不同微生境下科尔沁沙地苜蓿的生产性能

张玉霞，王显国，邰继承，朱爱民，郭 园，于华荣

(1.内蒙古民族大学 农学院，内蒙古 通辽 028043； 2.中国农业大学 动物科技学院，北京 100083；3.内蒙古自治区饲用作物工程技术研究中心，内蒙古 通辽 028041)

科尔沁地区是我国重要的商品粮基地之一，然而，多年的过度农业生产导致了耕地资源的严重退化，合理开发利用部分宜农非耕地资源，是解决耕地资源短缺的有效措施和途径[1]。近年来，在科尔沁地区，沙化草地进行规模化草地发展迅速，正确定位苜蓿产业发展对科尔沁地区农业结构调整及引导苜蓿产业健康发展都具有重要意义[2]。紫花苜蓿(Medicagosativa)是世界范围内种植的最重要的牧草之一[3-5]，也是我国种植的主要牧草[6-7]。苜蓿根粗壮，入土较深，根颈发达，地下生物量相比其他农作物较大，且具有生物固氮作用，是重要的养地作物[8-11]，由于其蛋白质含量较高、适口性好，作为重要的饲料牧草对我国畜牧业的发展做出了重要贡献[12-13]。

生境是影响植物生态建成、生长发育的重要资源，随着生境的变化，植物的生物量分配、繁殖、营养积累及生理活动均会发生变化。马娇等[14]研究表明，不同微生境下小苜蓿的生长特性变化差异较大，2.5 m灌木遮阴微生境条件下小苜蓿根冠比较未遮阴和0.8 m灌木遮阴微生境条件下大，而0.8 m灌木遮阴微生境条件下小苜蓿的地上生物量积累最高。科尔沁沙地地势起伏较大，具有洼地、坡地、岗地典型坨沼相间地貌特征[15]，即3种微生境条件，通过对不同微生境下土壤测定表明，洼地、坡地、岗地土壤养分、水分含量差异较大。虽然各学者在不同领域对苜蓿生长特性的研究甚多，但针对不同微生境条件下对苜蓿生长性能及相关研究较少，因此，笔者针对科尔沁沙地的不同微生境下苜蓿生产性能调查研究，分析不同微生境条件下苜蓿长势，以期为科尔沁沙地苜蓿规模化生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地处内蒙古自治区通辽市科尔沁左翼中旗珠日河星圣草业公司，地理位置为N 43°36′、E 122°2′，海拔250～300 m；年平均气温6.2℃，≥10℃年活动积温3 100℃，年平均日照时数3 000 h，无霜期150 d，年平均降水量350～400 mm，蒸发量较大，是降水量的5倍，年平均风速3～4 m/s，为典型的温带大陆性季风气候。试验田土壤类型为沙土，新开垦草地，耕层土壤(0～20 cm)基础理化指标洼地土壤有机质4.45 g/kg，碱解氮33.47 mg/kg，速效钾75.17 mg/kg，速效磷7.24 mg/kg；坡地土壤有机质4.05 g/kg，碱解氮25.09 mg/kg，速效钾63.16 mg/kg，速效磷6.10 mg/kg；岗地土壤有机质3.61 g/kg，碱解氮17.89 mg/kg，速效钾52.22 mg/kg，速效磷4.24 mg/kg。采用指针式喷灌机进行灌溉。

1.2 供试材料

试验材料为紫花苜蓿品种骑士(Stockpile)，种子由佰清源种子公司提供。2014年7月1日种植，底肥施复合肥(N-P-K/10-26-16)375 kg/hm2，播种量为15 kg/hm2，等行距种植，行距为30 cm。2015年，施用返青肥(N-P-K/6-26-18)450 kg/hm2，第1茬，第2茬，第3茬均喷施复合肥(N-P-K/16-26-18)150 kg/ hm2，第3茬刈割后开始喷施越冬肥(N-P-K/4-20-25)150 kg/ hm2。

试验共设置洼地、岗地、坡地3个苜蓿样地，分别在2015年6月1日，7月5日和9月1日苜蓿二龄期刈割3次，每次刈割时测定鲜重、干重、株高、茎粗、茎重、叶重等生长指标，并计算每茬苜蓿鲜干比、茎叶比，进行沙地苜蓿产量与生长特性的分析。最后1次刈割时，每个处理取面积为2 m×1 m样方，测定不同微生境地下0～30 cm土壤剖面内苜蓿根体积、根干重、根颈粗度并统计根瘤数。

1.3 测定指标及方法

苜蓿鲜重选择样区内长势一致，取2 m2样方刈割测产，留茬高度5 cm，3次重复取平均值；苜蓿干重，称取200 g鲜草装袋带回实验室，105℃杀青15 min后，在65℃下烘24 h，计算鲜干比(200 g/干草重量g×100%)，并进一步折算为每公顷干草产量；株高选择样区内长势一致植株，随机测定10株，测量从地面至植株顶端的自然长度，10次重复取其平均值；茎叶比每次刈割测产时，同时另取鲜样200 g，105℃杀青15 min，在65℃下烘24 h，茎叶分离后分别测定干物质量，3次重复取平均值；根颈粗度使用游标卡尺直接测量，最大根颈处(产生分蘖和秋眠芽处)，10次重复取其平均值；茎粗使用游标卡尺直接测量茎秆底端距刈割部2 cm处，10次重复取其平均值；根干物质量每次刈割测定地上部株高时，同时挖取地下根系，连续10株，洗净后放在烘箱里于65℃烘干后进行称量；根瘤数每次测定地下根系时，连续挖取10株统计每株苜蓿根瘤数取平均值。根体积取1 L量筒，注入500 mL蒸馏水，记下量筒读数，取10株苜蓿根系用滤纸吸干洗净表面的蒸馏水，放入量筒内，并用玻璃棒将根全部沉入水里，再次记下量筒读数，2次读数之差即为根系体积。

1.5 数据统计与分析

试验数据用Microsoft Excel软件作表和制图，用SPSS 17.0软件进行差异显著性分析及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 沙地苜蓿在不同微生境条件下的产量

不同生境条件下，苜蓿不论是鲜草产量还是干草产量均有差异，其中，洼地苜蓿年总鲜草产量最高，达到了67 833.33 kg/hm2，年总干草产量同样最高，达到了14 173.47 kg/hm2，均显著高于坡地苜蓿和岗地苜蓿(表1)。坡地苜蓿年鲜草和干草产量也是显著高于岗地苜蓿，岗地苜蓿产量最低，其鲜草产量仅为洼地苜蓿的51.54%，干草产量仅为洼地苜蓿的52.32%。不同生境处理下，苜蓿草产量在不同茬次上的表现也有显著不同，洼地苜蓿和坡地苜蓿处理均以第2茬刈割鲜、干草产量最高，而岗地苜蓿处理却是第3茬刈割时鲜、干草产量最高；洼地苜蓿处理第3茬鲜、干草产量相较第1茬和第2茬有下降趋势，产量最低；而坡地苜蓿和岗地苜蓿处理则都是第1茬草产量最低(表1，2)。

表1 不同微生境条件下苜蓿的鲜草产量

注:同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，同列不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)，下同

表2 不同微生境条件下苜蓿的干草产量

2.2 沙地苜蓿在不同微生境条件下的株高、茎粗变化

不同生境处理下苜蓿株高差异显著，3茬苜蓿平均株高中，洼地苜蓿>坡地苜蓿>岗地苜蓿(表3)。不同生境条件下，均以第1茬苜蓿株高最低，洼地苜蓿和坡地苜蓿均是第2茬苜蓿株高最高，株高随时间呈现先增加后降低的变化趋势；岗地苜蓿第3茬株高最高，株高随时间呈增加的变化趋势。第1茬苜蓿中，洼地苜蓿和坡地苜蓿相比株高差异不显著(P>0.05)，但是均极显著高于岗地苜蓿(P<0.01)。第2茬苜蓿，洼地苜蓿与岗地苜蓿相比较株高达到了极显著差异水平(P<0.01)，洼地苜蓿与坡地苜蓿以及坡地苜蓿与岗地苜蓿相比较株高也都达到了显著差异水平(P<0.05)。第3茬苜蓿，洼地苜蓿株高极显著高于坡地和岗地(P<0.01)，而坡地和岗地之间无显著差异(P>0.05)。

不同生境条件下苜蓿茎粗差异显著，3茬苜蓿平均茎粗以洼地苜蓿茎粗最大，其次为坡地苜蓿，岗地苜蓿最小，这与不同生境下株高的变化一致(表4)。3种生境条件下，均是第2茬苜蓿茎粗最大，茎粗随时间均呈先增加后降低的变化趋势，且均是第3茬茎粗最小。第1茬苜蓿中，洼地苜蓿茎粗最大，并且和岗地苜蓿相比差异达到了极显著水平(P<0.01)，与坡地苜蓿相比也达到了显著水平(P<0.05)。第2茬和第3茬苜蓿中，洼地苜蓿茎粗均最大，并且和坡地苜蓿以及岗地苜蓿相比差异均达到了极显著水平(P<0.01)，坡地苜蓿和岗地苜蓿处理间无显著差异(P>0.05)。

表3 不同微生境条件下苜蓿的株高

表4 不同微生境条件下苜蓿的茎粗

2.3 沙地苜蓿在不同微生境条件下的鲜干比、茎叶比

鲜干比和茎叶比都是衡量苜蓿品质的指标。鲜干比是指苜蓿鲜草与干草重量之比，反映苜蓿的干物质积累程度，由表5可见，不同生境下，苜蓿鲜干比3茬的平均值差异不显著(P<0.05)。3种微生境条件下，鲜干比均以第1茬为最小，都是呈先增加后下降的趋势，第2茬最高。其中，第1茬苜蓿鲜干比，洼地苜蓿最大，岗地苜蓿最小，并且二者间达到了极显著差异水平(P<0.05)。而第2茬和第3茬苜蓿鲜干比无显著差异(P>0.05)。

茎叶比则是苜蓿茎秆与叶片部分重量之比，苜蓿叶片部分相比茎秆部分蛋白含量较高,因此，茎叶比也常用于反映苜蓿质量，苜蓿叶片部分占比越多，相对品质就越好。不同生境下，苜蓿茎叶比3茬的平均值表现为洼地苜蓿>坡地苜蓿>岗地苜蓿(表6)。其中，茎叶比均以第1茬为最小，第3茬为最大，都是呈增加的趋势。第1茬苜蓿茎叶比，洼地苜蓿最大，岗地苜蓿最小，且达到极显著差异水平(P<0.01)，坡地苜蓿茎叶比也显著高于岗地苜蓿(P<0.05)。第2茬和第3茬苜蓿不同生境下茎叶比无显著差异(P>0.05)。

表5 不同微生境条件下苜蓿的鲜干比

表6 不同微生境苜蓿茎叶比比较

2.4 沙地苜蓿在不同微生境条件下的根系特征

植物根系是吸收养分和水分的主要器官，其生长对于植物长势影响较大。苜蓿是典型的深根性植物，主根发达，入土较深。科尔沁沙地非耕地种植苜蓿，仅两年生既有较大的地下根系生物量，洼地和坡地生境下，苜蓿根系体积和根干重均极显著高于岗地生境下苜蓿根体积和根干重(P<0.05)；洼地生境和坡地生境相比，苜蓿根体积差异不明显(P>0.05)(图1，2)。不同生境条件下，苜蓿根颈亦有显著差异，洼地苜蓿根颈粗度最大，为4.44 mm，显著高于坡地苜蓿和岗地苜蓿(P<0.05)；坡地苜蓿根颈粗次之，岗地苜蓿最小，但是二者差异不显著(图3)。

地球表面上每年生物固氮的总量巨大，其中，豆科植物体内根瘤菌的固氮量占生物固氮总量1/2，根瘤数量是反映豆科植物固氮能力的重要指标。科尔沁地

图1 不同微生境条件下的根体积Fig.1 Comparison of root volume in different microhabitats

图2 不同微生境条件下的根干重Fig.2 Comparison of root dry weight in different microhabitats

图3 不同微生境条件下的根颈粗Fig.3 Comparison of root diameter in different microhabitats

区沙地种植苜蓿，两年生苜蓿根瘤数量整体偏少。不同生境条件下，洼地苜蓿根瘤菌数量最高，达到16.7，坡地苜蓿根瘤数量次之，为每株13.3个，二者间差异不显著(P>0.05)，但是洼地苜蓿和坡地苜蓿显著高于岗地苜蓿(P<0.05)(图4)。

图4 不同微生境条件下的根瘤数Fig.4 Comparison of nodule number in different microhabitats

2.5 沙地苜蓿产量与生长特性的相关性分析

苜蓿干草产量主要由苜蓿茎叶组成。不同微生境下苜蓿干草产量与其茎叶比均呈极显著正相关关系(P<0.01)，苜蓿干草产量与苜蓿株高呈显著正相关关系(P<0.05)。相关性分析表明，苜蓿的产量与其根重、根颈粗、根体积没有显著相关关系(P>0.05)(表7)。

3 讨论与结论

苜蓿是优良牧草，其分布范围广，种植面积大，适应能力强，具有抗寒、抗旱和耐盐碱性，是世界公认的“牧草之王”[16]。科尔沁地区是我国典型的农牧结合区，且几十年的农业开垦和气候变化导致土地退化严重，苜蓿种植对促进地区农牧业发展和改善生态环境具有积极的意义。生境是指生物生存环境，不同的生境存在显著水、热等条件差异，最终必将影响其上生长的植被分布和盖度[17-18]。通过前人的研究发现不同生境对植物生长发育会产生某些影响，向芬等[19]在湖南省吉首市研究了不同生境下植物生长差异，结果表明在谷外有阳光生境下的植物比在阴坡面生境条件下植物长势好，适宜的光照和充足的水分及养分条件下植株长势一般均较好。紫花苜蓿是长日照植物，光照对紫花苜蓿生态型有重要作用，科尔沁沙地3种微地形均无遮光物，光照条件好。大气中对苜蓿有影响的主要是CO2，研究表明在CO2浓度高的情况下，可促进苜蓿根系结瘤量，增加苜蓿固氮活性，苜蓿干草产量亦较高[20-22]。相对于坡地和岗地，洼地微生境中CO2浓度较高，苜蓿叶片中叶绿体对光有更强的吸收能力，叶片的原初光能转换率提高，使光合效率提高，同时增加苜蓿的固氮能力，这可能是洼地苜蓿产量高于坡地、岗地的原因之一。

表7 苜蓿产量与生长指标的相关性分析

注：**表示极显著相关(P<0.01)，*表示显著相关(P<0.05)

土壤对于苜蓿的生长发育主要是土壤的物理性质、化学性质和土壤肥力。研究表明，施N、P、K肥可有效增加苜蓿植株高度和青干草产量，同时施低氮可有效增加苜蓿的固氮能力及有效根瘤菌数，并促进苜蓿光合作用，从而增加苜蓿青干草产量[23]。试验中，微环境中土壤速效磷、速效钾、碱解氮及有机质含量排列顺序均是洼地>坡地>岗地，说明岗地土壤瘠薄，很难提供苜蓿正常生长所需的养分，从而限制苜蓿的正常生长发育。坡地土壤条件介于岗地和洼地之间，从而导致坡地苜蓿长势如，株高、根瘤、茎粗等较岗地好，但较洼地差。

影响苜蓿生长的因素除土壤肥力因素外，土壤水分亦是限制苜蓿生长的重要的因素之一。郑永宏等[24]在对不同生境植物生长对气候变化的响应研究发现，不同生境条件下土壤水分及蒸发、蒸腾作用差异较大，是限制植物长的主要因素。本试验与此研究有相同之处，岗地苜蓿长势较弱，植株明显较坡地和洼地低，根颈细且体积小，干草产量低，可能是由于岗地地势较高，土壤沙性较大，土壤保水能力差，且科尔沁地区4～6月风速较大，7～9月温度较高，岗地土壤水分蒸发较洼地和坡地快，加上岗地土壤养分低，且水分供应不足，共同不利因素造成苜蓿生长受阻，这与邵雪梅、尹辉和Sheppard等[25-27]研究具有一致性。综上所述，科尔沁地区规模化种植苜蓿，应选择地势相对较低且相对平缓的地带，此地区土壤养分条件好，且土壤理化性质好，土壤沙性小，保水保肥，种植苜蓿可获得较高的经济效益。

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