張文杰，李向林，萬里強(qiáng)，何 峰

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193)

翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿生長的影響

張文杰，李向林，萬里強(qiáng)，何 峰

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193)

紫花苜蓿(Medicagosativa)自毒作用對連作種植的苜蓿建植有不利影響，減輕自毒作用，使苜蓿的更新建植能夠成功，是苜蓿生產(chǎn)中的一個重要問題。為此，在北京地區(qū)進(jìn)行了田間試驗，對生長5年紫花苜蓿土地在不同時間耕翻，間隔0、15、30、45、90 d之后再播種同品種苜蓿，以研究耕翻至播種間隔時間對苜蓿苗期生長及生化特性的影響。結(jié)果表明，隨著耕翻至播種間隔時間的縮短，苜蓿苗期根和苗的長度與質(zhì)量均呈明顯下降的趨勢。與間隔30、45及90 d播種的苜蓿相比，耕翻當(dāng)天直接播種的苜蓿苗根系發(fā)育明顯受到抑制，根長下降了10%～23%，苗長下降了16%～26%，根質(zhì)量下降了58%～71%，苗質(zhì)量下降了38%～62%。苗期苜蓿葉綠素含量隨間隔時間變化不明顯，但超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性隨間隔時間延長而降低。

紫花苜蓿；化感作用；自毒；耕翻；重新播種

20世紀(jì)70年代中期以來,植物化感作用的研究逐漸引起普遍注意,并成為農(nóng)業(yè)和化學(xué)生態(tài)學(xué)研究的活躍領(lǐng)域[1]?；凶饔?allelopathy)是指“植物之間相互抑制或促進(jìn)的生物化學(xué)作用”[2],而自毒作用(autotoxicity)則是化感作用的一種特殊形式,指某些植物釋放出的一些物質(zhì)對同茬或后茬的同種或同科植物的生長產(chǎn)生抑制的現(xiàn)象。許多研究表明,植物自毒作用是造成連作障礙的重要因素之一[3]。

紫花苜蓿(Medicagosativa)是重要的豆科牧草，一般在種植后的第2-4年處于生長旺盛期,第5年以后生產(chǎn)力逐漸下降[4]。種植過苜蓿的土壤,間隔較短時間再種苜蓿，很難建植成功[5]。早期的研究發(fā)現(xiàn),苜蓿在停種幾季后方可再播種,當(dāng)時并不理解是什么原因?qū)е峦寥缹﹂L期種植苜蓿產(chǎn)生的不利影響,直到20世紀(jì)80年代，研究才發(fā)現(xiàn)苜蓿具有自毒效應(yīng)[6]。大量的研究已經(jīng)證實，苜蓿能產(chǎn)生和釋放化感物質(zhì)抑制自身和其他作物的萌發(fā)和生長[7-8]。隨后,越來越多的學(xué)者認(rèn)為苜蓿含有水溶性自毒物質(zhì)[9-12]。目前，紫花苜蓿的自毒作用已經(jīng)得到學(xué)界普遍認(rèn)可[13-15]。

在苜蓿產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的美國，對苜蓿自毒作用的研究較多。連續(xù)種植苜蓿的土壤中存在自毒作用，使原地重新播種的苜蓿不能成功建植[13,15-16]。然而，用除草劑或翻耕使老苜蓿生長終止后，經(jīng)過一定時間的間隔再重新種植苜蓿，則可不同程度地避免苜蓿自毒作用[15,17]。但是，關(guān)于間隔時間的長短，文獻(xiàn)報道的結(jié)果差異很大。例如，在美國密西根州只間隔2～3周新播紫花苜?？沙晒ㄖ瞇14]，而在威斯康星州則需要長達(dá)1～2年的間隔才能較好地消除自毒作用的影響[18-19]。雖然國內(nèi)也有少數(shù)關(guān)于紫花苜?；凶饔玫难芯繄蟮繹20-21]，但基本都是利用植物浸提液在實驗室進(jìn)行的生物測定，有關(guān)紫花苜?；凶饔玫奶镩g實驗研究則鮮見報道，至于翻耕與播種之間的間隔時間對新播苜蓿建植的影響，國內(nèi)尚未見到報道。為此，本研究通過田間試驗，分析不同的翻耕與播種間隔時間對新播苜蓿幼苗生長及生化特性的影響，旨在了解苜蓿自毒作用的田間實際影響，為苜蓿生產(chǎn)實踐提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗地概況 試驗在北京克勞沃草業(yè)技術(shù)開發(fā)中心雙橋基地進(jìn)行，地處39°34′ N，116°28′ E，為典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫10～12 ℃，≥10 ℃年積溫4 200 ℃·d，年降水量在600 mm以上，75%集中在夏季。地勢平坦、開闊，光照、通風(fēng)良好，土壤耕作歷史悠久，土壤熟化程度高。

1.2試驗材料 試驗地為種植5年三得利(Sanditi)紫花苜蓿的地塊，新播種的紫花苜蓿品種仍然為三得利，種子由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所提供。

1.3試驗設(shè)計 將種植5年的紫花苜蓿地分別于2009年的1月6日、2月25日、3月12日、3月27日和4月11日進(jìn)行翻耕，4月11日統(tǒng)一播種苜蓿，即翻耕與播種之間的間隔時間分別為90、45、30、15和0 d共5個處理。翻耕時將苜蓿植株及根部清理出去，平整土壤，準(zhǔn)備良好的苗床。重新播種苜蓿的播種量為15 kg/hm2,播種深度為2～3 cm，行距30 cm。播后適時澆水、除雜草。試驗為完全隨即區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積3 m×5 m，重復(fù)3次。

1.4測定方法與數(shù)據(jù)分析 播種后75 d(2009年6月25日)，在各小區(qū)隨即取樣10株，測定如下指標(biāo)。

1)苗和根的長度：將植株完全挖出土壤(50 cm)，在新鮮狀態(tài)下用直尺分別測定主莖和主根的長度。

2)苗和根的質(zhì)量：將苗和根沖洗干凈，表面晾干，然后稱取單株的根和苗的質(zhì)量。

3)生化指標(biāo)：葉綠素含量超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)。

結(jié)果數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行整理，用SAS 軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿形態(tài)指標(biāo)的影響 翻耕與播種間隔時間對紫花苜蓿的生長存在一定的影響，一般隨著間隔時間的縮短，根長、苗長、根質(zhì)量、苗質(zhì)量都有逐漸減小的趨勢。田間實際長勢的觀察，也發(fā)現(xiàn)間隔時間越長幼苗生長越好。翻耕當(dāng)天種植(間隔0 d)的紫花苜蓿根長顯著小于間隔30、45及90 d的處理(P<0.05)；翻耕當(dāng)天種植的苜蓿根質(zhì)量和苗質(zhì)量顯著小于(P<0.05)其他處理的根質(zhì)量和苗質(zhì)量(間隔30 d處理除外)。

表1 翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿形態(tài)指標(biāo)的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母者表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

2.2翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿葉綠素含量的影響 由表2可見，葉綠素a在0.632～0.670 mg/L變化， 葉綠素b的含量在0.313～0.391 mg/L變化，葉綠素a和葉綠素b之和的變化范圍為0.889～1.041 mg/L。翻耕與播種的間隔時間對后茬紫花苜蓿葉綠素a和葉綠素b的含量影響不顯著(P>0.05)。

2.3翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿SOD和POD活性的影響 SOD和POD活性整體上隨翻耕與播種間隔的縮短而增加(表3)。翻耕當(dāng)天種植的苜蓿SOD活性顯著大于間隔45 d和間隔90 d種植的苜蓿(P<0.05)，間隔15 d的苜蓿SOD活性顯著大于間隔45 d的苜蓿。隨著翻耕間隔時間的縮短，POD活性也呈增加的趨勢，翻耕當(dāng)天及間隔15 d種植的苜蓿POD活性顯著大于間隔90 d種植的苜蓿，而其他處理間差異不顯著(P>0.05)。

3 討論

從試驗結(jié)果來看，翻耕與播種間隔時間不同對苜蓿苗期生長發(fā)育確實存在明顯的影響。隨著翻耕至播種間隔時間的縮短，苜蓿苗期根和苗的長度與質(zhì)量均呈明顯的下降趨勢。與間隔30、45及90 d播種的苜蓿相比，翻耕當(dāng)天直接播種的苜蓿苗根系發(fā)育明顯受到抑制，根長下降了10%～23%，苗長下降了16%～26%，根質(zhì)量下降了58%～71%，苗質(zhì)量下降了38%～62%。從結(jié)果來看，間隔時間對根和苗的質(zhì)量的影響要大于對根長(根深)、苗長(株高)的影響。

表2 翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿葉綠素含量的影響

表3 翻耕與播種間隔時間對后茬苜蓿SOD和POD活性的影響

Jennings和Nelson[16]在美國中西部平原用除草劑殺死生長5～7年的老苜蓿后，間隔15 d、23 d、0.5年、1.0年、1.5年后用免耕法再播種苜蓿，發(fā)現(xiàn)與間隔1.5年的處理相比，間隔15和23 d播種的苜蓿密度分別下降12%和19%，產(chǎn)量分別下降6.3%和10.3%。Tesar[14]在美國密西根州的研究結(jié)果表明，在老苜蓿地上重新種植苜蓿，翻耕至播種至少要間隔2周，而施用草甘膦殺死原有苜蓿后免耕播種，至少要有3周的間隔時間，才能明顯消除自毒作用。以上不同的研究證明，在翻耕至播種之間有一定的間隔時間，可以減輕苜蓿的自毒作用，使苜蓿的更新建植得以成功。但是，具體的間隔時間隨地區(qū)、原有苜蓿生長年限、品種、密度等因素的不同而有較大的差異[16]。在本研究中，就苜蓿苗期的生長而言，至少應(yīng)該間隔15 d以上，而且間隔時間越長約有利于后茬苜蓿的建植，這與Tesar[14]的建議相似。但是，由于本試驗的時間較短，設(shè)置的最長間隔也只有90 d，所以尚難推薦一個最佳的間隔時間。

有些研究者采用在原有苜蓿地翻耕后延遲播種的措施來消除自毒作用，但往往導(dǎo)致苜蓿產(chǎn)量下降，這主要是因為延遲播種會錯失苜蓿的最佳播種時間，而且在冬季到來之前根系無法得到充分發(fā)育。因此，本研究采用統(tǒng)一播種時間、以不同的時間間隔提前翻耕的處理方法，保證了所有處理具有相同的生長時間，排除了其他因素的影響。建議在生產(chǎn)實踐中也應(yīng)該在最佳季節(jié)播種，但將翻耕的時間提前。

化感物質(zhì)能對植物的蛋白酶和果膠酶、過氧化物酶等有顯著的影響[22]。本研究顯示，翻耕與播種間隔時間越長，超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性越高。超氧化物歧化酶和過氧化物酶普遍存在于植物的各個組織中，可以通過催化植物體內(nèi)的活性氧，防止發(fā)生過氧化反應(yīng)?？寡趸富钚耘c植物的代謝強(qiáng)度及逆境適應(yīng)能力有密切的關(guān)系。苜蓿自毒作用在某種程度上也是一種逆境因素，抗氧化酶活性的變化反映了這種逆境影響及植物的適應(yīng)性響應(yīng)。在本研究中，苜蓿葉綠素含量在各處理間沒有顯著差異，表現(xiàn)相對穩(wěn)定，可見處理對苜蓿苗期的光合作用影響不大。

因此在生產(chǎn)過程中，對于種植過幾年苜蓿的土地，可以通過多次翻耕和延長翻耕至播種的時間來降低自毒作用，翻耕及延長翻耕時間可以降低土壤中自毒物質(zhì)的含量，從而降低自毒作用的影響，對后茬苜蓿的生長有很大的促進(jìn)作用。但隨著翻耕間隔時間的縮短，超氧化物歧化酶總活性和過氧化物酶活性逐漸增加。

對于苜蓿自毒作用所涉及的具體化感物質(zhì)，文獻(xiàn)中鮮有報道。一般認(rèn)為，苜蓿根和植物體其他部位都會產(chǎn)生一些化感物質(zhì)，這些化感物質(zhì)都是水溶性的。這些物質(zhì)主要通過揮發(fā)、淋溶的方式進(jìn)入周圍土壤。翻耕后間隔一段時間再播種，可以使土壤中的化感物通過揮發(fā)和淋溶而損失，從而減輕自毒作用。

4 結(jié)論

在生長5年的三得利紫花苜蓿地上重新建植同一品種的苜蓿，翻耕至播種的間隔時間對苜蓿苗期的地上和地下部分生長發(fā)育有明顯影響。一般，隨著間隔時間的延長，苜蓿苗期植株的根長、根質(zhì)量、苗長、苗質(zhì)量均有增加趨勢，說明了自毒作用隨間隔時間而逐漸減弱。苗期苜蓿葉綠素含量隨間隔時間變化不明顯，但SOD和POD活性隨間隔時間延長而降低。在生產(chǎn)實踐中，在老苜蓿地上重新種植苜蓿，翻耕至播種之間的間隔至少應(yīng)該超過15 d。

[1] 尹亞麗,李紅旭,王俊,等.雜草對紫花苜蓿的化感作用[J].草業(yè)科學(xué),2009,26(12):131-135.

[2] Rice E.Allelopathy[M].Orlando Florida:Academic Press,1984:1-50.

[3] 王芳,王敬國.連作對茄子苗期生長的影響研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2005,13(1):79-81.

[4] 車晉滇.苜蓿栽培與病蟲草害防治[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2002:4-5,171-172.

[5] 李玉占,梁文舉,姜勇.苜?；凶饔醚芯窟M(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)雜志,2004,23(5):186-191.

[6] Chon S U,Choi S K,Jung S,etal.Effects of alfalfa leaf extracts and phenolic allelochemicals on early seedling growth and root morphology of alfalfa and barnyard [J].Crop Protection,2002,21:1077-1082.

[7] 李志華,沈益新,倪建華,等.豆科牧草化感作用初探[J].草業(yè)科學(xué),2002,19(8):28-31.

[8] Chung I M,Seigler D,Miller D A,etal.Autotoxic compounds from fresh alfalfa leaf extracts:identification and biological activity[J].Journal of Chemical Ecology,2000,26:315-327.

[9] Joanne R.Legume cover crops with winter cereals in Southern Manitoba[J].Agronomy Journal,2001,93:1086-1096.

[10] Narwal S S,Hoagland R E,Dilday R H,etal.Allelopathic interactions in multiple cropping systems[A].In:Allelopathy in Eco1ogical Agriculture and Forestry[C].Netherlands:Kluwer Academic Publishers,2000:141-157.

[11] Nielsen K F,Cuddy T,Woods W.The influence of the extract of some crops and soil residues on germination and growth[J].Canadian Journal of Plant Science,1960,40:188-197.

[12] Putnam A R,Weston L A.Adverse impacts of alleIopathy in agricultural systems[A].In:The Science of Allelopathy[C].New York:Wiley Press,1986:43-56.

[13] Miller D A.Allelopathic effects of alfalfa[J].Journal of Chemical Ecology,1983(9):1059-1072.

[14] Tesar M B.Delayed seeding of alfalfa avoids autotoxicity after plowing or glyphosate treatment of established stands[J].Agronomy Journal,1993,85:256-263.

[15] Miller D A.Allelopathy in forage crop systems[J].Agronomy Journal,1996,88:854-859.

[16] Jennings J A,Nelson C J.Rotation interval and pesticide effects on establishment of alfalfa after alfalfa[J].Agronomy Journal,2002,94:786-791.

[17] Jennings J A,Nelson C J.Zone of autotoxic influence around established alfalfa[J].Agronomy Journal,2002,94:1104-1111.

[18] Klein R R,Miller D A.Allelopathy and its role in agriculture[J].Communications in Soil Science and Plant Analysis,1980(11):43-56.

[19] Kehr W R,Watkins J E,Ogden R L.Alfalfa establishment and production with continuous alfalfa and following soybeans[J].Agronomy Journal,1983,75:435-438.

[20] 朱曉紅,王朋,梁文舉,等.苜蓿化感作用的初步研究[J].生態(tài)學(xué)雜志,2004,23(3):128-130.

[21] 陳素英,馬永清.五種作物之間的生化它感研究初報[J].耕作與栽培,1993,5(1):1-6.

[22] Hall M H,Henderlong P R.Allalfa autotoxic fraction characterization and initial separation[J].Crop Sciience,1989,29:425-428.

Effectoftheintervalbetweenploughingandsowingongrowthofcontinuouscroppingalfalfa

ZHANG Wen-jie, LI Xiang-lin, WAN Li-qiang, HE Feng

(The Institute of Animal Science, CAAS, Beijing 100193， China)

Autotoxicity often causes poor establishment of continuous cropping alfalfa, therefore reducing the autotoxicity will benefit successful alfalfa regeneration in continuous cropping. A field experiment was conducted in the Beijing regions to determine effect of the interval between ploughing and reseeding on growth of continuous cropping alfalfa in 5-years field. The treatments included 0, 15, 30, 45 and 90 days of interval between ploughing and reseeding. The results of this study showed that less interval between ploughing and reseeding reduced the length of root and shoot and the weight of root and shoot of the alfalfa plants. The root length, shoot length, root weight and shoot weight in plots with 0 day interval reduced the 10%-23%, 16%-26%, 58%-71% and 38%-62%,respectively when compared to those in plots with a interval of 15, 30, 45 and 90 days. The changes of the interval did not affect chlorophyll content while the activities of SOD and POD increased with the decrease in interval between ploughing and reseeding.

alfalfa; allelopathy; autotoxicity; ploughing； reseeding

S551+.704

A

1001-0629(2011)01-0127-04

2010-03-07 接受日期：2010-09-06

農(nóng)業(yè)部牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系研究課題

張文杰(1985-)，女，河南周口人，在讀碩士生，主要研究方向為草地生態(tài)學(xué)。

E-mail:wenjie8314@sohu.com

李向林 E-mail:lixl@iascaas.net.cn