于文娟，劉龍生，鐘雪蓮，羅 涵，姬紅麗，彭云良，3*

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所/農(nóng)業(yè)部西南作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610066；2.衡陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，湖南 衡陽 421101；3.中國水稻研究所/水稻生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 311401)

【研究意義】綠色革命在成功地提高水稻、小麥等主要農(nóng)作物產(chǎn)量的同時(shí)，大量使用化學(xué)肥料和農(nóng)藥也造成了土壤質(zhì)量下降和生物多樣性降低、生產(chǎn)成本提高、環(huán)境污染和食品安全風(fēng)險(xiǎn)上升等一系列生態(tài)和社會(huì)問題[1-2]。田間生態(tài)工程技術(shù)，主要是利用工程和植被相結(jié)合技術(shù)來改善農(nóng)田生態(tài)條件和生產(chǎn)功能，已被證明可以改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，特別是天敵昆蟲生存和取食條件，減少化學(xué)農(nóng)藥投入[3-5]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】豆科植物因?yàn)槠漭^強(qiáng)的固氮效應(yīng)可以增加農(nóng)田系統(tǒng)中有機(jī)N含量[6-7]而作為農(nóng)田生態(tài)工程的重要工程植物[8-10]。已有研究也發(fā)現(xiàn)種植豆科綠肥作物增加地面覆蓋度，且抑制雜草滋生[11-12]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】白三葉草(TrifoliumrepensL.)為多年生豆科草本植物[13-14]，在我國南方稻田田埂、溝渠、道路及空地常有零星分布。其花量豐富，葉形美觀，匍匐生長，侵占力強(qiáng)，耐踐踏，是園林綠化的良好材料；同時(shí)也因?yàn)槠渚G期長，消化率高，蛋白含量高，粗纖維含量低，適口性好成為飼料生產(chǎn)及草地改良中公認(rèn)的優(yōu)良牧草[15-17]。另外，該植物在改良土壤，提高土壤肥力，抑制雜草生長，增強(qiáng)生物防治能力等方面也均有很好的作用[18-21]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】為明確其作為南方稻田田埂覆蓋植物的價(jià)值，本研究對其在田埂種植條件下作為飼料、肥料的價(jià)值以及對草空心蓮子草[Alternantheraphiloxeroides(Mart.) Griseb.]的抑制作用進(jìn)行了研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

白三葉草(T.repensL.)品種為Haifa,澳大利亞引種，購自四川林旺農(nóng)牧科技有限公司?？招纳徸硬輀A.philoxeroides(Mart.) Griseb.]采自四川當(dāng)?shù)厮咎锾锕　?/p>

1.2 試驗(yàn)地地點(diǎn)

試驗(yàn)地分別設(shè)置在四川省綿陽市江油市武都鎮(zhèn)海金村(E104°48′09″,N31°52′20″,H 569 m)和湖南省衡南市衡南縣三塘鎮(zhèn)大廣村(E112°49′14″,N26°89′06″,H 70.1 m)。 兩地均屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，其中江油試驗(yàn)地具有夏熱冬暖，暑期長，降水豐沛，雨熱同步的特點(diǎn)，湖南衡南試驗(yàn)地具有熱量充足，雨水集中，春暖多變，夏秋多旱，冬寒期短，暑熱期長的特征。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 三葉草播種 2015年4月初選擇晴天用草甘膦防除田埂已有雜草，施藥7 d后將白三葉草分別播種于四川江油和湖南衡南基地的水稻田田埂上，田埂面積播種2 kg/667m2。播前不松土，播后不覆蓋，不再施用任何肥料和農(nóng)藥。

1.3.2 三葉草固氮和磷、鉀吸收能力評價(jià) 2016年7月至2017年7月間，在2個(gè)基地各選取12個(gè)1.0 m×0.3 m(長×寬)長滿三葉草的田埂段，每3周割取所選區(qū)域內(nèi)三葉草的地上部分，剔除雜草和雜質(zhì)后用自來水清洗干凈，105 ℃殺青15 min后再經(jīng)70 ℃烘干24 h，稱取各采集點(diǎn)的三葉草干重后樣品壓碎，保存于-20 ℃冰箱備用。樣品進(jìn)一步分析前進(jìn)行混樣，將同一季度和同一地點(diǎn)采集的三葉草烘干、粉碎樣品完全混合，稱取100 g樣品，送四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院測試中心測定粗蛋白含量，測量方法依據(jù)為食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定(GB5009.5-2016)；送四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所測定N、P、K的含量，測量方法分別依據(jù)NY/T2419-2013 植株全氮含量測定 自動(dòng)定氮儀法，NY/T2421-2013 植株全磷含量測定 鉬銻抗比色法，NY/T2420-2013 植株全鉀含量測定 火焰光度計(jì)法。

1.3.3 三葉草對空心蓮子草抑制作用評價(jià) 試驗(yàn)于2017年夏季(7月26至 9月23日)和秋冬春(9月5日至次年3月5日)在大棚溫室內(nèi)圓形水泥池(內(nèi)徑1 m)中進(jìn)行。試驗(yàn)前先用水澆灌透徹整個(gè)水泥池，然后將3株三葉草(分蘗數(shù)1～2)和空心蓮子草(3節(jié)其中1節(jié)帶須根)對峙種植在水泥池內(nèi)(圖1)，三葉草和空心蓮子草行間距20 cm。移栽后7 d內(nèi)每天足量澆水，以保證全部植株存活。后續(xù)處理A為各水泥池每天澆水2 L，處理B為每5 d各水泥池澆水2 L，處理C為整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間不澆水。試驗(yàn)為完全隨機(jī)排列，重復(fù)3次。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，先對每個(gè)處理的水泥池進(jìn)行整體拍照，計(jì)算三葉草和空心蓮子草所占面積；然后分別割取三葉草和空心蓮子草，清洗干凈稱其鮮重，再經(jīng)105 ℃殺青15 min和70 ℃烘干24 h后，稱其干重。

圖1 三葉草與空心蓮子草競爭實(shí)驗(yàn)的移栽圖示Fig.1 Illustration of white clover (Trifolium repens L.) and Alternanthera philoxeroides in the competition experiment

1.4 數(shù)據(jù)分析

單位面積三葉草干物質(zhì)重量公式為(g/m2)=小區(qū)所采白三葉草樣品干重/0.3

粗蛋白、氮、磷、鉀固定和吸收量公式為：粗蛋白/氮/磷/鉀(g/kg)=A×B/1000

式中，A：所測樣品的粗蛋白/氮/磷/鉀重量；B：同一時(shí)間段該季度所有白三葉草干物質(zhì)總量的總和。

利用Excel和SAS軟件(SAS Institute Inc.,NC,USA)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與單因素方差分析，用Duncan多重比較進(jìn)行差異顯著性分析、Student t-test進(jìn)行兩者差異性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 三葉草干物質(zhì)重量

經(jīng)過1年的刈割，江油和衡南2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)每平方米共獲得白三葉草的平均干重分別為69.46和129.49 g。從2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的單位面積三葉草干重動(dòng)態(tài)(圖2)可以看出，四川江油頭年三葉草最高干物質(zhì)量出現(xiàn)在頭次收割的7月，其后逐漸減少，11、12至次年1月最低，然后又逐漸增加，其中次年5-7月所收獲的干物質(zhì)顯著高于其他月份(P<0.05)；在湖南衡南，單位面積白三葉草干重收獲量第1次刈割以后，白三葉草干物質(zhì)也下降，但自8月其收獲量逐漸增加，至次年4月達(dá)到高峰。

圖2 2016-2017年四川江油和湖南衡南三葉草干物質(zhì)動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dry matter dynamics of clover in Jiangyou,Sichuan province and Hengnan,Hunan province from 2016 to 2017

2.2 白三葉草固氮能力和磷、鉀吸收能力評價(jià)

圖3顯示，對2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不同季度三葉草樣品的粗蛋白含量及氮、磷、鉀含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其含量在不同地點(diǎn)和季節(jié)均有顯著差異，其中四川江油試驗(yàn)點(diǎn)以2017年1-3月混合樣品粗蛋白和氮含量最高，達(dá)到290和47.87 g/kg，顯著高于其他季度的標(biāo)樣(P<0.05)，不同季度樣品中粗蛋白含量變化與氮含量相一致；磷含量也以2017年1-3月樣品含量最高，達(dá)到3.95 g/kg，顯著高于其他時(shí)段采獲樣品(P<0.05)；鉀含量則以2016年7-9月樣品中含量最高，達(dá)到27.29 g/kg，顯著高于其他標(biāo)樣(P<0.05)。湖南衡南粗蛋白和氮含量也均以2017年1-3月混合樣品的含量最高，分別達(dá)到207和39.73 g/kg，2017年4-6月含量與之無顯著差異，但顯著高于其他時(shí)段采獲樣品(P<0.05)，磷和鉀含量也以2017年4-6月樣品含量最高，分別達(dá)到3.48和33 g/kg， 2017年1-3月含量與之無顯著差異，但顯著高于其他時(shí)段采獲樣品(P<0.05)。

不同字母表示粗蛋白/氮/磷/鉀在相同實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)不同采樣時(shí)間段的差異性，用新復(fù)極差法(Duncan’s multiple range test)在P=0.05 水平上進(jìn)行差異顯著性分析；粗蛋白/氮/磷/鉀在不同實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)相同采樣時(shí)間段上的差異顯著性分析采用Student t-test檢測，“**”在P<0.01 水平上差異顯著

結(jié)合樣品干物質(zhì)重量可以發(fā)現(xiàn)，江油試驗(yàn)點(diǎn)白三葉草自2016年7月到次年6月共吸收和固定了氮41.568 g/m2，形成粗蛋白252.89 g/m2，其中以2017年1-3月時(shí)段吸收和固定氮含量最高，達(dá)到12.23 g/m2，在此12個(gè)月中白三葉草吸收磷3.781 g/m2和鉀26.311 g/m2，分別以2017年1-3月時(shí)段吸收量最高，達(dá)到1.12 和7.948 g。衡南試驗(yàn)點(diǎn)三葉草在上述12個(gè)月中共吸收和固定了氮79.823g/m2，形成粗蛋白437.88 g/m2，其中以2017年4-6月的時(shí)段吸收和固定氮為最高，達(dá)到27.1 g/m2，在此12個(gè)月中白三葉草吸收磷 6.679 g/m2、鉀42.202 g/m2，分別以2017年4-6月時(shí)段吸收量最高，達(dá)到2.49和23.57 g/m2。對不同試驗(yàn)點(diǎn)白三葉草固定和吸收氮磷鉀的能力進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)江油試驗(yàn)點(diǎn)三葉草在一整年固定和吸收的氮磷鉀含量均低于衡南試驗(yàn)點(diǎn)；除第一次采集外的其它相同時(shí)間段內(nèi)，衡南試驗(yàn)點(diǎn)每平方米白三葉草固氮和吸收磷鉀的能力均高于江油試驗(yàn)點(diǎn)，除2016年7-9月磷和鉀吸收量。

2.3 三葉草對空心蓮子草的抑制作用

在夏季試驗(yàn)(2017年7月26日至9月23日)中，不同灌溉條件下的空心蓮子草長勢明顯好于三葉草，但干旱條件下空心蓮子草所占面積有所減小，分別占整體面積的5/6(處理A)、3/4(處理B)及3/5(處理C)。而在秋冬春試驗(yàn)(2017年9月5日至2018年3月5日)中，不同灌溉條件下三葉草長勢均明顯優(yōu)于空心蓮子草，分別占整體面積的6/7(處理A)、3/4(處理B)及3/4(處理C)，隨著澆水減少，三葉草所占面積減少并不明顯(圖4、表1)。從2種植物的鮮重和干重看，夏季不同灌溉處理?xiàng)l件三葉草平均鮮重和干重?zé)o顯著差異，鮮重在10.581～14.789 g和干重在1.7856～1.8711 g；而空心蓮子草的鮮重則在41.9～196.55 g，干重4.634～16.576 g ，均極顯著高于白三葉草的重量(P<0.01)。在秋冬春試驗(yàn)中，三葉草平均鮮重和干重顯著增加，分別為483.33～562.22和39.883～55.484 g，并不受灌溉條件的影響。與夏季試驗(yàn)相比，秋冬春季節(jié)空心蓮子草的鮮重和干重除了未澆水處理下外，均顯著下降，并顯著低于同期三葉草的鮮重和干重，與夏季一樣，長期不澆水條件下空心蓮子草鮮重和干重與每5 d澆2 L水處理下的重量無顯著差異，但顯著低于每天澆水2 L條件下重量(P<0.05)。

表1 2017-2018年三葉草與空心蓮子草競爭實(shí)驗(yàn)—三葉草/空心蓮子草競爭面積、鮮重、干重

S：夏季實(shí)驗(yàn)(2017年7月26至9月23日)，W：冬春實(shí)驗(yàn)(2017年9月5日至2018年3月5日)；A(處理A)：每天澆水2 L；B(處理B)：每5 d澆水2 L；C(處理C)：實(shí)驗(yàn)期間不澆水S: Summer experiment (July 26-September 23,2017),W: Winter-spring experiment (September 5,2017-March 5,2018).A(Treatment A): Water 2 L every day; B(Treatment B): Watering 2 L every 5 days; C(Treatment C): No watering during the experiment

3 討 論

三葉草生長的最適溫度為 19～24 ℃，在氣溫較低的春、秋季，甚至冬季，三葉草生長良好，而在氣溫較高的夏季，三葉草受高溫影響而進(jìn)入生長滯緩期[14]。每個(gè)月刈割后的三葉草獲得的干物質(zhì)在隨著溫度的變化而變化；在四川江油的三葉草獲得干物質(zhì)最多的季節(jié)在5-7月；而湖南衡南卻在3-4月，這可能與江油夏季最高溫度低于衡南有關(guān)。白三葉草自第1次刈割后，每3周內(nèi)都能獲得一定量的干物質(zhì)，并且干物質(zhì)量在逐漸增加。說明三葉草是一種高產(chǎn)的豆科牧草，可以在整年中為家畜家禽提供充足的飼料及綠肥材料。家畜生產(chǎn)不僅受牧草的產(chǎn)量影響，更重要的是受牧草質(zhì)量的影響[22]，粗蛋白質(zhì)是衡量牧草品質(zhì)的重要評價(jià)指標(biāo)[23]。四川江油和湖南衡南每個(gè)季度的粗蛋白含量均在25 g/m2以上，在1-3月時(shí)含量最高，最高可達(dá)到145.7 g/m2以上；而在7-9月含量最低。因?yàn)榇值鞍踪|(zhì)的含量隨著三葉草的成熟度的提高而下降，當(dāng)三葉草由營養(yǎng)生長時(shí)期轉(zhuǎn)入到生殖生長時(shí)期時(shí)，為了適應(yīng)開花的需要，使本身含氮物質(zhì)降低，同時(shí)加上纖維素含量的增加，因此，三葉草的粗蛋白質(zhì)含量就會(huì)相對降低[24-25]。白三葉與根瘤菌之間存在著特有的共生固氮體系[26]，無論是在低洼潮濕地帶還是坡坎干燥環(huán)境中生長的白三葉，都無一例外的有根瘤形成，結(jié)瘤率百分之百[20]。這在一定程度上說明了白三葉與根瘤菌的共生結(jié)瘤具有穩(wěn)定性、強(qiáng)大性與適應(yīng)區(qū)域的廣布性。除固氮作用外，白三葉草也有較強(qiáng)的對磷、鉀元素吸收能力，尤其在冬季含量最高，可以作優(yōu)質(zhì)牧草和綠肥。

植物的種間競爭總是趨于一邊，只有一個(gè)強(qiáng)者。由于三葉草和空心蓮子草占有的生態(tài)位不同，因此，對環(huán)境中的光、熱、水、土壤養(yǎng)分的利用也不同，但由于環(huán)境資源的有限性，兩者間必定存在著激烈的競爭，種間競爭通過影響兩者在群落中的地位，從而影響其生產(chǎn)能力[27-29]。植物的競爭是決定群落性質(zhì)的主要因素，而植物的競爭能力又受到脅迫和干擾因子的制約。本研究發(fā)現(xiàn)，三葉草和空心蓮子草移栽成活后，隨著氣溫的升高空心蓮子草逐漸占據(jù)優(yōu)勢地位。而在秋季溫度下降后，屬暖季型植物的空心蓮子草的競爭優(yōu)勢逐漸減弱，三葉草卻長勢優(yōu)良，競爭優(yōu)勢逐漸突出，靠其強(qiáng)大的分蘗能力逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位；水分的增減對三葉草的生長影響并不顯著，經(jīng)歷7個(gè)月的干旱，其競爭力明顯高于空心蓮子草，最后占據(jù)群落中的主導(dǎo)地位。

4 結(jié) 論

在實(shí)際應(yīng)用中，在秋季到來前除草播種，利用三葉草的競爭優(yōu)勢，可以較好的抑制空心蓮子草。研究結(jié)果表明，干旱也不利于空心蓮子草與三葉草的競爭，因此，適當(dāng)加高稻田田埂地勢，將有利于三葉草抑草作用的發(fā)揮。