不同播种量对紫花苜蓿种子产量及构成因素的影响

赵梦雨，王 斌，王腾飞，兰 剑

（宁夏草牧业工程技术研究中心 / 宁夏大学农学院, 宁夏 银川 750021）

优质牧草种子是农业生产中最基本的生产资料，是农业再生产的关键因素[1]。紫花苜蓿(Medicaco sativa)因其产草量高、营养丰富、适口性好，被国内外广泛种植，有“牧草之王”的美誉[2]。近年来，随着种植结构的调整以及奶牛产业对优质苜蓿的需求量逐年增加，紫花苜蓿在我国饲草中的地位进一步提升[3]，成为畜牧业发展中举足轻重的草种。但由于国内优质苜蓿种子供应量远低于需求量，80%种子需从国外进口。宁夏半干旱区农业生产条件优越，种子生产潜力巨大，是苜蓿种子生产的黄金区域[4]，但长期以来不合理的种植技术和粗放的管理措施，严重影响了苜蓿的生长发育和种子产量的增加。有研究表明，合理的播种量在建植苜蓿种子田中尤为重要，决定了紫花苜蓿的群体大小[5]。因此，探索适宜的播种量对提高紫花苜蓿种子产量和促进宁夏半干旱区苜蓿种业发展具有重要意义。

播种量是影响紫花苜蓿生长和种子田高产的重要因素。近年来，学者们为了探究出苜蓿种子田的适宜播种量做了相应研究。例如，海涛等[6]研究发现，紫花苜蓿种子产量在播种量为3.0 kg·hm-2时达到最高。马克成和王秉龙[7]研究表明，紫花苜蓿种子产量在播种量为7.5 kg·hm-2时达到最高，较其他处理增产了2.0%～13.3%。Askarian 等[8]研究证明，当播种量为1.0 kg·hm-2时，单位面积内的花序数、结荚数最多，种子产量最高。Abu-Shakra 等[9]指出紫花苜蓿播种量在0.5～2.0 kg·hm-2内，其种子产量最高。李拥军和闵继淳[10]研究认为紫花苜蓿播种量为2.5 kg·hm-2时其种子产量最高。目前，学者们针对播种量对紫花苜蓿的研究主要集中在干草产量、营养价值等方面[11-12]。而关于播种量对紫花苜蓿种子产量以及构成因素影响的研究也有报道，但主要集中在东北等少部分地区，涉及区域有一定的局限性，尤其在宁夏半干旱地区鲜见。宁夏半干旱区具有得天独厚的种子生产环境，该区域进行紫花苜蓿种子生产的相关研究具有很强的代表性。鉴于此，在宁夏半干旱区开展播种量对苜蓿种子产量以及构成因素影响的研究，探究提高种子生产性能的关键技术，挖掘出苜蓿种业实现高产优质的最大潜力，以期为宁夏半干旱区苜蓿种子生产提供科学的生产方案和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于宁夏固原市原州区黄泽堡镇曹堡村(36°17′32″ N， 106°09′25″ E，海拔1 734 m)。该地区属典型的温带半干旱区，年均温6.8 ℃，＞ 10 ℃年积温2 263 ℃·d，年均蒸发量1 200～1 800 mm，全年无霜期103～148 d，年均降水量471.2 mm，多集中在7 月—9 月，年平均日照时数2 250～2 700 h，昼夜温差10～20 ℃。试验区地势平坦，土壤为黄绵土，播前0—20 cm 土层有机质、全氮、全磷含量分别为5.45、0.65、0.37 g·kg-1，速效磷和速效钾含量分别为9.20 和94 mg·kg-1，pH 为8.20。

1.2 试验材料

试验紫花苜蓿品种为‘中苜3 号’，种子来源于宁夏荟峰农副产品有限公司，种子的基本特性是秋眠级3～4 级，生长速度快，产草量高，发芽率为96%，种子净度为98%。

1.3 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，设置5 个不同播种量(S1：1.2 kg·hm-2、S2：1.8 kg·hm-2、S3：2.4 kg·hm-2、S4：3.0 kg·hm-2、S5：3.6 kg·hm-2)，小区面积90 m2(9 m ×10 m)，4 个重复，共20 小区，小区间隔2 m，四周设1 m 保护行。于2020 年7 月3 日播种，采用人工穴播，播后镇压，株距20 cm，行距60 cm，播深2～3 cm。生育期内施肥1 次，所用肥料为尿素120 kg·hm-2(N ≥ 46.0%)。试验期间适时进行杂草防除和病虫害防控。各项指标均在2021 年测定。在紫花苜蓿现蕾期灌水1 次，灌水量为900 m3·hm-2。有代表性的结荚花序，观测并记录每个荚果的种子数。

千粒重：在实验室将各个重复小区收获的同一处理清选后的种子混合晾干，然后随机分离1 000粒干净种子，重复6 次，然后称其重量。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 苜蓿生长指标的测定

株高：成熟期在每小区随机选取20 株苜蓿，测量自然高度，取平均值。

一级分枝数：成熟期在每小区随机选取5 个1 m样段，统计一级分枝数，根据行距和株距换算出每平方米的一级分枝数。

二级分枝数：成熟期在每小区随机选取10 株紫花苜蓿，统计二级分枝数。

茎节数：成熟期在每小区随机选取10 株紫花苜蓿，统计茎节数。

1.4.2 种子产量构成因素

每生殖枝花序数和每花序小花数：盛花期，在每个小区随机选取20 枝生殖枝条，观测并记录每个生殖枝上的花序数；同时，选取20 个具有代表性的花序，观测并记录每个花序上的小花数。

每花序结荚数：结荚末期，在每小区随机选取20 个生殖枝条，观测并记录每个花序的结荚数。

单位面积生殖枝条和每荚种子数：种子收获期(成熟期)，在每小区随机选取5 个1 m 样段人工刈割，统计每个样段的生殖枝，根据行距和株距换算出每平方米生殖枝数；从刈割的生殖枝中选取20 个

1.4.3 种子产量

实际种子产量：在苜蓿成熟期(80%植株荚果呈黑褐色)，每小区随机选取5 个1 m 样段，人工用镰刀刈割，在田间晒干后脱粒清选，然后称重并折算出每公顷产量。

表现种子产量：每平米生殖枝 × 每生殖枝花序数 × 每花序结荚数 × 每荚种子数 × 千粒重 × 10-3，最后折算出每公顷种子产量[13]。

收获率(实际种子产量占表现种子产量的百分比) = 实际种子产量/表现种子产量 × 100%。

1.5 数据分析

采用Excel 2019 整理数据，利用SPSS 25.0 进行单因素方差分析、Duncan 多重比较和主成分分析(principal component analysis, PCA)，Origin 2021 制图。

2 结果与分析

2.1 不同播种量对紫花苜蓿株高、茎节数和分枝数的影响

播种量对紫花苜蓿株高和一级分枝数均有显著影响(P＜ 0.05)，对茎节数和二级分枝数无显著影响(P＞ 0.05)。株高最高的处理是S2，达87.81 cm；其次为S1，株高为85.18 cm；最低的是S5，仅81.17 cm，较S2和S1分别降低7.56%和4.71% (表1)。每平方米茎节数最多是S2处理，S3与S4处理的茎节数相等，均为14.25。每平方米一级分枝数在257.41～404.77，排名由高到低依次为S1＞ S2＞ S4＞ S3＞ S5，其中S1的一级分枝数最多，达404.77，其次为S2，为316.32，S5处理的一级分枝数最少，仅257.41，与S1和S2分别相差147.46 和58.91。各处理间每平方米二级分枝数S1处理的二级分枝数最多，为10.20，S3与S4均为9.80 (表1)。

表1 不同播种量苜蓿株高和分枝数的比较Table 1 Comparison of alfalfa plant height and branch number with different sowing amounts

2.2 不同播种量对紫花苜蓿种子产量构成因素的影响

如表2 所列，不同播种量紫花苜蓿的单位面积生殖枝数、每生殖枝花序数、每花序小花数、每花序结荚数、每荚种子数和千粒重均存在明显差异。随着播种量的增加，单位面积生殖枝数、每生殖枝花序数和每花序结荚数均呈先增大后减小趋势，且均在S4处理下达到最大，分别为177.09、23.35 和12.56。其中S2处理的单位面积生殖枝数最少，仅151.44，与S4相差25.65；S1处理的每生殖枝花序数最少，仅13.88，较S4低40.56%；S1处理的每花序结荚数最少，仅9.40，与S4相差3.16 个。就每花序小花数而言，S2、S3、S4和S5处理间无显著差异(P＞0.05)，S1处理显著低于其他处理(P＜ 0.05)，其中S2最大，为18.18，S1最小，仅为15.71，二者相差2.47。不同处理每荚种子数由高到低排名为S4＞ S5＞S2＞ S1＞ S3，S4处理下每荚种子数最多，达6.16，S3处理的最少，仅5.45，较S4低11.53%。S3和S4处理的千粒重显著大于其他处理(P＜ 0.05)，分别为1.87 和1.88 g，S1和S5处理的千粒重相同，均为1.80 g，与S3和S4分别相差0.07 和0.08 g。

表2 不同播种量苜蓿种子产量构成因素的比较Table 2 Comparison of constituent factors of alfalfa seed yield for different sown amounts

2.3 不同播种量对紫花苜蓿种子生产性能和收获率的影响

如图1 所示，不同播种量紫花苜蓿表现种子产量、实际种子产量和收获率均存在差异。随着播种量的增加，表现种子产量和实际种子产量均呈先增大后减小趋势，且均在S4处理下最大，分别为5 993.39和630.68 kg·hm-2，在S1处理下最小，分别为2 138.60和455.67 kg·hm-2，二者分别相差3 854.79 和175.01 kg·hm-2。收获率由高到低排名顺序为S1＞ S2＞ S5＞S3＞ S4，其中S1的收获率最大，达21.35%；S4收获率最小，仅10.55%，较S1低50.59%。

图1 不同播种量苜蓿种子产量和收获率的比较Figure 1 Comparison of alfalfa seed yield and harvest rate by different sown amounts

2.4 利用主成分分析法对苜蓿各指标综合评价

如图2 所示，紫花苜蓿有17 对指标间呈极显著正相关关系(P＜ 0.01)，如每生殖枝花序数分别与每花序小花数、表现种子产量、实际种子产量间呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.94、0.95 和0.98；每花序结荚数分别与千粒重、表现种子产量、实际种子产量间均呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.99、0.96 和0.93。5 对指标间呈极显著负相关关系(P＜ 0.01)，如株高和每荚种子数，相关系数为-0.82；一级分枝数和每生殖枝花序数、每花序小花数、表现种子产量和实际种子产量间均呈极显著负相关关系，其中与每生殖枝花序数间相关性最强，相关系数为-0.97。

图2 苜蓿10 个指标间的相关系数Figure 2 Correlation coefficient between 10 alfalfa indicators

对紫花苜蓿10 个指标进行主成分分析(表3)，结果表明，提取的3 个主成分方差贡献率分别为60.183%、19.099%和13.462%，累积贡献率为92.744%，可解释所有数据92.744%的信息。第Ⅰ主成分特征值为6.018，每生殖枝花序数、表现种子产量和实际种子产量在此成分中载荷绝对值较高，其特征向量所凝聚的主要是苜蓿的种子产量，可解析为种子产量因子。第Ⅱ主成分特征值为1.910，此成分中每荚种子数载荷绝对值最高，可解析为种子数量因子。第Ⅲ主成分特征值为1.346，载荷绝对值最高的是株高，可解析为生长因子。

表3 各因子特征值和累计贡献率Table 3 Characteristic values and cumulative contribution rates of each factor

根据王斌等[14]的方法，将原始数据标准化后导入SPSS 代入模型，可得出公因子Y1、Y2和Y3，带入Y= (60.183Y1+ 19.099Y2+ 13.462Y3)/92.744 计算，得出5 个处理的综合得分，最高得分1.440。排名由高到低依次为S4＞ S3＞ S2＞ S5＞ S1(表4)。

表4 不同处理公因子值及综合排名Table 4 Different processing common factor values and comprehensive rankings

3 讨论

紫花苜蓿植株高度、分枝数和茎节数是影响其种子产量的主要因素，而适宜播种量可构建合理群体结构，协调个体生长发育，是植物种子高产的基础[15]。本研究表明，随紫花苜蓿播种量的增加，株高呈先升高后降低趋势，原因可能是在适宜播种量下，紫花苜蓿个体之间为获取光照等资源，促进了植株高度的增加。此外，本研究中一级分枝数随播种量的增加呈减少趋势，主要是因为播种量增大能增加紫花苜蓿单位面积植株数量，填补了紫花苜蓿分枝空间，但是当播种量超过一定限度，单位面积植株数量过大，群体通风透光性变差，影响紫花苜蓿正常光合作用，为了能够正常生长发育，紫花苜蓿产生自疏现象[16]，进而导致一级分枝数减少。

在豆科牧草种子生产中，播种量通过对单位面积生殖枝数、每生殖枝花序数、每花序小花数、每花序结荚数、每荚种子数、千粒重等指标来影响种子产量。合理的种植密度是紫花苜蓿种子高产的前提，而播种量是调控植株密度的主要方式，但国内外学者对播种量影响紫花苜蓿产量构成因素的研究结果差异较大。例如，Askarian 等[8]研究证明在播种量为1.0 kg·hm-2时，单位面积内的花序数、结荚数及种子产量达到最大。马克成和王秉龙[7]认为在播种量为7.5 kg·hm-2下单株结荚数最多。而本研究发现在播种量为3.0 kg·hm-2时，单位面积生殖枝数、每生殖枝花序数、每花序结荚数、每荚种子数和千粒重最多，与前人研究结果有差异，原因可能是不同区域紫花苜蓿的适宜播种量还受土壤、气候、品种等因子的影响[17]。

适宜的播种量能够促使作物个体协调发展，提高群体经济产量。研究表明，在不同播种量下，苜蓿生长具有不同的株间竞争强度，其生长过程中地上和地下器官通过对资源的竞争，最终影响植株种子产量[18]。有研究证明了紫花苜蓿播种量为1.0 kg·hm-2时种子产量最高[9]。本研究发现，表现种子产量和实际种子产量随着播种量的增加均呈先增大后减小趋势，且在S4处理下达到最大，分别为5 993.39 和630.68 kg·hm-2，与李拥军和闵继淳[10]的研究结果相似，与马克成和王秉龙[7]研究结果有差异，原因可能是不同区域水热、气候等条件存在差异，不同区域适宜播种量也不同，适宜播种量可以充分利用光、热、水、肥等环境资源，利于调节植株产量等构成因素，提高种子产量。当播种量过大，种植密度增加，植物群体扩增，株间对生长空间、环境等资源竞争激烈，导致资源分配不均，落花、落荚严重，结荚率低，种子产量下降；反之，密度过疏，植株间竞争变弱，群体光合效率降低，造成光照等资源的浪费，单位面积的有效花序数和荚果数量少，最终会影响种子产量降低[19-20]。

近年来，国内外学者对紫花苜蓿种子产量与其构成因素的相关性进行了大量研究，例如，王敬龙等[21]研究证明了有效分枝数与其他种子产量构成因素负相关，花序数对种子产量的贡献最大，结荚数次之。但孟季蒙等[22]研究表明分枝数、小花数和结荚数与种子产量均正相关。而余玲等[23]研究发现种子构成因素的相关性强弱顺序依次为单位面积生殖枝数 ＞ 每花序结荚数 ＞ 每荚种子数。李世雄等[20]也研究得出种子产量与每生殖枝花序数、每花序小花数、每荚种子数均有不同程度正相关。还有学者研究表明每生殖枝花序数与种子产量正相关[24-25]。本研究发现，每生殖枝花序数与每花序小花数、表现种子产量和实际种子产量间均极显著正相关，每花序结荚数与千粒重、表现种子产量和实际种子产量间均极显著正相关，与前人研究结果相似，说明当产量构成因素达到最佳的生物量分配比例时，种子产量才会达到最高。而这一分配比例因栽培条件、管理方式以及气候条件而异[26]。

4 结论

研究结果表明，株高在播种量为1.8 kg·hm-2时最高。单位面积生殖枝数、每生殖枝花序数、每花序结荚数、每荚种子数、千粒重、表现种子产量和实际种子产量在播种量为3.0 kg·hm-2时最高。对各项指标数据取其平均值，主成分分析显示，紫花苜蓿播种量在3.0 kg·hm-2时种子产量最高，是该地区紫花苜蓿种子田最佳播种量配置。