硒钴肥配施对紫花苜蓿根系形态的影响

韩 冰，俞慧云，陈 曦，陈 伟，史 静，陈本建

(1.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发展研究中心，甘肃 兰州 730070； 2.兰州城市学院，甘肃 兰州 730070；3.广西壮族自治区畜牧研究所，广西 南宁 530001)



硒钴肥配施对紫花苜蓿根系形态的影响

韩 冰1，俞慧云1，陈 曦1，陈 伟2，史 静3，陈本建1

(1.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发展研究中心，甘肃 兰州 730070； 2.兰州城市学院，甘肃 兰州 730070；3.广西壮族自治区畜牧研究所，广西 南宁 530001)

以甘农3号紫花苜蓿为材料，在氮磷钾肥供应充足的基础上，采用盆栽试验，研究硒钴元素对紫花苜蓿根系生长的影响。结果表明：与对照CK相比，硒钴肥配施对紫花苜蓿地下生物量、主根长、根表面积、根平均直径、根体积、根系分叉数、根系交叉数均有促进作用，最大值分别为2.6158 g/pot、25.33 cm、137.68 cm2、1.16 mm、2.05 cm3、4154、800，且随硒钴施用量增大，地下生物量及各根系形态指标呈先升高后降低趋势。其中，主根长、根表面积和根平均直径均以S3C3处理为最优，S3C2处理其次，二者间无显著差异(P>0.05)；地下生物量、根体积、分叉数和交叉数以S3C2处理为最优，S3C3处理其次，二者间除分叉数外无显著差异(P>0.05)。综上，S3C2处理为试验最佳施肥量，即硒肥为3.0 mg/pot(0.488 kg/hm2)，钴肥为8.0 mg/pot(1.300 kg/hm2)。

紫花苜蓿；硒肥；钴肥；根系

1817年瑞典化学家Berzelius在以法龙镇的黄铁矿为原料生产硫酸的尾矿中发现了元素硒[1]。20世纪50年代美国营养学家Schwarz[2]及Patterson[3]首次确定硒为动物的营养元素。之后逐渐开展有关硒的营养学研究。有研究发现[4]，硒在植物体内主要有刺激植物生长发育、提高作物产量与品质、促进植物新陈代谢、促进生物抗氧化、提高植物抗胁迫性、拮抗重金属等作用。钴作为VB12的组成部分，在动植物体内的作用主要通过VB12实现，如促进豆科牧草的生物固氮作用[5]，参与多种酶、蛋氨酸、丝氨酸、嘌呤、嘧啶及其衍生物的合成[6]。低浓度的钴还能够促进植物的生长素(IAA)和细胞分裂素(CTK)的生成并抑制乙烯的合成[7]，促进茎、叶和胚芽鞘的伸长，从而促进植物的生长[8]。同时牧草中钴的含量将对家畜的食欲产生影响，并且，作为VB12的组成部分，钴参与动物造血过程[9]，家畜缺钴会降低其抵抗力，故给家畜补钴意义重大。此外，钴能促进牧草对硒的吸收，增强硒的生理功能，即硒和钴在植物营养方面具有趋同性[9-12]，所以应将硒钴结合研究。

21世纪以来，随着我国畜牧业结构进行调整，草食性家畜的养殖量迅速增长，对优质牧草的需求量也不断增加。而紫花苜蓿(Medicagosativa)作为优质的豆科牧草，具有蛋白质含量高(17%～20%)，必需氨基酸种类均衡等优点，正成为一种不可替代的优质饲料来源。紫花苜蓿的根系是其生长和再生的物质基础，是吸收养分的主要部分。作为深根系植物，紫花苜蓿的地下生物量直接影响着地上生物量[13]，即地上部分的生长在很大程度上取决于地下根系生长状况[14]，而根系形态是反映植物根系的生长状况的重要指标，所以通过研究植物的根系形态来研究植物的生长发育具有重要意义[15]。因此，在前人研究基础上，通过盆栽试验确定硒钴肥对紫花苜蓿地下生物量和根系形态的影响，为科学施肥和苜蓿生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试紫花苜蓿品种为甘农3号(Medicagosativa)，秋眠级数3.0，由甘肃农业大学草业学院提供。

供试土壤为沙土，pH 7.95，土壤有机质0.66 g/kg，碱解氮2.96 mg/kg，有效磷1.34 mg/kg，有效钾4.01 mg/kg。

供试硒肥采用亚硒酸钠Na2SeO3·5H2O，含硒34.8%，易溶于乙醇和水。供试钴肥采用硫酸钴CoSO4·7H2O，含钴21.0%，溶于水，不溶于乙醇。二者均为分析纯试剂(AR)。供试化肥为尿素CO(NH2)2(N≥46%)；硫酸钾K2SO4(K2O≥50%)；过磷酸钙CaH2PO4(P2O5≥14%)，均为市售。

供试盆钵采用上口直径为30.5 cm，下口直径为17.7 cm，盆内高度为20.0 cm的大小一致的塑料花盆。

1.2 试验方法

盆栽试验采用二因素完全试验设计。硒肥设4个水平，分别为1.0，3.0，5.0，7.0 mg/pot(即0.163，0.488，0.813，1.138 kg/hm2)；钴肥4个水平分别为2.0，4.0，8.0，16.0 mg/pot(即0.325，0.650，1.300，2.600 kg/hm2)，以1∶10的溶液形式施入。以硒、钴肥施用量为0的处理为对照(CK)，共17个处理(表1)，重复4次，共68盆。

首先将基础土样进行粉碎、风干、过筛。每盆将10 kg干土与尿素0.95 g，过磷酸钙4.9 g，氯化钾1.36 g充分混合装入盆中，装好的盆钵随机排列。2015年3月24日播种，每盆播种100粒。4月8日定苗至30株，并按处理施入硒钴肥溶液。试验全期采用自来水根据土壤墒情进行合理灌溉，灌溉量保证各处理间一致。其他按苜蓿产草田进行常规管理与观测记载。刈割在初花期进行，分别于6月19日和7月27日进行2次齐地刈割，刈割结束后进行根系指标测定。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 地下生物量测定 在初花期刈割后，每盆随机选取5株苜蓿根系，将其冲洗干净后放入烘箱，在105℃下杀青15 min，65～75℃下烘干至恒重[16]。

1.3.2 根系形态指标测定 主根长度从测量根颈以下主根一直到主根d≥0.1 cm处的长度；根表面积、根

表1 盆栽试验处理Table 1 Experiment design

平均直径、根体积、分叉数、交叉数：利用台式扫描仪(LA2400 Scanner,Epson Expression 1000XL)进行根系图像扫描，再用WinRHIZO根系分析系统软件(Regent Instruments,Inc,Quebec,Canada)进行图像分析并获取形态指标。

1.3.3 数据处理 利用Microsoft Excel 2007进行数据的处理统计和图表绘制，采用SPSS 19.0 对数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 硒、钴配施对紫花苜蓿地下生物量的影响

紫花苜蓿地下生物量随硒钴肥施用量的增加呈现先升高后降低的趋势，除S4C4处理，其他处理的地下生物量均与对照CK呈显著性差异(P<0.05)，即一定量的硒钴肥料配施能够促进紫花苜蓿根系的生长，但过高的施用量会造成地下生物量的降低。各处理中以S3C2处理为峰值，地下生物量为2.615 8 g/pot，较对照CK增加2.358 9 g/pot；第2为S3C3处理，地下生物量为2.556 8 g/pot，二者间差异不显著(P>0.05)，第3为S3C1处理，地下生物量为2.382 6 g/pot，此三者钴肥施用量均为0.008 g/pot，地下生物量因硒肥施用量不同而产生差异(图1)。

图1 不同施肥处理下紫花苜蓿地下生物量Fig.1 Effect of different fertilization treatments on underground biomass of alfalfa

2.2 硒、钴配施对紫花苜蓿主根长度的影响

主根是侧根发生的基石，主根越长，侧根在土壤中产生的机会越多。紫花苜蓿主根长度变化趋势与其地下生物量变化趋势类似，紫花苜蓿主根长度也随硒钴肥施用量的增加呈现先升高后降低的趋势，主根长度峰值出现在S3C3处理，达到25.33 cm，比对照CK长14.32 cm(图2)。其次为S3C2处理，主根长为25.16 cm，与S3C3处理差异不显著(P>0.05)。除S4C4处理，其他处理的主根长均与对照CK呈显著性差异(P<0.05)，说明适量的硒钴肥配施能够促进紫花苜蓿主根伸长，但土壤中过高的硒钴浓度则会抑制主根生长。

图2 不同施肥处理下紫花苜蓿主根长Fig.2 Effect of different fertilization treatments on root length of alfalfa

2.3 硒、钴配施对紫花苜蓿根表面积的影响

苜蓿根系表面积越大，越有利于其从土壤中吸收水分及矿质元素。试验中各处理的根表面积均与对照CK差异显著(P<0.05)。以S3C3处理根表面积最大，为137.68 cm2，S3C2处理次之，为135.85 cm2，二者间差异不显著(P>0.05)。随硒钴施用量增大，根表面积在达到最大值后呈减小趋势，施用硒钴肥的最小根表面积为46.49 cm2，即S4C4处理，较对照CK增加3.14 cm2(图3)。

2.4 硒、钴配施对紫花苜蓿根平均直径的影响

各处理根平均直径均显著高于对照CK(P<0.05)，随硒钴施用量的增加，根平均直径变化的整体趋势为先增大后减小(图4)。当钴肥施用量为0.008 g/pot时，S3C3处理的根平均直径为各处理中最大值，其次S3C2处理，为1.13 mm，较S3C3处理小0.03 mm，二者差异不显著(P>0.05)。当钴肥施用量为0.016 g/pot时，S4C1处理和S4C2处理间亦无显著差异。

2.5 硒、钴配施对紫花苜蓿根体积的影响

以S3C2处理苜蓿根体积最大，为2.05 cm3，较对照CK高出1.70 cm3，其次S3C3处理，根体积为1.95 cm3，二者差异不显著(P>0.05)。随硒钴施用量的增加，根体积在达到最大值后降低，最低值为0.51 cm3，即S4C4处理，较对照CK高出0.16 cm3。试验中，各处理的根体积均显著高于对照CK(P<0.05)，故硒钴配施有助于紫花苜蓿根体积的增加(图5)。

图3 不同施肥处理下紫花苜蓿根表面积Fig.3 Effect of different fertilization treatments on root surface area of alfalfa

图4 不同施肥处理下紫花苜蓿粗根平均直径Fig.4 Effect of different fertilization treatments on root diameter of alfalfa

图5 不同施肥处理下紫花苜蓿根体积Fig.5 Effect of different fertilization treatments on root volume of alfalfa

2.6 硒、钴配施对紫花苜蓿根分叉数的影响

紫花苜蓿根分叉数最多的前3个处理依次为S3C2>S3C3>S3C1，其中，S3C3处理和S3C1处理间差异不显著(P>0.05)，分叉数分别为3917个和3779个，最高的S3C2处理的分叉数为4154个，显著高于其他各处理(P<0.05)。随硒钴施用量的增加，分叉数呈先升高后降低趋势，在S4C4处理处取得最小值1245个，较对照CK高出366个。对照CK的分叉数显著低于其他施用硒钴肥的处理，故硒钴配施可提高紫花苜蓿根的分叉数(图6)。

图6 不同施肥处理下紫花苜蓿根分叉数Fig.6 Effect of different fertilization treatments on rootr forks of alfalfa

2.7 硒、钴配施对紫花苜蓿根交叉数的影响

根交叉数试验中，对照CK与其他各处理差异显著(P<0.05)。随处理中硒钴施用量的增加，交叉数呈先升高后降低趋势，以S3C2处理为最高，交叉数是800个；S3C3处理次之，交叉数为784个，与S3C2处理间差异不显著(P>0.05)。试验中施用硒钴肥的紫花苜蓿根交叉数的最小值为157个，是S4C4处理(图7)。

图7 不同施肥处理下紫花苜蓿根交叉数Fig.7 Effect of different fertilization treatments on root crossings of alfalfa

3 讨论

刘新伟等[17]研究报道，在低浓度的亚硒酸盐溶液≤10 μmol/L水培条件下，油菜幼苗地下生物量、根表面积、根平均直径、根体积、分根数均较对照有所提高，高浓度硒溶液则对油菜根生长产生抑制，这与试验结论一致。但试验中最适硒浓度>10 μmol/L，由于盆栽试验中会产生淋失现象，损失一部分硒钴肥，造成土壤中实际硒钴浓度降低。

郭孝等[18]研究表明，单施硒与硒钴配施均有利于0～10 cm土层中的苜蓿根系生长，从而增强对耕作层土壤养分的吸收，但单施硒不利于深层根系的生长和苜蓿抗旱，而硒钴配施则能够促进10～20 cm土层根瘤菌的发育和根系的生长，所以硒钴之间存在协同作用，硒钴配施比单施硒肥效果更好，对植物生长的促进作用更强[19-20]。

4 结论

紫花苜蓿的侧根数量是其根系发达程度的重要度量，伴随根系的发达程度提高，根系体积和根表面积也会相对增加，从而增强苜蓿根系吸收水分和养分的能力。试验中，在硒钴配施条件下，紫花苜蓿的地下生物量、主根长度、根表面积、根平均直径、根体积、分叉数、交叉数均高于对照CK，最大值分别为2.6158 g/pot、25.33 cm、137.68 cm2、1.16 mm、2.05 cm3、4154、800，说明硒钴配施能够增加紫花苜蓿地下生物量的积累、促进其根系生长，从而为地上部分的生长创造更为有利的条件。但随硒钴施用量增大，地下生物量及各根系形态指标呈先升高后降低趋势，说明硒钴含量过高时会对根系生长产生抑制作用。综合各指标的优劣，推荐S3C2处理为最佳施肥量，即硒肥为3.0 mg/pot(0.488 kg/hm2)，钴肥为8.0 mg/pot(1.300 kg/hm2)。

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Effect of combined application of selenium and cobalt fertilizers on root morphology of alfalfa

HAN Bing1,YU Hui-yun1,CHEN Xi1,CHEN Wei2,SHI Jing3,CHEN Ben-jian1

(1.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystemMinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China； 2.LanzhouCityUniversity,Lanzhou730070,China;3GuangxiInstituteofAnimalSciences,Nanning530001,China)

The effect of selenium and cobalt on root growth of alfalfa (Medicagosativacv.Gannong No.3) was studied with pot experiment on the basis of adequate supply of nitrogen,phosphorus and potassium.The result indicated that combined application of selenium and cobalt fertilizers increased the underground biomass,main root length,root surface area,root average diameter,root volume,root bifurcation and cross number compared with the control.And with the increase of the application amount,the index involving the underground biomass and root morphology showed a trend of increasing and then decreasing,and the maximum values were 2.6158 g/pot,25.33 cm,137.68 cm2,1.16 mm,2.05 cm3,4154 and 800 respectively.Among them,the main root length,root surface area,root average diameter in S3C3 was the best,which was followed by S3C2,but there was no significant difference(P>0.05).As for underground biomass,root volume,root bifurcation and cross number,S3C2 was the best,which was followed by S3C3,but there was no significant difference except root bifurcation number(P>0.05).In conclusion,S3C2 treatment was the best treatment for selenium and cobalt application(Se 0.488 kg/ha and Co 1.300 kg/ha).

alfalfa;selenium fertilizer;cobalt fertilizer;root

2016-03-25；

2016-04-07

甘肃省草原技术推广总站“细毛羊饲料生产与加工(034-036213)”项目资助

韩冰(1990-)，女，辽宁凌源人，在读硕士生。

E-mail：820563204@qq.com

S 541；S 147.2

A

1009-5500(2016)05-0088-07

陈本建为通讯作者。