數(shù)；種子成熟后，單株收獲，單株脫種，記錄單株種子產(chǎn)量，并折算單位面積種子產(chǎn)量。按照《牧草種子檢驗規(guī)程》[14]測量種子千粒重。

1.3.2 表現(xiàn)種子產(chǎn)量 表現(xiàn)種子產(chǎn)量=每株生殖枝數(shù)×每枝花序數(shù)×每花序小花數(shù)×每莢種子數(shù)×千粒重×10-3

1.4 數(shù)據(jù)處理

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：|X0(k)-Xi(k)|為絕對差值，記作Δi(k)，ρ=0.5，n為樣本數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同行株距配比對苜蓿營養(yǎng)生長指標(biāo)的影響

顯著性檢驗結(jié)果表明，在苜蓿營養(yǎng)生長階段，行距對株高和二級分枝數(shù)有極顯著影響，而對一級分枝數(shù)無顯著影響(見表4)。隨種植行距的增加，株高呈顯著降低的趨勢，降幅為7.14%，二級分枝數(shù)無明顯的變化規(guī)律。株距對株高、一級分枝數(shù)和二級分枝數(shù)均有極顯著的影響，且這3個指標(biāo)均隨株距的增加呈顯著的增加趨勢，但對一級分枝數(shù)的影響最為明顯，當(dāng)株距從Z1增加到Z3時，一級分枝數(shù)的數(shù)量從30.70個增加到45.57個，增幅達到32.63%。株距和行距對一級分枝數(shù)、株高和二級分枝數(shù)均有顯著或極顯著的交互作用。

表4 株距、行距對苜蓿株高和分枝數(shù)的影響Table 4 Effects of plant spacing and row spacing on plant height and branch number of alfalfa

注：*和小寫字母代表P<0.05，** 和大寫字母代表P<0.01，下同

Note:* and lowercase letters representP<0.05, ** and uppercase letters representP<0.01,the same as below

由圖1-3中可以看出，苜蓿的株高、一級分枝數(shù)和二級分枝數(shù)在9個株行配比處理中均存在顯著差異。H3Z1處理株高最小，顯著低于H1Z1，H1Z2，H1Z3和H2Z1處理，與其他處理之間不存在顯著差異。H1Z3，H2Z3和H3Z3處理一級分枝數(shù)顯著高于H1Z1，H2Z1和H3Z1處理，但3個處理之間不存在顯著差異，H1Z1處理一級分枝數(shù)最低。H1Z3的二級分枝數(shù)最高，除與H2Z2，H2Z3和H3Z3處理之間不存在顯著差異外，顯著高于其他處理，H1Z1處理的二級分枝數(shù)最低。

圖1 不同株行處理對苜蓿株高的影響Fig.1 Effects of different row treatments on plant height of alfalfa

2.2 不同株行距配比對苜蓿產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

從表5可以看出，株距對每株生殖枝數(shù)、每株花序數(shù)和每莢種子數(shù)有極顯著影響，而對每花序小花數(shù)和每花序結(jié)莢數(shù)無顯著影響。株距和行距在所有產(chǎn)量構(gòu)成因子中均存在極顯著的交互作用。不同處理對苜蓿生殖枝數(shù)、每株花序數(shù)及千粒重有顯著影響，而對每花序小花數(shù)、每花序結(jié)莢數(shù)及每莢種子數(shù)無顯著影響。H2Z3處理每株生殖枝數(shù)為41.72個，顯著高于H1Z1處理，除與H1Z2，H1Z3，H2Z2，H3Z2和H3Z3處理差異不顯著外，與其它處理差異顯著；每株花序數(shù)H3Z3處理最大，為739.39個，顯著高于其他處理，H1Z1處理最小，為240.89個，除與H2Z1、H3Z1差異不顯著外，與其它處理差異顯著，最大值與最小值兩者之間變化率達到67.42%。H2Z3處理的千粒重最小，為1.48 g，顯著低于其它處理，H3Z2處理千粒重最大，為1.74 g，與H3Z1、H3Z3和H2Z2處理差異不顯著，與其它處理差異顯著。在苜蓿種子產(chǎn)量構(gòu)成因子中，行距對每株花序數(shù)和千粒重有極顯著影響，而對每株生殖枝數(shù)、每花序小花數(shù)、每花序結(jié)莢數(shù)和每莢種子數(shù)無顯著影響。

圖2 不同株行處理對苜蓿一級分枝數(shù)的影響Fig.2 Effects of different row treatments on the primary branch number of alfalfa

圖3 不同株行處理對苜蓿二級分枝數(shù)的影響Fig.3 Effects of different row treatments on the secondary branch number of alfalfa

2.3 不同株行距配比對產(chǎn)量的影響

由表6可知，行距對苜蓿單株表現(xiàn)種子產(chǎn)量、單株實際產(chǎn)量、單位面積實際產(chǎn)量有極顯著影響，對單位面積表現(xiàn)種子產(chǎn)量有顯著的影響；株距對單位面積實際種子產(chǎn)量無顯著影響，對單位面積表現(xiàn)產(chǎn)量、單株表現(xiàn)產(chǎn)量和單株實際產(chǎn)量均有極顯著影響；株、行距對苜蓿種子實際產(chǎn)量和表現(xiàn)產(chǎn)量均有極顯著的交互作用。單株表現(xiàn)種子產(chǎn)量和實際產(chǎn)量在H3Z3處理下的均最大，分別為147.51 g、20.08 g，在H1Z1處理下最小，分別為30.37 g、2.39 g，且與各處理之間存在顯著差異。單位面積表現(xiàn)種子產(chǎn)量在H2Z1處理下最大，為5 117.71 kg·hm-2，與H1Z1，H2Z3和H3Z2處理間差異顯著。單位面積實際產(chǎn)量在H3Z1的處理下最大，與H1Z1，H1Z3、H3Z2處理差異顯著。H2Z3處理的收獲率最高，為19.17%，H1Z1處理最小，為7.89%，兩者差異顯著。

表5 株距、行距對苜蓿種子產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 5 Effects of Plant spacing and row spacing on the components of alfalfa seed yield

表6 株距、行距對苜蓿種子產(chǎn)量的影響Table 6 The effect of plant distance and row spacing on the seed yield of alfalfa

2.4 產(chǎn)量構(gòu)成因子與種子產(chǎn)量灰色關(guān)聯(lián)度綜合分析

采用灰色關(guān)聯(lián)度法，對不同株行處理的產(chǎn)量構(gòu)成因子和單株種子產(chǎn)量進行綜合評價和加權(quán)關(guān)聯(lián)度值比較分析。由表7可以看出，H3Z3處理的綜合得分最高，其次為H1Z3和H2Z3；H1Z1處理綜合得分最低。各產(chǎn)量構(gòu)成因子與苜蓿種子單株產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度最高的為每株花序數(shù)，其權(quán)重為0.20。其次為生殖枝數(shù)，權(quán)重為0.19。說明在影響種子產(chǎn)量的諸多因素中，每株花序數(shù)和生殖枝數(shù)與苜蓿種子單株產(chǎn)量密切相關(guān)。

表7 灰色關(guān)聯(lián)度對種子產(chǎn)量綜合分析Table 7 Comprehensive analysis of gray correlation degree on seed yield

2.5 苜蓿種子產(chǎn)量構(gòu)成因子與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)性分析

采用逐步回歸法[19]，對各因子與單株產(chǎn)量進行回歸分析，建立種子產(chǎn)量構(gòu)成因子與單株產(chǎn)量回歸方程。Y=-146.58-1.57X1+0.231X2+12.65X3+64.09X4(F=21.54，P=0.0057)；生殖枝數(shù)X1、每株花序數(shù)X2、每莢種子數(shù)X3和千粒重X44個因子納入方程，說明這4個因子是影響苜蓿種子產(chǎn)量的主要因子。為了進一步分析產(chǎn)量構(gòu)成因子對種子產(chǎn)量的直接與間接貢獻作用，進行通徑分析。由4個因子對單株產(chǎn)量Y的通徑系數(shù)可知(表8)，每株花序數(shù)X2對單株產(chǎn)量的直接作用大于間接作用總和；生殖枝數(shù)X1、每莢種子數(shù)X3和千粒重X4對單株產(chǎn)量Y的直接作用均小于間接作用總和，但3個因素對單株產(chǎn)量Y的貢獻主要通過每株花序數(shù)X2間接實現(xiàn)。按照對單株產(chǎn)量的直接貢獻作用從大到小的排序為：每株花序數(shù)X2>每莢種子數(shù)X3>千粒重X4>生殖枝數(shù)X1。

表8 產(chǎn)量構(gòu)成因子與產(chǎn)量的通徑分析Table 8 Path analysis of yield components and yield

注：決定系數(shù)為0.96，剩余通徑系數(shù)為0.21

Note:Determination coefficient0.96,remaining path coefficient 0.21

2.6 株行距與實際種子產(chǎn)量的回歸模型

以行距、株距為自變量，單株實際產(chǎn)量和單位面積實際種子產(chǎn)量為因變量，進行回歸模擬，得到單株實際產(chǎn)量和單位面積實際產(chǎn)量與株行距兩因素的回歸模型：

(5)

(6)

式中：X1代表行距(cm)，X2代表株距(cm)，Y1代表單株實際產(chǎn)量(g)，Y2代表單位面積實際產(chǎn)量(kg·hm-2)。

對模型分析可知，行距、株距與單株實際產(chǎn)量的回歸模型呈開口向下的拋物線(式5)，最高點坐標(biāo)為(100，35)，說明行距X1= 100 cm，株距X2= 35 cm時，單株實際產(chǎn)量(Y1)最大。行株距與單位面積實際種子產(chǎn)量的回歸模型(式6)，二次項系數(shù)為負，方程為開口向下的拋物線，證明在試驗范圍內(nèi)，產(chǎn)量隨株行距的變化出現(xiàn)先增后減的變化趨勢，當(dāng)行距X1= 100 cm、株距X2=15cm時單位面積實際種子產(chǎn)量最高。

圖4 行距、株距與單株實際產(chǎn)量的關(guān)系Fig.4 Relationship between row spacing,plant spacing and actual yield per plant

圖5 行距、株距與實際單位面積產(chǎn)量的關(guān)系Fig.5 Relationship between line spacing,plant spacing and actual yield per unit area

3 討論

作物生產(chǎn)是一個群體過程[20]，種植過密，植物群體太大，個體之間對生長空間、環(huán)境資源以及地下養(yǎng)分的競爭激烈，導(dǎo)致資源分配不均，產(chǎn)量下降；密度過疏，植株間的競爭減少，苜蓿群體光合效率低，雜草控制成本增加，造成對光熱、土壤、水肥等資源的浪費，影響生物產(chǎn)量，只有合理的種植密度才能使植物在充分利用資源的同時獲得較高的產(chǎn)量。

魏建軍等[21]、杜占池等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，密植條件下植物對光能的利用主要依靠植株上部冠層部分對光能吸收利用，植株莖細胞伸長量大，植株高大，相反，稀植可以降低植株高度，增加分枝。另據(jù)Zhang等[23]在研究年限和密度對種子產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響時發(fā)現(xiàn)，隨行株距的增加分枝數(shù)減少，每株花序數(shù)顯著增加。本試驗也證實了這一點，即增加行距可以顯著降低植株高度，增加每株花序數(shù)，當(dāng)行距從60cm增加到100cm時，株高降低了7%，每株花序數(shù)從386個逐漸增加到523個，增幅達26%。說明，在低密度時，生長空間充足，光照、養(yǎng)分分配均勻，植株個體之間不存在競爭或競爭微弱，同時，密度過稀使得溫度和土壤中水分對植株產(chǎn)生較大的水分壓強，導(dǎo)致植物體內(nèi)水分虧缺[24-25]，生長受限，植株高度降低。

產(chǎn)量構(gòu)成因子是種子是否高產(chǎn)的直接決定因素，各產(chǎn)量構(gòu)成因子對產(chǎn)量的貢獻不同。Chen等[26]研究發(fā)現(xiàn)，單株花序數(shù)、每莢粒數(shù)等與單株產(chǎn)量呈正相關(guān)，而吳新榮的研究[27]指出單株粒重與有效花序數(shù)、每花序莢數(shù)及千粒重呈正相關(guān)，與單株干重、株高、等呈負相關(guān)，這一結(jié)論與本研究結(jié)論一致，且利用通徑分析可知，在諸多影響因子中，每株花序數(shù)對種子產(chǎn)量貢獻最大，是最主要的影響因子，其次為每莢種子數(shù)和千粒重。由此可知，種子生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)設(shè)法提高每株花序數(shù)。

由回歸模型可知，當(dāng)行距X1=100 cm、株距X2=35 cm時單株實際產(chǎn)量最高；行距X1=100 cm、株距X2=15 cm時單位面積實際產(chǎn)量最高。說明，行距變小，植株地上部分和地下部分對光能、水肥的競爭激烈，使得植株光合效率低下，光合產(chǎn)物的積累不足，導(dǎo)致植株莖稈過細，容易倒伏，使群體內(nèi)部通風(fēng)透光受限，授粉不良，花、莢脫落率高。在相同行距時，株距增加，植株對資源的競爭越微弱，此時環(huán)境不再是限制單株實際產(chǎn)量的因子，而單位面積群體數(shù)量成為主要因子，株距減小，單位面積群體數(shù)量增加，單位面積實際產(chǎn)量增大。另有研究發(fā)現(xiàn)，在試驗設(shè)定條件下，苜蓿種子產(chǎn)量隨種植年限和株行距的增加呈逐年增加趨勢[11,28-29]，而本研究為種植2年的甘農(nóng)4號苜蓿品種，且試驗未涉及行距大于100 cm的處理，因此當(dāng)行距大于100 cm時種子產(chǎn)量是否持續(xù)增加；隨種植年限的增加，種子生產(chǎn)最優(yōu)的株距和行距是否會發(fā)生改變等問題有待進一步地探究。

4 結(jié)論

增加行距可以顯著降低植株高度，提高每株花序數(shù)和千粒重，從而影響表現(xiàn)種子產(chǎn)量和實際種子產(chǎn)量。株距對每花序小花數(shù)、每花序結(jié)莢數(shù)和單位面積實際產(chǎn)量影響不大，對其余各因子均有極顯著影響。株行距互作對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子均有極顯著或顯著的影響。

產(chǎn)量構(gòu)成因子中每株花序數(shù)、生殖枝數(shù)、每莢種子數(shù)和千粒重與單株產(chǎn)量極顯著或顯著相關(guān)，其中每株花序數(shù)對單株產(chǎn)量的貢獻為直接作用，其它因子對單株產(chǎn)量的貢獻主要通過影響每株花序數(shù)間接實現(xiàn)。按照對單株產(chǎn)量的直接貢獻作用從大到小的排序為：每株花序數(shù)X2>每莢種子數(shù)X3>千粒重X4>生殖枝數(shù)X1。4個產(chǎn)量構(gòu)成因子對單株產(chǎn)量Y的回歸方程為：Y=-1.565X1+0.231X2+12.646X3+64.088X4-146.583(F=21.54，P=0.0057)

用行距、株距與單株實際產(chǎn)量和單位面積實際產(chǎn)量進行擬合，結(jié)果表明，當(dāng)行距X1=100 m、株距X2=35 cm時單株實際產(chǎn)量最高；當(dāng)行距X1=100 m、株距X2=15 cm時單位面積實際產(chǎn)量最高。