全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2003) 01-0078-05
苜蓿和沙打旺苗期需水及其根冠比
徐炳成, 山仑
(黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西 杨凌 712100)
摘要: 研究苜蓿和沙打旺苗期水分利用与根冠比例。结果表明, 沙打旺叶片对土壤水分的瞬时利用效率均高于苜
蓿。沙打旺地下部与地上部生物量比和根长/株高比在不同水分条件下亦高于苜蓿, 尤其在低水分时。在高水分下
苜蓿单位水分消耗所形成的生物量较多, 随着土壤含水量的降低而大幅度减少。苜蓿具有较高的蒸腾速率和较快
的根系生长速率, 因而造成土壤水分的过快消耗。总之, 高水分生长条件易于苜蓿生产效率的发挥, 但沙打旺对土
壤水分环境变化的稳定性较强。结合多年的研究成果和黄土丘陵区的实际情况,提出在不同立地条件下,沙打旺可
以种植在该地区的坡地, 而苜蓿则应在水分条件相对较好的川地种植。
关键词: 苜蓿;沙打旺; 水分利用效率;根冠比
中图分类号: S 543　　　文献标识码: A
A Study comparing Water Use Efficiency and Root/ Shoot
Ratio of Alfalfa and Astragalus adsurgens at Seedling Stage
XU Bing-cheng , SHAN Lun
( Key State Lab or atory of Soil and Water Conservat ion an d Dryland Farming on Loess Plateau, Yanglin g S haanxi 712100, China)
Abstract: A study comparing w ater use ef ficiency and roo t biomass/ shoo t biomass rat io of Alfalfa and As-
tragalus adsur gens at seedling stage in grow th chambers w ith tw o levels of soil w ater content t reatment
show s that the instantaneous leaf WU E of A a is higher than that of Alfalfa at each g row ing stag e w ith ac-
cor ded soil w ater content . T he ro ot biomass/ shoo t biomass and roo t leng th/ plant height of A a are also
much fuller than those of A lfalfa, more part icularly , even a low level soil water t reatment , alfalfa y ields
larger biomass with a higher per unit w ater consumption rate and decr eases biomass g row th w ith the de-
crease o f soil w ater content . Consequent ly , Alfalfa exhibits a high t ranspirat ion rate as w ell as a high rate
of root ex tension, result ing in quick soil w ater consumption. Generally , high soil w ater content ef fects the
pr oduct ive eff iciency of Alfalfa. As for Aa, how ever, the variable so il w ater content does no t affect it s
gr ow th significant ly . Based on the year-on-year resear ch data and the undulating land condit ion o f the
Loess Platea, w e propose to cult ivate g rassland in the ar ea by plant ing A a on the mountainous slopes and
Alfalfa on the more o r less lev el land w ith relat iv ely more w ater supply .
Key words : Alfalfa; A st ragalus adsur gens; Water use ef f iciency; Roo t biomass/ shoo t biomass rat io
　　在黄土高原丘陵区, 苜蓿 ( Med icag o sativa
L. )和沙打旺( A str agalus ad surgens Pall. )是主要
的豆科栽培饲草。在该地区,由于降雨的季节性分配
不均, 不仅干旱频繁发生, 季节性干旱也时有发生,
这对饲草的播种成苗造成困难。因而在种植当年的
抗旱性就受到较大关注[ 1]。通过比较饲草苗期抗旱
生理及形态特征,了解其苗期适应性差别,可为该地
区干旱条件下饲草的播种保苗和种植合理布局提供
依据和参考。
收稿日期: 2002-08-08;修回日期: 2002-10-17
基金项目:国家重点基础研究项目( G1997011708)
作者简介:徐炳成( 1973-) ,男,在职博士研究生
第 11卷　第 1期
　Vo l. 11　　No. 1
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　2003 年　3月
March 　2003
1　材料与方法
1. 1实验材料
　　沙打旺引自水土保持研究所自行辐射育种的彭
阳早熟型,苜蓿于 2001年引自美国的阿尔冈金紫花
苜蓿。
1. 2　试验条件
1. 2. 1　试验于 2002年 1～3月在水土保持研究所
黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家实验室 PGV36
型步入式模拟生长箱进行 ( Cmp3244, Conv ir on
8601, Canada)。水分处理前光照设定为 44级, 昼夜
温度分别设为 22℃( 7: 30 a. m. - 19: 00p. m . )和
14℃( 19: 00 p. m. - 7: 30 a. m . )水分处理期间光照
调为 66 级, 昼夜温度调整为 26℃和 18℃, 时段不
变,相对湿度均控制在 75%±5%。
1. 2. 2　采用塑料桶种植(内径上 17 cm , 下 10. 5
cm ,高 16 cm ) ,每桶装干土 2500 g (风干土为 2605
g ) ,土壤为黄绵土(取自陕北安塞耕地耕层) (田间持
水量 18. 4%,凋萎湿度 3. 8%)。装桶时土壤含水量
4. 2%, 土壤基础养分含量分别为: 有机质 3. 182 g/
kg, 全氮 0. 257 g/ kg , 速效氮 12. 69 mg / kg, 全磷
0. 566 g / kg ,速效磷 0. 641 mg / kg ,速效钾 83. 6 mg/
kg。养分含量较差,因而装桶时按每 kg 干土施 0. 1
g 纯 N、0. 1 g 纯 K 2O 和0. 1 g 纯P 2O 5的标准, 每桶
补充施尿素 0. 55 g (纯氮 46% ) , KH2PO 4 1. 0 g
( P 2O 524%, K 2O 27. 5% )。
1. 3　播种方式
苜蓿和沙打旺各播 9桶, 合计 18 桶, 其中每种
草各 3桶在水分处理前用于生物量和根长等测定,
其余的测定抗旱生理和生长特性。种子精选后于 2002
年 1月 22日播种, 1月 24 日苜蓿、沙打旺开始出苗,
苗期土壤含水量维持在田间持水量的80%左右。
1. 4　水分处理
试验于 2002年 3月 3日进行,每桶留苗 10株。
待生物量测定后进行水分处理, 分别设田间持水量
( FP )的 80% (土壤含水量 14. 72%—高水平) 和
50%(土壤含水量 9. 2%—低水平) , 每处理各 6桶。
每桶撒 15 g 珍株岩,厚度> 1. 0 cm, 并用初始土壤
装三桶,撒上同量珍株岩, 作土壤蒸发测定的对照。
水分处理后各阶段每隔 3 d测定上部全展开完整叶
片的光合生理生态特性(光合、蒸腾等)与生长特征
(株高、生长状况等)。
1. 5　阶段划分
实验期分两个阶段, 3月 5～16日为第一阶段
(播后第 43～54d) , 3月 17～30日为第二阶段(播后
第 55～68 d)。
1. 6　测定项目
1. 6. 1　光合生理测定　在水分处理的第二天上午
10 h 进行, 采用 CI-301PS 光合测定系统( CID 公
司, USA)开路测定。测定叶片光合速率( Pn)、蒸腾
速率( T r)和气孔导度( C)。单叶瞬时水分利用效率
计算采用WUE= Pn/ T r [ 2] , 每次重复 3次。
1. 6. 2　根长、株高　在各处理期间测量每单株的绝
对及平均株高度, 处理阶段结束后用水冲洗根系后
测量单株根系长度, 根长/株高比= 根系绝对长度/
植株绝对高度。高度测定 6株, 根长测定 10株,前后
测定3次。
1. 6. 3　蒸腾耗水量　采用水量平衡法, 每日下午 3
h 按既定土壤含水量加水,水从塑料管加入桶底。称
量值与标准值之间差值为当日蒸散耗水量,再减去
对照桶重量减少量即为每桶植株日蒸腾耗水量。每
阶段结束时测定的全部植株鲜重算入下阶段控水期
间单桶的基础重量。
1. 6. 4　生物量根冠比及水分利用效率　待根长测
完后, 将地上、地下部分别在烘箱 105℃烘 10 m in
后, 在 65℃下烘至恒重。每一阶段末期生物量减去
该阶段开始的生物量,即为阶段生物量净增加量。将
地上部与地下部分开计算, 即得出二者的阶段增加
量,地下部/地上部分净增量即为阶段增加生物量的
根冠比; 水分利用效率= 总生物量净增量(包括地上
和地下总和)的干重/阶段植物蒸腾耗水量, 重复 6次。
2　结果与分析
2. 1　叶片光合速率、蒸腾速率及水分利用效率
高水处理( 80% FC)结果表明苜蓿的光合( Pn)
和蒸腾速率( T r)均高于沙打旺,但叶片瞬时水分利
用效率( WU E)较低(图 1, a)。低水处理( 50%FC)下
苜蓿的光合较低、蒸腾速率较高,导致其水分利用效
率均低于沙打旺(图 1, b)。对苜蓿来说,第一阶段土
79第 1期 徐炳成等:苜蓿和沙打旺苗期需水及其根冠比
壤水分低,低光合和高蒸腾速率使得水分利用效率
降低, 第二阶段光合有所提高, 蒸腾速率也降低,水
分利用效率比高水平下要高(图 1, c)。低水下沙打
的光合、蒸腾速率均提高, 以光合增加的较大,叶片
水分利用效率比高水下要高(图 1, d)。总之, 在低水
下苜蓿和沙打旺的光合、蒸腾速率均有所提高,以光
合的增加幅度较大,因而二者的水分利用效率均得
以提高。
图 1　苜蓿与沙打旺水分处理及各阶段光合、蒸腾及瞬时水分利用效率 A(H) 1—苜蓿高水平处理( 80% FC,即 14. 72% )
下的第一阶段; B(L) 2—沙打旺低水平处理下( 50% FC,即 9. 2% )第二阶段; (下同)
F ig . 1　T he pho tosynt hesis r ate, transpir ation r ate and wat er use efficiency o f Alfalfa and A strag alus
adsurg ens under different soil w ater contents and at each g rowt h sta ge A ( H) 1-showing A lfalfas fir st
g row th st age under high so il wat er content ( 80% FC o r 14. 72% ) ; B ( L ) 2- showing A stragalus adsurgenss second
g row th st age under low soil w ater cont ent ( 50% FC o r 9. 2% ) , the same as bellow s) .
2. 2　根长及根长/株高比
随着生长阶段的延长,苜蓿和沙打旺的根长均
增加,根长/株高比却呈降低趋势。低水平水分处理
均有利于根长/株高比的加大(图 2, a, b)。沙打旺第
一阶段期间的低水处理更有利于其根长的增加。与
沙打旺相比, 苜蓿前期生长较快根长较大) ,但根长/
株高比二者相近。相同水量处理时苜蓿的根长大于
沙打旺,根长/株高比则相反(图 2, c、d)。
2. 3　地下部/地上部分生物量比
地下与地上部生物量的分配比例( Roo t Biomass/
Shoot Biomass, 即 RB/ SB)随着土壤水分的变化和
生长阶段的延长而呈现变化(图 3, a、b)。沙打旺的
地下/地上生物量不论高水还是低水处理,均随着生
长进程的延长而减小。苜蓿的地下/地上生物量在两
种水分处理下均随着生长时间的延长呈现先减小后
增大的趋势。共同的特点是, 在相同的生长阶段, 低
80 草　地　学　报 第 11卷
水时苜蓿和沙打旺的地下/地上生物量均较大。除高
水第二阶段外,沙打旺的地下/地上生物量均较大。
2. 4　阶段生物量水分利用效率
在高水处理下苜蓿和沙打旺干重与阶段耗水量
的比值随着生长阶段的延长而增加(图 4, a)。低水
时苜蓿的干重与阶段耗水量的比值也随着生长而增
大,沙打旺则有所减小(图4, b)。除低水处理第二阶
段沙打旺干重与阶段耗水是的比值较高水处理有所
增加外,低水处理使得苜蓿和沙打旺的干重与阶段
图 2　苜蓿与沙打旺水分处理和各生长阶段根长及根长/株高比(A—水分处理前苜蓿
根长和根长/株高比, B—水分处理前沙打旺根长与根长/株高比, (下同)
Fig . 2　The roo t leng th and roo t leng th/ plant height r atio o f Alfalfa and A stragalus adsurgens
under differ ent soil w ater contents and at each g rowt h stag e ( A-showing A lfalfas r oo t leng th and roo t
lengt h/ plant height befor e w ater t reatm ent , B-show ing A strag alus adsurgens ; the same as bellow s)
图 3　苜蓿与沙打旺水分处理及生长阶段生物量根冠比
F ig . 3　The biom ass r oo t/ shoo t r atio of A lfalfa and A strg alus ad surgens
under differ ent soil w ater contents and at each g rowt h stag e
81第 1期 徐炳成等:苜蓿和沙打旺苗期需水及其根冠比
图 4　苜蓿与沙打旺水分处理及生长阶段生物量水分利用效率
Fig. 4　The y ield w ater use efficiency of A lfalfa and A stragalus
adsurg ens under different soil w ater contents at each gr ow th stag e
耗水量的比值减小,以苜蓿降低的幅度较大(分别为
37%和 29%,沙打旺仅为 13%)。
3　讨论与结论
3. 1　与沙打旺相比,苜蓿不论是在高水或低水条件
下,均具有较高的蒸腾速率,从而掩盖了苜蓿相对较
高的光合速率,因而叶片瞬时水分利用效率较低。沙
打旺的光合、蒸腾速率及叶片瞬时水分利用效率在
两种水分条件下均维持一定的水平且变化相对较
小。苜蓿较高蒸腾速率的维持是与其相对较快的根
系生长速率有关。虽然苜蓿的根系生长速率较大,根
系在整株生物量所占的比重却较少。
3. 2　生长在较高土壤水分条件下,苜蓿不仅具有较
大的根冠比、较高的阶段水分利用效率,根系伸长速
率和株高的生长速率也大于沙打旺。当土壤含水量
减少,苜蓿和沙打旺的根长和株高生长均减慢, 其中
株高受到影响更大,导致根长/株高比增大。根系占
总生物量的比重也随着土壤水分的降低而增大,这
是植物对水分亏缺的适应性反应。低水处理导致其
整体水分利用效率降低,以苜蓿减小幅度较大。
3. 3　野外自然条件下,环境因素多变,短时段较强
的抗旱适应性固然重要,但长时间对环境条件较强
的适应能力更为有利。沙打旺与苜蓿相比在光合、蒸
腾和水分利用方面均具有较强的稳定性, 在单位土
壤水分消耗所形成干物质方面, 也显示出较高的效
率,这种苗期的优势也在野外的田间试验中得以证
实[ 3]。
3. 4　虽然苜蓿较快的根系生长有利于提高其在干
旱环境同等供水条件下的抗旱性,但依赖于土壤水
分的过度消耗, 必然对其本身的长期生存及其它后
续生长造成影响 [ 4] , 尤其是在黄土高原丘陵地区较
低的年降雨量和季节性的水分补充不足的情况下。
3. 5　苜蓿较快的根系伸长速率和高蒸腾易导致土
壤水分的过快消耗,但土壤水分条件的改善有利于
其生产效率的发挥。因而在建植人工草地时, 苜蓿应
种植在水分条件相对较好的土地。沙打旺苗期生长
对水分环境变化的适应性相对较强, 发达的根系也
能造成土壤深层含水量的过低,但衰败后表层的土
壤水分在自然条件下能够逐渐得以补偿恢复 [ 1]。另
外, 野外田间条件下,苜蓿易受到野兔等的危害[ 3]。
因此,从苗期生产力形成和土壤水分合理利用的角
度出发,单从单播来说,沙打旺可以播种在丘陵区的
坡地,而苜蓿则应播种在丘陵区的川地。
参考文献
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