末次刈割時間對3種紫花苜蓿越冬前后根頸非結(jié)構(gòu)碳氮含量的影響

楊秀芳

(赤峰市農(nóng)牧科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 赤峰 024031)

紫花苜蓿(Medicagosativa)作為優(yōu)質(zhì)的多年生豆科牧草，在我國畜牧業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用[1]。近幾年，隨著國家振興奶業(yè)、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)苜蓿建設(shè)等項目的實施，紫花苜蓿在全國的種植面積逐年增加，但在北方寒冷地區(qū)紫花苜蓿存在安全越冬的問題。而苜蓿的抗寒性與莖葉的形態(tài)結(jié)構(gòu)、根系類型、秋眠性和低溫下植株的生理生化適應(yīng)性變化等有關(guān)[2]。

目前，國內(nèi)外關(guān)于苜蓿根部非結(jié)構(gòu)碳氮含量的研究主要集中在其與抗寒性的關(guān)系[3-8]、刈割頻率[9]、末次刈割時間[10-14]及季節(jié)變化[15]的影響等方面。在寒冷地區(qū)，末次刈割時間是影響苜蓿越冬的關(guān)鍵管理因素之一。研究表明，晚秋刈割會影響苜蓿根內(nèi)淀粉、可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)等有機物質(zhì)的積累，削弱苜蓿的抗寒性能[10]。王英哲等[11]研究表明，秋季刈割會影響苜蓿根內(nèi)非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的積累，對越冬產(chǎn)生不利影響。朱愛民等[12]研究認為，根頸中C/N高的紫花苜蓿品種適宜在秋末敏感期進行末次刈割。孫浩等[13]研究表明，末茬秋季敏感期刈割會導(dǎo)致苜蓿的越冬率降低。王偉東等[14]研究認為，隨著末次刈割時間的推遲，苜蓿根系全氮及可溶性糖含量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，根系淀粉含量則呈現(xiàn)出“升-降-升”的變化趨勢。但前人的研究均選擇當年生紫花苜蓿[11-12]或以單一品種的2年生苜蓿品種作為研究對象[14]，目前還未見有關(guān)末次刈割對不同抗寒性2年生紫花苜蓿越冬前后根頸非結(jié)構(gòu)碳氮含量影響的報道。

內(nèi)蒙古自治區(qū)科爾沁沙地北部的赤峰市阿魯科爾沁旗紫花苜蓿種植規(guī)模近50 000 hm2[16]，由于當?shù)囟痉e雪少、春季風(fēng)沙天氣頻繁、土壤瘠薄等立地條件和越冬管理技術(shù)的差異，苜蓿越冬不穩(wěn)定，制約著該區(qū)域苜蓿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，本試驗通過在阿魯科爾沁旗對3種2年生紫花苜蓿品種進行不同時間末次刈割處理，研究越冬前后苜蓿根頸非結(jié)構(gòu)碳氮含量的變化，分析3種2年生紫花苜蓿品種越冬前后根頸非結(jié)構(gòu)碳氮含量對末次刈割時間的響應(yīng)，以期為科爾沁沙地苜蓿末次刈割時間的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于內(nèi)蒙古赤峰市阿魯科爾沁旗紹根鎮(zhèn)國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系試驗示范基地，地理位置N43°37′，E120°22′；屬于中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年日照時數(shù)2 767～3 034 h，年積溫 2 900～3 400 ℃，年平均氣溫5.5 ℃，極端最高氣溫40.6 ℃，極端最低氣溫-32.7 ℃，無霜期125～135 d，年平均降水量300～400 mm。土壤為沙土，有機質(zhì)含量9.7 g/kg，全氮600 mg/kg，速效磷8.1 mg/kg，速效鉀104 mg/kg[17]。

1.2 試驗設(shè)計

3個參試紫花苜蓿品種為WL168HQ(秋眠級2.0)、WL298HQ(秋眠級3.2)和佳盛(秋眠級4.0)，其中WL168HQ和WL298HQ來自北京正道種業(yè)有限公司，佳盛來自北京陽光綠地生態(tài)科技有限公司。參試苜蓿2019-05-29播種，條播，行距25 cm，播種量22.5 kg/hm2，小區(qū)面積35 m2(5 m×7 m)，3次重復(fù)。播種后噴施封閉除草劑異丙甲草胺 2 250 mL/hm2，基施氮磷鉀復(fù)合肥300 kg/hm2。試驗前2茬刈割分別在初花期進行，末次刈割時間設(shè)置5個處理，分別在2020年8月11日(C1)、8月26日(C2)、9月13日(C3)、9月27日(C4)、10月13日(C5，初霜期后)進行，每個小區(qū)每處理刈割面積3 m2。于2020年10月15(T1)、11月10(T2)、2021年3月10日(T3)、4月10日(T4)、5月10日(T5)挖取不同末次刈割處理參試苜蓿品種20株根系，用錫箔紙包裹置于干冰箱中帶回實驗室。取根系靠近根頸5 cm部分進行生理生化指標測定。

1.3 測定指標與方法

淀粉、可溶性糖、游離氨基酸和可溶性蛋白含量用Cohesion Biosciences公司提供的微孔板分析試劑盒測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析，方差分析結(jié)果用Duncan氏方法進行顯著比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 末次刈割時間對3種紫花苜蓿越冬前后根頸淀粉含量的影響

末次刈割時間對3種紫花苜蓿越冬前后根頸淀粉含量的影響見圖1。

圖柱上標不同小寫字母表示同一苜蓿品種在相同根頸取樣日期(T)下各末次刈割時間(C)處理間差異顯著(P<0.05)。下圖同

由圖1可見，在晚秋時節(jié)(T1)，WL168HQ各末次刈割處理根頸淀粉含量隨著末次刈割時間推遲呈先降低后升高的趨勢，其中C1刈割處理顯著高于其他處理(P<0.05)；WL298HQ和佳盛品種各末次刈割處理根頸淀粉含量均表現(xiàn)出先升高后降低再升高的趨勢，其中C2刈割處理最高，顯著高于其他刈割處理(P<0.05)。進入11月份(T2)，WL168HQ根頸淀粉含量變化隨末次刈割時間推遲無明顯規(guī)律，其中C3刈割處理根頸淀粉含量顯著高于其他處理(P<0.05)；WL298HQ和佳盛品種各末次刈割處理根頸淀粉含量仍然表現(xiàn)出先升高后降低又升高的趨勢，其中C2刈割處理最高，顯著高于其他刈割處理(P<0.05)。次年3月份(T3)，3種紫花苜蓿不同末次刈割處理根頸淀粉含量的變化無規(guī)律性，WL168HQ和佳盛C1刈割處理根頸淀粉含量最高，顯著高于其他處理(P<0.05)，WL298HQ的C2刈割處理根頸淀粉含量最高，顯著高于其他處理(P<0.05)。在4月份返青萌動期(T4)，WL168HQ和佳盛根頸淀粉含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，WL168HQ以C3刈割處理根頸淀粉含量最高，而佳盛以C2刈割處理最高；WL298HQ根頸淀粉含量呈先下降后升高的趨勢，但其所有刈割處理根頸淀粉含量低于WL168HQ和佳盛，說明此時期WL298HQ的抗寒性低于WL168HQ和佳盛。返青后(T5)，3種紫花苜蓿各刈割處理根頸淀粉含量均以C2刈割處理最高。

2.2 末次刈割時間對3種紫花苜蓿越冬前后根頸可溶性糖含量的影響

由圖2可見，從晚秋時節(jié)(T1)到越冬前11月份(T2)，3種紫花苜蓿所有刈割處理根頸可溶性糖含量均呈現(xiàn)升高趨勢。從晚秋時節(jié)(T1)到越冬后3月份(T3)，3種紫花苜蓿品種的C1、C2刈割處理根頸可溶性糖含量均逐漸增加，WL168HQ分別增加了79%和28%，WL298HQ分別增加了57%和55%，佳盛分別增加了84%和50%；WL298HQ和佳盛C5刈割處理根頸可溶性糖含量也逐漸增加，分別增加了52%和38%。3種紫花苜蓿C1、C2刈割處理越冬后根頸可溶性糖含量峰值出現(xiàn)在3月份(T3)，此時WL168HQ和佳盛C1刈割處理顯著高于其他處理(P<0.05)，WL298HQ C2刈割處理顯著高于其他處理(P<0.05)。從越冬后3月份(T3)到4月份返青萌動期(T4)，3種紫花苜蓿品種所有刈割處理根頸可溶性糖含量均呈現(xiàn)下降趨勢。

由圖2還可見，不同取樣時期，3種紫花苜蓿不同刈割處理根頸可溶性糖含量的變化規(guī)律不同。在晚秋時節(jié)(T1)，隨著末次刈割時間的推遲，3種紫花苜蓿根頸可溶性糖含量均表現(xiàn)出先升高后降低再升高的趨勢，WL168HQ C3刈割處理最高，WL298HQ C2刈割處理最高，佳盛C5刈割處理最高。越冬前11月份(T2)，WL168HQ C3刈割處理顯著高于其他處理(P<0.05)，WL298HQ和佳盛C2刈割處理根頸可溶性糖含量顯著高于其他處理(P<0.05)。4月份返青萌動期(T4)，WL168HQ C3刈割處理根頸可溶性糖含量最高，顯著高于其他處理(P<0.05)，其次為C2刈割處理；WL298HQ和佳盛C2刈割處理顯著高于其他處理(P<0.05)；WL298HQ所有刈割處理根頸可溶性糖含量低于WL168HQ和佳盛，說明此時期WL298HQ的抗寒性低于WL168HQ和佳盛。

圖2 末次刈割時間對3種紫花苜蓿越冬前后根頸可溶性糖含量的影響

2.3 末次刈割時間對3種紫花苜蓿越冬前后根頸游離氨基酸含量的影響

由圖3可見，從秋冬(T1、T2)到翌年返青(T3、T4、T5)，3種紫花苜蓿各刈割處理根頸游離氨基酸含量均呈先上升后下降的趨勢，從入冬前(T1)到翌年3月份(T3)，3種紫花苜蓿根頸游離氨基酸含量逐漸增加，在T3時達到最大值，此時游離氨基酸含量為74.83～108.19 μmol/g；而后呈下降趨勢，且下降幅度較大，含量為48.92～97.62 μmol/g。

由圖3還可見，在晚秋時節(jié)(T1)，3種紫花苜蓿C3～C5刈割處理根頸游離氨基酸含量呈增加趨勢，均以C5刈割處理游離氨基酸含量最高。進入11月份(T2)，3種紫花苜蓿根頸游離氨基酸含量變化規(guī)律不同，WL168HQ和WL298HQ各末次刈割處理根頸游離氨基酸含量均表現(xiàn)出先降低后升高的趨勢，以C1刈割處理最高；佳盛隨著末次刈割時間的推遲呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢，以C2刈割處理最高。越冬后次年3月份(T3)，3種紫花苜蓿各刈割處理根頸游離氨基酸含量的變化無規(guī)律性，WL168HQ各刈割處理根頸游離氨基酸含量平均都達到90 μmol/g以上，以C5刈割處理最高，顯著高于其他處理(P<0.05)，其次為C1和C3刈割處理，二者差異不顯著(P>0.05)；WL298HQ C2刈割處理最高，顯著高于其他處理(P<0.05)，其次為C3處理；佳盛C1刈割處理最高，顯著高于其他處理(P<0.05)，其次為C2刈割處理。4月份返青萌動期(T4)，WL168HQ和佳盛各末次刈割處理根頸游離氨基酸含量均表現(xiàn)出先降低后升高的趨勢，WL168HQ以C5刈割處理最大，佳盛以C1、C5刈割處理最大；而WL298HQ隨著末次刈割時間的推遲呈先升高后降低的趨勢，以C2刈割處理最高，顯著高于其他處理(P<0.05)。5月份返青后(T5)，3種紫花苜蓿各刈割處理根頸游離氨基酸含量的變化無明顯規(guī)律。

圖3 末次刈割時間對3種紫花苜蓿越冬前后根頸游離氨基酸含量的影響

2.4 末次刈割時間對3種紫花苜蓿越冬前后根頸可溶性蛋白含量的影響

由圖4可見，在晚秋時節(jié)(T1)，WL168HQ C4刈割處理根頸可溶性蛋白含量顯著低于其他末次刈割處理(P<0.05)；WL298HQ和佳盛C3、C4刈割處理顯著低于C1、C2和C5刈割處理(P<0.05)，3種紫花苜蓿C3～C5刈割處理根頸可溶性蛋白含量均表現(xiàn)出先降低后升高的趨勢，此時期WL168HQ所有刈割處理根頸可溶性蛋白含量均高于WL298HQ和佳盛。

圖4 末次刈割時間對3種紫花苜蓿越冬前后根頸可溶性蛋白含量的影響

由圖4還可見，進入11月份(T2)，WL168HQ各處理間根頸可溶性蛋白含量呈先降低后升高的趨勢，C3刈割處理顯著低于其他處理(P<0.05)；WL298HQ和佳盛各末次刈割處理根頸可溶性蛋白含量較晚秋時節(jié)(T1)均有不同程度的增加，隨著刈割時間的推遲，呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，其中C2刈割處理顯著高于其他處理(P<0.05)；WL168HQ所有刈割處理根頸可溶性蛋白含量高于WL298HQ和佳盛。越冬后次年3月份(T3)，除了WL168HQ C3、C5刈割處理和佳盛C5刈割處理外，3種紫花苜蓿不同刈割處理根頸可溶性蛋白含量較11月份(T2)略有下降；除WL168HQ C4刈割處理外，其余刈割處理WL168HQ根頸可溶性蛋白含量均高于WL298HQ和佳盛。

由圖4亦可見，4月份返青萌動期(T4)，3種紫花苜蓿不同刈割處理根頸可溶性蛋白含量均呈先升高后降低再升高的趨勢；WL168HQ C2刈割處理根頸可溶性蛋白含量顯著高于其他處理(P<0.05)，WL298HQ C2刈割處理顯著高于除C1刈割處理外的其他處理(P<0.05)，佳盛C5刈割處理顯著高于其他處理(P<0.05)；3種紫花苜蓿C3和C4刈割處理均顯著低于其他處理(P<0.05)。5月份返青后(T5)，3種紫花苜蓿各刈割處理根頸可溶性蛋白含量的變化無明顯規(guī)律性。

3 討 論

3.1 末次刈割時間對3種紫花苜蓿根頸淀粉和可溶性糖含量的影響

秋季是苜?？购孕纬傻年P(guān)鍵時期，晚秋刈割會削弱苜蓿的抗寒性能，秋季刈割會影響苜蓿根內(nèi)可溶性糖和淀粉的積累[10,18]。可溶性糖能夠提高細胞液的濃度，增加細胞持水組織中的非結(jié)冰水，從而降低細胞質(zhì)的冰點，還可緩沖細胞質(zhì)過度脫水，保護細胞質(zhì)膠體不至于遇冷凝固，其含量與植物的抗寒性密切相關(guān)[19]。淀粉與可溶性糖在根系中互相轉(zhuǎn)化對紫花苜蓿越冬和翌年春季返青具有重要作用[20]。本研究結(jié)果顯示，越冬前(T1、T2)，隨時間的推移3種紫花苜蓿不同末次刈割處理根頸淀粉含量均呈現(xiàn)降低趨勢，可溶性糖含量均呈現(xiàn)升高趨勢，這與王英哲等[11]的研究結(jié)果一致，表明紫花苜蓿在低溫脅迫下通過淀粉降解來提高自身糖濃度以適應(yīng)逆境[21]；同時可溶性糖含量在冬季保持較高水平，到了早春開始降低。研究表明，抗寒性強的苜蓿品種根系可溶性糖含量顯著高于抗寒性弱的品種[22]，本試驗中在4月份返青萌動期(T4)，參試紫花苜蓿WL298HQ各末次刈割處理根頸淀粉和可溶性糖含量均低于WL168HQ和佳盛，說明此時期WL298HQ的抗寒性低于WL168HQ和佳盛。

3.2 末次刈割時間對3種紫花苜蓿根頸游離氨基酸和可溶性蛋白含量的影響

在正常條件下，苜蓿根內(nèi)游離氨基酸含量很低，而低溫脅迫條件下，根部氨基酸總量會顯著升高，并在冬季維持較高的水平，直到第二年早春返青時開始下降[23-24]。本研究結(jié)果顯示，從秋冬(T1、T2)到翌年返青(T3、T4、T5)，3種紫花苜蓿根頸游離氨基酸含量呈先上升后下降的趨勢，在第2年3月份(T3)達到最大值，這與王英哲等[11]的研究結(jié)果一致。3種紫花苜蓿不同末次刈割處理根頸游離氨基酸含量隨溫度的變化而變化，受溫度影響較大，與抗寒性相關(guān)程度不是很明顯。

可溶性蛋白呈親水性較強的膠體狀態(tài)，是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量與植物抗寒性密切相關(guān)[23]。Krasnuk等[25]研究表明，低溫脅迫苜蓿根內(nèi)可溶性蛋白含量提高，且某些蛋白質(zhì)起到了防凍的功能。王英哲等[11]、申曉慧等[26]研究表明，可溶性蛋白含量在秋季到冬季上升，第2年返青后下降，但本研究只有WL168HQ C1、C2刈割處理和WL298HQ C1、C2、C3刈割處理可溶性蛋白含量表現(xiàn)出先升高后降低的規(guī)律，這可能與苜蓿品種的不同有關(guān)。

在晚秋時節(jié)(T1)和返青萌動期(T4)，WL298HQ和佳盛C3、C4刈割處理根頸可溶性蛋白含量顯著低于C1、C2和C5刈割處理(P<0.05)；晚秋時節(jié)(T1)，WL168HQ C4刈割處理根頸可溶性蛋白含量顯著低于其他刈割處理(P<0.05)。在越冬前的10月(T1)、11月份(T2)，WL168HQ所有刈割處理根頸可溶性蛋白含量均高于WL298HQ和佳盛。該結(jié)果說明，WL168HQ的抗寒性強于WL298HQ和佳盛，抗寒性越強的品種，較晚的末次刈割對其抗寒能力的影響也越小，這與李國良等[19]的研究結(jié)果一致。