趙夢雨，王 斌，王騰飛，蘭 劍

（寧夏草牧業(yè)工程技術(shù)研究中心 / 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 寧夏 銀川 750021）

優(yōu)質(zhì)牧草種子是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最基本的生產(chǎn)資料，是農(nóng)業(yè)再生產(chǎn)的關(guān)鍵因素[1]。紫花苜蓿(Medicaco sativa)因其產(chǎn)草量高、營養(yǎng)豐富、適口性好，被國內(nèi)外廣泛種植，有“牧草之王”的美譽(yù)[2]。近年來，隨著種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及奶牛產(chǎn)業(yè)對優(yōu)質(zhì)苜蓿的需求量逐年增加，紫花苜蓿在我國飼草中的地位進(jìn)一步提升[3]，成為畜牧業(yè)發(fā)展中舉足輕重的草種。但由于國內(nèi)優(yōu)質(zhì)苜蓿種子供應(yīng)量遠(yuǎn)低于需求量，80%種子需從國外進(jìn)口。寧夏半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)越，種子生產(chǎn)潛力巨大，是苜蓿種子生產(chǎn)的黃金區(qū)域[4]，但長期以來不合理的種植技術(shù)和粗放的管理措施，嚴(yán)重影響了苜蓿的生長發(fā)育和種子產(chǎn)量的增加。有研究表明，合理的播種量在建植苜蓿種子田中尤為重要，決定了紫花苜蓿的群體大小[5]。因此，探索適宜的播種量對提高紫花苜蓿種子產(chǎn)量和促進(jìn)寧夏半干旱區(qū)苜蓿種業(yè)發(fā)展具有重要意義。

播種量是影響紫花苜蓿生長和種子田高產(chǎn)的重要因素。近年來，學(xué)者們?yōu)榱颂骄砍鲕俎７N子田的適宜播種量做了相應(yīng)研究。例如，海濤等[6]研究發(fā)現(xiàn)，紫花苜蓿種子產(chǎn)量在播種量為3.0 kg·hm-2時(shí)達(dá)到最高。馬克成和王秉龍[7]研究表明，紫花苜蓿種子產(chǎn)量在播種量為7.5 kg·hm-2時(shí)達(dá)到最高，較其他處理增產(chǎn)了2.0%～13.3%。Askarian 等[8]研究證明，當(dāng)播種量為1.0 kg·hm-2時(shí)，單位面積內(nèi)的花序數(shù)、結(jié)莢數(shù)最多，種子產(chǎn)量最高。Abu-Shakra 等[9]指出紫花苜蓿播種量在0.5～2.0 kg·hm-2內(nèi)，其種子產(chǎn)量最高。李擁軍和閔繼淳[10]研究認(rèn)為紫花苜蓿播種量為2.5 kg·hm-2時(shí)其種子產(chǎn)量最高。目前，學(xué)者們針對播種量對紫花苜蓿的研究主要集中在干草產(chǎn)量、營養(yǎng)價(jià)值等方面[11-12]。而關(guān)于播種量對紫花苜蓿種子產(chǎn)量以及構(gòu)成因素影響的研究也有報(bào)道，但主要集中在東北等少部分地區(qū)，涉及區(qū)域有一定的局限性，尤其在寧夏半干旱地區(qū)鮮見。寧夏半干旱區(qū)具有得天獨(dú)厚的種子生產(chǎn)環(huán)境，該區(qū)域進(jìn)行紫花苜蓿種子生產(chǎn)的相關(guān)研究具有很強(qiáng)的代表性。鑒于此，在寧夏半干旱區(qū)開展播種量對苜蓿種子產(chǎn)量以及構(gòu)成因素影響的研究，探究提高種子生產(chǎn)性能的關(guān)鍵技術(shù)，挖掘出苜蓿種業(yè)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的最大潛力，以期為寧夏半干旱區(qū)苜蓿種子生產(chǎn)提供科學(xué)的生產(chǎn)方案和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于寧夏固原市原州區(qū)黃澤堡鎮(zhèn)曹堡村(36°17′32″ N， 106°09′25″ E，海拔1 734 m)。該地區(qū)屬典型的溫帶半干旱區(qū)，年均溫6.8 ℃，＞ 10 ℃年積溫2 263 ℃·d，年均蒸發(fā)量1 200～1 800 mm，全年無霜期103～148 d，年均降水量471.2 mm，多集中在7 月—9 月，年平均日照時(shí)數(shù)2 250～2 700 h，晝夜溫差10～20 ℃。試驗(yàn)區(qū)地勢平坦，土壤為黃綿土，播前0—20 cm 土層有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量分別為5.45、0.65、0.37 g·kg-1，速效磷和速效鉀含量分別為9.20 和94 mg·kg-1，pH 為8.20。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)紫花苜蓿品種為‘中苜3 號(hào)’，種子來源于寧夏薈峰農(nóng)副產(chǎn)品有限公司，種子的基本特性是秋眠級(jí)3～4 級(jí)，生長速度快，產(chǎn)草量高，發(fā)芽率為96%，種子凈度為98%。

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)，設(shè)置5 個(gè)不同播種量(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)，小區(qū)面積90 m2(9 m ×10 m)，4 個(gè)重復(fù)，共20 小區(qū)，小區(qū)間隔2 m，四周設(shè)1 m 保護(hù)行。于2020 年7 月3 日播種，采用人工穴播，播后鎮(zhèn)壓，株距20 cm，行距60 cm，播深2～3 cm。生育期內(nèi)施肥1 次，所用肥料為尿素120 kg·hm-2(N ≥ 46.0%)。試驗(yàn)期間適時(shí)進(jìn)行雜草防除和病蟲害防控。各項(xiàng)指標(biāo)均在2021 年測定。在紫花苜?，F(xiàn)蕾期灌水1 次，灌水量為900 m3·hm-2。有代表性的結(jié)莢花序，觀測并記錄每個(gè)莢果的種子數(shù)。

千粒重：在實(shí)驗(yàn)室將各個(gè)重復(fù)小區(qū)收獲的同一處理清選后的種子混合晾干，然后隨機(jī)分離1 000粒干凈種子，重復(fù)6 次，然后稱其重量。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 苜蓿生長指標(biāo)的測定

株高：成熟期在每小區(qū)隨機(jī)選取20 株苜蓿，測量自然高度，取平均值。

一級(jí)分枝數(shù)：成熟期在每小區(qū)隨機(jī)選取5 個(gè)1 m樣段，統(tǒng)計(jì)一級(jí)分枝數(shù)，根據(jù)行距和株距換算出每平方米的一級(jí)分枝數(shù)。

二級(jí)分枝數(shù)：成熟期在每小區(qū)隨機(jī)選取10 株紫花苜蓿，統(tǒng)計(jì)二級(jí)分枝數(shù)。

莖節(jié)數(shù)：成熟期在每小區(qū)隨機(jī)選取10 株紫花苜蓿，統(tǒng)計(jì)莖節(jié)數(shù)。

1.4.2 種子產(chǎn)量構(gòu)成因素

每生殖枝花序數(shù)和每花序小花數(shù)：盛花期，在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取20 枝生殖枝條，觀測并記錄每個(gè)生殖枝上的花序數(shù)；同時(shí)，選取20 個(gè)具有代表性的花序，觀測并記錄每個(gè)花序上的小花數(shù)。

每花序結(jié)莢數(shù)：結(jié)莢末期，在每小區(qū)隨機(jī)選取20 個(gè)生殖枝條，觀測并記錄每個(gè)花序的結(jié)莢數(shù)。

單位面積生殖枝條和每莢種子數(shù)：種子收獲期(成熟期)，在每小區(qū)隨機(jī)選取5 個(gè)1 m 樣段人工刈割，統(tǒng)計(jì)每個(gè)樣段的生殖枝，根據(jù)行距和株距換算出每平方米生殖枝數(shù)；從刈割的生殖枝中選取20 個(gè)

1.4.3 種子產(chǎn)量

實(shí)際種子產(chǎn)量：在苜蓿成熟期(80%植株莢果呈黑褐色)，每小區(qū)隨機(jī)選取5 個(gè)1 m 樣段，人工用鐮刀刈割，在田間曬干后脫粒清選，然后稱重并折算出每公頃產(chǎn)量。

表現(xiàn)種子產(chǎn)量：每平米生殖枝 × 每生殖枝花序數(shù) × 每花序結(jié)莢數(shù) × 每莢種子數(shù) × 千粒重 × 10-3，最后折算出每公頃種子產(chǎn)量[13]。

收獲率(實(shí)際種子產(chǎn)量占表現(xiàn)種子產(chǎn)量的百分比) = 實(shí)際種子產(chǎn)量/表現(xiàn)種子產(chǎn)量 × 100%。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019 整理數(shù)據(jù)，利用SPSS 25.0 進(jìn)行單因素方差分析、Duncan 多重比較和主成分分析(principal component analysis, PCA)，Origin 2021 制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同播種量對紫花苜蓿株高、莖節(jié)數(shù)和分枝數(shù)的影響

播種量對紫花苜蓿株高和一級(jí)分枝數(shù)均有顯著影響(P＜ 0.05)，對莖節(jié)數(shù)和二級(jí)分枝數(shù)無顯著影響(P＞ 0.05)。株高最高的處理是S2，達(dá)87.81 cm；其次為S1，株高為85.18 cm；最低的是S5，僅81.17 cm，較S2和S1分別降低7.56%和4.71% (表1)。每平方米莖節(jié)數(shù)最多是S2處理，S3與S4處理的莖節(jié)數(shù)相等，均為14.25。每平方米一級(jí)分枝數(shù)在257.41～404.77，排名由高到低依次為S1＞ S2＞ S4＞ S3＞ S5，其中S1的一級(jí)分枝數(shù)最多，達(dá)404.77，其次為S2，為316.32，S5處理的一級(jí)分枝數(shù)最少，僅257.41，與S1和S2分別相差147.46 和58.91。各處理間每平方米二級(jí)分枝數(shù)S1處理的二級(jí)分枝數(shù)最多，為10.20，S3與S4均為9.80 (表1)。

表1 不同播種量苜蓿株高和分枝數(shù)的比較Table 1 Comparison of alfalfa plant height and branch number with different sowing amounts

2.2 不同播種量對紫花苜蓿種子產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

如表2 所列，不同播種量紫花苜蓿的單位面積生殖枝數(shù)、每生殖枝花序數(shù)、每花序小花數(shù)、每花序結(jié)莢數(shù)、每莢種子數(shù)和千粒重均存在明顯差異。隨著播種量的增加，單位面積生殖枝數(shù)、每生殖枝花序數(shù)和每花序結(jié)莢數(shù)均呈先增大后減小趨勢，且均在S4處理下達(dá)到最大，分別為177.09、23.35 和12.56。其中S2處理的單位面積生殖枝數(shù)最少，僅151.44，與S4相差25.65；S1處理的每生殖枝花序數(shù)最少，僅13.88，較S4低40.56%；S1處理的每花序結(jié)莢數(shù)最少，僅9.40，與S4相差3.16 個(gè)。就每花序小花數(shù)而言，S2、S3、S4和S5處理間無顯著差異(P＞0.05)，S1處理顯著低于其他處理(P＜ 0.05)，其中S2最大，為18.18，S1最小，僅為15.71，二者相差2.47。不同處理每莢種子數(shù)由高到低排名為S4＞ S5＞S2＞ S1＞ S3，S4處理下每莢種子數(shù)最多，達(dá)6.16，S3處理的最少，僅5.45，較S4低11.53%。S3和S4處理的千粒重顯著大于其他處理(P＜ 0.05)，分別為1.87 和1.88 g，S1和S5處理的千粒重相同，均為1.80 g，與S3和S4分別相差0.07 和0.08 g。

表2 不同播種量苜蓿種子產(chǎn)量構(gòu)成因素的比較Table 2 Comparison of constituent factors of alfalfa seed yield for different sown amounts

2.3 不同播種量對紫花苜蓿種子生產(chǎn)性能和收獲率的影響

如圖1 所示，不同播種量紫花苜蓿表現(xiàn)種子產(chǎn)量、實(shí)際種子產(chǎn)量和收獲率均存在差異。隨著播種量的增加，表現(xiàn)種子產(chǎn)量和實(shí)際種子產(chǎn)量均呈先增大后減小趨勢，且均在S4處理下最大，分別為5 993.39和630.68 kg·hm-2，在S1處理下最小，分別為2 138.60和455.67 kg·hm-2，二者分別相差3 854.79 和175.01 kg·hm-2。收獲率由高到低排名順序?yàn)镾1＞ S2＞ S5＞S3＞ S4，其中S1的收獲率最大，達(dá)21.35%；S4收獲率最小，僅10.55%，較S1低50.59%。

圖1 不同播種量苜蓿種子產(chǎn)量和收獲率的比較Figure 1 Comparison of alfalfa seed yield and harvest rate by different sown amounts

2.4 利用主成分分析法對苜蓿各指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)

如圖2 所示，紫花苜蓿有17 對指標(biāo)間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜ 0.01)，如每生殖枝花序數(shù)分別與每花序小花數(shù)、表現(xiàn)種子產(chǎn)量、實(shí)際種子產(chǎn)量間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.94、0.95 和0.98；每花序結(jié)莢數(shù)分別與千粒重、表現(xiàn)種子產(chǎn)量、實(shí)際種子產(chǎn)量間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.99、0.96 和0.93。5 對指標(biāo)間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜ 0.01)，如株高和每莢種子數(shù)，相關(guān)系數(shù)為-0.82；一級(jí)分枝數(shù)和每生殖枝花序數(shù)、每花序小花數(shù)、表現(xiàn)種子產(chǎn)量和實(shí)際種子產(chǎn)量間均呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中與每生殖枝花序數(shù)間相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)為-0.97。

圖2 苜蓿10 個(gè)指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)Figure 2 Correlation coefficient between 10 alfalfa indicators

對紫花苜蓿10 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析(表3)，結(jié)果表明，提取的3 個(gè)主成分方差貢獻(xiàn)率分別為60.183%、19.099%和13.462%，累積貢獻(xiàn)率為92.744%，可解釋所有數(shù)據(jù)92.744%的信息。第Ⅰ主成分特征值為6.018，每生殖枝花序數(shù)、表現(xiàn)種子產(chǎn)量和實(shí)際種子產(chǎn)量在此成分中載荷絕對值較高，其特征向量所凝聚的主要是苜蓿的種子產(chǎn)量，可解析為種子產(chǎn)量因子。第Ⅱ主成分特征值為1.910，此成分中每莢種子數(shù)載荷絕對值最高，可解析為種子數(shù)量因子。第Ⅲ主成分特征值為1.346，載荷絕對值最高的是株高，可解析為生長因子。

表3 各因子特征值和累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 3 Characteristic values and cumulative contribution rates of each factor

根據(jù)王斌等[14]的方法，將原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后導(dǎo)入SPSS 代入模型，可得出公因子Y1、Y2和Y3，帶入Y= (60.183Y1+ 19.099Y2+ 13.462Y3)/92.744 計(jì)算，得出5 個(gè)處理的綜合得分，最高得分1.440。排名由高到低依次為S4＞ S3＞ S2＞ S5＞ S1(表4)。

表4 不同處理公因子值及綜合排名Table 4 Different processing common factor values and comprehensive rankings

3 討論

紫花苜蓿植株高度、分枝數(shù)和莖節(jié)數(shù)是影響其種子產(chǎn)量的主要因素，而適宜播種量可構(gòu)建合理群體結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)個(gè)體生長發(fā)育，是植物種子高產(chǎn)的基礎(chǔ)[15]。本研究表明，隨紫花苜蓿播種量的增加，株高呈先升高后降低趨勢，原因可能是在適宜播種量下，紫花苜蓿個(gè)體之間為獲取光照等資源，促進(jìn)了植株高度的增加。此外，本研究中一級(jí)分枝數(shù)隨播種量的增加呈減少趨勢，主要是因?yàn)椴シN量增大能增加紫花苜蓿單位面積植株數(shù)量，填補(bǔ)了紫花苜蓿分枝空間，但是當(dāng)播種量超過一定限度，單位面積植株數(shù)量過大，群體通風(fēng)透光性變差，影響紫花苜蓿正常光合作用，為了能夠正常生長發(fā)育，紫花苜蓿產(chǎn)生自疏現(xiàn)象[16]，進(jìn)而導(dǎo)致一級(jí)分枝數(shù)減少。

在豆科牧草種子生產(chǎn)中，播種量通過對單位面積生殖枝數(shù)、每生殖枝花序數(shù)、每花序小花數(shù)、每花序結(jié)莢數(shù)、每莢種子數(shù)、千粒重等指標(biāo)來影響種子產(chǎn)量。合理的種植密度是紫花苜蓿種子高產(chǎn)的前提，而播種量是調(diào)控植株密度的主要方式，但國內(nèi)外學(xué)者對播種量影響紫花苜蓿產(chǎn)量構(gòu)成因素的研究結(jié)果差異較大。例如，Askarian 等[8]研究證明在播種量為1.0 kg·hm-2時(shí)，單位面積內(nèi)的花序數(shù)、結(jié)莢數(shù)及種子產(chǎn)量達(dá)到最大。馬克成和王秉龍[7]認(rèn)為在播種量為7.5 kg·hm-2下單株結(jié)莢數(shù)最多。而本研究發(fā)現(xiàn)在播種量為3.0 kg·hm-2時(shí)，單位面積生殖枝數(shù)、每生殖枝花序數(shù)、每花序結(jié)莢數(shù)、每莢種子數(shù)和千粒重最多，與前人研究結(jié)果有差異，原因可能是不同區(qū)域紫花苜蓿的適宜播種量還受土壤、氣候、品種等因子的影響[17]。

適宜的播種量能夠促使作物個(gè)體協(xié)調(diào)發(fā)展，提高群體經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。研究表明，在不同播種量下，苜蓿生長具有不同的株間競爭強(qiáng)度，其生長過程中地上和地下器官通過對資源的競爭，最終影響植株種子產(chǎn)量[18]。有研究證明了紫花苜蓿播種量為1.0 kg·hm-2時(shí)種子產(chǎn)量最高[9]。本研究發(fā)現(xiàn)，表現(xiàn)種子產(chǎn)量和實(shí)際種子產(chǎn)量隨著播種量的增加均呈先增大后減小趨勢，且在S4處理下達(dá)到最大，分別為5 993.39 和630.68 kg·hm-2，與李擁軍和閔繼淳[10]的研究結(jié)果相似，與馬克成和王秉龍[7]研究結(jié)果有差異，原因可能是不同區(qū)域水熱、氣候等條件存在差異，不同區(qū)域適宜播種量也不同，適宜播種量可以充分利用光、熱、水、肥等環(huán)境資源，利于調(diào)節(jié)植株產(chǎn)量等構(gòu)成因素，提高種子產(chǎn)量。當(dāng)播種量過大，種植密度增加，植物群體擴(kuò)增，株間對生長空間、環(huán)境等資源競爭激烈，導(dǎo)致資源分配不均，落花、落莢嚴(yán)重，結(jié)莢率低，種子產(chǎn)量下降；反之，密度過疏，植株間競爭變?nèi)?，群體光合效率降低，造成光照等資源的浪費(fèi)，單位面積的有效花序數(shù)和莢果數(shù)量少，最終會(huì)影響種子產(chǎn)量降低[19-20]。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對紫花苜蓿種子產(chǎn)量與其構(gòu)成因素的相關(guān)性進(jìn)行了大量研究，例如，王敬龍等[21]研究證明了有效分枝數(shù)與其他種子產(chǎn)量構(gòu)成因素負(fù)相關(guān)，花序數(shù)對種子產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大，結(jié)莢數(shù)次之。但孟季蒙等[22]研究表明分枝數(shù)、小花數(shù)和結(jié)莢數(shù)與種子產(chǎn)量均正相關(guān)。而余玲等[23]研究發(fā)現(xiàn)種子構(gòu)成因素的相關(guān)性強(qiáng)弱順序依次為單位面積生殖枝數(shù) ＞ 每花序結(jié)莢數(shù) ＞ 每莢種子數(shù)。李世雄等[20]也研究得出種子產(chǎn)量與每生殖枝花序數(shù)、每花序小花數(shù)、每莢種子數(shù)均有不同程度正相關(guān)。還有學(xué)者研究表明每生殖枝花序數(shù)與種子產(chǎn)量正相關(guān)[24-25]。本研究發(fā)現(xiàn)，每生殖枝花序數(shù)與每花序小花數(shù)、表現(xiàn)種子產(chǎn)量和實(shí)際種子產(chǎn)量間均極顯著正相關(guān)，每花序結(jié)莢數(shù)與千粒重、表現(xiàn)種子產(chǎn)量和實(shí)際種子產(chǎn)量間均極顯著正相關(guān)，與前人研究結(jié)果相似，說明當(dāng)產(chǎn)量構(gòu)成因素達(dá)到最佳的生物量分配比例時(shí)，種子產(chǎn)量才會(huì)達(dá)到最高。而這一分配比例因栽培條件、管理方式以及氣候條件而異[26]。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明，株高在播種量為1.8 kg·hm-2時(shí)最高。單位面積生殖枝數(shù)、每生殖枝花序數(shù)、每花序結(jié)莢數(shù)、每莢種子數(shù)、千粒重、表現(xiàn)種子產(chǎn)量和實(shí)際種子產(chǎn)量在播種量為3.0 kg·hm-2時(shí)最高。對各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)取其平均值，主成分分析顯示，紫花苜蓿播種量在3.0 kg·hm-2時(shí)種子產(chǎn)量最高，是該地區(qū)紫花苜蓿種子田最佳播種量配置。