末次刈割时间对3种紫花苜蓿越冬前后根颈非结构碳氮含量的影响

杨秀芳

(赤峰市农牧科学研究所，内蒙古 赤峰 024031)

紫花苜蓿(Medicagosativa)作为优质的多年生豆科牧草，在我国畜牧业生产及生态建设中发挥着重要作用[1]。近几年，随着国家振兴奶业、高产优质苜蓿建设等项目的实施，紫花苜蓿在全国的种植面积逐年增加，但在北方寒冷地区紫花苜蓿存在安全越冬的问题。而苜蓿的抗寒性与茎叶的形态结构、根系类型、秋眠性和低温下植株的生理生化适应性变化等有关[2]。

目前，国内外关于苜蓿根部非结构碳氮含量的研究主要集中在其与抗寒性的关系[3-8]、刈割频率[9]、末次刈割时间[10-14]及季节变化[15]的影响等方面。在寒冷地区，末次刈割时间是影响苜蓿越冬的关键管理因素之一。研究表明，晚秋刈割会影响苜蓿根内淀粉、可溶性糖和可溶性蛋白质等有机物质的积累，削弱苜蓿的抗寒性能[10]。王英哲等[11]研究表明，秋季刈割会影响苜蓿根内非结构性碳水化合物的积累，对越冬产生不利影响。朱爱民等[12]研究认为，根颈中C/N高的紫花苜蓿品种适宜在秋末敏感期进行末次刈割。孙浩等[13]研究表明，末茬秋季敏感期刈割会导致苜蓿的越冬率降低。王伟东等[14]研究认为，随着末次刈割时间的推迟，苜蓿根系全氮及可溶性糖含量呈现逐渐降低的趋势，根系淀粉含量则呈现出“升-降-升”的变化趋势。但前人的研究均选择当年生紫花苜蓿[11-12]或以单一品种的2年生苜蓿品种作为研究对象[14]，目前还未见有关末次刈割对不同抗寒性2年生紫花苜蓿越冬前后根颈非结构碳氮含量影响的报道。

内蒙古自治区科尔沁沙地北部的赤峰市阿鲁科尔沁旗紫花苜蓿种植规模近50 000 hm2[16]，由于当地冬季积雪少、春季风沙天气频繁、土壤瘠薄等立地条件和越冬管理技术的差异，苜蓿越冬不稳定，制约着该区域苜蓿产业的发展。因此，本试验通过在阿鲁科尔沁旗对3种2年生紫花苜蓿品种进行不同时间末次刈割处理，研究越冬前后苜蓿根颈非结构碳氮含量的变化，分析3种2年生紫花苜蓿品种越冬前后根颈非结构碳氮含量对末次刈割时间的响应，以期为科尔沁沙地苜蓿末次刈割时间的选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于内蒙古赤峰市阿鲁科尔沁旗绍根镇国家牧草产业技术体系试验示范基地，地理位置N43°37′，E120°22′；属于中温带半干旱大陆性季风气候区，年日照时数2 767～3 034 h，年积温 2 900～3 400 ℃，年平均气温5.5 ℃，极端最高气温40.6 ℃，极端最低气温-32.7 ℃，无霜期125～135 d，年平均降水量300～400 mm。土壤为沙土，有机质含量9.7 g/kg，全氮600 mg/kg，速效磷8.1 mg/kg，速效钾104 mg/kg[17]。

1.2 试验设计

3个参试紫花苜蓿品种为WL168HQ(秋眠级2.0)、WL298HQ(秋眠级3.2)和佳盛(秋眠级4.0)，其中WL168HQ和WL298HQ来自北京正道种业有限公司，佳盛来自北京阳光绿地生态科技有限公司。参试苜蓿2019-05-29播种，条播，行距25 cm，播种量22.5 kg/hm2，小区面积35 m2(5 m×7 m)，3次重复。播种后喷施封闭除草剂异丙甲草胺 2 250 mL/hm2，基施氮磷钾复合肥300 kg/hm2。试验前2茬刈割分别在初花期进行，末次刈割时间设置5个处理，分别在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)进行，每个小区每处理刈割面积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)挖取不同末次刈割处理参试苜蓿品种20株根系，用锡箔纸包裹置于干冰箱中带回实验室。取根系靠近根颈5 cm部分进行生理生化指标测定。

1.3 测定指标与方法

淀粉、可溶性糖、游离氨基酸和可溶性蛋白含量用Cohesion Biosciences公司提供的微孔板分析试剂盒测定。

1.4 数据统计方法

用SPSS 19.0统计软件进行单因素方差分析，方差分析结果用Duncan氏方法进行显著比较。

2 结果与分析

2.1 末次刈割时间对3种紫花苜蓿越冬前后根颈淀粉含量的影响

末次刈割时间对3种紫花苜蓿越冬前后根颈淀粉含量的影响见图1。

图柱上标不同小写字母表示同一苜蓿品种在相同根颈取样日期(T)下各末次刈割时间(C)处理间差异显著(P<0.05)。下图同

由图1可见，在晚秋时节(T1)，WL168HQ各末次刈割处理根颈淀粉含量随着末次刈割时间推迟呈先降低后升高的趋势，其中C1刈割处理显著高于其他处理(P<0.05)；WL298HQ和佳盛品种各末次刈割处理根颈淀粉含量均表现出先升高后降低再升高的趋势，其中C2刈割处理最高，显著高于其他刈割处理(P<0.05)。进入11月份(T2)，WL168HQ根颈淀粉含量变化随末次刈割时间推迟无明显规律，其中C3刈割处理根颈淀粉含量显著高于其他处理(P<0.05)；WL298HQ和佳盛品种各末次刈割处理根颈淀粉含量仍然表现出先升高后降低又升高的趋势，其中C2刈割处理最高，显著高于其他刈割处理(P<0.05)。次年3月份(T3)，3种紫花苜蓿不同末次刈割处理根颈淀粉含量的变化无规律性，WL168HQ和佳盛C1刈割处理根颈淀粉含量最高，显著高于其他处理(P<0.05)，WL298HQ的C2刈割处理根颈淀粉含量最高，显著高于其他处理(P<0.05)。在4月份返青萌动期(T4)，WL168HQ和佳盛根颈淀粉含量呈现先升高后降低的趋势，WL168HQ以C3刈割处理根颈淀粉含量最高，而佳盛以C2刈割处理最高；WL298HQ根颈淀粉含量呈先下降后升高的趋势，但其所有刈割处理根颈淀粉含量低于WL168HQ和佳盛，说明此时期WL298HQ的抗寒性低于WL168HQ和佳盛。返青后(T5)，3种紫花苜蓿各刈割处理根颈淀粉含量均以C2刈割处理最高。

2.2 末次刈割时间对3种紫花苜蓿越冬前后根颈可溶性糖含量的影响

由图2可见，从晚秋时节(T1)到越冬前11月份(T2)，3种紫花苜蓿所有刈割处理根颈可溶性糖含量均呈现升高趋势。从晚秋时节(T1)到越冬后3月份(T3)，3种紫花苜蓿品种的C1、C2刈割处理根颈可溶性糖含量均逐渐增加，WL168HQ分别增加了79%和28%，WL298HQ分别增加了57%和55%，佳盛分别增加了84%和50%；WL298HQ和佳盛C5刈割处理根颈可溶性糖含量也逐渐增加，分别增加了52%和38%。3种紫花苜蓿C1、C2刈割处理越冬后根颈可溶性糖含量峰值出现在3月份(T3)，此时WL168HQ和佳盛C1刈割处理显著高于其他处理(P<0.05)，WL298HQ C2刈割处理显著高于其他处理(P<0.05)。从越冬后3月份(T3)到4月份返青萌动期(T4)，3种紫花苜蓿品种所有刈割处理根颈可溶性糖含量均呈现下降趋势。

由图2还可见，不同取样时期，3种紫花苜蓿不同刈割处理根颈可溶性糖含量的变化规律不同。在晚秋时节(T1)，随着末次刈割时间的推迟，3种紫花苜蓿根颈可溶性糖含量均表现出先升高后降低再升高的趋势，WL168HQ C3刈割处理最高，WL298HQ C2刈割处理最高，佳盛C5刈割处理最高。越冬前11月份(T2)，WL168HQ C3刈割处理显著高于其他处理(P<0.05)，WL298HQ和佳盛C2刈割处理根颈可溶性糖含量显著高于其他处理(P<0.05)。4月份返青萌动期(T4)，WL168HQ C3刈割处理根颈可溶性糖含量最高，显著高于其他处理(P<0.05)，其次为C2刈割处理；WL298HQ和佳盛C2刈割处理显著高于其他处理(P<0.05)；WL298HQ所有刈割处理根颈可溶性糖含量低于WL168HQ和佳盛，说明此时期WL298HQ的抗寒性低于WL168HQ和佳盛。

图2 末次刈割时间对3种紫花苜蓿越冬前后根颈可溶性糖含量的影响

2.3 末次刈割时间对3种紫花苜蓿越冬前后根颈游离氨基酸含量的影响

由图3可见，从秋冬(T1、T2)到翌年返青(T3、T4、T5)，3种紫花苜蓿各刈割处理根颈游离氨基酸含量均呈先上升后下降的趋势，从入冬前(T1)到翌年3月份(T3)，3种紫花苜蓿根颈游离氨基酸含量逐渐增加，在T3时达到最大值，此时游离氨基酸含量为74.83～108.19 μmol/g；而后呈下降趋势，且下降幅度较大，含量为48.92～97.62 μmol/g。

由图3还可见，在晚秋时节(T1)，3种紫花苜蓿C3～C5刈割处理根颈游离氨基酸含量呈增加趋势，均以C5刈割处理游离氨基酸含量最高。进入11月份(T2)，3种紫花苜蓿根颈游离氨基酸含量变化规律不同，WL168HQ和WL298HQ各末次刈割处理根颈游离氨基酸含量均表现出先降低后升高的趋势，以C1刈割处理最高；佳盛随着末次刈割时间的推迟呈现先升高后降低再升高的趋势，以C2刈割处理最高。越冬后次年3月份(T3)，3种紫花苜蓿各刈割处理根颈游离氨基酸含量的变化无规律性，WL168HQ各刈割处理根颈游离氨基酸含量平均都达到90 μmol/g以上，以C5刈割处理最高，显著高于其他处理(P<0.05)，其次为C1和C3刈割处理，二者差异不显著(P>0.05)；WL298HQ C2刈割处理最高，显著高于其他处理(P<0.05)，其次为C3处理；佳盛C1刈割处理最高，显著高于其他处理(P<0.05)，其次为C2刈割处理。4月份返青萌动期(T4)，WL168HQ和佳盛各末次刈割处理根颈游离氨基酸含量均表现出先降低后升高的趋势，WL168HQ以C5刈割处理最大，佳盛以C1、C5刈割处理最大；而WL298HQ随着末次刈割时间的推迟呈先升高后降低的趋势，以C2刈割处理最高，显著高于其他处理(P<0.05)。5月份返青后(T5)，3种紫花苜蓿各刈割处理根颈游离氨基酸含量的变化无明显规律。

图3 末次刈割时间对3种紫花苜蓿越冬前后根颈游离氨基酸含量的影响

2.4 末次刈割时间对3种紫花苜蓿越冬前后根颈可溶性蛋白含量的影响

由图4可见，在晚秋时节(T1)，WL168HQ C4刈割处理根颈可溶性蛋白含量显著低于其他末次刈割处理(P<0.05)；WL298HQ和佳盛C3、C4刈割处理显著低于C1、C2和C5刈割处理(P<0.05)，3种紫花苜蓿C3～C5刈割处理根颈可溶性蛋白含量均表现出先降低后升高的趋势，此时期WL168HQ所有刈割处理根颈可溶性蛋白含量均高于WL298HQ和佳盛。

图4 末次刈割时间对3种紫花苜蓿越冬前后根颈可溶性蛋白含量的影响

由图4还可见，进入11月份(T2)，WL168HQ各处理间根颈可溶性蛋白含量呈先降低后升高的趋势，C3刈割处理显著低于其他处理(P<0.05)；WL298HQ和佳盛各末次刈割处理根颈可溶性蛋白含量较晚秋时节(T1)均有不同程度的增加，随着刈割时间的推迟，呈现先升高后降低的趋势，其中C2刈割处理显著高于其他处理(P<0.05)；WL168HQ所有刈割处理根颈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刈割处理和佳盛C5刈割处理外，3种紫花苜蓿不同刈割处理根颈可溶性蛋白含量较11月份(T2)略有下降；除WL168HQ C4刈割处理外，其余刈割处理WL168HQ根颈可溶性蛋白含量均高于WL298HQ和佳盛。

由图4亦可见，4月份返青萌动期(T4)，3种紫花苜蓿不同刈割处理根颈可溶性蛋白含量均呈先升高后降低再升高的趋势；WL168HQ C2刈割处理根颈可溶性蛋白含量显著高于其他处理(P<0.05)，WL298HQ C2刈割处理显著高于除C1刈割处理外的其他处理(P<0.05)，佳盛C5刈割处理显著高于其他处理(P<0.05)；3种紫花苜蓿C3和C4刈割处理均显著低于其他处理(P<0.05)。5月份返青后(T5)，3种紫花苜蓿各刈割处理根颈可溶性蛋白含量的变化无明显规律性。

3 讨 论

3.1 末次刈割时间对3种紫花苜蓿根颈淀粉和可溶性糖含量的影响

秋季是苜蓿抗寒性形成的关键时期，晚秋刈割会削弱苜蓿的抗寒性能，秋季刈割会影响苜蓿根内可溶性糖和淀粉的积累[10,18]。可溶性糖能够提高细胞液的浓度，增加细胞持水组织中的非结冰水，从而降低细胞质的冰点，还可缓冲细胞质过度脱水，保护细胞质胶体不至于遇冷凝固，其含量与植物的抗寒性密切相关[19]。淀粉与可溶性糖在根系中互相转化对紫花苜蓿越冬和翌年春季返青具有重要作用[20]。本研究结果显示，越冬前(T1、T2)，随时间的推移3种紫花苜蓿不同末次刈割处理根颈淀粉含量均呈现降低趋势，可溶性糖含量均呈现升高趋势，这与王英哲等[11]的研究结果一致，表明紫花苜蓿在低温胁迫下通过淀粉降解来提高自身糖浓度以适应逆境[21]；同时可溶性糖含量在冬季保持较高水平，到了早春开始降低。研究表明，抗寒性强的苜蓿品种根系可溶性糖含量显著高于抗寒性弱的品种[22]，本试验中在4月份返青萌动期(T4)，参试紫花苜蓿WL298HQ各末次刈割处理根颈淀粉和可溶性糖含量均低于WL168HQ和佳盛，说明此时期WL298HQ的抗寒性低于WL168HQ和佳盛。

3.2 末次刈割时间对3种紫花苜蓿根颈游离氨基酸和可溶性蛋白含量的影响

在正常条件下，苜蓿根内游离氨基酸含量很低，而低温胁迫条件下，根部氨基酸总量会显著升高，并在冬季维持较高的水平，直到第二年早春返青时开始下降[23-24]。本研究结果显示，从秋冬(T1、T2)到翌年返青(T3、T4、T5)，3种紫花苜蓿根颈游离氨基酸含量呈先上升后下降的趋势，在第2年3月份(T3)达到最大值，这与王英哲等[11]的研究结果一致。3种紫花苜蓿不同末次刈割处理根颈游离氨基酸含量随温度的变化而变化，受温度影响较大，与抗寒性相关程度不是很明显。

可溶性蛋白呈亲水性较强的胶体状态，是植物体内重要的渗透调节物质，其含量与植物抗寒性密切相关[23]。Krasnuk等[25]研究表明，低温胁迫苜蓿根内可溶性蛋白含量提高，且某些蛋白质起到了防冻的功能。王英哲等[11]、申晓慧等[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刈割处理和WL298HQ C1、C2、C3刈割处理可溶性蛋白含量表现出先升高后降低的规律，这可能与苜蓿品种的不同有关。

在晚秋时节(T1)和返青萌动期(T4)，WL298HQ和佳盛C3、C4刈割处理根颈可溶性蛋白含量显著低于C1、C2和C5刈割处理(P<0.05)；晚秋时节(T1)，WL168HQ C4刈割处理根颈可溶性蛋白含量显著低于其他刈割处理(P<0.05)。在越冬前的10月(T1)、11月份(T2)，WL168HQ所有刈割处理根颈可溶性蛋白含量均高于WL298HQ和佳盛。该结果说明，WL168HQ的抗寒性强于WL298HQ和佳盛，抗寒性越强的品种，较晚的末次刈割对其抗寒能力的影响也越小，这与李国良等[19]的研究结果一致。