張文杰，李向林，萬里強(qiáng)，何 峰

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193)

翻耕與播種間隔時(shí)間對(duì)后茬苜蓿生長(zhǎng)的影響

張文杰，李向林，萬里強(qiáng)，何 峰

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193)

紫花苜蓿(Medicagosativa)自毒作用對(duì)連作種植的苜蓿建植有不利影響，減輕自毒作用，使苜蓿的更新建植能夠成功，是苜蓿生產(chǎn)中的一個(gè)重要問題。為此，在北京地區(qū)進(jìn)行了田間試驗(yàn)，對(duì)生長(zhǎng)5年紫花苜蓿土地在不同時(shí)間耕翻，間隔0、15、30、45、90 d之后再播種同品種苜蓿，以研究耕翻至播種間隔時(shí)間對(duì)苜蓿苗期生長(zhǎng)及生化特性的影響。結(jié)果表明，隨著耕翻至播種間隔時(shí)間的縮短，苜蓿苗期根和苗的長(zhǎng)度與質(zhì)量均呈明顯下降的趨勢(shì)。與間隔30、45及90 d播種的苜蓿相比，耕翻當(dāng)天直接播種的苜蓿苗根系發(fā)育明顯受到抑制，根長(zhǎng)下降了10%～23%，苗長(zhǎng)下降了16%～26%，根質(zhì)量下降了58%～71%，苗質(zhì)量下降了38%～62%。苗期苜蓿葉綠素含量隨間隔時(shí)間變化不明顯，但超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性隨間隔時(shí)間延長(zhǎng)而降低。

紫花苜蓿；化感作用；自毒；耕翻；重新播種

20世紀(jì)70年代中期以來,植物化感作用的研究逐漸引起普遍注意,并成為農(nóng)業(yè)和化學(xué)生態(tài)學(xué)研究的活躍領(lǐng)域[1]?；凶饔?allelopathy)是指“植物之間相互抑制或促進(jìn)的生物化學(xué)作用”[2],而自毒作用(autotoxicity)則是化感作用的一種特殊形式,指某些植物釋放出的一些物質(zhì)對(duì)同茬或后茬的同種或同科植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制的現(xiàn)象。許多研究表明,植物自毒作用是造成連作障礙的重要因素之一[3]。

紫花苜蓿(Medicagosativa)是重要的豆科牧草，一般在種植后的第2-4年處于生長(zhǎng)旺盛期,第5年以后生產(chǎn)力逐漸下降[4]。種植過苜蓿的土壤,間隔較短時(shí)間再種苜蓿，很難建植成功[5]。早期的研究發(fā)現(xiàn),苜蓿在停種幾季后方可再播種,當(dāng)時(shí)并不理解是什么原因?qū)е峦寥缹?duì)長(zhǎng)期種植苜蓿產(chǎn)生的不利影響,直到20世紀(jì)80年代，研究才發(fā)現(xiàn)苜蓿具有自毒效應(yīng)[6]。大量的研究已經(jīng)證實(shí)，苜蓿能產(chǎn)生和釋放化感物質(zhì)抑制自身和其他作物的萌發(fā)和生長(zhǎng)[7-8]。隨后,越來越多的學(xué)者認(rèn)為苜蓿含有水溶性自毒物質(zhì)[9-12]。目前，紫花苜蓿的自毒作用已經(jīng)得到學(xué)界普遍認(rèn)可[13-15]。

在苜蓿產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的美國(guó)，對(duì)苜蓿自毒作用的研究較多。連續(xù)種植苜蓿的土壤中存在自毒作用，使原地重新播種的苜蓿不能成功建植[13,15-16]。然而，用除草劑或翻耕使老苜蓿生長(zhǎng)終止后，經(jīng)過一定時(shí)間的間隔再重新種植苜蓿，則可不同程度地避免苜蓿自毒作用[15,17]。但是，關(guān)于間隔時(shí)間的長(zhǎng)短，文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果差異很大。例如，在美國(guó)密西根州只間隔2～3周新播紫花苜?？沙晒ㄖ瞇14]，而在威斯康星州則需要長(zhǎng)達(dá)1～2年的間隔才能較好地消除自毒作用的影響[18-19]。雖然國(guó)內(nèi)也有少數(shù)關(guān)于紫花苜蓿化感作用的研究報(bào)道[20-21]，但基本都是利用植物浸提液在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的生物測(cè)定，有關(guān)紫花苜?；凶饔玫奶镩g實(shí)驗(yàn)研究則鮮見報(bào)道，至于翻耕與播種之間的間隔時(shí)間對(duì)新播苜蓿建植的影響，國(guó)內(nèi)尚未見到報(bào)道。為此，本研究通過田間試驗(yàn)，分析不同的翻耕與播種間隔時(shí)間對(duì)新播苜蓿幼苗生長(zhǎng)及生化特性的影響，旨在了解苜蓿自毒作用的田間實(shí)際影響，為苜蓿生產(chǎn)實(shí)踐提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)在北京克勞沃草業(yè)技術(shù)開發(fā)中心雙橋基地進(jìn)行，地處39°34′ N，116°28′ E，為典型的暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫10～12 ℃，≥10 ℃年積溫4 200 ℃·d，年降水量在600 mm以上，75%集中在夏季。地勢(shì)平坦、開闊，光照、通風(fēng)良好，土壤耕作歷史悠久，土壤熟化程度高。

1.2試驗(yàn)材料 試驗(yàn)地為種植5年三得利(Sanditi)紫花苜蓿的地塊，新播種的紫花苜蓿品種仍然為三得利，種子由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所提供。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì) 將種植5年的紫花苜蓿地分別于2009年的1月6日、2月25日、3月12日、3月27日和4月11日進(jìn)行翻耕，4月11日統(tǒng)一播種苜蓿，即翻耕與播種之間的間隔時(shí)間分別為90、45、30、15和0 d共5個(gè)處理。翻耕時(shí)將苜蓿植株及根部清理出去，平整土壤，準(zhǔn)備良好的苗床。重新播種苜蓿的播種量為15 kg/hm2,播種深度為2～3 cm，行距30 cm。播后適時(shí)澆水、除雜草。試驗(yàn)為完全隨即區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積3 m×5 m，重復(fù)3次。

1.4測(cè)定方法與數(shù)據(jù)分析 播種后75 d(2009年6月25日)，在各小區(qū)隨即取樣10株，測(cè)定如下指標(biāo)。

1)苗和根的長(zhǎng)度：將植株完全挖出土壤(50 cm)，在新鮮狀態(tài)下用直尺分別測(cè)定主莖和主根的長(zhǎng)度。

2)苗和根的質(zhì)量：將苗和根沖洗干凈，表面晾干，然后稱取單株的根和苗的質(zhì)量。

3)生化指標(biāo)：葉綠素含量超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)。

結(jié)果數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行整理，用SAS 軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1翻耕與播種間隔時(shí)間對(duì)后茬苜蓿形態(tài)指標(biāo)的影響 翻耕與播種間隔時(shí)間對(duì)紫花苜蓿的生長(zhǎng)存在一定的影響，一般隨著間隔時(shí)間的縮短，根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)、根質(zhì)量、苗質(zhì)量都有逐漸減小的趨勢(shì)。田間實(shí)際長(zhǎng)勢(shì)的觀察，也發(fā)現(xiàn)間隔時(shí)間越長(zhǎng)幼苗生長(zhǎng)越好。翻耕當(dāng)天種植(間隔0 d)的紫花苜蓿根長(zhǎng)顯著小于間隔30、45及90 d的處理(P<0.05)；翻耕當(dāng)天種植的苜蓿根質(zhì)量和苗質(zhì)量顯著小于(P<0.05)其他處理的根質(zhì)量和苗質(zhì)量(間隔30 d處理除外)。

表1 翻耕與播種間隔時(shí)間對(duì)后茬苜蓿形態(tài)指標(biāo)的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母者表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

2.2翻耕與播種間隔時(shí)間對(duì)后茬苜蓿葉綠素含量的影響 由表2可見，葉綠素a在0.632～0.670 mg/L變化， 葉綠素b的含量在0.313～0.391 mg/L變化，葉綠素a和葉綠素b之和的變化范圍為0.889～1.041 mg/L。翻耕與播種的間隔時(shí)間對(duì)后茬紫花苜蓿葉綠素a和葉綠素b的含量影響不顯著(P>0.05)。

2.3翻耕與播種間隔時(shí)間對(duì)后茬苜蓿SOD和POD活性的影響 SOD和POD活性整體上隨翻耕與播種間隔的縮短而增加(表3)。翻耕當(dāng)天種植的苜蓿SOD活性顯著大于間隔45 d和間隔90 d種植的苜蓿(P<0.05)，間隔15 d的苜蓿SOD活性顯著大于間隔45 d的苜蓿。隨著翻耕間隔時(shí)間的縮短，POD活性也呈增加的趨勢(shì)，翻耕當(dāng)天及間隔15 d種植的苜蓿POD活性顯著大于間隔90 d種植的苜蓿，而其他處理間差異不顯著(P>0.05)。

3 討論

從試驗(yàn)結(jié)果來看，翻耕與播種間隔時(shí)間不同對(duì)苜蓿苗期生長(zhǎng)發(fā)育確實(shí)存在明顯的影響。隨著翻耕至播種間隔時(shí)間的縮短，苜蓿苗期根和苗的長(zhǎng)度與質(zhì)量均呈明顯的下降趨勢(shì)。與間隔30、45及90 d播種的苜蓿相比，翻耕當(dāng)天直接播種的苜蓿苗根系發(fā)育明顯受到抑制，根長(zhǎng)下降了10%～23%，苗長(zhǎng)下降了16%～26%，根質(zhì)量下降了58%～71%，苗質(zhì)量下降了38%～62%。從結(jié)果來看，間隔時(shí)間對(duì)根和苗的質(zhì)量的影響要大于對(duì)根長(zhǎng)(根深)、苗長(zhǎng)(株高)的影響。

表2 翻耕與播種間隔時(shí)間對(duì)后茬苜蓿葉綠素含量的影響

表3 翻耕與播種間隔時(shí)間對(duì)后茬苜蓿SOD和POD活性的影響

Jennings和Nelson[16]在美國(guó)中西部平原用除草劑殺死生長(zhǎng)5～7年的老苜蓿后，間隔15 d、23 d、0.5年、1.0年、1.5年后用免耕法再播種苜蓿，發(fā)現(xiàn)與間隔1.5年的處理相比，間隔15和23 d播種的苜蓿密度分別下降12%和19%，產(chǎn)量分別下降6.3%和10.3%。Tesar[14]在美國(guó)密西根州的研究結(jié)果表明，在老苜蓿地上重新種植苜蓿，翻耕至播種至少要間隔2周，而施用草甘膦殺死原有苜蓿后免耕播種，至少要有3周的間隔時(shí)間，才能明顯消除自毒作用。以上不同的研究證明，在翻耕至播種之間有一定的間隔時(shí)間，可以減輕苜蓿的自毒作用，使苜蓿的更新建植得以成功。但是，具體的間隔時(shí)間隨地區(qū)、原有苜蓿生長(zhǎng)年限、品種、密度等因素的不同而有較大的差異[16]。在本研究中，就苜蓿苗期的生長(zhǎng)而言，至少應(yīng)該間隔15 d以上，而且間隔時(shí)間越長(zhǎng)約有利于后茬苜蓿的建植，這與Tesar[14]的建議相似。但是，由于本試驗(yàn)的時(shí)間較短，設(shè)置的最長(zhǎng)間隔也只有90 d，所以尚難推薦一個(gè)最佳的間隔時(shí)間。

有些研究者采用在原有苜蓿地翻耕后延遲播種的措施來消除自毒作用，但往往導(dǎo)致苜蓿產(chǎn)量下降，這主要是因?yàn)檠舆t播種會(huì)錯(cuò)失苜蓿的最佳播種時(shí)間，而且在冬季到來之前根系無法得到充分發(fā)育。因此，本研究采用統(tǒng)一播種時(shí)間、以不同的時(shí)間間隔提前翻耕的處理方法，保證了所有處理具有相同的生長(zhǎng)時(shí)間，排除了其他因素的影響。建議在生產(chǎn)實(shí)踐中也應(yīng)該在最佳季節(jié)播種，但將翻耕的時(shí)間提前。

化感物質(zhì)能對(duì)植物的蛋白酶和果膠酶、過氧化物酶等有顯著的影響[22]。本研究顯示，翻耕與播種間隔時(shí)間越長(zhǎng)，超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性越高。超氧化物歧化酶和過氧化物酶普遍存在于植物的各個(gè)組織中，可以通過催化植物體內(nèi)的活性氧，防止發(fā)生過氧化反應(yīng)。抗氧化酶活性與植物的代謝強(qiáng)度及逆境適應(yīng)能力有密切的關(guān)系。苜蓿自毒作用在某種程度上也是一種逆境因素，抗氧化酶活性的變化反映了這種逆境影響及植物的適應(yīng)性響應(yīng)。在本研究中，苜蓿葉綠素含量在各處理間沒有顯著差異，表現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定，可見處理對(duì)苜蓿苗期的光合作用影響不大。

因此在生產(chǎn)過程中，對(duì)于種植過幾年苜蓿的土地，可以通過多次翻耕和延長(zhǎng)翻耕至播種的時(shí)間來降低自毒作用，翻耕及延長(zhǎng)翻耕時(shí)間可以降低土壤中自毒物質(zhì)的含量，從而降低自毒作用的影響，對(duì)后茬苜蓿的生長(zhǎng)有很大的促進(jìn)作用。但隨著翻耕間隔時(shí)間的縮短，超氧化物歧化酶總活性和過氧化物酶活性逐漸增加。

對(duì)于苜蓿自毒作用所涉及的具體化感物質(zhì)，文獻(xiàn)中鮮有報(bào)道。一般認(rèn)為，苜蓿根和植物體其他部位都會(huì)產(chǎn)生一些化感物質(zhì)，這些化感物質(zhì)都是水溶性的。這些物質(zhì)主要通過揮發(fā)、淋溶的方式進(jìn)入周圍土壤。翻耕后間隔一段時(shí)間再播種，可以使土壤中的化感物通過揮發(fā)和淋溶而損失，從而減輕自毒作用。

4 結(jié)論

在生長(zhǎng)5年的三得利紫花苜蓿地上重新建植同一品種的苜蓿，翻耕至播種的間隔時(shí)間對(duì)苜蓿苗期的地上和地下部分生長(zhǎng)發(fā)育有明顯影響。一般，隨著間隔時(shí)間的延長(zhǎng)，苜蓿苗期植株的根長(zhǎng)、根質(zhì)量、苗長(zhǎng)、苗質(zhì)量均有增加趨勢(shì)，說明了自毒作用隨間隔時(shí)間而逐漸減弱。苗期苜蓿葉綠素含量隨間隔時(shí)間變化不明顯，但SOD和POD活性隨間隔時(shí)間延長(zhǎng)而降低。在生產(chǎn)實(shí)踐中，在老苜蓿地上重新種植苜蓿，翻耕至播種之間的間隔至少應(yīng)該超過15 d。

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Effectoftheintervalbetweenploughingandsowingongrowthofcontinuouscroppingalfalfa

ZHANG Wen-jie, LI Xiang-lin, WAN Li-qiang, HE Feng

(The Institute of Animal Science, CAAS, Beijing 100193， China)

Autotoxicity often causes poor establishment of continuous cropping alfalfa, therefore reducing the autotoxicity will benefit successful alfalfa regeneration in continuous cropping. A field experiment was conducted in the Beijing regions to determine effect of the interval between ploughing and reseeding on growth of continuous cropping alfalfa in 5-years field. The treatments included 0, 15, 30, 45 and 90 days of interval between ploughing and reseeding. The results of this study showed that less interval between ploughing and reseeding reduced the length of root and shoot and the weight of root and shoot of the alfalfa plants. The root length, shoot length, root weight and shoot weight in plots with 0 day interval reduced the 10%-23%, 16%-26%, 58%-71% and 38%-62%,respectively when compared to those in plots with a interval of 15, 30, 45 and 90 days. The changes of the interval did not affect chlorophyll content while the activities of SOD and POD increased with the decrease in interval between ploughing and reseeding.

alfalfa; allelopathy; autotoxicity; ploughing； reseeding

S551+.704

A

1001-0629(2011)01-0127-04

2010-03-07 接受日期：2010-09-06

農(nóng)業(yè)部牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系研究課題

張文杰(1985-)，女，河南周口人，在讀碩士生，主要研究方向?yàn)椴莸厣鷳B(tài)學(xué)。

E-mail:wenjie8314@sohu.com

李向林 E-mail:lixl@iascaas.net.cn