民樂縣戈壁連作苜蓿死株空斑及其原因

葛珍，何在佳，楊得林，褚艷琴

（1.民樂縣職業教育中心學校，甘肅 民樂 734500；2.甘肅華瑞農業股份有限公司，甘肅 民樂 734502）

苜蓿Medicago sativa是優質豆科牧草，世界范圍內廣為種植。一次播種、多年收獲，產草量高，適口性好，蛋白質含量豐富，品質上乘，享有“牧草之王”的美譽，是奶牛養殖業首選飼草。甘肅華瑞農業股份有限公司（以下簡稱華瑞公司）以奶牛養殖和繁育為主業，以苜蓿等飼草生產和加工為輔業，兼具乳制品加工、農牧業裝備研發業務。華瑞公司實行種養一體化經營的循環農業模式，飼草加工后保障公司奶牛養殖；養殖場糞尿等廢棄物，經分離、集中發酵處理后制成有機肥，全部歸還于飼草田。近年發現，苜蓿種植地中常出現斑塊狀枯死現象，形成缺株空斑。公司采取多種補種措施均以失敗告終。是什么原因造成苜蓿地植株斑塊狀枯死？又是什么因素導致補植失敗？帶著這些疑問，我們趕赴華瑞公司苜蓿地開展調查工作，查閱相關資料予以論證分析。

1 基本情況

華瑞公司位于甘肅省民樂縣經濟開發區，地處河西走廊中段的戈壁荒灘，100°41′E、38°43′N，海拔1 688 m。屬大陸性荒漠草原氣候，光照資源豐富，降水量偏少。在縣境北部，華瑞公司擁有沙石地約2 500 hm2，改良后獲得可耕種砂性土地1 200 hm2，其中種植苜蓿420 hm2，青貯玉米Zea mays600 hm2，其余土地種植燕麥Avena sativa、小麥Triticum aestivum。

華瑞公司種植苜蓿＞10 a，采用連作制度，播種一次連續收獲5～7 a，然后翻耕并篩除殘根后播種更新。主要品種有騎士T、大銀河、阿迪娜、奇跡、雪豹、巨能耐鹽之星、康賽等7個。苜蓿地每年收割4茬，年產干草15～18 t/hm2。大型噴灌機組實施水肥一體化作業，每茬噴灌20次左右，平均每茬耗水量約2 250 m3/hm2。苜蓿種植以來，未發生過田間病害。

近年的生產實踐中，華瑞公司發現，苜蓿播種最初幾年能夠保持高產勢頭，四五年以后，苜蓿地中陸續出現死株現象，使田間密度逐年下降。這種枯死現象多發生在萌芽后半月左右株高達7～8 cm時，植株與地面色差強烈，裸地空斑醒目。粗略估算，嚴重地塊缺株率可達10%。

為保證苜蓿地產草量穩中有升，華瑞公司先后在空斑地上實施過播種和育苗后補栽兩種補苗措施，但都未能成功。

2 缺株空斑調查

2.1 空斑情況

在華瑞公司種植基地內，我們查看了一號基地1#圈和11#圈的苜蓿缺株空斑情況，以及3#圈地病態植株情況。

1#圈苜蓿4 a齡，品種為騎士T。前茬苜蓿收割較早，新茬株高已達20 cm。空斑塊不多，約2 000 m2土地范圍內只見到3個斑塊，大小約40 cm×50 cm。在這些空斑地上，進行過補播和育苗補栽試驗。補播種子出苗正常，在生長過程中部分小苗逐漸死亡，最終存活率接近50%，但長勢一直很差，莖桿細弱，植株矮小，第一茬苜蓿收割之后，在下茬苜蓿生長過程中逐漸衰弱死亡；用2 cm×8 cm的紙杯育苗后補栽的情況稍好些，補栽苗盡管仍然陸續死亡，至秋末保存率30%左右，只是這些植株終究未能安全度過寒冬，開春后無一萌芽。

11#圈苜蓿5 a齡，品種為阿迪娜。調查時距收割結束6～7 d。抽生的新梢長度約4 cm，地內裸露空斑隨處可見，空斑內苜蓿稀疏。在面積達10～20 m2的大空斑范圍內，僅稀疏分布幾株苜蓿，株距40～80 cm不等；小些的斑塊，在40 cm×60 cm內不見一株苜蓿。有些空斑地上有細弱的雜草，有些則連雜草也不見；大塊空斑地段偶爾可見幾株被刈割的雜草殘茬。

2.2 土層結構

華瑞公司苜蓿地的土層結構基本趨于一致，砂土層下就是石礫層，不同之處在于砂土層的薄厚。厚的地方，砂土層厚度＞60 cm，薄的地方，耕作層下的犁底層幾乎就是石礫層。有近一半以上的大塊空斑地塊，砂土層都很薄，厚度僅30 cm。

2.3 病態植株

3#圈苜蓿3 a齡，品種為康賽。株高55 cm，未見到明顯的空斑地，但在幾個不同的位置發現了長勢異常的苜蓿。其中，在一塊不足4 m2的地塊范圍內，見到以鈍角三角形位置分布的3株苜蓿，2株較近，1株稍遠。3株苜蓿的葉片稍小，葉色較暗，不及周邊苜蓿那么鮮綠，其中稍遠處的那株苜蓿葉片和嫩稍已有失水萎蔫狀。挖出苜蓿根，發現根系形態異樣。正常植株，根的顏色較亮凈，根表可見新生的近白色瘤狀突起；病株的根，顏色暗褐，瘤狀突起也已成較深的黑色而幾乎不能辨識。

初步分析認為，華瑞公司苜蓿地中死株空斑現象的根源在于苜蓿的自毒作用。

3 苜蓿的自毒作用

3.1 自毒作用概述

自毒作用是指植株自身體內的化學物質以多種方式和途徑對植物本身的萌發和生長代謝活動產生延遲和抑制作用的現象。它是植物化感作用在種內或對自身作用的一類表現形式[1-2]。植物的化感作用即通常所說的相生相克作用，1992年被國家自然科學名詞審定委員會統一規范為“化感作用”[3]。古文獻記載，我國先民早在兩千多年前就已形成對于植物化感作用的朦朧認識[4]，國際上對植物化感作用的研究，始于19世紀中葉，到20世紀70年代以后，得到空前發展。關于苜蓿自毒作用的研究，國外起步較早，20世紀初即有相關報道面世，至60年代，始有苜蓿自毒性領域的研究文章出現。我國對于苜蓿自毒性的研究，最早見于2001年胡躍高[5]、孔垂華[6]等人的論述。

3.2 苜蓿的自毒物質

研究者認為，苜蓿的根、莖、葉、花等新鮮組織和種子以及苜蓿干草中，都含有能夠導致自毒現象的水溶性化學物質，這些物質以多種途徑進入到苜蓿根際土壤中，引起苜蓿死株、減產、不耐連作。苜蓿體內的自毒物質主要是香豆素、肉桂酸、水揚酸、綠原酸、苜蓿素等水溶性酚類化合物[1,7-8]。這些物質在苜蓿的活株、殘體中都有分布，通過根系分泌、隨雨霧淋溶、組織脫落、殘茬殘根的分解等方式進入土壤中并逐漸富集[4,9]，從而對苜蓿的生長產生毒害作用。這種毒害不是某幾種物質的單獨作用，而是多種物質綜合作用的結果，而且混合物的毒害作用更強烈[10]。

3.3 苜蓿自毒作用機制

苜蓿的自毒作用對苜蓿種子萌發、植株生長都有影響，但重點表現為對幼苗根系統發育的破壞和毒害。據Chon、Hegde等人的研究，自毒物質只是推遲苜蓿種子的萌發時間，而對種子的整體發芽率影響不大，但對萌芽種子的胚根和下胚軸細胞的伸長有抑制作用[11-12]。自毒物質對苜蓿植株的影響，首先表現在對根系的傷害上，自毒物質作用的結果，能使苜蓿根部變色，出現卷曲、腫脹現象，根毛細胞的分化形成受到限制[10-11]。失去根毛也就意味著根系的吸收能力被抑制，這種現象反映在苜蓿地上部分，表現為植株能正常存活，但生長勢差、個體弱小、顏色暗深。查看根系結構，可見主根細弱、分枝較多、側根量增大。自毒物質導致的這種根系劣變具有不可逆轉性[4,10]，將來即使生存條件得到改善，苜蓿植株也不可能恢復長勢而旺盛生長。

4 苜蓿死株原因分析

基于我們的初步調查，結合專家們關于苜蓿自毒作用的研究成果，華瑞公司苜蓿生產中存在的問題，可以從兩個方面認識。

4.1 留茬死株

苜蓿死株重點發生在4～6 a齡苜蓿地中，這與多種因素有關。

1）自毒物質的數量

不同齡期的苜蓿，體內所含自毒物質的數量各有不同。一般≤1 a幼齡期苜蓿所含自毒物質數量較少，基本無自毒性；隨著苜蓿生長年限的延長和根莖成熟度的增加，組織器官中所制造和積累的各種有機物質包括自毒性物質都有增加的趨勢[10]，4～6 a齡苜蓿自毒效應明顯[9]。通常從第5年開始，苜蓿根系活力就有開始衰退的跡象，并陸續出現死株，產草量逐年下降。

2）苜蓿根系周邊積累自毒物質

苜蓿體內的自毒物質因淋溶、分泌、組織脫落等方式，有富集于苜蓿根際土壤中的特性。盡管砂性土中，自毒物質隨水流失的速度較快，有利于削弱自毒作用，但也會導致自毒作用來勢更加兇猛。植物的生存策略：環境有利時加速生長，搶占空間爭奪資源；逆境脅迫時減緩生長，增加次生代謝產物自我防御確保競爭優勢[4]。砂性土壤保水保肥性能差，容易發生水分、養分的流失，形成嚴重的逆境脅迫，導致苜蓿植株大量生成釋放自毒物質，使苜蓿根系受損加重，植株密度逐年降低。

3）砂土層厚度

調查中發現，砂土層的薄厚與苜蓿地中的缺株空斑有一定相關性，砂土層薄的地方，缺株多空斑大。厚度僅30 cm的砂土層下，就是石礫層，在這種惡劣的根系生長環境中，水分、養分流失很快，不利于苜蓿的健壯生長。尤其是夏季高溫季節，水分在蒸發和滲漏雙重渠道的流失中，極易造成苜蓿干旱缺水。缺水的環境脅迫下，苜蓿體內包括自毒物質在內的次生代謝物質增加，更加劇了苜蓿的自毒效應[4-5]。

4.2 補種失敗

1）砂性土中的苜蓿自毒性表現

一般4～6 a齡老苜蓿產生的自毒性物質多，自毒物質在根際土壤中富集的也多。Jennings研究了土壤類型對苜蓿自毒作用的影響，認為自毒物質在砂性土中隨水轉移速度很快，因而滯留時間短，自毒作用不持久[13]。正因為轉移速度快，所以砂性土中，自毒效應來勢更猛、更快，表現更強烈。

2）幼苗對自毒作用抗性差

由于砂性土中自毒物的隨水流失、秋季翻耕時篩除撿拾殘根、長達6個月的越冬休耕期等多種原因的綜合影響，對于來年開春的重播苜蓿而言，自毒效應已不存在，所以春季大面積播種的苜蓿種子能夠正常發芽出苗。但在空斑地上補播的苜蓿種子，因所處環境的差異，出苗情況大相徑庭。根據王希等人的研究結果，補播的苜蓿種子即使能夠萌發，胚根和胚芽的進一步伸長也會因自毒物質的抑制而受阻，且胚根對自毒物質的敏感度更強于胚芽[9]。也就是說，幼苗期苜蓿對自毒作用的抗性微弱，補播的苜蓿種子能夠萌發，但并不能順利成苗。所以在生長年限較長的苜蓿地里補播或補栽苜蓿，只能以失敗告終。

據Klein和Miller研究，苜蓿植株密度降低至83%、43%時，產量分別下降為92%和50%[5]。可見華瑞公司苜蓿地死株造成的減產損失并不是小數目。

5 生產建議

自毒作用對苜蓿生產影響巨大，戈壁灘的荒漠環境更能助長自毒效應的危害。但華瑞公司種養結合的循環農業及水肥一體化耕作制度，保障了戈壁荒漠惡劣環境中，苜蓿生產所需的水肥供應，一定程度上緩解了自毒作用的負面影響。比如，良好的灌溉條件促進了砂性土中自毒物質的快速淋溶；奶牛養殖的糞尿還田，即補充了苜蓿生長對有機養分的需求，又有助于糞尿中的微生物對自毒物質的降解；殘根的篩除以及漫長的休耕期，等等。它們與自毒效應之間，始終處于一種此消彼長的動態博弈中，使苜蓿產量在自毒作用的威脅下，不降反升，年產量穩定在15 t/hm2以上。在實踐中可采取具體措施，盡量規避自毒效應的負面影響，促進苜蓿生產增效提質。

1）輪作倒茬

從華瑞公司的可耕作土地和近幾年的播種面積來看，苜蓿種植面積遠小于玉米，苜蓿、玉米完全可以實現輪作倒茬種植。即使有砂石地的限制，也可逐年錯茬輪作，從而最大程度地避免自毒物質對苜蓿產草量的影響。

2）品種選擇

選用自毒物質含量低、抗自毒性強的苜蓿品種。

3）施用有機肥促進微生物作用

進一步規范和提高華瑞公司循環農業的科技貢獻率，充分發揮有益微生物在糞尿還田中對苜蓿自毒物質的降解、破壞作用[7,14]，最大程度消解苜蓿的自毒影響。

4）收割后及時充分灌溉

收割后及時充分灌溉，對于稀疏空斑較多的地塊漫灌一次，稀釋淺層土壤自毒物質并向深層轉移，緩解其自毒作用，待苜蓿萌蘗全苗后再轉換為水肥一體化灌溉方式。補播苜蓿種子后，對補播空斑加大灌溉量以清除淺層土壤自毒物質，確保出苗整齊。

6 結束語

分析認為，地處甘肅省民樂縣北部戈壁荒灘的華瑞農業股份有限公司苜蓿地死株空斑，以及補播補栽無效，均由自毒作用所致，可以通過輪作倒茬、品種選擇、施用有機肥和收割后及時充分灌溉等措施消除或緩解自毒作用，確保牧草穩產高產。前人的研究結果大多來自實驗室數據，且認為自毒物質是以淋溶、脫落、根系分泌等多種方式到達苜蓿根部，從而對苜蓿產生自毒作用；而孔垂華[6]又認為，化感物質經多路轉運，到達苜蓿根際時，不一定產生化感效應。為了澄清疑惑，有必要開展田間試驗以解疑，畢竟田間環境復雜，對苜蓿的生長有諸多干擾，單純的實驗室數據不一定附合大田環境的真實性。

噴灌或雨水的淋溶作用究竟能將多少自毒物質帶入土壤，滴灌方式能否緩解這種作用？砂土中蓄積的自毒物質到底隨水淋失了沒有，以至于一次次的補苗都以失敗而告終？在田間試驗中，可以考慮客土補苗、避免噴淋等方式，以進一步實踐田間補苗的可行性。

致謝：本文修改過程中，承蒙甘肅省林業科學研究院王俊杰研究員悉心指導，謹表謝意！