美國‘WL’系列不同秋眠級苜蓿品種在南疆的生產性能與適應性評價

李妍，馬富龍，韓路，王海珍

（1. 塔里木大學農學院，新疆 阿拉爾 843300；2. 塔里木大學南疆綠洲農業資源與環境研究中心，新疆 阿拉爾 843300；3. 塔里木大學園藝與林學學院，新疆 阿拉爾 843300）

建立人工草地是發展集約化草地畜牧業、實施生態修復與可持續發展戰略的重要措施[1］。如何降低人工草地建植與管理成本，提升其經濟生態效益，篩選高產、優質和適應性強的優良牧草品種成為人工草地發展成敗與成效的首要問題。紫花苜蓿（Medicago sativa）是多年生豆科草本植物，具有抗寒、抗旱、耐鹽堿、產量高、品質優、適口性好、抗逆性強、經濟生態價值高等特點，也是當今世界最廣泛種植的優質栽培牧草，被譽為“牧草之王”[2-3］。近年來，隨著我國農業供給側結構性改革、畜牧業重新布局及耕地質量提升的需要，紫花苜蓿在發展現代畜牧業與生態循環農業中發揮著重要作用，其已成為我國草地畜牧業發展的首選牧草及保障大農業“一控兩減”基本目標實現的有效途徑[4］。研究表明，在干旱貧瘠的土壤或不適宜種植大宗糧食作物的區域，種植苜蓿不僅可以避免牧草與糧食競爭土地，而且可以降鹽改土培肥，提升土壤質量[2］。新疆是中國五大牧區之一，宜耕地資源充足，且具有發展人工草地的光、熱資源優勢。近年來圍繞畜牧業發展、生態與民生建設，新疆提出了推動優質牧草產業高質量發展的建議。南疆深居歐亞大陸腹地，遠離海洋，干旱少雨，冬季寒冷，春季風沙大且倒春寒頻發等因素成為限制苜蓿提質增效及當地畜牧業發展的主要因素。但是，就南疆地區目前種植的牧草而言大多數產量低品質差，迫切需要引進高產優質且適應性強的牧草品種[5］；且由于苜蓿為多年生牧草，一旦種植后利用年限通常在5年以上，低產、適應性差的品種造成的影響時間更長、損失更大[6］。因此，因地制宜地篩選高產優質、適應性強的苜蓿品種對推動南疆苜蓿產業發展、解決優質飼草短缺問題至關重要。

苜蓿秋眠性（fall dormancy， FD）是苜蓿隨著秋季北緯地區日照時數減少和氣溫下降所引起的生理性休眠，是一種與抗寒性、農藝性狀和生產力有密切關系的遺傳性生長特性[7-8］，鑒于秋眠級與品種生產性能、返青時間、適應性之間的密切關系，已成為北緯地區苜蓿品種鑒定的首要指標[2，9-10］。前人研究指出西北地區高秋眠級苜蓿品種生物量積累的潛力最小[11］，但其生長速度快[10］；低秋眠級苜蓿品種表現相對較好，而中秋眠級苜蓿品種表現最好，生物量積累潛力最大[11］；秋眠級和半秋眠級品種均能夠在所在地安全越冬[12］。國內學者對河海平原、山西雁門關、新疆北疆、河北地區不同秋眠級紫花苜蓿品種的生產性能進行研究，發現這些地區適宜種植秋眠級為3～5 級的紫花苜蓿[2-3，6，8，13］；寧夏灌區以高秋眠級（FD8）的“甘農5 號”綜合表現較好，低秋眠級（FD2）苜蓿品種則相對較差[14］。也有學者報道秋眠級2～4 級紫花苜蓿品種在新疆北疆平原區的生產性能高、適應性較強[15-16］。盧欣石等[7］對國內審定苜蓿品種及地方品種的秋眠級進行測定，發現苜蓿秋眠級與其耐寒能力有直接關系，可作為引種、生態區劃及產量預測的重要依據。以上研究表明，秋眠級已成為苜蓿引種及評價生產性能的重要指標[17］。但由于不同省份及新疆南、北疆各個地區的氣候、生態環境差別較大，不同紫花苜蓿品種在不同區域的生長特性、生物量及適應性表現各異，故不同地區適宜種植的紫花苜蓿品種有所差異。目前紫花苜蓿品種的引種、篩選與綜合評價研究主要在新疆北疆、東疆有序開展[2，8，15-16］，但在南疆的相關研究鮮見報道，且隨著國內新審定苜蓿品種的推廣和引進苜蓿品種的大量推廣應用，南疆也需要持續開展苜蓿品種的研究評價。

有效篩選和綜合評價紫花苜蓿品種的生產性能及生態適應性一直是紫花苜蓿引種研究的主要內容[3，8，10］。本研究從北京正道公司引進目前世界上適應種植范圍最廣的美國‘WL’系列紫花苜蓿品種為試驗材料，分析不同秋眠級苜蓿品種在南疆干旱區的生產性能和越冬率等差異并進行綜合評價，明確各紫花苜蓿品種的生態適應性，篩選出適宜南疆干旱區栽培的優良品種，為區域優質紫花苜蓿品種的引種、建植優質高產紫花苜蓿人工草地提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于新疆阿拉爾市塔里木大學園藝實驗站內（E 81.17°，N 40.32°）。試驗站所在地區晝夜溫差大、降水量少、氣候干旱，屬于典型暖溫帶極端大陸干旱荒漠氣候。年均太陽輻射133.7～146.3 kcal·cm-2，年均日照時數2556.3～2991.8 h，日照率5869%。年平均氣溫10.5 ℃，≥10 ℃積溫4113.7 ℃，無霜期220 d，年均降水量為40.1～82.5 mm，年均蒸發量為1876.6～2558.9 mm。試驗地土壤類型為沙壤土，耕層（0～20 cm）容重為1.50 g·cm-3，土壤有機質為14.86 g·kg-1，堿解氮為56.37 mg·kg-1，有效磷為33.21 mg·kg-1，速效鉀為84.45 mg·kg-1，pH 值8.46，電導率為555.33 ds·m-1。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，小區面積18 m2（3 m×6 m），播種量15 kg·hm-2，3 次重復。采用人工開溝，條播，播深2～3 cm，行距25 cm，各行播種量保持一致，播種后及時進行覆土鎮壓，出苗后及時除草。于2020 年6 月26 日播種，生長季常規田間管理，不施肥，人工去除雜草，并及時開展防治病蟲害；各茬收獲后及時灌溉保證植株正常生長發育。2020-2022 年每年初花期進行人工刈割，留茬高度3 cm，測定各品種鮮草產量和干草產量。供試紫花苜蓿品種為2020 年從北京正道公司引進的美國‘WL’系列不同秋眠級品種，分別為秋眠級10.2 級的WL712、8.0 級的WL525、6.0 級的WL440、4.0 級的WL358、3.9 級的WL343、2.0 級的WL168。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 生育期觀測 返青后每隔2～3 d 田間觀測不同秋眠級紫花苜蓿的物候期與生長特性。其中第1 茬包括返青期、分枝期、現蕾期、初花期，后茬記錄分枝期、現蕾期、初花期。各生育時期以每個小區植株達到全部植株的50%以上日期為標準。

1.3.2 株高、分枝數與生長速率測定 返青后在各小區中間2 行各選取10 株（避免邊際效應）定點掛牌標記，每隔7 d 用鋼卷尺測量每株從地面至生長點的高度，取平均值即為各品種的株高，并計數一級與二級分枝數。按下列公式計算各品種的絕對生長速率（absolute growth rate， AGR）和相對生長速率（relative growth rate，RGR）[18］。

式中：Wn-1為前一時間測的株高，Wn為后一時間測的株高，T為兩次測量的時間間隔。

1.3.3 草產量 各品種每個小區選擇長勢基本一致的紫花苜蓿，隨機設置3個1 m×1 m 小樣方（避開邊行），刈割后立即稱重即為鮮草產量。然后各小區隨機取500 g 左右鮮樣帶回實驗室，隨機選取30個莖測量莖長，并將所有莖與葉分離，分別測定鮮重，隨后置于105 ℃烘箱內殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，分別稱量莖、葉干重。計算干鮮比和葉莖比。干鮮比=干重/鮮重，葉莖比=葉干重/莖干重[19］。

1.4 數據處理

用Excel 2020 軟件進行數據整理，運用SPSS 統計軟件對試驗數據進行單因素方差分析（One-way ANOVA）與Duncan 多重比較，采用Pearson 相關性分析法分析各性狀之間的相關性，采用Origin 軟件作圖。采用SPSS 統計軟件進行灰色關聯度分析[14，20］，計算各性狀與干草產量的關聯度，并對不同秋眠級苜蓿品種的適應性進行綜合評價。

2 結果與分析

2.1 生育期

6個苜蓿品種返青集中在3 月13-19 日。返青最早的為WL358，最晚為WL712，返青相差6 d。第1 茬從返青至初花期為57～66 d，WL358 最長，為66 d，WL343 最短，為57 d，其余品種約60 d。各茬口生長期（至初花期）均隨刈割次數增加呈降低趨勢（表1）。

表1 不同秋眠級紫花苜蓿品種的生育期Table 1 The comparison of growth period of different fall dormancy alfalfa varieties （月-日Month-day）

2.2 生長速率

由表2 可知，2021 年AGR 與RGR 平均值均以WL440 最高，比最低的W168 分別高16%、6%，其次為WL712，但不同品種間無顯著差異（P＞0.05）。從刈割茬口來看，各品種AGR 表現為隨著茬口增大呈先升高再降低的趨勢，RGR 表現為先升高再降低再升高的趨勢，AGR、RGR 分別于第2 和4 茬時較高，其中除第4 茬外，AGR 在品種間存在顯著差異（P＜0.05），第3 和4 茬RGR 無顯著差異（P＞0.05）。

表2 不同秋眠級紫花苜蓿品種的生長速率Table 2 The growth rate of different fall dormancy alfalfa varieties （cm·d-1）

2.3 株高

2020-2022 年不同秋眠級苜蓿品種的株高隨種植年限依次遞增，但株高隨刈割次數（茬次）增加而遞減（表3）。6個品種各茬次株高為48.90～133.47 cm，3 年平均株高以WL440 最高，其次為WL712，WL343 則最低；除WL343 外其他品種間無顯著差異（P＞0.05）。

表3 不同秋眠級紫花苜蓿品種株高Table 3 The plant height of alfalfa varieties with different fall dormancy （cm）

2.4 葉莖比與干鮮比

不同刈割茬次的干鮮比年內變化較小，葉莖比呈明顯遞增趨勢；3 年干鮮比與葉莖比在品種間均無顯著差異（P＞0.05），其中干鮮比以WL525 最高，其次為WL168、WL358，WL525 干鮮比較最低的WL712 高9.91%；葉莖比以WL168 最高，其次為WL712、WL440，WL168 葉莖比較最低的WL525 高35.88%（表4 和表5）。

表4 不同秋眠級紫花苜蓿品種不同茬次干鮮比和葉莖比Table 4 The dry-fresh ratio and leaf-stem ratio of different fall dormancy alfalfa varieties in different cutting times

表5 不同秋眠級紫花苜蓿品種干鮮比與葉莖比Table 5 The dry-fresh ratio and leaf-stem ratio of different fall dormancy alfalfa varieties

2.5 鮮、干草產量

鮮草產量和干草產量總體上均隨刈割茬次增加而降低，第4 茬降幅最大（表6）。鮮、干草產量隨種植年限延長而呈增長趨勢（表7），3 年平均鮮、干草產量不同品種間均無顯著差異（P＞0.05），其中平均鮮草產量以WL358最高，其次為WL712，WL168 最低，WL358 鮮草產量比WL168 高28.60%；干草產量以WL358 最高，其次為WL440，WL525 最低，WL358 干草產量比WL525 高29.87%。

表6 不同秋眠級紫花苜蓿品種不同茬次鮮草與干草產量Table 6 The fresh and hay yields of different fall dormancy alfalfa varieties in different cutting times（t·hm-2）

表7 不同秋眠級紫花苜蓿品種3 年產草量Table 7 The grass yield of different fall dormancy alfalfa varieties in three years（t·hm-2）

2.6 苜蓿各指標之間的關系

秋眠級與干鮮比呈極顯著正相關（P＜0.01），與其他指標均呈負相關（P＞0.05）；株高與單株干重呈極顯著負相關（P＜0.01），與絕對生長速率呈顯著正相關（P＜0.05）。除干鮮比、葉莖比外，干草產量與其他指標均呈正相關（P＞0.05），葉莖比與其他指標均呈負相關（P＞0.05，圖1）。相對生長速率與鮮草產量、株高，絕對生長速率與干草產量具有較高的相關性（P＞0.05）。

圖1 參試苜蓿品種各指標之間的相關性Fig.1 Correlationship of each index of alfalfa varieties

2.7 影響草產量的因素

灰色關聯度分析表明（表8），苜蓿干草產量與7個指標的關聯度由高到低依次為：相對生長速率、鮮草產量、干鮮比、絕對生長速率、株高、單株干重和葉莖比。對紫花苜蓿干草產量影響最大的為相對生長速率，其次為鮮草產量與干鮮比、絕對生長速率，葉莖比的影響最小。

表8 紫花苜蓿品種各指標與干草產量的關聯度及排序Table 8 The correlative degree and ranking between seven indexes and hay yield of alfalfa varieties

2.8 生態適應性評價

對 6個不同秋眠級苜蓿品種進行灰色關聯度分析（表9），從大到小依次為WL358（0.8750）、WL440（0.8310）、WL168（0.8160）、WL343（0.8100）、WL712（0.8050）、WL525（0.8050）。表明WL358 在南疆干旱氣候區的生產性能及綜合表現最好，WL525 則表現最差。

表9 不同秋眠級苜蓿品種的關聯度與排序Table 9 The correlative degree and ranking of alfalfa varieties with different fall dormancy

3 討論

3.1 不同秋眠級紫花苜蓿品種的生產性能與適應性

3 年田間試驗發現，6個不同秋眠級紫花苜蓿品種在南疆極端干旱區均能正常生長發育，但受各品種自身遺傳特性和生長發育階段的差異以及對環境條件的反應不同，生長速度與生產性能呈明顯差異。本試驗結果表明，WL358 返青最早，WL712 返青最晚，相差6 d。從各茬生長速率來看，第2～4 次刈割各品種的絕對生長速率與相對生長速率均明顯高于第1 次刈割，因為此時正處于氣溫較高的夏秋時期，有利于苜蓿的快速生長；其中WL712 再生速度最快，WL440 與WL358 位居第二，WL168 最慢，反映出不同秋眠級苜蓿品種遺傳特性及其對環境的適應能力差異[6，17］。前人指出高秋眠級苜蓿生長速率較快，而低秋眠級苜蓿越冬性能與持久力更好[7，17］。但本研究中高秋眠級WL525 再生速率較慢，反映出其對南疆特殊氣候的適應性較差。

株高是反映紫花苜蓿生長發育狀況和生產潛力的重要指標之一[6，21］。本研究中，6個苜蓿品種的年株高變化較大，不同年份與不同茬次之間均存在明顯差異。3 年株高動態表現為隨種植年限逐年遞增，不同刈割次數的株高則依次遞減，這與前人研究結果一致[22-23］。WL440、WL712 3 年平均株高高于其他品種，除WL440 與WL343株高差異顯著外（P＜0.05），其他不同秋眠級品種株高無顯著差異（P＞0.05），表明WL343 相對于其他品種在南疆干旱氣候下的長勢較弱。此外，WL440、WL712 平均株高較高，但3 年平均鮮草產量（WL440）與干草產量（WL712）排在倒數第2 位，反映出品種株高僅能大概估測苜蓿品種的生產力。

紫花苜蓿干鮮比是飼草進行鮮/干草調制的重要理論依據，葉莖比則是判斷苜蓿品質和衡量牧草營養價值的重要指標。葉莖比和鮮干比越高，蛋白含量越高，適口性也更好[24］。通常苜蓿葉莖比低、葉片蛋白質含量低、粗纖維含量高，適口性較差，品質較低[3，25］。干鮮比反映牧草干物質生產、積累能力和調制利用價值[21］。3 年試驗結果表明，葉莖比隨刈割次數呈增大趨勢，干鮮比則無顯著變化。從3 年均值來看，葉莖比以WL168（0.69）最高，比最低的WL525（0.51）高36%，其次為WL712；干鮮比以WL525（0.23）最高，比最低的WL712（0.21）高9%，其次為WL168 與WL358，表明WL168 葉生物量占比高，營養價值高且適合調制干草，而WL712 營養價值較高且適口性好，適合作為青草飼料。

產草量是評價苜蓿品種優劣的關鍵指標，其反映品種的生產性能與適應性[10，14，21］。6個秋眠級品種鮮、干草產量均隨種植年限增加而增大，2022 年鮮、干草平均產量分別比2020、2021 年提高407.2%、319.8%和532.1%、500.9%；而隨年內刈割次數依次遞減，這與孫萬斌等[21］的研究結果一致，但與趙忠祥等[26］的研究結果不一致。2年（2021-2022 年）鮮、干草產量均以WL358 最高，WL712 鮮草產量與WL440、WL343 干草產量位居第二，WL525 與WL168 鮮、干草產量較低。近年來學者研究表明產草量在第3、4 年時是高產期[14，21］，本試驗中參試品種第3 年的鮮、干草產量均高于第2 年，與前人研究結論一致[14，21］。

越冬率是體現紫花苜蓿冬季抗寒性、適應性及持久性的關鍵指標，是紫花苜蓿引種的重要因素之一[8］。本試驗于2021、2022 年早春調查發現6個不同秋眠級苜蓿品種的越冬率均超過85%，返青后均能正常生長，產草量逐年增加。盡管3 年中6個不同秋眠級苜蓿品種在大田均能正常生長發育，但并不意味著其均能完全適應南疆地區的氣候與土壤條件。2022 年南疆冬季為冷冬，冬季平均氣溫較常年偏低0.6 ℃、比2021 年偏低1.7 ℃；2023 年早春田間調查發現高秋眠級WL712、WL525 越冬率極低（＜10%），WL343 越冬率也低于25%，其他品種越冬率均超過 90%，這與王曉龍等[27］、趙建濤等[2］報道的高秋眠級苜蓿品種抗寒性差相一致。孫延亮等[8］在北疆紫花苜蓿異地引種過程中也發現，紫花苜蓿秋眠級與越冬率呈極顯著負相關，反映出紫花苜蓿秋眠級越高，其越冬率越低。這是因為在秋末冬初不同秋眠級紫花苜蓿品種對冷信號、光周期的響應不同；低秋眠級紫花苜蓿會在秋季儲存更多的營養物質（可溶性糖）去維持冬季所必需的養分需求[28］，同時增加植株體內的抗氧化物質含量[29］。因此，在南疆較寒冷的冬季，越冬率（抗寒性）是考察各品種適應性的重要指標，需要多年深入開展研究以準確評價品種適應性，避免遭遇冷冬年份給生產帶來經濟損失。

苜蓿作為多年生牧草，其生產性能的評價不能只用單項指標來判斷，生產實踐中單一指標突出并不意味著該品種適合在當地種植[8］，只有綜合性狀評價優異的品種才適合種植推廣。本研究綜合各指標來看，高秋眠級品種（WL712、WL525）生長速度快、葉莖比與鮮草產量較高，但寒冷冬季其越冬率極低，不適合在南疆引種種植；低秋眠級品種越冬率較高且返青早，但生長速率、產草量相對較低，引種種植不利于草地生產力的提升。因此，中等秋眠級（3～6）品種各項指標較均衡，生產性能與綜合表現較好，適合在南疆特殊氣候區引種種植。

3.2 不同秋眠級紫花苜蓿品種的綜合評價

新疆地處歐亞大陸腹地、遠離海洋，氣候干旱且夏季炎熱、冬季寒冷，土壤鹽漬化普遍，因而綜合評價不同秋眠級紫花苜蓿的生產性能并篩選出適合南疆特殊氣候條件下的優良品種十分迫切。本試驗通過對不同苜蓿品種秋眠級與各指標進行相關性分析，顯示秋眠級與干鮮比呈極顯著正相關（P＜0.01），與其他指標均呈負相關，表明苜蓿品種的秋眠級越高，其生產性能越低，這一結果與王曉龍等[4］的結果相似。株高與單株干重呈極顯著負相關（P＜0.01），株高、單株干重與葉莖比呈負相關，與鮮、干草產量均呈正相關（P＞0.05），這與前人的研究結果一致[3，21-22］。前人研究指出株高、分枝數、單株重、生長速度等指標是決定苜蓿產量的關鍵因素[21，30-31］，韓路等[32］認為莖粗對產量影響最大，其次為抗病性、分枝數與株高。本研究將3 年干草產量設定為參考數列，生長速率、株高、葉莖比等7個指標設為比較數列（X1～X7），運用灰色關聯度法分析7個指標與干草產量之間的關系。結果表明生長速率是影響苜蓿干草產量的主要指標，其次為鮮草產量、干鮮比，而葉莖比、單株干重的作用相對較弱。這可能是不同秋眠級苜蓿品種在南疆特殊生態環境下的適應性差異及與前人研究采用的評價指標差異所致。

有效篩選和綜合評價苜蓿品種的生產性能，是苜蓿引種研究的重要內容。當前國內外學者廣泛采用層次分析法（the analytic hierarchy process， AHP）、隸屬函數法、主成分分析法及灰色關聯度分析法等進行綜合評價分析[8，14，20-21，32］?；疑P聯度分析法通常依據地區生產目標和社會需要，綜合考慮區域環境條件和各品種特性對引進品種的生產性能進行綜合評價和篩選，其分析結果準確，可行性高[8，14，20-21］。本研究采用灰色關聯度評價方法，選取10個指標對6個不同秋眠級苜蓿品種的生長、產草量及相關指標進行灰色關聯度分析，用判斷矩陣法計算各參試品種的加權關聯度，將標準品種作為參考序列，綜合評價各品種的生態適應性。結果表明綜合評價最優的品種為WL358，說明其在新疆南疆干旱區的生產性能及綜合表現最好，其次為WL440、WL168；而WL712、WL525關聯度系數較低，生態適應性較差?？梢?，WL358 越冬率高、返青期早，生長速率、株高、單株干重、葉莖比等指標較高且生產潛力大，比較適宜在新疆南疆干旱區引種與推廣種植。本研究為新疆南疆地區優異紫花苜蓿引種推廣種植與高產人工草地建設提供了科學指導。

4 結論

通過3 年大田試驗，‘WL’系列6個不同秋眠級紫花苜蓿品種[WL712（10.2）、WL525（8.0）、WL440（6.0）、WL358（4.0）、WL343（3.9）、WL168（2.0）］在南疆特殊生態環境條件下均能正常生長發育，第3 年生產力明顯提高。6個品種3 年平均株高、生長速率、干鮮比、產草量與葉莖比無顯著差異，但抗寒能力（越冬率）與返青期則存在差異，尤其在寒冷冬季差異顯著。高秋眠級苜蓿品種在南疆地區引種種植的風險較高，不建議南疆地區種植高秋眠級苜蓿品種（WL712、WL525）。WL358 返青早、越冬率與生長速率較高，鮮、干草產量大，干鮮比也較高，可作為南疆地區推廣種植的首選推薦品種；其次為WL440、WL168，可作為區域推廣種植的候選補充品種。