不同保水剂施用量对甘孜州干旱河谷区引种巨菌草生长的影响

岳 锐，张 涛，范诗琪，赵小勇，吴佳芯，傅程洪，宋思梦

（四川民族学院横断山区生态修复与特色产业培育研究中心，四川康定 626001）

甘孜州干旱河谷区地处我国长江经济带发展、黄河流域生态保护和高质量发展重大战略中的上游地区，其中大渡河流域是典型的干旱河谷区[1]，该地区年降雨量少，但气温高，水分蒸发量大，土壤通透性与蓄水保肥能力弱，导致植被减少，生态环境向半沙漠退化。为了当地的植被恢复和生态环境建设，可引种抗逆性和生态适应性强的生态治理先锋物种[2]。前人对生态恢复的研究发现，在甘孜州引种核桃时，部分品种抗旱性弱，不适宜在甘孜州干旱河谷地带生长[3]；在干旱河谷区引种的柳树、刺槐等也难以成活[4]。目前，极高的地面温度与极度干旱问题仍是影响植物引种及植被恢复的重要限制性因素。

巨菌草（Cenchrus fungigraminus），隶属蒺藜科(Zygophyllaceae)蒺藜属(Tribulus)，是由二倍体珍珠谷作母本与四倍体象草杂交选育而成的三倍体C4植物。巨菌草具有优质、高产、抗逆性强、适应性广、较强的固土保水能力，可作为畜牧的青(干)饲料及食(药)用菌栽培原料[5]。甘孜州内菌草种类较少，干旱河谷区可以通过引种巨菌草，促进退化生态系统的修复和畜牧业的发展，提高当地农牧民收入。目前巨菌草已在甘肃、青海、内蒙古等干旱半干旱地区推广种植，例如在青海贵德沙地种植，巨菌草生长期为100～125 d，鲜草667 m2产量在8.6～12.8 t；根系发达，根系鲜重每667 m2达5.15 t[6-8]。

巨菌草适宜在甘孜州大渡河干旱河谷区引种栽培，栽培管理简单[9]。通过水分耦合的盆栽实验发现巨菌草在水分胁迫条件下生长发育受到抑制，甚至在重度干旱下死亡[10]，水分问题仍是限制巨菌草在甘孜州生态治理中应用的重要因素，因此集中力量攻克巨菌草的水分利用规律将极大地提升巨菌草在甘孜州生态治理中的应用效果。

保水剂是一种新型高分子吸水材料，能迅速吸收水分、释放水分，改良土壤结构，且无毒无害无副作用，是一种绿色环保产品[11]，目前已被广泛应用于我国干旱地区的农业生产中，并表现出了良好的抗旱效果，例如玉米播种时施用西沃特保水剂，增产率达16.88%，增产效果显著[12]。

通过研究不同保水剂施用量处理下甘孜州干旱河谷的巨菌草生长农艺性状（株高、茎围、分蘖数、叶片数）差异，探明保水剂施用量对巨菌草生长及抗旱生理特征的影响，以为巨菌草在甘孜州干旱河谷区的进一步推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

甘孜州位于四川省西北部，平均海拔约3 500 m。试验地位于四川省甘孜藏族自治区姑咱镇林科所（30°7'11.46″ N，102°10'24.44″ E），海拔1 400 m，属于大渡河流域分布区。测试时间段内（2022 年6 月27日至10 月20 日），最高气温31.68 ℃，最低气温10.48 ℃，平均气温23.32 ℃；最大湿度94.8%，最小湿度46.18%，平均湿度68.68%；2022 年平均降雨量为901 mm（见图1）。

图1 试验期间巨菌草生长环境变化图

1.2 试验材料

试验采用胜利油田公司生产的农林沃特保水剂，吸水倍率500～600，pH 值6.0～8.0。试验材料是四川民族学院菌草项目组在甘孜州康定市姑咱镇黑日村栽培的3年生巨菌草当年分蘖新茎秆，选择健康、成熟、无病虫害、无霉烂、秆径在1.5～2 cm、保证茎秆上的腋芽均为16～18 个且腋芽饱满未发芽的6 月龄以上成熟植株的茎秆作为种节，每段种节保留2～3个芽节。

1.3 试验设计

将23 m×10 m 的长方形试验地划分成12 块2 m×4.5 m的长方形小区作为样地，设置每小区保水剂施用量分别为0、30、60、90 kg·hm-2等4个处理，以0 kg/hm-²施用量处理作对照，每处理3 次重复。小区内每条沟深10 cm，沟间隔50 cm，小区之间设置1 m宽的过道，并且为试验地四周设置1 m 宽的保护行，两两并列平铺放置18个种节（芽眼朝上），并覆土1～2 cm。

1.4 指标检测

植株成苗后在每个小区随机挑选5 株长势一致且具有代表性的巨菌草植株进行标记，分别在2022 年7月21 日、8 月21 日、9 月21 日和10 月21 日进行测定相关指标。

株高：用皮尺测定从根颈至叶心的垂直高度。

茎围：用软尺在高于地面1～3 cm 处测得巨菌草茎秆周长。

叶片数：植株总叶片数。

分蘖数：禾本科植物在地面以下或接近地面处所发生的分枝数。

1.5 数据处理

数据的前期处理和制图在Excel 2007软件中进行，采用SPSS 18.0 统计软件对数据进行单因素方差分析（One-way ANOVA），并用Duncan 法进行处理间差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同保水剂施用量对巨菌草株高的影响

由图2 可知，不同保水剂施用量对巨菌草株高具有显著影响，且随时间延长，影响更加明显。施用保水剂的巨菌草平均株高均高于对照组，处理组的巨菌草平均株高呈上升趋势，且生长速度不断加快，而未施用保水剂的对照组从8 月21 日开始巨菌草全部死亡；巨菌草平均株高表现为30 kg·hm-²处理＞60 kg·hm-²处理＞90 kg·hm-²处理＞0 kg·hm-²处理；处理组中，从8月21日开始60 kg·hm-²与30 kg·hm-²处理组的巨菌草株高无显著性差异。

图2 不同保水剂施用量对巨菌草株高的影响

2.2 不同保水剂施用量对巨菌草分蘖数的影响

由图3 可知，不同保水剂施用量对巨菌草分蘖数影响显著，且随时间延长，影响不断加剧。施用保水剂处理的分蘖数均高于对照组，对照组从8 月21 日开始巨菌草全部死亡；巨菌草的分蘖数表现为30 kg·hm-²处理＞60 kg·hm-²处理＞90 kg·hm-²处理＞0 kg·hm-²处理；处理组之间差异不显著。

2.3 不同保水剂施用量对巨菌草茎围的影响

由图4 可知，不同保水剂施用量对巨菌草茎围影响显著，且随时间延长，茎围呈现先增加后减少，最后趋于稳定。施用保水剂处理的平均茎围均高于对照组，且差异显著；巨菌草平均茎围表现为30 kg·hm-²处理＞60 kg·hm-²处理＞90 kg·hm-²处理＞0 kg·hm-²处理；3个施用保水剂处理组之间差异不显著。

图4 不同保水剂施用量对巨菌草茎围的影响

2.4 不同保水剂施用量对巨菌草叶片数的影响

由图5 可知，不同保水剂施用量对巨菌草叶片数影响显著。施用保水剂处理的平均叶片数均高于对照组，且差异显著；巨菌草的平均茎围表现为30 kg·hm-²处理＞60 kg·hm-²处理＞90 kg·hm-²处理＞0 kg·hm-²处理；施用保水剂处理组之间差异不显著。

图5 不同保水剂施用量对巨菌草叶片数的影响

3 结论与讨论

通过观测巨菌草生长期间的株高、茎围、分蘖数、叶片数来判断不同施用量的保水剂对巨菌草生长的影响。株高为巨菌草从根颈至叶心的垂直高度，茎围是指巨菌草茎秆周长，植株的高矮和茎秆的周长均可以体现巨菌草不同时期的生长速度和状态，研究发现巨菌草株高随保水剂施用量增加呈先升高后降低的趋势，30 kg·hm-²处理为最大值；茎围随保水剂施用量增加呈先增大后降低，在30 kg·hm-²处有最大值，表明巨菌草生长速度随保水剂施用量增加而先升高后降低。总叶片数可以观测植株的健康状态，是否出现大面积枯黄、叶片凋落等现象。研究发现巨菌草叶片数随保水剂施用量增加呈先升高后降低，在30 kg·hm-²处有最大值。分蘖主要影响植株的形态建成和产量，是研究植物生长状况好坏的指标；研究发现巨菌草分蘖数随保水剂施用量增加呈先升高后降低，30 kg·hm-²处理为最大值。

有研究表明在甘孜州干旱河谷种植巨菌草，巨菌草有一定的耐干旱能力，但其生长受水分影响严重，甚至在重度干旱胁迫中无法正常生长[10]。本研究发现试验期间当地降雨量少，导致未施用保水剂的对照组的巨菌草无法正常生长，集中在7—8月死亡；施用保水剂的巨菌草却可以继续生长，而且其株高、茎围、分蘖数和叶片数呈逐渐增长趋势。由此可见施用保水剂对巨菌草的抗旱性有显著影响。

本研究表明，保水剂施用量为30 kg·hm-²处理的巨菌草株高、茎围、分蘖数和叶片数均高于其他2 个处理组，且随着保水剂施用量的增加，各项农艺性状呈先增加后减少的趋势。

有研究表明，施用保水剂可减缓沙质土壤水分入渗率，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，提高沙质土壤的储水能力[13]。保水剂通过吸收外界水分和养分，干旱时释放，可以改善土壤对水分和养分的供应[14-15]。分析原因可能是保水剂的施用降低了土壤容重，促进了土壤结构的改善，相应地增加了土壤有效水贮量，且土壤储水能力增加，其供水条件的明显改善促进巨菌草的生长和根系发育，随着巨菌草的生长，又可以提高土壤水分涵养能力[16]。当保水剂施用量增加后，土壤中的供水能力增强，巨菌草的农艺性状反而下降，分析原因可能是巨菌草在水淹条件下生长状况比正常情况差。有研究表明巨菌草生长期间株高、叶宽、叶长均受水分调控，其中正常水量(75%田间持水量)下巨菌草生长最好，水淹(100%田间持水量)其次，轻度干旱胁迫(50%田间持水量)次之[10]。本研究也发现巨菌草农艺性状受保水剂的施用量调控情况表现为30 kg·hm-²处理＞60 kg·hm-²处理＞90 kg·hm-²处理＞0 kg·hm-²处理，且在甘孜州大渡河干旱河谷地带保水剂施用量超过60 kg·hm-²会使巨菌草生存环境类似于水淹条件，对其生长的促进作用不明显，而保水剂施用量为30 kg·hm-²更有利于巨菌草生长。

试验结果表明，干旱胁迫下巨菌草株高、茎围、分蘖数、叶片数均为最小值，其生长受限。施用保水剂可减轻干旱胁迫带来的伤害，巨菌草株高显著增高，茎围、分蘖数、叶片数显著增大。当保水剂施用量为30 kg·hm-²时，巨菌草增高，茎围、分蘖数、叶片数为最大值；保水剂施用量大于30 kg·hm-²后，巨菌草增高，茎围、分蘖数、叶片数逐渐降低。初步得出在大渡河干旱河谷地区引种巨菌草时，施用保水剂可以缓解干旱胁迫对其生长的影响，且保水剂施用量为30 kg·hm-²的巨菌草长势最好。