長江下游農區水稻套播多花黑麥草播種時間的研究

唐海洋， 馮 濤， 李政杰， 沈益新

(南京農業大學草業學院，江蘇 南京 210095)

多花黑麥草(LoliummultiflorumL.)是我國南方農區種植面積最大的優質牧草，常與水稻等作物接茬復種[1]。近年來，長江下游農區的水稻收割時間常推遲至10月下旬到11月上中旬[2]。由于晚秋氣溫較低，小苗生長緩慢，待水稻收獲后播種的多花黑麥草在入冬前小苗生長時間有限，容易導致小苗越冬率低，造成次年返青遲，大幅降低飼草產量[3-5]。如果在水稻收獲之前套播多花黑麥草，則可延長冬前小苗的生長時間，有利于及時形成壯苗[6,7]。但水稻收割前的強烈遮蔭環境對多花黑麥草小苗的生長具有重要的影響[8]。套播于水稻田中的多花黑麥草能否適應強烈及長時間的遮蔭脅迫，以及水稻收獲后多花黑麥草小苗能否恢復生長的相關研究尚未見報道。為探究多花黑麥草小苗對弱光照的適應性，并為長江下游農區水稻套播多花黑麥草栽培技術提供實驗依據，本研究通過盆栽試驗和稻田實地試驗，研究了不同遮蔭強度和遮蔭時間條件下以及遮蔭脅迫解除后多花黑麥草小苗的生長響應；以及不同套播時間對多花黑麥草生產性能的影響。

1 材料與方法

供試多花黑麥草品種為四倍體普通品種(由河南世紀天緣生態科技有限公司提供),研究由盆栽模擬試驗與稻田套播小區試驗兩部分組成。

盆栽試驗在南京市南京農業大學內進行。試驗用土壤為沙和農田表土混合物，沙:干土質量比為1:2。試驗土壤有機質含量28.3 g·kg-1，速效磷5.12 mg·kg-1，速效鉀51.27 mg·kg-1。

田間試驗在江蘇省興化市進行。試驗田水稻品種為南梗9108，水稻行株距30.0 cm×12.5 cm。2015年10月8日和10月18日采用TES-1339照度計實測水稻基部光照強度為全光照的45.6%。水稻田土壤有機質18.64 g·kg-1，堿解氮127.16 mg·kg-1，有效磷53.53 mg·kg-1，速效鉀77.25 mg·kg-1。

1.1 試驗設計與處理

盆栽試驗采用裂區設計。主區設3個播種(遮蔭)時間處理，分別于10月7日(D1)、10月17日(D2)和10月27日(D3)播種，并開始遮蔭。裂區設不同強度的遮蔭處理，分別為全光照的47.5%(L1)、全光照的30.6%(L2)和全光照的10.7%(L3)；以全光照(L0)為對照。每個處理6次重復。

遮光處理采用黑色遮陽網搭建遮蔭棚進行，遮蔭棚規格為3 m×3 m×1.5 m，遮陽網邊緣距地面30 cm，以保持棚內外溫濕度一致。各處理都于2015年11月3日解除遮蔭。遮蔭處理時間分別為27 d(D1)、17 d(D2)和7 d(D3)。解除脅迫當天及以后每7 d，即11月3日、10日、17日和24日,各處理采樣測定相關生長和生理性狀。

田間試驗采用單因素試驗設計，設3個播種期，分別為10月8日(SD1)、10月18日(SD2)和11月2日(SD3，即水稻收割當天)。2015年10月8日和18日分別在水稻生長后期套播多花黑麥草。11月2日在水稻收割后板茬播種多花黑麥草。播種量均為30 kg·hm-2。隨機區組設計，小區面積為3 m×4 m，3次重復。2016年3月10日，各小區施尿素(含N 46.2%)300 kg·hm-2，4月8日，每個小區隨機0.5 m×0.5 m樣方5個，留茬3 cm刈割測定各小區飼草干物質產量。5月18日，以相同的測定方法刈割,測定第二茬飼草干物質產量。

1.2 測定項目及方法

1.2.1農藝性狀

a.盆栽試驗

株高：每盆選取生長均勻的植株5株測定拉伸高度，取平均值為每盆觀測值。

干物質產量：每盆選取生長均勻的植株5株，剪取地上部分鮮草稱重后于通風干燥箱中105℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重稱重，計算干物質產量。

分蘗數：每盆選取具有代表性的植株5株，統計單株分蘗數。

絕對生長速率(CGR)：每周單株生物量的增長量；相對生長速率(RGR)：每周單株生物量的凈累積值[9]。計算公式如下：

CGR=(W2-W1)/(t2- t1)×7；

RGR=(lnW2-lnW1)/(t2- t1)×7

其中W1、W2分別表示t1(遮蔭解除時)和t2(遮蔭解除21 d)時刻的單株生物量。

b.田間試驗

株高：每樣方隨機選取生長均勻的植株5株，測定拉伸高度，取平均值為樣方觀測值。

干物質產量：每樣方留茬3 cm，剪取地上部分鮮草,稱重后于通風干燥箱中105℃殺青30 min， 65 ℃烘干至恒重稱重，計算干物質產量。

分蘗數：每樣方隨機選取代表性的植株5株測定單株分蘗數。

莖粗：每樣方隨機選取代表性的植株5株，用游標卡尺測定植株主莖直徑。

小苗越冬率：分別于越冬前(11月25日)及越冬后(2月21日)統計田間單位面積內植株數量，計算越冬率。

1.2.2生理性狀 a.葉綠素含量：丙酮乙醇比色法[10]分析測定各處理葉綠素含量。

b.過氧化物酶(POD)活性：采用愈創木酚顯色法[11]測定各處理葉片組織POD活性，以每分鐘內470 nm下的光密度(D470 nm)變化0.10為一個酶活性單位(U)。

c.丙二醛(MDA)含量：采用硫代巴比妥酸法[12]測定各處理葉片組織MDA含量。以μmol·g-1表示。

1.2.3營養物質積累量 粗蛋白(CP)產量：采用凱氏定氮法[13](FOSS Kjeltec 8400全自動凱氏定氮儀)測定飼草CP含量，并計算CP產量。

體外可消化干物質產量(DDMY)：胃蛋白酶-纖維素酶兩步法[14]測定植株地上部體外干物質消化率，并計算DDMY。

1.3 數據分析

盆栽試驗以各性狀每盆的平均值為觀測值進行方差分析。田間試驗以各性狀小區的平均值為觀測值進行方差分析。方差分析用SPSS 20.0軟件ANOVA程序進行，并用Duncan法對各測定數據進行多重比較。差異顯著水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 播種時間對多花黑麥草生長的影響

2.1.1盆栽小苗生長 播種時間對小苗單株生物量及株高有顯著影響(表1)，隨著播種時間的推遲，小苗單株生物量和株高均顯著降低(P<0.05)。與不遮蔭處理(CK)相比，同一播種時間的小苗，隨著遮蔭強度的增強，單株生物量、分蘗數及株高均顯著降低(P<0.05)(表1)。其中L2和L3遮蔭脅迫下，各播種期的小苗均未產生新分蘗，表明中度和重度的遮蔭阻礙了植株的生長發育，對分蘗的發生和生長產生較大的影響。

表1 播種時間對多花黑麥草苗期農藝性狀的影響(盆栽試驗)Tab.1 Effects of sowing date on agronomic characters of Italian ryegrass (Pot experiment)

注：同列不同小寫字母表示同一播種時間下不同遮蔭強度間差異顯著，不同大寫字母表示同一遮蔭強度下不同播種時間處理間差異顯著(P<0.05);* 和** 分別表示差異顯著(P<0.05) 和極顯著(P<0.01)

Note: Different lowercase letters at the same column indicate significant difference among different shade treatments at the same sowing date and different capital letters indicate significant difference among different sowing date in the same shade treatment at the 0.05 level, * and ** indicate the significant difference at the 0.05 level and the 0.01 level

2.1.2田間試驗小苗生長及越冬率 由表2可知，越冬前多花黑麥草單株生物量、分蘗數、株高、莖粗及越冬存活率均隨播種時間的推遲而顯著降低(P<0.05)。10月8日播種，在水稻遮蔭下生長25 d的小苗分蘗數、株高、莖粗及越冬率均與10月18日播種，在水稻遮蔭下生長15 d的小苗差異不顯著；兩者均顯著高于11月2日水稻收獲后播種的小苗(P<0.05)。10月8日套播的小苗單株生物量顯著高于10月18日套播和水稻收獲后播種的小苗(P<0.05)。結果表明，水稻收割前25 d套播的多花黑麥草在冬前生長及小苗越冬率均明顯高于水稻收割后直播的小苗。

表2 播種時間對越冬前多花黑麥草農藝性狀及越冬率的影響Table 2 Effects of different sowing date on agronomic characters and overwintering survival rate of Italian ryegrass

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

Note: Values with different lower letters within the same column indicate significant difference at the 0.05 level, the same as bellow

2.2 遮蔭脅迫去除及水稻收獲后播種的小苗生長

2.2.1農藝性狀 盆栽模擬試驗中，遮蔭解除后，各前處理的小苗生物量、分蘗數及株高均正常生長。(圖1)。脅迫解除后的第21 d，前遮蔭處理的小苗生物量和分蘗數仍顯著低于對照(P<0.05)；L1和L2處理的株高與對照無顯著差異。脅迫解除后21 d內，各前遮蔭處理的小苗絕對生長速率雖顯著低于對照(P<0.05)，但L2和L3處理的小苗相對生長速率與對照差異不顯著，L1處理則顯著高于對照(P<0.05)(表3)。

圖1 遮蔭去除后多花黑麥草的生長(盆栽試驗)Fig.1 Effects of shade stress on growth of Italian ryegrass (Pot experiment)

2.2.2生理性狀 如圖2所示，遮蔭處理結束時，L2和L3遮蔭處理的小苗葉片POD活性均顯著低于對照(P<0.05)，L1與對照差異不顯著；各處理的MDA含量則顯著高于對照(P<0.05)，且隨著遮蔭強度的增大而增加。葉綠素含量表現為L1>L2>L0>L3，差異顯著(P<0.05)。

圖2 遮蔭脅迫對多花黑麥草生理性狀的影響(盆栽試驗)Fig.2 Effects of shade stress on physiological characters of Italian ryegrass (Pot experiment)

解除遮蔭脅迫后，各前遮蔭處理植株的POD活性顯著升高(P<0.05)；MDA含量則顯著降低(P<0.05)。葉綠素含量有向對照靠攏的趨勢。脅迫解除后第14 d，L1和L2處理POD活性、MDA含量與對照差異不顯著。脅迫解除后第21 d，各前遮蔭處理的植株葉片POD活性、MDA及葉綠素含量與對照均無顯著差異。結果表明，盡管遮蔭脅迫下植株受到了一定的生理傷害，但在脅迫解除后植株均可恢復。其恢復時間與前遮蔭脅迫強度有關。在全光照10.7%的強烈遮蔭處理下小苗依然能夠生長，說明多花黑麥草小苗對遮蔭脅迫的承受能力較強。此外，在全光照47.5%和30.6%兩個強度遮蔭處理解除后，小苗各項生理指標能夠在7～14 d恢復至對照水平。

2.3 播種時間對干物質及營養物質產量的影響

2.3.1產量 田間套播試驗中，隨著播種時間的推遲，次年第一茬和第二茬飼草干物質產量、粗蛋白質產量、體外可消化干物質產量均呈顯著下降的趨勢(P<0.05)(表4)。除第二茬的體外可消化干物質產量和粗蛋白產量外，10月8日套播的兩茬飼草干物質產量及營養物質產量均顯著高于10月18日套播和11月2日水稻收獲后播種處理(P<0.05)。結果說明，較早套播能夠獲得較高的干物質產量及營養物質產量。

表3 遮蔭去除后多花黑麥草的生長速率Tab.3 Growth rate of Italian ryegrass after shade stress

表4 不同播種時間對多花黑麥草干物質及營養物質產量的影響Tab.4 Effects of different sowing date on DMY and nutrient quality yield of Italian ryegrass

2.3.2干物質產量、營養物質產量與越冬前農藝性狀的相關性 由表5可知，多花黑麥草干物質及粗蛋白含量與越冬前植株株高、分蘗數、莖粗及單株生物量均呈極顯著正相關關系(P<0.01)，體外可消化干物質產量與株高呈顯著正相關關系(P<0.05)，與分蘗數、莖粗及單株生物量呈極顯著正相關關系(P<0.01)。相關性分析表明，多花黑麥草冬前生長的優劣與次年飼草的干物質及營養物質產量有密切的關系。

注：*和**分別表示顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)相關

Note：*and**indicete significant correlation at the 0.05 level and the 0.01 level

3 討論與結論

在水稻生長后期套播多花黑麥草，首先要解決的問題是其小苗能否在水稻基部強烈的遮蔭條件下生存和生長。長江下游農區水稻高產栽培的行株距一般為30.0 cm×13.3 cm[15]。本試驗中，田間實地調查的水稻栽植行株距為30.0 cm×12.5 cm，且在該株行距下水稻生育后期的地表光照強度為全光照的45.6%(變化幅度為40.4%～52.1%)。這一光照強度與本研究中盆栽試驗的L1處理相當，并高于L2處理。本研究結果表明，多花黑麥草小苗能夠在全光照30.6%的弱光條件下生存，但遮蔭處理明顯抑制了小苗分蘗的發生及生物量的累積，導致其生長緩慢。此外，遮蔭脅迫還降低了小苗葉片過氧化物酶活性，并使細胞膜系統受到一定程度損傷,MDA含量升高。但遮蔭條件下小苗的葉綠素含量顯著升高。弱光環境下，植物葉片葉綠素含量的升高是適應弱光脅迫的標志之一[16]。試驗結果說明，多花黑麥草小苗具備適應弱光照環境的能力，能夠在全光照30.6%(L2)以上的弱光條件下生存并緩慢生長。因此，可以利用多花黑麥草小苗生長適應弱光照的能力在水稻生育后期將其種子套播入稻田。

在強烈遮蔭條件下，多花黑麥草植株的生長發育普遍比較軟弱。在遮蔭條件去除后，小苗能否正常生長是作物能否進行套播的另一重要因素[17]。本試驗結果表明，在去除遮蔭后，小苗的絕對生長速率雖仍小于對照，但其相對生長速率與對照無顯著差異，甚至高于對照。在生理性狀上，去除遮蔭7～14 d后，L1和L2處理的POD酶活性和MDA含量與對照差異不顯著。說明遮蔭條件下生長受到抑制、生理受到損傷的小苗在解除遮蔭后具有較強的生理修復能力，其生長能夠在短期內逐漸恢復到正常狀態。

長江下游農區常年在11月下旬到12月上旬入冬[18]。冬前能否形成壯苗、大苗對作物越冬和次年高產有重要作用[19-20]。本試驗結果表明，在水稻生長后期將多花黑麥草種子套播于水稻田中，可使牧草提前至10月上旬播種，能夠有效延長小苗生長時間25 d左右。雖然水稻收獲前強烈的遮蔭脅迫使多花黑麥草小苗的生長受到一定的抑制，但早期套播的小苗個體冬前要顯著大于水稻收獲后再播種的小苗，且套播小苗的越冬死亡率也顯著低于水稻收獲后播種的小苗。因此，提前套播能顯著提高次年的飼草產量。

綜上所述，在全光照30.6%以上的弱光條件下，多花黑麥草小苗可緩慢生長，并可在遮蔭條件去除7～14 d后恢復正常生長。水稻收割前25 d左右套播多花黑麥草有利于其在冬前長成較大的苗，從而提高多花黑麥草苗越冬率和次年飼草產量。