河北地區22個紫花苜蓿品種的生產性能比較研究

呂會剛， 康俊梅， 龍瑞才， 楊青川， 孫 彥， 張鐵軍*

(1. 中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所， 北京 100193； 2. 中國農業大學， 北京 100193)

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)號稱“牧草之王”，是世界上最廣泛種植的多年生優質豆科牧草之一，在我國已有二千多年的栽培歷史[1]。苜蓿產草量高，富含蛋白質，適口性好，生物固氮能力強，同時又兼具廣泛的適應性與穩定的生產力，已成為促進糧改飼、草牧業高效發展、提高農牧民收入的優質牧草之一。近年來，在國家扶持政策和市場需求的拉動下，我國商品苜蓿草規?；N植面積迅速增加。據全國畜牧總站中國草業統計顯示，截止到2016年底，全國紫花苜蓿年末保留面積437.47 萬hm2，其中河北省苜蓿保留面積13.82 萬hm2，占全國苜蓿保留面積的3.16%[2]。現階段苜蓿已經發展成為推進草品產業化和草牧業發展，落實2015、2016、2017年中央一號文件，實施三元種植結構調整、草田輪作、草畜一體化和生態保護的首選栽培牧草[3]，在農牧業生產和生態文明社會建設中發揮著越來越重要的作用。

根據聯合國糧食與農業組織(FAO)和發達國家的科學評估，在影響農業生產眾多因素中，品種貢獻率超過30%，美國2004-2015年共登記的苜蓿品種達733個，而我國育成品種數量少，從1987-2017年，登記的苜蓿品種92個，其中育成品種僅有44個，遠遠不能滿足生產的需要[4]。我國苜蓿品種主要為秋眠類型和極秋眠類型，秋眠級為1～3級，個別品種屬于半秋眠類型，沒有非秋眠類型[5]。為滿足國內苜蓿種植面積迅速增加對不同秋眠類型品種的需求，近幾年大量從國外進口極秋眠、秋眠、半秋眠和非秋眠類型苜蓿種子。據統計，2013、2014、2015年我國苜蓿種子進口量分別為1 881 t、2 462 t、2 306 t，整體呈現上升趨勢。雖然這些引進品種暫時緩解了苜蓿種子短缺的困局，豐富了我國的紫花苜蓿品種市場，但因缺乏系統的研究評價，盲目引種已經給農民和相關企業造成諸多損失。引進新品種以及對新品種的適應性評價是推動苜蓿產業發展的重要途徑，我國已在多個苜蓿栽培區域對苜蓿新品種進行適應性評價研究[6-15]。丁旺等[6]對16個苜蓿品種進行連續9年的品比試驗，認為在北京地區苜蓿的最佳利用年限為6年左右，‘維多利亞’、‘馴鹿’、‘CW787’和‘皇冠’的累計產草量高于其他品種。謝楠等[7]對29個苜蓿品種生產性能評價，篩選出適宜在滄州地區種植的首選品種是‘中苜1號’、‘中苜2號’、‘中苜3號’。羅向光等[8]對20個苜蓿品種在河北地區進行適應性評價，‘中苜3號’、‘TG4’、‘甘農3號’和‘中苜1號’全年干草產量顯著高于其他品種。趙海明等[9]在雨養條件下對22個紫花苜蓿品種進行了8年比較試驗，認為‘保定’和‘中苜1號’苜蓿更適合海河平原區種植。研究表明，在我國華北地區適合種植秋眠型和半秋眠型苜蓿品種[16-20]。隨著國內新審定苜蓿品種的推廣和引進苜蓿品種的大量推廣應用，需要持續開展苜蓿品種的研究評價。本研究以華北地區沙地土壤類型的河北涿州為試驗點，在雨養條件下對國內外22個紫花苜蓿品種的產量性能進行了連續4年的田間評價測定，以期為河北地區沙地苜蓿品種的選擇提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2013-2016年在中國農業大學涿州教學實驗場的牧草試驗基地內進行。該基地位于河北省涿州市城西10 km的東城坊鎮，東經115°51′，北緯39°28′，海拔43 m。屬暖溫帶半濕潤季風區，大陸性季風氣候特點顯著，溫差變化大，四季分明。2013-2016年平均氣溫分別為11.6℃、12.3℃、13.6℃、11.2℃，年降水量分別為 450 mm、460 mm、490 mm、480 mm，主要集中在7月和8月。土質為砂壤土，耕層(0～30 cm)土壤主要理化性質：pH值7.8，有機質1.5%，全氮11.0 g·kg-1，速效磷 16.2 mg·kg-1，速效鉀 70.3 mg·kg-1。為河北省中部沙地農區的典型區域。前茬作物為玉米。

1.2 試驗材料

引進國內外紫花苜蓿品種共22個，以黃淮海地區的重要品種‘中苜1號’(MedicagosativaL. ‘ Zhongmu No.1’)為對照，品種名稱和來源見表1。

1.3 試驗設計

采用單因素隨機區組設計，22個品種，重復3次，共66個小區，小區面積3 m×5 m，相鄰小區間隔60 cm。播種時間為2013年3月20日。播種方式為條播，行距30 cm，人工開溝。播種深度1～2 cm，播種量為15 kg·hm-2。試驗期間不澆水、不施肥，人工除雜草。在初花期進行刈割收獲，留茬高度5 cm。根據不同年份的具體情況確定刈割次數，其中建植當年2013年刈割3茬，2014年、2015年與2016年均刈割4茬，刈割收獲時間見表2。

表1 供試品種名稱及來源Table 1 Origin of 22 alfalfa cultivars

表2 不同年份內的收獲時間Table 2 The dates of harvesting in four years

1.4 測定項目與方法

1.4.1產量測定 產草量測定在初花期，留茬高度為5 cm。以小區為單位測定鮮草產量。每個小區取鮮草約1 kg，自然風干至恒重時，稱量干重，計算鮮干比。綜合鮮草產量和鮮干比換算出單位面積干草產量。將每年各茬次產量相加，計算獲得各年份的年產量。年均產量為4年總產量的均值。

1.4.2株高測定 刈割前，每個小區隨機測量10株，將植株拉直后從地面至植株頂部的絕對長度，記為植株高度。年株高為每年各茬次株高之和。

1.5 數據分析

用EXCLE軟件進行數據整理和作圖。運用DPS 4.0軟件進行單因素、多因素方差分析、person相關分析、關聯度分析、品種的豐產性和穩定性評價[21]。利用1年多點(1點多年)分析程序進行處理，獲得試驗資料的方差分析結果，估算出品種效應、方差、變異度和回歸系數等參數，用以評價各品種的豐產性和穩定性，評價結果分為“很好”、“好”、“較好”、“一般”、“不好”和“較差”。如果品種的平均產量和效應值大，說明該品種豐產性好，反之豐產性差；如果方差和變異度小，說明品種穩定性好，反之穩定性差；如果回歸系數<1，說明該品種對環境反應遲鈍，在不同環境條件下，產量差異小，表示品種超平均穩定。如果回歸系數=1，表示品種具有平均穩定性。而回歸系數>1，說明該品種對環境反應敏感，在不同環境條件下，產量差異大，表示品種不穩定。

2 結果與分析

2.1 不同苜蓿品種的年產量比較

互作分析的結果表明(表3)，年份、品種、年份×品種的互作效應對產量都有到極顯著影響(P<0.01)。從圖1可看出，不同年份間的平均產量有顯著差異(P<0.05)，建植當年(2013年)由于僅能收獲3茬，22個苜蓿品種的平均年產量最低，建植第2年(2014年)的平均年產量最高，為15 659.7 kg·hm-2。隨著生長年限的延長，產量總體呈增加趨勢。

表3 苜蓿干草產量和年株高的方差分析表(F值)Table 3 Statistical probabilities of F tests foryears,cultivars,and their interactions on annualdry matter yield and annual plant height

注：*與**分別表示在0.05與0.01水平差異顯著，下同

Note：*與**indicate significant diffence at the 0.05 and 0.01 level,the same as below

圖1 各年干草產量比較分析Fig.1 Annual hay yield of different years

2.2 不同品種干草產量的比較

綜合互作分析(表3)和方差分析(表4)結果顯示，不同品種的年干草產量與對照的對比關系隨著生長年份的延長而發生變化。建植當年(2013年)，產量高于對照的是‘SR4030’、‘SK3010’、‘WL363HQ’、‘MF4020’、‘巨能7’、‘中苜5號’和‘Dormancy6’等7個品種，2014年和2016產量高于對照的品種分是‘中苜5號’和‘巨能551’、‘中苜5號’和‘SK3010’，與對照產量差異不顯著。2013-2016年，年產量最低的品種分別是‘WL168HQ’、‘斯貝德’、‘WL168HQ’和‘WL903HQ’，較對照分別降低29.9%、54.0%、29.3%和32.1%。不同品種年際變化也不相同，播種當年由于僅能刈割3茬，產量最低?！熊?號’和‘中苜1號’等8個品種的第2年干草產量最高，‘WL903HQ’的第3年產量最高，而‘SK3010’和‘BR4010’等13個品種的第4年產量最高?！熊?號’的4年總干草產量高于對照品種‘中苜1號’，‘SR4030’、‘巨能551’、‘BR4010’、‘MF4020’、‘SK3010’、‘WL363HQ’等品種總產量低于對照，與對照差異不顯著。品種‘斯貝德’總干草產量最低為43 830.6 kg·hm-2，較對照降低31.5%。

表4 22個苜蓿品種各年干草產量比較Table 4 Annual yield of 22 cultivars of alfalfa in four years/kg·hm-2

注：同列數值后不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

Note：Different letters in the same colunmn show significant differences at the 0.05 level,the same as below

2.3 不同品種豐產性和產量穩定性分析

表5的分析表明，‘中苜1號’平均產量(15 987.0 kg·hm-2)和效應值高(1 987.3)，居22個參試品種的第2位，豐產性好，變異度較高(7.62)，回歸系數大(1.39)，對環境反應較敏感，在不同年份環境條件下，產量差異較大，穩定性較好，能較好地適應各個年份環境條件，綜合評價結果為“很好”；‘WL903HQ’平均產量(12 315.8 kg·hm-2)和效應值較低(-1 683.9)，豐產性差，變異度高(12.92)，回歸系數小(0.66)，對環境反應較遲鈍，在不同年份環境條件下，產量差異小，穩定性好，僅能較好地適應2個年份環境條件，綜合評價結果為“較差”。秋眠性1～2級和8～9級的6個品種中，除‘巨人201+Z’綜合評價結果為“較好”外，其余5個品種都是“不好”或“一般”或“較差”；秋眠性2.5～6級的16個品種中，除‘巨能551’綜合評價結果是“一般”外，其余15個品種都為“很好”或“好”或“較好”。可見，秋眠性2.5～6級的秋眠型和半秋眠型品種的豐產性和產量穩定性綜合評價較高，具有潛在的推廣價值，適宜在河北地區推廣應用。

表5 品種豐產性及其穩定性分析Table 5 Yielding ability and stability of alfalfa cultivars

注：E1、E2、E3、E4分別指收獲的第1至第4年

Note：E1～E4 indicate the first,second,third,and fourth harvest year

2.4 各茬次產量的比較

表6的分析表明，2014-2016年不同品種的不同茬次平均干草產量差異顯著(P<0.05)，第1茬產量最高，隨著茬次的增加，產量呈下降趨勢，各茬次間產量差異顯著(P<0.05)。所有品種的第1茬產量所占的百分比平均為42.6%，顯著高于第2～4茬，第4茬產量所占的百分比最低，平均為11.1%?！熊?號’第1茬平均產量最高，為8 101.9 kg·hm-2，與‘中苜1號’(對照)沒有顯著性差異，但‘中苜5號’和‘中苜1號’的第1茬平均產量與其他20個品種差異顯著(P<0.05)。隨著刈割茬次的增加，不同品種間產量的差異在逐漸減小?？梢?，‘中苜5號’的高產主要得益于第1茬的產量較高。

2.5 各茬次產量與年產量的相關分析與關聯度分析

表7的分析表明，2013-2016年第1茬產量與年產量均呈極顯著的正相關關系(P<0.01)。綜合4年各茬次產量和總產量，各茬次產量與年產量之間均為極顯著的正相關，且第1茬的相關系數最高為0.96。關聯度分析結果表明，2013-2016年各茬次與年產量之間的關聯度最高的是第1茬，第1～4茬與年產量的關聯度總體上呈下降趨勢。綜合4年平均產量，建植當年(2013年)產量與總產量的關聯度最低。

表6 22個苜蓿品種不同茬次3年平均干草產量比較Table 6 Comparison of average yields of 22 alfalfa cultivars in the different harvests in 3 years/kg·hm-2

表7 各茬次產量與年產量的相關分析和關聯度系數Table 7 Correlation analysis and path analysis for the yield of each harvest

2.6 不同品種的株高比較

表3互作分析結果表明，年份、品種、年份×品種的互作效應對株高都有極顯著影響(P<0.01)。從表8可以看出各品種年株高變化趨勢，播種當年(2013年)各品種的年株高最低，隨生長年限的延長，各品種的年株高整體呈增加趨勢。2013-2016年，年株高最高的品種分別是‘WL903HQ’、‘WL363HQ’、‘WL525HQ’和‘WL903HQ’。4年平均株高排名前3位的品種是‘WL903HQ’、‘WL363HQ’和‘WL525HQ’，‘斯貝德’4年平均株高最低。

表8 22個苜蓿品種不同年份的年株高Table 8 The annual plant height of 22 cultivars in different years/cm

2.7 供試苜蓿品種的分類

將各苜蓿品種的秋眠級、各年度株高和干草產量作為分析變量，對22個苜蓿品種進行離差平方和聚類分析，結果表明(圖2)，在組間最大距離為2.5時，可將22個品種明顯分為3類：第1類包含品種‘WL903HQ’和‘WL525HQ’，為秋眠性>8級的非秋眠型品種，植株高度較高、干草產量低；第2類包含‘中苜5號’、‘SR4030’、‘BR4010’、‘中苜1號’和‘巨能551’等14個品種，除‘SK3010’外都是秋眠性3～6級的秋眠型和半等秋眠型品種，植株高度中等、干草產量較高；第3類包含‘斯貝德’、‘巨能6’、‘WL319HQ’、‘巨人201+Z’、‘WL168HQ’和‘馴鹿’6個品種，除‘巨能6’外都是秋眠性<3級的極秋眠型和秋眠型品種，植株高度較矮、干草產量較低。可見，秋眠性3～6級的秋眠型和半秋眠型品種產量較高，具有潛在的推廣價值，適宜在河北地區推廣應用。

圖2 22個苜蓿品種離差平方和聚類分析Fig.2 Minimum variance cluster analysis of 22 alfalfa cultivars

3 討論

根據我國現有登記的苜蓿品種情況，針對當地生態環境引進品種是當前苜蓿生產的有效途徑[1,22]。河北地區是我國北方苜蓿種植區之一，由于當地種植品種老化，需要引進新品種豐富河北地區的苜蓿資源。針對本地區生態條件和栽培技術，引進的品種應當選秋眠型和半秋眠型的高產、抗寒、抗旱、耐鹽堿的品種，同時兼顧營養品質，本研究選用的苜蓿品種兼顧上述要求，選擇高產、穩產品種是本項研究的一個重點。

3.1 不同紫花苜蓿品種產量的比較

紫花苜蓿的干草產量是衡量其生產性能和經濟性能的重要指標之一[23]，受到株高、分枝數、單株重、側枝數、干鮮比等多因子的影響，不同品種的產草量可以反映不同品種的株型結構、空間生產結構及其生產性能[11]。關于苜蓿品種產量的年際變化和利用年限存在一些爭議，大多數研究表明苜蓿第2年草產量最高[9-10,12]。但也有研究表明，苜蓿的高產期在第3和第4年[24-25]。這與本研究結果相似，各品種第1年產量均是最低，‘中苜5號’和‘中苜1號’等8個品種的第2年產量最高，‘WL903HQ’的第3年產量最高，而‘SK3010’和‘BR4010’等13個品種的第4年產量最高。對于苜蓿品種產量的年際變化，伏兵哲等[12]認為這主要是由苜蓿品種自身的遺傳特性決定的，不同的苜蓿種質材料高產期存在一定的差異。一般認為苜蓿最佳利用年限為5～6年[24]。趙海明等[9]認為評價苜蓿品種的生產性能3年即可，合理的生產利用年限以3～5年為宜。本試驗中，建植當年由于僅能收獲3茬，產量最低，而隨著生長年限的延長，產量總體呈增加趨勢。由此可見，河北地區苜蓿適宜的利用年限在4年以上，這與上述結果[24,9]是一致的。在本試驗中，不同品種與對照年產量的對比關系隨建植年份的推移也發生變化。建植當年(2013年)，‘SR4030’、‘SK3010’、‘WL363HQ’、‘MF4020’、‘巨能7’、‘中苜5號’和‘Dormancy6’等7個品種產量高于對照，而從第2年至第4年，‘中苜5號’的年產量始終處于第1或第2位，4年累計干草產量也是如此。由此可見，必須通過多年的田間試驗才能客觀、科學的評價苜蓿品種在某個地區的生產性能和適應性。

3.2 紫花苜蓿品種各茬次產量分析

紫花苜蓿第1茬草的產量明顯高于后茬，對全年產草量的貢獻最大，隨刈割時間的推移，各茬的產草量呈明顯下降趨勢[26]。王成章等[27]和魯偉華等[28]認為第1茬產量高是因為上年有充足時間的根部養分積累，加之從3月至5月中旬兩個月較長的生長期，溫度、光照等氣候條件適宜苜蓿生長。在河北地區，從5月到6月第2茬苜蓿生長期間，光熱條件較好，但根部積累的養分在短時間內得不到足夠的恢復，且僅30～35天就進入初花期，生長期短是產量低于第1茬的主要原因。第3茬和第4茬的產量下降和7、8月份的炎夏高溫及秋季日照縮短有關。本試驗通過連續4年的產量測定表明，22個苜蓿品種的各茬產量之間差異顯著，第1茬產量最高，約占年總產量的40%以上，關聯度分析進一步表明，第1茬產量與年產量之間的關聯度最高，第4茬產量最低，占年產量的11%左右。該結果與在河北滄州[7]、深州[9]等地區開展的苜蓿品種評價試驗結果相似。可見，第1茬的產量的高低在很大程度上決定了該品種的年產量。在河北地區苜蓿生產過程中第1茬和第4茬可以制作苜蓿干草，而第2、3茬由于高溫、降雨導致收獲干草較困難，應以青貯利用為主。因此，在河北地區雨養條件下，搞好第1茬的管理對于苜蓿草產品生產尤為重要。

3.3 紫花苜蓿品種產量構成因素分析

株高是反映牧草生長狀況和評價其高產與否的主要指標之一[29-30]。George等[31]研究發現產量與株高、分枝數、節間數、葉片數顯著正相關，高產植株因植株個體高且有較大葉表面積導致光合作用較大。Rumbaugh[32]研究發現株高在稀植時對產量作用大且年度間株高度對產量影響較穩定。Davis等[33]的研究表明，株高決定產量的65%。對不同苜蓿品種農藝性狀與產草量相關性分析，株高與干草產量呈極顯著正相關關系，因此，生產實際中可將株高作為苜蓿生產性能的預測指標[34-35]。本研究中，22個苜蓿品種的年株高變化較大，不同年份之間存在明顯差異，播種當年各品種的年株高最低，隨建植年限的增加，各品種的株高呈增加趨勢。這與康俊梅等[36]研究結果一致。另一方面，本試驗中品種‘WL903HQ’4年平均株高最高，但其4年平均干草產量卻排在第20位?？梢姡鶕贩N株高只能粗略評價苜蓿品種的生產性能。

3.4 紫花苜蓿秋眠性對干物質產量的影響

紫花苜蓿的秋眠性是指其在秋季因太陽光照時間由長變短和氣溫下降時的一種特有的適應性生長特性，這種特性能導致紫花苜蓿地上形態和生物產量發生變化，與苜蓿的抗寒力大小和生產性能相關[37-38]。1991年Barnes等[39]依據苜蓿在短日照條件下的秋眠反應，將苜蓿品種劃分為9個等級，1998年Teuber等[40]在原有的9個等級的基礎上采用相同的測定方法將苜蓿品種的秋眠等級劃分為11個等級5大類型，其中1級為極秋眠型，2,3級為秋眠型，4,5,6級為半等秋眠型，7,8級為非秋眠型，9,10,11級為極非秋眠型。盧欣石[4]、方姍姍[41]等的研究認為我國苜蓿本土品種總體上屬于秋眠和極秋眠類型。國外生產實際中普遍將苜蓿秋眠級作為品種選擇的首要指標[42]。非秋眠型品種秋季刈割后再生速度快，產生高的直立莖，春季恢復生長早；秋眠型品種再生速度慢，植株匍匐生長，春季回復生長遲[5]。馮長松等[43]研究表明，在春夏季不同秋眠型品種莖葉再生和株高差異不顯著，秋季再生高度是秋眠性強的苜蓿品種低。趙祥等[44]認為秋眠級越低植株再生高度越低，莖節數越少，產量越低。王成章等[27]指出，秋眠型和半秋眠型苜蓿的干物質產量高于非秋眠型苜蓿。但也有研究表明，在中國北方地區和溫帶地區，苜蓿秋眠性對苜蓿產量沒有影響[45]。本試驗中，苜蓿秋眠性小于3級和大于8級的品種產量顯著低于秋眠性3～6級的秋眠型和半秋眠型品種，這與前人[44-45]研究結果一致。如果以干物質產量來評定，河北地區雨養條件下應推廣秋眠型和半秋眠型苜蓿品種。其原因可能與河北地區的冬春較寒冷，有利于秋眠和半秋眠苜蓿的生長發育，至于同一秋眠級內不同苜蓿產量有差異是品種本身豐產性能不同所致。

4 結論

綜合4年試驗結果，供試的22個苜蓿品種，秋眠性3～6級的秋眠型和半秋眠型品種豐產性和產量穩定性綜合評價較高。‘中苜5號’、‘中苜1號’、‘SR4030’、‘巨能551’、‘BR4010’、‘MF4020’、‘SK3010’和‘WL363HQ’產草量高，具有潛在的推廣價值，適宜在河北地區大面積推廣應用。