基于产量及越冬特性对40 个紫花苜蓿品种在科尔沁地区综合评价

王志鹏，于铁峰，安海波，高 凯

（1.内蒙古民族大学草业学院, 内蒙古 通辽 028000；2.生态文明与绿色发展研究院, 内蒙古 通辽 028000）

紫花苜蓿(Medicago sativa)是多年生优质豆科牧草，具有抗寒、抗旱、耐盐碱、适口性好的优点，种植区域广泛[1-3]。然而其在国内种植生境较差，多数在干旱半干旱地区(如甘肃、宁夏、内蒙古等地)，适合生产干草。内蒙古自治区科尔沁沙地作为紫花苜蓿主要种植地，其特殊的生态环境条件，加大了种植管理的难度[4-8]。学者们针对科尔沁沙地苜蓿种植，分别从生产性能和刈割次数[9-10]、化学计量特征[11]等方面进行了研究，取得丰硕成果，为科尔沁沙地紫花苜蓿高产栽培提供了理论依据。但是苜蓿的越冬能力仍然是科尔沁沙地紫花苜蓿产业发展的主要制约条件，相关研究包括末次刈割时间和低温处理对苜蓿根颈抗寒性的影响[12]；播期、品种对沙地紫花苜蓿抗氧化特性与越冬率的影响[13]；沙地苜蓿越冬率与根颈生长及土壤温湿度相关性分析[14]等，得出科尔沁沙地苜蓿于7 月中下旬播种可有效提高紫花苜蓿当年越冬率；而末次刈割时间在8 月25 日苜蓿抗寒性最强，每年刈割2～3 次为宜；苜蓿根颈中超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶3 种抗氧化酶是其适应低温顺利越冬的关键酶，而且苜蓿越冬率与苜蓿根颈粗度显著正相关，与根颈芽数和土壤水分正相关，与温差变化则负相关。学者们对科尔沁沙地单一品种苜蓿的产量及越冬特性进行了深入研究，得出苜蓿高产和顺利越冬的主要影响因素，但在科尔沁沙地对多个品种苜蓿产量和越冬特性的比较研究却鲜见报道，更缺乏基于产量和越冬特性对不同品种紫花苜蓿进行综合评价的研究。基于此，本研究对国内外的40 个不同品种紫花苜蓿越年产量、越冬率和越冬芽、根颈可溶性糖、淀粉及可溶性蛋白指标进行测定，并通过灰色关联度完成品种的综合评价，以期为科尔沁沙地紫花苜蓿科学选种提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于内蒙古通辽市蒙古民族大学科技示范园区(43°36′ N，122°22′ E)，年平均气温为6.2 ℃，最低气温-30～-25 ℃， ＞ 10 ℃年活动积温为3 137℃·d， ＜ 0 ℃的天数为86～98 d，年平均日照时数为3 000 h，无霜期为135～145 d，年平均降水量为376.1 mm，蒸发量是降水量的4.8 倍，年平均风速3.1～4.3 m·s-1，为典型的温带大陆性季风气候。试验田土壤为沙土，土壤基础概况如表1 所列。

表1 试验地土壤基本化学性状Table 1 Basic chemical properties of soil in the test site

1.2 试验设计

2021 年5 月1 日种植40 个紫花苜蓿品种(表2)，每个品种3 次重复，共计120 个小区，小区面积为6 m2(3 m × 2 m)。2021 年5 月2 日播种，播种深度2 cm，采用条播的播种方式，土壤为沙土，播种量为15 kg·hm-2。播种氮肥(纯氮)底肥施用总量270 kg·hm-2，钾肥(K2O)底肥施用总量270 kg·hm-2[15]。种植当年刈割2 次，第1 次刈割时间为7 月13 日，第2 次刈割时间为8 月28 日，每次刈割后追施氮肥、钾肥，施 用 量 均 为40 kg·hm-2，每 隔5 d 灌 水1 次，10 月10 日灌越冬水，以形成地表覆盖层。灌水方式为喷灌，灌水量为75 m3·hm-2[16]。

表2 供试紫花苜蓿品种名称Table 2 Name of the tested alfalfa varieties

1.3 测定指标与方法

干草产量：苜蓿2022 年刈割3 茬，每茬均在初花期刈割，第1 次刈割时间为2022 年6 月23 日，第2 次刈割时间为7 月18 日，第3 次刈割时间为8 月13 日，全小区测定鲜草产量。每小区选取长势均匀500 g 鲜样带回实验室称重，烘干后测定干重，利用取样的干鲜比计算干草产量。

越冬率：各小区随机选取1 m 样段进行标记备注，2021 年10 月15 日(越冬前)计算样段内初始植株数，2022 年4 月14 日调查样段内存活植株数。越冬率 = (存活植株数/初始植株数) × 100%[17]。

越冬芽：2022 年4 月18 日，返青期随机调查样段内10 株苜蓿越冬芽的数量。

根颈生理指标：种植当年10 月11 日在每个小区用直径为15 cm、可入土深度为40 cm 的根钻取5 株长势均匀苜蓿的完整根系，低温保存带回实验室并立即测定其根颈可溶性糖、淀粉含量、可溶性蛋白含量。可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定；可溶性糖含量和淀粉含量采用蒽酮比色法测定[18]。

1.4 统计分析

利用Excel 2021 进行数据处理和表格制作，DPS 软件对产量、越冬率、越冬芽、根系生理指标进行方差分析，以P＜ 0.05 表示差异有统计学意义。运用SPSS PRO 软件对40 个品种紫花苜蓿进行灰色关联度综合评价。

2 结果与分析

2.1 不同品种紫花苜蓿栽培草地越年产量

在越年刈割第1 茬中，产量较高的4 个品种依次为‘4030’ ‘巨能601’ ‘肇东苜蓿’ ‘3010’，产量分别为7 862、7 285、7 041、7 035 kg·hm-2，4 个品种间产量 差 异 不 显 著(P＞ 0.05)，但‘4030’显 著 高 于 其 余36 个品种(P＜ 0.05)，产量最低的品种为‘巨能801’，其产量为2 784 kg·hm-2，与‘WL656HQ’产量差异不显著，但均显著低于其他品种 (表3)。

表3 40 个紫花苜蓿品种不同茬次的越年产量Table 3 Crop yield and total yield of 40 alfalfa varieties kg·hm-2

第2 茬中，产量较高的品种依次为‘3010’ ‘4030’‘阿迪娜’，产量分别为6 932、6 834、6 512 kg·hm-2，产量最低的品种为‘巨能801’，其产量为3 500 kg·hm-2，其与‘力 狮’ ‘Tango’ ‘大银河’ ‘WL656HQ’产量差异不显著(P＞ 0.05)，但均显著低于其他品种(P＜ 0.05) (表3)。

第3 茬中，所有品种苜蓿产量均出现下降趋势，产量较高的3 个品种为‘要塞’ ‘巨能995’ ‘4 020’，产 量 分 别 为3 267、2 993、2 875 kg·hm-2。产 量 最低 的 品 种 为‘WL656HQ’，其 产 量 为1 256 kg·hm-2，与‘WL343HQ’ ‘佰 苜371’ ‘佰 苜401’ ‘大 银 河’‘WL358HQ’ ‘佰苜202’产量差异不显著(P＞ 0.05)，但均显著低于其他品种(P＜ 0.05) (表3)。

越年总产量中，产量较高的3 个品种为‘4030’ ‘3010’ ‘巨 能601’，分 别 为17 082、16 407、15 705 kg·hm-2。最低的品种为‘巨能801’，其总产量为8 389 kg·hm-2，其与‘WL656HQ’产量差异不显著(P＞0.05)，但均显著低于其他品种(P＜ 0.05) (表3)。

2.2 不同品种紫花苜蓿越冬率、越冬芽数量方差分析

不同品种紫花苜蓿对越冬率和越冬芽数量的影响(表4)，越冬率较高的两个苜蓿品种为‘巨能601’和‘肇东苜蓿’，越冬率分别为93.48%和89.41%，这两个品种之间越冬率差异不显著(P＞ 0.05)，但均显著高于其他品种(P＜ 0.05)，越冬率最低的苜蓿品种为‘巨能801’，越冬率为26.50%，其与‘巨能995’和‘巨能耐盐’差异不显著，但均显著低于其他品种。

表4 紫花苜蓿品种下的越冬率和越冬芽数量Table 4 Overwintering rate and number of overwintering buds of alfalfa varieties

越冬芽数量较多的3 个品种为‘3010’ ‘4030’ ‘巨能耐盐’，越冬芽数量分别为16.20、14.13、13.33，以上3 个品种之间越冬芽数量差异不显著(P＞ 0.05)，但‘3010’均显著高于其余37 个品种(P＜ 0.05) (表4)。越冬芽数量最少的品种为‘巨能801’，数量为5，其与‘骑 士T’ ‘巨 能7’ ‘WL358HQ’ ‘Tango’ ‘卡 特 罗’‘绿思乐’ ‘巨能601’ ‘佰苜371’ ‘公农一号’ ‘角斗士’‘巨 能995’ ‘大 银 河’ ‘中 苜 一 号’ ‘特 克 拉’‘WL656HQ’ ‘WL440HQ’ ‘WL525HQ’这17 个品种无显著差异，但均显著低于其余22 个品种(表4)。

2.3 不同品种紫花苜蓿的根茎生理指标

越冬前测定40 个苜蓿品种根颈中可溶性糖含量不同(表5)。苜蓿根颈中可溶性糖含量较高的是‘阿迪娜’ ‘康赛’ ‘中苜一号’和‘公农一号’品种，分别为114.3、112.3、110.8 和110.1 mg·g–1，‘骑士T’苜蓿根颈中可溶性糖含量最低，为56.30 mg·g–1。测定‘巨能801’苜蓿根颈中淀粉含量较高，为72.15 mg·g–1，含量最低的是‘佳能’苜蓿，为23.85 mg·g–1。可溶性蛋白含量最高的品种是‘WL168HQ’，为26.39 mg·g–1，含量最低的是‘4 010’，含量为10.79 mg·g–1。

表5 越冬前不同品种紫花苜蓿根颈可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白含量Table 5 Content of soluble sugar, starch, and soluble protein in the root and neck of different varieties of alfalfa before overwintering

2.4 不同品种紫花苜蓿综合评价

利用SPSS 软件将40 个紫花苜蓿品种的各指标数据进行无量纲化处理，将指标每项数值最大值组成一个特征序列，与40 个品种进行关联系数计算，得出各项指标的关联系数，并进行加权处理，最终得出关联度值(表6)。使用关联度值对40 个紫花苜蓿品种进行综合评分，得出关联度最大的6 个品种依次为‘阿迪娜’ ‘4030’ ‘康赛’ ‘3010’ ‘中苜一号’和‘WL168HQ’，关联度分别为0.619、0.608、0.608、0.602、0.591 和0.588；关联度最小的品种为‘佰苜202’，关联度为0.440。

表6 不同品种紫花苜蓿灰色关联度综合评价Table 6 Comprehensive evaluation of grey correlation degree for different varieties of alfalfa

3 讨论与结论

草产量是衡量能否大面积推广利用苜蓿品种的关键因素之一，也是各种苜蓿品种抗逆性和生产性能的重要标志[19]。康俊梅等[20]研究表明，随着刈割次数增加，产量逐茬递减，全年最后一茬产量最低。本研究最后一茬产量明显低于前两茬，这与康俊梅等[20]研究结果一致。本研究中‘肇东苜蓿’等25 个品种全年第1 茬产量最高，但其他15 个品种全年第2 茬产量最高，与以上研究稍有差异，这可能是各品种含水率不同所致，也可能是第1 茬越冬返青不佳所致。产量高低对于苜蓿引种具有重要意义，可作为苜蓿品种引种选育的参考指标[21]。陈晓芳等[22]研究发现，‘巨能801’在黄河三角洲地区产量较高[22]。‘巨能601’在贵州省一带种植产量表现不突出，在关中平原地区却为高产推广品种[23]。‘WL343HQ’在贵州省一带属于高产推广品种[24]，本研究表明，参试的40 个紫花苜蓿品种中，‘4030’越年总产量最高，其与‘3010’ ‘巨能601’ ‘4020’ ‘要塞’ ‘佳盛’这5 个品种差异不显著，但均显著高于其他品种，越年总产量最低的品种是‘巨能801’。虽然‘巨能801’在黄河三角洲地区高产，但在科尔沁沙地产量处于低水平。同样‘WL343HQ’在贵州属于高产品种，但在科尔沁沙地产量优势并不突出。这表明同一品种在不同种植区域产量表现不同，可能是受土壤特性、气候条件等差异影响，所以适宜当地种植的品种各不相同。

苜蓿的越冬能力一直以来是引种的主要问题，苜蓿作为多年生饲草种植不仅要考虑当年的产量和效益，能否高产和顺利越冬是引种是否成功的关键因素，科尔沁沙地冬季寒冷干燥，多个国外品种和南方品种苜蓿受气候和土壤得影响不利于过冬。越冬率是体现苜蓿品种在当地的抗寒性、持久性、适应性的主要指标[25]。海涛等[26]研究得出‘肇东苜蓿’在几个品种越冬率比较中属于优势品种，这与本研究中‘肇东苜蓿’越冬率除‘巨能601’外显著高于其他试验品种结果一致。植物受到低温胁迫后，细胞会积累大量有渗透调节功能的物质来调节渗透势，通过提高细胞的持水能力来降低细胞冰点，加大细胞质浓度，以达到提高植物抗寒能力的效果[27]。可溶性糖、可溶性蛋白作为植物体内重要的代谢产物，其含量的多少与植物抗寒性有显著的正相关关系[28]。有研究表明，植物内的可溶性糖、可溶性蛋白随着温度的降低其含量增加，且淀粉通过低温诱导水解酶活性降解，也会导致可溶性糖含量的提高[29]。淀粉虽然不是直接参与渗透调节的抗寒保护物质，但是淀粉水解的产物，即可溶性糖等物质却有能调节细胞渗透势、降低冰点的作用，因此淀粉含量也是衡量苜蓿根颈抗寒性强弱的重要指标[30]。苜蓿根颈可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白是影响苜蓿越冬率的关键因素，不同品种苜蓿含量有所差异，陶雅[31]、王晓龙[32]研究表明‘中苜一号’ ‘肇东苜蓿’ ‘公农一号’等在低温下根颈可溶性糖、可溶性蛋白处于较高水平，这与本研究结果一致。越冬芽是衡量苜蓿越冬后产量高低的重要指标，赵露等[33]研究发现龙胆(Gentiana scabra)越冬芽的数量和发育状况决定越年地上植株的生长发育，越冬芽数量越多，产量越高。本研究得出越冬芽数量最多的3 个品种为‘3010’ ‘4030’ ‘巨能耐盐’，越冬芽数量分别为16.20、14.13、13.33。

灰色系统理论对各个指标的关联度进行归一化处理，进一步对苜蓿各品种进行客观准确的多因素综合评价，其结果较为合理可信，符合高产优质的引种目标，能够全面反映出某品种生产性能的优劣，有效弥补了在确定权重系数过程中，因缺乏专业知识和实践经验而造成的主观误差，在一定程度上规避了单因素对苜蓿生产性能评价的弊病，目前已被普遍应用于苜蓿及牧草的研究中。许涛等[34]、于萌等[35]均利用此方法对牧草的生产性能进行了综合评价，取得了较好的效果。综上所述，本研究利用此法对40 个品种紫花苜蓿产量、越冬率、越冬芽数量进行综合评价，得出关联度最高的6 个品 种‘阿 迪 娜’ ‘4030’ ‘康 赛’ ‘3010’ ‘中 苜 一 号’和‘WL168HQ’，均适宜于科尔沁沙地推广种植。本研究仅对种植苜蓿第2 年的指标进行了测定分析与讨论，对于多年生饲草紫花苜蓿而言，目前结论具有一定的局限性，因此本研究得出的结论仅为前期初步结果，这对科尔沁沙地科学选种具有一定的理论意义。