紫花苜蓿與不同生活型多年生禾本科牧草混播生長生理特征

張輝輝， 師尚禮， 武 蓓， 李自立， 李小龍， 吳 芳， 康文娟， 陳新棟

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院， 草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)研究中心， 甘肅 蘭州 730070)

以單一作物耕作生產(chǎn)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是一種生產(chǎn)力低、不可持續(xù)的生產(chǎn)方式，用糧飼兼顧的草地農(nóng)業(yè)可發(fā)揮4倍于土地資源傳統(tǒng)耕作農(nóng)業(yè)利用的潛力[1]。應(yīng)用優(yōu)良的豆科牧草與禾本科牧草混播建植人工草地能協(xié)同發(fā)揮豆科牧草和禾本科牧草的適應(yīng)性和抗逆性[2]，能再次提高自然資源利用率，達(dá)到增產(chǎn)[3-6]、提質(zhì)[7-9]及改土培肥[10-13]的目的。上述混播優(yōu)勢在生產(chǎn)實(shí)踐中能否持續(xù)存在，是豆禾混播系統(tǒng)具備優(yōu)良生產(chǎn)性能的關(guān)鍵。在豆禾混播系統(tǒng)中草種組分對(duì)水分、養(yǎng)分、光資源和生態(tài)位的競爭以及高稈草種對(duì)矮桿草種的遮蔭作用會(huì)使混播系統(tǒng)組分間產(chǎn)生逆境脅迫，牧草所受逆境脅迫超過其可調(diào)節(jié)范圍時(shí)會(huì)限制各組分牧草的生長[14-15]。在混播系統(tǒng)中，植物所受到的逆境脅迫主要來自種間競爭，當(dāng)受到逆境脅迫時(shí)，植物會(huì)通過調(diào)節(jié)自身的抗氧化物酶活性來清除體內(nèi)積累的活性氧和自由基，減小氧化損傷[16]，增加滲透物質(zhì)含量以減輕或避免丙二醛等有害物質(zhì)積累造成的組織或器官生物膜系統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)的傷害，通過提高抗氧化能力和滲透調(diào)節(jié)能力，達(dá)到種間生理協(xié)同[17]，同時(shí)，混播系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)植物光合生理來協(xié)調(diào)種間對(duì)光資源的利用，達(dá)到提高干物質(zhì)積累的目的[2]。

楊志超等[15]在紫花苜蓿分別與無芒雀麥、垂穗披堿草(Elymusnutans)、虉草(Phalarisarundinacea)和貓尾草(Phleumpratense)不同比例建植混播草地的研究中發(fā)現(xiàn)，混播組合和成分比例顯著影響各組分牧草抗氧化酶活性和抗氧化劑含量。黃麗琴等[18]對(duì)苜蓿與虉草混播草地的研究發(fā)現(xiàn)，虉草根系可溶性糖含量在不同混播比例下均高于單播，在豆禾間行比為2∶1時(shí)最高；苜蓿根系可溶性糖含量在豆禾間行比為1:1時(shí)最高，董世魁等[19]發(fā)現(xiàn)混播草地光能利用率較單播顯著提高。在豆禾混播系統(tǒng)中，生理調(diào)節(jié)是牧草響應(yīng)競爭環(huán)境的主要生存策略，目前對(duì)混播草地牧草生理響應(yīng)混播草種和比例的研究較少。本研究以紫花苜蓿分別與3類不同生活型多年生禾本科牧草建植的混播草地為研究對(duì)象，通過比較分析不同混播組合和成分比例下牧草抗氧化能力、膜脂過氧化物含量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量以及光合生理的差異，探討牧草生長生理對(duì)混播系統(tǒng)種間協(xié)同效應(yīng)的響應(yīng)，為混播草種搭配及比例設(shè)置提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)自然概況

試驗(yàn)地位于甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)蘭州牧草實(shí)訓(xùn)基地，地理位置105°41′ E，34°05′ N，地處黃土高原西端向青藏高原過渡地帶，海拔1 595 m，屬溫帶半干旱大陸性氣候，年平均氣溫10.3℃，年平均日照時(shí)數(shù)2 374 h，無霜期172 d，年降水量300 mm左右，集中分布于6—9月，年均蒸發(fā)量1 664 mm。土壤為黃綿土，肥力均勻，有機(jī)質(zhì)含量為0.96%，堿解氮含量為65.92 mg·kg-1，速效鉀含量為104.21 mg·kg-1，速效磷含量為10.06 mg·kg-1。

1.2 供試材料

供試紫花苜蓿品種為‘清水’(Medicagosativa‘Qingshui’)，發(fā)芽率86.67%，由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)教育部草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供；不同生活型禾本科材料：叢生型-葦狀羊茅，品種為‘雨姿’(Festucaarundinacea‘Yuzi’)，發(fā)芽率85.56%，匍匐莖型-草地早熟禾，品種為‘蓋世’(Poapratensis‘Gaishi’)，發(fā)芽率81.11%，由甘肅創(chuàng)綠草業(yè)科技有限公司提供；根莖型-無芒雀麥，品種為‘原野’(Bromusinermis‘Yuanye’)，發(fā)芽率82.22%，由北京正道草業(yè)有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)混播組合，每個(gè)混播組合設(shè)3個(gè)混播比例(混播播種量按占單播量的比例計(jì)算)，另設(shè)置4個(gè)單播處理作為對(duì)照(表1)，共13個(gè)處理，小區(qū)面積15 m2(5 m×3 m)，重復(fù)3次，總共39個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)間距0.4 m，行距0.2 m，采用同行條播的播種方式，播種深度2 cm。播種時(shí)間2020年5月25日，底肥施用量：磷酸二銨(P2O5≥46%)120 kg·hm-2；尿素(總氮≥46%)80 kg·hm-2；硫酸鉀(K2O≥51%)50 kg·hm-2，底肥播種前均勻撒布于地表，翻耕入土，整地種植。試驗(yàn)地采用滴灌方式進(jìn)行灌溉，生長期間不追肥，采用人工除草。2020年5月25日播種，2020年8月18日和2021年6月2日紫花苜蓿初花期取樣并測定相關(guān)指標(biāo)。

表1 試驗(yàn)處理Table 1 Experimental treatments

1.4 測定指標(biāo)與方法

單播區(qū)每小區(qū)取3個(gè)1 m樣段，稱鮮重，然后每個(gè)樣段取500 g鮮樣；混播區(qū)每小區(qū)取3個(gè)1 m樣段，取樣后豆禾分開稱鮮重，每個(gè)樣段豆禾各取鮮樣500 g；鮮樣帶回實(shí)驗(yàn)室后于105℃下殺青20 min，80℃下烘干至恒重，2年數(shù)據(jù)取平均值，通過測產(chǎn)面積和草樣干鮮比換算獲得混播草地產(chǎn)量，并根據(jù)產(chǎn)量計(jì)算各組分增產(chǎn)貢獻(xiàn)率：

式中：YIR表示混播系統(tǒng)增產(chǎn)率，Yij和Yji分別表示混播系統(tǒng)中豆科牧草和禾本科牧草的產(chǎn)量，Yi和Yj分別表示豆科牧草和禾本科牧草的單播產(chǎn)量，Pi和Pj分別表示豆科牧草和禾本科牧草的混播比例，且Pi+Pj=1。

株高：用卷尺測量任意一株牧草從地面至葉尖或花序頂端的絕對(duì)高度，10株為一個(gè)重復(fù)，取其平均值，共3次重復(fù)。

紫花苜蓿初花期時(shí)于晴天9:30—11:00采用GFS-3000便攜式光合儀(Walz,Germany)對(duì)紫花苜蓿功能葉片倒4葉的光合氣體交換參數(shù)進(jìn)行測定，空氣中CO2濃度固定為400 μmol·mol-1，光照強(qiáng)度設(shè)定為1400 μmol·(m2·s)-1；對(duì)草地早熟禾頂?shù)?片完全展開的功能葉的氣體交換參數(shù)進(jìn)行測定，空氣中CO2濃度固定為400 μmol·mol-1，光照強(qiáng)度設(shè)定為1 000 μmol·(m2·s)-1；對(duì)無芒雀麥頂端第2片完全展開的功能葉的氣體交換參數(shù)進(jìn)行測定，空氣中CO2濃度固定為400 μmol·mol-1，光照強(qiáng)度設(shè)定為2 000 μmol·m-2·s-1；對(duì)葦狀羊茅頂端第2片完全展開的功能葉的氣體交換參數(shù)進(jìn)行測定，空氣中CO2濃度固定為400 μmol·mol-1，光照強(qiáng)度設(shè)定為800 μmol·m-2·s-1；測定指標(biāo)包括：凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)。

于紫花苜蓿初花期隨機(jī)選取單株，剪取從頂部向下第3～5片完整葉，每個(gè)小區(qū)10個(gè)重復(fù)單株。將取好的葉片裝入錫箔紙袋在液氮中迅速冷凍，帶回實(shí)驗(yàn)室后于-80℃超低溫冰箱儲(chǔ)藏[20]，用于測定指標(biāo)：超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)光還原法測定[21]，過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[22]，過氧化氫酶(CAT)活性采用試劑盒法(試劑盒由蘇州格銳思生物公司提供)，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定[23]，脯氨酸(Pro)含量采用酸性茚三酮法測定[24]，可溶性糖(SS)含量采用蒽酮法測定[25]，可溶性蛋白含量(SP)采用考馬斯亮藍(lán)染色法[26]，并用牛血清白蛋白作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算及隸屬函數(shù)分析，SPSS(IMB SPSS Statiatics 19)進(jìn)行數(shù)據(jù)單因素方差分析，并用Duncan法對(duì)各測定數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

利用下列公式計(jì)算不同混播處理標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，與植物生長生理協(xié)同能力呈正相關(guān)的參數(shù)，如SOD，POD，CAT，Pro，SS和SP等采用公式：

u(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)，
j=1，2，3，…，n

與植物生長生理協(xié)同能力呈負(fù)相關(guān)的參數(shù)如MDA采用公式：

u(Xj)=1-(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)，
j=1，2，3，…，n

式中，Xj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)，u(Xj)表示j個(gè)綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，Xmax和Xmin分別表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的最大值和最小值。

權(quán)重采用客觀賦權(quán)法進(jìn)行計(jì)算：

式中，Wj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重，Pj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

綜合評(píng)價(jià)D值計(jì)算公式：

2 結(jié)果與分析

2.1 混播成分與比例對(duì)牧草產(chǎn)量的影響

不同混播處理下牧草產(chǎn)量如表2所示?；觳ゲ莸禺a(chǎn)量均較單播草地顯著提高(P<0.05)，隨紫花苜?；觳ケ壤南陆岛秃滩莼觳ケ壤纳仙?，紫花苜蓿產(chǎn)量下降，禾草產(chǎn)量上升，混播草地總產(chǎn)量下降。不同處理的混播草地各組分增產(chǎn)率和混播系統(tǒng)增產(chǎn)率均為正值，較單播草地增產(chǎn)。紫花苜蓿與草地早熟禾P1處理下紫花苜蓿增產(chǎn)率最大，P2處理下草地早熟禾增產(chǎn)率最大；紫花苜蓿與無芒雀麥B2處理下紫花苜蓿增產(chǎn)率最大，B3處理下無芒雀麥增產(chǎn)率最大；紫花苜蓿與葦狀羊茅P1處理下紫花苜蓿與葦狀羊茅增產(chǎn)率均最大。

表2 不同混播處理下牧草產(chǎn)量的差異Table 2 Effect of different mixed sowing treatment on yield of forage

2.2 混播成分與比例對(duì)牧草株高的影響

不同混播處理下牧草株高如圖1所示，在紫花苜蓿與草地早熟禾混播草地中，混播紫花苜蓿株高2020年和2021年分別為75.94～77.51 cm和86.44～101.64 cm，在兩年試驗(yàn)各混播處理下均顯著低于單播(P<0.05)；混播草地早熟禾株高2020年和2021年分別為40.33～44.78 cm和49.83～58.13 cm，各年份混播處理均高于單播，其中在2020年各混播處理及2021年P(guān)1處理下顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與無芒雀麥混播草地中，混播紫花苜蓿株高2020年和2021年分別為68.07～72.17 cm和85.94～99.04 cm，在兩年各混播處理下均顯著低于單播(P<0.05)；混播無芒雀麥株高2020年和2021年分別為44.17～47.83 cm和49.83～58.13 cm，在2020年B1和B2處理以及2021年各處理下顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與葦狀羊茅混播草地中，混播紫花苜蓿株高2020年和2021年分別為74.22～77.75 cm和85.42～96.99 cm，在兩年F2和F3處理下均顯著低于單播(P<0.05)；混播葦狀羊茅株高2020年和2021年分別為68.52～72.63 cm和82.70～92.40 cm，在兩年各處理下顯著高于單播(P<0.05)。

圖1 不同混播處理對(duì)牧草株高的影響Fig.1 Effects of different mixed sowing treatment on plant height of forage

2.3 混播成分與比例對(duì)牧草葉片膜脂過氧化物含量的影響

如圖2所示，不同混播處理下牧草葉片MDA含量具有差異。在紫花苜蓿與草地早熟禾混播草地中，紫花苜蓿葉片MDA含量在兩年試驗(yàn)各混播處理下均顯著低于單播(P<0.05)；草地早熟禾葉片MDA含量在兩年各混播處理下均顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與無芒雀麥混播草地中，紫花苜蓿葉片MDA含量在兩年試驗(yàn)P2和P3處理下均顯著低于單播(P<0.05)；無芒雀麥葉片MDA含量在2020年B2和B3處理下顯著高于單播(P<0.05)，在2021年各處理與單播差異不顯著。在紫花苜蓿與葦狀羊茅混播草地中，紫花苜蓿葉片MDA含量在2020年各處理以及2021年F2和F3處理下顯著低于單播(P<0.05)；葦狀羊茅葉片MDA含量在2020年F2和F3處理以及2021年各處理下顯著低于單播(P<0.05)。隨紫花苜蓿比例的下降和禾草比例的上升，紫花苜蓿與3種禾草葉片MDA含量均呈下降趨勢。

圖2 不同混播處理對(duì)葉片丙二醛含量的影響Fig.2 Effects of different mixed sowing treatment on malondialdehyde content of leaf

2.4 混播成分與比例對(duì)牧草葉片抗氧化酶活性的影響

不同混播處理下牧草葉片SOD酶活性如圖3所示。在紫花苜蓿與草地早熟禾混播草地中，紫花苜蓿葉片SOD酶活性在2020年P(guān)1和P2處理以及2021年各處理下均顯著高于單播(P<0.05)；草地早熟禾葉片SOD酶活性在2020年P(guān)2和P3處理以及2021年P(guān)1處理下顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與無芒雀麥混播草地中，紫花苜蓿葉片SOD酶活性在2020年各處理及2021年P(guān)1和P2處理下均顯著高于單播(P<0.05)；無芒雀麥葉片SOD酶活性在2020年B2和B3處理以及2021年各處理下顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與葦狀羊茅混播草地中，紫花苜蓿葉片SOD酶活性在2020年各處理以及2021年F1和F2處理下顯著高于單播(P<0.05)；葦狀羊茅葉片SOD酶活性在兩年F1和F2處理下顯著高于單播(P<0.05)。

圖3 不同混播處理對(duì)葉片超氧化物歧化酶活性的影響Fig.3 Effects of different mixed sowing treatment on SOD activity of leaf

如圖4所示，在紫花苜蓿與草地早熟禾混播草地中，紫花苜蓿葉片POD酶活性在2020年P(guān)1和P2處理以及2021年各處理下均顯著高于單播(P<0.05)；草地早熟禾葉片POD酶活性在2020年P(guān)2和P3處理以及2021年P(guān)1處理下顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與無芒雀麥混播草地中，紫花苜蓿葉片POD酶活性在2020年各處理及2021年P(guān)1和P2處理下均顯著高于單播(P<0.05)；無芒雀麥葉片POD酶活性在2020年B2和B3處理以及2021年各處理下顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與葦狀羊茅混播草地中，紫花苜蓿葉片POD酶活性在2020年各處理以及2021年F1和F2處理下顯著高于單播(P<0.05)；葦狀羊茅葉片POD酶活性在兩年F1和F2處理下顯著高于單播(P<0.05)。

圖4 不同混播處理對(duì)葉片過氧化物酶活性的影響Fig.4 Effects of different mixed sowing treatment on POD activity of leaf

如圖5所示，在紫花苜蓿與草地早熟禾混播草地中，紫花苜蓿葉片CAT酶活性在2020年各處理以及2021年P(guān)1和P2處理下均顯著高于單播(P<0.05)；草地早熟禾葉片CAT酶活性在2020年各處理以及2021年P(guān)1和P2處理下顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與無芒雀麥混播草地中，紫花苜蓿葉片CAT酶活性在2020年B1和B2處理及2021年各處理下均顯著高于單播(P<0.05)；無芒雀麥葉片CAT酶活性在2020年B2處理以及2021年各處理下顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與葦狀羊茅混播草地中，紫花苜蓿葉片CAT酶活性在2020年F1處理以及2021年各處理下顯著高于單播(P<0.05)；葦狀羊茅葉片CAT酶活性在2020年F1和F2處理以及2021年各處理下顯著高于單播(P<0.05)。

圖5 不同混播處理下葉片過氧化氫酶活性的差異Fig.5 Effects of different mixed sowing treatment on CAT activity of leaf

總體而言，混播處理下多組分刺激了SOD酶活性、POD酶活性及CAT酶活性的變化，改變了植物清除體內(nèi)活性氧的能力，以響應(yīng)組分間競爭。

2.5 混播成分與比例對(duì)牧草葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

如圖6所示，不同混播處理下牧草葉片Pro含量具有差異。在紫花苜蓿與草地早熟禾混播草地中，紫花苜蓿葉片Pro含量在2020年各處理以及2021年P(guān)1和P2處理下均顯著高于單播(P<0.05)；草地早熟禾葉片Pro含量在2020年P(guān)1和P2處理以及2021年各處理下顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與無芒雀麥混播草地中，紫花苜蓿葉片Pro含量在2020年各處理及2021年B1和B2處理下均顯著高于單播(P<0.05)；無芒雀麥葉片Pro含量在兩年各處理下顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與葦狀羊茅混播草地中，紫花苜蓿葉片Pro含量在2020年F1和F2處理以及2021年各處理下顯著高于單播(P<0.05)；葦狀羊茅葉片Pro含量在2020年F1處理以及2021年F1和F2處理下顯著高于單播(P<0.05)。

圖6 不同混播比例處理下葉片脯氨酸含量的差異Fig.6 Effects of different mixed sowing ratio treatment on Pro content of leaf

如圖7所示，在紫花苜蓿與草地早熟禾混播草地中，紫花苜蓿葉片SS含量在2020年P(guān)1和P2處理以及2021年P(guān)1處理下均顯著高于單播(P<0.05)；草地早熟禾葉片SS含量在2020年P(guān)2處理以及2021年P(guān)1處理下顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與無芒雀麥混播草地中，紫花苜蓿葉片SS含量在兩年B1和B2處理下均顯著高于單播(P<0.05)；無芒雀麥葉片SS含量在兩年B1處理下顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與葦狀羊茅混播草地中，紫花苜蓿葉片SS含量在2020年F1處理以及2021年F1和F2處理下顯著高于單播(P<0.05)；葦狀羊茅葉片SS含量在2021年F1處理下顯著高于單播(P<0.05)。

圖7 不同混播比例處理下葉片可溶性糖含量的差異Fig.7 Effects of different mixed sowing ratio treatment on SS content of leaf

如圖8所示，在紫花苜蓿與草地早熟禾混播草地中，紫花苜蓿葉片SP含量在2020年P(guān)1和P2處理以及2021年各處理下均顯著高于單播(P<0.05)；草地早熟禾葉片SP含量在2020年P(guān)2處理以及2021年P(guān)1和P2處理下顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與無芒雀麥混播草地中，紫花苜蓿葉片SP含量在兩年各處理下均顯著高于單播(P<0.05)；無芒雀麥葉片SP含量在2021年B1處理以及2021年B1和B2下顯著高于單播(P<0.05)。在紫花苜蓿與葦狀羊茅混播草地中，紫花苜蓿葉片SP含量在兩年各處理下顯著高于單播(P<0.05)；葦狀羊茅葉片SP含量在2021年F1處理下顯著高于單播(P<0.05)。

圖8 不同混播比例處理下葉片可溶性蛋白含量的差異Fig.8 Effects of different mixed sowing ratio treatment on SP content of leaf

總體而言，混播較單播相比，多組分刺激了Pro含量、SS含量及SP含量的變異，調(diào)節(jié)了細(xì)胞滲透勢平衡，以響應(yīng)組分間激烈的競爭。

2.6 混播成分與比例對(duì)牧草光合生理的影響

不同混播處理下牧草光合生理變化如表3所示，不同混播處理下牧草光合生理具有差異。各混播處理下紫花苜蓿凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度均顯著大于單播處理(P<0.05)。草地早熟禾凈光合速率在兩年P(guān)1混播處理下均顯著小于單播(P<0.05)，在2020年P(guān)2和P3混播處理以及2021年P(guān)2處理下顯著大于單播(P<0.05)；草地早熟禾蒸騰速率在2020年P(guān)1混播處理下顯著小于單播(P<0.05)，在兩年P(guān)2和P3混播處理下均顯著大于單播(P<0.05)；草地早熟禾氣孔導(dǎo)度在2020年P(guān)2和P3混播處理以及2021年P(guān)2混播處理下顯著大于單播(P<0.05)，在2021年P(guān)1混播處理下顯著小于單播(P<0.05)；草地早熟禾胞間CO2濃度在兩年P(guān)2和P3混播處理下均顯著大于單播(P<0.05)，在P1混播處理下與單播差異不顯著。無芒雀麥凈光合速率在2020年B2和B3混播處理以及2021年各混播處理下均顯著大于單播(P<0.05)；無芒雀麥蒸騰速率在兩年各混播處理下顯著大于單播(P<0.05)；無芒雀麥氣孔導(dǎo)度在2020年B2和B3混播處理以及2021年各混播處理下顯著大于單播(P<0.05)；無芒雀麥胞間CO2濃度在2020年各混播處理以及2021年B2處理下顯著大于單播(P<0.05)。葦狀羊茅凈光合速率在2020年F1和F2混播處理以及2021年各混播處理下均顯著大于單播(P<0.05)；葦狀羊茅蒸騰速率在兩年各混播處理下顯著大于單播(P<0.05)；葦狀羊茅氣孔導(dǎo)度在2020年F1和F2混播處理以及2021年各混播處理下顯著大于單播(P<0.05)；葦狀羊茅胞間CO2濃度在2020年F1混播處理以及2021年各處理下顯著大于單播(P<0.05)。

表3 不同混播處理下牧草光合指標(biāo)的差異Table 3 Effects of different mixed sowing treatment on photosynthetic index of forage

2.7 紫花苜蓿與3種生活型禾草混播牧草生長生理指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)

混播草地牧草通過調(diào)節(jié)多種生理物質(zhì)來提高生理協(xié)同效應(yīng)，單一的生理指標(biāo)難以準(zhǔn)確反映牧草的生理協(xié)同能力，本研究采用隸屬函數(shù)法對(duì)紫花苜蓿與禾草的生長生理指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，綜合評(píng)價(jià)D值越大，說明牧草生長生理表現(xiàn)越好，結(jié)果如表4所示。根據(jù)綜合評(píng)價(jià)D值對(duì)各混播及單播處理牧草生理排序，結(jié)果顯示混播紫花苜蓿綜合評(píng)價(jià)D值均大于單播，綜合評(píng)價(jià)D值由大到小的排列為F1>B2>P1=B1>F2>P2>B3>P3=F3>CKM，混播草地早熟禾綜合評(píng)價(jià)D值大于單播，綜合評(píng)價(jià)D值由大到小排列為P2>P3>P1>CKP，混播無芒雀麥綜合評(píng)價(jià)D值在混播處理下均大于單播，綜合評(píng)價(jià)D值由大到小排列為B2>B3>B1>CKB，葦狀羊茅綜合評(píng)價(jià)D值在混播處理下均大于單播，綜合評(píng)價(jià)D值由大到小排列為F1>F2>F3>CKF。

表4 不同混播處理下牧草各生長生理指標(biāo)隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)Table 4 Subordinate function values and comprehensive evaluation values of various mixed pasture treatments

續(xù)表4

3 討論

MDA是植物體內(nèi)自由基作用于膜脂而發(fā)生過氧化反應(yīng)的主要產(chǎn)物，是加劇生物膜損傷的主要物質(zhì)，其含量的高低可以間接反映膜脂過氧化程度[32]。已有研究表明逆境脅迫增加了植物體內(nèi)MDA的含量，其含量與脅迫程度有關(guān)[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，在兩年試驗(yàn)中，紫花苜蓿與3種多年生禾草混播時(shí)紫花苜蓿葉片MDA含量均較單播降低，草地早熟禾和無芒雀麥葉片MDA含量均較單播增加，葦狀羊茅葉片MDA含量均較單播降低，根據(jù)前人研究[34]可以看出混播紫花苜蓿和葦狀羊茅所受逆境脅迫小于單播，混播草地早熟禾和無芒雀麥?zhǔn)艿侥婢趁{迫大于單播。同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)隨著紫花苜?；觳ケ壤臏p小和禾草混播比例增大，紫花苜蓿的MDA含量呈下降的趨勢，推斷混播紫花苜蓿種內(nèi)對(duì)自然資源和生態(tài)位的競爭大于種間；草地早熟禾和無芒雀麥的MDA含量隨這種混播比例的變化呈下降的趨勢，推斷在混播草地中株高較高的紫花苜蓿對(duì)光資源的競爭力大于地早熟禾和無芒雀麥，草地早熟禾和無芒雀麥在光資源競爭中處于劣勢，同時(shí)矮稈、下繁草的草地早熟禾和無芒雀麥?zhǔn)艿礁叨?、上繁草紫花苜蓿的遮蔭作用，造成一定的逆境脅迫[34]，隨紫花苜?；觳ケ壤臏p小，紫花苜蓿的競爭力減小，遮蔭作用減小，草地早熟禾所受逆境脅迫減小，MDA含量下降，符合陳意蘭等[35]研究發(fā)現(xiàn)的MDA含量隨脅迫程度的增加而增加的結(jié)果，與付娟娟等[36]發(fā)現(xiàn)的遮蔭程度越強(qiáng)，禾草所受逆境脅迫越大的結(jié)果一致?；觳ト敔钛蛎┤~片MDA含量隨這種比例變化呈下降的趨勢但始終低于單播處理，可能是因?yàn)樽匣ㄜ俎Ｅc草地早熟禾株高差異較小，葦狀羊茅不受紫花苜蓿遮蔭競爭造成的壓迫，兩草種種間對(duì)資源的協(xié)同性良好，與秦燕[37]研究發(fā)現(xiàn)的燕麥與箭筈豌豆在2∶1混作下兩種牧草對(duì)資源協(xié)同性最好的研究結(jié)果相似，但因草種不同而協(xié)同比例存在差異?；觳ゲ莸啬敛菔艿降哪婢趁{迫來源于多方面，本研究只對(duì)牧草是否受到逆境脅迫進(jìn)行了分析，對(duì)于造成逆境脅迫的具體原因需要日后進(jìn)一步探討。

雖然ROS的累積能引起膜脂過氧化，進(jìn)而破壞生物膜及細(xì)胞正常的生理過程，但生物體內(nèi)存在抗氧化系統(tǒng)，主要由SOD，POD和CAT組成，能有效清除ROS[38]，使得混播牧草種間生長生理達(dá)到正常水平。SOD是抗氧化系統(tǒng)清除ROS的核心酶，主要功能是催化超氧化物的歧化反應(yīng)，將OH-和O2-轉(zhuǎn)化形成H2O2，再由POD和CAT進(jìn)一步將其轉(zhuǎn)化為H2O[39-40]。吳明浩[41]以苜蓿分別與3種禾草以不同比例混播后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)豆禾比為1∶2時(shí)，禾草葉片中SOD和CAT活性顯著高于其他處理，丙二醛含量低于其他處理，種間競爭脅迫較小。本研究發(fā)現(xiàn)紫花苜蓿與3種禾草混播時(shí)紫花苜蓿葉片SOD，POD和CAT酶活性大于單播，說明與禾草混播能有效提高紫花苜蓿的抗氧化能力，適當(dāng)?shù)腗DA能上調(diào)紫花苜蓿抗氧化能力，草地早熟禾和無芒雀麥的SOD，POD和CAT酶活性在2020年5∶5和3∶7豆禾比下高于單播，在7∶3豆禾比下低于單播，2021年各混播處理下均大于單播，說明適當(dāng)比例的紫花苜蓿增大了草地早熟禾和無芒雀麥的抗氧化能力，但建植初期過大比例的紫花苜蓿對(duì)草地早熟禾和無芒雀麥的競爭脅迫造成了兩種禾草抗氧化系統(tǒng)損傷，建植第二年逐漸適應(yīng)了競爭環(huán)境。兩年試驗(yàn)中混播葦狀羊茅的SOD，POD和CAT酶活性均大于單播，說明與紫花苜?；觳ピ龃罅藷o芒雀麥抗氧化能力。本研究中，3種抗氧化酶活性的變化趨勢基本一致，且與MDA含量的變化基本一致，符合蔣明義[42]提出的SOD，POD和CAT三種酶協(xié)同一致維持自由基平衡的說法，與張春平[43]發(fā)現(xiàn)的植物所受脅迫程度影響抗氧化物質(zhì)含量結(jié)果一致。

另外，植物在逆境條件下會(huì)迅速積累某些小分子化學(xué)物質(zhì)如Pro，SS和SP等來維持細(xì)胞的滲透勢，維持體內(nèi)水分平衡和細(xì)胞膨壓，從而提高混播草地牧草種間協(xié)同性。Pro是一種具有重要滲透調(diào)節(jié)作用的電解質(zhì)，在逆境條件下植物會(huì)升高Pro含量來維持細(xì)胞基質(zhì)與環(huán)境之間的滲透平衡和減少水分散失，其含量可從一定程度上反映植物抗逆性的強(qiáng)弱[44]?？扇苄蕴鞘潜Ｕ现参矬w內(nèi)物質(zhì)正常運(yùn)輸?shù)闹饕镔|(zhì)[45]，其也參與滲透調(diào)節(jié)過程，同時(shí)還是重要的能量來源?？扇苄缘鞍讌⑴c植物細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)，可以增強(qiáng)植物耐脫水能力，抗性越強(qiáng)，植物體內(nèi)可溶性蛋白越高[46]。本研究發(fā)現(xiàn)混播草地牧草Pro含量，SS含量和SP含量的變化趨勢與MDA基本一致，與陳意蘭[35]在蒭雷草(ThuareaPers)對(duì)鹽脅迫的生理響應(yīng)的研究中發(fā)現(xiàn)的蒭雷草SP和Pro含量隨脅迫程度增大而增大的結(jié)果相似，與賈新平[47]發(fā)現(xiàn)的植物通過提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量以響應(yīng)逆境脅迫的研究結(jié)果一致，說明混播植物可在逆境條件下可通過提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量來維持滲透壓平衡，但建植第一年7∶3豆禾比下草地早熟禾滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量低于單播，說明過大的紫花苜蓿比例造成的逆境脅迫使草地早熟禾過氧化物質(zhì)清除能力下降，MDA積累，造成膜脂過氧化損傷，建植第二年逐漸適應(yīng)了競爭環(huán)境，為造成膜脂過氧化損傷。

在水肥相對(duì)充足的條件下，光資源是植物種間競爭的主要因素，高稈作物對(duì)矮稈作物會(huì)造成遮蔭脅迫以增強(qiáng)自身對(duì)光資源的競爭能力[34]，同時(shí)，適度的遮蔭可緩解植物光抑制現(xiàn)象[48]，增大葉綠素含量，進(jìn)而提高光合利用效率[49]，過度的遮蔭會(huì)引起植物體內(nèi)養(yǎng)分供應(yīng)障礙，光合速率受限[50]。已有研究發(fā)現(xiàn)禾本科牧草生長受到氮素的的限制，而豆科牧草生長往往依賴磷素[51]，本研究結(jié)果顯示，混播紫花苜蓿凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度均高于單播，且隨紫花苜蓿比例的減小和禾草比例的增大呈增大的趨勢，說明混播系統(tǒng)中高稈、上繁草的紫花苜蓿具有光競爭優(yōu)勢，同時(shí)禾本科牧草活化了土壤中的磷，促進(jìn)了紫花苜蓿光合作用[52]，草地早熟禾在7∶3豆禾比下光合作用低于單播，可能是因?yàn)檫^大的紫花苜蓿比例造成了草地早熟禾遮蔭脅迫，引起了養(yǎng)分供應(yīng)障礙，使光合作用受限，其他混播處理禾草光合能力均高于單播，說明紫花苜蓿給禾草提供了適度的遮蔭，同時(shí)供給附近禾草氮素，進(jìn)而緩解了禾草光制止現(xiàn)象，使禾草上調(diào)酶活性、酶量以及葉綠素等，提高了光合作用[53]。在本試驗(yàn)中，豆禾混播系統(tǒng)中紫花苜蓿表現(xiàn)為高光效、高蒸騰作用，禾草均表現(xiàn)為低光效、低蒸騰作用，光合生理互補(bǔ)優(yōu)勢明顯[54]。

本研究對(duì)不同混播處理草地牧草生理指標(biāo)應(yīng)用隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示混播紫花苜蓿生理指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)D值均大于單播且在F1處理下最大，同時(shí)混播紫花苜蓿較單播增產(chǎn)且在F1處理下紫花苜蓿增產(chǎn)率最高；P1處理下草地早熟生理綜合評(píng)價(jià)D值小于單播，增產(chǎn)率最小，其他混播處理下草地早熟禾綜合評(píng)價(jià)D值大于單播，草地早熟禾增產(chǎn)率較P1處理增大；B2處理下無芒雀麥綜合評(píng)價(jià)D值最大，增產(chǎn)率最大；F1處理下葦狀羊茅綜合評(píng)價(jià)D值最大，增產(chǎn)率最大。

4 結(jié)論

混播紫花苜蓿和葦狀羊茅均具有較低的MDA含量和較高的抗氧化能力、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和光合能力，2020年過大的紫花苜蓿比例降低了草地早熟禾的抗氧化能力、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和光合能力以及無芒雀麥的抗氧化能力，適當(dāng)減小紫花苜蓿比例能使草地早熟禾和無芒雀麥的生長生理指標(biāo)好于單播?；觳ゲ莸刂凶匣ㄜ俎１憩F(xiàn)為高光效、高蒸騰作用，禾草均表現(xiàn)為低光效、低蒸騰作用，二者光合生理協(xié)同效應(yīng)明顯。紫花苜蓿與與叢生型葦狀羊茅7∶3混播時(shí)兩種牧草生理協(xié)同性最好，紫花苜蓿和葦狀羊茅均具有最高的增產(chǎn)率，混播草地生產(chǎn)力最高。