内蒙古河套灌区粮饲兼用高粱和谷子拔节期农艺性状对土壤盐分梯度的响应*

倪世存, 梁红柱, 付同刚, 高 会, 韩立朴, 刘金铜**

内蒙古河套灌区粮饲兼用高粱和谷子拔节期农艺性状对土壤盐分梯度的响应*

倪世存1,2†, 梁红柱1,2,3†, 付同刚1, 高 会1, 韩立朴1, 刘金铜1**

(1. 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 石家庄 050022; 2. 中国科学院大学 北京 100049; 3. 河北师范大学生命科学学院 石家庄 050024)

粮饲兼用作物种植模式对内蒙古河套地区的农业、畜牧业可持续发展具有重要意义。本研究以粮饲兼用的2个高粱品种(‘F438’和‘2562’)和2个谷子品种(‘张杂19号’和‘张杂13号’)为试验材料, 在内蒙古河套灌区五原县进行大田试验, 研究2种作物拔节期的农艺性状对不同土壤盐碱水平的响应特征, 并探讨作物不同农艺性状与土壤电导率(EC)的相关性。结果表明: 以播种前样地的土壤EC为对照, 至拔节期2个谷子品种土壤EC低于高粱品种; 随土壤EC升高, 谷子‘张杂13号’和‘张杂19号’的可见叶片数量、高粱‘F438’和‘2562’的叶片数均显著减少, 表明高土壤含盐量显著抑制了2种作物的生长; 高盐碱土壤显著限制了2种作物的株高和茎粗, 谷子比高粱对土壤盐碱度的耐受能力更高; 2种作物的叶面积对土壤盐碱水平都较敏感, 低盐碱水平条件下叶面积已显著降低; 随土壤盐碱程度增加, 2种作物叶片叶绿素含量均呈下降趋势, 2个高粱品种叶绿素含量受土壤盐碱梯度干扰相对较小。相关性分析结果表明, 拔节期2种作物的茎粗、株高、叶面积和可见叶片数与土壤EC呈显著负相关。比较4个作物品种, 谷子品种‘张杂19号’对土壤盐碱度的耐受能力较高, 具有更强的盐碱地种植适应潜力。本研究结果对探明粮饲兼用作物在盐碱地种植模式的适应机制提供了科学依据, 对内蒙古河套地区传统农业种植模式优化和畜牧业可持续发展具有重要意义。

盐碱地; 土壤电导率(EC); 粮饲兼用; 高粱; 谷子; 农艺性状

粮饲兼用作物是指籽粒成熟期叶片仍然为绿色,籽粒收获后茎秆和叶片可以作为饲料的作物。粮饲兼用作物能够有效利用水、光、气和热等自然资源, 增加了作物用途, 尤其在畜牧养殖方面, 在获得籽粒产量情况下, 能够保证畜牧发展的饲料来源, 增加秋冬饲草供应, 缓解全球普遍存在的秋冬饲草短缺的难题。粮饲兼用措施已广泛应用于全球多个国家地区, 一定程度上促进了畜牧业的稳定发展。发展粮饲兼用作物还可以调整农业种植结构, 促进农牧结合[1]。目前粮饲兼用作物的种类主要包括玉米()、高粱()、谷子()和燕麦()等[2-6]。粮饲兼用作物多为C4植物(如玉米、高粱、谷子等), 具有抗旱、耐瘠薄特性, 并能在一定盐分范围的盐碱地上生长, 因而适应性比较强[7-8]。

内蒙古河套地区位于40°15′~41°18′N, 106°20′~ 109°19′E, 总面积约为17 000 km2, 是亚洲最大的自流引水灌区, 我国三个特大型灌区之一。灌区位居黄河内蒙古段北部的“几”字弯上, 北靠阴山, 与蒙古国接壤; 南临黄河, 与鄂尔多斯隔河相望; 东连包头市; 西邻阿拉善盟与乌海市。该区域属于温带大陆性季风气候, 夏季干旱高温, 冬季严寒少雪。内蒙古河套灌区由于气候干燥, 降水少, 垦殖率高, 土地沙化、退化、盐碱化明显。20世纪后期以来, 受全球气候变化影响, 灌区干旱加剧, 一系列生态环境问题日益凸显[9]。河套灌区的农作物主要为玉米, 且以提供粮食为主, 饲用为辅, 其种植区的土壤状况良好。但河套灌区也是土壤盐碱化最为严重的地区, 150万hm2耕地中近1/3的土地有不同程度盐碱化, 利用程度较低。河套地区历来是内蒙古地区的粮食基地, 随着近代农业发展, 土地盐碱化、沙化等生态问题逐渐凸显, 严重限制了河套地区农业的可持续发展[10]。内蒙古同时是我国最大的畜牧发展基地之一, 对饲料需求量较高。该区内农业生产方式粗放, 土地资源和水资源利用率低, 传统的种植模式亟待调整。发展粮饲兼用作物, 以粮促牧、农牧结合, 有利于改善农业种植结构; 同时种植粮饲兼用作物, 可解决本区饲料不足的瓶颈, 为畜牧养殖的发展提供饲料支撑, 对内蒙古河套灌区畜牧业发展意义重大。

农作物对盐分梯度变化的响应研究很多, 但多集中于幼苗期, 且耐盐梯度下谷子农艺性状变化规律研究较少。高粱的耐盐农艺性状研究较多, 但研究结论尚不一致, 尤其是不同盐分梯度下高粱拔节期农艺性状变化规律机制不清楚。拔节期是作物生长最快的时期, 根茎叶等器官都发生了较为明显的变化, 尤其是主茎开始出现茎节, 节间也在伸长。拔节期也是作物从营养生长转化为生殖生长的过度时期, 极容易受土壤盐分的影响[11]。前人已经对盐碱地谷子和高粱引种和耐盐筛选进行了研究。金宝森等[12]研究了能源高粱在盐碱地的适应性, 筛选出适宜盐碱地种植的高粱杂交种。田伯红[13]研究10个谷子品种的农艺性状差异, 发现不同品种间差异性较大。韩飞等[14]研究了63份谷子品种的耐盐性, 筛选出‘济谷16’ ‘汾特11’ ‘峰红谷’ ‘晋谷57’ ‘晋汾106’等5个品种。

目前, 河套灌区盐碱区少有粮饲兼用作物引种和种植, 作物对盐碱地土壤盐分的响应特性也鲜见报道。研究发现, 农作物拔节期对土壤盐分梯度的响应及生长特性, 更能够反映农作物在盐碱地种植的适应性[15]。本文以粮饲兼用的两个谷子品种(‘张杂13号’和‘张杂1号’)和两个高粱品种(‘F438’和‘2562’)为研究对象, 重点研究了拔节期其农艺性状对土壤盐分的响应特性, 旨在为解决内蒙古河套灌区农作物种植模式的转变、保障粮食供应, 以及当地畜牧业可持续发展提供科学依据和理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年在内蒙古河套灌区五原县荣义村(41°02′N, 108°17′E)进行。试验区属温带大陆性气候。年降雨量为139~222 mm, 年蒸发量为1999~ 2346 mm, 降雨量主要集中在6—8月。10 ℃以上活动积温3000~3280 ℃, 无霜期120~130 d。试验地土壤质地为粉砂壤土, 土壤全盐量5.28 g∙kg-1, 有机质10.31 g∙kg-1, 碱解氮56.21 mg∙kg-1, 速效磷3.86 mg∙kg-1, 速效钾81.65 mg∙kg-1, 土壤pH 8.6, 属中重度盐碱地。区域内以野生芦苇()和碱蓬()为主, 主要的农作物为玉米, 经济作物为油葵(), 总体上作物品种较为单一, 作物产量受到土壤盐碱化程度影响。

1.2 试验设计与取样方法

1.2.1 供试品种

试验用高粱品种为‘F438’和‘2562’。‘F438’株高400 cm左右, 茎粗2.3 cm, 生育期145 d, 土壤条件良好地块生物量可达75~105 t∙hm-2, 含糖量15%; ‘2562’株高560 cm, 茎粗2.5 cm, 生育期140 d, 再生能力强, 灌区可以收割2次, 生物量可达105~ 135 t∙kg-1。试验用谷子品种为‘张杂13号’和‘张杂19号’。‘张杂13号’生育期113~116 d, 绿苗黄鞘, 分蘖0~2个, 株高140 cm左右, 穗长24 cm, 千粒重3 g, 单株分蘖2~4个, 单穗重24.2 g, 穗粒重18.3 g, 出谷率75.6%, 抗病抗倒抗旱, 产量可达6000~ 9000 kg∙hm-2; ‘张杂19号’生育期116 d, 株高121.99 cm, 穗长25.3 cm, 千粒重3 g, 单株分蘖3~6个, 单穗重25.20 g, 穗粒重18.27 g, 出谷率72.5%, 抗病抗倒抗旱, 产量可达6000~9000 kg∙hm-2。

1.2.2 试验方法和田间管理

播种时间2018年6月1日, 播种方式为机械覆膜后人工点播, 高粱每穴6~8粒, 谷子每穴10~15粒, 高粱的播种密度为81 000穴∙hm−2, 谷子的播种密度约为67 500穴∙hm−2。播种前施底肥磷酸二氢铵600 kg∙hm-2; 拔节期追肥尿素和硫铵, 按比例1∶1进行追施, 其中尿素300 kg∙hm-2, 硫铵300 kg∙hm-2, 共计600 kg∙hm-2。

高梁和谷子每个品种分别播种在面积为15 m× 4 m的小区。播种前在每个小区随机选取8个点位测定20 cm深度的土壤电导率(EC)作为对照; 在作物拔节期, 每个小区内均匀选择点位15个, 用PNT3000土壤盐分速测仪测定每个点位20 cm深度土壤的EC, 每个点位测定4个重复。根据15个点位土壤EC值, 从低到高对15个点位的EC值依次编号为1-15。同时按每5个一组, 根据EC值分成3个处理组, 分别代表EC值低、中、高3个梯度水平(表1)。

表1 不同谷子和高粱品种的不同盐碱水平土壤的电导率

谷子和高粱生育期内进行不间断除草, 拔节期利用机械中耕松土并施肥, 播前灌水, 谷子和高粱生育期无灌溉。

1.2.3 调查内容和调查方法

拔节期(2018年7月27日)调查谷子和高粱15个点位植株的农艺性状, 每个处理组调查5个点位, 每个点位调查4次重复。调查内容包括株高(cm)、茎粗(mm)、可见叶片数、叶长和叶宽(cm)、茎数和叶绿素含量。株高和茎粗直接反映作物生长状况。株高采用皮尺测量植株自基部至叶片自然伸展最高处的距离; 茎粗的测定采用游标卡尺测量植株基部的直径。可见叶片数能够反映作物的生育进程, 测定方法为自下至上计数展开叶片数。叶面积采用长宽积系数法计算, 谷子和高粱的叶面积()计算公式如下[16-17]:

式中:和代表谷子、高粱叶片的叶长和叶宽, 分别测定谷子和高粱第一展开叶片的最长和最宽处。

茎数可以反映作物的分蘖能力, 适宜的分蘖能提高作物生物量。茎数的测定为计数作物单株的分蘖数量。叶绿素采用SPAD-502叶绿素仪进行测定, 在拔节期选取作物的成熟叶片进行原位测定。

1.3 数据分析

数据处理和做图采用Excel 2010, 单因素方差分析、多重比较和相关分析采用SPSS 20.0。

2 结果与分析

2.1 作物生长过程中土壤电导率的变化

播种前, 测定了各试验小区的土壤EC值作为对照(表1)。结果显示, 播种前4个作物品种20 cm深度土壤EC值均明显低于拔节期, 平均值均低于5 mS·cm-1。其中高粱‘F438’的EC均值为4.56 mS·cm-1, 其他3个作物品种的试验小区均接近或低于2 mS·cm-1。至拔节期, 4个作物品种的土壤EC值均大幅升高, 其中对照值最高的高粱‘F438’土壤EC升幅最大, 2个高粱品种土壤EC升幅高于2个谷子品种。

2.2 土壤盐分对拔节期高粱和谷子农艺性状的影响

2.2.1 茎数的变化

随着土壤EC的增加, ‘张杂13号’和‘张杂19号’拔节期的茎数先波动后下降并趋于稳定, 其中‘张杂19号’波动幅度较‘张杂13号’更大; 总体趋势来看, 两种谷子的茎数随着土壤EC值的升高而降低, 当EC为32 mS·cm-1后, 谷子茎数趋向于稳定(图1a)。两种谷子在土壤EC为28 mS·cm-1时, 同时出现较高峰值, 说明在此土壤盐分条件下, 更利于谷子分蘖的形成。随着土壤EC的增加, 高粱‘2562’茎数波动较大, 而‘F438’茎数相对稳定(图1b)。高粱‘2562’茎数在土壤EC升至55 mS·cm-1时达峰值, 在EC位于55~ 65 mS·cm-1区间时出现较高分蘖, 说明该品种的分蘖能力对土壤盐分的适应能力更高, 较高的盐分利于其分蘖。高粱‘F438’茎数随着土壤EC升高无显著变化, 说明土壤EC对该品种分蘖的影响不显著。

2.2.2 可见叶片数的变化

由图2可见, 随土壤EC的增加, 高粱和谷子可见叶片数均呈下降趋势, 说明土壤盐分的升高抑制了这两种作物的生长发育。其中‘张杂13号’的可见叶片数高于‘张杂19号’, 随着EC的升高, 其可见叶片数量降幅也高于‘张杂19号’, 表明其生长受土壤盐分影响更为明显。高粱‘2562’的可见叶片数量随EC升高而降低, 而‘F438’的可见叶片数随EC的升高先增加再降低, 表明土壤盐分对高粱‘2562’的生育进程抑制更为显著。

由表2可知, 不同土壤EC水平下, 两种作物的可见叶片数具有不同的差异。其中, 谷子‘张杂19号’在低盐碱水平可见叶片的数量显著高于中、高水平, 而中、高水平间差异不显著, 表明土壤盐碱水平对其可见叶片数量抑制较明显, 但土壤盐碱升至中高水平, 叶片数量的降低不再显著; ‘张杂13号’的叶片数在土壤盐碱低、中、高水平均具有显著差异, 说明该品种叶片数持续受土壤盐碱水平的抑制。高粱的2个品种可见叶片数, 在土壤中、低盐碱水平显著区别于高盐碱水平, 说明随着土壤盐碱度升高, 对高粱生育进程的抑制加剧。

表2 不同谷子和高粱品种拔节期在不同土壤盐碱水平下的单株叶片数

不同小写字母表示不同盐碱水平间差异显著(<0.05)。Different lowercase letters indicate significant difference among different salinity levels (<0.05).

2.2.3 株高的变化

图3表明, ‘张杂19号’的株高一直低于‘张杂13号’, 随着土壤EC的升高, ‘张杂19号’的株高由70.13 cm降至11.50 cm, 而‘张杂13号’的株高由99.75 cm降至17.50 cm, 后者降幅明显高于‘张杂19号’, 说明其对土壤盐碱水平的敏感性高于前者, 其株高更容易受土壤EC的影响。当EC超过30 mS∙cm-1后, ‘张杂19号’株高急剧下降; EC超过52 mS∙cm-1, ‘张杂13号’的株高急剧下降, 表明较高的土壤盐碱水平对谷子的株高抑制较为显著。高粱‘F438’和‘2562’株高受土壤电导率的影响也较明显, 其中‘2562’随着EC升高呈持续下降趋势, 由167.67 cm降至21.50 cm; ‘F438’的株高随EC升高先升后降, 当EC超过40 mS∙cm-1后, 其株高急剧下降, 由194.00 cm降至20.33 cm, 表明其株高受土壤盐碱水平影响更明显。

从表3可知, 2种作物的株高随土壤EC的升高均受到显著抑制; 其中, ‘张杂13号’在中、低土壤盐碱水平下株高差异不明显, 高土壤盐碱水平下株高显著降低。其他3个作物品种的株高随土壤EC的升高降低, 在低、中和高土壤盐碱水平下差异显著。

表3 不同谷子和高粱品种拔节期在不同土壤盐碱水平下的株高

不同小写字母表示不同盐碱水平间差异显著(<0.05)。Different lowercase letters indicate significant difference among different salinity levels (<0.05).

2.2.4 茎粗的变化

茎粗是反映茎秆的粗壮、抗倒伏能力和向上部运输能力的指标。由图4表明, 随土壤EC升高, 4个作物品种的茎粗均呈下降趋势。谷子‘张杂19号’的茎粗在中、低EC水平下下降明显, 当EC升至42 mS∙cm-1之后, 茎粗维持相对稳定, 表明中、低盐碱水平对其茎粗影响明显; ‘张杂13号’的茎粗随EC升高持续降低, 当EC达到52 mS∙cm-1以上, 茎粗急剧下降, 表明高土壤盐碱水平对其茎粗抑制依然明显。高粱‘F438’的茎粗多高于‘2562’, 且其茎粗降幅(由60.81 mm降至9.25 mm)略高于后者(由58.85 mm降至10.85 mm), 说明‘2562’受土壤盐碱水平影响更明显。高粱‘2562’和‘F438’土壤EC分别超过35 mS∙cm-1和40 mS∙cm-1时茎粗急剧下降, 表明中、高土壤盐碱水平对该作物的茎粗抑制较为明显。

从表4可知, 不同土壤EC水平下, 随着土壤盐碱水平的升高, 2种作物的茎粗均明显降低。其中, 谷子‘张杂19号’在低、中、高盐碱水平的茎粗均有显著差异, 而‘张杂13号’的茎粗在高盐碱水平下显著区别于中、低盐碱水平, 表明‘张杂13号’的茎粗受高盐碱水平的影响更为明显; 2个高粱品种的茎粗在低、中、高盐碱水平下均具有显著差异, 表明其茎粗持续受到土壤盐碱水平的影响。

表4 不同谷子和高粱品种拔节期在不同土壤盐碱水平下的茎粗

不同小写字母表示不同盐碱水平间差异显著(<0.05)。Different lowercase letters indicate significant difference among different salinity levels (<0.05).

2.2.5 叶面积的变化

叶面积能够反映作物接受光能辐射的多少。图5表明, 随着土壤EC的增加, 2种作物的叶面积总体均呈现下降趋势。其中谷子‘张杂19号’的叶面积在EC高于30 mS·cm-1之后急剧下降; 而‘张杂13号’的叶面积则在EC达到25 mS·cm-1时急剧下降, 之后维持相对稳定, 在EC高于53 mS·cm-1后叶面积再次急剧下降, 表明‘张杂13号’的叶面积对土壤盐碱水平更为敏感。高粱‘F438’和‘2562’的叶面积受土壤EC的影响也较明显, 在低盐碱水平时, 2个品种的叶面积均急剧降低, 表明高粱对土壤EC较为敏感。

由表5可知, 不同土壤EC水平下, 2种作物叶面积有较大的差异。其中2个谷子品种在中、高盐碱水平的叶面积没有显著差异, 而低盐碱水平的叶面积则显著高于中、高水平, 说明谷子的叶面积随着土壤EC的升高, 受抑制程度加大。在中、高盐碱水平下, 高粱‘2562’的叶面积差异不显著, 但均显著低于低盐碱水平; 高粱‘F438’的叶面积随EC升高呈持续显著降低趋势, 表明持续受到土壤盐碱水平的影响。

表5 不同谷子和高粱品种拔节期在不同土壤盐碱水平下的叶面积

不同小写字母表示不同盐碱水平间差异显著(<0.05)。Different lowercase letters indicate significant difference among different salinity levels (<0.05).

2.2.6 叶绿素含量的变化

作物叶绿素含量直接影响光合作用的大小。如图6所示, 随着土壤EC的增加, 2种作物叶片叶绿素含量总体呈现下降的趋势。谷子‘张杂19号’叶绿素含量比‘张杂13号’低, 说明其光合作用能力弱于后者; 随EC的增加, 后者的叶绿素含量降幅则更大,说明其更容易受EC胁迫。高粱‘F438’及‘2562’叶绿素含量随土壤EC增加呈波动变化, 总体呈下降趋势。‘F438’叶绿素含量随EC增加的下降幅度大于‘2562’, 表明‘F438’受EC胁迫的影响更大, 而‘2562’的适应土壤盐碱胁迫能力较强。

从表6可知, 不同土壤EC水平下, 2种作物的叶绿素含量变化趋势不同。2个谷子品种的叶绿素含量随EC增加而降低, 其中‘张杂19号’在低土壤盐碱水平显著高于中、高水平, 中、高水平间叶绿素含量差异不显著; ‘张杂13号’的叶绿素含量则在高土壤盐碱水平显著低于低、中水平。高粱的2个品种随EC增加, 其叶绿素变化趋势不同, ‘F438’在高土壤盐碱水平下叶绿素显著下降, 而‘2562’的叶绿素下降幅度较小, 说明后者对土壤盐碱水平具有更强的适应能力。

2.3 土壤电导率与拔节期谷子和高粱农艺性状的相关性

对土壤EC与2种作物的农艺性状进行相关性分析(表7)。结果表明: 谷子‘张杂13号’和‘张杂19号’的株高、茎粗、叶面积和叶片数在<0.01水平与土壤EC负相关, 说明谷子4个农艺指标受土壤盐碱度影响较大。高粱‘F438’和‘2562’的株高、茎粗、叶片数和叶面积与土壤EC在<0.01水平呈显著负相关, 表明高粱4个性状受土壤盐碱度影响显著。谷子和高粱的茎数与土壤EC的相关性均不显著, 表明该性状不受土壤盐碱度的影响; 此外, 谷子‘张杂19号’和高粱‘2562’的叶绿素含量与土壤EC的相关性也不显著, 说明这两个品种的光合能力不受土壤盐碱度的胁迫, 具有适应盐碱地种植的更大潜力。

表6 不同谷子和高粱品种拔节期在不同土壤盐碱水平下的叶绿素含量

不同小写字母表示不同盐碱水平间差异显著(<0.05)。Different lowercase letters indicate significant difference among different salinity levels (<0.05).

表7 土壤电导率与拔节期不同谷子和高粱品种农艺性状相关关系

*表示在<0.01水平显著相关。* indicates significant correlations at<0.01.

3 讨论与结论

3.1 讨论

土壤盐碱度是影响农作物农艺性状、生长发育和生物量的重要因素。田伯红等[18]研究发现谷子苗期受高盐分的影响, 株高明显降低, 并且谷子苗期的株高相对盐害率和第1片真叶叶面积相对盐害率也提高, 干物质的积累明显降低。朱元刚等[19]研究了盐胁迫下高粱农艺性状的变化, 结果显示高浓度盐分下株高变矮, 茎粗变细, 产量下降。任根增等[20]和冯国郡等[21]研究均得出类似的结论。本研究发现, 与播种前对照EC相比(表1), 谷子种植小区的土壤EC升幅更小, 高粱则较高。

作物的可见叶片数量可反映其植株的生育阶段,不同生育期的作物叶片数具有一定差异。研究发现, 不同土壤盐碱水平对谷子叶片数的影响较大, 随着EC升高, 谷子的叶片数显著降低, 表明土壤盐碱度可以显著抑制谷子的生长发育。对2个品种高粱叶片数的研究发现, 中、低水平的土壤盐碱度, 对高粱叶片数有抑制作用, 但不显著; 当土壤EC达到高盐碱水平, 高粱叶片数量显著下降, 说明高粱生育进程对中、低水平土壤盐碱度适应能力更强, 当土壤盐碱度继续加大, 对高粱的生长抑制进一步加剧。从2种作物生育进程的特征来看, 高粱适应盐碱地种植的能力较之谷子品种更强。

作物的植株数量、株高、茎粗等是构成其生物量的主要性状, 对耐盐粮饲作物而言, 生物量也是反映该作物耐盐性的直观和综合表现。2种作物的株高随土壤EC升高而降低, 谷子品种‘张杂13号’在中、低盐碱水平下, 株高降低不显著, 随EC继续升高, 其株高显著下降。‘张杂19号’和2个高粱品种的株高, 在由低到高土壤EC水平下均显著下降。综合来说, 谷子对EC升高的耐受能力更高, 具有比高粱更强的适应能力。2种作物的茎粗随土壤EC升高均呈下降趋势(表4), 谷子‘张杂13号’在中、低盐碱水平下茎粗下降不显著; 其他3个作物品种在不同土壤EC水平下, 均呈现显著差异, 表明对茎粗性状而言, 谷子对土壤盐碱度的耐受能力较高粱更强。

作物叶面积和叶绿素含量是评价作物光合特性和光合能力的重要指标。叶面积越大, 叶片越容易截获光能进行光合作用; 而叶绿体是作物进行光合作用的场所, 叶绿素含量直接影响光合作用能力的大小, 从而影响叶片合成有机物的潜能。研究发现, 过高的土壤盐分可引起作物叶绿素含量降低, 从而导致作物产量损失[22-23]。本研究发现, 对作物叶面积性状, 在低土壤盐碱水平时, 2种作物即出现显著下降, 说明叶面积对土壤盐碱度较为敏感; 对叶绿素含量的影响表现为(表6), 2个高粱品种对土壤盐碱度的耐受能力更强, 不同土壤盐碱水平下维持较为稳定的叶绿素含量, 而谷子随EC升高叶绿素含量显著降低。从叶面积和叶绿素含量性状来看, 高粱对土壤盐碱度的耐受能力较强, 具有盐碱地种植更高的潜力。

相关分析表明, 谷子和高粱的茎数与土壤盐碱度无显著相关性(表7), 其分蘖性状特征可能与作物本身遗传特性有关。土壤EC与2种作物的茎粗、株高、叶面积和可见叶片数显著负相关, 这与刘淑瑶[24]对高粱和谷子的耐盐性研究结果一致, 表明随土壤盐碱水平增大, 谷子和高粱的生长受抑制程度加重。

3.2 结论

本文通过对内蒙古河套灌区拔节期高粱和谷子农艺性状对土壤盐分响应的研究, 随土壤EC的升高, 2种作物的可见叶片数均显著减少, 株高和茎粗均受到抑制, 说明土壤高盐碱梯度抑制了作物的生长发育; 相对于高粱, 谷子品种具有更强的土壤盐碱度耐受能力。综合来看, 随着土壤盐碱度升高, 2种作物的生长发育均受到了明显的抑制。对比拔节期2个谷子品种的农艺性状特征对土壤盐分的响应, ‘张杂19号’对土壤盐碱度的耐受力更高, 具有较强的盐碱地种植适应能力, 因此更适宜于盐碱地种植。本研究集中体现了拔节期2种作物农艺性状对土壤不同盐碱程度的响应特征, 而土壤盐碱程度的变化存在于作物的整个生育期, 作物抽穗期和成熟期农艺性状的变化规律及适应机制尚不清楚, 有待于进一步研究。

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The agronomic traits of dual-purpose sorghum and millet at the jointing stage in response to soil salinity gradients in the Hetao Irrigation District of Inner Mongolia*

NI Shicun1,2†, LIANG Hongzhu1,2,3†, FU Tonggang1, GAO Hui1, HAN Lipu1, LIU Jintong1**

(1. Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang 050022, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. College of Life Science, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050024, China)

The planting of grain-forage crops is important for the sustainable development of agriculture and animal husbandry in the Hetao Irrigation District of Inner Mongolia. In this study, two sorghum varieties (‘F438’ and ‘2562’) and two millet varieties (‘Zhangza 19’ and ‘Zhangza 13’) were used as experimental materials to study the agronomic traits at the jointing stage in response to different soil salinity gradients in Wuyuan County, in Hetao Irrigation District, Inner Mongolia. Gradient analysis and correlation analysis were used to examine the relationships between the agronomic characteristics and soil electrical conductivity (EC). The results showed that the EC of soil planted millet was lower than that of soil planted sorghum at the jointing stage. With increased soil EC, the number of visible leaves of millet varieties and sorghum varieties decreased significantly, indicating that soil EC inhibited the both crops growth. A high level of soil EC significantly also inhibited the plant height and stem diameter of both crops. Furthermore, with increased soil EC, the chlorophyll content of the leaves of both crops decreased, but the chlorophyll content of sorghum was less affected by soil EC than that of millets. Correlation analysis showed that the stem diameter, plant height, leaf area, and leaves number of both crops were significantly negatively correlated with soil EC at the elongation stage. The millet variety ‘Zhangza 19’ had a higher tolerance to soil salinity and stronger potential adaptability for planting in saline-alkali land. This study provides a scientific basis for exploring the adaptive mechanisms of dual-purpose crops planted in saline-alkali land. This study also provides important theoretical guidance for the optimization of traditional agricultural planting patterns and the sustainable development of animal husbandry in the Hetao Irrigation District of Inner Mongolia.

Saline-alkali land; Soil electrical conductivity; Dual-purpose crops; Sorghum; Millet; Agronomic traits

10.13930/j.cnki.cjea.210089

倪世存, 梁红柱, 付同刚, 高会, 韩立朴, 刘金铜. 内蒙古河套灌区粮饲兼用高粱和谷子拔节期农艺性状对土壤盐分梯度的响应[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2021, 29(4): 649-658

NI S C, LIANG H Z, FU T G, GAO H, HAN L P, LIU J T.The agronomic traits of dual-purpose sorghum and millet at the jointing stage in response to soil salinity gradients in the Hetao Irrigation District of Inner Mongolia[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2021, 29(4): 649-658

S184

* 国家重点研发计划课题(2016YFC0501308)资助

刘金铜, 主要从事生态系统可持续管理与生态工程研究。E-mail: jtliu@sjziam.ac.cn

† 同等贡献者: 倪世存, 主要从事粮饲兼用作物耐盐适应性研究, E-mail: nishicun341@163.com; 梁红柱, 主要从事植物群落生态学研究, E-mail: lhzeco@163.com

2020-12-25

2021-02-18

* This study was supported by the National Key Research and Development Project of China (2016YFC0501308).

, E-mail: jtliu@sjziam.ac.cn

† Equivalent contributors

Dec. 25, 2020;

Feb. 18, 2021