2種間作模式對(duì)5年生苜蓿產(chǎn)量及光合特性的影響

李威　劉鵬　王濤　陳庚　李淑敏

摘要 以5年生苜蓿為試驗(yàn)材料，研究了苜蓿單作、苜蓿/玉米間作和苜蓿/燕麥草間作條件下苜蓿產(chǎn)量、葉片氮含量以及光合特性，為探討緩解苜蓿產(chǎn)量退化提供理論依據(jù)和方法。結(jié)果表明，2種間作模式下的苜蓿產(chǎn)量均顯著高于單作苜蓿產(chǎn)量，苜蓿/燕麥草間作模式下苜蓿產(chǎn)量最高。2種間作模式均能顯著提高苜蓿葉片氮含量，有效提高光合能力。因此，間作模式可以有效防止5年生苜蓿產(chǎn)量退化，在農(nóng)牧地區(qū)具有可行性。

關(guān)鍵詞 苜蓿;間作;產(chǎn)量;玉米

中圖分類號(hào) S344.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2020）13-0037-03

Abstract 5yearold alfalfa was used as test material. Yield， leaf nitrogen content and photosynthetic characteristics of alfalfa in alfalfa monoculture， intercropping of alfalfa and maize， intercropping of alfalfa and oat were studied，so as to provide theoretical basis and method for effectively improving the productivity of degraded alfalfa. The results showed that the yields of alfalfa in two intercropping patterns was significantly higher than that in alfalfa monoculture. Yield of alfalfa in intercropping pattern of alfalfa and oat was the highest among them. Two intercropping patterns both significantly improve the leaf nitrogen content and photosynthetic capacity of alfalfa，and in conclusion， intercropping effectively prevent degradation of 5yearold alfalfa. These intercropping patterns are feasible in farmingpastoral areas.

Key words Alfalfa;Intercropping;Yield;Maize

苜蓿（Medicago sativa L.）是一種多年生豆科植物[1-4]。由于適口性好、蛋白含量高、產(chǎn)量高、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)，苜蓿成為種植面積大、分布廣、利用率高的優(yōu)良牧草，素有“牧草之王”的美譽(yù)[5-6]。由于蛋白飼料短缺，我國(guó)對(duì)于苜蓿的需求量較大，苜蓿在我國(guó)的種植面積逐年增加[7]。一般情況下，苜?？缮L(zhǎng)20～25年[8]。但有研究表明，紫花苜蓿的高產(chǎn)期在2～4年，第5年苜蓿產(chǎn)量開(kāi)始下降，主要表現(xiàn)為株高降低、植被稀疏、分枝減少，退化趨勢(shì)明顯[9-10]。如何解決這一問(wèn)題對(duì)于保障苜?？沙掷m(xù)性生產(chǎn)以及節(jié)約苜蓿生產(chǎn)成本意義重大。

禾本科和豆科間作模式對(duì)于提高作物產(chǎn)量和增加光、水、熱、空間等資源利用率有顯著效果[11-12]。目前，對(duì)于禾本科和豆科間作增產(chǎn)增效機(jī)理已有很多深入報(bào)道[13]。苜蓿和禾本科間作模式多種多樣，如苜蓿和玉米間作、苜蓿和小麥間作等[14]。但是，間作是否可以緩解多年生苜蓿退化還有待研究和探討。

鑒于此，筆者以玉米/苜蓿、玉米/燕麥草2種間作模式為研究對(duì)象，探討這2種間作模式對(duì)5年生苜蓿產(chǎn)量、光合特性以及氮含量的影響，旨在研究間作模式在減緩多年生苜蓿退化中的作用和效果，為促進(jìn)苜蓿生產(chǎn)以及提高土地使用效率提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在哈爾濱成高子鎮(zhèn)（45°44′N，126°43′E）進(jìn)行，該地區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，冬季寒冷，夏季高溫多雨，年平均溫度為3.5～4.5 ℃，>10 ℃有效積溫為2 600～2 700 ℃，年平均降雨量為400～600 mm，60%～70%降水集中在7—8月，無(wú)霜期為135～145 d。

1.2 試驗(yàn)材料 供試苜蓿品種為越冬之星，玉米品種為先玉335，燕麥草品種為白燕2號(hào)。

1.3 試驗(yàn)方法 以5年生苜蓿為試驗(yàn)材料，設(shè)置3個(gè)處理：①苜蓿單作。苜蓿單作播種方式為條播，播種量為45 kg/hm2，行距60 cm;②苜蓿-玉米間作。間作玉米在單作苜蓿壟間播種，玉米株距35 cm，播種日期為5月初;③苜蓿-燕麥草間作。間作燕麥草在單作苜蓿壟間播種，播種量為22.5 kg/hm2，播種時(shí)間為4月中旬。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)長(zhǎng)7 m，寬5 m，面積為35 m2。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 苜蓿產(chǎn)量測(cè)定。苜蓿刈割3次，刈割時(shí)間為6月16日、7月22日、8月27日。每次刈割后，測(cè)定鮮草重量和含水率，計(jì)算干草產(chǎn)量。

1.4.2 苜蓿光合測(cè)定。光合測(cè)定是在第1次刈割前測(cè)定，選擇晴朗天氣，采用LI-6400便攜式光合儀（LI-COR， Lincoln， NE， USA）測(cè)定氣體交換參數(shù)。光合-光強(qiáng)響應(yīng)曲線（Pn-PFD，Pn-net photosynthetic rate， PFD-photon flux density）測(cè)定采用楊興洪[15]的方法， 測(cè)定時(shí)葉室CO2濃度為350 μmol/mol，利用低于200 μmol/（m2·s）PFD的光合速率值的直線回歸方程的斜率求得表觀光量子效率（AQY），同時(shí)求得光補(bǔ)償點(diǎn)。測(cè)定光合后，葉片放入液氮中保存，用于氮含量測(cè)定。

1.4.3 苜蓿植株葉片氮含量。采用凱氏定氮法測(cè)定。

1.4.4 苜蓿根瘤數(shù)測(cè)定。取單株苜蓿0～20 cm根系，查數(shù)得出其根瘤數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同間作模式對(duì)苜蓿產(chǎn)量影響

由表1可知，間作模式下苜蓿產(chǎn)量均明顯高于單作的苜蓿產(chǎn)量，苜蓿/玉米間作處理下苜蓿產(chǎn)量是15 364.80 kg/hm2，是苜蓿單作（12 400.50 kg/hm2）的1.24倍;苜蓿/燕麥草間作處理下苜蓿產(chǎn)量是16 056.60 kg/hm2，是苜蓿單作（12 400.50 ?kg/hm2）的1.29倍。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，不同間作模式對(duì)苜蓿的含水率造成的影響均不顯著，苜蓿單作處理下苜蓿產(chǎn)量與2種間作模式，即苜蓿/玉米間作和苜蓿/燕麥草間作的苜蓿產(chǎn)量均差異顯著（P<0.05），而2種間作模式下苜蓿產(chǎn)量差異不顯著。

2.2 不同間作模式對(duì)苜蓿根瘤數(shù)和葉片氮含量的影響

3種種植模式除了對(duì)苜蓿的產(chǎn)量造成影響外，還對(duì)苜蓿的品質(zhì)有影響（表2），體現(xiàn)在根瘤數(shù)和葉片氮含量等方面。從表2可以看出，2種間作模式下的苜蓿根瘤數(shù)和葉片氮含量均高

于苜蓿單作處理。其中，苜蓿/燕麥草間作模式下苜蓿根瘤數(shù)為（25±3）個(gè)/株，苜蓿/玉米間作模式下苜蓿根瘤數(shù)為（23±4）個(gè)/株，均高于單作苜蓿的根瘤數(shù)（17±2）個(gè)/株;苜蓿/燕麥草間作下苜蓿的葉片氮含量為（2.39±1.11）%，苜蓿/玉米間作下苜蓿的葉片氮含量為（2.13±0.31）%，也都高于單作苜蓿的葉片氮含量（1.86±0.77）%。以上數(shù)據(jù)表明，與苜蓿單作相比，2種間作模式對(duì)苜蓿根瘤數(shù)的增加作用均有顯著差異（P<0.05），同時(shí)苜蓿葉片氮含量均有一定程度的提高，差異顯著（P<0.05）。此外，苜蓿/燕麥草間作模式對(duì)于提高苜蓿根瘤數(shù)和葉片氮含量的效果優(yōu)于苜蓿/玉米間作模式。

2.3 不同間作模式對(duì)苜蓿光合特性的影響

Pn-PPFD 響應(yīng)曲線（圖1） 表明，隨著光強(qiáng)的增加，3種種植模式的苜蓿葉片光合速率也隨之增加，當(dāng)光強(qiáng)增加到1 200 μmol/（m2·s）后，葉片光合速率不再升高，保持穩(wěn)定。其中，苜蓿/燕麥草間作和苜蓿/玉米間作處理下苜蓿葉片的光合速率均明顯高于苜蓿單作，差異顯著（P<0.05），并且苜蓿/燕麥草間作模式優(yōu)于苜蓿/玉米間作模式。

與單作苜蓿相比，2種間作模式均顯著（P<0.05）提高了苜蓿的表觀量子效率（AQY）和飽和光強(qiáng)下的光合速率（Pn-max），且苜蓿/燕麥草間作模式的效果更顯著。單作處理下苜蓿的光補(bǔ)償點(diǎn)（LCP）為（45.1±1.1）μmol/（m2·s），顯著高于苜蓿/玉米間作模式下光補(bǔ)償點(diǎn)（32.6±0.7）μmol/（m2·s）和苜蓿/燕麥草間作模式下光補(bǔ)償點(diǎn)（37.5±2.1）μmol/（m2·s）（P<0.05）。而3種處理下苜蓿的光飽和點(diǎn)（LSP）均為1 000 μmol/（m2·s）（表3）。

2.4 苜蓿葉片氮含量與光合速率的相關(guān)性

葉片氮含量對(duì)葉片光合速率影響如圖2。從圖2可以看出，隨著苜蓿葉片氮含量的增加，苜蓿葉片的光合速率也不斷增加，二者具有正相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)論與討論

苜蓿作為重要的牧草資源，對(duì)我國(guó)的畜牧業(yè)極為重要[16]。生長(zhǎng)5年以上的苜蓿會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)量降低、牧草退化的現(xiàn)象。該試驗(yàn)結(jié)果表明，5年生苜蓿間作燕麥草或玉米可有效提高苜蓿產(chǎn)量、阻止苜蓿產(chǎn)量的降低。

苜蓿和燕麥草或玉米間作能夠顯著提高其根部的根瘤數(shù)量（P<0.05），苜蓿和燕麥草間作處理的根瘤數(shù)增加最多。豆科植物共生根瘤是豆科植物獲取氮的主要途徑，能夠有效地促進(jìn)和幫助豆科植物對(duì)氮的吸收和利用[17]。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，

與單作相比，

苜蓿與燕麥草或玉米間作后苜蓿葉片的氮含量顯著提高（P<0.05），這與根瘤數(shù)量關(guān)系密切。間作增加的根瘤數(shù)量有效提高了苜蓿葉片氮含量。

苜蓿與燕麥草或玉米間作還有效提高了苜蓿的光合能力。結(jié)果表明，與單作苜蓿相比，間作苜蓿光合速率顯著提高（P<0.05），這可能是間作苜蓿產(chǎn)量提高的原因之一。間作苜蓿的光合能力提高主要是因?yàn)槠淙~片氮含量增加，氮與植物葉片光合速率關(guān)系密切。有研究表明，植物葉片絕大多數(shù)氮都儲(chǔ)存在葉綠體中，植物葉片氮的提高會(huì)明顯增加光合速率[18]，該研究結(jié)果也證實(shí)了苜蓿葉片光合速率增加與氮含量關(guān)系。

綜上所述，苜蓿與燕麥草或玉米間作主要提高了苜蓿葉片氮含量，進(jìn)而提高了間作苜蓿光合能力，增加了苜蓿產(chǎn)量，這表明苜蓿和禾本科間作能夠有效地阻止其產(chǎn)量退化，對(duì)提高苜蓿產(chǎn)量、節(jié)約牧草種植成本、提高土地利用效率意義重大。

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