株行配比對滴灌苜蓿種子產量及其產量構成因子的影響

沙栢平， 李 雪， 謝應忠， 彭文棟， 高雪芹， 蔡 偉， 伏兵哲*

(1.寧夏大學農學院， 寧夏 銀川 750021； 2. 鹽池縣農牧科學研究所， 寧夏 吳忠 751500)

紫花苜蓿(Medicagosativa)號稱“牧草之王”，其蛋白質含量高、適口性好，是一種優質飼草，在我國已有2000多年的種植歷史[1]。近幾年，隨著國家振興奶業計劃的實施和農業結構的不斷優化調整，我國苜蓿種植面積逐年擴大，苜蓿產量和質量顯著提升。據統計2015年年底全國苜蓿保留面積472萬公頃，干草產量3 217萬噸，其中商品苜蓿種植面積43萬公頃，比2010年增加22萬公頃。大面積的商品苜蓿種植，必然需要大量的優質苜蓿種子，但由于我國苜蓿種子缺乏系統的理論指導和先進的生產技術，導致我國苜蓿種子產量低、質量差，國產苜蓿種子的供應已遠遠不能滿足苜蓿產業規模發展的需求。

寧夏位于我國西北地區，黃河中上游，屬于典型的大陸性氣候，四季分明，尤其中部干旱帶常年干旱少雨，日照充足，年太陽輻射量達到586.2～607.1 KJ·cm-2，年日照時數>3 000 h，無霜期150～195 d，年平均降雨量 180～300 mm，農業生產條件優越，種子增產潛力巨大，是苜蓿種子生產的黃金區域[2]。但長期以來不適宜的種植方式和粗放的栽管措施，在苜蓿種子生產方面未能充分發揮該區域的光熱資源優勢。因此，在寧夏中部干旱帶開展地下滴灌條件下苜蓿種子生產技術研究，對提高我國苜蓿種子生產水平以及苜蓿產業發展具有重要意義。

在苜蓿種子生產過程中，密度是制約種子田是否高產的關鍵因素之一，適宜的種植密度和合理的株行配比能發揮植株的生產潛力，提高對土壤養分、水分和光能的利用率，有利于苜蓿種子高產[3]。當種植密度過低時，單位面積的種子產量較低，不利于對光能和土地資源的充分利用。但當密度過高時，不僅會導致開花期滯后、容易倒伏和干擾昆蟲授粉[4]，同時會影響苜蓿在生殖階段對氮素的吸收利用[5-8]。王顯國等[9]在研究紫花苜蓿株行距對種子產量的影響中發現，行株距為60 cm×15 cm時種子產量最高，100 cm×60 cm處理產量最低；隨株行距的增加枝條密度顯著降低，但每枝條結莢花序數和每花序莢果數顯著提高。Askarian等[10]認為，苜蓿建植第一年，行距15 cm時種子產量顯著低于30 cm，45 cm，60 cm的處理；建植第二年，行距對苜蓿產量影響不顯著。Zhang等[11]認為，苜蓿種植第一年行株距為60 cm×15 cm處理種子產量最高；種植第三年和第四年行株距為80cm×30 cm的種子產量最高，花序數和每莢種子數顯著增加，此外還能降低倒伏的風險。目前雖然有關苜蓿種植密度的研究報道較多，大都基于大水漫灌或噴灌條件下進行的研究，而在滴灌條件下苜蓿種子生產種植密度及株行距配比的研究相對較少。本研究在寧夏中部干旱帶開展滴灌條件下不同種植密度和株行距配比對苜蓿種子產量和產量構成因素的影響，確定滴灌條件下苜蓿種子生產最適宜的種植密度和最優的株行距配比，旨在為我國西北半干旱地區滴灌條件下苜蓿種子生產提供理論和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在寧夏大學鹽池縣四墩子科研基地進行。該基地位于寧夏回族自治區東部(107°17' E、37°46' N)，海拔1 436 m，年平均氣溫7.7℃，極端最高氣溫39.3℃，極端最低氣溫—28.9 ℃，≥10℃的年積溫為2 950℃，無霜期162 d，年均日照時數2 876 h，年均降水量289 mm，主要集中在6—9月，年蒸發量2 690 mm，屬于典型的中溫帶大陸性氣候[12-13]。2017年4—9月份試驗地的氣象數據見表1。

表1 2017年生長季(4—9月)試驗區氣象數據Table 1 Meteorological data of the test area for the growth season in 2017 (April—September)

試驗地土壤為黃綿土，其養分狀況見表2。灌水采用“少量多次”的灌水原則，分3次灌入，分別在返青期、初花期和結莢期進行灌水，外加1次凍水，總計灌水1 350 m3·hm-1。選用磷肥和鉀肥作為試驗肥料，施入P2O5和K2O的量分別為90 kg·hm-2、120 kg·hm-2，分2次施入，在返青期和初花期灌水時將肥料溶于水中，隨地下滴灌系統灌入，每次施肥量占總施肥量的50%。

1.2 試驗設計

本試驗以甘農4號苜蓿品種為試驗材料，采用裂區設計，設置行距 60 cm(H1)，80 cm(H2)和100 cm(H3)為主區；株距15 cm(Z1)，25 cm(Z2)和35 cm(Z3)為副區，即H1Z1，H1Z2，H1Z3，H2Z1，H2Z2，H2Z3，H3Z1，H3Z2，H3Z3共9個處理(見表3)，每個處理3次重復，共計27個小區，小區面積為30 m2(5 m×6 m)，小區間間隔1 m，試驗地周圍設置1 m的保護行。試驗是在地下滴灌條件下進行，滴灌帶按種植行距鋪設于每行地下20 cm處，2016年3—4月在溫室通過育苗盤進行育苗，待幼苗10 cm高時嚴格按照株行距比例進行移栽，并進行正常的大田管理。2017年開始測定各項指標。

表2 土壤養分狀況統計表Table 2 Statistical tables of soil nutrient status

表3 試驗設計Table 3 Experimental design

1.3 指標測定

1.3.1 苜蓿種子產量構成因素的測定 2017年苜蓿初花期，在各小區隨機選取20個植株進行標記，并且測量垂直高度、每株生殖枝數、每株一級分枝數和每株二級分枝數；盛花期，統計標記植株的每株花序數和每花序小花數；結莢期，統計每花序結莢數和每莢種子數；種子成熟后，單株收獲，單株脫種，記錄單株種子產量，并折算單位面積種子產量。按照《牧草種子檢驗規程》[14]測量種子千粒重。

1.3.2 表現種子產量 表現種子產量=每株生殖枝數×每枝花序數×每花序小花數×每莢種子數×千粒重×10-3

1.4 數據處理

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：|X0(k)-Xi(k)|為絕對差值，記作Δi(k)，ρ=0.5，n為樣本數。

2 結果與分析

2.1 不同行株距配比對苜蓿營養生長指標的影響

顯著性檢驗結果表明，在苜蓿營養生長階段，行距對株高和二級分枝數有極顯著影響，而對一級分枝數無顯著影響(見表4)。隨種植行距的增加，株高呈顯著降低的趨勢，降幅為7.14%，二級分枝數無明顯的變化規律。株距對株高、一級分枝數和二級分枝數均有極顯著的影響，且這3個指標均隨株距的增加呈顯著的增加趨勢，但對一級分枝數的影響最為明顯，當株距從Z1增加到Z3時，一級分枝數的數量從30.70個增加到45.57個，增幅達到32.63%。株距和行距對一級分枝數、株高和二級分枝數均有顯著或極顯著的交互作用。

表4 株距、行距對苜蓿株高和分枝數的影響Table 4 Effects of plant spacing and row spacing on plant height and branch number of alfalfa

注：*和小寫字母代表P<0.05，** 和大寫字母代表P<0.01，下同

Note:* and lowercase letters representP<0.05, ** and uppercase letters representP<0.01,the same as below

由圖1-3中可以看出，苜蓿的株高、一級分枝數和二級分枝數在9個株行配比處理中均存在顯著差異。H3Z1處理株高最小，顯著低于H1Z1，H1Z2，H1Z3和H2Z1處理，與其他處理之間不存在顯著差異。H1Z3，H2Z3和H3Z3處理一級分枝數顯著高于H1Z1，H2Z1和H3Z1處理，但3個處理之間不存在顯著差異，H1Z1處理一級分枝數最低。H1Z3的二級分枝數最高，除與H2Z2，H2Z3和H3Z3處理之間不存在顯著差異外，顯著高于其他處理，H1Z1處理的二級分枝數最低。

圖1 不同株行處理對苜蓿株高的影響Fig.1 Effects of different row treatments on plant height of alfalfa

2.2 不同株行距配比對苜蓿產量構成因子的影響

從表5可以看出，株距對每株生殖枝數、每株花序數和每莢種子數有極顯著影響，而對每花序小花數和每花序結莢數無顯著影響。株距和行距在所有產量構成因子中均存在極顯著的交互作用。不同處理對苜蓿生殖枝數、每株花序數及千粒重有顯著影響，而對每花序小花數、每花序結莢數及每莢種子數無顯著影響。H2Z3處理每株生殖枝數為41.72個，顯著高于H1Z1處理，除與H1Z2，H1Z3，H2Z2，H3Z2和H3Z3處理差異不顯著外，與其它處理差異顯著；每株花序數H3Z3處理最大，為739.39個，顯著高于其他處理，H1Z1處理最小，為240.89個，除與H2Z1、H3Z1差異不顯著外，與其它處理差異顯著，最大值與最小值兩者之間變化率達到67.42%。H2Z3處理的千粒重最小，為1.48 g，顯著低于其它處理，H3Z2處理千粒重最大，為1.74 g，與H3Z1、H3Z3和H2Z2處理差異不顯著，與其它處理差異顯著。在苜蓿種子產量構成因子中，行距對每株花序數和千粒重有極顯著影響，而對每株生殖枝數、每花序小花數、每花序結莢數和每莢種子數無顯著影響。

圖2 不同株行處理對苜蓿一級分枝數的影響Fig.2 Effects of different row treatments on the primary branch number of alfalfa

圖3 不同株行處理對苜蓿二級分枝數的影響Fig.3 Effects of different row treatments on the secondary branch number of alfalfa

2.3 不同株行距配比對產量的影響

由表6可知，行距對苜蓿單株表現種子產量、單株實際產量、單位面積實際產量有極顯著影響，對單位面積表現種子產量有顯著的影響；株距對單位面積實際種子產量無顯著影響，對單位面積表現產量、單株表現產量和單株實際產量均有極顯著影響；株、行距對苜蓿種子實際產量和表現產量均有極顯著的交互作用。單株表現種子產量和實際產量在H3Z3處理下的均最大，分別為147.51 g、20.08 g，在H1Z1處理下最小，分別為30.37 g、2.39 g，且與各處理之間存在顯著差異。單位面積表現種子產量在H2Z1處理下最大，為5 117.71 kg·hm-2，與H1Z1，H2Z3和H3Z2處理間差異顯著。單位面積實際產量在H3Z1的處理下最大，與H1Z1，H1Z3、H3Z2處理差異顯著。H2Z3處理的收獲率最高，為19.17%，H1Z1處理最小，為7.89%，兩者差異顯著。

表5 株距、行距對苜蓿種子產量構成因素的影響Table 5 Effects of Plant spacing and row spacing on the components of alfalfa seed yield

表6 株距、行距對苜蓿種子產量的影響Table 6 The effect of plant distance and row spacing on the seed yield of alfalfa

2.4 產量構成因子與種子產量灰色關聯度綜合分析

采用灰色關聯度法，對不同株行處理的產量構成因子和單株種子產量進行綜合評價和加權關聯度值比較分析。由表7可以看出，H3Z3處理的綜合得分最高，其次為H1Z3和H2Z3；H1Z1處理綜合得分最低。各產量構成因子與苜蓿種子單株產量的關聯度最高的為每株花序數，其權重為0.20。其次為生殖枝數，權重為0.19。說明在影響種子產量的諸多因素中，每株花序數和生殖枝數與苜蓿種子單株產量密切相關。

表7 灰色關聯度對種子產量綜合分析Table 7 Comprehensive analysis of gray correlation degree on seed yield

2.5 苜蓿種子產量構成因子與產量關聯性分析

采用逐步回歸法[19]，對各因子與單株產量進行回歸分析，建立種子產量構成因子與單株產量回歸方程。Y=-146.58-1.57X1+0.231X2+12.65X3+64.09X4(F=21.54，P=0.0057)；生殖枝數X1、每株花序數X2、每莢種子數X3和千粒重X44個因子納入方程，說明這4個因子是影響苜蓿種子產量的主要因子。為了進一步分析產量構成因子對種子產量的直接與間接貢獻作用，進行通徑分析。由4個因子對單株產量Y的通徑系數可知(表8)，每株花序數X2對單株產量的直接作用大于間接作用總和；生殖枝數X1、每莢種子數X3和千粒重X4對單株產量Y的直接作用均小于間接作用總和，但3個因素對單株產量Y的貢獻主要通過每株花序數X2間接實現。按照對單株產量的直接貢獻作用從大到小的排序為：每株花序數X2>每莢種子數X3>千粒重X4>生殖枝數X1。

表8 產量構成因子與產量的通徑分析Table 8 Path analysis of yield components and yield

注：決定系數為0.96，剩余通徑系數為0.21

Note:Determination coefficient0.96,remaining path coefficient 0.21

2.6 株行距與實際種子產量的回歸模型

以行距、株距為自變量，單株實際產量和單位面積實際種子產量為因變量，進行回歸模擬，得到單株實際產量和單位面積實際產量與株行距兩因素的回歸模型：

(5)

(6)

式中：X1代表行距(cm)，X2代表株距(cm)，Y1代表單株實際產量(g)，Y2代表單位面積實際產量(kg·hm-2)。

對模型分析可知，行距、株距與單株實際產量的回歸模型呈開口向下的拋物線(式5)，最高點坐標為(100，35)，說明行距X1= 100 cm，株距X2= 35 cm時，單株實際產量(Y1)最大。行株距與單位面積實際種子產量的回歸模型(式6)，二次項系數為負，方程為開口向下的拋物線，證明在試驗范圍內，產量隨株行距的變化出現先增后減的變化趨勢，當行距X1= 100 cm、株距X2=15cm時單位面積實際種子產量最高。

圖4 行距、株距與單株實際產量的關系Fig.4 Relationship between row spacing,plant spacing and actual yield per plant

圖5 行距、株距與實際單位面積產量的關系Fig.5 Relationship between line spacing,plant spacing and actual yield per unit area

3 討論

作物生產是一個群體過程[20]，種植過密，植物群體太大，個體之間對生長空間、環境資源以及地下養分的競爭激烈，導致資源分配不均，產量下降；密度過疏，植株間的競爭減少，苜蓿群體光合效率低，雜草控制成本增加，造成對光熱、土壤、水肥等資源的浪費，影響生物產量，只有合理的種植密度才能使植物在充分利用資源的同時獲得較高的產量。

魏建軍等[21]、杜占池等[22]的研究發現，密植條件下植物對光能的利用主要依靠植株上部冠層部分對光能吸收利用，植株莖細胞伸長量大，植株高大，相反，稀植可以降低植株高度，增加分枝。另據Zhang等[23]在研究年限和密度對種子產量及產量構成因素的影響時發現，隨行株距的增加分枝數減少，每株花序數顯著增加。本試驗也證實了這一點，即增加行距可以顯著降低植株高度，增加每株花序數，當行距從60cm增加到100cm時，株高降低了7%，每株花序數從386個逐漸增加到523個，增幅達26%。說明，在低密度時，生長空間充足，光照、養分分配均勻，植株個體之間不存在競爭或競爭微弱，同時，密度過稀使得溫度和土壤中水分對植株產生較大的水分壓強，導致植物體內水分虧缺[24-25]，生長受限，植株高度降低。

產量構成因子是種子是否高產的直接決定因素，各產量構成因子對產量的貢獻不同。Chen等[26]研究發現，單株花序數、每莢粒數等與單株產量呈正相關，而吳新榮的研究[27]指出單株粒重與有效花序數、每花序莢數及千粒重呈正相關，與單株干重、株高、等呈負相關，這一結論與本研究結論一致，且利用通徑分析可知，在諸多影響因子中，每株花序數對種子產量貢獻最大，是最主要的影響因子，其次為每莢種子數和千粒重。由此可知，種子生產中應當設法提高每株花序數。

由回歸模型可知，當行距X1=100 cm、株距X2=35 cm時單株實際產量最高；行距X1=100 cm、株距X2=15 cm時單位面積實際產量最高。說明，行距變小，植株地上部分和地下部分對光能、水肥的競爭激烈，使得植株光合效率低下，光合產物的積累不足，導致植株莖稈過細，容易倒伏，使群體內部通風透光受限，授粉不良，花、莢脫落率高。在相同行距時，株距增加，植株對資源的競爭越微弱，此時環境不再是限制單株實際產量的因子，而單位面積群體數量成為主要因子，株距減小，單位面積群體數量增加，單位面積實際產量增大。另有研究發現，在試驗設定條件下，苜蓿種子產量隨種植年限和株行距的增加呈逐年增加趨勢[11,28-29]，而本研究為種植2年的甘農4號苜蓿品種，且試驗未涉及行距大于100 cm的處理，因此當行距大于100 cm時種子產量是否持續增加；隨種植年限的增加，種子生產最優的株距和行距是否會發生改變等問題有待進一步地探究。

4 結論

增加行距可以顯著降低植株高度，提高每株花序數和千粒重，從而影響表現種子產量和實際種子產量。株距對每花序小花數、每花序結莢數和單位面積實際產量影響不大，對其余各因子均有極顯著影響。株行距互作對產量及產量構成因子均有極顯著或顯著的影響。

產量構成因子中每株花序數、生殖枝數、每莢種子數和千粒重與單株產量極顯著或顯著相關，其中每株花序數對單株產量的貢獻為直接作用，其它因子對單株產量的貢獻主要通過影響每株花序數間接實現。按照對單株產量的直接貢獻作用從大到小的排序為：每株花序數X2>每莢種子數X3>千粒重X4>生殖枝數X1。4個產量構成因子對單株產量Y的回歸方程為：Y=-1.565X1+0.231X2+12.646X3+64.088X4-146.583(F=21.54，P=0.0057)

用行距、株距與單株實際產量和單位面積實際產量進行擬合，結果表明，當行距X1=100 m、株距X2=35 cm時單株實際產量最高；當行距X1=100 m、株距X2=15 cm時單位面積實際產量最高。