不同種植密度與灌溉定額對鹽地堿蓬生長及吸鹽量的影響

關(guān)鍵詞：鹽地堿蓬;滴灌;鹽堿地;灌溉定額;種植密度

中國鹽漬土面積為3.63×107 hm2，占全國可利用土地的4.88%[1-2]。其中，新疆鹽漬土面積最大，達(dá)到了1.34×107 hm2，占可利用土地面積的19.75%，占全國鹽漬土總面積的36.80%[3-4]。鹽堿地也是一種重要土地資源，可以作為耕地戰(zhàn)略儲備，在我國尚有80%左右的鹽堿地未得到開發(fā)[5-6]。合理有效地持續(xù)利用鹽堿地資源已成為關(guān)系到經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、國家糧食安全的重要課題[7-8]。在鹽堿土壤環(huán)境條件下，鹽地堿蓬（Suaedasalsa L.）不僅能夠存活，且能產(chǎn)生可觀的生物量[9-10]。開發(fā)利用鹽生植物將其作為飼料，具有一定的經(jīng)濟(jì)價值，同時，也是鹽漬土改良以及開發(fā)利用的一種有效措施[11-12]。

適宜的土壤含水量和植株密度是栽培草地管理的關(guān)鍵因子。只有作物種植密度和灌溉量處于最佳耦合狀態(tài)時，栽培草地才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高產(chǎn)[13]。灌溉是干旱區(qū)農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的保證，張科等[14-15]研究表明，鹽生植物鹽角草（Salicomiaeuropaea）的生物量與土壤含水量顯著正相關(guān)，土壤水分能顯著提高鹽角草的分枝數(shù)，而分枝數(shù)與生物量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，分枝數(shù)越多，鹽角草的生物量越大。劉彧[16]研究表明，鹽地堿蓬葉片肉質(zhì)化與土壤含水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，增加土壤含水量有利于增加鹽地堿蓬葉片的肉質(zhì)化。適量的水分能促進(jìn)鹽地堿蓬生長，黃瑋等[17]研究表明，田間持水量為55%或75%時鹽地堿蓬生長最好。盡管前人對鹽地堿蓬改良鹽堿地進(jìn)行了大量研究，但前人采取的鹽地堿蓬灌溉定額處在2774.07～7656.25m3·hm-2之間，缺少科學(xué)合理的鹽地堿蓬灌溉定額研究。與此同時，對于滴灌條件下種植鹽地堿蓬的研究，多采用撒播或條播的高密度種植方式，缺少種植密度方面的研究。邵秋玲等[18]研究發(fā)現(xiàn)，野外環(huán)境條件下鹽地堿蓬株型與密度關(guān)系很大，當(dāng)種植密度≥1088 株·m-2時，株高僅40cm，且基本沒有分枝;種植密度lt;10株·m-2時，株高可達(dá)120cm。潘書軒等[19]研究指出，滴灌條件下鹽地堿蓬的種植密度對產(chǎn)量的影響顯著，應(yīng)控制植株密度。

綜上所述，種植鹽地堿蓬改良鹽堿地的效果與鹽地堿蓬生長狀態(tài)、吸鹽量密切相關(guān)，而鹽地堿蓬的生長狀態(tài)、吸鹽量取決于灌溉定額與種植密度?？赏ㄟ^調(diào)整灌溉和密度，對鹽地堿蓬的個體發(fā)育和群體結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，使整體效益達(dá)到最優(yōu)。本文將探討滴灌條件下不同灌溉定額與種植密度對鹽地堿蓬生長的影響;研究不同水分與種植密度對鹽地堿蓬吸鹽量的影響;確定適用于極端干旱區(qū)種植鹽地堿蓬科學(xué)合理的灌溉定額與種植密度，以期為滴灌條件下種植鹽地堿蓬改良鹽堿地提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)于2022年4月—9月在喀什地區(qū)岳普湖縣岳普湖鎮(zhèn)（76°75'E，39°24'N，海拔1072.80m）進(jìn)行。岳普湖縣地處塔克拉瑪干沙漠西緣，喀什噶爾平原岳普湖三角洲沖積扇緣的前端，屬暖溫帶大陸性干旱氣候;四季分明，氣候干燥;日照時間長，少雨水，蒸發(fā)量大;春夏多風(fēng)沙和浮塵天氣，無霜期長。年平均氣溫11.7℃，極端最高溫度41.8℃，極端最低溫度—23.4℃，年平均降水量52.8mm，年蒸發(fā)量2584mm;無霜期214天，日照2762h（試驗(yàn)點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)見圖1，試驗(yàn)區(qū)土壤理化性質(zhì)見表1）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

各生育期的灌溉定額參考潘書軒等研究結(jié)果[19]，分別為2500m3·hm-2，3500m3·hm-2和4500m3·hm-2，記為W1，W2和W3;鹽地堿蓬種植密度分別為20 株· m-2，60 株· m-2，120株·m-2，記為D1，D2，D3（試驗(yàn)采用雙因素設(shè)計見表2）。每個試驗(yàn)小區(qū)面積為50m2，每個小區(qū)3個重復(fù)。各處理灌溉水量見表2。播種前對試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行整地，要求土地平整，采用人工開溝條播方式將鹽生植物播種于滴灌帶兩側(cè)15cm 范圍內(nèi)，株行配置為50cm，30cm 寬窄行，播種量30kg·hm-2。灌溉方式為膜下滴灌，試驗(yàn)用水為地下水，礦化度0.58g·L-1，4 月10 日播種，播種方式“干播濕出”，苗期統(tǒng)一灌溉5次共計500m3·hm-2，保證出苗，4月30日開始定苗，定苗后灌溉制度按照表3執(zhí)行。試驗(yàn)地播種前施用復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=20∶14∶6）500kg·hm-2，分別于7月15日和8月25日兩次追肥，每次均為150kg·hm-2。

1.3 觀測項目

（1）株高：在鹽地堿蓬生育末期（9月10日）用卷尺測定從地面至植株主莖頂端的高度。

（2）莖粗：在鹽地堿蓬生育末期（9月10日）用游標(biāo)卡尺測定植株地面以上2cm處鹽地堿蓬的直徑。

（3）蓬徑：在鹽地堿蓬生育末期（9月10日）使用卷尺測量鹽地堿蓬的南北和東西方向?qū)挾鹊钠骄怠?/p>

（4）生物量（kg·hm-2）：在鹽地堿蓬生育末期（9月10日）對鹽地堿蓬進(jìn)行植株樣品采集，每小區(qū)隨機(jī)采集面積為1m×1m。將處理好的鮮材料放入105℃的烘箱中殺青10min，然后在80℃下烘至恒重，稱取干重。

（5）灰分含量：取烘干的植物材料1.00g，放入馬伏爐中550℃下灰化18h，置于干燥器中，冷卻后稱重，即為植物含鹽量。

（6）吸鹽量（kg·hm-2）：吸鹽量=灰分含量×生物量。

（7）水分生產(chǎn)效率（kg·m-3）：水分生產(chǎn)效率=生物量/灌溉定額。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每個指標(biāo)重復(fù)3次，取平均值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel2003進(jìn)行整理，采用One-WayANOVA 檢驗(yàn)各個指標(biāo)數(shù)據(jù)的方差齊性，然后采用Two-WayANOVA 檢驗(yàn)灌溉水量與植株密度互作對各個被遴選指標(biāo)的顯著性影響;采用Tukey比較法進(jìn)行多重比較;使用MATLAB擬合種植密度和灌溉水量與指標(biāo)之間的關(guān)系，建立二元回歸模型，利用fminsearch函數(shù)尋優(yōu)，獲取理論最佳值。使用Origin2020作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌條件下不同種植密度與灌溉定額對鹽地堿蓬株高的影響

株高是衡量作物生長的重要形態(tài)指標(biāo)，適宜的株高有利于冠層合理分布，提高作物對光能的利用，提高作物產(chǎn)量[20]。由圖3可知，各處理間株高差異顯著（Plt;0.05）。鹽地堿蓬株高隨灌水量增加，均呈升高趨勢，W2，W3處理的鹽地堿蓬株高較W1處理分別提高了3.94%～67.28%，3.10%～99.76%。

不同灌水量條件下，隨著種植密度的變化，株高呈現(xiàn)不同的變化趨勢。W1處理的株高隨著種植密度增大，逐漸降低，D1較D2，D3處理分別提高了15.76%，19.75%;W2處理則隨著種植密度提高先升高后降低，D2處理株高最大，較D1，D3分別提高了39.07%和42.16%;W3處理則隨著種植密度提高，鹽地堿蓬株高逐漸提高，D3處理株高最大，較D1，D2分別提高了61.79%和30.03%。灌溉量和種植密度對鹽地堿蓬株高均有顯著影響，兩者交互效應(yīng)極其顯著。灌溉水量和種植密度兩個變量與株高的回歸方程擬合結(jié)果為Y =-5.44×10-6W2+0.023W +4.88×10-4WD -0.0048D2-0.89D+75.38（R2=0.79，Plt;0.01;W 代表灌溉水量，D 代表種植密度，Y 代表株高）。

2.2 滴灌條件下不同種植密度與灌溉定額對鹽地堿蓬莖粗的影響

由圖4可知，鹽地堿蓬莖粗隨灌水量增加，均呈升高趨勢。W2處理的鹽地堿蓬莖粗分別較W1處理提高18.18%～88.29%;W3處理的鹽地堿蓬莖粗分別較W1處理提高了7.80%～288.96%。隨著種植密度增大，鹽地堿蓬莖粗均快速減小。D1處理莖粗最大，分別達(dá)到了D2，D3的1.59～8.57倍，灌溉量和種植密度對鹽地堿蓬莖粗均有顯著影響，兩者交互效應(yīng)極其顯著。灌溉水量和種植密度兩個變量與莖粗的回歸方程擬合結(jié)果為Y2=—2.50×10-7W2 + 0.002 2 W + 3.30 × 10-5 WD —0.0021D2—6.16D+32.70（R2=0.98，Plt;0.01;W代表灌溉水量，D 代表種植密度，Y 代表莖粗）。

2.3 滴灌條件下不同種植密度與灌溉定額對鹽地堿蓬蓬徑的影響

由圖5可知，隨灌水量增加，蓬徑呈現(xiàn)增加趨勢，但相同種植密度的蓬徑間沒有顯著差異（D3除外）。W2和W3處理的鹽地堿蓬蓬徑較W1處理分別提高了4.50%～68.10%，3.61%～210.28%。隨著種植密度增大，蓬徑快速減小。D1處理蓬徑最大，分別達(dá)到了D2和D3的1.48～6.84倍。灌溉量對鹽地堿蓬蓬徑?jīng)]有顯著影響，而種植密度具有顯著影響，兩者交互作用顯著。灌溉水量和種植密度兩個變量與鹽地堿蓬蓬徑的回歸方程擬合結(jié)果為Y =1.31×10-6W2-0.011W +6.49×10-5WD+8.73×10-4D2-0.68D+75.96（R2=0.99，Plt;0.01;W 代表灌溉水量，D 代表種植密度，Y 代表蓬徑）。

2.4 滴灌條件下不同種植密度與灌溉定額對鹽地堿蓬生物量的影響

由圖7可知，鹽地堿蓬生物量隨灌水量增加而升高。W2和W3處理的鹽地堿蓬生物量較W1處理分別提高了23.37% ～48.13%，20.40% ～25.38%。生物量變化趨勢相同，均隨著種植密度增加，生物量先高后低，且均在D2密度時生物量達(dá)到最大。W2D2的鹽地堿蓬生物量最高，達(dá)到了24.02t·hm-2，較W1D2和W3D2處理分別提高了33.84%和11.16%。灌溉量和種植密度對鹽地堿蓬生物量均有顯著影響，兩者交互效應(yīng)極其顯著。灌溉水量和種植密度兩個變量與生物量的回歸方程擬合結(jié)果為Y = -4.97×10-7W2 -0.020W -7.89×10-5WD -0.0023D2 +0.35D+348.27（R2=0.96，Plt;0.01;W 代表灌溉水量，D 代表種植密度，Y 代表生物量）。

2.5 滴灌條件下不同種植密度與灌溉定額對鹽地堿蓬灰分含量的影響

由圖7可知，隨著灌溉水量提高，鹽地堿蓬灰分含量逐漸下降。W2，W3處理灰分含量較W1處理分別降低了5.02% ～14.90%，14.27% ～33.68%;隨著種植密度增大，灰分含量均呈現(xiàn)下降趨勢。W1水分條件下，D2處理的灰分含量較D1，D3分別高出了6.25%和11.11%;W2水分條件下，D1處理的灰分含量分別較D2，D3 高出了2.81%和11.21%;W3水分條件下，D1處理的灰分含量分別較D2，D3高出了10.09%和14.85%。灌溉量和種植密度對鹽地堿蓬灰分含量均有顯著影響，且兩者交互作用極其顯著。灌溉水量和種植密度兩個變量與灰分含量的回歸方程擬合結(jié)果為Y=-3.68×10-6W2+0.028W -1.47×10-7WD -0.0015D2+0.19D-34.15（R2=0.94，Plt;0.01;W 代表灌溉水量，D 代表種植密度，Y 代表灰分含量）。

2.6 滴灌條件下不同種植密度與灌溉定額對滴灌鹽地堿蓬吸鹽量的影響

由圖8可知，隨著灌溉水量提高，鹽地堿蓬吸鹽量先提高后降低。W2處理的鹽地堿蓬的吸鹽量較高，分別比W1，W3處理高出了16.48%～32.44%，9.46%～32.57%。隨著種植密度增加，吸鹽量均先提高后降低，且均在D2密度時達(dá)到最大值，W2D2較W1D2和W3D2分別提高了16.48%和29.32%。灌溉量和種植密度對鹽地堿蓬吸鹽量均有顯著影響，且兩者交互效應(yīng)極其顯著。灌溉水量和種植密度兩個變量與吸鹽量的回歸方程擬合結(jié)果為Y =-0.0011W2+7.25W +8.36×10-4WD -0.42D2+48.55D-7784.12（R2=0.93，Plt;0.01;W 代表灌溉水量，D 代表種植密度，Y 代表吸鹽量）。

2.7 滴灌條件下不同種植密度與灌溉定額對鹽地堿蓬水分生產(chǎn)效率的影響

不同種植密度與灌溉定額對滴灌鹽地堿蓬水分生產(chǎn)效率具有顯著的影響（Plt;0.05），隨著灌溉定額提高，水分利用效率呈現(xiàn)降低趨勢。隨著種植密度的提高，水分利用效率均先提高后下降，且都在D2密度時取得最大值，W1D2處理的水分利用效率最高，分別較W2D2和W3D2處理提高了4.60%和49.50%，但與W2D2處理沒有顯著差異。灌溉量和種植密度對鹽地堿蓬吸鹽量均有顯著影響，且兩者交互效應(yīng)極其顯著。灌溉水量和種植密度兩個變量與水分利用效率的回歸方程擬合結(jié)果為Y =-7.62×10-7W2+0.0042W +1.98×10-6WD -4.33×10-4D2+0.051D -0.45（R2=0.96，Plt;0.01;W 代表灌溉水量，D 代表種植密度，Y 代表水分利用效率）。

2.8 各指標(biāo)基于空間分析法的多目標(biāo)優(yōu)化

本研究以灌溉定額和種植密度為自變量，生物量、吸鹽量和水分利用效率為因變量，建立了二元二次回歸方程（圖1-圖9）。在堿蓬種植過程中，農(nóng)戶主要追求的是產(chǎn)量，而水資源管理部門與科研工作者更加關(guān)注水分利用效率和吸鹽量。因此，本研究選取產(chǎn)量、吸鹽量和水分利用效率為優(yōu)化指標(biāo)。利用空間分析法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，因各指標(biāo)單位量綱不統(tǒng)一，所以先對其進(jìn)行歸一化處理。將各指標(biāo)二元二次方程的空間曲面投影到二維平面，得到各指標(biāo)相對值的等高線圖（圖10ac）。基于空間分析法的多目標(biāo)優(yōu)化，當(dāng)生物量、吸鹽量和水分利用效率為最大值的90%時（圖10d），此時的灌溉定額為3227.77～3484.69m3·hm-2，種植密度為50.34～83.27株·m-2。

3 討論

灌溉水量和種植密度對鹽地堿蓬個體和群體具有雙向調(diào)控作用。灌溉水量提高對鹽地堿蓬營養(yǎng)體擴(kuò)展具有明顯的促進(jìn)作用[21]，密度增大，群體競爭加劇，對鹽地堿蓬個體產(chǎn)生抑制效應(yīng)[22]?？梢?，協(xié)調(diào)灌溉與密度的促控功效，對塑造高效個體和合理群體具有重要意義[23]。本文研究發(fā)現(xiàn)，灌溉水量和種植密度對鹽地堿蓬株高、莖粗、蓬徑均有顯著影響，兩者交互效應(yīng)極其顯著。隨灌水量增加，鹽地堿蓬株高、莖粗和蓬徑均呈升高趨勢。提高灌溉量能夠通過為植物創(chuàng)造良好水分條件而增加鹽地堿蓬的分枝數(shù)量，增大蓬徑[24-25]，促進(jìn)葉片生長發(fā)育[26]，提高光合特性[27]，生產(chǎn)出更多光合產(chǎn)物[28]，從而增加地上生物量，這與提高灌溉水量能夠增加垂穗披堿草（Elymusnutans）生物量的結(jié)果一致[29]。而隨著種植密度增大，鹽地堿蓬、莖粗和蓬徑均減小，植株變得更高大，這是由于密植條件下植物對光能的利用主要依靠植株上部冠層部分對光能吸收利用，植株莖細(xì)胞伸長量大，莖粗減小，植株高大。

生物量的大小可以直接反映作物光合產(chǎn)物生產(chǎn)力，而光合產(chǎn)物的積累則是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[30]。種植密度能通過影響作物群體的光合能力來影響物質(zhì)積累[31]。在合理密度范圍內(nèi)隨著種植密度增加，冠層光截獲量均不斷增加[32]，有利于改善群體的通風(fēng)透光條件，提高群體的光合有效輻射和光能利用率[33]。但密度增大到一定程度，植株間對光、溫、水、肥等多種資源的爭奪加劇。這與本研究結(jié)果相似，本研究三個灌溉水量條件下，當(dāng)種植密度從D1提高到D2時，鹽地堿蓬產(chǎn)量均顯著提高（圖6），而種植密度從D2提高到D3水平，鹽地堿蓬的產(chǎn)量顯著下降（圖6）。

植株密度過大，會加快植物蒸騰作用;植株密度過小，地表蒸發(fā)過大，會影響土壤水分利用效率[34]。因此，只有植株密度和土壤水分耦合時，才能既維持植物產(chǎn)量，又提高水分利用效率。這與本研究結(jié)果一致，本研究中W2D2的鹽地堿蓬生物量最高，達(dá)到了24.02t·hm-2，分別較W1D2和W3D2處理提高了33.84%和11.16%。W1D2處理的水分利用效率最高，較W2D2和W3D2 處理分別提高了4.60%和49.50%，但與W2D2處理沒有顯著差異。本研究中W2處理生物量最高，這與畢舒貽等[35]研究結(jié)果一致，灌溉量過高時，過高的土壤含水量不利于植物根系垂直生長，植株利用土壤深層資源的能力下降，從而一定程度上抑制了植株地上部分生物量的積累。

羅振等[21]研究認(rèn)為，通過調(diào)整灌溉和密度對堿蓬個體發(fā)育及群體結(jié)構(gòu)的雙向調(diào)控作用，使灌溉的促進(jìn)作用和密度的抑制作用趨于協(xié)調(diào)整體效益達(dá)到最優(yōu)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)出。本研究基于空間分析法的多目標(biāo)優(yōu)化，得到產(chǎn)量、吸鹽量和水分利用效率為最大值的90%時，此時的灌溉定額為3227.77～3484.69m3·hm-2，這與郭洋等[36]在南疆地區(qū)種植堿蓬總灌水量相近;種植密度為50.34～83.27 株·m-2。這與邵秋玲等[18]結(jié)果相似，堿蓬的分枝能力很強(qiáng)，個體生產(chǎn)能力高，可以適當(dāng)稀植以發(fā)揮個體的增產(chǎn)潛力。

4 結(jié)論

本文研究表明不同種植密度與灌溉定額對鹽地堿蓬生長、生物量、吸鹽量具有顯著影響，灌溉水量提高對鹽地堿蓬株高、莖粗、蓬徑具有促進(jìn)作用，種植密度增加則對鹽地堿蓬生長具有抑制作用，兩者協(xié)調(diào)整體效益提高。隨著種植密度和灌溉量提高，鹽地堿蓬生物量和吸鹽量均先提高后降低，均在灌溉定額為3500m3·hm-2、種植密度為60株·m-2時達(dá)到最大值，而水分利用效率在灌溉定額為2 500m3·hm-2、種植密度為60 株·m-2時處理達(dá)到最高值?；诳臻g分析法的多目標(biāo)優(yōu)化，當(dāng)產(chǎn)量、吸鹽量和水分利用效率為最大值的90%時，三個參數(shù)可同時取得最值，此時的灌溉定額為3227.77～3484.69m3 ·hm-2，種植密度為50.34～83.27株·m-2。