不同播種量下行距配置對紫花苜蓿產量及品質的影響

王斌，楊雨琦，李滿有，倪旺，海藝蕊，張順香，董秀，蘭劍*

（1.寧夏大學農學院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏草牧業工程技術研究中心，寧夏 銀川750021；3.寧夏隆德縣城關畜牧獸醫工作站，寧夏 固原 756000；4.蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州 730020）

紫花苜蓿（Medicago sativa）產草量高、營養豐富、適口性好，在國內外廣泛種植，被譽為“牧草之王”［1-3］，是建植人工飼草基地的重要草種［4-5］。目前，寧夏紫花苜蓿留床面積33萬hm2，是我國苜蓿產業帶優勢產區之一。近年來，隨著國家大力推動“糧改飼”，紫花苜蓿人工草地種植面積越來越多，同時，各大企業以及養殖戶對于優質高產的紫花苜蓿追求也越來越高。而播種量和行距配置是影響紫花苜蓿產量形成和營養物質積累的重要因素，其中播種量決定紫花苜蓿的群體大小，行距配置則決定紫花苜蓿群體的均勻性［6］。因此，研究播種量和行距配置對提高紫花苜蓿產量及品質具有重要意義。

科學合理的播種量和行距能夠形成較合理的群體結構，可以緩和紫花苜蓿群體與個體之間對生存資源競爭的矛盾［7-9］，進而延長苜蓿壽命，促進可持續性發展，提高紫花苜蓿的產量和品質。但由于各地區水熱條件、氣候等因素不同，對紫花苜蓿播種量和行距要求也不同。例如，汪堃等［10］、南麗麗等［11］研究甘肅荒漠灌區紫花苜蓿適宜播種量和行距時，發現紫花苜蓿粗蛋白含量和相對飼喂價值在播種量為16.0 kg·hm-2，行距為20 cm時最高。呂會剛等［12］研究表明，在鹽堿地區，播種量為22.5 kg·hm-2和行距為15 cm配置時，可促進紫花苜蓿生長，顯著提高產量和粗蛋白含量，降低中性和酸性洗滌纖維含量。Elfatih等［13］認為，紫花苜蓿播種量為25 kg·hm-2時干草產量達到最高。張帆等［14］在黃淮海地區開展行距和播種量對紫花苜蓿產量及品質影響的研究，發現行距為20 cm時，干草產量可達18.32 t·hm-2，同時，隨著播種量增大，行距減小，紫花苜蓿中性、酸性洗滌纖維含量呈下降趨勢。也有學者研究發現，紫花苜蓿播種量在一定范圍內，干草產量隨著播種量的增加呈上升趨勢，當超過一定限度時，產量開始下降［15］。

寧夏引黃灌區作為飼草重要生產區域，光熱資源充足，農業生產條件優越，蘊藏著巨大的紫花苜蓿開發潛力［16］。但鮮見不同播種量下行距配置對紫花苜蓿產量及品質影響的報道。鑒于此，本研究通過3年試驗，探討該區域紫花苜蓿適宜播種量及其行距配置，以期為紫花苜蓿生產提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在寧夏大學草業科學專業教學科研基地（N 38°33′26″，E 106°04′12″，海拔1111 m）進行。該地位于寧夏農墾茂盛草業有限公司，屬溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫8.5℃，年均日照時數3100 h，年均降水量190～220 mm，且70%集中在7-9月，年均蒸發量1550 mm。土壤類型為黏壤土，p H值8.3，有機質含量15.26 g·kg-1，堿解氮含量99.72 mg·kg-1，速效鉀含量135.21 mg·kg-1，速效磷含量8.24 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

以寧夏紫花苜蓿主推品種“巨能7”為試驗材料，種子發芽率在90%以上，田間出苗率在87%以上。試驗采用雙因素隨機區組設計，設置3個播種量（S1：13.5 kg·hm-2，S2：18.0 kg·hm-2，S3：22.5 kg·hm-2），4個行距配置（R1：15 cm等行距，R2：20 cm等行距，R3：兩窄一寬15 cm+15 cm+20 cm，R4：一窄一寬15 cm+20 cm）。共12個處理（表1），每個處理設3個重復，總計36個小區，小區面積為60 m2（10 m×6 m）。2016年4月28日以條播方式進行人工開溝播種，播深2～3 cm，播種前施足基肥。紫花苜蓿每年刈割4茬，各指標分別于2018年于6月2日、7月4日、8月14日、9月23日，2019年于5月27日、6月28日、8月3日、9月15日，2020年于5月29日、6月30日、8月5日、9月20日測定。

表1 播種量、行距配置組合Table 1 Combination of sowing rate and row spacing configuration

紫花苜蓿灌水方式為滲灌（地下滴灌）。滴灌帶間隔60 cm，滴頭間隔30 cm，滴灌帶距離地面20 cm。每年灌水6次，苜蓿春季返青時灌水1次，灌水量為1200 m3·hm-2，生長季內灌水4次（每茬灌水均在苜蓿分枝期），每次灌水900 m3·hm-2，灌越冬水1次，灌水量為1500 m3·hm-2。生育期內施肥4次（第1茬施尿素75 kg·hm-2，磷酸二銨100 kg·hm-2，硫酸鉀150 kg·hm-2；第2茬施尿素60 kg·hm-2，磷酸二銨75 kg·hm-2，硫酸鉀120 kg·hm-2；第3茬施尿素45 kg·hm-2，磷酸二銨50 kg·hm-2，硫酸鉀90 kg·hm-2；第4茬施尿素30 kg·hm-2，磷酸二銨25 kg·hm-2，硫酸鉀60 kg·hm-2），與灌水同時進行，將肥料完全溶解到桶中，利用虹吸原理將肥料通過小管均勻沖入出水管道。試驗所用肥料：尿素（N≥46%），磷酸二銨（P2O5≥46%），硫酸鉀（K2O≥52%）。

1.3 測定指標及方法

以下各農藝性狀指標均在紫花苜蓿初花期刈割時測定。

株高：每個小區隨機選取30株紫花苜蓿測垂直高度，取平均值。

分枝數：在每個小區內隨機取6個1 m樣段，從根莖處數其一級分枝數，取平均值。

葉莖比：每個小區隨機選取30株紫花苜蓿將莖和葉分離，于105℃殺青1 h，65℃烘干48 h后冷卻，稱量干重，葉莖比=葉片干重/莖稈干重。

鮮草產量：在每個小區隨機取2 m2（1 m×2 m）樣方，留茬高度4～5 cm，刈割后稱量為鮮草產量，每個小區重復6次，換算出每公頃鮮草產量。

干草產量：將所采集的紫花苜蓿鮮草風干，至恒重后測量干重，換算出每公頃干草產量。

營養品質測定：在每個小區內隨機取500 g的鮮草樣品，剪為4～5 cm長的小段，于烘箱中105℃下殺青0.5 h左右，65℃烘干48 h至恒重。將烘干的紫花苜蓿草樣粉碎，過0.45 mm篩。根據《飼料分析及飼料質量檢測技術》［17］測定粗蛋白（crude protein，CP）、中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）、酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）含量。計算飼料相對飼喂價值（relative feed value，RFV）［18］。

1.4 數據分析

采用Excel 2013軟件進行數據整理（干草產量4茬累加，其余指標均為4茬平均），利用SPSS Statistics 25.0軟件進行統計方差分析、多重比較，用Origin 2018作圖。并用SAS 9.4軟件對株高（X1）、分枝數（X2）、葉莖比（X3）、干草產量（X4）、粗蛋白（X5）、中性洗滌纖維（X6）、酸性洗滌纖維（X7）、相對飼喂價值（X8）3年平均值進行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 結果與分析

2.1 播種量和行距對紫花苜蓿農藝性狀、產量和營養指標的互作分析

由表2方差分析可知，播種量對分枝數、葉莖比、干草產量、粗蛋白和酸性洗滌纖維含量有顯著影響（P<0.05），對株高、中性洗滌纖維和相對飼喂價值無顯著影響（P>0.05）；行距對葉莖比、干草產量、粗蛋白、酸性洗滌纖維和相對飼喂價值有極顯著影響（P<0.01），對分枝數和中性洗滌纖維有顯著影響（P<0.05），對株高無顯著影響（P>0.05）；年份對株高、分枝數、葉莖比、粗蛋白、相對飼喂價值、中性和酸性洗滌纖維含量有極顯著影響（P<0.01），對干草產量無顯著影響（P>0.05）；播種量和行距互作效應對株高、分枝數、葉莖比和酸性洗滌纖維有極顯著影響（P<0.01），對干草產量有顯著影響（P<0.05），對粗蛋白、中性洗滌纖維和相對飼喂價值無顯著影響（P>0.05）；播種量和年份互作效應對分枝數有極顯著影響（P<0.01）；行距和年份互作效應對各指標無顯著影響（P>0.05）；播種量和行距、年份互作效應對分枝數有顯著影響（P<0.05）。

表2 紫花苜蓿農藝性狀、產量和營養指標的方差分析Table 2 Analysis of variance of alfalfa agronomic traits，yield and nutritional indicators

2.2 播種量和行距對紫花苜蓿生長性能的影響

由表3可知，播種量對2018-2020年株高無顯著影響，對一級分枝數有顯著影響（P<0.05）。行距對株高和一級分枝數均有顯著影響（P<0.05）。隨播種量的增加，一級分枝數呈先增加后減少趨勢。株高和一級分枝數3年均值在播種量S2、行距R3條件下均達到最大值。

表3 播種量和行距對紫花苜蓿株高和分枝數的互作Table 3 Interaction of sowing rate and r ow spacing on alfalfa plant height and branch number

由表4可知，在12個播種量和行距配置組合中，2018-2020年株高變化范圍分別為75.17～80.93 cm、76.37～83.52 cm、72.21～78.59 cm；2018-2020年一級分枝數的變化范圍分別為93～120個、96～129個、94～114個，相同播種量和行距下，2020年株高、一級分枝數整體低于2018和2019年。其中3年株高、一級分枝數均值在S2R3處理下均達到最大。

表4 播種量和行距對紫花苜蓿株高和分枝數的影響Table 4 The effect of sowing rate and r ow spacing on alfalfa plant height and branch number

2.3 播種量和行距對紫花苜蓿葉莖比和干草產量的影響

由表5可知，播種量和行距對2018-2020年葉莖比、干草產量均有顯著影響（P<0.05），隨播種量的增加，葉莖比和干草產量均呈先增大后減小趨勢，其中3年葉莖比和干草產量均值在播種量S2、行距R3條件下達最高，分別為0.83、16.55 t·hm-2和0.81、17.00 t·hm-2。

表5 播種量和行距對紫花苜蓿葉莖比和干草產量的互作Table 5 Interaction of sowing rate and r ow spacing on the leaf-to-stem ratio and hay yield of alfalfa

由表6可知，在12個播種量和行距配置組合中，2018-2020年的葉莖比變化范圍分別為0.72～0.87，0.74～0.91，0.71～0.89，3年葉莖比均值在S2R3處理下達到最大，為0.89。干草產量在2018-2020年的變化范圍分別為14.85～18.37 t·hm-2、15.12～18.98 t·hm-2、14.27～17.89 t·hm-2，3年干草產量均值在S2R3處理下達最高，為18.41 t·hm-2，顯著高于其他處理（P<0.05）。相同播種量和行距下，2020年干草產量整體低于2018和2019年。

表6 播種量和行距對紫花苜蓿葉莖比、干草產量的影響Table 6 The effect of different sowing rate and row spacing on the leaf-stem ratio and hay yield of alfalfa

2.4 播種量和行距對紫花苜蓿中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）含量的影響

由表7可知，播種量和行距對2018-2020年NDF含量均值有顯著影響（P<0.05），對ADF含量均值無顯著影響。NDF含量隨播種量的增加呈先降低后增加的趨勢，而ADF含量隨播種量的增加呈上升趨勢。3年NDF含量均值在播種量S2、行距R2條件下最低；3年ADF含量均值在播種量S1、行距R1條件下最低。

表7 播種量和行距對紫花苜蓿NDF和ADF含量的互作Table 7 Interaction of sowing rate and r ow spacing on NDF and ADF content of alfalfa

由表8可知，在12個播種量和行距配置組合中，2018-2020年NDF含量變化范圍分別為35.82%～38.77%、35.35%～39.20%、36.52%～41.22%，3年NDF含量均值最低的是S2R2處理，為36.50%。ADF含量在2018-2020年的變化范圍分別為26.15%～31.34%、24.39%～27.59%、28.05%～31.36%，3年ADF含量均值最低的處理是S1R2，為26.59%。

表8 播種量和行距對紫花苜蓿NDF、ADF含量的影響Table 8 Effects of sowing rate and row spacing on NDF and ADF content of alfalfa

2.5 播種量和行距對紫花苜蓿粗蛋白含量（CP）、相對飼喂價值（RFV）的影響

由表9可知，播種量和行距對CP含量和RFV有顯著影響（P<0.05），CP含量和RFV隨播種量的增加均呈先增加后下降的趨勢，其中CP含量和RFV均值在播種量S2條件下最大，在行距R3條件下CP含量均值最高，在行距R2條件下RFV均值最高。

表9 播種量和行距對紫花苜蓿CP含量和RFV的互作Table 9 Interaction of sowing rate and row spacing on CP content and RFV of alfalfa

由表10可知，在12個播種量和行距配置組合中，CP含量在2018-2020年的變化范圍分別為18.82%～20.47%、19.31%～22.33%、17.92%～20.21%，其中3年CP含量均值在S2R3處理下達到最高，為21.00%，相同播種量和行距下，2019年CP含量整體高于2018和2020年。2018-2020年的RFV變化范圍分別為159.41～175.42、160.73～183.79、149.77～168.50，其中3年RFV均值最大的是S2R2處理，達到171.98。

表10 播種量和行距對紫花苜蓿CP、RFV的影響Table 10 Effects of sowing rate and r ow spacing on CP and RFV of alfalfa

2.6 綜合評價

主成分分析能夠降低數據維數以消除重疊信息的不利影響。近年來，PCA綜合評價方法在作物栽培及牧草選育方面成為熱點［19］。對不同播種量和行距配置處理進行評價時，不能只考慮某一個或幾個指標的優劣，而應該科學、綜合的評價其所有指標。根據特征值大于1原則，可提取3個主成分，累積方差貢獻率達到87.553%，代表了總體信息的87.553%（表11）。

表11 主成分的特征值Table 11 Eigen values of principal components

主成分對應的特征向量和載荷矩陣如表12所示，第1主成分主要綜合了葉莖比（X3）、干草產量（X4）、分枝數（X2），其載荷值較大，權重系數分別為0.900、0.845、0.825，可稱為產量因子。第2主成分主要綜合了酸性洗滌纖維（X7）、相對飼喂價值（X8）、粗蛋白（X5），其載荷較大，權重系數分別為0.714、-0.621、0.574，可稱為營養因子。第3主成分主要綜合了中性洗滌纖維（X6），其載荷值為0.531。

表12 主成分對應的特征向量和載荷矩陣Table 12 The eigenvector s and load matr ix cor r esponding to the pr incipal components

通過主成分1、2、3的特征向量值，得出各主成分綜合得分線性方程，以各主成分對應的方差相對貢獻率作為權重建立綜合評價模型：

通過上述模型計算每個處理的綜合得分并進行排名。在主成分1中，排名靠前的是S2R3，S1R3，S2R1；在主成分2中，排名靠前的是S3R4，S3R3，S1R4，S2R3；在主成分3中，排名靠前的是S2R4，S1R2，S1R1，S2R3。根據綜合評價模型得分從高到低排名如下：S2R3，S1R3，S2R1，S2R4，S3R2，S3R1，S2R2，S1R4，S1R2，S3R3，S3R4，S1R1（表13）。

表13 播種量、行距綜合排名及得分Table 13 Comprehensive rankings and scores of sowing rate and row spacing

3 討論

3.1 播種量和行距對紫花苜蓿生產性能的影響

適宜播種量和行距配置是有效發揮紫花苜蓿高產潛能的重要因素。分枝數可作為評價紫花苜蓿產量高低的重要指標。目前，關于播種量對紫花苜蓿分枝數影響方面的研究相對較少，本研究連續3年試驗發現，紫花苜蓿一級分枝數隨播種量的增加呈先增加后減少趨勢，且在行距為15 cm+15 cm+20 cm時分枝最多，與王彥華等［20］的研究結果相似。另外，2020年苜蓿一級分枝數整體低于2018和2019年，即分枝數也受苜蓿生長年限的影響，數量會隨生長年限的增加下降。近年來，國內外學者通過研究不同播種量對紫花苜蓿產草量的影響已經得到廣泛認可。Suttie［21］認為播種量為22.5～30.0 kg·hm-2時，紫花苜蓿產量較高。Jefferson等［15］報道，紫花苜蓿播種量在6.0～18.0 kg·hm-2時，干草產量隨播種量的增加呈增加趨勢，但超過一定限度時，紫花苜蓿產量便會下降。魏曉艷［22］認為在滲灌條件下，紫花苜蓿播種量為18 kg·hm-2時干草產量達到最高。Lichner等［23］研究發現，增加播種量能夠提高紫花苜蓿產量。而Hoveland等［24］證明增加紫花苜蓿播種量對干草產量影響不顯著。學者們的研究結果之所以有差異，主要源于不同區域水熱、氣候等條件存在差異。本研究得出，播種量對干草產量有顯著影響，干草產量隨著播種量的增加呈先增加后降低的趨勢，且在播種量為18 kg·hm-2時苜蓿干草產量達到最高。與前人研究結果相似，主要原因是：增加播種量就是增加單位面積植株數量，可以彌補紫花苜蓿分枝的空間，當播種量超過一定限度，單位面積植株數量過大，群體通風透光性差，影響紫花苜蓿正常光合作用，此時苜蓿產生自疏現象［25］，進而苜蓿產量下降。

許多學者在行距配置對紫花苜蓿產草量的影響方面進行了大量研究，但結果不盡相同。劉東霞等［26］研究得出，在行距為20、30、40、50 cm 4個處理中，2年苜蓿產量均以20 cm行距最高，干草產量隨行距的加大呈下降趨勢。孫仕仙等［27］研究報道，干草產量在行距為36 cm時最高。孟凱等［25］研究發現，行距為15和30 cm時產量達到最高。在本試驗中，連續3年苜蓿干草產量均在行距為15 cm+15 cm+20 cm時最高，與前人研究結果接近，說明兩窄一寬這種行距配置是寧夏引黃灌區紫花苜蓿最適宜的種植方式，可以促進植株高效利用單位面積內光、熱、水、肥等環境資源，進而獲得較高的產量。本研究還發現，紫花苜蓿干草產量還受生長年際的影響，與前人研究結果吻合［28］。

3.2 播種量和行距對紫花苜蓿營養品質的影響

紫花苜蓿的粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量和相對飼喂價值是評定其營養品質的重要指標。目前，市場上一般認為優質紫花苜蓿CP>19%，NDF<40%，ADF<31%，RFV>155［29］。本研究發現，綜合3年數據，播種量13.5 kg·hm-2+行距15 cm、播種量22.5 kg·hm-2+行距20 cm組合的CP含量低于19%，其他播種量和行距組合處理的CP含量均高于19%，說明適宜的播種量和行距配置能夠提高CP含量。在本試驗中，3年NDF和ADF含量均值都滿足優質苜蓿標準，表明不同播種量、行距配置下的紫花苜蓿適口性和消化率均為最優。同時，本研究中各處理的RFV均高于155，達到特優苜蓿等級。

不同播種量和行距對紫花苜蓿品質影響的研究較為成熟。魏永鵬等［30］研究發現，播種量為16 kg·hm-2+行距20 cm時，紫花苜蓿CP含量最高，NDF、ADF含量最低。Lloveras等［31］認為播種量對紫花苜蓿營養品質無顯著影響。本研究得出紫花苜蓿CP含量在播種量為18 kg·hm-2和行距為15 cm+15 cm+20 cm時最高，與前人研究結果有所差異，主要原因是S2R3處理的苜蓿葉莖比顯著高于其他處理，而紫花苜蓿中70%的CP來源于葉片，且葉片中CP含量遠遠高于莖［32］，葉莖比越大，紫花苜蓿的CP含量就越高。紫花苜蓿NDF含量在播種量18 kg·hm-2+行距20 cm時最低，ADF含量在播種量13.5 kg·hm-2+行距20 cm時最低，與前人研究結果相反，原因可能是行距削弱了播種量的影響效應。

4 結論

在寧夏引黃灌區紫花苜蓿栽培中，合理的播種量和行距配置能顯著提高紫花苜蓿生產性能和營養品質。其中分枝數、葉莖比、干草產量、粗蛋白含量和相對飼喂價值隨播種量的增加和行距的變化呈先增加后降低的趨勢；綜合3年平均數據，播種量為18 kg·hm-2和行距為15 cm+15 cm+20 cm處理的干草產量（18.41 t·hm-2）和粗蛋白含量（21.00%）最高；中性洗滌纖維（36.50%）和酸性洗滌纖維（26.59%）含量在行距為20 cm時最低；相對飼喂價值（171.98）在播種量為18 kg·hm-2和行距為20 cm時最高。經PCA對苜蓿產量和品質進行綜合評價得出，播種量為18 kg·hm-2、行距為15 cm+15 cm+20 cm有利于提高寧夏引黃灌區紫花苜蓿產量和品質。