大田作物在不同鹽堿地的飼料價值評價

王旺年 葛均筑 楊海昌 陰法庭 黃太利 蒯 婕 王 晶 汪 波,* 周廣生 傅廷棟

大田作物在不同鹽堿地的飼料價值評價

王旺年1,4葛均筑2楊海昌3陰法庭3黃太利5蒯 婕1王 晶1汪 波1,*周廣生1傅廷棟1

1華中農(nóng)業(yè)大學植物科學技術(shù)學院, 湖北武漢 430070;2天津農(nóng)學院農(nóng)學與資源環(huán)境學院, 天津 300384;3石河子大學農(nóng)學院, 新疆石河子 832003;4玉林市農(nóng)業(yè)科學院/廣西農(nóng)業(yè)科學院玉林分院, 廣西玉林 537000;5大冶市畜牧獸醫(yī)局, 湖北大冶 435100

我國鹽堿地分布廣、面積大。在鹽堿地選種有飼料價值的作物, 實現(xiàn)種養(yǎng)循環(huán), 對推動我國草食畜牧業(yè)的發(fā)展及鹽堿地改良具有重要意義。本研究分別在天津濱海鹽堿地(NaCl型)和新疆西北內(nèi)陸鹽堿地(Na2SO4-NaHCO3型)選取鹽堿度差異大的地塊, 種植具有飼料價值的玉米、高粱、小麥、谷子、大豆、油菜等大田作物, 測定生物學產(chǎn)量、植株粗蛋白含量、鈉離子、鉀離子含量等指標。結(jié)果表明, 在NaCl型和Na2SO4-NaHCO3型鹽堿地, 當其含鹽量分別低于1.82 g kg–1和2.00 g kg–1時, 各作物生物學及蛋白質(zhì)產(chǎn)量均與常規(guī)耕地接近, 可作為飼料生產(chǎn)基地加以利用; 當Na2SO4-NaHCO3型鹽堿地含鹽量達2.49 g kg–1時, 油菜生物學及蛋白質(zhì)產(chǎn)量均顯著高于其他作物, 因此可種植油菜作飼料開發(fā)利用; 當NaCl型和Na2SO4-NaHCO3型鹽堿地含鹽量分別達3.63 g kg–1和4.42 g kg–1時, 各作物生物學及蛋白質(zhì)產(chǎn)量均低于常規(guī)耕地的51.72%, 利用價值低, 建議改良后利用。在兩試驗點的不同地塊, 油菜對土壤Na+的富集量均顯著高于其他作物(<0.05), 同時也顯著降低了土壤全鹽量和Na+含量。本試驗中, 在含鹽量分別為1.82、2.00、2.49 g kg–1的地塊中, 油菜富集Na+效果最為明顯, 油菜對土壤Na+的富集量分別為39.45、102.24、57.19 kg hm–2, 分別占0～20 cm耕層土壤Na+的13.02%、15.99%、8.94%, 鹽堿地改良效果顯著。上述結(jié)果為利用我國鹽堿地進行草食飼料原料生產(chǎn), 促進草食畜牧業(yè)發(fā)展及鹽堿地改良提供了參考。

飼料作物; 生物學產(chǎn)量; 粗蛋白產(chǎn)量; 土壤鹽含量; Na+含量

隨著我國畜牧業(yè)發(fā)展, 飼料需求持續(xù)增加[1], 供給矛盾加劇。2017年我國飼料缺口5850萬噸[2], 其中草食飼料缺乏是限制我國草食畜牧業(yè)發(fā)展的重要因素[3]。糧食型飼料為我國主要飼料原料, “人畜爭糧”局面引發(fā)了全社會關(guān)注的糧食安全問題[4]。因此, 我國在“十三五”期間大力推進“糧改飼”與種養(yǎng)結(jié)合模式[5-6]。示范推廣具有飼料價值的農(nóng)作物, 可在保障我國糧食安全、緩解飼料矛盾的同時, 提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益[7]。

我國鹽堿地面積約3666萬公頃[8], 且大部分鹽堿地未得到開發(fā)利用[9]。開展鹽堿地治理研究, 對改善鹽堿地質(zhì)量和提高土地生產(chǎn)力具有重要作用[10]。國內(nèi)相關(guān)研究主要有土壤脫鹽(如植物積累土壤鹽分離子, 根際固定、過濾離子等)[11-12]、改善土壤理化性狀(如提高肥力、保水性, 改善通透性等)[13-15]和增加土壤酶及微生物活性(如提升β-葡萄糖苷酶、堿性磷酸酶活性, 增加真菌豐度等)[16-18]3個方向。種植耐鹽堿植物是鹽堿地治理的重要措施[19-20]。目前利用的耐鹽堿植物主要有鹽生植物(如藜木、鼠尾草等)[21-23]和耐鹽性較強的經(jīng)濟作物(如燕麥、棉花等)[24-25]。

Na+是鹽堿土壤中的主要毒性離子[26]。相對于鹽生植物, 經(jīng)濟作物地上部Na+含量低, 通過作物富集并降低土壤Na+的作用不明顯[27], 且需結(jié)合覆膜滴灌[28]、淋洗鹽分等[29]農(nóng)藝和水利措施[19]。本試驗擬結(jié)合飼料生產(chǎn)與鹽堿地修復(fù), 在不同類型及鹽堿程度的土壤中種植具有飼料價值的玉米、高粱、小麥、谷子、大豆、油菜等大田作物, 比較不同作物的飼料產(chǎn)量、品質(zhì)及鹽堿地治理效果, 為我國鹽堿地治理及利用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗點選用新疆維吾爾自治區(qū)石河子市石河子大學試驗站(44.3311oN, 86.0016oE)和天津市靜海區(qū)天津農(nóng)學院試驗站(38.8593oN, 117.2152oE), 鹽堿地類型分別為Na2SO4-NaHCO3型和NaCl型(表1)。試驗分別于春小麥(新疆試驗點)、冬小麥(天津試驗點)收獲期后開展, 其中2018年新疆試點3個地塊含鹽量分別為1.39 (X1)、2.49 (X2)、6.20 g kg–1(X3), 試驗期間降雨量為45.4 mm, 大于10℃的有效積溫為1605.3℃; 2019年, 新疆試點2個地塊含鹽量分別為1.82 g kg–1(X4)和4.46 g kg–1(X5), 試驗期間降雨量為24.5 mm, 大于10 ℃的有效積溫為1643.9℃; 天津試點2個地塊含鹽量分別為2.00 g kg–1(T1)和3.63 g kg–1(T2), 試驗期間降雨量為113.0 mm, 大于10℃的有效積溫為1784.5℃。各試驗地初始土壤關(guān)鍵指標見表1和表2。

Na+、Ca2+、HCO3–、SO42–為新疆試點含鹽量大于等于2.49 g kg–1地塊的主要離子, 分別占全鹽含量的8.84%～9.84%、14.46%～17.71%、10.84%～13.71%和12.78%～14.52%, 為Na2SO4-NaHCO3型; Na+、Ca2+、Cl–、SO42–為天津試點含鹽量為3.63 g kg–1地塊的主要離子, 分別占全鹽含量的16.02%、14.36%、46.69%和14.36%, 為NaCl型[30]。

表1 供試土壤主要離子的含量

X1、X2、X3為2018年新疆試驗點試驗地塊, X4、X5為2019年新疆試驗點試驗地塊, T1、T2為2019年天津試驗點試驗地塊。

X1, X2, and X3 are the plots of Xinjiang in 2018, X4 and X5 are the plots of Xinjiang in 2019, T1 and T2 are the plots of Tianjin in 2019.

表2 供試土壤的主要指標參數(shù)

X1、X2、X3為2018年新疆試驗點試驗地塊, X4、X5為2019年新疆試驗點試驗地塊, T1、T2為2019年天津試驗點試驗地塊。

X1, X2, and X3 are the plots of Xinjiang in 2018, X4 and X5 are the plots of Xinjiang in 2019, T1 and T2 are the plots of Tianjin in 2019.

1.2 試驗材料

2018年新疆試點供試材料為: 甘藍型油菜‘華油雜62’、常規(guī)玉米‘新玉70’、小麥‘新冬33’、谷子‘神谷7號’、高粱‘團結(jié)6號’。2019年天津與新疆試點供試材料均為: 甘藍型油菜‘華油雜62’、青貯玉米‘大京九26’、小麥‘津強7號’、大豆‘中黃13’、谷子‘衡谷13號’、甜高粱‘甜雜2號’。

1.3 試驗設(shè)計

2018年在新疆試點選用含鹽量較輕的常規(guī)耕地(X1)為對照, 以含鹽量較高的2個地塊(X2和X3)為處理; 2019年在新疆、天津2個試點, 均選用含鹽量較輕的耕地為對照, 分別記為X4和T1, 以含鹽量較高的地塊為處理, 分別記為X5和T2。各地塊均種植玉米、高粱、小麥、谷子、大豆、油菜等作物, 密度分別為8×104、1.6×105、9×106、6×105、4.8×105和3×105株 hm–2。隨機區(qū)組排列, 3次重復(fù); 小區(qū)面積設(shè)為12 m2(6 m×2 m)。播種前施磷酸二銨(N∶P2O5=18%∶46%) 375 kg hm–2、尿素(46.4% N) 50 kg hm–2、硫酸鉀40 kg hm–2(K2O≥50%, S≥16%)為基肥。2018年, 新疆試點播種期為7月28日; 2019年, 新疆、天津試點播種期分別為7月30日和4月22日。播種后滴灌確保出苗。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 樣品采集 在油菜初花期(播種80 d左右)采集作物樣品、在播種前3 d和油菜初花期采集土壤樣品, 均為3個重復(fù)。各小區(qū)作物留茬2 cm收割作物地上部, 收獲面積均為4.8 m2, 稱作物鮮重后, 隨機留取2 kg左右鮮樣, 在105℃條件下殺青1 h, 75℃烘干至恒重作為采集的作物樣品, 用于計算各小區(qū)干物質(zhì)重和測定作物地上部分粗蛋白、Na+、K+含量。各小區(qū)土壤樣品用五點取樣法取樣, 使用取土鉆(5 cm)在各作物行間采集5份0～20 cm土層的土樣, 將5份土樣混合為1個樣品, 將土壤樣品避光自然風干, 剔除雜物后過20目和100目篩, 用于測定土壤全氮、有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀、Na+和K+含量。

1.4.2 測定方法 烘干粉碎后的作物樣品過40目篩, 用H2SO4-H2O2法消煮, 稀釋過濾后采用火焰分光光度計法測定作物地上部分Na+、K+含量; 采用凱氏定氮法測定作物地上部分全氮含量[31]。

用凱氏定氮法測定土壤全氮; 重鉻酸鉀-硫酸氧化(外加熱法)測定土壤有機質(zhì); 堿解擴散法測定土壤堿解氮; 0.5 mol L–1碳酸氫鈉溶液浸提-鉬銻抗比色法測定土壤速效磷; 1.0 mol L-1乙酸銨浸提-火焰分光光度計法測定土壤速效鉀; 蒸發(fā)法測定(土∶水=1∶5)土壤全鹽、火焰分光光度計法測定(土∶水=1∶5)土壤Na+、K+ [31]。

1.4.3 生物學產(chǎn)量 根據(jù)作物小區(qū)測產(chǎn)鮮重、所取樣品鮮重及烘干后樣品干重, 計算小區(qū)植株干物質(zhì)率和作物生物學產(chǎn)量。

1.4.4 粗蛋白產(chǎn)量、作物Na+吸收量 根據(jù)作物小區(qū)測產(chǎn)鮮重、樣品植株干物質(zhì)率、植株全氮含量、植株Na+含量, 分別計算作物粗蛋白產(chǎn)量和作物Na+吸收量。

土壤耕層體取樣范圍為0～20 cm, 土壤耕層體積為2000 m3hm–2

1.4.5 作物生物學產(chǎn)量潛力、粗蛋白產(chǎn)量潛力

根據(jù)新疆地區(qū)常規(guī)耕地(X1)的作物生物學產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量和其他地塊作物生物學產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量, 分別計算不同作物在不同含鹽量地塊中的作物生物學產(chǎn)量潛力和作物粗蛋白產(chǎn)量潛力。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS19.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。采用最小顯著差法(Least significant difference, LSD)進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對作物粗蛋白含量的影響

在不同含鹽量的地塊中, 作物的粗蛋白含量存在差異(圖1)。在天津試驗點中, 高鹽處理下作物粗蛋白含量顯著下降, 而在新疆試驗點, 隨著土壤含鹽量增加, 作物粗蛋白含量變化有所不同。在2018年新疆試驗點中, 隨著土壤含鹽量增加, 油菜、高粱的粗蛋白含量呈先增加后降低的趨勢, 小麥、玉米的粗蛋白含量降低, 谷子粗蛋白含量增加。在2019年新疆試驗點中, 高鹽處理下谷子、小麥、油菜、大豆的粗蛋白含量降低, 高粱、玉米的粗蛋白含量增加。各作物中, 油菜在土壤含鹽量低于2.49 g kg–1的各地塊中粗蛋白含量較高, 為15.03%～18.66%, 玉米的粗蛋白含量最低, 為5.28%～7.70%; 在2018年新疆試驗點土壤含鹽量為6.20 g kg–1的地塊中, 谷子的粗蛋白含量為12.75%, 顯著高于其他作物; 大豆在2019年新疆、天津試驗點土壤含鹽量分別為4.46 g kg–1和3.63g kg–1的地塊中的粗蛋白含量為15.38%和13.41%, 顯著高于其他作物。

2.2 鹽堿脅迫對作物生物學產(chǎn)量和粗蛋白產(chǎn)量的影響

在不同含鹽量的地塊中, 飼料作物生物學產(chǎn)量和粗蛋白產(chǎn)量存在差異(圖2)。隨著土壤含鹽量增加, 谷子、小麥、高粱、玉米的生物學產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量下降, 小麥、油菜在2018年新疆試驗點中在土壤含鹽量為2.49 g kg–1的地塊中生物學產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量最高。

高粱、玉米在土壤含鹽量等于低于2.00 g kg–1的各地塊中生物學產(chǎn)量較高, 為13.72～19.99 t hm–2, 顯著高于其他作物; 油菜在土壤含鹽量等于低于2.49 g kg–1的各地塊中粗蛋白產(chǎn)量最高, 為1.55～ 1.99 t hm–2, 顯著高于其他作物。在2018年新疆試驗點中, 油菜在土壤含鹽量為2.49 g kg–1的地塊中生物學產(chǎn)量為12.37 t hm–2, 顯著高于其他作物; 小麥在土壤含鹽量為6.20 g kg–1的地塊中的生物學產(chǎn)量和粗蛋白產(chǎn)量顯著高于其他作物, 分別為4.11 t hm–2和0.43 t hm–2。在2019年新疆試驗點土壤含鹽量為4.46 g kg–1的地塊中, 小麥、高粱的生物學產(chǎn)量分別為7.40 t hm–2和7.49 t hm–2, 顯著高于其他作物; 高粱的粗蛋白產(chǎn)量為0.80 t hm–2, 顯著高于其他作物。在2019年天津試驗點土壤含鹽量為3.63 g kg–1的地塊中, 油菜的生物學產(chǎn)量最高, 為4.19 t hm–2; 大豆的粗蛋白產(chǎn)量為0.53 t hm–2, 顯著高于其他作物。

2.3 鹽堿地作物產(chǎn)量潛力

在2018年新疆試驗點常規(guī)耕地(X1)中, 在油菜初花期階段玉米生物量最大, 油菜粗蛋白產(chǎn)量最高, 分別以常規(guī)地塊玉米生物量及油菜粗蛋白產(chǎn)量為對照, 研究不同作物在各含鹽量地塊中的最高生產(chǎn)潛力。

在新疆試驗點中, 谷子、小麥、油菜、高粱的生物學產(chǎn)量潛力、粗蛋白產(chǎn)量潛力隨著含鹽量增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(表3)。谷子、高粱的生物學產(chǎn)量潛力和粗蛋白產(chǎn)量潛力在土壤含鹽量1.82 g kg–1的地塊中高于常規(guī)耕地, 在土壤含鹽量為2.49 g kg–1地塊中顯著低于常規(guī)耕地; 油菜的生物學產(chǎn)量潛力和粗蛋白產(chǎn)量潛力在土壤含鹽量為2.49 g kg–1地塊中顯著高于常規(guī)耕地, 在土壤含鹽量為4.46 g kg–1地塊中顯著低 于常規(guī)耕地; 小麥的生物學產(chǎn)量潛力在土壤含鹽量為4.46 g kg–1的地塊顯著高于常規(guī)耕地, 在土壤含鹽量為6.20 g kg–1地塊顯著低于常規(guī)耕地; 玉米的生物學產(chǎn)量潛力、粗蛋白產(chǎn)量潛力隨著土壤含鹽量的增加而下降, 當土壤含鹽量為1.82 g kg–1時, 玉米的生物學產(chǎn)量潛力和粗蛋白產(chǎn)量潛力顯著低于常規(guī)耕地。

圖1 不同含鹽量地塊作物粗蛋白含量差異

柱上不同小寫字母表示同一試驗點同一含鹽量地塊不同作物粗蛋白含量在0.05水平差異顯著, **表示在0.01水平差異顯著。新疆試驗點X1、X2、X3、X4、X5地塊的土壤含鹽量分別為1.39、2.49、6.20、1.82和4.46 g kg–1, 天津試驗點T1、T2地塊的土壤含鹽量分別為2.00 g kg–1和3.63 g kg–1。

Different lowercase letters above the bars indicate significant differences among crude protein content of crops in same salt content plots at the 0.05 probability level in same test point, and ** indicate significant differences at the 0.01 probability level. The soil salt content of the X1, X2, X3, X4, and X5 plots in Xinjiang was 1.39, 2.49, 6.20, 1.82, and 4.46 g kg–1, respectively. The soil salt content of the T1 and T2 plots in Tianjin was 2.00 g kg–1and 3.63 g kg–1, respectively.

(圖2)

柱上不同小寫字母表示同一試驗點同一含鹽量地塊不同作物產(chǎn)量潛力在0.05水平差異顯著, **表示在0.01水平差異顯著。新疆試驗點X1、X2、X3、X4、X5地塊的土壤含鹽量分別為1.39、2.49、6.20、1.82和4.46 g kg–1, 天津試驗點T1、T2地塊的土壤含鹽量分別為2.00 g kg–1和3.63 g kg–1。

Different lowercase letters above the bars indicate significant differences among different crops yield potential in same salt content plots at the 0.05 probability level in same test point, and ** indicates significant differences at the 0.01 probability level. The soil salt content of the X1, X2, X3, X4, and X5 plots in Xinjiang was 1.39, 2.49, 6.20, 1.82, and 4.46 g kg–1, respectively. The soil salt content of the T1 and T2 plots in Tianjin was 2.00 g kg–1and 3.63 g kg–1, respectively.

表3 作物生物學產(chǎn)量和粗蛋白產(chǎn)量生產(chǎn)潛力

“—”表示無數(shù)據(jù)。同列不同小寫字母表示同一試驗點不同含鹽量地塊作物產(chǎn)量潛力在0.05水平上的差異顯著。

“—” means no data. Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among crops yield potential in different salt content plots at the 0.05 probability level in same plot.

在天津試驗點中, 當土壤含鹽量為2.00 g kg–1時, 小麥、高粱的生物學產(chǎn)量潛力與新疆試驗點的常規(guī)地塊無顯著差異, 可認為作物在天津試驗點土壤含鹽量為2.00 g kg–1地塊中具備正常的生產(chǎn)力。在新疆、天津試驗點, 當土壤含鹽量分別高于4.46 g kg–1和3.63 g kg–1, 作物生物學產(chǎn)量潛力分別低于37.45%和20.97%, 粗蛋白產(chǎn)量潛力分別低于51.72%和34.26%, 種植作物的經(jīng)濟效益低下, 不宜飼料生產(chǎn)。

2.4 鹽堿脅迫下作物積累Na+、K+

在新疆試驗點中, 隨著土壤含鹽量增加, 作物地上部分Na+積累量增加, K+/Na+比值下降, 2年試驗結(jié)果較一致(圖3)。不同作物的地上部分Na+積累含量和K+/Na+比值不同, 油菜的地上部分Na+含量在2.27～8.48 mg g–1, 高于其他作物, 油菜地上部分K+/Na+比值為3.39～10.11, 低于其他作物(X3地塊玉米除外)。在天津試驗點, 高鹽地塊處理下大豆、玉米的地上部分Na+含量顯著增加, K+/Na+比值顯著下降; 谷子、小麥、油菜的地上部分Na+含量降低, 谷子、油菜的地上部分K+/Na+比值顯著增加, 小麥、大豆、玉米的地上部分K+/Na+比值顯著下降。油菜的地上部分Na+含量為4.56～11.83 mg g–1, 遠高于其他作物, 油菜地上部分K+/Na+比值為3.06～4.58, 低于其他作物。在2019年試驗中, 作物在天津試驗點的地上部分Na+含量高于新疆試驗點, 作物在天津試驗點的K+/Na+比值低于新疆試驗點。

在新疆試驗點中, 隨著土壤含鹽量增加, 油菜的地上部分K+含量增加, 小麥、高粱的地上部分K+含量降低, 2年試驗結(jié)果一致。在天津試驗點中, 高鹽處理下作物的地上部分K+含量顯著降低。

2.5 作物對土壤Na+的吸收量

作物對土壤Na+吸收量不同(表4)。在同一地塊中, 油菜對土壤Na+吸收量顯著高于其他作物。在新疆試驗點, 油菜對土壤Na+吸收量隨土壤含鹽量增加, 呈先增加后降低的趨勢, 油菜在土壤含鹽量為2.49 g kg–1的地塊中對土壤Na+吸收量最大, 為57.19 kg hm–2。在天津試驗點中, 油菜在土壤含鹽量為2.00 g kg–1的鹽堿地塊中Na+吸收量高于土壤含鹽量為3.63 g kg–1的地塊, 其土壤Na+吸收量為102.24 kg hm–2。在土壤含鹽量低于等于2.49 g kg–1的地塊中, 油菜吸收土壤Na+質(zhì)量占0～20 cm耕層土壤Na+質(zhì)量的7.64%～15.99%, 在土壤含鹽量在3.63～6.20 g kg–1的地塊中, 油菜吸收土壤Na+質(zhì)量為0～20 cm耕層土壤Na+質(zhì)量的1.14%～1.92%。

(圖3)

柱上不同小寫字母表示同一試驗點同一含鹽量地塊不同作物地上部離子含量在0.05水平差異顯著, Ns表示差異不顯著, **表示在0.01水平差異顯著。新疆試驗點X1、X2、X3、X4、X5地塊的土壤含鹽量分別為1.39、2.49、6.20、1.82和4.46 g kg–1, 天津試驗點T1、T2地塊的土壤含鹽量分別為2.00 g kg–1和3.63 g kg–1。

Different lowercase letters above the bar indicate significant differences among ion content of aboveground parts of crops in same salt content plots at the 0.05 probability level in same test point, and Ns indicates no significant difference, ** indicates significant differences at the 0.01 probability level. The soil salt content of the X1, X2, X3, X4, and X5 plots in Xinjiang was 1.39, 2.49, 6.20, 1.82, and 4.46 g kg–1, respectively. The soil salt content of the T1 and T2 plots in Tianjin was 2.00 g kg–1and 3.63 g kg–1, respectively.

表4 作物對土壤Na+的吸收

“—”表示無數(shù)據(jù)。同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。新疆試驗點X1、X2、X3、X4、X5地塊的土壤含鹽量分別為1.39、2.49、6.20、1.82和4.46 g kg–1, 天津試驗點T1、T2地塊的土壤含鹽量分別為2.00 g kg–1和3.63 g kg–1。

“—” means no data. Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at the 0.05 probability level. The soil salt content of the X1, X2, X3, X4, and X5 plots in Xinjiang was 1.39, 2.49, 6.20, 1.82, and 4.46 g kg–1, respectively. The soil salt content of the T1 and T2 plots in Tianjin was 2.00 g kg–1and 3.63 g kg–1, respectively.

2.6 種植作物后土壤理化性狀變化

種植作物后, 各試驗地塊的土壤有機質(zhì)含量增加, 部分地塊的土壤含鹽量、Na+含量下降。新疆試驗點中, 在土壤含鹽量低于2.49 g kg–1的各地塊中, 種植飼料作物后土壤含鹽量(X4地塊小麥例外)和Na+含量下降。其中, 種植油菜后土壤全鹽含量、Na+含量分別下降33.33%～42.17%、38.59%～54.90%, 顯著低于對照和其他作物; 新疆試驗點中, 在土壤含鹽量為4.46 g kg–1的地塊中, 種植油菜后土壤全鹽、Na+含量顯著低于對照和其他作物, 分別下降19.34%、46.37%, 而種植高粱和玉米后, 土壤含鹽量顯著高于對照; 在土壤含鹽量為6.20 g kg–1的地塊中, 種植油菜之后土壤全鹽含量、Na+含量顯著下降, 分別降低19.07%、20.19%, 種植谷子、高粱后土壤全鹽和Na+含量顯著增加。在天津試驗點中, 相對于對照, 種植作物后土壤Na+含量、全鹽含量下降。其中, 種植油菜后土壤全鹽、Na+含量下降幅度最大, 分別下降32.70%～45.64%、54.26%～66.50% (表5)。

表5 種植作物后土壤有機質(zhì)、全鹽、鈉離子含量變化

對照指未種植作物的試驗地塊, “—”表示無數(shù)據(jù)。同列不同小寫字母表示同一指標不同作物間在0.05水平差異顯著。新疆試驗點X1、X2、X3、X4、X5地塊的土壤含鹽量分別為1.39、2.49、6.20、1.82和4.46 g kg–1, 天津試驗點T1、T2地塊的土壤含鹽量分別為2.00 g kg–1和3.63 g kg–1。

CK refers to the ground of the test plot without planting crops, “—” means no data. Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at the 0.05 probability level. The soil salt content of the X1, X2, X3, X4, and X5 plots in Xinjiang was 1.39, 2.49, 6.20, 1.82, and 4.46 g kg–1, respectively. The soil salt content of the T1 and T2 plots in Tianjin was 2.00 g kg–1and 3.63 g kg–1, respectively.

3 討論

3.1 低含鹽量鹽堿地以開發(fā)利用為主

青貯玉米是我國最主要的青貯飼料[32], 因而本試驗參照青貯玉米的產(chǎn)量、品質(zhì)評價不同作物的種植效益。田間作物產(chǎn)量達到區(qū)域平均產(chǎn)量的70%～90%, 即可認為作物產(chǎn)量水平穩(wěn)定[33]。本試驗在新疆、天津試驗點土壤含鹽量低于(等于) 2.00 g kg–1的地塊, 高粱、玉米的產(chǎn)量顯著高于其他作物, 其生物學產(chǎn)量為當?shù)爻Ｒ?guī)耕地青貯玉米平均產(chǎn)量的73.70%～87.93%左右。因此可認為在土壤含鹽量為2 g kg–1左右的地塊, 玉米和高粱的生物學產(chǎn)量接近常規(guī)耕地; 本試驗玉米收獲期為抽雄期, 高粱為抽穗期, 為獲取最大生物學產(chǎn)量, 可以適當延遲作物收獲期。

青貯飼料中粗蛋白含量過低會影響所飼養(yǎng)動物的生長發(fā)育, 改善動物日糧中的粗蛋白水平, 可以促進動物對飼料營養(yǎng)物質(zhì)的攝入量及消化, 提高動物的生長速度和養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益[34-35]。Silva等[36]研究認為日糧粗蛋白供應(yīng)水平不低于110 g kg–1即可滿足肉牛對氮素營養(yǎng)的需求。Bailey等[37]建議提供120～140 g kg–1的日糧粗蛋白水平來生產(chǎn)精加工牛肉。為保障飼養(yǎng)牲畜的營養(yǎng)攝入需求, 有必要提高青貯飼料中的粗蛋白含量。本試驗在含鹽量為2 g kg–1左右的地塊中, 僅油菜和大豆的地上部分粗蛋白含量高于14%, 能夠滿足反芻動物的日常蛋白質(zhì)攝入需求; 油菜的粗蛋白產(chǎn)量在各作物中最高, 且在新疆試驗點土壤含鹽量為2.49 g kg–1的地塊中, 油菜的粗蛋白含量和產(chǎn)量達到峰值, 若以高蛋白含量的青貯飼料為生產(chǎn)目標, 油菜為含鹽量1.39～2.49 g kg–1左右的鹽堿地塊中最適宜種植的作物。

3.2 高含鹽量鹽堿地以土壤修復(fù)為主

在干旱和半干旱地區(qū), 土壤含鹽量是限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素[38]。當新疆試驗點和天津試驗點的土壤含鹽量分別高于2.49 g kg–1、3.63 g kg–1時, 作物生物量不足常規(guī)耕地青貯玉米平均產(chǎn)量的61.89%和20.97%, 過低的飼料產(chǎn)量導致種植的效益低下。對中低產(chǎn)田進行改良和修復(fù)是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重大戰(zhàn)略任務(wù)[39]。其中增加土壤中的有機質(zhì)含量及降低土壤含鹽量是改良鹽堿土壤的重要途徑[11,40]。Qadir等[41]、單奇華等[42]在鹽堿地中種綠肥后, 鹽堿地有機質(zhì)含量增加; 本試驗中, 種植作物之后土壤有機質(zhì)含量增加, 與前人研究結(jié)果一致。本試驗中, 在土壤含鹽量大于(等于) 2.49 g kg–1的地塊中, 種植油菜后土壤含鹽量下降19.07%～33.33%, 對鹽堿土壤的修復(fù)效果最好, 在新疆試驗點土壤含鹽量為6.20 g kg–1的地塊, 預(yù)計連續(xù)種植5年油菜后可將土壤含鹽量降至1.08～1.50 g kg–1左右, 恢復(fù)土壤的生產(chǎn)力。在根據(jù)研究結(jié)果, 我們建議在含鹽量為2.49～ 6.20 g kg–1的鹽堿地塊側(cè)重于種植油菜進行土地生產(chǎn)力的修復(fù), 待土壤含鹽量降低至2.00 g kg–1左右具備較高生產(chǎn)力的時候再進行作物生產(chǎn)。

3.3 油菜吸收Na+優(yōu)勢明顯, 加強對其機理解析

Na+是鹽堿土壤中的主要毒性離子[43], Manousaki等[44]認為使用能夠積累土壤鹽分的植物是修復(fù)鹽堿土壤的一種較好的方法。植物吸收土壤Na+的潛力與植株積累的Na+含量、植株的單位生物量有關(guān)[45]。如秦都林等[24]認為成熟期收獲燕麥具有修復(fù)鹽堿土的潛力, 對土壤Na+的吸收能力為14.9 kg hm–2。本試驗中油菜對土壤中Na+吸收量最大, 對土壤Na+吸收量達19.13～102.24 kg hm–2, 顯著高于谷子、小麥、大豆、高粱、玉米。種植油菜后土壤Na+含量、全鹽含量下降, 與梅勇等[46]的研究結(jié)果一致。油菜對土壤含鹽量在1.82～2.49 g kg–1左右的鹽堿土壤中的改良效果較好, 對土壤Na+吸收量達39.45～102.24 kg hm–2,占0～20 cm耕層土壤Na+質(zhì)量8.94%～15.99%, 當土壤含鹽量增加至3.63～6.20 g kg–1時, 油菜由于生物量下降而導致對土壤Na+的吸收能力下降至19.13～22.88 kg hm–2, 但依然顯著高于其他作物。因此, 在本試驗區(qū)域及其類似地區(qū), 運用油菜進行鹽堿土壤的修復(fù)是較為適宜的選擇。油菜在土壤含鹽量為2.00 g kg–1的NaCl型鹽堿地中具備較高的生物學產(chǎn)量, 其植株Na+積累含量、單位面積Na+吸收量在各試驗地塊中最高, K+/Na+在各試驗地塊中最低, 油菜地上部分K+/Na+的高低可能與耐鹽性無關(guān)[47]。進一步研究油菜對Na+積累和耐鹽性關(guān)聯(lián)的機制, 通過合理的農(nóng)業(yè)措施確保油菜具備較高的生物量和Na+積累含量, 有利于高含鹽量地塊的土壤修復(fù)。

4 結(jié)論

作物在土壤含鹽量為1.82～2.00 g kg–1的鹽堿地中的生物學產(chǎn)量接近常規(guī)耕地, 玉米和油菜分別為生物學產(chǎn)量和粗蛋白產(chǎn)量最高的作物。當土壤含鹽量等于高于3.63 g kg–1時, 作物的生物學產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量均低于常規(guī)耕地的51.72%, 應(yīng)側(cè)重于土壤改良。與未種植作物的地面相比, 種植作物可以增加土壤有機質(zhì)含量, 在濱海鹽堿地、西北內(nèi)陸鹽堿地土壤含鹽量分別等于低于3.63、2.49 g kg–1的地塊中, 種植作物均可以降低土壤含鹽量和Na+含量。油菜對土壤Na+的吸收量顯著高于其他作物, 種植油菜在可以顯著降低土壤含鹽量和Na+含量, 有利于促進土壤生產(chǎn)力改善的良性循環(huán)。

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Adaptation of feed crops to saline-alkali soil stress and effect of improving saline-alkali soil

WANG Wang-Nian1,4, GE Jun-Zhu2, YANG Hai-Chang3, YIN Fa-Ting3, HUANG Tai-Li5, KUAI Jie1, WANG Jing1, WANG Bo1,*, ZHOU Guang-Sheng1, and FU Ting-Dong1

1College of Plant Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, Hubei, China;2College of Agriculture and Resource Environment, Tianjin Agricultural College, Tianjin 300384, China;3Agricultural College of Shihezi University, Shihezi 832003, Xinjiang, China;4Yulin Academy of Agricultural Sciences / Yulin Branch of Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Yulin 537000, Guangxi, China;5Daye Animal Husbandry and Veterinary Bureau, Daye 435100, Hubei, China

Saline-alkali land widely distributes with large area in China. It is of great significance to select forage crops and rea-lize planting and breeding cycle in saline-alkali land to promote the development of herbivorous animal husbandry and the improvement of saline-alkali land in China. In this study, the plots with high salinity difference were selected from the coastal saline-alkali land in Tianjin (NaCl type) and the inland saline-alkali land in northwest Xinjiang (Na2SO4-NaHCO3type), respectively, and six field crops such as corn, sorghum, wheat, millet, soybean, and rapeseed with feed value were planted to determine the biomass, crude protein content, sodium and potassium ion content, and other indicators. The results were as follows. When the salt content was less than 1.82 g kg–1and 2.00 g kg–1in saline-alkali land NaCl type and Na2SO4-NaHCO3type, respectively. The biomass and crude protein yield of the crops were close to those of conventional cultivated land, suggesting that saline-alkali land in low salt content could be used as forage production base. When the salt content reached 2.49 g kg–1in the Na2SO4-NaHCO3type saline-alkali soil, the biomass and crude protein yield of rapeseed were significantly higher than other crops. Thus, in the Na2SO4-NaHCO3type saline-alkali soil with salt content lower than 2.49 g kg–1, rapeseed could be planted for fodder development and utilization. When the salt content in saline-alkali land of NaCl type and Na2SO4-NaHCO3type reached 3.63 g kg–1and 4.42 g kg–1, respectively. The biomass and crude protein yield of each crop was lower than 51.72% of that in conventional cultivated land, which made the utilization value of the cultivated land low. Therefore, it was recommended to use these saline-alkali land of NaCl type and Na2SO4-NaHCO3with high content salt and alkali after improvement. In the different plots of the two experimental sites, the enrichment of Na+in soil by rapeseed was significantly higher than the other crops at< 0.05, and it also significantly reduced the total soil salt and Na+content. In this experiment, in plots with salinity of 1.82, 2.00, and 2.49 g kg–1, rapeseed had the most obvious Na+enrichment effect. The enrichment of rapeseed on soil Na+was 39.45, 102.24, and 57.19 kg hm–2respectively, accounting for 13.02%, 15.99%, and 8.94% of the Na+in the 0–20 cm cultivated layer soil, respectively. The improvement effect of rapeseed on saline-alkali land was significant. The above results provide a reference for the utilization of the saline-alkali land in China for the production of herbivorous feed raw materials, the promotion of the development of herbivorous animal husbandry, and the improvement of saline-alkali land.

forage crops; biomass; crude protein yield; soil salt content; Na+content

10.3724/SP.J.1006.2022.14051

本研究由國家重點研發(fā)計劃項目“大田經(jīng)濟作物優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)的生理基礎(chǔ)與調(diào)控”(2018YFD1000900), 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團重大科技項目(2018AA005-1), 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團科技合作計劃項目(2020BC001)和寧夏回族自治區(qū)重點研發(fā)計劃項目(2018BBF02003)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China “Physiological Basis and Agronomic Management for High-quality and High-yield of Field Cash Crops” (2018YFD1000900), the Key Science and Technology Project in the Xinjiang Production and Construction Corps (2018AA005-1), the Science and Technology Cooperation Project of the Xinjiang Production and Construction Corps (2020BC001), and the Key Research and Development Program in Ningxia Hui Autonomous Region (2018BBF02003).

汪波, E-mail: wangbo@mail.hzau.edu.cn

E-mail: 1215646369@qq.com

2021-03-31;

2021-10-19;

2021-11-25.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20211124.1948.006.html