滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬生长及移盐量的影响.pdf

第 46 卷 第 3 期Vol.46 No.3 2024 年 3 月Mar.2024中 国 草 地 学 报Chinese Journal of Grassland滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬生长及移盐量的影响徐强1，2，刘洪光1，2，*，李明思1，2，李鹏飞1，2，李玲1，2，徐亦彬1，2，张茜1，2（1.石河子大学水利建筑工程学院，新疆 石河子 832000；2.现代节水灌溉兵团重点实验室，新疆 石河子 832000）摘要：为了研究滴灌条件下盐地碱蓬的生长和移盐能力对不同种植密度的响应，在新疆喀什地区分别设置 D1（10 株/m2）、D2（20 株/m2）、D3（30 株/m2）、D4（40 株/m2）、D5（50 株/m2）、D6（60 株/m2）共 6 种种植密度进行大田试验，以期通过控制种植密度调控盐地碱蓬株型，达到高产、高效的目的。结果表明：滴灌条件下，种植密度对盐地碱蓬的生长影响显著，随着种植密度增大，株高先增高后降低，蓬径与茎粗逐渐减小；盐地碱蓬生物量随着密度的增大先提高后降低，呈二次曲线趋势，D3处理的生物量最大，较其他处理提高了 7.45%63.85%，同时，D3处理的移盐量最高，达 5931.21 kg/hm2，较其他处理高 12.49%59.97%；D3与 D4处理水分生产效率相近，分别为 6.31、6.14 kg/m3；D3处理水分移盐效率最高，达 1.58 kg/m3，D4处理次之，为 1.41 kg/m3。本研究表明可通过控制种植密度调控盐地碱蓬生长指标，优化株型，进而影响盐地碱蓬的产量与移盐能力，滴灌条件下种植盐地碱蓬应采取 3040 株/m2的稀植密度。关键词：盐渍土；盐地碱蓬；滴灌；移盐能力；密度中图分类号：S156.4 文献标志码：A 文章编号：1673-5021（2024）03-0091-09我国盐渍土面积约 3.63107 hm2，占全国可利用土地资源的 5%左右1。盐碱地是一种重要的农业后备用地资源，我国的盐碱地资源约 80%未开发利用2，盐碱地开发利用可为农业可持续发展和国家粮食安全提供保障3。盐地碱蓬（Suaeda salsa）是一种藜科真盐生植物，具有极强的耐盐碱能力，可开发作为饲料，具有一定的经济价值，同时，其也可作为一种有效的盐渍土生物改良措施1，4。赵振勇等5在滴灌条件下种植盐角草（Salina salicornia）和盐地碱蓬，二者的地上生物量分别达 11044.37 kg/hm2和19119.26 kg/hm2，刈割后地上部分灰分盐移出量分别达 4709.98 kg/hm2和 5184.96 kg/hm2。Wang 等6在西北干旱区为期 3 年的试验发现，盐地碱蓬对土壤中盐分的平均提取能力可达 3839 kg/hm2，可完全带走由灌溉输入的盐分。张立宾等7研究表明，在滨海地区种植盐地碱蓬 3 年后，盐渍土壤的含盐量减少了 4.40 g/kg。前人在盐地碱蓬改良盐碱土的研究中，多采用撒播或条播方式高密度种植。而邵秋玲等8对滨海盐碱地野生盐地碱蓬的研究发现，盐地碱蓬的生长状态和株型指标受密度显著影响，当密度较高时，植株矮小，分枝能力受限；当密度过低时，植株过于高大，且分枝过多。潘书轩9对新疆地区滴灌条件下种植的盐地碱蓬研究表明，当水肥资源受限，盐地碱蓬群体间竞争加剧。因此，滴灌条件下应控制种植密度，发挥个体增产潜力。但前人均未明确指出盐地碱蓬的种植密度与生长特性、移盐量的关系，适用于干旱区滴灌条件下的科学合理种植密度也未见报道。本研究以滴灌条件下种植的盐地碱蓬为研究对象，设置不同的种植密度水平，通过大田试验探讨种植密度对盐地碱蓬生长和移盐能力的影响，以期为采用盐地碱蓬大面积生态开发利用盐碱地提供可靠的理论依据。1材料与方法1.1试验地概况于 2022 年 510 月进行试验，试验区位于新疆维吾尔自治区喀什地区巴楚县现代农业产业园（785515E、397526N，海拔 1072.80 m）。试验地属温带大陆性干旱气候，干旱少雨，风沙天气多，无霜期长；年平均气温 11.80，年日照数 4434 h，年均无霜期 213 d，年平均降水量 50 mm 左右，年平均蒸发量 2500 mm 以上（图 1）；土壤质地为粉砂壤土，容重为 1.46 g/cm3；试验地 030 cm 土层平均盐含量 34.20 g/kg。1.2试验设计于 2022年 5月 57日进行旋耕、整地，5月 10日采用“干播湿出”方式播种，播种量为 30 kg/hm2，苗DOI：10.16742/j.zgcdxb.20230075*通信作者，E-mail：liuhongguang-收稿日期：2023-03-24；修回日期：2023-07-13基金项目：兵团中青年创新领军人才（2022CB002-02）作者简介：徐强（1993-），男，新疆昌吉人，在读博士生，研究方向为绿洲盐碱地改良与利用，E-mail：.91中国草地学报 2024 年 第 46 卷 第 3 期期统一灌溉共计90 mm以保证出苗，5月30日齐苗后开始按照试验设计的种植密度定苗，定苗后按照表 1执行灌溉制度。小区面积 5 m5 m，盐地碱蓬种植在滴灌带两侧 15 cm范围内，采用人工开沟条播方式播种，株行配置为 50 cm 宽行+30 cm 窄行。设置6 个种植密度，分别为 10、20、30、40、50、60 株/m2，记为 D1、D2、D3、D4、D5、D6。灌溉方式为滴灌，滴头 流 量 为 2.60 L/h，试 验 用 水 为 地 下 水，矿 化 度0.35 g/L。试验地播种前基施复合肥 500 kg/hm2（N P K=20 14 6），分别于成年期和开花期随水滴施复合肥 150 kg/hm2，本试验取样时间为 10 月 8日（结籽期）。1.3观测项目1.3.1株高在结籽期用卷尺测定从地面至植株主茎顶端的高度。1.3.2茎粗在结籽期用游标卡尺测定植株地面以上 2 cm处的盐地碱蓬茎粗。1.3.3蓬径在结籽期使用卷尺分别测量盐地碱蓬南北和东西方向的蓬径数据，取两者平均值。1.3.4生物量在收获前，每小区齐地面随机采集面积1 m1 m盐地碱蓬植株，放入 105 烘箱中杀青 10 min，然后在 80 下烘至恒重，称取干重。1.3.5灰分称取 5.00 g 干燥的植物材料放入煅烧盘中，在电热板上小心加热装有样品的煅烧盘，直到样品碳化，然后将其转入预热至 550 的马弗炉中 3 h，观察是否有碳颗粒。如果没有碳颗粒，继续在马弗炉中燃烧 1 h。如果有碳颗粒，冷却煅烧炉，用蒸馏水润湿，在 1032 的干燥箱中将其蒸发至干燥，再将煅烧盘置于马弗炉中 1 h，取出置于干燥器中冷至室温迅速称重10。1.3.6移盐量盐地碱蓬移盐量的计算参照赵振勇5的方法，计算公式：S=AY（式中：S 为盐地碱蓬移盐量；A为灰分含量；Y为盐地碱蓬生物量）。1.3.7水分生产效率水分生产效率的计算参照张前兵等11的方法，表 1盐地碱蓬各生育期灌溉计划Table 1Irrigation plan for Suaeda salsa at different growth stages生育期Period幼苗期成年期开花期结籽期全生育期日期Date5月 10日6月 19日6月 20日8月 10日8月 11日9月 10日9月 11日10月 10日5月 10日10月 10日天数(d)Date(d)40513030151灌溉次数(次)Irrigation(times)453214灌水定额(mm)Irrigation quota(mm)22.5030.0025.0030.00375.00图 1试验点 510月气温与降水量Fig.1Temperature and precipitation at test points from May to October92徐强 刘洪光 李明思等 滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬生长及移盐量的影响计算公式：E=Y/W（式中：E 为水分生产效率；Y 为盐地碱蓬生物量；W 为灌溉定额）。1.3.8水分移盐效率水分移盐效率计算公式为 T=S/W（式中：T 为水分移盐效率；S 为盐地碱蓬移盐量；W 为灌溉定额）。1.4数据处理试 验 数 据 使 用 Excel 2003 进 行 整 理。采 用SPSS statistics 26.0 进行统计分析（显著性分析），使用 Origin 2020绘图。2结果与分析2.1滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬株高的影响不同种植密度条件下盐地碱蓬的株高及拟合曲线见图 2。由图可知，不同种植密度对盐地碱蓬的株高影响显著（P0.05），且株高随着密度的增大先增高后降低，呈单峰曲线趋势。D3 处理的株高最大，较 D1、D2、D4、D5 和 D6 处理分别提高了109.22%、44.47%、19.59%、9.69%和 55.06%。盐地碱蓬的株高与密度呈明显的二次回归函数关系，密度的增大并不会使盐地碱蓬株高呈现连续增加趋势，因此，需要合理控制盐地碱蓬密度。通过株 高 与 密 度 拟 合 方 程 计 算 表 明，株 高 最 大 值 为137.67 cm，对应的密度为 47.26 株/m2。2.2滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬茎粗的影响随着种植密度增大，种群间竞争加剧，茎粗逐渐减小，各处理的茎粗存在明显差异（P0.05）。不同处理中，D1 处理的茎粗最大，为 D2、D3、D4、D5、D6 处理的 1.19 倍、1.59 倍、2.38 倍、3.54 倍、4.68倍。拟合茎粗与密度间的关系，结果表明二者呈对数关系，拟合方程为 y=12.82ln（x）+59.16（R2=0.95），拟合度较高（图 3）。2.3滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬蓬径的影响由图 4 可知，盐地碱蓬的蓬径，随种植密度的提高显著下降（P0.05）。各处理中，D1处理盐地碱蓬的蓬径最大，分别为 D2、D3、D4、D5、D6 处理图 3滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬茎粗的影响及曲线关系拟合Fig.3Effect of planting density on the stem diameter of Suaeda salsa under drip irrigation and curve fitting图中不同小写字母表示各处理间差异显著（P0.05），下同。The different lowercase letters in the figure indicate significant differences between treatments（P0.05），the same below.图 2滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬株高的影响及曲线关系拟合Fig.2Effect of planting density on the height of Suaeda salsa under drip irrigation conditions and curve fitting93中国草地学报 2024 年 第 46 卷 第 3 期的 1.27 倍、1.48 倍、2.68 倍、7.20 倍、10.90 倍。拟合茎粗与密度间的关系为对数关系，拟合方程为y=24.62ln（x）+107.28（R2=0.92），拟合度较高（图 4）。2.4滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬生物量的影响种植密度对盐地碱蓬的生物量具有显著影响（P0.05），且生物量随着密度的增大表现为先提高后降低，呈二次曲线趋势（图 5）。各处理中，D3处理的生物量最大，较 D1、D2、D4、D5和 D6处理分别提高了 63.85%、28.52%、7.45%、22.91%和 40.17%。生物量与种植密度拟合呈二次曲线关系，根据拟合曲线计算，生物量最高值为 23.07 t/hm2，此时密度为 37.08 株/m2。2.5滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬灰分含量的影响不同种植密度条件下盐地碱蓬灰分的含量及拟合曲线见图 6。由图可知，各处理的灰分含量差异较小。各处理中，D1 处理灰分含量最高，较 D2、D3、D4、D5、D6 处理分别高 22.72%、22.43%、34.67%、31.11%和 41.40%，差异显著（P0.05）；D6 处理灰分含量最小，且显著低于其他处理（P0.05）。灰分含量与密度间关系拟合为幂函数。2.6滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬移盐量的影响不同种植密度条件下盐地碱蓬的移盐量及拟合曲线见图 7。由图可知，不同种植密度对盐地碱蓬的移盐量具有显著影响（P0.05），且移盐量随着密度的增大先提高后降低，呈二次曲线趋势。各处理中，D3 处理的移盐量最高，达 5931.21 kg/hm2，较 D1、D2、D4、D5 和 D6 处 理 分 别 高 34.72%、29.33%、12.49%、30.43%和 59.97%。根据拟合曲线计算，移盐量最高值为 5457.23 kg/hm2，此时种植密度为32.50 株/m2。2.7滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬水分生产效率的影响由图 8 可知，盐地碱蓬的水分生产效率与生物量变化趋势相同，随着种植密度增大，水分生产效图 4滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬蓬径的影响及曲线关系拟合Fig.4Effect of planting density on the canopy diameter of Suaeda salsa under drip irrigation conditions and curve fitting图 5滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬生物量的影响及曲线关系拟合Fig.5Effect of planting density on the biomass of Suaeda salsa under drip irrigation conditions and curve fitting94徐强 刘洪光 李明思等 滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬生长及移盐量的影响率先提高后下降，密度与水分生产效率呈二次曲线关系。D3 与 D4 处理水分生产效率相近，分别为6.31、6.14 kg/m3，D2与 D5处理相近，分别为 4.91、5.13 kg/m3，D1与 D6处理水分生产效率较低。根据拟合曲线计算，水分生产效率最高值为6.25 kg/m3，对应的种植密度为 46.88 株/m2。2.8滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬水分移盐效率的影响不同种植密度条件下盐地碱蓬的水分移盐效率与拟合曲线见图 9。由图可知，随着盐地碱蓬种植密度增大，水分移盐效率先提高后下降，密度与 水 分 移 盐 效 率 呈 二 次 曲 线 关 系。各 处 理 中，图 6滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬灰分的影响及曲线关系拟合Fig.6Effect of planting density on ash content of Suaeda salsa under drip irrigation and curve fitting图 7滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬移盐量的影响及曲线关系拟合Fig.7Effect of planting density on salt transfer amount of Suaeda salsa under drip irrigation conditions and curve fitting图 8滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬水分生产效率的影响及曲线关系拟合Fig.8Effect of planting density on water production efficiency of Suaeda salsa under drip irrigation and curve fitting95中国草地学报 2024 年 第 46 卷 第 3 期D3 处理的水分移盐效率最高，达 1.58 kg/m3；D4处理次之，为 1.41 kg/m3；D1、D2 和 D5 处理水分移盐效率相近，在 1.171.22 kg/m3之间；D6 处理 最 低，较 其 他 处 理 分 别 下 降 了 18.18%（D1）、23.23%（D2）、59.60%（D3）、42.42%（D4）和22.22%（D5）。根 据 拟 合 曲 线 计 算，水 分 移 盐效 率 最 高 值 为 1.40 kg/m3，对 应 的 种 植 密 度 为32.02 株/m2。2.9滴灌条件下种植密度与盐地碱蓬株型指标的相关性不同密度与株型指标之间的相关性如表 2 所示。其中，株高与生物量、移盐量、水分生产效率、水分移盐效率呈极显著正相关（P0.01），与茎粗、灰分显著负相关（P0.05）；茎粗与蓬径和灰分含量极显著正相关（P0.01）；蓬径与灰分含量极显著正相关（P0.01）；生物量与移盐量、水分生产效率、水分移盐效率均极显著正相关（P0.01），与灰分含量显著负相关（P0.05）；移盐量与水分生产效率、水分移盐效率均极显著正相关（P0.01）；水分生产效率与水分移盐效率极显著正相关（P0.01）。3讨论种植密度提高会导致生长资源的强制分配12，植物改变自身的形态和结构是最简单、最经济的适应对策13。株高是反映作物生长状况的重要指标，适宜的株高不仅有利于作物冠层结构的合理布局，还能够明显提高作物对光照的利用效率14。李源等14研究发现，不同种植密度对高丹草（Sorghum bicolorS.sudanense）的株高影响较为显著，随着种植密度的增大，株高先增大后减小，这与本研究结果一致，在 D1D4 种植密度范围内随着种植密度的增大，盐地碱蓬株高显著提高，D5和 D6处理的株高则有所降低。本研究中 D1、D2 处理盐地碱蓬种植密度过低，虽然有利于个体的生长发育，但是，图 9滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬水分移盐效率的影响及曲线关系拟合Fig.9Effect of planting density on water and salt transfer efficiency of Suaeda salsa under drip irrigation conditions and curve fitting表 2滴灌条件下种植密度与盐地碱蓬株型指标的相关性分析Table 2Correlation analysis between planting density and Suaeda salsa plant type indicators under drip irrigation conditions参数Parameter株高茎粗蓬径生物量灰分含量移盐量水分生产效率水分移盐效率株高Plant height1.00-0.51*-0.430.84*-0.54*0.60*0.84*0.60*茎粗Stem diameter1.000.98*-0.290.62*0.19-0.290.19蓬径Canopy diameter1.00-0.200.78*0.27-0.200.27生物量Biomass1.00-0.48*0.83*1.00*0.83*灰分含量Ash content1.000.93*-0.480.91*移盐量Salt transfer amount1.000.82*1.00*水分生产效率Water production efficiency1.000.83*水分移盐效率Water salt transfer efficiency1.00注：*表示显著相关（P0.05），*表示极显著相关（P0.01）。Note：*indicates significant correlation（P0.05），*indicates extremely significant correlation（P0.01）.96徐强 刘洪光 李明思等 滴灌条件下种植密度对盐地碱蓬生长及移盐量的影响也会造成分枝数量过多，蓬径过大。此外，单位面积株数太少，不利于土壤和光热资源的利用，造成生长资源的浪费，生物量难以提高15。本研究中 D6处理种植密度过高，盐地碱蓬为了截获和吸收更多的光能，将更多的同化物从储存器官分配到营养器官，引发茎秆快速纵向伸长16，植株高度快速增加后冠层之间相互遮蔽，导致植株的光能利用率下降，植物生长缓慢。本研究表明，随着密度增加盐地碱蓬蓬径逐渐减小，这可能是因为分枝数受密度影响显著减少有关。这与王俊峰等17研究结果一致，在低密度群体的生长过程中，个体之间的竞争较弱，植物会增加分枝的数量，而当高密度种植时，生长资源变得稀缺，植物往往会减少分枝的数量和长度18。关于茎粗和密度之间的关系，吴增志等19基于同龄、冠层密闭的植物种群“立地密度法则”指出，随着种植密度的增加，植物的茎粗减小，两者之间存在权衡关系，从而影响植物的形态结构。本研究结果与之相符。生物量随着密度的增大先提高后降低，呈二次曲线趋势。D3 处理的生物量最大，较 D1、D2、D4、D5 和 D6 处理显著提高。这是由于 D1、D2 处理密度过低，盐地碱蓬个体有更大的生长空间和充足的资源，但群体产量受到个体数量的限制20，无法取得较高的生物量。随着种植密度的逐渐增加，虽然个体生长发育受到抑制，但可以依靠种植密度增加，进而提高群体产量21。有研究表明，作物种植密度的增加会引起冠层透光率明显下降，不利于植株积累光合产物22。这与本研究中 D5、D6 处理中盐地碱蓬的产量表现一致。王莹等23研究认为紫花苜蓿（Medicago sativa)的播种密度与草产量关系密切，适宜的密度才能更好地发挥单株增产潜力，密度过小或过大都不宜。这与本研究 D3、D4 处理一致。唐仲霞等24研究表明，随种植密度的增加植物水分利用效率呈先上升后降低的趋势，呈二次曲线关系。本研究结果与之一致，随着种植密度增大，水分生产效率先提高后下降，密度与水分生产效率呈二次曲线关系，D3与 D4处理较高，D2与 D5处理次之，D1 与 D6 处理水分生产效率较低。本研究发现随着种植密度增大，灰分含量逐渐减小，D1 处理灰分含量最高，显著高于其他处理。这是因为较低的种植密度可有效改善作物对水、肥资源的利用状况。这与潘书轩等9增施氮肥后盐地碱蓬的灰分含量提高结果一致。但盐地碱蓬的移盐量受到灰分含量与生物量共同影响，尽管 D3 处理灰分含量不是最高，但是其移盐量达到最高值，为 5931.21 kg/hm2。拟合曲线分析表明，株高、生物量、移盐量、水分生产效率、水分移盐效率等指标的最优值，其对应的种植密度为 32.0247.26 株/m2；盐碱地改良最关注的生物量、移盐量与水分移盐效率最优取值区间为 32.0237.08 株/m2；为了方便田间控制种植密度，综合分析认为，取整数区间 3040 株/m2作为南疆地区滴灌条件下最优的种植密度。这与邵秋玲等8结果相似，所以，应充分利用盐地碱蓬分枝能力强、个体生产力高的特点，建立稀植种植模式，发 挥 个 体 生 产 潜 力，构 建 高 产 高 效 的 盐 地 碱 蓬群体。4结论本研究表明可通过调控盐地碱蓬的种植密度，优化盐地碱蓬的植株形态，进而影响盐地碱蓬的产量与移盐能力。滴灌条件下，新疆喀什地区种植盐地碱蓬应改变当前的高密度种植方式，采取稀植方式，控制群体密度为 3040 株/m2，发挥个体的增产潜力。本研究结果可为干旱区滴灌条件下种植盐地碱蓬改良利用盐渍土提供理论依据和参考。参考文献（Reference）：1 Li J G，Pu L J，Han M F，et al.Soil salinization research in China：advances and prospectsJ.Journal of Geographical Sciences，2014，24（5）：943-960.2 胡明芳，田长彦，赵振勇，等.新疆盐碱地成因及改良措施研究进展 J.西北农林科技大学学报（自然科学版），2012，40（10）：111-117.HU Mingfang，TIAN Changyan，ZHAO Zhenyong，et al.Salinization causes and research progress of technologies improving saline-alkali soil in XinjiangJ.Journal of Northwest Agriculture and Forestry University（Natural Science Edition），2012，40（10）：111-117.3 Li Xingxing，Liu Hongguang，Li Jing，et al.Experimental study and multi-objective optimization for drip irrigation of grapes in arid areas of northwest China J.Agricultural Water Management，2020，232：106039.4 雷占兰，周华坤，刘泽华，等.密度氮肥交互处理下垂穗披碱草生长与生殖特性 J.中国草地学报，2014，36（2）：12-19.LEI Zhanlan，ZHOU Huakun，LIU Zehua，et al.The growth and reproductive characteristics of Elymusn nutans under the interaction between different planting density and nitrogen application J.Chinese 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