鹽堿地人工栽培枸杞營養(yǎng)元素分配、累積及輸出特征

馬全林,王耀琳,孫 濤,2,3,李銀科,2,3,靳虎甲,宋德偉,2,3,朱國慶

1 甘肅省治沙研究所, 蘭州 730070 2 甘肅省荒漠化與風沙災(zāi)害防治國家重點實驗室培育基地, 蘭州 730070 3 甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站, 民勤 733300

鹽堿地人工栽培枸杞營養(yǎng)元素分配、累積及輸出特征

馬全林1,2,3,*,王耀琳1,孫 濤1,2,3,李銀科1,2,3,靳虎甲1,宋德偉1,2,3,朱國慶1

1 甘肅省治沙研究所, 蘭州 730070 2 甘肅省荒漠化與風沙災(zāi)害防治國家重點實驗室培育基地, 蘭州 730070 3 甘肅民勤荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站, 民勤 733300

枸杞(Lyciumbarbarum)是我國干旱地區(qū)重要的傳統(tǒng)藥用植物,也是近年來干旱區(qū)鹽堿地改良利用中優(yōu)先選擇的經(jīng)濟型灌木,具有改良鹽堿地和增加農(nóng)戶經(jīng)濟收入的雙重作用。為掌握不同營養(yǎng)元素(碳、氮、磷、硫、鉀和灰分)在枸杞植株不同構(gòu)件(花、果、葉、枝條、主桿和根系)、不同空間層次(地上0—50、50—100、100—150 cm和150—200 cm；地下0—100 cm)的分布特征,在地處干旱地區(qū)的甘肅景電灌區(qū),選擇鹽堿地人工栽培的4年生、7年生和11年生枸杞林,研究了人工栽培枸杞營養(yǎng)元素的分配、累積和輸出特征。結(jié)果表明,成齡枸杞不同構(gòu)件營養(yǎng)元素含量顯著不同,其中花富含碳、氮、磷和鉀,果實富含碳、鉀和硫,葉富含碳、硫和灰分,主桿和枝條富含碳,根系富含碳和氮。碳是構(gòu)成枸杞各構(gòu)件的最主要元素,在主桿的含量最高,達到44.25%；在葉片的含量最低,但也達到29.8%,占到主桿的67.3%。單株枸杞不同構(gòu)件和空間層次營養(yǎng)元素的累積量也顯著不同。其中,成齡單株枸杞不同構(gòu)件營養(yǎng)元素的累積總量表現(xiàn)為根系≈主桿>枝條>葉>果實>花,碳是主要累積物質(zhì),其累積量所占生物量干重的比例均超過30%；而氮、磷、鉀和硫累積量所占生物量干重的比例均在3%以下。成齡單株枸杞不同空間層次營養(yǎng)元素的累積總量在150—200 cm層最少；50—100 cm層最大,是栽培管理的關(guān)鍵層次。成齡枸杞林落葉、果實采收與枝條修剪每年造成大量營養(yǎng)元素輸出。植物必須三大營養(yǎng)元素氮、磷和鉀在枸杞林的輸出量全年累積達到190.4 kg/hm2,其中果實產(chǎn)生的輸出量達到91.1 kg/hm2,占到全年累積輸出量的47.7%；枝條修剪產(chǎn)生的輸出量達到23.2 kg/hm2,占到全年累積輸出量的12.2%。上述結(jié)果說明枸杞不同構(gòu)件對不同營養(yǎng)元素的吸收不同,而且每年因果實采收與修剪造成大量營養(yǎng)元素流失。因此,合理施肥對保持枸杞林健康生長以及維持高產(chǎn)量十分關(guān)鍵,而修剪枝的粉碎還田也十分必要。

景泰；枸杞林；構(gòu)件；物質(zhì)分配；營養(yǎng)元素

營養(yǎng)元素是構(gòu)成植物的物質(zhì)基礎(chǔ),其分配是決定作物產(chǎn)量的關(guān)鍵[1-2]。對植物全株或構(gòu)件部分進行營養(yǎng)成分分析可以了解植物體內(nèi)的各種元素的積累與轉(zhuǎn)化的動態(tài),從而研究植物種對各種元素的吸收利用能力以及環(huán)境因素對植物生長的影響等[3- 5]。植物營養(yǎng)元素分配與累積特征是植物與環(huán)境因素共同作用的結(jié)果,它既反映了植物種群對環(huán)境條件的適應(yīng)能力,又反映了環(huán)境條件對植物的影響程度[6- 7]。因此,在構(gòu)件水平與空間層次上進行植物營養(yǎng)元素研究對于揭示植物生長與環(huán)境之間的關(guān)系具有重要意義。

枸杞(LyciumbarbarumL.)為多年生落葉灌木,其果實具有補腎養(yǎng)肝、潤肺明目等功效,是一種產(chǎn)品附加值很高的灌木型經(jīng)濟樹種[8]。同時,枸杞對鹽漬化土壤具有較強的適應(yīng)能力和改良作用,在我國新疆、寧夏、甘肅和青海等省份的干旱荒漠地區(qū)廣泛栽培,成為農(nóng)民致富的主要經(jīng)濟來源[8-9]。根據(jù)文獻記載,枸杞于1930s被引種到英國,目前在英國、美國、澳大利亞等國家均有種植,但是均未進行大面積人工栽培[9]。枸杞作為傳統(tǒng)藥用植物,國內(nèi)外相關(guān)研究大量集中在其藥用價值、功能性成分和保健作用等[9-13]；同時,國內(nèi)學者圍繞枸杞人工栽培和開發(fā)利用,開展了枸杞扦插育苗、種植、施肥管理、病蟲害防治以及深加工和產(chǎn)品開發(fā)等方面的大量研究[8,14-15],但對枸杞營養(yǎng)元素的分配、累積和輸出特征的研究少見報道。

甘肅省景電灌區(qū)氣候干旱,蒸發(fā)強烈,引黃灌溉引起的土地鹽堿化十分加重,使得大面積耕地因無法種植小麥、玉米等農(nóng)作物而棄耕[16]。但是,中度和輕度鹽堿地通過排水改良,適宜耐鹽植物枸杞的栽培[8]。截止2013年,景電灌區(qū)枸杞種植面積接近4000 hm2,在灌區(qū)70%以上的鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有種植,已成為當?shù)氐闹鲗?dǎo)經(jīng)濟林產(chǎn)業(yè)[17]。為此,本文以甘肅景電灌區(qū)人工栽培枸杞為研究對象,研究了單株枸杞構(gòu)件的營養(yǎng)元素含量及其在不同構(gòu)件和空間層次的累積特征,并量化了枸杞林栽培管理中的營養(yǎng)元素輸出量,為鹽堿地枸杞栽培、修剪和施肥管理提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于騰格里沙漠南緣,地處甘肅省景泰縣城以北8 km處,是國家投資建設(shè)的“兩西”重大基礎(chǔ)性開發(fā)工程(景電引黃提灌工程)建設(shè)后開發(fā)起來的一個新型灌區(qū),地理坐標為103°51′—104°13′E、37°13′—37°20′N。研究區(qū)為由西南向東北傾斜的微型盆地,海拔1565 m。研究區(qū)氣候干旱少雨,年均降水量185 mm,但年均蒸發(fā)量高達3040 mm；年均氣溫8.5℃,極端最高氣溫39℃,極端最低氣溫-27.3℃,且雨熱同期；風大沙多,年均風速為3.5 m/s,年大風日數(shù)為27.9 d,最大風速25 m/s,年均沙塵暴日數(shù)為21.9 d,最多達47 d。地表水資源貧乏,農(nóng)業(yè)與生活用水調(diào)用黃河水資源；地下水資源礦化度高、水質(zhì)差。土壤類型主要為灰鈣土和荒漠灰鈣土,低地分布鹽漬化土壤。天然植物種主要有白刺(Nitrariatangutorum)、紅砂(Reaumuriasongarica)、鹽爪爪(Kalidiumfoliatum)和針茅(StipaSpp.)等。

2 研究方法

2.1 樣地選擇與取樣方法

在甘肅景電灌區(qū),設(shè)置4年生、7年生和11年結(jié)果盛期枸杞林樣地3處,每處樣地設(shè)置大小為20 m × 20 m的大樣方3個,樣方間距50 m。選擇枸杞生長旺季(8月),測定樣方內(nèi)每株枸杞的高度(cm)、冠幅(cm2)和地徑(mm)；在每個大樣方內(nèi)沿對角線設(shè)置1 m×1 m的小樣方5個,調(diào)查草本植物的組成與數(shù)量,分析人工枸杞林群落的結(jié)構(gòu)與數(shù)量特征。設(shè)置鹽堿地對照樣地,在鹽堿地和枸杞林每個大樣方,分別挖取土壤剖面1個,剖面深度1 m,每10 cm為一層,測定土壤容重(g/cm3)和水分(%),取樣帶回實驗室風干處理,測定土壤粒度(%)、孔隙度(%)、有機質(zhì)(g/kg)、全氮(g/kg)、全鉀(g/kg)、全鹽(g/kg)和pH等理化性質(zhì)。如表1所示,枸杞林地鹽分與pH很高,但是與未利用鹽堿地相比,枸杞林地土壤粘性明顯下降,有機質(zhì)、全氮顯著提高,鹽堿性顯著降低。

表1 人工枸杞林地土壤理化性質(zhì)(平均值±標準誤)

同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

基于枸杞林群落調(diào)查結(jié)果,在每個樣地內(nèi)選擇枸杞標準植株3株,測定其株高、冠幅、根深、地徑和生物量。地上層,以50 cm為層級,劃分為0—50、50—100、100—150 cm和150—200 cm層取樣；每一層構(gòu)件(花、果、葉、枝條和主桿)分別測定生物量鮮重,同一樣地植株取混合樣品帶回實驗室,測定不同構(gòu)件的含水率與營養(yǎng)元素含量。地下層,按照株行距大小,采用全挖法挖取根系生物量,取樣深度為1 m,并分中細根(直徑<5 mm)、粗根(直徑5—10 mm)、極粗根(直徑>10 mm)分別測定生物量鮮重[18],同一樣地植株取混合樣品帶回實驗室,測定不同根系的含水率與營養(yǎng)元素含量。

單位面積枸杞林營養(yǎng)元素輸出量包括了葉、果實和修剪枝。其中,葉營養(yǎng)元素輸出量由標準單株葉生物量和營養(yǎng)元素含量計算獲得?？紤]枸杞果實成熟期長,果實營養(yǎng)元素輸出量由3個樣地的畝產(chǎn)量和營養(yǎng)元素含量計算獲得?；阼坭搅秩郝湔{(diào)查結(jié)果,在每個樣地內(nèi)另選枸杞標準植株3株,在春季、夏季對修剪枝進行稱重,同一樣地植株取混合樣品帶回實驗室,烘干稱重后計算修剪枝營養(yǎng)元素輸出量。

2.2 樣品分析測定方法

植物樣品分析測定委托甘肅省農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院分析測試實驗室測定。全碳(TC)采用K2Cr2O7-H2SO4容量法,全氮(TN)采用凱氏定氮法,全磷(TP)采用H2SO4-H2O2消煮-釩鉬黃比色法,全鉀(TK)采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度法,全硫(TS)采用硫酸鋇比濁法,灰分(Ash)采用干灰化法[19]。

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析處理和圖形繪制使用Microsoft公司的表格處理軟件Excel 2007完成。單因素方差分析 (one-way ANOVA)使用SPSS 16.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),多重比較用LSD法檢驗(α=0.05)。

3 結(jié)果與分析

3.1 枸杞植株構(gòu)件的營養(yǎng)元素含量

枸杞不同構(gòu)件的碳、磷、氮、鉀、硫和灰分元素含量顯著不同,反映了其不同構(gòu)件對不同營養(yǎng)元素的吸收不同(圖1)。其中,全碳含量以主桿最高,達到44.25%,其次是枝條,也達到41.33%,均與根系、葉、花和果實間差異顯著；葉最低,僅有29.8%,占到主桿的67.3%。全氮含量以花最高,達到2.76%,是主桿、枝條、根系、葉和果實的6.7、6.9、2.1、2.0倍和1.8倍；木質(zhì)化最高的主桿與枝條最低,僅達到0.41%和0.40%。全磷含量以花最高,達到0.18%,是主桿、枝條、根系、葉和果實的32.5、22.7、16.4、16.0倍和13.2倍；主桿最低,僅達到0.06%。全鉀含量也以花最高,達到1.61%,是主桿、枝條、根系、葉和果實的6.6、4.7、3.0、2.1倍和1.1倍；主桿最低,僅為0.24%。全硫含量以果實與葉最高,均達到0.19%；枝條最低,僅為0.12%?；曳趾?以葉最高,達到24.24%,是主桿、枝條、根系、果實和花的7.6、10.0、2.3、4.2倍和3.6倍；以枝條最低,僅為2.43%(圖1)。因此,枸杞花中富含碳、氮、磷和鉀,果實中富含碳、鉀和硫,葉富含硫和灰分,主桿和枝條富含碳,根系富含碳和氮。

圖1 單株枸杞不同構(gòu)件的營養(yǎng)元素含量Fig.1 Percentage content of the main nutrient elements in the different modules of single L. barbaru plant不同字母表示差異顯著 P<0.05

3.2 枸杞植株構(gòu)件營養(yǎng)元素的累積分配特征

不同營養(yǎng)元素在枸杞構(gòu)件中的累積量也顯著不同。其中,單株枸杞主桿、根系和枝條碳累積量分別達到377.8、334.5 g和270.5 g,合計占到全株的78.1%。單株根系和葉氮累積量分別達到11.7 g和6.5 g,合計占到全株的65.9%。磷在根系中累積量最大,單株達到0.95 g,與其他構(gòu)件差異顯著。單株根系、葉和果實鉀累積量分別達到4.8、3.7 g和3.1 g,合計占到全株的72.8%,均與枝條、主桿和花中累積量差異顯著。硫在根系中累積量最大,單株達到1.2 g；在主桿、枝條和葉中均有較大累積量?；曳忠匀~中累積量最大,單株達到115.1 g,占到全株的40.3%；其次是根系,占到全株的31.4%,均與其他構(gòu)件差異顯著(圖2)。枸杞單株主要營養(yǎng)元素累積量根系≈主桿>枝條>葉>果實>花,其中碳是枸杞植株的主要累積物質(zhì),所占生物量干重的比例均超過30%；而氮、磷、鉀和硫累積量所占生物量干重的比例均在3%以下。

圖2 單株枸杞不同構(gòu)件營養(yǎng)元素的累積量Fig.2 Cumulative amount of the main nutrient elements in the different modules of single L. barbaru plant不同字母表示差異顯著 P<0.05

3.3 枸杞植株營養(yǎng)元素空間累積分布特征

營養(yǎng)元素在枸杞植株不同空間層次的累積量也顯著不同。單株枸杞地上部分各營養(yǎng)元素均以50—100 cm層次的累積量最大,占到地上部分的42.3%；0—50 cm和100—150 cm次之,分別占到地上部分的26.9%和24.5%；150—200 cm層次最少,僅占到地上部分和50—100 cm的6.3%和14.7%(圖3)。其中,50—100 cm層次碳累積量是0—50、100—150 cm和150—200 cm層次的1.5、1.8倍和7.5倍,與根系大小接近；氮累積量是0—50、100—150 cm和150—200 cm層次的1.9、1.3倍和4.2倍,與100—150 cm層次差異不顯著,且只占根系的50%；磷累積量是0—50、100—150 cm和150—200 cm層次的1.9、1.4倍和5.0倍,與根系差異不顯著；鉀累積量是0—50、100—150 cm和150—200 cm層次的2.1、1.2倍和3.7倍,與根系差異不顯著；硫累積量是0—50、100—150 cm和150—200 cm層次的1.7、1.6倍和5.8倍,與根系累積量差異不顯著；灰分累積量是0—50、100—150 cm和150—200 cm層次1.6、1.4倍和5.0倍,與100—150 cm層次和根系累積量差異不顯著。

圖3 單株枸杞營養(yǎng)元素的空間分布Fig.3 Spatial cumulative distribution of the main nutrient elements of single L.barbaru plant不同字母表示差異顯著 P<0.05

3.4 枸杞栽培的營養(yǎng)元素輸出

枸杞作為落葉灌木,葉是其營養(yǎng)元素輸出的主要途徑之一。其中,枸杞葉年碳輸出量最大,是氮、磷、硫和鉀輸出量的21.7、264.8、160.7倍和38.2倍,而灰分元素占碳輸出量81.3%,但與碳輸出量差異顯著。葉年氮、磷和鉀元素輸出量合計達到79.5 kg/hm2(表2)。同時,作為干旱地區(qū)重要的經(jīng)濟林果,果實也是枸杞營養(yǎng)元素輸出的主要途徑之一。果實年碳輸出量也最大,是氮、磷、硫、鉀和灰分輸出量的26.3、289.0、210.6、27.1倍和5.8倍。果實年氮、磷、鉀輸出量合計達到91.1 kg/hm2,其中氮與鉀輸出量相當(表2)。枝條修剪是枸杞另一種主要的物種輸出途徑,其中碳輸出量是氮、磷、硫、鉀和灰分輸出量的102.7、520.5、349.3、120.5倍和17.0倍,而氮、磷、鉀輸出量合計達到23.3 kg/hm2(表2)。

表2 枸杞林主要營養(yǎng)元素的年輸出量

同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

葉、果實和修剪枝條相比,碳均為主要輸出元素,且差異不顯著,而磷輸出差異也不顯著；葉與果實氮輸出量相當,且顯著高于修剪枝條；鉀輸出量以果實最高,葉次之,均顯著高于修剪枝條；硫輸出以葉最高,顯著高于修剪枝條,但是與果實差異不顯著；灰分以葉最高,顯著高于果實和修剪枝條。植物三大必須營養(yǎng)元素氮、磷和鉀的年輸出量累積達到190.4 kg/hm2,其中果實產(chǎn)生的輸出量達到91.1 kg/hm2,占到全年累積輸出量的47.7%；枝條修剪產(chǎn)生的輸出量達到23.2 kg/hm2,占到全年累積輸出量的12.2%。顯然,枸杞林生態(tài)系統(tǒng)每年均有大量營養(yǎng)元素輸出系統(tǒng)之外,因此人工補充施肥對于保持枸杞林生長以及維持高產(chǎn)量顯得十分重要,開發(fā)利用枸杞修剪枝條也顯得十分必要。

4 討論

鹽堿地枸杞林栽培已成為一種干旱區(qū)鹽堿地綜合開發(fā)利用的高效發(fā)展模式,可實現(xiàn)鹽堿地改良、農(nóng)民增收和減排增匯,在干旱地區(qū)鹽漬化區(qū)域大面積推廣應(yīng)用[20-21]。但是,鹽堿地枸杞的經(jīng)濟效益也是建立在頻繁灌溉、大量施肥以及精細修剪管理等高投入的基礎(chǔ)之上,因此枸杞生長所需的營養(yǎng)元素的保障是枸杞林高產(chǎn)的基礎(chǔ)[8,13,22]。植物不同構(gòu)件和器官對營養(yǎng)元素的吸收和分配不同[22-25]。碳是構(gòu)成植物的主要元素,鄭帷婕等[25]發(fā)現(xiàn)陸生灌木植物的葉碳含量介于35.51%—59.42%, 枝條碳含量介于43.71%—44.99%,主桿碳含量介于31.18%—63.12%,根系碳含量介于38.58—58.46%,但是平均值差異不顯著。本研究中灌木枸杞構(gòu)件的平均碳含量主桿(44.25%)>枝條(41.33%)>果實(39.41%)>根系(38.78%)>花(33.70%)>葉(29.80%), 而且葉和枝條的碳含量明顯低于上述陸生植物的碳含量范圍。Sofo等研究發(fā)現(xiàn)幼樹果園中固定的CO2大部分分配到枝、干和根系等器官中,而在成齡果園中固定的CO2主要分配在葉、修剪的枝條和果實中[23]。劉興良等研究發(fā)現(xiàn)川西云杉人工林隨枝條年齡的增加,枝條中氮、磷、鉀的含量隨之降低[26]。因此,不同生長階段測定的碳含量會有所不同,物種差異、林齡以及栽培管理措施等的差異估計是引起碳含量不同的原因。

枸杞對不同營養(yǎng)元素的吸收與分配明顯不同,其不同構(gòu)件的氮、磷、鉀和硫等常量元素的含量顯著低于碳含量。但是,氮、磷、鉀是植物生長必需的三大元素,在花與果中的含量相對最高,說明氮、磷、鉀對枸杞經(jīng)濟產(chǎn)量的影響重要,建議在枸杞花期與結(jié)實期栽培中加強對氮、磷、鉀供應(yīng)。該研究結(jié)論與前期研究結(jié)果相互印證,賀春燕等研究發(fā)現(xiàn)氮、磷、鉀三元配施可提高枸杞果實的產(chǎn)量和品質(zhì)[27]；蔡國軍等研究發(fā)現(xiàn)氮、磷、鉀可以顯著提高枸杞多糖、總糖、類胡蘿卜素3種化學成分[28]。從營養(yǎng)元素的累積量來看,本研究發(fā)現(xiàn)各營養(yǎng)元素累積分配量以50—100 cm層最高,其次是100—150 cm和0—50 cm層,150—200 cm層最低,認為50—100 cm層是枸杞栽培管理的關(guān)鍵層。這與枸杞植株構(gòu)型和結(jié)實特性密切關(guān)聯(lián)[8]。

枸杞林作為經(jīng)濟林生態(tài)系統(tǒng),結(jié)實期長,產(chǎn)果量大,每年造成氮、磷和鉀元素流失量累積達到91.1 kg/hm2。在景電灌區(qū),成齡期枸杞的年干果產(chǎn)量達到3000 kg/hm2以上[22]；在榆林地區(qū),盛果期枸杞的年鮮果產(chǎn)量達到15000 kg/hm2,而干果產(chǎn)量也達到3000 kg/hm2[29]。枸杞修剪與枸杞產(chǎn)量有重要的相關(guān)性,是維持和提高枸杞林產(chǎn)量最常用的技術(shù)措施,修剪量的大小嚴重影響枸杞的產(chǎn)量[30]。在景電灌區(qū),年枝條修剪量達到2800 kg/hm2,每年造成氮、磷和鉀元素流失量累積達到23.3 kg/hm2。與對照鹽堿地相比,本研究發(fā)現(xiàn)枸杞林栽培顯著提高了土壤有機質(zhì)、全氮含量,降低了土壤鹽分(表1)。但是,景電灌區(qū)不同林齡枸杞林間土壤養(yǎng)分差異并不顯著[31],而且成齡期枸杞林土壤缺氮、缺磷[32]。牟宗江等研究認為,人工枸杞林對土壤鹽漬化具有改良作用,但是會加重土壤貧瘠程度,一定程度上會降低土壤質(zhì)量[21]。顯然,枸杞林土壤缺肥或土壤質(zhì)量的下降與枸杞落葉、果實采收和修剪引起的碳、氮、磷、鉀、硫以及礦質(zhì)元素的大量流失有關(guān)。因此,在栽培管理中需要通過控制合理栽植密度,充分利用光能提高枸杞碳合成能力；增施氮肥、鉀肥和復(fù)合肥等,以保證枸杞林的營養(yǎng)元素充足,從而保持枸杞林的健康生長與持續(xù)豐產(chǎn)。

5 結(jié)論

營養(yǎng)元素的吸收與分配是提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵。鹽堿地人工栽培枸杞植株不同構(gòu)件的營養(yǎng)元素含量和累積量顯著不同,其中碳是構(gòu)成枸杞植株的主要營養(yǎng)元素,但是植物生長必需三大元素氮、磷、鉀在花與果中的含量相對最高,對枸杞經(jīng)濟產(chǎn)量的影響重要。在枸杞植株不同空間層次,不同營養(yǎng)元素均以50—100 cm層的累積量最大,是栽培管理的重要冠層。研究結(jié)果說明枸杞不同構(gòu)件對不同元素的吸收不同,而且枸杞作為落葉經(jīng)濟型灌木,葉、果實與修剪栽培每年造成大量的營養(yǎng)元素流失。因此,合理施肥對保持枸杞林健康生長以及維持高產(chǎn)量十分關(guān)鍵,而修剪枝的粉碎還田也十分必要。

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Allocation,accumulation,andoutputcharacteristicsofnutrientelementsofLyciumbarbarumgrownonsecondarysalineland

MA Quanlin1,2,3,*, WANG Yaolin1, SUN Tao1,2,3, LI Yinke1,2,3, JIN Hujia1, SONG Dewei1,2,3,ZHU Guoqing1

1GansuDesertControlResearchInstitute,Lanzhou730070,China2StateKeyLaboratoryofDesertificationandAeolianSandDisasterCombating,Lanzhou730070,China3MinqinNationalStudiesStationforDesertSteppeEcosystem,Minqin733300,China

Lyciumbarbarum(Wolfberry) is an important traditional medicinal plant that grows in arid areas of China. In recent years, it has been widely cultivated on saline lands not only for its significant economic benefits (due to the use of its fruit in medicine and health products), but also for improvements in the saline soil of arid regions. In order to trace the distribution characteristics of the main nutrient elements (C, N, P, S, K, and ash) in different modules (flowers, fruits, leaves, branches, stems, and roots) and vertical tree layers (aboveground: 0—50 cm, 50—100 cm, 100—150 cm, and 150—200 cm; belowground: 0—100 cm) ofL.barbarum, 4-, 7-, and 11-year-oldL.barbarumplants in their fruiting periods were selected at the Jintai electrical-irrigation area in Gansu Province. The results showed that the contents of C, N, P, K, S, and ash in different modules of adult plants were significantly different. Flowers were rich in C, N, P, and K; fruits in C, K, and S; leaves in C, S, and ash; stems and branches in C; and roots in C and N. C was the most important constituent in all modules of the plant. Its content in the stems reached 44.25%, which was highest among the modules, whereas that in the leaves was the lowest (29.8%) and only accounted for 67.3% of the stems. The accumulative amount of nutrient elements in different modules and vertical tree layers were also significantly different. The order of the total accumulative amount of nutrient elements in different modules was as follows: root ≈ stem > branch > leave > fruit > flower. C, as the major accumulative matter, accounted for more than 30% of dry biomass of the different modules, whereas N, P, K, and S each accounted for less than 3%. Aboveground, the total nutrient elements in the 0—50 cm, 50—100 cm, 100—150 cm, and 150—200 cm layers accounted for 26.9%, 42.3%, 24.5%, and 6.2%, respectively. This indicates that nutrient elements accumulate mainly in the 50—100 cm layer, which is a key layer for management. In addition, defoliation, fruit harvesting, and pruning annually result in the export of large amounts of nutrient elements, and the annual cumulative output of the three essential elements N, P, and K reached 190.4 kg/hm2, of which the output of fruits was 91.1 kg/hm2, accounting for 47.7%, and that of pruned branches was 23.2 kg/ hm2, accounting for 12.2%. The results showed that the different modules of the plant absorb different amounts of nutrient elements, and fruit harvesting and pruning caused significant losses of nutrient elements. In conclusion, rational fertilization is vital for maintaining the growth and high yield ofL.barbarumplantations, and it is also essential to return shredded pruned branches to saline lands.

Jingtai;Lyciumbarbarumplantation; module; matter allocation; nutrient element

國家自然科學基金項目(31660232, 31270754, 31560236); 甘肅省基礎(chǔ)研究創(chuàng)新群體項目(145RJIA335);GEF項目(GEF/53- 4280); 中國博士后科學基金項目(2012T50162); 國家科技惠民計劃項目

2016- 06- 24; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 04- 25

*通訊作者Corresponding author.E-mail: mql925@126.com

10.5846/stxb201606241239

馬全林,王耀琳,孫濤,李銀科,靳虎甲,宋德偉,朱國慶.鹽堿地人工栽培枸杞營養(yǎng)元素分配、累積及輸出特征.生態(tài)學報,2017,37(18):6111- 6119.

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