干旱荒漠草原地区华北驼绒藜种子覆膜直播建植试验研究

孙海莲,陈喜梅,阿拉塔,刘永志

(1.内蒙古农牧业科学院,内蒙古 呼和浩特 010020;2.内蒙古草原勘察规划院,内蒙古 呼和浩特 010051)

华北驼绒藜(Ceratoides arborescens(Losinsk.)Tsien et C.G.M a)是藜科驼绒藜属的旱生半灌木植物。它抗旱性比较强,又具有较强的防风固沙和水土保持能力。地上生物量大,利用年限可达10年以上,饲用价值较高,家畜四季喜食。但是华北驼绒藜种子属短命种子,常温贮存3～7个月。种子产量比较丰富。种子被毛,粘连,无法机械播种。由此延长种子寿命技术和需求快速繁育适宜并能推广的技术是生产中的关键技术问题。

干旱环境中的植物在种子期对极端环境的忍耐能力最大,而幼苗忍耐能力最小(Lam ont et al.1989;Gutterm an,1993;Huang et al.2003;Zhu et al.in press)。因此,是植物生活史中的关键时期,如苗期对水分缺乏较为敏感,此时如遇干旱胁迫不仅威胁幼苗的生存,并且对后期产量、越冬等都有一定影响。幼苗的建植也是植物生活史上及其薄弱的环节,幼苗为适应环境几乎耗尽着自身能量,所以想得到健壮的植株和理想的建植效果,完全依赖植物自身的抗逆能力是不能完全达到的。由此,本试验通过覆膜、播深、水分和施肥等处理对华北驼绒藜在干旱的荒漠草原区的建植技术进行了研究。目的是为其生产推广提供依据。

1.1 试验地点

试验点选在内蒙古乌兰察布市四子王旗查干补力格苏木王府一队的内蒙古农牧业科学院草原畜牧业综合试验示范中心四子王基地。地处N 41°47′17″,E111°53′46″,海拔高度为1 450m 。该地区属典型的大陆性气候,春季干旱多风,夏季炎热,≥10℃的年积温为2 200℃～2 500℃,年降雨量为280mm,湿润度0.15～0.3,降水量主要集中在6～8月,月平均温度最高月为6、7、8三个月,平均气温为22.5℃;无霜期为175d。

四子王旗与阴山山脉毗邻,受山脉地理环境的影响,全旗地处剥蚀低山丘陵区。试验区地势南高北低。土壤以栗钙土为主,土壤腐殖质层厚度为25～30cm,下有5～10cm厚的钙积层,该层致密坚硬,成为直根类植物生长发育的障碍,该类土壤是荒漠草原区最具有代表性的土壤类型。

试验时间为2005年 6月～2007年10月。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 试验设计

为了研究华北驼绒藜在干旱荒漠草原区的建植和生长发育规律,开展了以小区试验研究。试验区面积均为 150m2(15m×10m),小区间坝垄宽0.3～0.4m。试验设置了不同播种深度处理(5月18日播种);设置了地膜覆膜种植小区和不覆膜小区(对照)处理(4月26日、5月4日和5月18日播种);以上2项小区面积为50m2(如图1,该图设计为1组示意图,重复3次)。设置不同的施肥水平处理小区(表2)和设置不同灌溉方式及次数处理小区(表16),水分和施肥试验小区面积为150m2(10m×15m),幼苗生长稳定后进行处理。目的是为了研究水分条件、施肥条件分别对干旱地区华北驼绒藜生长的影响。(如图1,水分播期为2008年4月 26日,非覆膜播种)。

图1 试验设计小区田间布置

表1 不同水分处理试验

表2 不同施肥处理试验

1.2.2 种子来源与播种方法

供试材料选用华北驼绒藜,种子来源于内蒙古畜牧科学院牧草种子库,为2004年10月采集于巴音哈太牧草试验站种子。

播种方法:采用人工手撒条播的办法,播深1～2cm,行距30cm,播种量 0.5kg/hm2,土壤耕翻后均匀铺撒腐熟羊粪2 000kg/hm2。

1.2.3 测定项目与方法

1.2.3.1 出苗率测定

播种后每天挖取25cm×25cm×10cm的土样,观测种子发芽数和胚芽长度,重复5次。依据出苗率和幼苗存活数计算保苗率。

1.2.3.2 叶面积测定

叶长为从叶枕到叶尖的距离,叶宽为叶片中部最宽处的长度。根据叶面积计算公式〔2〕:叶面积=叶长×叶宽×0.71,每7天测定1次,测定面积25cm×25cm,重复5次。

1.2.3.3 植株高度测定

从植株茎的最基部(地面)到最上叶顶端的距离。每试验区用彩色曲回针悬挂标签,标记30株,每7d测1次,取均值。

1.2.3.4 地上生物量的测定

在每个试验区剪取25cm长段的华北驼绒藜植株,称取鲜重,重复6次取均值。时期选择出苗后 40d、60d和 90d。

1.2.3.5 植株各器官干物质重量测定

在每个试验区取25cm长段的华北驼绒藜植株,然后每10cm 1层挖取根系,洗净。将根、茎、叶分开,放在105℃烘箱中烘干1h,然后在 55℃恒温下烘干48h,冷却后称重。

1.3 结果与分析

1.3.1 不同播种深度对华北驼绒藜出苗率的影响

播种深度是幼苗成功顶土建植的重要条件,种子出苗的多少是衡量播种深度是否适宜的重要指标。根据干旱地区植物播种试验采用的不同播种处理深度试验研究方案,本试验设立了0cm,1cm,2cm,4cm,6cm,8cm等6个不同深度的播种处理,研究播种深度对华北驼绒藜出苗率的影响,具体结果如图2。受不同播深的影响,华北驼绒藜出苗存在差异。不覆土时出苗率最高。0～1cm播深处理出苗率变化不大,而2～8cm之间,随着播深增加,发芽率急剧下降播深8cm时,发芽率仅为在10%以下,出苗最低。华北驼绒藜属小型种子,种子小而轻,种内养分不足(易津,2002),所以很难充足供给出苗顶土的能量。又因 0cm易被风沙吹走种子,所以华北驼绒藜种子易于浅播种,1～2cm为宜。

图2 不同播种深度对出苗率的影响

1.3.2 覆膜种植和不同播期对华北驼绒藜建植影响

1.3.2.1 覆膜种植和不同播期对种子萌发的影响

种子出土后的环境因素如:温度、水分、风沙、病虫害等对幼苗的影响很大,而在干旱的荒漠草原区,受温度和风沙的影响尤其严重。在人工栽培的条件下,干旱和风沙是决定保苗率的重要因素。还有北方常见的倒春寒现象对幼苗的伤害也很严重。覆膜种植在作物栽培中应用比较多。由于北方地区播种期相对寒冷,覆膜能够保水保墒,因而有利与种子的萌发和幼苗的出土和生长。因此,为了避开风沙的危害,进行不同播种期和覆膜处理对华北驼绒藜出苗率和保苗率影响的比较研究,选择适宜的播种期和合理的处理技术对华北驼绒藜在干旱地区建植具有非常重要的意义。试验结果如图3,图4。

图3 覆膜种植和不同播期对华北驼绒藜出苗率的影响

图4 覆膜种植和不同播期对华北驼绒藜保苗率的影响

从图3、图4可以看出,覆膜播种的出苗率和保苗率比不覆膜播种的(对照)平均高8.32%和13.12%,说明覆盖更主要对保苗起到了积极的作用,较大地提高了保苗率。

在播种时间上,5月中旬播种的出苗率和保苗率均比4月26日和5月4日播种的好,原因是此时风沙较小,温度较高也比较适宜种子萌发。对内蒙古西部干旱地区的多年的气象资料分析发现,这些地区每年4月份气温仍然比较低,并且风沙比较大,不宜播种,适宜于5月中下旬播种。而6月份虽然风沙较少,但地表温度升高,蒸腾强度增大,土壤保持的水分很快蒸腾,种子萌发后,种苗还没有达到忍耐这样干旱的能力,受干旱胁迫幼苗死亡率升高。7月份播种,恰逢这些地区进入雨季,但幼苗生长期过短,这些地区10月份进入寒冷季节,对牧草越冬和当年利用不利。因此,在内蒙古西部荒漠草原地区播种时间上以5月中、下旬为宜。同时有条件的情况下,应尽量采取覆膜播种的方式,以提高华北驼绒藜的保苗率。

1.3.2.2 覆膜种植和不同播期对幼苗生长高度的影响

由图5可以看出,华北驼绒藜苗期地上部分生长极其缓慢,无论是覆膜处理还是播期处理,植株高度的增长均呈现“S”型。华北驼绒藜在出苗后40d生长速度加快。对覆膜处理(4月26日覆膜和不覆膜处理W 2(对照))以及不同播期的(4月26日播种无覆膜处理和5月18日播种无覆膜处理)幼苗生长速度进行了对比分析。由于水分供应是相同,覆膜处理和不同播期对植株生长高度的影响主要是由于土壤温度和地表水分的蒸腾不同引起的。

图5 覆膜种植和不同播期对华北驼绒藜幼苗生长高度的影响

从覆膜处理看,覆膜种植的华北驼绒藜植株,在苗期植株高度明显高于 W 2,平均高3.87cm。原因主要是覆膜以后使土壤温度升高,保持水分,有利与幼苗生长。但覆膜又有利于杂草生长,因此在5月26日(覆膜30d)去掉覆膜后,进行了中耕锄草,植株出现缓苗现象,影响了植株的生长。

在不同播期生长对比中,在旺盛生长期(出苗40d～80d),5月 18日播种区植株高度比对照(W 2)高平均12.37cm。因为5月18日播种的华北驼绒藜,在出苗40d后(7月初),是进入快速生长的时期。恰是试验区当地及内蒙古西部广大干旱地区风沙比较小的时期,并且是水热条件也比较适宜的时期,有利于植物的生长。

1.3.2.3 覆膜种植和不同播期对幼苗叶面积的影响

在出苗后30～80d内,除5月18日播种的区组外,其他各处理的叶面积总体均呈稍增加的趋势,但是变化差异不大。见图13。在出苗到40d,覆膜区的叶面积比W 2平均高0.103。其原因是覆膜保持了土壤水分,较好的土壤水分条件满足了植物蒸腾的需要,所以叶的生长没有受到抑制。而去掉地膜覆盖后,植物一定时间适应外界干旱的环境和较高的蒸腾,所以平均叶面积有一段上升后明显下降;5月18日播种的华北驼绒藜,到40d(6月末)以后,由于处于温度较高的时期,植物为了减少蒸腾抑制了叶的生长,所以在出苗后不久平均叶面积便呈现出下降的趋势。当植物适应了环境变化,随着降雨时期的到来,叶面积缓慢增加,但趋势并不明显。从以上的分析可以看出,覆膜播种和不同播种时间是通过影响土壤水分和土壤温度,从而影响幼苗叶的生长。

图6 覆膜处理和不同播期对单叶面积的影响

1.3.2.4 覆膜种植和不同播期对地上生物量的影响

地上生物量是衡量牧草在一个地区建植好坏的重要指标之一。从图7中可以看出,华北驼绒藜地上生物量呈“S”增长趋势,W 2区、覆盖区、5月18日播种区的地上最大生物量均出现在播后90d(即8月中下旬)。W 2区的最大生物量比覆膜区和5月 18日播种区分别高 49.8g/m2和132.6g/m2。覆膜区虽与W 2同期播种,但在去掉覆膜的过程中,植株有缓苗现象,影响植株的高度及分枝的产生,使其生物量低于W 2,W 2区在种植当年可以获得较好的生物产量。

因此,若从当年获得收益的角度出发,应选在4月中、下旬播种;而从保护生态环境和植被恢复的角度出发,5月中下旬播种的华北驼绒藜虽然当年的生物量较低,但其保苗率高,植株生长较高,能够起到很好的防风固沙作用。由于华北驼绒藜是多年生牧草,利用年限长,栽培10年的植株仍有较高的产量(易津,2002)。所以从综合利用的角度出发,我们推荐5月中、下旬播种。因为适时当地温度较高,风沙较小,可以提高出苗率和保苗率,有利于植被的建成,同时又便于田间管理。

图7 覆膜种植和不同播期对华北驼绒藜地上生物量的影响

1.3.2.5 覆膜种植和不同播期对干物质分配的影响

干物质的分配系数是指不同生长发育阶段(RDS)植物干物质分配到根、茎、叶、贮存器官的比例系数。

本试验结果(图 8、9),出苗50d的华北驼绒藜幼苗生长,无论是 W 2区、覆膜区、还是5月18日播种区,茎的干物质分配系数均高于根和叶,说明幼苗初期茎的生长占主要地位。从茎、叶的分配系数,看覆膜区高于W 2,并显著高于5月18日播种区;而根的分配系数比较,5月18日播种区最高,覆膜区最低。说明覆膜更有利于地上的营养生长。5月18日播种区植株根系发达,是利于生态建设立苗的播种期。华北驼绒藜出苗90d植株,干物质分配规律相同,茎＞根＞叶＞花。

图8 出苗50d植株干物质分配

图9 90d幼苗干物质分配系数

1.3.3 不同水分条件对华北驼绒藜生物量的影响

水分是决定植物建植成苗和生物产量的重要因素。水分不但对植物的地上生长有促进作用,对植物的根系发育和分布也有着影响。在农作物方面针对根系生长规律等研究已有很多报道(左强等,1988;苗园国,1989),而针对牧草和灌木植物,水分对根系的影响研究却很少。本试验研究不同灌溉条件下,华北驼绒藜地上生物量和地下根系的生长变化,为干旱荒漠区华北驼绒藜幼苗的建植,提高水分利用提供依据。

表3 不同水分条件下播种当年华北驼绒藜产草量(cm kg/hm2%)

2005年4月28日播种进行不同灌溉水分条件下的播种试验,试验设置和处理(见:本节试验方法),90d后进行测产。试验结果表明,株高随着灌溉次数用量的增加而增加(50.4～63.8cm),株高比对照增加6.55%～34.88%。干草产量喷灌和漫灌差异较大,多次喷灌和漫灌比对照CK增产63.76%和43.32%(表3)。而单次喷灌在产量上与对照增产16.64%,效果不如其他处理明显。本次试验结果对于地上生物产量多次喷灌处理优于漫灌优于单次喷灌。

对不同水分条件下华北驼绒藜根系生长研究表明,华北驼绒藜属于直根系。由主根和侧根组成。侧根大量集中于1～40cm土层。W 3条件下根系最长达58.4cm,明显高于W 2(46.4cm)和W 1(42.7cm)。可推测适度的干旱促进华北驼绒藜根系生长。

1.3.4 施肥对华北驼绒藜建植的影响

施肥对牧草的产量和种子产量及翌年春季返青都有重要的影响,不同时期的施肥和施用量对草地的生物产量有很大的影响(李存福,2004)。国内外对牧草施肥主要集中在苜蓿和禾本科牧草的种子生产中的N、P、K肥的施用研究(汪诗评、陈默君,1993;孙启中、桂荣,2000;Bailey L D,1983;C.M.Anderson-cook et al.1999;Jaime Lioveras et.al,2001)。

徐军等(2002)对华北驼绒藜进行了浇水施肥、丰产素处理等实验,结果表明不同的施肥组合处理对华北驼绒藜当年产生种子的发芽率和发芽速度没有显著影响,施尿素可以明显提高种子产量。王学敏等(2003)对采用不同管理方式对华北驼绒藜的生长和种子产量的影响进行了研究,结果施肥和浇水可以显著提高株高,增加枝条数,促进营养生长,喷施磷酸二氢钾对提高株高没有显著效果。并且施肥只对当年营养生长有效,对次年返青无效,施肥对提高种子产量起主导作用。白春利等(2005)研究了施肥和丰产素对华北驼绒藜的产量影响,认为丰产素和施肥都有不同程度的提高产草量的作用。

以上试验都是采用生长3年或多年以上的成年植株为材料,开展的追肥或喷施营养物质等研究。本试验通过种肥和苗期施肥的处理,对华北驼绒藜在干旱地区播种当年的建植效果进行了研究,以期为其在干旱地区的建植的施肥进行指导。2005年5月18日进行播种和种肥试验,8月10日测定个体性状和产草量。

1.3.4.1 种肥对个体生长和产草量的影响

2005年5月20日进行播种和种肥(尿素+磷酸二铵)试验,种肥试验设置5个处理和对照(如表19)。8月10日测定个体形状和产草量。

试验结果表明,株高随磷酸二铵施用量的增加(37.5kg/hm2～225.0kg/hm2)而增加(50.7～66.5cm),比对照CK增高7.19%～40.6%。当磷酸二铵从37.5kg/hm2增加到150kg/hm2时,产草量由847.59增加至1 347.84kg/hm2,比对照增产21.72%～93.56%,但当磷酸二铵增加到225.0kg/hm2时,产草量增加开始下降,比对照增产78.02%(表19)。因此认为种肥对华北驼绒藜播种当年的产量有很大的促进作用。

表4 施种肥对播种当年华北驼绒藜产草量的影响(cm kg/hm2%)

1.3.4.2 苗期追肥对个体生长和产草量的影响

2005年6月28日,雨前将尿素、磷酸二铵施入5月18日播种的华北驼绒藜草地中,当年和第2年(2009年)8月10日进行测产。

结果表明,尿素、磷酸二铵和尿素+磷酸二铵比对照分别增产45.61%、67.49%和92.36%,而第2年分别增产12.37%、19.53%和 26.27%,2年平均增加19.80%、35.54%和45.73%。施肥效果尿素+磷酸二铵＞磷酸二铵＞尿素(表20)播种当年苗期追肥对当年产草量影响显著,而且对第2年产草量影响不显著,而对第1年的产量影响较大。此结果与徐军(2002)对生长3年植株的施肥处理对年份产量的影响结果相近。

表5 苗期追肥对华北驼绒藜产草量的影响(kg/hm2%)

1.4 小结

水分是决定植物建植成苗和生物产量的重要因素。水分不但对植物的地上生长有促进作用,对植物的根系发育和分布也有着影响。研究表明,株高随着灌溉次数用量的增加而增加,水分灌溉区株高比对照增加6.55%～34.88%。干草产量喷灌和漫灌差异较大,3次喷灌和漫灌比对照CK增产63.76%和43.32%。而单次喷灌在产量上与对照增产16.64%,效果不如其他处理明显。对于地上生物产量,多次喷灌优于漫灌优于单次喷灌。华北驼绒藜属于直根系。由主根和侧根组成。侧根大量集中于1～40cm土层。1次喷灌条件下的根系最长达58.4cm,明显大于3次喷灌和漫灌。由此推测适度的干旱可以促进华北驼绒藜根系的深长生长。

施肥对华北驼绒藜当年地上生物量有明显影响。通过对华北驼绒藜建植中施用种肥和苗期追肥研究试验。结果表明,施用种肥(尿素+磷酸二铵),株高随磷酸二铵施用量的增加而增加,比对照CK增高7.19%～40.6%。产草量由847.59增加至1 347.84kg/hm2,比对照增产21.72%～93.56%。但当磷酸二铵增加到225.0kg/hm2时,产草量增加开始下降,比对照增产78.02%。认为种肥对华北驼绒藜播种当年的产量有很大的促进作用;苗期追肥使用尿素、磷酸二铵和尿素+磷酸二铵,分别比对照增产 45.61%、67.49%和92.36%,第 2年分别增产 12.37%、19.53%和26.27%。施肥效果尿素+磷酸二铵＞磷酸二铵＞尿素。播种当年苗期追肥对当年产草量影响显著,而且对第2年产草量影响不显著,因而施肥对华北驼绒藜当年的产量影响较大。