种植密度和行距配置对紫花苜蓿群体产量及品质的影响
魏永鹏, 南丽丽, 于闯, 付双军
甘肃农业大学草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/ 中-美草地畜牧业可持续研究中心,甘肃 兰州 730070
通信作者:南丽丽(1979-),女,甘肃天水人,副教授,博士,主要从事牧草栽培与育种研究。E-mail:nanll@gsau.edu.cn

第一作者:魏永鹏(1989-),男,甘肃武威人,在读硕士生,主要从事牧草栽培与育种研究。E-mail:1543918501@qq.com

摘要

以甘肃省主栽品种甘农3号紫花苜蓿( Medicago sativa cv. Gannong No.3)为研究对象,研究了甘肃荒漠灌区播种量(12,16,20和24 kg·hm-2)和行距配置[3种等行距10、15和20 cm,2种宽窄行距6行×10 cm(窄)+40 cm(宽)和6行×10 cm(窄)+30 cm(宽)]对其干草产量、茎叶比及营养成分的影响。结果表明,不同的行距处理中,20 cm行距的苜蓿干草产量显著高于15、10cm和两种宽窄行距 ( P<0.05);不同的播种量处理中,播种量为16 kg·hm-2的苜蓿年总干草产量显著大于20、24和12 kg·hm-2 ( P<0.05)。播种量为16 kg·hm-2、行距为20 cm时,初花期苜蓿粗蛋白、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、钙、磷含量分别为21.89%、3.59%、33.69%、30.98%、1.34%、0.11%,其粗蛋白含量和年干草产量(32 841.71 kg·hm-2)显著高于其它处理 ( P<0.05)。从产量和营养品质综合考虑,该地区播种量为16 kg·hm-2、行距为20 cm是高产、稳产的最佳配置。本研究结果对苜蓿的栽培与管理有一定的指导意义。

关键词: 紫花苜蓿; 行距配置; 播种量; 荒漠绿洲; 灰色关联分析
中图分类号:S816 文献标志码:A 文章编号:1001-0629(2017)09-1898-08 doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0489
Effect of row spacing and planting density on the yield and quality of Medicago sativa
Wei Yong-peng, Nan Li-li, Yu Chuang, Fu Shuang-jun
College of Pratacultural Science, Gansu Agricultural University/Key Laboratory of Grassland Ecosystem,Ministry of Education/Pratacultural Engineering Laboratory of Gansu Province/Sino-U.S. Centers forGrazingland Ecosystem Sustainability, Lanzhou 730070, China
Corresponding author: Nan Li-li E-mail:nanll@gsau.edu.cn
Abstract

This report describes the effects of seed sowing rate and row spacing on yield, stem∶leaf ratio and nutrient composition of Medicago sativa cv. Gannong No. 3 grown in the arid desert region of Gansu. Total yield was the highest when row spacing was 20 cm, which was significantly higher than other spacing of 15, 10 cm, and two kinds of wide and narrow row spacing of planting rows. Total yield was also significantly higher at a seeding rate of 16 kg·ha-1 compared to other seeding rates of 20, 24 and 12 kg·ha-1. Crude protein, crude fat, neutral detergent fibre, acid detergent fibre, calcium, and phosphorus contents were 21.89%, 3.59%, 33.69%, 30.98%, 1.34%, and 0.11% at early flowering stage, respectively. Total yield was 3.28 t·ha-1 and the total crude protein content was 21.89%, and both these were significantly higher at 16 kg·ha-1 seeding rate and 20 cm row spacing compared to all other treatments. Therefore, this may be the optimal combination, as it scored the highest in grey relational analysis on the comprehensive evaluation of major nutrients. These results offer valuable guidance for cultivation and management of alfalfa.

Keyword: Medicago sativa; row spacing; seeding rate; desert oasis; grey correlation analysis

紫花苜蓿(Medicago sativa)是我国栽培草地种植面积最大的草种, 喜温暖潮湿气候, 抗寒、耐旱, 根系发达, 能吸收土壤深层的水分和养分, 且具有草产量高、品质优良、营养全面, 动物必需的氨基酸含量丰富等突出优势, 很适宜在甘肃各地种植。目前紫花苜蓿在甘肃省种植面积为55.67万hm2, 居全国第一, 约占全国种植面积的1/3, 发展苜蓿草产业是改善当地生态环境和提高经济效益的有效途径[1]

紫花苜蓿产量的稳定增长离不开高产配套栽培措施, 种植密度和行距配置就是其中的两个重要方面, 它们在很大程度上影响紫花苜蓿的群体结构, 进而影响群体的光能利用和干物质生产[2]。种植密度决定群体的大小, 而行距配置方式则决定群体的均匀性[3]。有关种植密度对苜蓿草产量的影响已有报道[4, 5], 针对荒漠绿洲灌区不同种植密度下如何确定合理的行距配置还鲜见报道。由于合理的行距可以改善冠层内的光照、温度、湿度和CO2等微环境, 影响群体的光合效率和作物产量。尤其在高密度条件下, 宽窄行种植可扩大光合面积, 充分利用不同层次的光资源, 改善通风能力, 提高中下层叶片的光合性能, 更好地协调植株群体和个体的关系, 使光能在植株群体冠层内的分布更加合理, 提高植株群体的光能利用率, 进而增加植株产量[6]。为此, 本试验对荒漠绿洲灌区不同种植密度及行距配置下紫花苜蓿群体产量和品质进行了研究, 以期通过栽培措施的调控, 挖掘紫花苜蓿的生产潜力, 为进一步实现紫花苜蓿的高产、质优提供理论依据。

1 试验材料与方法
1.1 研究区概况

试验在甘肃农业大学武威牧草试验站进行, 地理坐标为37° 55' N, 102° 40' E, 海拔1 530.88 m。试验区为温带干旱荒漠气候, 年均温7.2 ℃, 降水量150 mm, 蒸发量2 019.9 mm, 无霜期154 d, 土壤类型为沙壤土。0-20 cm土层pH 8.70, 有机质含量10.60 g· kg-1、 全氮含量7.07 g· kg-1、全磷含量3.32 g· kg-1, 速效氮、速效磷、速效钾含量分别为88.2、13.24和119.95 mg· kg-1

1.2 试验设计

试验选取甘肃省主栽紫花苜蓿品种甘农3号(M. sativa cv. Gannong No.3), 设4个大田播种量, 即12 kg· hm-2(D1)、16 kg· hm-2(D2)、20 kg· hm-2(D3)、24 kg· hm-2(D4); 5种行距配置:3种等行距播种, 即10 cm(S1)、15 cm(S2)、20 cm(S3), 2种宽窄行播种, 窄行行距设置为10 cm, 每6行设置1个40 cm宽行距(S4)或30 cm宽行距(S5)。采用裂区设计(表1), 主区为密度处理, 裂区为行距处理, 重复3次, 每个处理20 m2, 于2014年7月15日人工开沟条播, 播深2 cm, 8月1日出苗。按照高产田进行田间管理, 满足肥水供应。

表1 试验设计 Table 1 Planting density and row spacing experimental design
1.3 测定项目及方法

1.3.1 测定株高及干草产量 分别于2015年6月12日(第1茬)、7月31日(第2茬)、9月12日(第3茬)初花期(小区内有20%植株开花)在每小区选取4个生长均匀的样方(2.0 m× 2.0 m)进行刈割, 刈割留茬高度5 cm, 刈割后立刻称量鲜草产量; 取刈割好的500 g鲜草于 105 ℃杀青 15 min, 后置于 65 ℃, 24 h烘至恒重, 重复4次, 取平均值, 计算干草产量。取刈割好的鲜草0.5 kg, 分离茎和叶并烘干, 分别测定叶片重和茎秆重, 计算叶茎比, 重复4次。每小区随机取 10 株单株测定其绝对高度, 取平均值。

干草产量=鲜草产量× 干草比率;

干草比率=鲜草的风干重量/鲜草× 100%。

1.3.2 营养成分测定 在每小区第1茬草初花期采集紫花苜蓿鲜草样品1 kg。将该样品风干, 然后粉碎, 过0.425 mm筛, 保存于样品袋中测定如下指标。粗蛋白质(crude protein, CP)含量采用半微量凯氏定氮法测定, 中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)含量采用范氏洗涤纤维分析法测定, 粗脂肪(crude extract, EE)含量采用索氏脂肪浸提法测定, 钙(calcium, Ca)采用EDTA络合滴定法测定, 磷(phosphorus, P)采用钼锑抗比色法测定[7]

1.4 统计分析

用Excel 2007进行试验数据处理后, 采用SPSS 16.0统计软件进行方差分析和Duncan新复极差检验, 应用灰色关联度对营养成分进行综合分析, 关联系数(ξ i(k))、关联度(ri)、权重系数(Wi)和加权关联度(r'i)计算公式[8, 9]如下:

ξ i(k)= miniminkX0(k)-Xi(k)+X0(k)-Xi(k)+

ρmaximaxkX0(k)-Xi(k)ρmaximaxkX0(k)-Xi(k)(1)

ri= 1n k=1nξ i(k) (2)

Wi= Riri(3)

r'i= k=1nWi(k)ξ i(k) (4)

式中:│X0(k)- Xi(k)│为绝对差值, 记作Δ i(k), ρ =0.5。n为样本数。

最后用每个处理的加权关联度值进行比较, 其值越大, 苜蓿的品质越好。

2 结果与分析
2.1 苜蓿株高及干草产量比较

植株高度是衡量牧草生长状况的重要指标, 与产量呈正相关关系, 高植株通常有更高的相对产量潜力[10]。苜蓿的株高是通过苜蓿的再生性实现的。种植密度、刈割时的留茬高度、刈割的时间和频率, 刈割后的施肥、灌水等措施都影响苜蓿的再生。各茬苜蓿株高有显著差异, 第2茬草的高度显著高于第1茬草和第3茬草(P< 0.05)(表2), 表明第2茬草再生速度要快于第1茬草和第3茬草。不同处理间, D2S3的株高最高, 显著高于其它处理(P< 0.05)。

草产量是衡量牧草生产性能的主要指标。方差分析表明, 苜蓿干草产量在种植密度间和种植密度与行距配置互作间均无显著差异(P> 0.05), 仅在行距配置间存在显著差异(P< 0.05), 说明行距配置对苜蓿干草产量的影响较大, 且不存在明显的互作效应(表3)。苜蓿干草产量表现为第2茬> 第1茬> 第3茬; 在D1密度下, S3处理显著高于其它处理, 年产量为30 974.69 kg· hm-2, 以后依次为S2(27 566.60 kg· hm-2)> S5(27 129.77 kg· hm-2)> S1(25 617. 47 kg· hm-2)> S4(24 932.97 kg· hm-2); 在D2、D3和D4密度下, 年产量均表现为S3> S2> S1> S5> S4, 且各处理间差异显著。

表2 种植密度和行距配置对苜蓿株高(cm)的影响 Table 2 Effect of planting density and row spacing on plant height(cm) of alfalfa
2.2 种植密度和行距配置对苜蓿叶茎比的影响

苜蓿是以收获茎叶为主的牧草, 而叶片中蛋白质含量又远高于茎, 适口性又好, 因此, 叶茎比是衡量苜蓿品质的重要指标[11]。通过对不同种植密度及行距配置下苜蓿叶茎比统计分析(图1), D2S3、D1S3叶茎比最高, 分别为51.21%和50.19%, 其次为D2S2, 为49.33%, D4S5最小, 仅为33.64%, 其余处理介于它们之间。相关分析表明, 叶茎比与粗蛋白含量极显著正相关(P< 0.05), 其相关系数为0.956。

图1 种植密度和行距配置对苜蓿叶茎比的影响Fig. 1 Effects of planting density and row spacing on leaf to stem ratio of alfalfa

2.3 种植密度和行距配置对苜蓿品质的影响

饲草粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量的高低直接关系到饲草品质的优劣。其中中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维是反映纤维品质好坏最直接的指标[12], 酸性洗涤纤维与动物消化率呈负相关关系, 是指示饲草能量的关键, 其含量越低, 饲草的消化率越高, 饲用价值越大[13]。在相同行距下, 苜蓿粗蛋白含量随着密度的增加呈先增加后减小趋势, 在D2时达到最大值, 即行距为S1、S5时, 粗蛋白含量为D2> D3> D1> D4, 行距为S2、S3、S4时, 粗蛋白含量为D2> D1> D3> D4; 同一种植密度下, 粗蛋白含量随着行距的增加呈先增加后减小趋势, 在行距S3时, 达到最大值。不同种植密度及行距配置下, 以D2S3粗蛋白含量最高, 为21.89%, 其次为D1S3和D2S2, 分别为20.49%和20.02%, 其余处理均小于20%; 酸性洗涤纤维含量在D1、D2密度下, 除D1S3、D2S3小于30%, 其余处理均大于30%, 而D3、D4密度及各行距配置均小于30%; 中性洗涤纤维各处理均小于40%, 并以D3S2最小, 仅为31.74%; 粗脂肪含量D3S3显著小于其它处理, D4S3、D4S5、D1S2、D2S1、D3S1和D4S2相互间无显著差异, D2S3时粗纤维含量达到最大值, 为3.59%; 钙含量除D4S1、D4S4和D4S5显著小于其它处理外, 其余处理间无显著差异; 磷含量除D2S4和D4S5显著小于其它处理外, 其余处理间差异不显著。

表3 种植密度和行距配置对苜蓿干草产量(kg· hm-2)的影响 Table 3 Effect of planting density and row spacing on dry yield (kg· hm-2) of alfalfa
表4 种植密度和行距配置对苜蓿品质的影响 Table 4 Effect of planting density and row spacing on quality of alfalfa plant material
2.4 灰色关联度对营养成分进行综合分析

采用灰色关联度法, 对不同种植密度和行距配置下各处理的叶茎比、粗蛋白、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、钙、磷等营养指标进行分析, 并用每个处理的加权关联度值进行比较(表5), 可以看出D2S3得分最高, 其次为D1S3、D3S3, 可见行距S3是苜蓿草田种植的最佳处理。

表5 灰色关联度对营养成分进行综合分析 Table 5 Comprehensive analysis of grey correlation degree on alfalfa nutrition components
3 讨论与结论

合理的种植密度和行距配置是确保苜蓿获得高产的重要条件。密度太大, 植物之间对光、热、水、肥等因素的竞争强烈, 不利于植株合理的利用资源; 密度过疏, 植株间的竞争减少, 但单位空间内植株的数量少, 也会影响生物产量, 只有合理的种植密度才能使植物在充分利用外界资源的同时获得较高的产量[14]。在河西地区紫花苜蓿的适宜播种密度为600万粒· hm-2, 此密度下草产量和单位面积蛋白质产量最高, 分别为24 776.66和4 924.5 kg· h m-25; 随着播种密度的增加, 紫花苜蓿返青提前而开花推迟, 同期株高增加, 耐旱能力下降, 干物质含量呈降低的趋势。当苜蓿播种密度超过35 kg· hm-2时, 草产量不再随密度的增加而提高[4]。本研究表明, 行距为S1、S2、S4及S5时, D1密度年干草产量最大; 行距为S3时, D2密度年干草产量最大; 这与干草产量随着播种量的增加而增加不是很相符, 一是由于以上关于播种量的研究, 均是以播种量为单一的因素来研究播种量对产量的影响, 而本研究不仅考虑了播种量因素, 同时还涉及了行距, 削弱了单一播种量的影响效应; 二是本研究为苜蓿播种第2年的产量数据, 多年数据的影响结果还有待于进一步研究。

种植行距对苜蓿产草量的影响总的趋势是在同一密度条件下, 随着行距的增大, 草产量不断增加, 当行距增大到一定限度后, 草产量有所下降。柴凤久等[15]用3年时间对大庆油田采矿区不同播种行距建植的苜蓿草地产草量进行了测定, 结果表明播种行距60 cm比行距30 cm的干草产量高。孙仕仙等[16]研究表明, 在4个行距20、28、36、40 cm中, 以行距36 cm草产量最优。本研究表明, 在D1密度下, S3处理年干草产量显著高于其它处理, 其次为S2, S4 最小; 在D2、D3和D4密度下, 干草年产量均表现为S3> S2> S1> S5> S4, 但苜蓿草地草产量受到综合影响, 因此在考虑行距与播种密度相互作用时, 当行距为20 cm, 播种量为16 kg· hm-2时, 苜蓿群体光合速率较高, 光合产物积累量增加, 且苜蓿群体与个体得到协调发展, 使苜蓿群体产量显著增加。此外, 本研究表明, 苜蓿干草产量表现为第2茬> 第1茬> 第3茬, 第2茬草生长期(6月12至7月31日), 甘肃河西地区光照充足, 苜蓿群体光合速率较大, 干物质积累较多, 加上适宜的水肥, 使得苜蓿干草产量显著高于第1茬草和第3茬草。

利用灰色关联度分析法综合评价牧草克服了依靠单一性状评价的弊端, 可客观反映供试牧草诸多性状在生产性能上的综合表现, 不会因某一性状表现优而认可该品种或某一性状表现差而否定该品种[17, 18]。本研究对各处理的叶茎比、粗蛋白、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、钙、磷等营养指标采用灰色关联度分析法进行综合分析, 达到了综合评价苜蓿营养价值的目的, 避免了只用单一含量来评定苜蓿的营养价值, 得到的结果更加可靠。

产量和品质是紫花苜蓿生产的关键, 产量的提高是同化物积累的结果, 而品质的改善是同化物在不同物质形态间转化的结果。目前在美国市场上出售的苜蓿, 主要根据其粗蛋白质含量进行等级划分, 按质论价[19, 20]。本研究表明, 在甘肃荒漠灌区, 甘农3号紫花苜蓿播种量为16 kg· hm-2、行距为20 cm时, 初花期粗蛋白含量为21.89%, 年干草产量为32 841.71 kg· hm-2, 显著高于其它处理, 比当地播种量30 kg· hm-2、行距30 cm, 干草产量17 238 kg· hm-2(第2年)[21]高90.52%。

综上, 在甘肃荒漠灌区甘农3号紫花苜蓿播种量16 kg· hm-2、行距为20 cm是最优密度和行距组合。

The authors have declared that no competing interests exist.

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