張玲
摘要:確定了甘肅省甘草、黃芪、黨參3種中藥材適宜生長的生態(tài)氣候指標(biāo),分析了氣候變化對幾種中藥材生育和產(chǎn)量的影響,確定了上述中藥材在甘肅省的適宜種植氣候區(qū)。
關(guān)鍵詞:中藥材;生態(tài)氣候指標(biāo);適宜氣候區(qū);氣候變化;甘肅省
中圖分類號:S567? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? ? ? ?文章編號:1001-1463(2020)05-0050-06
doi:10.3969/j.issn.1001-1463.2020.05.014
Effect of PEG-6000 Simulated Drought Stress on Germination of Colored Cotton Seed
ZHANG Minmin,PEI Huaidi,LIU Xinxing
(Institute of Biotechnology, Gansu Academy of Agriculture Sciences, Lanzhou Gansu,730070, China)
Abstract:Two colored cotton cultivars BC05 and Longlümian 3 were used as experimental materials, and PEG-6000 of different concentrations was used to simulate drought conditions. The response and drought resistance of colored cotton seeds to drought stress during germination were studied, to study the response and the analysis of drought resistance of colored cotton seeds to drought stress during the germination. The results showed that the low concentration of PEG-6000 had no significant effect on the germination potential and germination rate of cotton seeds; But with the increase of PEG-6000 concentration, the germination potential, germination rate were all showed a downward trend germination of seeds was inhibited. When PEG-6000 concentration was 30%, the germination of cottoned seeds was completely inhibited.
Key words:Colored cotton;Seed germination;PEG-6000 stress
甘肅省由于特殊的地理位置和地形地貌特征,具有經(jīng)緯度跨度大,海拔高度相差懸殊的特點(diǎn),氣候類型多樣,氣候資源豐富,為多種名特優(yōu)中藥材生長發(fā)育提供了良好的生態(tài)環(huán)境條件。2018年全省中藥材種植面積30.7萬hm2,中藥材產(chǎn)量1.2×105萬kg。甘草、黃芪、黨參等種植面積已具一定規(guī)模,成為地方發(fā)展經(jīng)濟(jì)、農(nóng)民增收致富的支柱產(chǎn)業(yè)。以往的研究側(cè)重于栽培、管理技術(shù)等方面[1 - 3 ],近年來對氣候變化帶來的生態(tài)環(huán)境變化、生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變及農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整需要,對中藥材氣候生態(tài)適應(yīng)性方面的研究逐漸增多[4 - 10 ]。為了滿足農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求,我們依據(jù)研究成果對甘草、黃芪、黨參的生態(tài)氣候特性和氣候適宜區(qū)進(jìn)行簡要分析,為種植戶進(jìn)一步了解甘肅省中藥材優(yōu)質(zhì)氣候資源和區(qū)域,擴(kuò)大種植規(guī)模、增加產(chǎn)量、提高品質(zhì)提供參考。
1? ?甘草
1.1? ?屬性及生理生態(tài)特性
甘草(Glycyrrhiza uralensis)為多年生草本豆科植物,為常用大宗藥材,根莖能治療各種疾病,有“十方九草”之美譽(yù),被大量用于臨床配方。不僅具有抗消化道潰瘍、保肝、抗艾滋病毒、止咳化痰、抗腫瘤、抗衰老、解毒、利尿和雙向調(diào)節(jié)等作用,還具有補(bǔ)脾益氣、調(diào)和藥性等功效[11 - 13 ]。
甘草具有耐鹽堿、耐干旱、抗風(fēng)沙、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣、生命力強(qiáng)的特性。根系發(fā)達(dá),入土深達(dá)1.5 m以下,莖部不定芽平伸四周成群落分布,形成很強(qiáng)的防風(fēng)固沙能力,主要分布在溫帶荒漠區(qū)和草原區(qū)的干旱、半干旱地帶,是優(yōu)良的防風(fēng)固沙植物,經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益俱佳[1 ]。在甘肅主要分布在河西走廊,由于光照豐富、日照時間長、土質(zhì)肥沃、晝夜溫差大,加之有灌溉條件,為甘肅甘草生長最適宜區(qū)。
1.2? ?氣候生態(tài)適應(yīng)性
甘草氣候適應(yīng)性廣,要求平均溫度4~12 ℃,≥10 ℃活動積溫2 500 ℃以上,無霜期150 d以上,年降水量在400 mm以下,年日照時數(shù)在2 500 h以上。河西走廊海拔2 000 m以下地帶年日照時數(shù)和降水量均能滿足要求,而且均處在最佳范圍內(nèi)[14 ]。
據(jù)甘草分期播種試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)[15 ],播種至出苗需有效積溫70.1 ℃,生物學(xué)下限溫度11.0 ℃,氣溫穩(wěn)定通過10 ℃初日為適播期指標(biāo)。越冬植株氣溫達(dá)10 ℃時芽開始萌動,15 ℃時進(jìn)入返青期,需≥10 ℃積溫250 ℃;返青至開花始期需要35~40 d,≥15 ℃積溫700 ℃;開花始期至種子成熟期需65~70 d,≥15 ℃積溫1 500~1 600 ℃。返青至種子成熟期需要≥15 ℃積溫2 200~2 300 ℃。氣溫穩(wěn)定通過5 ℃終日植株下部葉片開始枯黃,氣溫穩(wěn)定通過0 ℃終日莖葉進(jìn)入黃枯末期。根在極端最低氣溫-36.4 ℃下也能安全越冬[8 ]。
甘草生長期的熱量條件越好,積溫越高,產(chǎn)量越高。經(jīng)統(tǒng)計(jì),播種至采挖≥15 ℃積溫(∑T15)與鮮根重W(g/株)呈顯著正相 關(guān)[1 ]。
1.3? ?氣候變化對甘草生育的影響
1.3.1? ? 氣溫變化? ? 統(tǒng)計(jì)甘肅河西地區(qū)21個氣象臺站1961 — 2010年氣象資料得出,1986年是氣候發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折的年份;1987 — 2010年年平均氣溫比1961 — 1986年升高了0.8 ℃,以冬季增幅最大,為1.4 ℃。最低氣溫和最高氣溫分別平均升高0.9、0.8 ℃,夜間增溫大于白天。北部沿沙漠邊緣地帶增溫幅度最大,為1.0~1.2 ℃;南部祁連山地帶以及最西端的安敦盆地增幅最小,為0.6~0.8 ℃;中部地帶增幅為0.8~1.0 ℃?!? ℃積溫1987 — 2010年比1961 — 1986年平均增加145 ℃,北部增幅最大,為150~200 ℃;南部以及西部安敦盆地增幅最小,為100 ℃;中部為100~150 ℃?!? ℃開始日期20世紀(jì)90年代比60年代提前4 d左右,結(jié)束日期推遲3 d左右,生長季延長7~10 d。
1.3.2? ? 降水量變化? ? 河西地區(qū)年降水量1987 — 2010年比1961 — 1986年平均增加7.5 mm。其中中、東部降水量增幅大,為5~35 mm;西部增幅小,局部地方是負(fù)增長,為-10~5 mm。沿祁連山地帶增幅為15~35 mm,民樂增幅最大,為34.4 mm??可衬吘壍貛г龇^小,為2~10 mm;民勤增幅最小,為2.1 mm。
受氣候變化影響,河西地區(qū)甘草生產(chǎn)的主產(chǎn)區(qū)自20世紀(jì)90年代以來氣候明顯變暖變干,使得甘草生產(chǎn)環(huán)境氣候更為有利。尤其北部沿沙漠邊緣地帶隨著氣溫升高、熱量條件改善更有利于甘草生長,積溫增加產(chǎn)量提高10%左右。甘草種植時間和發(fā)芽生長時間提前10 d左右,生長季節(jié)延長近15 d。種植海拔升高100~200 m,適宜種植區(qū)域擴(kuò)大,降水和光照的變化均在適宜范圍之內(nèi),對其生產(chǎn)沒有影響。不利影響主要是春季多伴隨著強(qiáng)降溫天氣的出現(xiàn),晚霜凍和低溫凍害對苗期生長非常不利,需加強(qiáng)防范。
1.4? ?氣候生態(tài)適生種植區(qū)域
通過以上分析,選取≥15 ℃積溫為主導(dǎo)指標(biāo),海拔高度為輔助指標(biāo),投入產(chǎn)出比為參考指標(biāo),將主產(chǎn)地河西地區(qū)人工甘草氣候生態(tài)種植區(qū)劃分為4個區(qū)域。
1.4.1? ? 最適宜種植區(qū)? ? 包括敦煌(除南湖鄉(xiāng))、瓜州西部海拔低于1 200 m的地區(qū)。該區(qū)氣候溫?zé)幔瑹崃控S富,光照充足,降水稀少,年降水量 < 50 mm。安全播種期4月中旬至8月上旬,根齡3 a采挖,累積產(chǎn)鮮甘草37 t/hm2左右。種子成熟度好,產(chǎn)量高。
1.4.2? ? 適宜種植區(qū)? ? 包括敦煌的南湖鄉(xiāng),瓜州東部、金塔、張掖、臨澤、民勤、武威東北部沙漠沿線等海拔1 200~1 500 m的地區(qū)。該區(qū)氣候溫暖,熱量富裕,光照充足,降水很少,年降水量50~150 mm。安全播種期4月下旬至7月下旬,根齡3 a采挖,累積產(chǎn)鮮甘草27~37 t/hm2。種子成熟度較好,產(chǎn)量較高。
1.4.3? ? 次適宜種植區(qū)? ? 包括玉門、嘉峪關(guān)、酒泉、張掖、高臺、臨澤、武威等縣市。分東段(海拔1 500~1 700 m)和西段(1 500~? 1 800 m)2個區(qū)域。該區(qū)氣候溫和,熱量較好,光照充足,降水較少,年降水量70~190 mm。安全播種期5月上旬至7月中旬,大多年份種子不能成熟,根齡4 a采挖,累積產(chǎn)鮮甘草28~37 t/hm2,產(chǎn)量較低。
1.4.4? ? 可種植區(qū)? ? 包括玉門、酒泉、張掖、高臺、山丹、永昌、武威等縣市。分東段(海拔1 700~1 800 m)和西段(1 800~2 000 m)2個區(qū)域。該區(qū)氣候溫涼,熱量不足,年降水量80~220 mm。春播以5月中旬為宜,根齡4 a或以上才能采挖,累積產(chǎn)鮮甘草23~28 t/hm2,產(chǎn)量低。
2? ?黃芪
2.1? ?屬性及生理生態(tài)特性
黃芪(Astragalus membranaceus)屬豆科多年生草本植物,具有補(bǔ)氣固表、利水退腫、托毒排膿、生肌等功效,常服黃芪可以避免經(jīng)常性的感冒。甘肅隴西因所產(chǎn)黃芪質(zhì)優(yōu)量大,被中國農(nóng)學(xué)會特產(chǎn)專業(yè)委員會命名為“中國黃芪之鄉(xiāng)”。目前普遍種植的品種有內(nèi)蒙古黃芪、甘肅紅芪、膜莢黃芪等,其中紅芪為甘肅特產(chǎn),久負(fù)盛名[16 - 18 ]。
2.2? ?氣候生態(tài)適應(yīng)性
黃芪喜涼爽氣候,具有耐寒、怕熱、耐旱、忌水澇,喜溫和溫涼半干旱氣候生態(tài)類型的特點(diǎn)。黃芪適宜生態(tài)環(huán)境為海拔1 500~2 200 m的山區(qū)或半山區(qū)的旱生向陽山坡草地和草甸中,或向陽林緣、灌叢或疏林下,植被為針闊混交林或山地雜木地帶[10 ]。
春季氣溫穩(wěn)定通過10 ℃初日進(jìn)入移栽至返青期,返青至現(xiàn)蕾期適宜氣溫12~18 ℃,現(xiàn)蕾至開花期16~20 ℃,開花至結(jié)果期17~19 ℃,10月中旬氣溫在10~11 ℃時采挖。從移栽返青至停止生長全生育期200 d左右,≥10 ℃積溫2 300~2 800 ℃。開花結(jié)果和根生長期對熱量要求比較嚴(yán)格,氣溫過高光合物質(zhì)消耗大,向主根輸送轉(zhuǎn)化積累減少,芪根疏松,品質(zhì)下降;氣溫過低則生長期短,主根不能下扎,品相短矮,品質(zhì)差。
2.3? ?氣候變化對黃芪生育的影響
以甘肅隴西為例,≥10 ℃活動積溫平均值為2 444 ℃,近30 年增幅為167.4 ℃/10 a,增加趨勢明顯。隨著氣候變暖,主產(chǎn)區(qū)熱量資源增加,對于喜涼爽氣候的黃芪生長不利,高溫易促使生育期縮短,不利于生長和高產(chǎn)形成。氣候變暖可使適宜種植區(qū)上限提高100~200 m,有利于擴(kuò)大適種范圍。日平均氣溫穩(wěn)定通過10 ℃的多年平均日期為5月11日,回歸分析顯示,穩(wěn)定通過10 ℃適宜播種日期傾向率為-6.6 d/10 a,即隨著氣候變暖主產(chǎn)區(qū)春季回暖明顯,適宜播種期、移栽期至返青期在不斷提前,有利于提早播種和利用早春的氣候資源促進(jìn)早生長早發(fā)育[8 ]。
隴西縣多年平均降水量420 mm。分析發(fā)現(xiàn),20世紀(jì)80年代至90年代中后期降水量呈減少趨勢,其中1997年降水量僅為歷年平均值的56%。2000 — 2010年降水量呈凸峰型,且年際分布差異較大,2002年降水量僅占?xì)v年平均值的66%,2003年卻高達(dá)594.6 mm,超過歷年平均值的40%而成為主產(chǎn)區(qū)最濕潤的年份,前后兩個時段降水均較少。主產(chǎn)區(qū)7 — 8月正值黃芪現(xiàn)蕾~結(jié)果期,該時段降水平均占全年的36%,其變化特征與年降水量變化相一致,可見降水的明顯波動使黃芪生長具有不確定性。雖然黃芪比較耐旱,但在生長關(guān)鍵期仍然要保障水分的供給,加強(qiáng)田間管理,增加灌溉,是提升黃芪產(chǎn)量與品質(zhì)的主要措施[18 - 19 ]。
2.4? ?氣候生態(tài)適生種植區(qū)域
選取≥10 ℃積溫和年降水量為主導(dǎo)指標(biāo),海拔高度為輔助指標(biāo),單產(chǎn)和品質(zhì)為參考指標(biāo),將主產(chǎn)地黃芪劃分出氣候生態(tài)適生種植區(qū)域。
2.4.1? ? 最適宜種植區(qū)? ? ≥10 ℃積溫2 500~2 700 ℃,莖葉生長期氣溫8~16 ℃,開花結(jié)果氣溫18~19 ℃;年降水量450~500 mm,全生育期降水量400 mm左右。該區(qū)包括武都區(qū)安化米倉山一帶,以及隴西、渭源縣海拔高度1 700~2 000 m的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該區(qū)域?qū)贉貨霭敫珊禋夂蝾愋?,為半高山地帶,熱量和水分以及土壤等氣候生態(tài)條件最優(yōu),產(chǎn)量最高,品質(zhì)最好,單產(chǎn)干貨達(dá)3 000~ 3 750 kg/hm2,特等品和一等品成品率占80%以上。
2.4.2? ? 適宜種植區(qū)? ? 可分兩個種植地帶。一是海拔1 500~1 700 m的河谷沿岸的半山地帶,屬溫和半濕潤氣候區(qū),≥10 ℃積溫? ? ? 2 700~2 900 ℃,莖葉生長期氣溫9~17 ℃,開花結(jié)果氣溫18~20 ℃;年降水量450~600 mm,全生育期降水量400~500 mm。該地帶的主要問題是生育關(guān)鍵期氣溫偏高。另一個地帶為海拔2 000~2 200 m的二陰山地,屬溫涼濕潤氣候區(qū),≥10 ℃積溫2 300~2 500 ℃,莖葉生長期氣溫7~15 ℃,開花結(jié)果氣溫16~17 ℃;年降水量550~650 mm,全生育期降水量500~550 mm。該地帶生產(chǎn)的主要問題是關(guān)鍵生育期降水偏多。該區(qū)包括武都、西和、宕昌、渭源和隴西等縣區(qū)的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn),熱量和水分等氣候生態(tài)條件比較好,產(chǎn)量較高,品質(zhì)較好,單產(chǎn)干貨達(dá)2 500~3 000 kg/hm2,特等品和一等品成品率占60%~70%。
3? ?黨參
3.1? ?屬性及生理生態(tài)特性
黨參(Codonopsis pilosula)屬桔梗科多年生草本植物,以根入藥。有補(bǔ)中益氣、止渴、健脾益肺、養(yǎng)血生津的功效?!鞍讞l黨”、“紋黨”具有根條粗直、肉實(shí)紋細(xì)、體質(zhì)柔韌、斷面微黃,呈菊花心,糖足味甜,藥效顯著而聞名全國,為甘肅傳統(tǒng)名特產(chǎn)品。主要分布在隴西、岷縣和渭源等縣。2013年,全省黨參種植面積達(dá)4.22萬hm2,單產(chǎn)為2 428 kg/hm2,總產(chǎn)達(dá)10 250萬kg[20 - 21 ]。
3.2? ?氣候生態(tài)適應(yīng)性
黨參適宜在海拔1 600~2 000 m,土壤濕度在13%~17%,年平均氣溫6.5~7.0 ℃,年日照時數(shù)在1 800~1 900 h的溫涼半濕潤、半干旱氣候區(qū)生長。第1年育苗,第2年移栽,移栽后生長2~3 a采挖入藥。據(jù)文縣1998 — 2000年分期移栽試驗(yàn)分析,以4月中旬氣溫穩(wěn)定通過10 ℃時移栽的產(chǎn)量性狀最好、產(chǎn)量最高[22 ]。移栽至返青期適宜氣溫為10~13 ℃,展葉期為12~16 ℃,開花期為15~20 ℃,根生長期為20~16 ℃,10月下旬氣溫低于8 ℃停止生長進(jìn)入枯萎期。從返青至枯萎全生長期150~190 d,≥10 ℃積溫2 000~2 800 ℃。參根生長量與≥10 ℃積溫相關(guān)系數(shù)為0.786,經(jīng)檢驗(yàn)為極顯著相關(guān)。當(dāng)日平均溫度升至14 ℃以上時,參根進(jìn)入生長期;日平均溫度升至16 ℃以上時,生長較快;日平均溫度18 ℃以上時,生長迅速,日長量周長平均在0.2~0.3 cm,周長達(dá)4.5~5.2 cm。初步認(rèn)為參根生長下限溫度為14 ℃,適宜溫度為16~20 ℃。
從試驗(yàn)資料分析,獲得正常年景產(chǎn)量,需年降水量500~600 mm。據(jù)主產(chǎn)地渭源縣統(tǒng)計(jì)不同生育期降水量與產(chǎn)量相關(guān)關(guān)系得出,移栽至返青期4月中旬至5月中旬,≥10 mm以上降水有利于移苗成活。7 — 8月是黨參根迅速膨大期,也是需水關(guān)鍵期,降水量與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。7 — 8月降水量小于150 mm時,產(chǎn)量下降20%以上;降水量在150~250 mm時,產(chǎn)量達(dá)到正常年景;降水量大于250 mm時,產(chǎn)量增加20%以上。
3.3? ?氣候變化對黨參生育的影響
隨著全球氣候變暖,黨參種植區(qū)的氣候背景也發(fā)生了很大的變化。以“紋黨”主產(chǎn)區(qū)的文縣為例,多年平均溫度15.1 ℃,年降水量437 mm。1980 — 2010年降水量減少趨勢顯著,減幅為53.8 mm/10 a,其中2004年最為干旱(290.9 mm),降水量僅為歷年平均值的67%,2006 — 2010年降水明顯減少。與此同時,7 — 8月降水變化也非常顯著,變幅為50~270 mm,若以歷年平均值20%為干旱指數(shù),則干旱年份接近30%,其中有4 a降水量少于歷年平均值的50%。降水是黨參產(chǎn)量與品質(zhì)的決定性因素,在需水關(guān)鍵期,干旱限制了黨參對水分的敏感性要求。通過累計(jì)距平分析發(fā)現(xiàn),主產(chǎn)區(qū)在1995年為降水突變年,1996 — 2010年降水比1980 — 1995年偏少21%,干旱特征明顯。與此同時,播種至出苗期間的降水量也明顯減少,減幅為26 mm/10 a,水分脅迫嚴(yán)重。春季≥10 mm降水平均出現(xiàn)在5月4日,21世紀(jì)以來降水出現(xiàn)時間提前約8 d,說明春雨對黨參出苗十分有利[8 ]。
主產(chǎn)區(qū)升溫非常明顯,增幅為0.65 ℃/10 a,突變點(diǎn)出現(xiàn)在1996年。其中后期比前期增溫1.00 ℃,3 — 6月增溫0.75 ℃/10 a,生育期≥10 ℃積溫增幅為245 ℃/10 a。穩(wěn)定通過≥10 ℃日期在1997 — 2010年間平均為3月26日,比前期提前9 d,黨參移栽期提前,生長期延長,生育時段熱量充裕。
3.4? ?氣候生態(tài)適生種植區(qū)域
通過以上分析,選取≥0 ℃積溫和年降水量為主導(dǎo)指標(biāo),海拔高度為輔助指標(biāo),單產(chǎn)為參考指標(biāo),將主產(chǎn)地黨參劃分出不同品種氣候生態(tài)適生種植區(qū)域。
3.4.1? ? 白條黨參最適宜和適宜種植區(qū)域? ? 該區(qū)包括臨洮、渭源、隴西三縣的大部分及漳縣、通渭縣、安定區(qū)的少部分海拔在2 000~ 2 400 m的鄉(xiāng)鎮(zhèn),屬溫涼半濕潤氣候類型,為洮岷的淺山或半山地帶。由于氣溫和降水適宜白條黨參生長的氣候生態(tài)條件,單產(chǎn)達(dá)到2 000~2 500 kg/hm2。生產(chǎn)上主要問題是少數(shù)年份有春末夏初旱和伏旱的危害。
3.4.2? ? 紋黨最適宜和適宜種植區(qū)域? ? 包括文縣、宕昌縣大部、禮縣、西和縣、武都區(qū)、成縣少部分海拔在1 600~2 000 m的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。該區(qū)域?qū)贉睾桶霛駶櫄夂蝾愋?,為山地二陰區(qū)或河谷沿岸的半山地帶。熱量和水分條件適宜“紋黨”生長的氣候生態(tài)條件,單產(chǎn)達(dá)2 000~2 500 kg/hm2。該區(qū)域育苗時間分春、秋兩季,海拔較低的地方可在9月下旬至10月中旬播種;海拔較高地方可在4月下旬至5月中旬第一場好雨后春播。生產(chǎn)上的主要問題是海拔較低的地方常有干旱危害,影響較重,要注意保濕增水。
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(本文責(zé)編:陳? 偉)