接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿生產性能及營養價值的影響評價

馬埡杰, 權金鵬,甘輝林,王 鵬,顧新民

(1.張掖市草原工作站,甘肅 張掖 734000;2.甘肅省祁連山水源涵養林研究院 )

近年來,隨著草畜產業不斷發展和草原生態保護工程的大力實施,優質飼草短缺問題日益凸顯。尤其是我國北方,土壤貧瘠,鹽堿化程度較高,種植牧草的產量和品質更是差強人意,致使無法滿足當地畜牧業的可持續發展。紫花苜蓿(Medicago sativa)作為“牧草之王”,是世界上廣泛種植的一種多年生牧草,不僅產量高,營養價值豐富,而且適口性好。發展以紫花苜蓿為基礎的畜草生產,是減輕我國糧食壓力、提高農牧民收入、發展草牧業、保障人民生活水平的必要措施。然而,在苜蓿產業的規?；?、集約化、專業化生產下出現了大面積紫花苜蓿養分供應不足的問題,特別是有機氮肥的來源。若采用大量施用化肥來滿足其氮肥需求,生產成本增加且飼草質量難以達到綠色食品標準,而為紫花苜蓿接種根瘤菌,利用根瘤菌與紫花苜蓿共生固氮技術,則不失為一種解決問題且經濟有效的好辦法。根瘤菌可與苜蓿形成共生關系,在苜蓿根部結瘤固氮,可以定殖于組織中,還可以使共生體從空氣中固氮的總量達到200～400 kg·hm-2。目前,美國約80%的紫花苜蓿在播種前進行根瘤菌接種,在加拿大和澳大利亞,紫花苜蓿接種根瘤菌技術已被普遍接受。本研究選擇張掖乃至甘肅河西走廊具有代表性的農業灌溉區作為試驗地,開展紫花苜蓿根瘤菌接種試驗,研究根瘤菌接種對不同紫花苜蓿品種生長性能和營養成分的影響,為甘肅河西走廊同類地區有效利用、大面積推廣根瘤菌接種紫花苜蓿和優質品種種植提供科學依據。

1 接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿生產性能試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于甘肅省張掖市甘州區黨寨鎮,東經100 °28 ′～100 °31 ′,北緯38 °47 ′～38 °50 ′,海拔1356 m。屬于溫帶大陸性干旱氣候,年平均氣溫7 ℃,年平均降水量為129 mm,年平均溫度7 ℃,年平均相對濕度52%,無霜期148 d,≥0℃的活動積溫3390.6 ℃,≥10 ℃的活動積溫2870 ℃,光熱資源極為豐富。土壤類型為壤質灰棕漠土,引水灌溉條件好,適宜作物生長。

1.2 試驗材料

1.2.1 供試紫花苜蓿品種 供試紫花苜蓿品種6個,其中國外品種5個,國內品種1個,具體供試品種見表1。

表1 供試紫花苜蓿品種

1.2.2 供試根瘤菌 供試根瘤菌為巧農苜蓿專用根瘤菌肥,從甘肅鴻遠生物科技有限公司購買。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 試驗設6個處理組,每個處理組各設1個對照,分別以CK和試驗組代表。CK為對照,未接種處理;試驗組為接種處理。隨機區組排列,重復3次,每個處理15 m2,小區間距60 cm,播種量30 kg·hm-2。播種期2019年4月20日,撒播,田間管理同當地大田,滿足水肥供應,現蕾期刈割。

1.3.2 根瘤菌接種 將供試紫花苜蓿種子和根瘤菌干粉按照每1 kg種子拌根瘤菌0.14 kg的比例在試驗地陰涼處進行均勻拌種,拌種后隨即進行播種。

1.4 測定指標及檢測方法

越冬率:每個小區隨機選取0.25 m2,標記后分別在入冬前和次年返青期測定成活株數。

分枝數:在現蕾期,隨機選取10株紫花苜蓿測定,取平均值。

株高:刈割前隨機選取10株紫花苜蓿,自地面至生長點測量,取平均值。

產草量:現蕾期整小區刈割測產,刈割4茬,留茬5 cm。每次刈割后稱鮮重,根據干鮮比計算干草產量。

接瘤量:在苗齡60 d時,隨機選取10株紫花苜蓿,挖出根部,在水中清除附著土壤后計數。

營養品質:每次刈割后采取四分法在三個重復單元各隨機抽取1000 g草樣,在實驗室用烘箱105 ℃殺青0.5 h,65℃下烘干24 h,取出粉碎過40目篩,裝袋使用。

粗蛋白(CP)測定采用凱氏定氮法,中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)測定采用Van Soest 法,磷(P)含量采用流動注射分析儀測定。相對飼喂價值(RFV)采用下列公式計算:

DMI=120/NDF

DDM=88.9-0.779×ADF

RFV=DMI×DDM×0.775

公式中:DMI為粗飼料干物質的隨意采食量,DDM為可消化干物質。

綜合評價:使用灰色關聯分析法。計算公式如下:

絕對離差Δi(k)=|X0(k)-Xi(k)|

(1)

關聯系數εi(k)=

(2)

(3)

(4)

(5)

根據關聯度分析原則,關聯度越大,表明供試品種與最優指標及相似程度越高,其綜合性狀評價表現越優,反之,則表明綜合性狀評價表現越差。

1.5 數據分析

利用Excel 10.0軟件對試驗數據進行整理、計算、制表,采用SPSS17.0統計軟件進行T檢驗和單因素方差分析,比較不同紫花苜蓿品種接種處理和不同茬次間的差異顯著性。

2 接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿生產性能及營養價值結果與分析

2.1 接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿越冬率和分枝數的影響

表2可知,不同品種紫花苜蓿越冬率接種較未接種差異顯著(P<0.05),平均提高6.08%,其中威神、甘農3號和巨能601漲幅均超過平均值,威神漲幅最高,達7.7%。甘農3號和旱地在未接種和接種后的越冬率較其它品種均表現突出,差異顯著(P<0.05)。這說明越冬率與品種自身休眠級相關,休眠級越低抗寒性越強,而接種根瘤菌可明顯提高紫花苜蓿越冬率。不同品種紫花苜蓿分枝數接種較未接種差異不顯著(P>0.05),但有一定程度增加,其中巨能601增幅最高。三得利在未接種和接種后的分枝數較其它品種均表現最好,差異顯著(P<0.05)。說明在同一種植條件下接種根瘤菌對紫花苜蓿的分枝數影響并不顯著。

表2 接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿越冬率和分枝數的影響

2.2 接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿株高的影響

表3可知,不同品種紫花苜蓿平均株高除威神外,接種較未接種差異顯著(P<0.05),平均增加3.6 cm,WL343增幅最高,達5.42 cm。三得利和甘農3號在未接種和接種后的平均株高較其它品種均表現突出,均在80 cm以上,其中三得利表現最好,較其它品種差異顯著(P<0.05)。不同品種紫花苜蓿在未接種和接種后的平均株高茬次間均表現出第1茬最高,平均增幅最大,且第1茬品種間差異不顯著(P>0.05),而在其它茬次間,各品種表現不一,品種間異顯著(P<0.05),其中甘農3號和三得利表現突出。不同品種紫花苜蓿在茬次間平均增幅依次為第1茬4.87 cm,第2茬4.56 cm,第3茬2.72 cm,第4茬2.46 cm?？傮w來看,接種根瘤菌可有效提高紫花苜蓿株高,以第1茬最高,平均增幅最大。但隨刈割茬次增加,紫花苜蓿在未接種和接種后的株高均呈現出下降趨勢,說明接種根瘤菌與刈割茬次無關,主要取決于品種自身特性。

表3 接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿株高的影響

2.3 接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿產量的影響

表4可知,不同品種紫花苜蓿干草產量接種較未接種差異顯著(P<0.05),平均增產1 355.49 kg·hm-2,提高21.3%,其中巨能601增幅最高,達1 942.71 kg·hm-2,提高33.71%。三得利在未接種和接種后的干草產量較其它品種均表現最好,差異顯著(P<0.05),接種后提高19.67%。不同品種紫花苜蓿在未接種和接種后茬次內表現不一,品種間差異顯著(P<0.05),但均表現出第1茬最高,平均增幅最大。茬次間平均增幅依次為第1茬2 189.61 kg·hm-2,第2茬1 475.64 kg·hm-2,第3茬1 166.21 kg·hm-2,第4茬770.63 kg·hm-2。第1茬干草產量較其它茬次分別提高了48.38、87.76和184.13%?？傮w來看,接種根瘤可有效提高紫花苜蓿干草產量,以第1茬最高,平均增幅最大。紫花苜蓿的產量與株高呈正相關,隨刈割茬次增加,紫花苜蓿在未接種和接種后的干草產量均呈現出下降趨勢。

表4 接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿產量的影響

2.4 接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿接瘤量的影響

表5可知,不同品種紫花苜蓿分枝期的接瘤數接種較未接種差異顯著(P<0.05),平均增加17個·株-1,其中以巨能601表現最好,接瘤數達49個·株-1,平均增加24.67個·株-1,增長100.04%。不同品種紫花苜?，F蕾期接瘤數除甘農3號外,其它品種較未接種均差異顯著(P<0.05),平均增加4個·株-1,其中以巨能601和威神表現突出,分別為39和38個·株-1,分別增加7和6個·株-1,增長23.18和17.36%。且分枝期接瘤數較現蕾期平均多13個·株-1。這說明,接種根瘤菌可有效提高紫花苜蓿單株根瘤數,且分枝期接瘤數要遠大于現蕾期。其原因可能是紫花苜蓿在現蕾期本身結瘤能力強,而人為干預后提前了作物結瘤期,使其在分枝期接瘤數猛增,以促進前期生長。其中巨能601的接瘤數增幅與干草產量增幅均較其它品種優異,說明此品種對供試根瘤菌的敏感性更強。

表5 接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿接瘤量的影響

2.5 接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿營養品質的影響

表6可知,不同品種紫花苜蓿粗蛋白(CP)含量接種較未接種差異顯著(P<0.05),平均含量達21.52%,提高2.17個百分點,其中甘農3號和巨能601表現突出,分別提高2.43和2.9個百分點;相對飼喂價值(RFV)接種較未接種差異不顯著(P>0.05),但均有一定程度提高,其中三得利、甘農3號和旱地較其他品種表現突出,差異顯著(P<0.05);酸性洗滌纖維(ADF)在未接種和接種后品種間均差異顯著(P<0.05),其中三得利和甘農3號表現突出,較未接種分別降低了1.34和1.3個百分點;中性洗滌纖維(NDF)在未接種和接種后品種間均差異顯著(P<0.05),其中三得利、甘農3號和旱地較未接種有所提高,分別提高了1.07、0.47和0.4個百分點?？傮w來看,接種根瘤菌可有效提高紫花苜蓿粗蛋白(CP)含量,但對酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌纖維(NDF)和相對飼喂價值(RFV)的影響并不明顯。

表6 不接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿營養品質的影響 %

2.6 接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿生產性能與品質的灰色關聯度分析

選取各供試紫花苜蓿品種在現蕾期的越冬率、分枝數、株高、干草產量、接瘤量、粗蛋白、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、相對飼喂價值等9個主要性狀指標平均值進行灰色關聯度分析,采用判斷矩陣法計算各供試品種加權關聯度,加權關聯度值越大,表明該品種與最優指標集相似程度越高。反之,則越低。

分別對以上9個主要性狀指標進行無量鋼化處理,利用(1)計算各品種主要性狀指標的絕對離差Δi(k),可得二級最大差為0.307422,最小二級差為0,根據公式(2)計算各品種主要性狀指標關聯系數,其中ρ取值0.5。根據各品種主要性狀指標關聯系數,并利用公式(3)計算其等權關聯度,計算結果見表7。性狀指標權重采用判斷矩陣法計算,通過公式(4)計算各品種主要性狀指標權重系數,分別為ω Wintering rate=0.7407、ω Branch number=0.5188、ω Plant height=0.8、ω Hay yield=0.7647、ωTumor amount=0.7293、ω CP=0.7884、ω ADF =0.897、ω NDF =0.7861、ω RFV=0.8276。利用公式(5)計算加權關聯度,計算結果見表7。

表7 不同品種紫花苜蓿關聯度及排名

表7可知,甘農3號等權關聯度最高,其次分別是三得利、WL343、威神、巨能601和旱地。三得利加權關聯度最高,其次分別是甘農3號、WL343、威神、巨能601和旱地。因此,接種根瘤菌對各紫花苜蓿品種等權關聯度和加權關聯度分析結果幾乎一致。甘農3號和三得利綜合性狀最優。

3 接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿生產性能及營養價值討論

紫花苜蓿的生產性能,是指其生產大量優質草產品或種子的能力,可以用來評價苜蓿生產性能的指標有很多,主要集中為農藝性狀指標和營養品質指標。

越冬率是反映苜?？购缘囊粋€關鍵指標?？购?是植物在長期低溫脅迫適應的過程中逐漸形成的,是植物一種本身的遺傳特性。喬依娜研究結果顯示,根瘤菌對紫花苜蓿的抗寒性有積極的效應,能夠在一定程度上增強苜蓿對逆境的敏感性,迅速對逆境作出反應,并通過自我調節來降低或消除可能的危害,從而減輕低溫脅迫對紫花苜蓿植株的傷害,提高紫花苜?？购芰?。劉雨詩研究結果顯示,與不接種根瘤菌苜蓿相比,低溫脅迫導致根瘤固氮苜蓿較輕的細胞膜損傷和氧化損傷,并且根瘤固氮苜蓿在低溫脅迫中葉綠素破壞較不接種根瘤菌苜蓿緩慢,說明根瘤與紫花苜蓿共生可以提高苜?？购?。本研究中,不同品種紫花苜蓿的越冬率接種較未接種差異顯著(P<0.05)。說明紫花苜蓿接種根瘤菌可提高其越冬率,這與前人研究一致。主要是接種根瘤菌的紫花苜蓿能通過提高滲透調節物質和增加保護性蛋白質的含量來提升自身的抗寒性,并激活紫花苜蓿的滲透調節物質維持較高水平來提升其抗寒能力。

分枝數是反映植物生長性能的指標之一,但目前就對紫花苜蓿分枝數的動態變化研究還比較少,且結果不一。在孫啟忠等的研究中,苜蓿生長狀況隨播期不同而不同,播期越早其分枝數越多。李明芳研究結果顯示,第1年1級分枝數隨播種量的增加而增加。王彥華等研究結果顯示,隨著紫花苜蓿生長年限的增加,植株的1級和2級分枝數不斷增加。本研究中,不同品種紫花苜蓿的分枝數接種較未接種差異不顯著(P>0.05),這可能與品種自身的遺傳特性、播種期、種植密度、種植年限、接瘤量或根瘤菌的匹配度等綜合因素有關。

株高是衡量紫花苜蓿生長狀況的一個重要指標,也是其產量高低的特征量。由于遺傳特性、人為干預以及生態環境響應機制不同,致使其株高有所差異。本研究中,不同品種紫花苜蓿的平均株高除威神外,其他品種接種較未接種差異顯著(P<0.05)。各品種在未接種和接種后均表現出隨刈割茬次增加,株高均呈現出下降趨勢,且第1茬株高最高。接種后,第1茬平均增幅最大。這說明接種根瘤菌可有效提高紫花苜蓿株高。這與羅彥昕接種根瘤菌為土壤和作物提供氮素,增強土壤肥力,促進植株高生長的研究一致。

產草量是衡量紫花苜蓿生產性能的最重要指標,也是評價其品種優劣的關鍵特征。而人為接種根瘤菌又可有效提高紫花苜蓿根系的接瘤數和產草量。這與高振生等、喻文虎等前人研究一致。本研究中,不同品種紫花苜蓿在接種根瘤菌后可使其單株根瘤數得到提升,且分枝期接瘤數要遠大于現蕾期。不同品種紫花苜蓿干草產量與株高呈正相關,較未接種差異顯著(P<0.05)。各品種干草產量在未接種和接種后均隨刈割茬次增加,呈現出下降趨勢,表現出第1茬最高,平均增幅最大。說明接種根瘤菌可明顯提高紫花苜蓿的產草量。其原理可能是紫花苜蓿在自然生長環境下,接瘤時間遲,量少且多為無效根瘤。而人為干預后,加快了菌根侵染,使其提前形成了有效根瘤,促使共生固氮能力自幼苗期就得以增強,在分支期接瘤數猛增,達到峰值,從而延長了紫花苜蓿從空氣中獲取氮素的時間,使其產量增加。其中巨能601的接瘤數和產量增幅突出,說明此品種對供試根瘤菌的敏感性更強。

營養成分是反映紫花苜蓿品質的關鍵指標,其中CP、ADF和NDF的含量,可直觀反應其營養價值。其中CP含量越高,營養價值越高。ADF和NDF含量越低,家畜的消化率和采食量越高。RFV值越高,牧草品質越高。李莎莎等研究發現根瘤菌共生紫花苜蓿的可溶性蛋白顯著增加。葉寶宏等研究發現根瘤菌共生紫花苜蓿對于促進中性洗滌纖維不溶蛋白和酸性洗滌纖維不溶蛋白含量的增加具有明顯的促進作用。本研究中,不同品種紫花苜蓿的CP含量接種較未接種差異顯著(P<0.05)。ADF、NDF和RFV接種較未接種差異并不顯著(P>0.05)。說明接種根瘤菌可促進紫花苜蓿莖葉中粗蛋白的形成,提升CP含量,但對ADF和NDF影響并不顯著?？赡苁歉鼍慕臃N量并未達到相應紫花苜蓿品種的匹配值,或是供試紫花苜蓿品種對供試根瘤菌的敏感性不強,不是最佳匹配。

4 接種根瘤菌對不同品種紫花苜蓿生產性能及營養價值結論

通過比較分析接種根瘤菌對6個紫花苜蓿品種的影響可知,紫花苜蓿接種根瘤菌可有效提高其越冬率、株高、接瘤數、產草量和粗蛋白含量,是提高其產量和品質的有效措施之一,可大面積推廣應用。6個紫花苜蓿品種中“甘農3號”在越冬率和CP含量方面表現優異;“三得利”在分枝數、株高、產草量和RFV方面表現優異;“巨能601”在接瘤數和CP含量上表現優異。通過灰色關聯法進行權重比較,“三得利”和“甘農3號”接種根瘤菌綜合表現突出,適宜在張掖市乃至甘肅河西走廊同類農業灌溉區紫花苜蓿種植中大面積推廣應用。