全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2007) 03-0227-05
苜蓿沙土盆栽试验的水分生态适应性
王龙昌1, 谢小玉1, 滨村邦夫2
( 1. 西南大学农学与生物科技学院, 重庆 北碚　400715; 2. 鸟取大学干燥地研究中心, 日本 鸟取　680-0001)
摘要: 在温室进行沙土盆栽试验, 研究WL-323、Sir iver 和固原苜蓿在不同土壤水分条件下的耗水特征、生理指标、
生物学性状、产草量和水分利用效率的变化。结果表明: 苜蓿在生育期的耗水特征因水分条件和品种而异; 水分胁
迫值( PMS)与土壤含水量呈显著负相关;供试苜蓿叶绿素含量与土壤含水量相关不显著; 株高、分枝数、分枝总长、
叶片数、根数、主根长、根颈粗和干根重等性状均随着土壤水分的增加呈上升趋势, 而根冠比则呈下降趋势; WL-
323 的根系发达、植株发育良好, 产草量和水分利用效率高, 对沙土的适应性最优; Sir iv er 的干根重和根冠比高,抗
旱性能较好, 产草量和水分利用效率居中;固原苜蓿对沙土的生态适应性最差;研究结果对沙化土地区苜蓿品种的
合理布局与水分调控具有科学指导价值。
关键词: 紫花苜蓿; 品种; 水分; 生态适应性; 沙土
中图分类号: S 812; S152. 7　　　　文献标识码:
Ecological Adaptability of Alfalfa Varieties Investigated by Pot Experiment
with Sandy Soil under Different Moisture Conditions
WANG Long-chang
1, XIE Xiao-yu
1, HAMAMURA Kunio
2
( 1. Col leg e of Agronomy and Bio-technology, Southw est Univer sity, C hongqing 400715, Ch ina;
2. Arid L and Resear ch Cen ter, Tot tori U nivers ity, T ot tori 680-0001, Japan)
Abstract: In or der to discover the ecolog ical adaptabil ity o f dif ferent variet ies in sand land areas, the pot
exper iment w as conducted in g reenhouse to invest igate the w ater consumpt ion featur es, plant physiolog ical
indexes, bio logical characters, output and w ater use ef ficiency ( WU E) of thr ee alfalfa var iet ies ( WL-323,
Siriver and Guyuan ) under dif ferent soil moisture conditions. T he results show ed that the w ater
consumpt ion features o f alfalfa at various g row ing stages changed along w ith the dif ferences of moisture
condit ions and var iet ies; there w as a remarkable negative corr elat ivity between plant moisture st ress
( PM S) and soil moisture content , but the change of chlorophyll content in leaves among different moisture
condit ions and varieties w as not r emar kable; the plant height , branch number per plant , total branch
leng th per plant , leaf number per plant , root number per plant , ro ot depth, ro ot collar diameter and dr y
w eight of root of alfalfa tended to incr ease, but the ratio of r oot / canopy tended to decrease, along with the
rise of so il mo isture. A mong the tested variet ies, WL-323 w as characterized w ith large ro ot sy stem , w ell-
developed canopy , high forag e output and high WU E, so its ecolog ical adaptability to sandy soil w as
optimal ; Sir iv er w as characterized w ith high dry w eight of r oot and high r at io o f ro ot / canopy, so it s
dr ought-resistance was relat ively st rong and its output and WUE was moderate; Guyuan w as a variety
w ith the low est ecolo gical adaptability to sandy so il . The results may be helpful to the rat ional dist ribution
of alfalfa variet ies and so il mo istur e adjustment on sandy land.
Key words : Alfalfa(M edicago sativ a L. ) ; Var iety; M oisture; Ecolog ical adaptability; Sandy soil
　　紫花苜蓿(Med icago sativa L. )属多年生豆科
牧草, 具有抗旱、抗寒、耐瘠薄、生产潜力高、营养丰
富等特点, 因而在作物轮作系统和畜牧业生产中具
有重要作用[ 1, 2]。在干旱半干旱地区,利用苜蓿所具
收稿日期: 2006-02-18; 修回日期: 2007-03-16
基金资助: 日本公益信托五峰生命科学国际基金项目(Goho Life Sciences Internat ional Fund)、农业部 948项目( 961013)和西南大学引进
人才基金( 100076)
作者简介: 王龙昌( 1964-) ,男,教授,博士生导师,主要从事农业资源利用与农业生态方面的科研与教学工作
第 15 卷　第3 期
　Vol. 15　 No . 3
草　地　学　报
ACTA AGREST IA SIN ICA
　　　2007年　 5月
　M ay　　 2007
有的根系发达、枝叶繁茂、根瘤固氮和多年生生长习
性,可以达到控制土壤侵蚀、改良土壤理化性状的作
用[ 3]。近年来,随着我国苜蓿草产业的迅猛发展,一
些学者分别利用国内培育和国外引进的品种开展苜
蓿生态适应性研究, 为不同生态类型区选择适宜的
苜蓿优势种质资源 [ 4～7]。我们在苜蓿的土壤水分动
态规律、苜蓿品种的品质性状等方面作了探索, 表明
不同品种的地上部和地下部生长发育、水分消耗、水
分利用效率和苜蓿品质等性状存在明显差异[ 8, 9]。然
而,关于不同苜蓿品种在沙地上的生态适应性尚无
公开报道。本研究旨在探讨几种不同来源的苜蓿品
种在不同土壤水分条件下的耗水规律、生长发育特
征、生产潜力和水分利用效率,进而揭示苜蓿品种在
沙土上的生态适应性, 为沙化地区紫花苜蓿的引种、
合理布局和高效节水种植奠定科学基础。
1　材料和方法
1. 1　试验于2004年在日本鸟取大学干燥地研究中
心玻璃温室进行。试验土壤取自鸟取沙丘, 土壤类型
为硅酸性砂土( Typic Udipsamment )。土壤孔隙度
0. 4,容重1. 43 g / cm 3, 最大持水量29. 72%(重量含
水量) , 风干土含水量0. 0%, 土壤pH 6. 60, 全碳、全
氮、速效磷、速效钾含量分别为 0. 03、0. 00、0. 02和
0. 40 g / kg。
1. 2　试验设计
采用裂区设计,主处理为低水区( 3% )、中水区
( 6%)、高水区( 9% ) ,分别相当于土壤最大持水量的
10%、20%和 30% ; 副处理为WL-323、Siriver 和固
原苜蓿3个品种。其中WL-323、Sir iv er 分别引自美
国和澳大利亚,固原苜蓿是宁夏固原地方品种。试验
设重复5次。
1. 3　于 2004年 8月13日采用纸钵和营养土育苗,
8月31日进行盆栽试验(口径为16 cm ,高19. 5 cm ,
容积 5000 cm3) ,试验持续90 d。每盆装风干沙土5
kg , 基施“养液土耕 1 号”( N 15. 0%、P2O 5 8. 0%、
K 2O 16. 0%、MgO 2. 0%、Mn 0. 10% , Bn 0. 10% )
复合肥料3 g。每盆定苗2株。生育期按设计控制土
壤含水量。
1. 4　测定指标和方法
土壤水分采用称重法,每隔 2～4 d用电子天平
称重,并对土壤水分进行调节, 记载水分消耗量(即
前一次灌水后的土壤水分重量- 下一次灌水前的土
壤水分重量)和灌水量; 叶片叶绿素含量( SPAD值)
于试验中后期测定,采用SPAD-502叶绿素仪,每处
理 20 片叶片; 植物水分胁迫值 ( Plant Moisture
St ress, PMS )于试验中后期晴天测定, 采用 PM S
M odel 1000型植物水分胁迫测定仪,每处理取5片;
地上与地下生物学性状及总生物量(总干重)和产草
量于试验终期测定。
1. 5　数据处理
数据运算和绘图采用Excel软件, 方差分析和
相关分析采用SPSS软件。
2　结果与分析
2. 1　供试苜蓿耗水特征
土壤水分条件对苜蓿生育期耗水动态有显著影
响。图1显示,苜蓿生育期间每10 d的累积耗水量变
化具有一定的波动,其波动主要是由于气温的波动引
起的。耗水量的变化与苜蓿的生长量变化有明显的相
关性,即: 生长量越大,耗水量越高;生长量越小, 耗水
量越低。在0～70 d期间,生长旺盛, 生物量增长迅
速,耗水量呈增加趋势; 70 d以后,由于气温下降, 生
长速率明显降低,耗水量则呈下降趋势(图2)。
图1　供试苜蓿耗水动态变化
F ig . 1　Dynamics o f wat er consumpt ion o f alfalfa cultivar s
228 草　地　学　报 第 15卷
　　同一苜蓿品种在某一生育阶段耗水量和全生育
期耗水量,总是随着土壤含水量的增加而增加, 其耗
水量次序为: 高水区> 中水区> 低水区。苜蓿全生育
期的总耗水量,在高水区为6042～6988 g/ pot ; 中水
区为 3727～4855 g/ pot ; 低水区为 2448～2909 g/
po t。供试苜蓿的耗水量随着水分条件的变化而呈规
律性变化。在低水区, 耗水量依次为: WL-323>
Siriver > 固原苜蓿; 在中水和高水区为: Siriver >
WL-323> 固原苜蓿。可见,供试苜蓿的耗水特征因
土壤水分条件的变化而有所变化, 从而反映其在水
分需求和生态适应方面的差异(图1-2)。
图2　不同水分条件下供试苜蓿株高动态变化
Fig . 2　Dynamics o f plant height o f alfalfa cultivar s
under differ ent moisture conditions
2. 2　水分条件与供试苜蓿生理指标
植物水分胁迫值( PM S)是反映其水分亏缺程
度的重要指标, PM S愈大, 则水分胁迫愈严重, 表明
水分亏缺程度愈高。图 4显示,就同一品种而言,土
壤含水量与PMS 呈负相关关系,其次序为:低水区
> 中水区> 高水区。相关分析表明,土壤含水量与
PM S 的相关系数为- 0. 8669( P< 0. 05)。在低、中、
高水分区, 苜蓿PM S变动范围分别为13. 9～16. 2、
10. 0～12. 0和4. 8～5. 8 bar。供试苜蓿PM S排序随
着土壤水分的不同而有所变化。在低水区和中水区
为: WL-323> Siriver > 固原苜蓿;在高水区为: 固原
苜蓿> Siriver> WL-323。
植物叶片的叶绿素含量随土壤含水量和品种的
变化不大。在低水区, 叶片SPAD变化范围为49. 9～
58. 7, 中水区为 53. 9～59. 9, 高水区为54. 3～58. 0
(图5)。方差分析表明,不同水分和品种间的SPAD
值差异不显著。说明水分条件对供试苜蓿的叶绿素
含量无显著影响。
图3　供试苜蓿总耗水量
F ig . 3　T ota l w ater consumption of alfalfa cultiv ar s
图4　土壤水分与苜蓿植物水分胁迫值(PMS)的关系
F ig . 4　Relationship betw een so il moist ur e
and plant mo isture str ess( PM S)
图 5　土壤水分与SPAD值的关系
F ig . 5　Relat ionship between soil mo istur e and SPAD
2. 3　水分条件对供试苜蓿生物学性状的影响
就同一品种而言,苜蓿的株高、单株分枝数、单
株分枝总长度、单株叶片数、单株根数、根系深度、根
颈粗和根系干重等指标, 均随着土壤水分的增加呈
明显上升趋势, 根冠比则呈下降趋势(表1)。
229第 3期 王龙昌等:苜蓿沙土盆栽试验的水分生态适应性
就不同品种而言, 其变化规律比较复杂。在3种水
分条件下, Siriv er 株高最大,比WL-323高1. 1～4. 0
cm ,比固原苜蓿高0. 4～5. 5 cm; 固原苜蓿的单株分枝
数最大, 比WL-323 高 0. 7～3. 0 个, 比 Siriver 高
0. 5～1. 7个; Siriver 的分枝总长最大,比WL-323高
20. 4～71. 0 cm ,比固原苜蓿高21. 5～71. 6 cm; WL-
323叶片数最多,比Sir iv er 高7. 4～22. 3片,比固原苜
蓿高16. 1～51. 3片; WL-323的根数最多,比Sir iv er
高13. 2～19. 4个, 比固原苜蓿高5. 2～23. 0个; 固原
苜蓿的主根最长, 比 WL-323 长2. 0～2. 2 cm, 比
Siriver 长0. 4～3. 5 cm; Siriver 的干根重最大, 比
WL-323高0. 20～0. 90 g ,比固原苜蓿高0. 43～1. 41
g ; 固原苜蓿的根冠比最大, 比 WL-323 高0. 32～
0. 39,比Siriver 高0. 01～0. 06。地上和地下生物学性
状综合分析结果, WL-323 的根系比较发达、植株发
育良好,生态适应性最优; Sir iv er 的单株干根重和根
冠比高,说明其抗旱性能好;固原苜蓿虽然根冠比较
大,但其他指标均较差,因而生态适应性最差。
表1　水分对供试苜蓿生物学性状的影响
Table 1　Effects of mo isture conditions on bio lo gical character s of alfalfa cultiv ars
主处理
Main
t rea tment
副处理
Sub-
treatment
株高
Plant height
( cm)
分枝数(个)
Number o f
branches
分枝总长
To tal branch
leng th( cm )
叶片数(个)
Number of
leaves
根数(个)
Number of
roo ts
主根长
L eng th o f
ax ial roo t( cm )
根颈粗
Diameter o f ro ot
collar ( mm )
干根重
Dry weight
of roo ts( g )
地上部干重
Dry weight of
aer ial part( g )
根冠比
R/ S
rat io
低水区 WL-323 16. 8 4. 5 41. 0 99. 9 33. 7 34. 5 3. 50 1. 51 1. 03 1. 47
Low Siriv er 17. 9 5. 9 61. 4 92. 5 19. 2 33. 2 4. 11 1. 71 0. 94 1. 82
mo ist ure Guyuan( CK) 14. 3 7. 2 39. 9 78. 7 22. 9 36. 7 3. 30 1. 28 0. 69 1. 86
中水区 WL-323 21. 9 10. 2 91. 9 165. 5 45. 4 37. 2 5. 11 2. 38 2. 06 1. 16
Mid Siriv er 25. 9 9. 2 117. 1 143. 2 32. 2 38. 8 4. 80 2. 77 1. 95 1. 42
mo ist ure Guyuan( CK) 20. 4 10. 9 71. 2 149. 4 40. 2 39. 2 5. 37 1. 87 1. 26 1. 48
高水区 WL-323 32. 4 15. 9 161. 3 331. 5 53. 4 38. 7 6. 31 4. 68 3. 62 1. 29
H igh Siriv er 33. 8 18. 4 232. 3 323. 7 34. 0 39. 3 6. 06 5. 58 3. 46 1. 61
mo ist ure Guyuan( CK) 33. 4 18. 9 160. 7 280. 2 30. 4 40. 7 7. 06 4. 17 2. 60 1. 62
2. 4　供试苜蓿产草量和水分利用效率
供试苜蓿的总生物量、产草量、总耗水量和水分
利用效率,均随着土壤水分的增加而明显上升, 耗水
系数则呈下降趋势。就品种而言,其总生物量排列次
序为: Siriver > WL-323> 固原苜蓿;产草量和水分
利用效率为: WL-323> Siriver> 固原苜蓿; 耗水系数
为:固原苜蓿> Siriver> WL-323。WL-323和Siriver
的总生物量分别比固原苜蓿高 22. 7%～41. 9% 和
33. 5%～50. 9%, 产草量比固原苜蓿高 39. 5%～
63. 1%和33. 1%～54. 4%, 水分利用效率比固原苜
蓿高22. 0%～32. 4%和15. 1%～25. 2% (表2)。
可见,在产草量和水分利用效率方面, WL-323
表现最优, Siriver 其次,而固原苜蓿最差。
表2　水分对供试苜蓿产草量和水分利用效率的影响
Table 2　Effects o f moistur e conditions on y ield and wa ter use efficiency o f alfa lfa cult ivar s
主处理
M ain
t reatm ent
副处理
Sub-
t reatment
总生物量 Total b iom as s 产草量 Forage yield
鲜重
FW
( g/ pot )
干重
DW
( g/ pot )
较CK 增加
Incr ement
( % )
鲜重
FW
( g /pot )
干重
DW
( g/ pot )
较CK增加
Increm ent
( % )
总耗水量
T otal w ater
consumpt ion
( g/ pot )
耗水系数
Water use
coeff icient
( g/ g)
水分利用
效率
WUE
( g /k g)
较CK
增加
Increment
( % )
低水区 WL-323 20. 40 5. 06 29. 1 7. 90 2. 05 49. 6 2909 1419. 0 0. 704 25. 7
Low S iriver 19. 65 5. 30 35. 2 7. 07 1. 88 37. 2 2683 1427. 1 0. 701 25. 2
mois ture Guyuan( CK) 13. 92 3. 92 — 5. 34 1. 37 — 2448 1786. 9 0. 560 —
中水区 WL-323 35. 04 8. 87 41. 9 15. 27 4. 11 63. 1 4592 1117. 3 0. 895 32. 4
Mid S iriver 35. 53 9. 43 50. 9 15. 15 3. 89 54. 4 4855 1248. 1 0. 801 18. 5
mois ture Guyuan( CK) 22. 17 6. 25 — 9. 61 2. 52 — 3727 1479. 0 0. 676 —
高水区 WL-323 68. 51 16. 60 22. 7 29. 62 7. 24 39. 5 6908 954. 1 1. 048 22. 0
High S iriver 66. 53 18. 06 33. 5 25. 52 6. 91 33. 1 6988 1011. 3 0. 989 15. 1
mois ture Guyuan( CK) 49. 36 13. 53 — 21. 30 5. 19 — 6042 1164. 2 0. 859 —
3　讨　论
3. 1　苜蓿是旱地豆科牧草,土壤水分条件是影响其
生长发育、产草量和品质的主要因素。许多研究表
明,根系深度、根系吸水能力、根冠比、水分利用效率
等是判断苜蓿抗旱能力的重要指标 [ 5, 8, 9]。赵金梅等
研究指出,土壤水分条件与苜蓿叶片水分饱和亏缺、
230 草　地　学　报 第 15卷
甜菜碱含量、甜菜碱醛脱氢酶活性和脱落酸含量等
生理生化指标呈显著负相关关系 [ 10]。
本研究表明, 在沙土盆栽试验条件下, 供试苜蓿
在耗水特征、主要生理指标、生物学性状、产草量和
水分利用效率差异显著( P< 0. 05)。在耗水量方面,
WL-323和 Siriver 高于固原苜蓿, 说明前者对水分
的吸收能力优于后者, 这与其发达的根系和旺盛的
生长速率密切关系。供试苜蓿的水分胁迫值( PMS)
因水分条件而异, 在低水区和中水区: WL-323>
Siriver > 固原苜蓿,而高水区为固原苜蓿> Sir iv er
> WL-323,说明固原苜蓿对干旱胁迫的忍耐能力优
于WL-323和Siriver ;苜蓿叶片的绿度指标( SPAD)
在供试苜蓿间和处理间差异不显著,说明土壤水分
的变化对苜蓿叶绿素含量没有显著影响。供试苜蓿
的总生物量、产草量、总耗水量和水分利用效率随着
土壤水分的增加而上升,说明在沙土地进行灌溉有
利于提高苜蓿的生产力。
以上研究结果对于沙化土地区苜蓿品种的合理
布局和水分调节有一定指导意义。对于以增加植被
覆盖和改善生态环境为主要目标、干旱少雨且无灌
溉条件的沙化土地, 应当首选抵御干旱胁迫能力强
的固原苜蓿; 而对于以生产效益为主要目标、具有较
好降水或有充分灌溉条件的沙地, 应优先选择产草
量和水分利用效率高的WL-323和Siriver。
4　结　论
4. 1　苜蓿的生育和生育期耗水特征因水分条件和
苜蓿品种的不同而有所变化。在低水区,品种的耗水
量次序为: WL-323> Sir iv er > 固原苜蓿;在中水区
和高水区为: Siriver> WL-323> 固原苜蓿。
4. 2　土壤含水量与苜蓿的水分胁迫值( PM S)呈显
著负相关。在低水区和中水区, PM S 次序为: WL-
323> Siriver > 固原苜蓿; 在高水区为:固原苜蓿>
Siriver > WL-323。苜蓿叶绿素含量与土壤含水量和
品种间的相关不显著。
4. 3　苜蓿的生物学性状与土壤水分条件有关。株
高、单株分枝数、单株分枝总长度、单株叶片数、单株
根数、根系深度、根颈粗和根系干重均随着土壤水分
的增加而呈上升趋势, 根冠比则呈下降趋势。, WL-
323的根系发达、植株发育良好,对沙土的生态适应
性最优; Siriver 的单株根系干重和根冠比高, 抗旱
性能好,固原苜蓿的生态适应性最差。
4. 4　供试苜蓿的总生物量、产草量、总耗水量和水
分利用效率随着土壤水分的增加而上升,耗水系数
则呈下降趋势。在产草量和水分利用效率方面, WL-
323表现最优, Siriver 其次, 而固原苜蓿最差。
4. 5　本研究是在盆栽试验条件下进行的, 所以, 对
于大田种植的苜蓿品种对沙土的生态适应性尚需作
进一步研究。另外,对于不同水分条件下苜蓿品种在
沙土的光合特性、蒸腾特性、酶活性等生理以及品质
指标的变化规律均有待深入研究。
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(责任编辑　孟昭仪)
231第 3期 王龙昌等:苜蓿沙土盆栽试验的水分生态适应性