李 濤，李明雨，劉光瑞，畢盛楠，蘭 劍

(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,寧夏 銀川 750021)

紫花苜蓿(Medicagosativa)為多年生豆科牧草，具有抗逆性強(qiáng)、產(chǎn)量高、利用年限長(zhǎng)、種植范圍廣等特點(diǎn)，且適口性好、營(yíng)養(yǎng)均衡而全面，為各種家畜所喜食，享有“牧草之王”的美譽(yù)。目前，我國(guó)苜蓿栽培面積已達(dá)470.8萬hm2[1]。但由于引種、管理和利用方式不當(dāng)?shù)仍斐绍俎Ｔ蕉瘦^低，甚至出現(xiàn)大面積死亡的現(xiàn)象，給畜牧業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。解決這一難題，需要全面了解苜蓿適應(yīng)寒冷所表現(xiàn)的特征。寧夏地區(qū)冬季寒冷干燥，嚴(yán)重制約著苜蓿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此，深入研究紫花苜蓿適應(yīng)寒冷的特點(diǎn)，對(duì)擴(kuò)大苜蓿種植面積，提高其生產(chǎn)力具有深遠(yuǎn)的意義。雖然對(duì)紫花苜蓿的越冬性研究已經(jīng)比較深入，但由于不同的苜蓿品種適宜生長(zhǎng)地區(qū)受環(huán)境因素和基因型的影響，同一品種在不同生態(tài)區(qū)域的生長(zhǎng)以及同一地區(qū)適宜種植的苜蓿品種也存在較大差異[2-3]。大多數(shù)學(xué)者通過生理指標(biāo)來研究苜蓿的越冬性，而以農(nóng)藝性狀來說明苜蓿越冬性特點(diǎn)的研究較少[4-6]。試驗(yàn)選用國(guó)外引進(jìn)的10個(gè)紫花苜蓿品種，通過株高、分枝數(shù)、根頸入土深度、根頸直徑、越冬率以及干草產(chǎn)量等6個(gè)農(nóng)藝性狀分析比較不同紫花苜蓿品種的越冬性，以期為寧夏地區(qū)苜蓿栽培提供理論指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于寧夏吳忠市青銅峽市甘城子村(引黃灌區(qū))，E 106°27′，N 37°36′，屬溫帶大陸性半干旱氣候，年均降水量260 mm，年蒸發(fā)量2 018 mm,年平均溫度8.3℃～8.6℃。冬季最低溫度-10℃～18℃，四季分明，日照充足，晝夜溫差大，全年日照2 955 h，無霜期176 d，土壤類型為灌淤土。

1.2 供試材料

表1 紫花苜蓿品種及來源

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)品種3次重復(fù)，2015年5月8日條播，播種量15 kg/hm2，小區(qū)面積15 m2(5 m×3 m)，行間距30 cm，每小區(qū)播種10行。各小區(qū)周邊留1 m過道，并且在試驗(yàn)區(qū)周邊設(shè)立1 m保護(hù)行。采用灌溉、施肥以及病蟲害防治等常規(guī)田間管理。2017年4月20日測(cè)定株高、分枝數(shù)、根頸入土深度、根頸直徑以及越冬率5個(gè)農(nóng)藝性狀。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

株高：在返青期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取50株，測(cè)量其自然高度。

分枝數(shù)：在返青期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取50株，測(cè)量著生于根頸處的分枝數(shù)。

根頸入土深度：在苜蓿返青期，用游標(biāo)卡尺測(cè)量從地表到根頸上端的距離，30次重復(fù)。

根頸直徑：苜蓿返青期，挖出苜蓿根頸，用游標(biāo)卡尺測(cè)根頸膨大處，30次重復(fù)。

越冬率：苜蓿返青期，每個(gè)小區(qū)在小區(qū)中間地段，測(cè)定1 m樣段總植株數(shù)及返青植株數(shù)，并計(jì)算越冬率。

越冬率(%)=(返青植株數(shù)/總植株數(shù))×100%。

干草產(chǎn)量：在苜蓿初花期每個(gè)小區(qū)隨機(jī)刈割，留茬5 cm高度，采用2 m×2 m樣方， 3次重復(fù)稱其鮮草產(chǎn)量(kg/hm2)，并將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室在105℃烘箱內(nèi)烘10 min，再在65℃條件下烘干至恒重，稱其干重并計(jì)算干草產(chǎn)量(kg/hm2)。

1.5 越冬性能的灰色關(guān)聯(lián)度分析

根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，將參試苜蓿品種越冬率和其他指標(biāo)視為一個(gè)整體，即灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。每個(gè)參試品種都為該系統(tǒng)的其中一個(gè)因素，以參試品種的株高、分枝數(shù)、根頸入土深度、根頸直徑、越冬率、干草產(chǎn)量為參考數(shù)列，計(jì)算各個(gè)性狀間的關(guān)聯(lián)度和關(guān)聯(lián)系數(shù)，并確定10個(gè)參試品種的綜合排序和越冬性能的優(yōu)劣。關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度的計(jì)算公式為：

(1)

(2)

式中：ξi(k)為x0與xi在第k點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，|x0(k)-xi(k)|表示x0數(shù)列在第k點(diǎn)的絕對(duì)差值，min(i)min(k)|x0(k)-xi(k)|為二級(jí)最小絕對(duì)差值，max(i)max(k)|x0(k)-xi(k)|為二級(jí)最大絕對(duì)差值，ρ為分辨系數(shù)，取值范圍0～1，其中分辨系數(shù)ρ=0.5[7]。

根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)公式(1)，將絕對(duì)差值代入，即得到相應(yīng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行處理，SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同紫花苜蓿品種株高和分枝數(shù)比較

不同紫花苜蓿品種株高差異顯著(P<0.05)，WL903最高，達(dá)28.9 cm，顯著高于WL343HQ(24.8 cm)、WL363HQ(24.4 cm)、WL326GZ(23.4 cm)等；最低的是WL353HQ，僅為14.8 cm，其與WL903相差49%(表2)。分枝數(shù)最多的為WL353HQ，其次為WL354HQ和WL326GZ；最少的為WL343HQ，為3.1個(gè)/株。綜上所述，株高和分枝數(shù)均表現(xiàn)良好的紫花苜蓿品種是WL326GZ。

2.2 不同紫花苜蓿品種根頸入土深度和根頸直徑的比較

根頸入土深度最深的是WL353HQ，達(dá)到50.28 mm，與其他紫花苜蓿品種相比較，差異達(dá)到了顯著(P<0.05)水平，與最低的WL903、WL168HQ相比較均相差56%。根頸直徑最粗的是WL354HQ，達(dá)到13.3 mm；比最低的WL168HQ(7.26 mm)高出45%(表2)。與前者相比較，綜合根頸入土深度和根頸直徑的試驗(yàn)結(jié)果，根頸入土深度和根頸直徑最低品種是WL168HQ。

2.3 不同紫花苜蓿品種干草產(chǎn)量的比較

不同紫花苜蓿品種干草產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)，WL903苜蓿產(chǎn)量最高，達(dá)到14 970.95 kg/hm2,WL354HQ產(chǎn)量次之，為14 776.27 kg/hm2，產(chǎn)量最低的苜蓿品種為WL168HQ(11 218.81 kg/hm2),最高與最低產(chǎn)量之間相差3 752.14 kg/hm2。其中干草產(chǎn)量大于14 000 kg/hm2的苜蓿品種為WL903，WL354HQ和WL326GZ(表2)。

表2 不同紫花苜蓿品種的農(nóng)藝性狀比較(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

2.4 不同紫花苜蓿品種越冬率比較

越冬率的試驗(yàn)表明，WL326GZ的越冬率最高(圖1)，達(dá)到96.88%，與WL298HQ相比，差異顯著(P<0.05)；其他品種間差異均不顯著。越冬率達(dá)到90%以上的有4個(gè)品種，分別是WL326GZ、WL903、WL354HQ和WL168，其他紫花苜蓿品種的越冬率均低于90%。

圖1 不同紫花苜蓿品種的越冬率比較Fig.1 Companions of wintering rates of 10 alfalfa varieties

2.5 不同紫花苜蓿品種越冬性綜合評(píng)價(jià)

以株高、分枝數(shù)、根頸入土深度、根頸直徑、越冬率和干草產(chǎn)量等6個(gè)農(nóng)藝性狀為因素的灰色系統(tǒng)分析結(jié)果顯示(表3)，6個(gè)性狀與紫花苜蓿越冬性關(guān)聯(lián)度最大的是干草產(chǎn)量，其次是越冬率、株高、根頸直徑、根頸入土深度、分枝數(shù)。對(duì)各個(gè)品種的綜合評(píng)價(jià)依據(jù)其加權(quán)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行排序，依次為WL354HQ、WL903、WL326GZ、WL353HQ、WL363HQ、WL343HQ、WL319HQ、WL366HQ、WL168、WL298HQ，排名前三的苜蓿品種分別為WL354HQ、WL903、WL326GZ，能夠在寧夏地區(qū)安全越冬(表4)。

表3 不同農(nóng)藝性狀越冬性的關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣，關(guān)聯(lián)度及其排序

表4 不同紫花苜蓿品種的關(guān)聯(lián)度及其排序

2.6 聚類分析

以10個(gè)參試品種的農(nóng)藝性狀測(cè)定值作為分析變量，采用歐式距離離差平方和法對(duì)10個(gè)紫花苜蓿品種進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。當(dāng)距離等于441時(shí)可劃分為4類，第1類為WL168HQ；第2類為WL298HQ；第3類為WL319HQ、WL353HQ、WL363HQ、WL343HQ、WL366HQ；第4類為WL326GZ、WL354 HQ和WL903。當(dāng)距離等于882時(shí)可劃分為兩大類，第1類為WL168和WL298HQ；第2類為WL319HQ、WL353HQ、WL363HQ、WL343HQ、WL366HQ、WL326GZ、WL354HQ和WL903(圖2)。綜合分析表明，WL326GZ、WL354HQ、WL903在寧夏地區(qū)越冬性能最佳。

圖2 紫花苜蓿品種系統(tǒng)聚類分析Fig.2 Cluster analysis of 10 alfalfa varieties注：1-10號(hào)苜蓿品種分別代表WL168HQ，WL298HQ，WL319HQ，WL326GZ，WL343HQ，WL353HQ，WL354HQ，WL363HQ，WL366HQ，WL903

3 討論

紫花苜蓿秋眠性是秋季北緯地區(qū)日照減少和氣溫下降引起的一種生理休眠，是一種與苜蓿抗寒性密切相關(guān)的特性，是苜蓿實(shí)現(xiàn)越冬、返青過程的關(guān)鍵基礎(chǔ)，同時(shí)也是紫花苜蓿種植中首先要考慮的因素[8]。李聚才等[9]研究了高秋眠級(jí)苜蓿品種在寧夏引黃灌區(qū)播種試驗(yàn)，結(jié)果表明，WL903苜蓿品種的株高、生長(zhǎng)速度、莖粗、干草產(chǎn)量等指標(biāo)在寧夏引黃灌區(qū)均表現(xiàn)較優(yōu)。劉志英[10]在不同苜蓿品種秋眠級(jí)評(píng)定及其對(duì)越冬率的影響機(jī)理中研究發(fā)現(xiàn)，苜蓿秋眠級(jí)與抗寒指數(shù)呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系,即秋眠性越強(qiáng),苜蓿的越冬能力越強(qiáng)。此次研究結(jié)果與諸多研究結(jié)果一致；有報(bào)道認(rèn)為苜蓿秋眠性與抗寒性密切相關(guān)，李向林等[11]在苜蓿秋眠性及其與抗寒性和產(chǎn)量的關(guān)系的研究中表明這兩個(gè)性狀是相對(duì)獨(dú)立的過程，分別是以耐牧性和抗寒為目的。如果放牧強(qiáng)度過大，苜蓿種群的秋眠性會(huì)加強(qiáng)。而苜蓿的抗寒性只是為了抵御寒冷，如果苜蓿生長(zhǎng)在比較溫暖的環(huán)境中，就不需要抗寒的特性。但由于秋眠性和抗寒性是同時(shí)進(jìn)化，二者可以相互替代。國(guó)外有學(xué)者證明兩個(gè)非秋眠性的苜蓿品種進(jìn)行雜交，后代中出現(xiàn)了秋眠性與抗寒性的分離，許多新育成的品種秋眠性和越冬率的相關(guān)性很小，說明二者的關(guān)系已經(jīng)打破[12]。苜蓿秋眠級(jí)與抗寒性的關(guān)系的研究是以后研究的重點(diǎn)，因此，后期培育非秋眠級(jí)但抗寒性較強(qiáng)的苜蓿品種是苜蓿育種的目標(biāo)。

越冬性是篩選適合當(dāng)?shù)胤N植苜蓿品種的重要指標(biāo)之一，同時(shí)是限制苜蓿生產(chǎn)利用的主要因素[11]。不同土壤和氣候條件下紫花苜蓿越冬性能存在明顯差異。不同品種的紫花苜蓿越冬性的差異可直接反映越冬率的高低[12-14]。株高和分枝數(shù)是苜蓿生長(zhǎng)過程中十分重要的指標(biāo)[15-17]。研究發(fā)現(xiàn)苜蓿的株高與越冬性有很大的相關(guān)性，植株越高其越冬性一般較差，當(dāng)溫度降低時(shí)，兩者的相關(guān)性愈加明顯[18-20]。此次試驗(yàn)中株高最高的苜蓿品種為WL903，最低的為WL353HQ，但這兩個(gè)綜合排序分別為第2和第4，說明苜蓿的越冬性是由多種因素決定，株高這單一指標(biāo)并不能如實(shí)反映植物的越冬能力。必須把多種因素結(jié)合起來才能正確反映苜蓿的越冬性。

苜蓿為多年生豆科牧草，其根頸位于近地面根冠部，是產(chǎn)生分枝的重要部位，同時(shí)也是連接地上與地下部分的重要器官[20-21]。苜蓿根頸是苜蓿吸收，運(yùn)輸養(yǎng)分和水分的重要器官，也是產(chǎn)生分枝的重要部位，直接影響苜蓿可持續(xù)利用，如再生性、耐寒性、抗旱性和抗病蟲害性等都與其密切相關(guān)[22-24]。相關(guān)研究表明苜蓿根頸入土深度和根頸直徑與苜蓿越冬率明顯相關(guān)，苜蓿根頸越粗其抗寒性越強(qiáng)[25]。試驗(yàn)再次證明了這一點(diǎn)，參試苜蓿品種根頸入土深度平均可達(dá)到32.46 mm，各品種根頸直徑平均為10.2 mm。分枝數(shù)、根頸入土深度和根頸直徑在品種間表現(xiàn)出明顯不同，分枝數(shù)或根頸入土深度較大者，根頸直徑也較粗，其越冬率也較強(qiáng)，如WL353HQ、WL354HQ和WL326GZ等。有報(bào)道表明分枝數(shù)的多少、根頸入土的深淺、根頸直徑的粗細(xì)直接決定苜蓿的越冬性和耐寒性[26-29]。

苜蓿鮮、干草產(chǎn)量是衡量其生產(chǎn)性能、引種選育以及經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。鐘華[30]在晉中不同秋眠級(jí)紫花苜蓿品種生產(chǎn)性能研究中發(fā)現(xiàn)水肥條件較好的地區(qū)，種植秋眠級(jí)為5～6級(jí)的苜蓿品種生長(zhǎng)快、產(chǎn)量較高，而在水肥一般的條件下選擇秋眠級(jí)為2～4的苜蓿品種其生產(chǎn)性能較好；劉藝彬等[31]發(fā)現(xiàn)秋眠級(jí)為6～8的苜蓿品種在北京地區(qū)種植產(chǎn)量表現(xiàn)較好。試驗(yàn)中WL903苜蓿品種的秋眠級(jí)為9.0，其干草產(chǎn)量、株高、越冬率等指標(biāo)均表現(xiàn)為優(yōu)，和以上研究結(jié)果一致。因此，苜蓿產(chǎn)量的高低與品種、刈割頻度、施肥、灌水、種植的地理位置和氣候等條件有關(guān)[32]。在不同地區(qū)進(jìn)行苜蓿選育種植時(shí)，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂颉⑼寥赖缺就恋沫h(huán)境因素來選擇本地區(qū)適宜種植的秋眠級(jí)品種，不應(yīng)該依據(jù)已知的苜蓿秋眠級(jí)指數(shù)進(jìn)行選種[33]。

灰色關(guān)聯(lián)度分析法是以各因素?cái)?shù)列的幾何發(fā)展態(tài)勢(shì)的接近程度來衡量各個(gè)因素間關(guān)聯(lián)度的大小，一般關(guān)聯(lián)系數(shù)越大，數(shù)列與特征數(shù)列則越接近[34]。近年來運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法作綜合評(píng)價(jià)的研究很多，但在牧草方面的應(yīng)用大多集中于苜蓿的生產(chǎn)性能和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)評(píng)價(jià)，對(duì)苜蓿越冬性及農(nóng)藝性狀綜合評(píng)價(jià)的報(bào)道較少[35-38]。研究結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)情況，采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，根據(jù)加權(quán)關(guān)聯(lián)度值的大小進(jìn)行高低排序。評(píng)價(jià)出的3個(gè)綜合越冬性較好的品種，為苜蓿種質(zhì)資源的選育和生產(chǎn)實(shí)踐提供理論參考依據(jù)。但在對(duì)這些材料的綜合評(píng)價(jià)中，還具有一定人為不可控因素，評(píng)價(jià)指標(biāo)也不夠全面。因此，在以后的研究中應(yīng)對(duì)苜蓿的生產(chǎn)性能、產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等指標(biāo)，進(jìn)行全面的綜合評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

寧夏引黃灌區(qū)種植的10個(gè)WL系列紫花苜蓿中，WL903品種的株高最高，WL353品種的分枝數(shù)最多，WL168HQ的根頸入土最深，WL354HQ品種的根頸直徑最粗，WL326GZ的越冬率最高。對(duì)各個(gè)品種的綜合評(píng)價(jià)依據(jù)其加權(quán)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行排序，依次為WL354HQ、WL903、WL326GZ、WL353HQ、WL343、WL319HQ、WL363HQ、WL366HQ、WL168、WL298HQ。通過灰色關(guān)聯(lián)度綜合分析法和聚類分析法評(píng)價(jià)10個(gè)紫花苜蓿品種，結(jié)果可分為2大類4小類。WL326GZ、WL354HQ、WL903、WL353HQ類群的越冬能力最佳，且綜合評(píng)價(jià)結(jié)果優(yōu)于其他品種，可以在進(jìn)一步評(píng)價(jià)其越冬性穩(wěn)定的情況下在寧夏地區(qū)大面積推廣種植。