不同种植方式对油莎豆幼苗生长及产量的影响

姜生秀，赵 鹏，朱淑娟

（甘肃省治沙研究所/甘肃省荒漠化与风沙灾害防治国家重点实验室（培育基地），兰州 730070）

0 引言

油莎豆(Cyperus esculentus)是莎草科(Cyperaceae)一年生草本植物，又名油莎草，其产量居油料作物之首[1]，出油率在20%～30%，油味醇香，存放时间长，富含亚油酸和α不饱和脂肪酸，是良好的保健食用油[2]。油莎豆适应性强，抗旱耐涝耐瘠，在中国南北各地的沙化土壤和边际土地广泛种植[3]。另外，其果实富含脂肪、淀粉、糖等多种成分，素有“地下核桃”的美称。饼粕除作优质饲料外，还可制取淀粉、糖和酿酒等。地上植株是优质牧草[4]。因此，油莎豆是极具发展潜力的油、粮、饲多用的新型经济作物[5]。但是由于其栽培技术粗放，目前还未形成高产栽培技术理论体系[1]。

科学的种植方式通过协调土壤固液气之间的矛盾为植物提供适宜的生长环境[6]。垄作栽培是一种新型栽培方法，有利于土壤节水、提高肥料利用率、改变土壤温湿度等微环境，从而较好地协调作物赖以生存的小气候条件[7]。以往研究表明，垄作能疏松土壤，加厚耕层，促进作物根系伸展，有利于光合产物的形成和积累，提高产量[8]。王杰等[9]的研究指出，垄作种植除改善土壤结构外，还能减少养分流失。然而单成钢等[10]的研究发现，垄作一方面提高了地温，促进养分转化，但另一方面也增加了土壤水分损失，不利于根茎的形成，最终造成丹参减产。可见，垄作种植在改善土壤质量、提高作物产量方面起到一定的作用，但因植物类型的不同其改良效果也不同[11]。

近年来国内学者在油莎豆栽培技术[2]、光合特性[1]及产量[4]等方面做了较多的研究，但在精细栽培方面，如关于不同种植方式对土壤生态环境及油莎豆生长发育影响的报道还比较少。鉴于此，本研究在民勤荒漠地区研究了平作和垄作，以及行距30、60、90 cm 对油莎豆生长发育及产量的影响，以期为油莎豆科学栽培和土地资源高效利用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020 年4—10 月在民勤沙生植物园进行（102°59′5″E，38°34′25″N，海拔1373 m），该地区属于典型的温带大陆性荒漠气候，年平均气温7.4℃，极端低温-30.8℃，极端高温40.0℃，年均降雨量113.2 mm，主要集中在7—9 月。供试土壤为沙质壤土，地势平坦。

1.2 试验材料与设计

本实验所用材料为‘黑油莎2 号’，由民勤沙生植物园培育。设平作和垄作2 种种植方式（分别以A 和B表示）及30、60、90 cm行距，采用二因素二水平随机区组设计，每处理3次重复，共18个小区，各小区面积为6 m×8 m，对应的处理分别以A1、A2、A3、B1、B2、B3表示。平作即直接旋耕，随后点播种植。垄作即先深翻后旋耕，再人工起垄种植，垄高25 cm、垄宽35 cm，间隔45 cm，于2020年4月25日开始人工点播，每穴播2粒，出苗后间苗，每穴留1株，各小区灌溉、施肥等管理水平一致。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤理化性质的测定 于2020年8月20日按“S”型采集0～20、20～40 cm 土层土壤，用环刀法测定土壤容重，烘干法测定土壤含水量，采用凯氏定氮法测定土壤全氮含量，采用重铬酸钾稀释热法测定土壤有机质，采用钼锑抗比色法测定速效磷含量。

1.3.2 油莎豆农艺性状的测定 在油莎豆停止生长期（9月20日），在各小区随机选取10株，调查其株高、根长、分株数、叶面积等农艺性状。

1.3.3 油莎豆产量测定 在油莎豆收获期（10月10日），每小区收取油莎豆植株，块茎冲洗晾干后，在45℃烘箱中烘至恒重测定产量。同时每小区随机取10株，测定其单株粒数和百粒重。

1.4 数据处理

采用Excel 对所测数据进行整理分析。所有数据采用Prisim 5.0 软件进行分析，采用单因素方差分析(one-way ANOVA)、Tukey 法检验和多重比较，试验数据用平均值±标准误差表示。

2 结果与分析

2.1 不同种植方式对土壤理化性质的影响

由表1 可以看出，0～20 cm 土层内，土壤容重表现为：A1>B1>A2>A3>B2>B3。同一行距条件下，B1 比A1、B2 比A2、B3 比A3 分别减少7.20%、10.53%和19.09%，并且均有显著性差异(P<0.05)。同一种植条件下，A1 显著大于A2 和A3(P<0.05)，A2 比A3 增 加3.63%，但二者之间差异不显著(P>0.05)；B1显著大于B2和B3，B2显著大于B3(P<0.05)。20～40 cm土层内，土壤容重表现为：A1>A2>B2>A3>B1>B3。B1比A1、B2比A2、B3比A3分别减少了5.88%、3.70%和3.87%。A1比A2和A3分别高出0.74%和5.42%，但三者之间均无显著性差异(P>0.05)，B1、B2 和B3 之间也均无显著性差异(P>0.05)。整体来看，相比平作，龚作降低了土壤容重，且土壤容重随行距的增大呈减小的趋势。

表1 不同种植方式对土壤理化性质的影响

0～20 cm土层内，土壤含水量表现为：B1>A1>B2>A2>B3>A3。同一行距条件下，B1比A1、B3比A3分别增加了14.28%和35.38%，差异显著(P<0.05)，B2 比A2增加了3.96%，差异不显著(P>0.05)。同一种植条件下，A1显著大于A2和A3，A2显著大于A3(P<0.05)；B1显著大于B2 和B3，B2 显著大于B3(P<0.05)。20～40 cm土层内，土壤含水量表现为：B1>A1>B2>B3>A2>A3，其中，B1比A1、B2比A2、B3比A3分别增加了8.97%、12.63%和29.14%，差异均显著(P<0.05)。A1显著大于A2和A3，A2显著大于A3(P<0.05)；B1显著大于B2和B3，B2显著大于B3(P<0.05)。由此说明，相比平作，龚作增加了土壤含水量，行距越大土壤含水量越小。

0～20 cm土层内，土壤有机质表现为：B1>A1>A3>B2>B3>A2，土壤全氮：B1>A1>B2>A2>B3>A3，土壤速效磷：B1>B2>A1>B3>A2>A3。其中，B1比A1土壤有机质、土壤全氮和土壤速效磷分别增加了21.62%、2.78%和10.27%，B2 比A2 分别增加了6.64%、17.24%和29.72%，B3 比A3 全氮和速效磷分别增加了75%和11.89%，但土壤有机质减小了4.32%。土壤有机质A1和A3 显著大于A2(P<0.05)，B1、B2 和B3 之间均有显著性差异(P<0.05)；土壤全氮A1 显著大于A2 和A3，A2显著大于A3，B1显著大于B3(P<0.05)；土壤速效磷A1 显著大于A2 和A3，B1 和B2 显著大于B3(P<0.05)。20～40 cm土层内，土壤有机质表现为：A1>B1>A3>B2>A2>B3，土壤全氮：B1>B3>B2>A1>A2>A3，土壤速效磷：B1>B2>A2>A1>B3>A3。其中，B1比A1土壤有机质减小1.85%，土壤全氮、速效磷分别增加了62.5%和5.92%；B2 比A2 土壤有机质、土壤全氮和速效磷分别增加了0.96%、23.81%和3.46%；B3 比A3 有机质减小了1.91%，速效磷增加了22.01%。土壤有机质A1 显著大于A2 和A3，B1 显著大于B3(P<0.05)；土壤全氮A1 和A2 显著大于A3，B1 显著大于B2 和B3(P<0.05)；速效磷A1 和A2 显著大于A3，B1 和B2 显著大于B3(P<0.05)。整体来看，相比平作，垄作增加了土壤养分含量，且随行距的增大，种群密度降低，使行距越大土壤养分含量越低。

2.2 不同种植方式对油莎豆幼苗生长发育的影响

不同种植方式下，油莎豆株高间均未达到显著差异(P>0.05)，B1比A1，B2比A2，B3比A3株高分别增加了2.25%、6.83%和7.15%。A1、A2和A3株高之间的变化范围较小，为：0.19%～1.67%，B1、B2和B3的变化范围为：1.99%～5.01%。与平作相比，垄作油莎豆根长、分枝数显著增加(P<0.05)，其中根长B1 比A1、B2 比A2、B3比A3分别增加了37.21%、39.24%和36.95%，分枝数分别增加了95.56%、62.09%和28.48%。根长和分枝数在A1、A2 和A3，以及B1、B2 和B3 之间均无显著性差异(P>0.05)。油莎豆叶面积B1 比A1、B2 比A2、B3 比A3 分别增加了13.47%、44.23%和11.04%。A1、A2 和A3叶面积变化范围为：9.24%～35.78%，B1、B2和B3的变化范围为：6.82%～11.63%，但不同处理下均未达到显著差异（表2）。可见，垄作更利于油莎豆幼苗生长，但行距对其影响不大。

表2 不同种植方式对油莎豆幼苗生长发育的影响

2.3 不同种植方式对油莎豆产量的影响

垄作和平作相比，单株粒数、单株产量和总产量均显著增大(P<0.05)。B1比A1、B2比A2、B3比A3单株粒数分别增加了26.58%、7.71%和17.34%，单株产量分别增加了19.81%、18.06%和60.00%，总产量分别增加了61.21%、35.71%和9.77%。百粒重B1 显著大于A1(P<0.05)，A2 和B2、A3 和B3 之间均无显著性差异(P>0.05)。同一种植方式下，随着行距的增大，单株粒数、百粒重、单株产量和总产量均呈现先增大后减小的变化趋势（表3）。单株粒数A2显著大于A1和A3，B2显著大于B1 和B3(P<0.05)；百粒重A2 和A3 显著大于A1(P<0.05)，B1、B2和B3之间无显著性差异(P>0.05)；单株产量A2显著大于A1和A3，B1显著小于B2和B3(P<0.05)；总产量A2>A3>A1，差异显著(P<0.05)，B2>B3>B1，差异显著(P<0.05)。综合种植方式和行距两因素分析，总产量表现为：B2>A2>B3>B1>A3>A1，B2处理总产量最高，为7635 kg/hm2，显著高于其他处理(P<0.05)，B3 和A2 之间无显著性差异(P>0.05)，分别为5267、5626 kg/hm2，B1 产量为5030 kg/hm2，与A3 之间无显著性差异(P>0.05)，A1 产量最小，为3120 kg/hm2，显著小于其他处理(P<0.05)。

表3 不同种植方式对油莎豆产量的影响

3 结论与讨论

3.1 不同种植方式对土壤理化性质的影响

土壤容重是影响土壤通气性和植物根系生长的重要因素。垄作能疏松土壤，增加土壤孔隙度，增强土壤蓄水保墒作用[12]。本研究结果表明，相比平作，垄作降低了土壤容重，且土壤容重随行距的增大呈减小的趋势，张莉等[11]的研究发现，垄作种植显著降低了0～40 cm土层土壤容重，增加了土壤总孔隙度和通气孔隙度，使得土壤通水透气性增强，这与本研究的结果具有一致性。另外，垄作土壤含水量大于平作，随着行距的增大，土壤含水量减小，说明垄作较平作蓄水能力强，这与郭媛姣[13]的研究结果一致，张少良等[14]的研究结果也表明，垄作比平作年径流量减少，从而为作物生长提供更多的土壤有效水分。周勋波等[15]的研究表明，行距在一定范围内的冬小麦产量及水分含量都较好，而过大的行距会造成严重的水分亏缺，不利于产量的积累，这与本研究结果相似。垄作种植增强了土壤通透性，促进土壤微生物活动，加速了土壤中矿质养分的释放和有机态养分转化，增加土壤有机质和速效养分含量，提升土壤供肥能力[16]。本研究发现，与平作相比，垄作显著提高了0～20、20～40 cm 土层土壤有机质、全氮、速效磷含量，且随行距增大，种群密度降低，使行距越大土壤养分含量越低。刘金平等[17]的研究结果表明，大行距根系深度与分布范围广，但种群根系密度小，其根系生物量显著低于小行距，小行距有利于土壤有机质的累积。

3.2 不同种植方式对油莎豆幼苗生长发育的影响

垄作可改善土壤孔隙状况，提高土壤含水量及养分含量，为植物提供适宜的生长环境[18]。本研究发现，与平作相比，垄作没有显著促进油莎豆株高的生长，但有利于根系的生长，显著增加了根长和分枝数，叶面积也高于平作。李波等[19]研究结果表明，垄种对蚕豆株高没有显著影响，但显著增加了根系长度。张莉等[11]的研究结果表明，垄作促进地上生长，使得幼苗分枝数、叶面积和地上部分生物量均显著高于平作种植，这与本研究结果一致。另外，本研究发现，行距对油莎豆幼苗生长没有显著影响。董伟欣等[20]研究结果表明，不同密度和种植方式下，玉米生长指标表现为随密度增大，株高升高，但未达到显著性差异，叶面积随种植密度增大而减小，刘金平等[17]的研究结果表明，行距有利于地上部分的生长与发育。由此可见，行距对植株生长指标的影响因物种的不同而有差异。

3.3 不同种植方式对油莎豆产量的影响

本研究结果表明，垄作和平作相比，单株粒数、单株产量和总产量均显著增大，这是因为垄作改善土壤环境促进了油莎豆根系生长和分枝数（表2），从而增加了其生长量并提高产量。兰佳伟等[21]研究表明大豆垄作种植方式产量高于平作。臧秀旺等[22]研究表明垄作提高花生产量和品质。梁温馨[23]的研究表明垄作方式是提高冬小麦产量的重要因素。

种植密度作为群体发展的基础，决定着作物群体结构，进而影响其对光照、水分和矿质营养等资源的竞争[24]。合理范围内，产量随着种植密度的增加而增大；当超过合理范围，随着密度的增加产量呈下降趋势[25]。本研究发现，平作和垄作随着行距的增大，单株粒数、百粒重、单株产量和总产量均呈现先增大后减小的变化趋势（表3），即行距为60 cm 的产量高于30 cm和90 cm的产量，这可能是因为低密度条件下，油莎豆为了自我调节，在充足的环境空间和水肥空间条件下，不断地进行分蘖，分蘖过多导致植株后期养分不足，有效分蘖少，百粒重低，产量显著降低。密度过大，油莎豆块茎生长阶段植株相互遮蔽，下部通风透光不良，叶片枯黄早衰，破坏了个体与群体的协调平衡关系，导致产量下降[1]。刘恩魁等[26]通过对主要的密度与作物产量的经验模型进行模拟和比较发现，谷子籽粒产量随着种植密度增加呈先升后降的趋势。刘佳敏等[24]研究结果表明，在一定范围内增加种植密度和施氮量可以提高小麦和玉米的产量。臧秀旺等[22]研究发现，随种植密度的增加，花生产量呈上升趋势，但密度过大，影响单株的个体发育，导致饱果率降低，从而降低花生的商品性。由此说明作物合理的种植密度是获得高产的重要途径。

综上所述，相比平作，龚作降低了土壤容重，增加了土壤含水量及养分含量。垄作油莎豆根长、分枝数显著高于平作，行距对其影响不显著。与平作相比，垄作单株粒数、单株产量和总产量均显著增大，随着行距的增大，单株粒数、百粒重、单株产量和总产量均呈现先增大后减小的变化趋势，垄作行距为60 cm 处理油莎豆总产量最高，为7635 kg/hm2，均显著高于其他处理，因此，综合来看，垄作能改善土壤结构，增强土壤供肥能力，更利于油莎豆幼苗生长，并且行距选择60 cm，是较为理想的栽培模式。