劉選帥,孫延亮,張前兵,李生儀,趙俊威,于 磊,馬春暉
(石河子大學(xué) 動物科技學(xué)院,新疆石河子 832003)
紫花苜蓿(Medicagosativa)是一種優(yōu)質(zhì)的多年生豆科牧草,其分布廣、產(chǎn)量高、營養(yǎng)品質(zhì)好、生長年限長、適口性好及再生性強,既能為家畜提供優(yōu)質(zhì)蛋白飼料,又能利用根瘤菌固定游離于空氣中的氮素,起到提高土壤肥力的作用,因此被人們稱為“牧草之王”[1-2]。苜蓿作為中國人工種植面積最大的牧草,對中國北方部分地區(qū)農(nóng)牧業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整、經(jīng)濟建設(shè)以及穩(wěn)固和改善自然生態(tài)環(huán)境意義重大[3-4]。新疆是中國紫花苜蓿的主要種植區(qū)域之一,并且隨著畜牧業(yè)的集約化迅速發(fā)展,種植面積在不斷擴大。而現(xiàn)如今國內(nèi)的苜蓿種植業(yè)還處于一個相對較低的水平,大量的優(yōu)質(zhì)苜蓿仍依賴美國、澳大利亞等國家的進口[5]。因此,研究紫花苜蓿的高效優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)對發(fā)展優(yōu)質(zhì)的現(xiàn)代畜牧業(yè)有著十分重要的意義。
在苜蓿的不同生育時期中,其生物量處于動態(tài)變化之中,各個生育時期生物量差異較大[6],研究表明,苜蓿鮮草產(chǎn)量隨著生育期的推進呈逐漸增大的趨勢[7]?,F(xiàn)蕾期和初花期較盛花期具有較高的營養(yǎng)品質(zhì)和飼用價值,但盛花期產(chǎn)量更高,纖維素和木質(zhì)素含量也更高[8]。不同生育期紫花苜蓿的產(chǎn)量變化顯著,相同刈割期,產(chǎn)量隨著刈割茬次的增加而呈現(xiàn)降低的趨勢[9]。相同農(nóng)藝措施下同一年中不同花期內(nèi)紫花苜蓿的具體生長變化規(guī)律尚不明確,尤其是對新疆綠洲區(qū)滴灌條件下紫花苜蓿不同花期的農(nóng)藝性狀及干草產(chǎn)量的變化特征的研究鮮有報道,各農(nóng)藝性狀指標(biāo)與干草產(chǎn)量之間的具體關(guān)系也尚不明晰。因此,開展相同農(nóng)田管理措施下不同花期紫花苜蓿各性狀指標(biāo)特征及與干草產(chǎn)量之間的關(guān)系研究,以期確定紫花苜蓿的最佳刈割時期,進而為新疆綠洲區(qū)紫花苜蓿的田間優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)提供實際指導(dǎo)及數(shù)據(jù)參考。
試驗于2017年在新疆石河子市天業(yè)集團農(nóng)研所農(nóng)業(yè)示范園區(qū)試驗田(44°26′ N,85°94′ E)進行。試驗地土壤類型為灰漠土,pH為7.65,年降水量為130~215 mm,年日照時數(shù)為2 310~ 2 730 h,無霜期為147~191 d。0~20 cm耕層土壤含全氮1.63 g/kg,堿解氮72.5 mg/kg,有機質(zhì)24.1 g/kg,全磷0.19 g/kg,速效磷15.2 mg/kg,速效鉀324 mg/kg,土壤體積質(zhì)量為1.46 g/cm3,田間持水量為24.8%,土壤飽和體積含水量為29.8%。
試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計,選取重點體現(xiàn)紫花苜蓿干草產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)的4個花期進行刈割及各項指標(biāo)的測定,具體花期分別為:孕蕾盛期(孕蕾50%,S1)、初花前期(開花5%,S2)、初花后期(開花10%,S3)、盛花期(開花50%,S4)。按照以上花期進行刈割,則S1期共刈割6茬,S2期共刈割5茬,S3期共刈割4茬,S4期共刈割3茬。各茬次不同花期的具體刈割時間見表1。
表1 各茬次不同花期刈割時間(2017年)Table 1 Mowing time of each cut at different flowering stages(2017)
供試紫花苜蓿品種為本地區(qū)廣泛種植并具有代表性的‘WL354HQ’(北京正道生態(tài)科技有限公司)和‘巨能551’(Magnum,北京克勞沃草業(yè)技術(shù)開發(fā)中心),于2015-04-19采用人工條播方式播種,苜蓿播種行距為20 cm,播種深度為1.5~2.0 cm,播種量為18.0 kg/hm2,小區(qū)面積為 35 m2(7 m × 5 m)。所用滴灌帶為內(nèi)鑲式滴灌帶(新疆普疆節(jié)水有限公司生產(chǎn)),以60 cm為間距淺埋滴灌帶于地下8~10 cm處,滴灌帶的工作壓力為0.1 MPa,直徑為12.5 mm,滴頭間距為20 cm。施肥和灌溉均按照當(dāng)?shù)氐喂嘬俎8弋a(chǎn)田的實際灌溉需求量進行。
1.3.1 苜蓿干草產(chǎn)量 采用樣方法測定,隨機選取葉齡一致且能夠代表該小區(qū)整體長勢水平的苜蓿植株,以1 m×1 m為一個樣方,用剪刀剪取樣方內(nèi)的苜蓿植株(留茬5 cm),稱量,記錄苜蓿植株鮮草產(chǎn)量,重復(fù)3次;另取3份300 g左右鮮草樣品用布袋帶回實驗室,常溫風(fēng)干至恒定質(zhì)量,測定其含水率并折算出苜蓿干草產(chǎn)量(kg/hm2)。具體計算公式如下:
干草產(chǎn)量 = 鮮草產(chǎn)量×(1-含水率)
1.3.2 苜蓿株高 在測定苜蓿鮮草產(chǎn)量的同時,隨機選取長勢均一的苜蓿植株10株,用卷尺測定其到地表的拉伸垂直高度,取其平均值(cm)。
1.3.3 苜蓿莖粗 在株高測定的同時,對測定株高的10株紫花苜蓿植株用游標(biāo)卡尺測定其距地面5 cm高度的植株莖稈直徑(mm)。
1.3.4 苜蓿莖葉比 將帶回實驗室的300 g鮮樣苜蓿風(fēng)干至恒定質(zhì)量,后進行人工莖葉分離,分別測其莖質(zhì)量和葉質(zhì)量,計算莖葉比。具體計算公式如下:
莖葉比=莖質(zhì)量/葉質(zhì)量
根據(jù)灰色系統(tǒng)理論要求,將各茬次不同花期苜蓿干草產(chǎn)量及3個農(nóng)藝性狀指標(biāo)看作一個整體,構(gòu)建一個灰色系統(tǒng)[10]。利用DPS 7.05統(tǒng)計軟件計算各農(nóng)藝性狀參數(shù)與苜蓿干草產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度。設(shè)干草產(chǎn)量為參考數(shù)列X0,3個農(nóng)藝性狀指標(biāo)分別為比較數(shù)列X1、X2、X3和X4,參數(shù)Xi與產(chǎn)量(X0)的關(guān)聯(lián)系數(shù)(ε)和各因素的關(guān)聯(lián)度(r)為:
式中,εi(k)為Xi對X0在k點的關(guān)聯(lián)系數(shù),ρ為灰色分辨系數(shù),一般取ρ=0.5;根據(jù)關(guān)聯(lián)度ri的大小,就可以確定比較數(shù)列與目標(biāo)數(shù)列的關(guān)聯(lián)程度,從而判斷比較數(shù)列的重要性。
采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理,利用DPS 7.05進行差異顯著性分析(Duncan’s)。試驗結(jié)果表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”。
不同花期下紫花苜蓿株高的變化如表2所示,隨著苜?;ㄆ诘耐七M,相同茬次紫花苜蓿的株高表現(xiàn)為逐漸增大的趨勢(‘WL354HQ’在第1茬S4的株高稍有降低)。不同花期之間,S2的株高顯著大于S1(P<0.05)。S2與S3及S3與S4之間,各茬次株高均差異不顯著(P>0.05),說明株高在苜蓿進入到初花期后變化不大。S1與S3及S1與S4之間,各茬次均為差異顯著(P< 0.05)。S2與S4之間,除了‘巨能551’第1、2茬差異顯著外(P<0.05),‘WL354HQ’第1、2、3茬和‘巨能551’第3茬均表現(xiàn)為差異不顯著(P>0.05)。
表2 不同花期紫花苜蓿的株高Table 2 Height of alfalfa at different flowering stages cm
由表3可以看出,隨著苜?;ㄆ诘耐七M,紫花苜蓿的莖粗呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢,在S4達(dá)到最大值,‘WL354HQ’和‘巨能551’分別為3.32 mm和3.51 mm。S1與S2之間,除了‘WL354HQ’的第1茬和第2茬的莖粗差異不顯著外(P> 0.05),其他茬次均表現(xiàn)為S2顯著大于S1(P< 0.05)。S2與S3之間,‘WL354HQ’第2茬和‘巨能551’第2、3、4茬均表現(xiàn)為差異顯著(P< 0.05),其余茬次均為S2與S3差異均不顯著 (P>0.05)。S3與S4之間,各茬次莖粗差異均不顯著(P>0.05)。S1與S3之間,除‘WL354HQ’第1茬差異不顯著外(P>0.05),其余茬次均為S3顯著大于S1(P<0.05)。S2與S4之間,除了‘WL354HQ’的第3茬差異不顯著外(P>0.05),其余茬次均為S4顯著大于S2(P<0.05)。S4各茬次的莖粗顯著大于S1(P<0.05)。在同一花期不同茬次內(nèi),紫花苜蓿的莖粗隨著茬次的遞進而逐漸減小。
表3 不同花期紫花苜蓿的莖粗Table 3 Stem diameter of alfalfa at different flowering stages mm
不同花期紫花苜蓿的莖葉比各不相同,總體來看,各茬次莖葉比均隨著苜蓿的日漸成熟而表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(表4)。其中,S1與S2之間,除了‘巨能551’第4茬差異不顯著外(P> 0.05),‘WL354HQ’的全部茬次和‘巨能551’其余茬次均為S2顯著大于S1(P<0.05)。S2與S3之間,除了‘巨能551’第4茬的S2和S3之間差異顯著外(P<0.05),‘WL354HQ’全部茬次和‘巨能551’其余茬次差異均不顯著(P>0.05)。在S3與S4之間,除了‘巨能551’第2茬的S3與S4間差異不顯著外(P>0.05),‘WL354HQ’全部茬次和‘巨能551’的第1、3茬均為S4顯著大于S3(P<0.05)。相同苜蓿品種,各茬次S1與S3、S2與S4、S1與S4的莖葉比均差異顯著(P< 0.05)。
表4 不同花期紫花苜蓿的莖葉比Table 4 Stem-leaf ratio of alfalfa at different flowering stages
不同花期紫花苜蓿的干草產(chǎn)量如表5所示,相同茬次,隨著花期的推進,2個紫花苜蓿品種‘WL354HQ’和‘巨能551’的干草產(chǎn)量均呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢,刈割3茬的均在S4下達(dá)到最大,分別達(dá)到7 463.29 kg/hm2和7 599.70 kg/hm2。S1與S2、S2與S3之間,除了‘巨能551’第3茬差異不顯著外(P>0.05),其他茬次均表現(xiàn)為差異顯著(P<0.05)。S3與S4之間,‘WL354HQ’和‘巨能551’均在第2茬差異顯著(P<0.05),而在第1茬和第3茬差異均不顯著(P>0.05)。各茬次間S1與S3、S2與S4及S1與S4的干草產(chǎn)量均差異顯著(P<0.05)。
從總干草產(chǎn)量來看,苜蓿的各個花期對應(yīng)的總干草產(chǎn)量為在S2時期(刈割5茬)最大,‘WL354HQ’和‘巨能551’的最大值分別為 22 947.53 kg/hm2和 22 673.16 kg/hm2,苜蓿的總干草產(chǎn)量大小順序為S2>S3>S4>S1。
表5 不同花期紫花苜蓿的干草產(chǎn)量Table 5 Hay yield of alfalfa at different flowering stages kg/hm2
灰色關(guān)聯(lián)度分析法是一種描述多個因素間單個因素重要性強弱的統(tǒng)計分析方法,關(guān)聯(lián)系數(shù)數(shù)值大小在0~1之間,數(shù)值越大,表示該因素的作用越大;數(shù)值越小,其作用越小[11]。為了進一步說明苜蓿各農(nóng)藝性狀指標(biāo)與干草產(chǎn)量之間的關(guān)系,本試驗將不同花期滴灌苜蓿的株高、莖粗、莖葉比與干草產(chǎn)量進行灰色關(guān)聯(lián)度分析,結(jié)果顯示(表6),‘WL354HQ’在S1、S3、S4的各農(nóng)藝性狀與干草產(chǎn)量的相關(guān)性大小順序為莖粗>莖葉比>株高,而在S2其相關(guān)性大小順序為莖粗>株高>莖葉比,說明莖粗與‘WL354HQ’苜蓿干草產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度最高,即其對苜蓿干草產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率最大?!弈?51’在S1、S2的各農(nóng)藝性狀中與干草產(chǎn)量相關(guān)性最大的是株高,而在S3和S4下,莖粗與干草產(chǎn)量關(guān)聯(lián)系數(shù)最大,說明不同花期滴灌苜蓿各農(nóng)藝性狀與干草產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度是不同的。
表6 不同花期苜蓿各農(nóng)藝性狀與干草產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度分析Table 6 Grey correlation analysis of characters and yield of alfalfa at different flowering stages
苜蓿的株高是評價苜蓿干草產(chǎn)量的重要指標(biāo)之一,同時也是最能直觀體現(xiàn)其生物量積累過程的性狀指標(biāo)[12]。研究表明,生育期對苜蓿株高的影響很大程度上受苜蓿本身生物學(xué)特性影響,即在整個生育期內(nèi)苜蓿的株高是呈“慢速-快速-慢速”的生長規(guī)律[13]。在苜蓿生長進入到分枝期后,其生長速度加快,在初花期基本達(dá)到其株高峰值,之后幾乎停止生長[14]。本研究也表明,紫花苜蓿株高的最大值出現(xiàn)在S4(表2),各花期苜蓿株高大小順序依次為S4>S3>S2>S1??梢姡糁灰灾旮咦鳛樵u判依據(jù),則S4的單茬干草產(chǎn)量最大。在S1期,苜蓿植株尚未成熟,處于快速生長階段,節(jié)間長度增長也較快,同時,由于從孕蕾期開始,苜蓿行間的群體散射輻射和直射輻射透過系數(shù)會減小,而這又保證了苜蓿植株對光能的充分利用,進而增強了苜蓿的光合作用[15],使得苜蓿的生物量在此期積累迅速,故S2的株高顯著大于S1的株高(P<0.05)。而在S2至S4期間,苜蓿生長進入到花期,其植株體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)用于維持開花而不再或很少用于增加植株高度,同時,植株生長符合“S”型生長曲線,一般在開花期株高就會達(dá)到最大值[16],進而導(dǎo)致苜蓿植株生長速度變緩而進入到慢速生長的階段,故從S2至S4苜蓿株高差異不大。
莖粗是評價苜蓿植株纖維含量高低的一個指標(biāo)[17],也是衡量苜蓿生長性能的一個重要指標(biāo),但其可視變化不如株高明顯。本研究表明,隨著苜?;ㄆ诘耐七M,苜蓿植株的莖粗呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢,于S4達(dá)到最大(表3)。本研究中,苜蓿各茬次的莖粗為S2顯著大于S1(P<0.05),這極有可能是因為苜蓿進入花期以后,莖稈占植株干物質(zhì)比重在迅速增加[18],同時S1的苜蓿處于快速生長階段,莖稈直徑增大較快,因而導(dǎo)致苜蓿植株干物質(zhì)積累較快,故S2的莖粗顯著大于S1。雖然S3的莖粗大于S2,S4的莖粗大于S3,但在S2與S3之間、S3與S4之間,其差異并無統(tǒng)計學(xué)意義,說明S2至S4苜蓿的生長與其生長曲線相符,處于慢速生長階段,故生長緩慢,差異不明顯。而S4各茬次均顯著大于S2和S1(P<0.05),造成這種現(xiàn)象的原因可能是在進入到初花期后苜蓿植株逐漸開始成熟老化,木質(zhì)化加劇[19],而此時苜蓿的木質(zhì)化主要集中在莖稈上,增加了莖稈的粗纖維含量,故S4的莖粗顯著大于S2和S1的莖粗。在苜蓿植株中,莖稈是植株運送營養(yǎng)物質(zhì)和水分的主要通道,而苜蓿莖粗的大小是與干物質(zhì)的積累程度相適應(yīng)的,即莖粗越大,苜蓿可運送和吸收的營養(yǎng)物質(zhì)也相對越多,進而使干物質(zhì)積累較多,因此,莖粗在一定程度上是由花期決定的。
莖葉比作為苜蓿農(nóng)藝性狀的一個重要指標(biāo),其通過莖、葉在不同花期的比值大小來反映干草產(chǎn)量的高低,比值越大,產(chǎn)量越高,比值越小,產(chǎn)量越低。研究表明,隨著花期的推進,苜蓿植株的莖葉比逐漸增大,進而導(dǎo)致苜蓿植株體內(nèi)的木質(zhì)素和纖維素含量增多,尤其是酸性洗滌纖維(ADF)含量明顯上升[20],而粗蛋白含量也隨之下降[21]。另有研究表明,苜蓿的莖葉比隨著生育期的推進而上升,在結(jié)實期最大,這一規(guī)律是由苜蓿自身生長節(jié)律決定的[22]。因為本試驗的花期未涉及到結(jié)實期,所以本試驗的莖葉比大小順序為S4> S3>S2>S1(表4),這與李巖等[23]的研究結(jié)果一致,其原因是隨著花期的推進,紫花苜蓿株高逐漸增大,而株高的增大又使得莖生物量在紫花苜蓿植株中所占的比重增加,因而莖葉比也隨著生育期的推進而上升。本試驗中,S1苜蓿植株的生長速度較快,木質(zhì)化程度較低,因此莖葉比相對較低,與S2的莖葉比相比差異明顯。而從S2開始,苜蓿進入開花期,此后苜蓿植株生長緩慢并且葉片與莖稈均逐漸老化,所以S2與S3、S3與S4的莖葉比差異無統(tǒng)計學(xué)意義。但對于相同苜蓿品種,S4莖葉比顯著大于S1和S2,這說明在苜蓿生育后期莖稈的木質(zhì)化程度高于生育前期,莖稈粗纖維含量增高導(dǎo)致莖稈質(zhì)量增大,進而使莖葉比增大。
影響紫花苜蓿干草產(chǎn)量的因素有很多,如刈割時期、刈割方式、調(diào)制技術(shù)等均能使其產(chǎn)量和品質(zhì)下降,而刈割時期是諸多影響因素中對苜蓿干草質(zhì)量影響最大且最便于控制和改變的因素[24]。不同刈割時期對紫花苜蓿的干草產(chǎn)量和營養(yǎng)價值有著十分顯著的影響,挑選適于刈割的花期是苜蓿優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)[25-26]。干草產(chǎn)量作為最能直觀體現(xiàn)苜蓿生產(chǎn)性能的一個指標(biāo),可以有效反映苜蓿生產(chǎn)的經(jīng)濟效益[27]。研究表明,苜蓿的刈割期對紫花苜蓿的草產(chǎn)量具有十分顯著的影響[25]。本試驗表明,隨著花期的推進,‘WL354HQ’和‘巨能551’2個品種在各茬次的干草產(chǎn)量均呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢,在S4達(dá)到最大,分別達(dá)到7 463.29 kg/hm2和7 599.70 kg/hm2(表5),表現(xiàn)出對新疆綠洲區(qū)較好的適應(yīng)性,這主要是因為隨著生育期的推進,苜蓿植株日漸成熟,植株體內(nèi)光合產(chǎn)物也在逐漸增多,而光合產(chǎn)物的增多有利于生物量的積累,故干草產(chǎn)量逐漸增加。但是從一年內(nèi)苜蓿的整個生育期來看,苜蓿的各個花期對應(yīng)的總干草產(chǎn)量為在S2下最大,說明雖然單茬苜蓿產(chǎn)量是在S4時期達(dá)到最大,但其一年內(nèi)的總干草產(chǎn)量小于S2時期,同時,S2和S3時期苜蓿的總干草產(chǎn)量非常接近,且總干草產(chǎn)量的大小不僅與刈割期有關(guān),還與刈割的次數(shù)及刈割成本有關(guān),因此,綜合苜蓿產(chǎn)量及種植成本來看,苜蓿在S3時期刈割效果最好。理論上在單茬產(chǎn)量一定的情況下,茬次越多,總干草產(chǎn)量越大,但實際生產(chǎn)中,每一茬的產(chǎn)量隨著茬次的增大而減小[9,28]。因此在確定最佳刈割期時,要綜合考慮總干草產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)和種植成本等因素。
苜蓿植株各農(nóng)藝性狀指標(biāo)與苜蓿干草產(chǎn)量的形成有著十分緊密的聯(lián)系[29]。研究表明,株高、生長速度、再生速度與苜蓿草產(chǎn)量的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平[30]。耿慧等[11]對多個紫花苜蓿品種的主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)進行灰色關(guān)聯(lián)度分析表明,株高對苜蓿單株產(chǎn)量影響最大;而另有研究發(fā)現(xiàn),莖粗對苜蓿干草產(chǎn)量的貢獻(xiàn)作用最大[22]。本試驗通過對不同花期滴灌苜蓿的株高、莖粗、莖葉比與干草產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度分析表明,莖粗與‘WL354HQ’品種苜蓿干草產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度最大,即其對苜蓿干草產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大(表6),這與韓路等[29]的研究結(jié)果一致,而與耿慧等[11]的結(jié)果有所差異,其原因可能是本研究采用的是滴灌條播方式進行田間管理,而耿慧等[11]采用穴播方式播種和未進行灌溉處理,兩者之間農(nóng)藝措施的差異可能導(dǎo)致關(guān)聯(lián)度排序結(jié)果不同。‘巨能551’品種在S1、S2的各農(nóng)藝性狀中與干草產(chǎn)量相關(guān)性最大的是株高,而在S3、S4時期與干草產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度最大的是莖粗(表6),說明不同花期滴灌苜蓿各農(nóng)藝性狀與苜蓿干草產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度不同,這可能是因為苜蓿在生長過程中,各農(nóng)藝性狀指標(biāo)會隨著花期的推進而發(fā)生變化。
隨著花期的推進,相同茬次紫花苜蓿的株高、莖粗、葉莖比等農(nóng)藝性狀指標(biāo)及每茬干草產(chǎn)量均呈逐漸增大的趨勢,在盛花期達(dá)到最大。相同花期,莖粗與苜蓿干草產(chǎn)量的相關(guān)性最大,對苜蓿干草產(chǎn)量的貢獻(xiàn)大于株高和莖葉比。苜蓿的總干草產(chǎn)量大小排序為初花前期(開花5%)>初花后期(開花10%)>盛花期(開花50%)>孕蕾盛期??梢姡谑⒒ㄆ谪赘顚⒂欣谲俎尾绱胃刹莓a(chǎn)量的提高,但總干草產(chǎn)量仍相對較低,同時,實際生產(chǎn)中往往需要考慮苜蓿的營養(yǎng)品質(zhì)、刈割成本等,因此,綜合考慮苜蓿干草產(chǎn)量及種植成本,在初花后期(開花10%)刈割效果最佳。