民乐县戈壁连作苜蓿死株空斑及其原因

葛珍，何在佳，杨得林，褚艳琴

（1.民乐县职业教育中心学校，甘肃 民乐 734500；2.甘肃华瑞农业股份有限公司，甘肃 民乐 734502）

苜蓿Medicago sativa是优质豆科牧草，世界范围内广为种植。一次播种、多年收获，产草量高，适口性好，蛋白质含量丰富，品质上乘，享有“牧草之王”的美誉，是奶牛养殖业首选饲草。甘肃华瑞农业股份有限公司（以下简称华瑞公司）以奶牛养殖和繁育为主业，以苜蓿等饲草生产和加工为辅业，兼具乳制品加工、农牧业装备研发业务。华瑞公司实行种养一体化经营的循环农业模式，饲草加工后保障公司奶牛养殖；养殖场粪尿等废弃物，经分离、集中发酵处理后制成有机肥，全部归还于饲草田。近年发现，苜蓿种植地中常出现斑块状枯死现象，形成缺株空斑。公司采取多种补种措施均以失败告终。是什么原因造成苜蓿地植株斑块状枯死？又是什么因素导致补植失败？带着这些疑问，我们赶赴华瑞公司苜蓿地开展调查工作，查阅相关资料予以论证分析。

1 基本情况

华瑞公司位于甘肃省民乐县经济开发区，地处河西走廊中段的戈壁荒滩，100°41′E、38°43′N，海拔1 688 m。属大陆性荒漠草原气候，光照资源丰富，降水量偏少。在县境北部，华瑞公司拥有沙石地约2 500 hm2，改良后获得可耕种砂性土地1 200 hm2，其中种植苜蓿420 hm2，青贮玉米Zea mays600 hm2，其余土地种植燕麦Avena sativa、小麦Triticum aestivum。

华瑞公司种植苜蓿＞10 a，采用连作制度，播种一次连续收获5～7 a，然后翻耕并筛除残根后播种更新。主要品种有骑士T、大银河、阿迪娜、奇迹、雪豹、巨能耐盐之星、康赛等7个。苜蓿地每年收割4茬，年产干草15～18 t/hm2。大型喷灌机组实施水肥一体化作业，每茬喷灌20次左右，平均每茬耗水量约2 250 m3/hm2。苜蓿种植以来，未发生过田间病害。

近年的生产实践中，华瑞公司发现，苜蓿播种最初几年能够保持高产势头，四五年以后，苜蓿地中陆续出现死株现象，使田间密度逐年下降。这种枯死现象多发生在萌芽后半月左右株高达7～8 cm时，植株与地面色差强烈，裸地空斑醒目。粗略估算，严重地块缺株率可达10%。

为保证苜蓿地产草量稳中有升，华瑞公司先后在空斑地上实施过播种和育苗后补栽两种补苗措施，但都未能成功。

2 缺株空斑调查

2.1 空斑情况

在华瑞公司种植基地内，我们查看了一号基地1#圈和11#圈的苜蓿缺株空斑情况，以及3#圈地病态植株情况。

1#圈苜蓿4 a龄，品种为骑士T。前茬苜蓿收割较早，新茬株高已达20 cm。空斑块不多，约2 000 m2土地范围内只见到3个斑块，大小约40 cm×50 cm。在这些空斑地上，进行过补播和育苗补栽试验。补播种子出苗正常，在生长过程中部分小苗逐渐死亡，最终存活率接近50%，但长势一直很差，茎杆细弱，植株矮小，第一茬苜蓿收割之后，在下茬苜蓿生长过程中逐渐衰弱死亡；用2 cm×8 cm的纸杯育苗后补栽的情况稍好些，补栽苗尽管仍然陆续死亡，至秋末保存率30%左右，只是这些植株终究未能安全度过寒冬，开春后无一萌芽。

11#圈苜蓿5 a龄，品种为阿迪娜。调查时距收割结束6～7 d。抽生的新梢长度约4 cm，地内裸露空斑随处可见，空斑内苜蓿稀疏。在面积达10～20 m2的大空斑范围内，仅稀疏分布几株苜蓿，株距40～80 cm不等；小些的斑块，在40 cm×60 cm内不见一株苜蓿。有些空斑地上有细弱的杂草，有些则连杂草也不见；大块空斑地段偶尔可见几株被刈割的杂草残茬。

2.2 土层结构

华瑞公司苜蓿地的土层结构基本趋于一致，砂土层下就是石砾层，不同之处在于砂土层的薄厚。厚的地方，砂土层厚度＞60 cm，薄的地方，耕作层下的犁底层几乎就是石砾层。有近一半以上的大块空斑地块，砂土层都很薄，厚度仅30 cm。

2.3 病态植株

3#圈苜蓿3 a龄，品种为康赛。株高55 cm，未见到明显的空斑地，但在几个不同的位置发现了长势异常的苜蓿。其中，在一块不足4 m2的地块范围内，见到以钝角三角形位置分布的3株苜蓿，2株较近，1株稍远。3株苜蓿的叶片稍小，叶色较暗，不及周边苜蓿那么鲜绿，其中稍远处的那株苜蓿叶片和嫩稍已有失水萎蔫状。挖出苜蓿根，发现根系形态异样。正常植株，根的颜色较亮净，根表可见新生的近白色瘤状突起；病株的根，颜色暗褐，瘤状突起也已成较深的黑色而几乎不能辨识。

初步分析认为，华瑞公司苜蓿地中死株空斑现象的根源在于苜蓿的自毒作用。

3 苜蓿的自毒作用

3.1 自毒作用概述

自毒作用是指植株自身体内的化学物质以多种方式和途径对植物本身的萌发和生长代谢活动产生延迟和抑制作用的现象。它是植物化感作用在种内或对自身作用的一类表现形式[1-2]。植物的化感作用即通常所说的相生相克作用，1992年被国家自然科学名词审定委员会统一规范为“化感作用”[3]。古文献记载，我国先民早在两千多年前就已形成对于植物化感作用的朦胧认识[4]，国际上对植物化感作用的研究，始于19世纪中叶，到20世纪70年代以后，得到空前发展。关于苜蓿自毒作用的研究，国外起步较早，20世纪初即有相关报道面世，至60年代，始有苜蓿自毒性领域的研究文章出现。我国对于苜蓿自毒性的研究，最早见于2001年胡跃高[5]、孔垂华[6]等人的论述。

3.2 苜蓿的自毒物质

研究者认为，苜蓿的根、茎、叶、花等新鲜组织和种子以及苜蓿干草中，都含有能够导致自毒现象的水溶性化学物质，这些物质以多种途径进入到苜蓿根际土壤中，引起苜蓿死株、减产、不耐连作。苜蓿体内的自毒物质主要是香豆素、肉桂酸、水扬酸、绿原酸、苜蓿素等水溶性酚类化合物[1,7-8]。这些物质在苜蓿的活株、残体中都有分布，通过根系分泌、随雨雾淋溶、组织脱落、残茬残根的分解等方式进入土壤中并逐渐富集[4,9]，从而对苜蓿的生长产生毒害作用。这种毒害不是某几种物质的单独作用，而是多种物质综合作用的结果，而且混合物的毒害作用更强烈[10]。

3.3 苜蓿自毒作用机制

苜蓿的自毒作用对苜蓿种子萌发、植株生长都有影响，但重点表现为对幼苗根系统发育的破坏和毒害。据Chon、Hegde等人的研究，自毒物质只是推迟苜蓿种子的萌发时间，而对种子的整体发芽率影响不大，但对萌芽种子的胚根和下胚轴细胞的伸长有抑制作用[11-12]。自毒物质对苜蓿植株的影响，首先表现在对根系的伤害上，自毒物质作用的结果，能使苜蓿根部变色，出现卷曲、肿胀现象，根毛细胞的分化形成受到限制[10-11]。失去根毛也就意味着根系的吸收能力被抑制，这种现象反映在苜蓿地上部分，表现为植株能正常存活，但生长势差、个体弱小、颜色暗深。查看根系结构，可见主根细弱、分枝较多、侧根量增大。自毒物质导致的这种根系劣变具有不可逆转性[4,10]，将来即使生存条件得到改善，苜蓿植株也不可能恢复长势而旺盛生长。

4 苜蓿死株原因分析

基于我们的初步调查，结合专家们关于苜蓿自毒作用的研究成果，华瑞公司苜蓿生产中存在的问题，可以从两个方面认识。

4.1 留茬死株

苜蓿死株重点发生在4～6 a龄苜蓿地中，这与多种因素有关。

1）自毒物质的数量

不同龄期的苜蓿，体内所含自毒物质的数量各有不同。一般≤1 a幼龄期苜蓿所含自毒物质数量较少，基本无自毒性；随着苜蓿生长年限的延长和根茎成熟度的增加，组织器官中所制造和积累的各种有机物质包括自毒性物质都有增加的趋势[10]，4～6 a龄苜蓿自毒效应明显[9]。通常从第5年开始，苜蓿根系活力就有开始衰退的迹象，并陆续出现死株，产草量逐年下降。

2）苜蓿根系周边积累自毒物质

苜蓿体内的自毒物质因淋溶、分泌、组织脱落等方式，有富集于苜蓿根际土壤中的特性。尽管砂性土中，自毒物质随水流失的速度较快，有利于削弱自毒作用，但也会导致自毒作用来势更加凶猛。植物的生存策略：环境有利时加速生长，抢占空间争夺资源；逆境胁迫时减缓生长，增加次生代谢产物自我防御确保竞争优势[4]。砂性土壤保水保肥性能差，容易发生水分、养分的流失，形成严重的逆境胁迫，导致苜蓿植株大量生成释放自毒物质，使苜蓿根系受损加重，植株密度逐年降低。

3）砂土层厚度

调查中发现，砂土层的薄厚与苜蓿地中的缺株空斑有一定相关性，砂土层薄的地方，缺株多空斑大。厚度仅30 cm的砂土层下，就是石砾层，在这种恶劣的根系生长环境中，水分、养分流失很快，不利于苜蓿的健壮生长。尤其是夏季高温季节，水分在蒸发和渗漏双重渠道的流失中，极易造成苜蓿干旱缺水。缺水的环境胁迫下，苜蓿体内包括自毒物质在内的次生代谢物质增加，更加剧了苜蓿的自毒效应[4-5]。

4.2 补种失败

1）砂性土中的苜蓿自毒性表现

一般4～6 a龄老苜蓿产生的自毒性物质多，自毒物质在根际土壤中富集的也多。Jennings研究了土壤类型对苜蓿自毒作用的影响，认为自毒物质在砂性土中随水转移速度很快，因而滞留时间短，自毒作用不持久[13]。正因为转移速度快，所以砂性土中，自毒效应来势更猛、更快，表现更强烈。

2）幼苗对自毒作用抗性差

由于砂性土中自毒物的随水流失、秋季翻耕时筛除捡拾残根、长达6个月的越冬休耕期等多种原因的综合影响，对于来年开春的重播苜蓿而言，自毒效应已不存在，所以春季大面积播种的苜蓿种子能够正常发芽出苗。但在空斑地上补播的苜蓿种子，因所处环境的差异，出苗情况大相径庭。根据王希等人的研究结果，补播的苜蓿种子即使能够萌发，胚根和胚芽的进一步伸长也会因自毒物质的抑制而受阻，且胚根对自毒物质的敏感度更强于胚芽[9]。也就是说，幼苗期苜蓿对自毒作用的抗性微弱，补播的苜蓿种子能够萌发，但并不能顺利成苗。所以在生长年限较长的苜蓿地里补播或补栽苜蓿，只能以失败告终。

据Klein和Miller研究，苜蓿植株密度降低至83%、43%时，产量分别下降为92%和50%[5]。可见华瑞公司苜蓿地死株造成的减产损失并不是小数目。

5 生产建议

自毒作用对苜蓿生产影响巨大，戈壁滩的荒漠环境更能助长自毒效应的危害。但华瑞公司种养结合的循环农业及水肥一体化耕作制度，保障了戈壁荒漠恶劣环境中，苜蓿生产所需的水肥供应，一定程度上缓解了自毒作用的负面影响。比如，良好的灌溉条件促进了砂性土中自毒物质的快速淋溶；奶牛养殖的粪尿还田，即补充了苜蓿生长对有机养分的需求，又有助于粪尿中的微生物对自毒物质的降解；残根的筛除以及漫长的休耕期，等等。它们与自毒效应之间，始终处于一种此消彼长的动态博弈中，使苜蓿产量在自毒作用的威胁下，不降反升，年产量稳定在15 t/hm2以上。在实践中可采取具体措施，尽量规避自毒效应的负面影响，促进苜蓿生产增效提质。

1）轮作倒茬

从华瑞公司的可耕作土地和近几年的播种面积来看，苜蓿种植面积远小于玉米，苜蓿、玉米完全可以实现轮作倒茬种植。即使有砂石地的限制，也可逐年错茬轮作，从而最大程度地避免自毒物质对苜蓿产草量的影响。

2）品种选择

选用自毒物质含量低、抗自毒性强的苜蓿品种。

3）施用有机肥促进微生物作用

进一步规范和提高华瑞公司循环农业的科技贡献率，充分发挥有益微生物在粪尿还田中对苜蓿自毒物质的降解、破坏作用[7,14]，最大程度消解苜蓿的自毒影响。

4）收割后及时充分灌溉

收割后及时充分灌溉，对于稀疏空斑较多的地块漫灌一次，稀释浅层土壤自毒物质并向深层转移，缓解其自毒作用，待苜蓿萌蘖全苗后再转换为水肥一体化灌溉方式。补播苜蓿种子后，对补播空斑加大灌溉量以清除浅层土壤自毒物质，确保出苗整齐。

6 结束语

分析认为，地处甘肃省民乐县北部戈壁荒滩的华瑞农业股份有限公司苜蓿地死株空斑，以及补播补栽无效，均由自毒作用所致，可以通过轮作倒茬、品种选择、施用有机肥和收割后及时充分灌溉等措施消除或缓解自毒作用，确保牧草稳产高产。前人的研究结果大多来自实验室数据，且认为自毒物质是以淋溶、脱落、根系分泌等多种方式到达苜蓿根部，从而对苜蓿产生自毒作用；而孔垂华[6]又认为，化感物质经多路转运，到达苜蓿根际时，不一定产生化感效应。为了澄清疑惑，有必要开展田间试验以解疑，毕竟田间环境复杂，对苜蓿的生长有诸多干扰，单纯的实验室数据不一定附合大田环境的真实性。

喷灌或雨水的淋溶作用究竟能将多少自毒物质带入土壤，滴灌方式能否缓解这种作用？砂土中蓄积的自毒物质到底随水淋失了没有，以至于一次次的补苗都以失败而告终？在田间试验中，可以考虑客土补苗、避免喷淋等方式，以进一步实践田间补苗的可行性。

致谢：本文修改过程中，承蒙甘肃省林业科学研究院王俊杰研究员悉心指导，谨表谢意！