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2种间作模式对5年生苜蓿产量及光合特性的影响

范文

李威　刘鹏　王涛　陈庚　李淑敏

摘要以5年生苜蓿为试验材料，研究了苜蓿单作、苜蓿/玉米间作和苜蓿/燕麦草间作条件下苜蓿产量、叶片氮含量以及光合特性，为探讨缓解苜蓿产量退化提供理论依据和方法。结果表明，2种间作模式下的苜蓿产量均显著高于单作苜蓿产量，苜蓿/燕麦草间作模式下苜蓿产量最高。2种间作模式均能显著提高苜蓿叶片氮含量，有效提高光合能力。因此，间作模式可以有效防止5年生苜蓿产量退化，在农牧地区具有可行性。

关键词苜蓿;间作;产量;玉米

中图分类号 S344.2文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2020）13-0037-03

Abstract 5yearold alfalfa was used as test material. Yield， leaf nitrogen content and photosynthetic characteristics of alfalfa in alfalfa monoculture， intercropping of alfalfa and maize， intercropping of alfalfa and oat were studied，so as to provide theoretical basis and method for effectively improving the productivity of degraded alfalfa. The results showed that the yields of alfalfa in two intercropping patterns was significantly higher than that in alfalfa monoculture. Yield of alfalfa in intercropping pattern of alfalfa and oat was the highest among them. Two intercropping patterns both significantly improve the leaf nitrogen content and photosynthetic capacity of alfalfa，and in conclusion， intercropping effectively prevent degradation of 5yearold alfalfa. These intercropping patterns are feasible in farmingpastoral areas.

Key words Alfalfa;Intercropping;Yield;Maize

苜蓿（Medicago sativa L.）是一種多年生豆科植物[1-4]。由于适口性好、蛋白含量高、产量高、抗逆性强等特点，苜蓿成为种植面积大、分布广、利用率高的优良牧草，素有“牧草之王”的美誉[5-6]。由于蛋白饲料短缺，我国对于苜蓿的需求量较大，苜蓿在我国的种植面积逐年增加[7]。一般情况下，苜蓿可生长20～25年[8]。但有研究表明，紫花苜蓿的高产期在2～4年，第5年苜蓿产量开始下降，主要表现为株高降低、植被稀疏、分枝减少，退化趋势明显[9-10]。如何解决这一问题对于保障苜蓿可持续性生产以及节约苜蓿生产成本意义重大。

禾本科和豆科间作模式对于提高作物产量和增加光、水、热、空间等资源利用率有显著效果[11-12]。目前，对于禾本科和豆科间作增产增效机理已有很多深入报道[13]。苜蓿和禾本科间作模式多种多样，如苜蓿和玉米间作、苜蓿和小麦间作等[14]。但是，间作是否可以缓解多年生苜蓿退化还有待研究和探讨。

鉴于此，笔者以玉米/苜蓿、玉米/燕麦草2种间作模式为研究对象，探讨这2种间作模式对5年生苜蓿产量、光合特性以及氮含量的影响，旨在研究间作模式在减缓多年生苜蓿退化中的作用和效果，为促进苜蓿生产以及提高土地使用效率提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在哈尔滨成高子镇（45°44′N，126°43′E）进行，该地区属于温带大陆性气候，冬季寒冷，夏季高温多雨，年平均温度为3.5～4.5 ℃，>10 ℃有效积温为2 600～2 700 ℃，年平均降雨量为400～600 mm，60%～70%降水集中在7—8月，无霜期为135～145 d。

1.2 试验材料供试苜蓿品种为越冬之星，玉米品种为先玉335，燕麦草品种为白燕2号。

1.3 试验方法以5年生苜蓿为试验材料，设置3个处理：①苜蓿单作。苜蓿单作播种方式为条播，播种量为45 kg/hm2，行距60 cm;②苜蓿-玉米间作。间作玉米在单作苜蓿垄间播种，玉米株距35 cm，播种日期为5月初;③苜蓿-燕麦草间作。间作燕麦草在单作苜蓿垄间播种，播种量为22.5 kg/hm2，播种时间为4月中旬。试验采用随机区组设计，每个处理3次重复，小区长7 m，宽5 m，面积为35 m2。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 苜蓿产量测定。苜蓿刈割3次，刈割时间为6月16日、7月22日、8月27日。每次刈割后，测定鲜草重量和含水率，计算干草产量。

1.4.2 苜蓿光合测定。光合测定是在第1次刈割前测定，选择晴朗天气，采用LI-6400便携式光合仪（LI-COR， Lincoln， NE， USA）测定气体交换参数。光合-光强响应曲线（Pn-PFD，Pn-net photosynthetic rate， PFD-photon flux density）测定采用杨兴洪[15]的方法，测定时叶室CO2浓度为350 μmol/mol，利用低于200 μmol/（m2·s）PFD的光合速率值的直线回归方程的斜率求得表观光量子效率（AQY），同时求得光补偿点。测定光合后，叶片放入液氮中保存，用于氮含量测定。

1.4.3 苜蓿植株叶片氮含量。采用凯氏定氮法测定。

1.4.4 苜蓿根瘤数测定。取单株苜蓿0～20 cm根系，查数得出其根瘤数量。

2 结果与分析

2.1 不同间作模式对苜蓿产量影响

由表1可知，间作模式下苜蓿产量均明显高于单作的苜蓿产量，苜蓿/玉米间作处理下苜蓿产量是15 364.80 kg/hm2，是苜蓿单作（12 400.50 kg/hm2）的1.24倍;苜蓿/燕麦草间作处理下苜蓿产量是16 056.60 kg/hm2，是苜蓿单作（12 400.50 ?kg/hm2）的1.29倍。统计分析结果表明，不同间作模式对苜蓿的含水率造成的影响均不显著，苜蓿单作处理下苜蓿产量与2种间作模式，即苜蓿/玉米间作和苜蓿/燕麦草间作的苜蓿产量均差异显著（P<0.05），而2种间作模式下苜蓿产量差异不显著。

2.2 不同间作模式对苜蓿根瘤数和叶片氮含量的影响

3种种植模式除了对苜蓿的产量造成影响外，还对苜蓿的品质有影响（表2），体现在根瘤数和叶片氮含量等方面。从表2可以看出，2種间作模式下的苜蓿根瘤数和叶片氮含量均高

于苜蓿单作处理。其中，苜蓿/燕麦草间作模式下苜蓿根瘤数为（25±3）个/株，苜蓿/玉米间作模式下苜蓿根瘤数为（23±4）个/株，均高于单作苜蓿的根瘤数（17±2）个/株;苜蓿/燕麦草间作下苜蓿的叶片氮含量为（2.39±1.11）%，苜蓿/玉米间作下苜蓿的叶片氮含量为（2.13±0.31）%，也都高于单作苜蓿的叶片氮含量（1.86±0.77）%。以上数据表明，与苜蓿单作相比，2种间作模式对苜蓿根瘤数的增加作用均有显著差异（P<0.05），同时苜蓿叶片氮含量均有一定程度的提高，差异显著（P<0.05）。此外，苜蓿/燕麦草间作模式对于提高苜蓿根瘤数和叶片氮含量的效果优于苜蓿/玉米间作模式。

2.3 不同间作模式对苜蓿光合特性的影响

Pn-PPFD 响应曲线（图1）表明，随着光强的增加，3种种植模式的苜蓿叶片光合速率也随之增加，当光强增加到1 200 μmol/（m2·s）后，叶片光合速率不再升高，保持稳定。其中，苜蓿/燕麦草间作和苜蓿/玉米间作处理下苜蓿叶片的光合速率均明显高于苜蓿单作，差异显著（P<0.05），并且苜蓿/燕麦草间作模式优于苜蓿/玉米间作模式。

与单作苜蓿相比，2种间作模式均显著（P<0.05）提高了苜蓿的表观量子效率（AQY）和饱和光强下的光合速率（Pn-max），且苜蓿/燕麦草间作模式的效果更显著。单作处理下苜蓿的光补偿点（LCP）为（45.1±1.1）μmol/（m2·s），显著高于苜蓿/玉米间作模式下光补偿点（32.6±0.7）μmol/（m2·s）和苜蓿/燕麦草间作模式下光补偿点（37.5±2.1）μmol/（m2·s）（P<0.05）。而3种处理下苜蓿的光饱和点（LSP）均为1 000 μmol/（m2·s）（表3）。

2.4 苜蓿叶片氮含量与光合速率的相关性

叶片氮含量对叶片光合速率影响如图2。从图2可以看出，随着苜蓿叶片氮含量的增加，苜蓿叶片的光合速率也不断增加，二者具有正相关关系。

3 结论与讨论

苜蓿作为重要的牧草资源，对我国的畜牧业极为重要[16]。生长5年以上的苜蓿会出现产量降低、牧草退化的现象。该试验结果表明，5年生苜蓿间作燕麦草或玉米可有效提高苜蓿产量、阻止苜蓿产量的降低。

苜蓿和燕麦草或玉米间作能够显著提高其根部的根瘤数量（P<0.05），苜蓿和燕麦草间作处理的根瘤数增加最多。豆科植物共生根瘤是豆科植物获取氮的主要途径，能够有效地促进和帮助豆科植物对氮的吸收和利用[17]。从试验结果可以看出，

与单作相比，

苜蓿与燕麦草或玉米间作后苜蓿叶片的氮含量显著提高（P<0.05），这与根瘤数量关系密切。间作增加的根瘤数量有效提高了苜蓿叶片氮含量。

苜蓿与燕麦草或玉米间作还有效提高了苜蓿的光合能力。结果表明，与单作苜蓿相比，间作苜蓿光合速率显著提高（P<0.05），这可能是间作苜蓿产量提高的原因之一。间作苜蓿的光合能力提高主要是因为其叶片氮含量增加，氮与植物叶片光合速率关系密切。有研究表明，植物叶片绝大多数氮都储存在叶绿体中，植物叶片氮的提高会明显增加光合速率[18]，该研究结果也证实了苜蓿叶片光合速率增加与氮含量关系。

综上所述，苜蓿与燕麦草或玉米间作主要提高了苜蓿叶片氮含量，进而提高了间作苜蓿光合能力，增加了苜蓿产量，这表明苜蓿和禾本科间作能够有效地阻止其产量退化，对提高苜蓿产量、节约牧草种植成本、提高土地利用效率意义重大。

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