农艺措施对紫花苜蓿种子产量组分的影响

俞鸿千， 欧成明， 王占军， 毛培胜， 李曼莉*， 王 冲， 马 灯

(1. 宁夏农林科学院荒漠化治理研究所， 宁夏 银川 750001； 2. 宁夏防沙治沙与水土保持重点实验室， 宁夏 银川750001；3. 中国农业大学草业科学与技术学院， 草业科学北京市重点实验室， 北京 100193)

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)是世界上分布最广、栽培面积最大的多年生豆科牧草，因其具有抗逆性好、优质高产等特点，被誉为牧草之王[1]。近年来，随着国家“振兴奶业苜蓿发展行动”的实施，“草牧业”和“粮改饲”试点项目的启动，极大推动了我国草产业的发展，紫花苜蓿越来越受到人们的重视，市场对优质苜蓿种子的需求量也明显增加。根据中国海关数据显示，2017年我国苜蓿种子进口量为0.10万吨，至2020年激增至0.35万吨。2021年中央一号文件“关于全面推进乡村振兴，加快农业农村现代化的意见”中指出要打好种业翻身仗，农业现代化，种子是基础。但由于我国苜蓿种子生产技术落后，又缺乏系统的理论指导，导致我国苜蓿种子产量低、质量差。

目前有关紫花苜蓿种子生产田农艺措施的研究主要集中在氮[2-3]、磷[4-5]、钾[6-7]等大量元素及播种密度[3,8]和灌溉[9-10]对紫花苜蓿种子产量及其产量组分的影响等方面。研究表明，种植密度通过影响植物对空间、水分、营养和光照等资源的需求影响植物生长和产量[11-12]，适宜的行距有利于植物的生长和种子的发育，而且不同物种的种子产量对行距的变化响应不同[13]。适宜的高/低密度均能够提高苜蓿种子产量，但密度影响种子产量及其产量组分的贡献率不同，在新疆干旱荒漠区种植行距30 cm株距5 cm的种子产量高于株距10 cm情况，但结荚率低[14]。另外，缺磷会降低多年生植物的产量和持久性[15]，而合适的磷含量可以促进开花和种子的生理成熟[16]，施磷可以增加磷积累，并提高磷从茎叶向籽粒转移的速率，增加种子产量[17]。在紫花苜蓿种子生产中，合理的灌溉量和灌溉时期能够调节土壤水分，满足苜蓿营养生长和生殖生长过程中不同水分需求，增加苜蓿单株的花序数/枝条、豆荚数/花序、籽粒数/豆荚，从而增加种子产量[19-20]，但当灌溉量过大时，苜蓿营养生长旺盛，易引起倒伏，降低种子产量和质量[21]。

种子产量组分是影响种子产量的直接因素，各产量组分对产量的贡献不同，对不同农艺措施的响应也有所差异[5]。目前，宁夏中部干旱带鲜有苜蓿种子生产田管理方式对种子产量影响的相关报道，在专业化种子生产中，适宜的种植密度和施肥管理是种子丰产的基础，适宜的灌溉制度可以保证种子田的正常生长。因此本文通过比较紫花苜蓿种子产量组分和产量在施肥(磷肥)、灌溉和种植密度三种管理措施下的响应情况，研究不同农艺措施下种子产量组分与种子产量之间的关系，为指导苜蓿种子生产田管理和提高种子产量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地位于宁夏盐池县四墩子自然村，海拔1 425 m，属于典型中温带大陆性季风气候，年均气温7.7℃，年降水量250～350 mm，主要集中在6—8月，年蒸发量2 500 mm左右，无霜期165 d，土壤类型主要为灰钙土、黄绵土和风沙土。2016-2018年试验地月均温和降水量如图1所示。

图1 试验地2016-2018年月平均温度和降雨量

1.2 试验材料和试验设计

试验选用‘甘农6号’紫花苜蓿，设置施肥、灌溉和种植密度3个因素，于2015年5月统一建植，前茬作物为玉米，0～40 cm土壤有机质含量6.16 g·kg-1，全氮含量0.43 g·kg-1，速效磷含量4.44 g·kg-1，速效钾含量76.69 mg·kg-1，pH值为8.60。试验地田间管理方式为每年5月中下旬喷施高氯啶虫脒防虫，6月中旬灌水675 m3·hm-2(灌溉试验除外)，11月上旬冬灌675 m3·hm-2。于2016—2018年进行数据观测，生育期表现为4月上旬返青，4月中旬分枝，5月中旬现蕾，6月中旬进入盛花期，7月中旬有80%以上花序结荚，7月下旬收获。建植当年未收获种子。

1.2.1施肥试验 试验设置4个磷肥水平和1个不施肥对照，施肥量分别为60，120，180和240 kg·hm-2(以P2O5计算，过磷酸钙，有效磷≥44%，云南云天化股有限公司)，2015年播种前一次性施入，试验小区采用条播种植，行距90 cm、播量3.75 kg·hm-2，小区面积为4 m×9 m，3次重复。

1.2.2灌溉试验 2016年设置3个灌溉处理和1个不灌水处理为对照(I2016-CK)，分别为返青期、初花期各灌1次(记为I2016-1)，返青期、盛花期各灌1次(记为I2016-2)，返青期灌1次(记为I2016-3)，每次灌溉定额为1 350 m3·hm-2；2017年设置4个灌溉处理，分别为现蕾期、初花期各灌1次(记为I2017-1)，现蕾期、盛花期各灌1次(记为I2017-2)，现蕾期、结荚期各灌1次(记为I2017-3)，每次灌溉定额为675 m3·hm-2，现蕾期灌溉1 350 m3·hm-2灌水1次(I2017-CK)。试验小区采用条播种植，行距90 cm、播量3.75 kg·hm-2，小区面积为4 m×9 m，3次重复，每小区四个方向均铺防渗膜埋入地下2 m深，灌溉方式均为漫灌。

1.2.3密度试验 试验设置4个行距，分别为30，60，90 和120 cm，每个行距分别设置15，30和45 cm共3个株距，每穴点播5～8粒，试验小区面积为4 m×9 m，3次重复。

1.3 测定方法

1.3.1种子产量组分测定方法[29]生殖枝数/m2：盛花期在各小区随机取10株，计算每株生殖枝数。

花序数/生殖枝：盛花期在各小区随机标记生殖枝20枝(不在同一株上标记)，统计生殖枝上的花序个数。

小花数/花序：盛花期在各小区未标记的生殖枝，随机选取该生殖枝不同部位的花序30个，统计每个花序的小花数。

结荚花序数/生殖枝：结荚期统计已标记的20个生殖枝上结荚花序数。

荚果数/花序：结荚期每小区随机选取植株不同部位的结荚花序30个，统计每个结荚花序的荚果数。

种子数/荚果：收割期每小区随机选取植株不同部位的荚果30个，统计每个荚果的种子数。

1.3.2种子产量 当试验区80%的小荚变为黑褐色时，每小区选取长势均匀的一行(不选择边行)收割、晾晒、干燥后脱荚、清选装袋、称重，计算平均种子产量(kg·hm-2)。

1.4 数据分析

用Excel 2016软件进行数据录入整理和灰色关联分析，使用R(version 4.0.5)软件stats package(version 4.0.5)进行方差分析，用agricolae package(version 1.3-3)选择LSD(最小显著差异法)进行单因素方差分析的两两比较；在种植密度试验中，选择行距和株距进行双因素方差分析。并使用Origin 9.0做图。

2 结果分析

2.1 施肥对苜蓿种子产量组分和产量的影响

如图2所示，在同一年份内，不同施肥量处理对种子产量组分的影响不同。2016年，各处理的结荚花序数/生殖枝有显著差异(P<0.05)，不施肥显著高于施肥处理，为33.69个；2017年表现为各处理的生殖枝数有显著差异，其中60 kg·hm-2处理最大为129.47个·m-2；2018年各处理的种子产量组分均无显著差异。不同施肥处理对同一产量组分的影响，随着种植年限的增长表现规律不同，与不施肥处理相比，施肥处理的生殖枝数随着年限的增长逐渐增加。

图2 施肥和灌水对苜蓿种子产量组分的影响

不同施肥处理种子产量均有显著差异(表1)，2016年和2017年均表现为不施肥处理种子产量最高，分别为379.81 kg·hm-2和500.93 kg·hm-2，2018年为施肥180 kg·hm-2极显著(P<0.01)高于其他处理，种子产量达645.21 kg·hm-2。2016—2018三年总产量依次为180 kg·hm-2处理>不施肥处理>120 kg·hm-2处理>60 kg·hm-2处理>240 kg·hm-2处理。

2.2 灌溉对苜蓿种子产量组分及产量影响

不同灌水模式对种子产量组分有显著影响(图2)。2016年结果表明，I2016-1和I2016-3处理的花序数/生殖枝显著高于其他处理，分别为12.80个和16.27个。2017年结果表明，与现蕾期灌溉一次(I2017-CK)相比，灌溉两次(I2017-1、I2017-2、I2017-3)可以极显著提高单位面积生殖枝数。综合2016年和2017年结果表明种子数/荚果对灌水处理敏感，花期灌水(I2016-1、I2016-2)处理显著高于花期不灌水处理(I2016-3、I2016-CK)，且初花期适量灌水(I2017-1)显著高于盛花期(I2017-2)和结荚期(I2017-3)灌水处理。

不同灌水处理的种子产量无显著差异(表1)，2016年产量为347.36～463.33 kg·hm-2,2017年种子产量为319.46～403.73 kg·hm-2。

表1 2016-2018年施肥、灌水和密度试验的种子产量

2.3 种植密度对苜蓿种子产量组分及产量的影响

种植密度表现为穴播种植下不同行距和株距组合。双因素方差分析表明(表2)，行距、株距及株行距交互作用对苜蓿单位面积生殖枝数有极显著影响(P<0.001)，随着种植年限的增加，到种植第4年(2018年)时株行距交互作用对苜蓿单位面积生殖枝数的影响不显著。各处理的单位面积生殖枝数存在极显著差异(图3)，2016—2018年均表现为行距30 cm株距15 cm处理最高，并随着种植密度的降低(株行距增加)而降低。

行距对结荚花序数/生殖枝的影响作用随种植年限的增加而减弱(表2)。各处理的结荚花序数/生殖枝在种植第2年(2016年)具有显著差异，行距120 cm株距45 cm处理最大，行距30 cm株距15 cm处理最小，分别为37.90个和17.13个，且在株距相同时随行距的增加而增加；种植第3年(2017年)，各处理间仍具有显著差异，结荚花序数/生殖枝分布在10.72～22.73个之间；种植第4年(2018年)，各处理间差异不显著(图3)。

图3 种植密度对苜蓿种子产量组分的影响

株距和株行距交互作用对花序数/生殖枝、小花数/花序、结荚花序数/生殖枝、荚果数/花序和种子数/荚果均无显著影响。

行距在种植后2～4年(2016—2018年)对种子产量有极显著影响(P<0.01)(表2)。种植第2年(2016年)，各处理种子产量无显著差异，种子产量分布在300.04～650.76 kg·hm-2；种植第3年(2017年)，各处理种子产量差异显著，超过平均产量485.76 kg·hm-2的组合由大到小分别为：行距30 cm株距30 cm处理(735.02 kg·hm-2)>行距30 cm株距15 cm处理(687.86 kg·hm-2)>行距60 cm株距45 cm处理(653.22 kg·hm-2)>行距60 cm株距30 cm处理(615.73 kg·hm-2)>行距60 cm株距15 cm处理(551.70 kg·hm-2)；种植第4年(2018年)，超过平均产量455.72 kg·hm-2的组合由大到小分别为：行距60 cm株距15 cm处理(751.13 kg·hm-2)>行距60 cm株距30 cm处理(615.68 kg·hm-2)>行距90 cm株距30 cm处理(588.66 kg·hm-2)>行距90 cm株距15 cm处理(569.80 kg·hm-2)>行距60 cm株距45 cm处理(489.10 kg·hm-2)>行距30 cm株距15 cm处理(463.80 kg·hm-2)(表1)。

表2 行距和株距对苜蓿种子产量及产量组分影响的方差分析

2.4 苜蓿种子产量组分与种子产量灰色关联度分析

采用灰色关联度法，对不同农艺措施处理下种子产量和产量组分进行综合评价。结果表明，在施磷处理下，单位面积生殖枝数与种子产量的关联度最大，为0.855，其权重为0.175；在灌溉处理下，每花序小花数与种子产量的关联度最大，为0.826，其权重为0.179；在种植密度处理下，每花序荚果数与种子产量的关联度最大，为0.794，其权重为0.171(表3)。

表3 灰色关联度对种子产量综合分析

3 讨论

苜蓿种子产量是种植密度、田间水肥管理和气候因素的综合结果，各因素间相互影响相互制约。4—7月是苜蓿种子的生长期，其月均温和降雨量的差异，会干扰水肥和种植密度对种子产量组分及产量的调控。2016—2018年4—7月总降雨量分别为193.5,176.8和213.5 mm，其中2016年降雨主要集中在5月(现蕾期)和7月(结荚期)，分别占4—7月总降雨量的37.73%和49.82%；2017年降雨主要集中在6月(花期)和7月，分别占4—7月总降雨量的31.45%和44.12%；2018年降雨量在5—7月分布较为平均，分别占4—7月总降雨量的32.08%，29.70%和29.60%。

磷肥是影响种子产量的关键因素，对于植株分枝、花序数量、干物质累积、种子产量等动态变化均具有重要影响[22-23]。研究表明施入适量的磷肥能提高紫花苜蓿的生物量和种子产量[24-25]。陈强等[26]认为施磷量为90 kg·hm-2和135 kg·hm-2时，能提高紫花苜蓿单株粒重和单株花序数，进而提高种子产量；此外，研究发现适当施磷肥，也可提高种子结荚数和结荚率，从而增加种子产量[25]。在本试验中，与不施肥相比，施磷肥可以提高单位面积生殖枝数，但不同施肥量处理间无显著差异；2016年施肥处理的结荚花序数/生殖枝显著低于不施肥处理，2017和2018年并无显著差异可能与2016年花期(6月)降雨量仅有21.0 mm，而2017和2018年6月降雨量分别为55.6 mm和63.4 mm有关(图1)。2016和2017年的种子产量均以不施肥处理最大，2018年则为施肥180 kg·hm-2处理显著高于其他处理，表明施磷肥对种子产量的影响有一定的滞后性或持续性，2016—2018年总产量也是施肥180 kg·hm-2处理最大，达到1 228.02 kg·hm-2(表1)。刘焕鲜等研究发现施磷量为150 kg·hm-2时，种子产量最大[27]。随着种植年限的增加，各处理种子产量组分和产量并无规律可循，这可能与种植年限、不同试验地的土壤有效含磷量有关[28-29]。

合理的灌溉制度是紫花苜蓿种子获得高产的重要措施。在干旱地区，灌溉次数和灌溉量较少会导致苜蓿种子田受到严重的水分胁迫，会造成种子减产[30]；而灌溉次数和灌溉量过多会造成紫花苜蓿营养体生长旺盛，倒伏严重，也会导致种子减产[10]；此外，灌溉量比灌溉方式对分枝数的影响更大[31]。本试验2016年由于灌水量过大，导致苜蓿生长速度太快、绝对高度过高，盛花期严重倒伏，2016年不灌水处理(I2016-CK)的种子产量高于其他处理(表1)，这与前人的研究结果一致[32]。灌溉时期也是影响种子产量的关键措施[33]，由于不灌水处理(I2016-CK)带来的持续干旱严重影响了花序数/生殖枝和种子数/荚果(图2)，因此2017年减少了灌溉量，控制所有处理灌水总量相同(为1 350 m3·hm-2)，并调整在不同的生育期进行灌溉。结果发现，相比于现蕾期只灌溉1次(I2017-CK)，灌溉2次会增加紫花苜蓿单位面积生殖枝数，而且结荚期灌溉能显著增加每荚果种子数(图2)，说明在干旱气候下灌溉能促进生殖生长。

在紫花苜蓿种子生产中，适宜的种植密度能使种子高产[34]。王显国等[35]研究发现，在甘肃酒泉地区，采用株行距为15 cm×60 cm的种植密度能增加苜蓿的分枝数，从而增加种子产量；沙栢平等[8]在宁夏地区的研究发现，增加行距可以显著提高紫花苜蓿单株花序数和千粒重，从而提高种子产量，当实际株行距为15 cm×100 cm时，单位面积种子产量最高。崔鹏飞研究不同行穴距对紫花苜蓿种子产量的影响，结果表明行穴距为15 cm×100 cm时，种子产量最高[36]。本试验结果也发现当行距大于60 cm时(图3)，可提高每生殖枝花序数和每生殖枝结荚花序数，但单位面积生殖枝数显著下降，这可能与植物对空间、水分、营养和光照等资源的需求有关[11-12]；同时株距在15 cm时，单位面积生殖枝数最大(图3)。种子产量在种植第2年后(2017—2018年)表现出显著差异，三年总产量最大的3个处理均为行距60 cm，大小依次为行距60 cm株距30 cm(1 882.17 kg·hm-2)>行距60 cm株距15 cm(1 785.48 kg·hm-2)>行距60 cm株距45 cm(1 742.34 kg·hm-2)(表1)。

本研究设置的施肥、灌水和种植密度三个单独试验，初步得到种植密度和水肥管理与苜蓿种子产量组分和产量的关系。以产量为目标，建植当年不收获种子，不同的种植密度得到的种子产量可在1 037.90～1 882.17 kg·hm-2，最高产量比最低产量高出81.34%，高出施肥试验三年最高总产量(1 228.02 kg·hm-2)53.27%。灌水是田间管理的主要措施，可以维持苜蓿全生育期的正常生长和次年越冬。在实际生产中，灌水时期和灌溉量需要根据降雨时期和降雨量进行调整，降雨的有效性对种子产量组分和产量的影响，以及如何通过选择灌水时期调控营养生长和生殖生长，从而减少倒伏和落花现象、减少种子损失等方面还有待进一步研究。

4 结论

宁夏盐池地区紫花苜蓿种子生产，建议以磷肥作为底肥施用，施肥量为180 kg·hm-2，种植密度控制行距60 cm以上、株距30 cm，并在现蕾期和盛花期适当灌溉675 m3·hm-2。