滴灌方式和给水强度对胀果甘草产量、品质及根状茎生长发育的影响

来源 :石河子大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:panlihuang
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胀果甘草(Glycyrrhiza inflata)为豆科(Leguminosae)甘草属(Glycyrrhiza)多年生根茎型草本植物。尽管栽培甘草的根和根状茎均可入药,但甘草药材市场更青睐适合于加工饮片的根,而根状茎的旺盛发育必然会降低植株对根的能量分配,如何限制根状茎的发育而促进根的产量和品质已成为栽培甘草产业发展的瓶颈。胀果甘草的根状茎分布于浅层土壤,且根状茎的发育程度对土壤湿度具有强烈的依赖性。合理控制土壤水分是协调克隆植物营养生长和克隆繁殖的有效措施之一。因此,本研究以胀果甘草作为研究对象,设置地表滴灌(Surface Drip Irrigation,DI)和地下滴灌(Subsurface Drip Irrigation,SDI)2种滴灌方式以及低水(50%的土壤最大持水量)、中水(70%的土壤最大持水量)、高水(90%的土壤最大持水量)3种给水强度交互的水分控制试验,旨为探讨不同滴灌方式和给水强度对栽培甘草产量与品质以及根状茎生长发育的影响,以期寻求能有效抑制甘草根状茎发育而促进根发育的滴灌方案。主要研究结果如下:(1)随着给水强度的增加,胀果甘草的株高、冠幅、基茎、主根长和主根直径均呈升高趋势,且一年龄甘草的根瘤数量也随着给水强度的增加而增加。在各给水强度条件下,SDI处理的胀果甘草株高、冠幅、主根长和主根直径均高于DI处理,在一年龄甘草中,地下滴灌的低水处理(SDIL)相比于地表滴灌的低水处理(DIL),株高、冠幅、基茎、主根长、主根直径和根瘤数量分别提高了95.6%、81.9%、13.5%、22.5%、20.0%和372.7%;地下滴灌的中水处理(SDIM)相比于地表滴灌的中水处理(DIM),上述指标分别提高了31.8%、48.6%、31.0%、11.2%、64%和66.1%;地下滴灌的高水处理(SDIH)相比于地表滴灌的高水处理(DIH),上述指标分别提高了8.6%、7.1%、6.2%、6.1%、1.6%和41.2%。在二年龄甘草中,SDIL相比于DIL,株高、冠幅、主根长和主根直径分别提高了31.4%、23.4%、22.4%和1.7%;SDIM相比于DIM,上述指标提高了23.2%、22.3%、12.1%和16.5%;SDIH相比于DIH,上述指标提高了7.9%、19.3%、21.3%和17%。这可能是因为SDI处理通过降低土层表面的蒸发量,有效增加了水分在根系层土壤的时效性,从而使植株将更多的能量投资于茎和根的长度与粗度的生长,以增强植株捕获光能和汲取土壤深层水分的能力。并且,相比于DI处理,SDI处理可以显著促进胀果甘草的根瘤发育,增强植株的固氮能力。(2)随着给水强度的增加,胀果甘草的地上生物量、根生物量以及5种药用成分(甘草酸、甘草次酸、甘草苷、甘草素和异甘草素)含量均呈现升高趋势。而在相同给水强度下,SDI处理的胀果甘草的地上生物量、根生物量以及5种药用成分含量均要高于DI处理。在一年龄甘草中,SDIL相比于DIL,地上生物量、根生物量以及甘草酸、甘草次酸、甘草苷、甘草素和异甘草素含量分别提高了41.3%、72.4%、49.0%、329.4%、146.3%、135.3%和11.3%;SDIM相比于DIM,上述指标分别提高了41.2%、48.3%、22.1%、135.6%、12.0%、47.3%和12.4%;SDIH相比于DIH,上述指标分别提高了9%、53.6%、36.4%、49.0%、22.9%、0.25%和54.5%。在二年龄甘草中,SDIL相比于DIL,上述指标分别提高了21%、59%、2.8%、6.3%、27.4%、84.0%和74.6%;SDIM相比于DIM,上述指标分别提高了4.5%、14.3%、28.7%、29.6%、23.0%、84.1%和57.5%;SDIH相比于DIH,上述指标分别提高了17.3%、13.1%、29.3%、33.7%、36.5%、75.6%和106.6%。SDIH的根和地上生物量以及5种药用成分含量在各处理中均达到最高,故采用地下滴灌的方式配合较高的水分供给可显著提升栽培甘草的产量和品质。(3)随着给水强度的增加,DI处理下一年龄甘草根状茎的条数、总长度、总体积、生物量以及根状茎生物量占比均呈现先升高后下降的趋势,而SDI处理根状茎的条数、总长度、总体积和生物量随着给水强度的增加无显著性变化,但根状茎生物量占比却呈下降趋势。而二年龄甘草根状茎的生长发育程度在两种滴灌方式下均会随着给水强度的增加而增加。不论是一年龄还是二年龄甘草,SDI处理相比于DI处理均可以显著抑制根状茎的生长发育。在一年龄甘草中,SDIL相比于DIL,其根状茎的条数、总长度、总体积、生物量以及根状茎生物量占比分别降低了33.1%、10.9%、34.1%、73.2%和84.1%;SDIM相比于DIM,上述指标分别降低了55.1%、42.4%、58.3%、88.1%和92.2%;SDIH相比于DIH,上述指标分别降低了35.4%、28.5%、52.9%、78.3%和91.7%。在二年龄甘草中,SDIL相比于DIL,上述指标分别降低了28.8%、34.0%、37.5%、33.2%和15.7%;SDIM相比于DIM,上述指标分别降低了12.7%、38.1%、48.1%、47.6%和33.8%;SDIH相比于DIH,上述指标分别降低了30.4%、54.0%、33.3%、28.2%和27.4%。说明在DI条件下,胀果甘草的克隆生长格局倾向于“游击型”,表现为根状茎数量多、长度长且生物量大。而SDI条件下,胀果甘草的克隆生长格局倾向于“聚集型”,表现为根状茎数量少、长度短且生物量小。(4)运用主成分分析对一年龄和二年龄甘草所有指标进行综合评价,一年龄甘草中各处理得分由高到低为SDIH>SDIM>DIH>SDIL>DIM>DIL。二年龄甘草中各处理得分由高到低为SDIH>DIH>SDIL>SDIM>DIM>DIL。即SDIH是对甘草药材生产最为有利的滴灌制度。综上所述,丰水条件下有利于提高胀果甘草植株的生长发育水平,虽然也会增加植株对根状茎的能量投资,但是引入地下滴灌可以有效缓解这一矛盾,在抑制根状茎发育的同时,增加植株对根和地上器官的能量分配,并提高药材的品质。
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