摘 要：為豐富蘇打鹽堿化土地生態(tài)經(jīng)濟(jì)植物種，提供菊芋在蘇打鹽堿化土地栽植的理論支持，本研究利用主成分分析法和聚類(lèi)分析法對(duì)吉林省西部本地菊芋品種生長(zhǎng)、生物量特點(diǎn)進(jìn)行描述、分類(lèi)，并在該區(qū)域蘇打鹽堿化淡黑鈣土上進(jìn)行“南芋1號(hào)”栽植試驗(yàn)，研究其適應(yīng)性及產(chǎn)量性狀。結(jié)果表明：①本地品種菊芋均自然分布于pH≤8.05、電導(dǎo)率≤0.159 ms/cm的土壤上;②主成分分析可知，影響該區(qū)域菊芋生長(zhǎng)、產(chǎn)量狀況的主要正向因子包括塊莖鮮重、塊莖顏色和塊莖平均直徑等;③聚類(lèi)分析可知，該區(qū)域菊芋品種分為3大類(lèi)，第2類(lèi)和第3類(lèi)推廣前景較好;④“南芋1號(hào)”在pH為8.82、電導(dǎo)率為0.261 ms/cm的蘇打鹽堿化淡黑鈣土存活、生長(zhǎng)狀況良好，栽植第2a紫色塊莖植株和白色塊莖植株的塊莖鮮重分別可達(dá)到本地菊芋塊莖鮮重平均值147.83%和119.59%。綜上所述，吉林省西部本地菊芋品種產(chǎn)量差異較大，耐鹽性較差，“南芋1號(hào)”對(duì)蘇打鹽堿化土壤的適應(yīng)范圍廣于本地菊芋品種，且產(chǎn)量較高，適宜在蘇打鹽堿化土壤上種植、推廣。

　　關(guān)鍵詞：菊芋;吉林省西部;蘇打鹽堿化土地;引種

　　基金項(xiàng)目：吉林省財(cái)政廳項(xiàng)目(吉林省西部鹽漬化草地恢復(fù)技術(shù)研究)

　　第一作者簡(jiǎn)介：徐子棋，碩士，助工。研究方向：水土保持生態(tài)修復(fù)研究。E-mail： 235175758@qq.com

　　引文格式：徐子棋，張瑜，楊獻(xiàn)坤. 吉林省西部菊芋品質(zhì)及耐鹽堿性?xún)?yōu)選研究[J].森林工程，2019，35(6)：6-15.

　　0 引言

　　蘇打鹽堿地是以NaHCO3和Na2CO3為主的鹽堿化土地[1]。吉林省西部位于世界三大蘇打鹽堿地分布區(qū)之一的松嫩平原中南部，由于自然因素和人為因素，該區(qū)域的土地鹽堿化越來(lái)越嚴(yán)重[2]。20世紀(jì)50年代吉林省西部蘇打鹽堿地面積為1.13×106 hm2，占該區(qū)域面積的24.26%[3-4]。2018年數(shù)據(jù)顯示，該區(qū)域蘇打鹽堿地的面積已達(dá)2.2×106 hm2[1]。土地鹽堿化不僅對(duì)該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境造成的威脅，而且降低土地生產(chǎn)力，對(duì)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有較大的阻礙作用[5-6]。因此，選擇適宜植物種，在恢復(fù)該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的同時(shí)又能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。

　　菊芋(Helianthus tuberosus L.)，又名鬼子姜，洋姜，是一種菊科向日葵屬的多年生草本，對(duì)干旱、鹽堿和貧瘠等不利環(huán)境都有較好的抗性，是一種生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益兼優(yōu)的植物。眾多學(xué)者對(duì)菊芋的耐鹽堿性作了室內(nèi)試驗(yàn)研究。研究表明，NaCl脅迫顯著影響菊芋地上、地下部分生長(zhǎng)、生物量積累、糖分積累和光合作用，且NaCl濃度越高，抑制作用越明顯，不同菊芋耐鹽堿能力差異較大，灌溉液中0.4%NaCl為臨界點(diǎn)，是篩選菊芋耐鹽性的參考濃度[7-12]。蘇打鹽(NaHCO3、Na2CO3)濃度20 mmol/L是顯著分界線，高于此濃度時(shí)Na2CO3對(duì)菊芋生長(zhǎng)、生物量和光合作用的抑制作用顯著提升，且菊芋對(duì)堿度的響應(yīng)明顯于鹽度[13-14]。海水脅迫試驗(yàn)表明，海水濃度越高，菊芋體內(nèi)Na+和Cl-積累得越多，光合作用越差，海水濃度超過(guò)75%后菊芋生物量積累劇烈下降[15-16]。地上部分鮮重、脯氨酸含量和植株干重可作為評(píng)價(jià)菊芋品種耐鹽性的主要因子，混合鹽脅迫下菊芋主要提高超氧化物歧化酶、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量等方式抵御傷害[17-19]。同時(shí)，也有學(xué)者在松嫩平原[20-22]、山西省鹽堿地[23-24]、山東省黃河三角洲鹽堿地[25]和江蘇省海水灌溉田[26-27]等多地進(jìn)行菊芋室外栽植試驗(yàn)，結(jié)果表明，上述研究區(qū)室外條件下菊芋在中度(pH8.66)及以下蘇打鹽堿度上生長(zhǎng)、生物量及生理(離子代謝、光合作用等)狀況良好，且對(duì)土壤理化性狀具有較好的改良作用，但對(duì)重度蘇打鹽堿土適應(yīng)性較差。此外，多位學(xué)者對(duì)提高菊芋抗鹽性措施進(jìn)行了研究。研究表明，添加KNO3能夠提高菊芋體內(nèi)K+/Na+比，促進(jìn)光合作用，緩解鹽害[28]。施用鈣離子能夠減輕菊芋脂質(zhì)過(guò)氧化，提高葉綠素含量，從而減輕鹽分對(duì)其生物量積累的影響[29-30]。外源磷、氮能夠提高菊芋保護(hù)性酶活性、提高其光合能力，改善營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，從而提高菊芋耐鹽性[31-34]。施用水楊酸能夠提高菊芋光合能力，抑制Na+離子在植株體內(nèi)積累，提高菊芋抗鹽能力[35]。壟作比平作更有利于菊芋對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收，減少了鹽分對(duì)菊芋生物量積累的抑制影響[36]。然而，蘇打鹽堿地原生菊芋品種生長(zhǎng)、生物量、耐鹽性品質(zhì)分類(lèi)和耐鹽、高產(chǎn)優(yōu)良菊芋品種在蘇打鹽堿地栽培試驗(yàn)研究卻鮮有報(bào)道。

　　本研究對(duì)吉林省西部本地菊芋品種的生長(zhǎng)、產(chǎn)量特征進(jìn)行了分類(lèi)研究，提出推廣潛質(zhì)較好的菊芋品種，并在該區(qū)域鹽堿化淡黑鈣土上開(kāi)展了“南芋1號(hào)”的栽植試驗(yàn)，觀測(cè)其存活、生長(zhǎng)及生物量積累狀況，同時(shí)比較“南芋1號(hào)”與本地菊芋品種的產(chǎn)量和耐鹽堿性，以期為菊芋在蘇打鹽堿化土壤上栽植、利用提供理論支持。

　　1 材料與方法

　　1.1 研究區(qū)域概況

　　吉林省西部本地菊芋品種調(diào)查區(qū)為吉林省白城市通榆縣，具體地理坐標(biāo)范圍為E122°22′49.47″-123°15′20.00″，N44°35′40.71″-45°08′45.03″，“南芋1號(hào)”栽培試驗(yàn)區(qū)為通榆縣鴻興鎮(zhèn)聚富村，地理坐標(biāo)為E123°12′12″，N45°02′11″。通榆縣地形較為平緩，地勢(shì)西北高東南低，最低海拔與最高海拔相差約40 m，平均海拔160 m。通榆縣屬北溫帶大陸性季節(jié)天氣，年平均相對(duì)濕度為56%，年平均氣溫6 ℃，年平均降水370.6 mm，年平均風(fēng)速3.7 m/s，年極大風(fēng)速31 m/s，出現(xiàn)在6月，年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲餮L(fēng)和西冬風(fēng)，最大凍土深度125 cm。主要土壤類(lèi)型包括淡黑鈣土、風(fēng)沙土草甸土和鹽堿土等。

　　1.2 供試材料

　　1.2.1 吉林省西部本地菊芋品種調(diào)查

　　通過(guò)咨詢(xún)當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門(mén)及當(dāng)?shù)鼐用瘢x取12處自然分布的、生長(zhǎng)品質(zhì)和生物量品質(zhì)較有代表性的菊芋進(jìn)行相關(guān)調(diào)查研究，土壤類(lèi)型均為淡黑鈣土。本研究利用手持GPS(任我游集思寶A5)對(duì)12個(gè)樣點(diǎn)經(jīng)緯度進(jìn)行測(cè)定(表1)。2017年11月收獲自然生長(zhǎng)菊芋的塊莖，2018年5月初在各品種相應(yīng)自然分布處旁邊進(jìn)行人工栽植，栽植株行距為0.65 m×0.65 m，每處栽植10排，每排10株，每30 d澆水一次。

　　1.2.2 “南芋1號(hào)”蘇打鹽堿化淡黑鈣土栽培試驗(yàn)

　　選擇原產(chǎn)地江蘇省南京市的、耐鹽堿性和產(chǎn)量均較好的“南芋1號(hào)”菊芋塊莖作為供試材料，分別于2017年5月初和2018年5月初栽植，當(dāng)年11月初收獲(其中，2018年栽植塊莖為2017年收獲所得)。栽植株行距為0.65 m×0.65 m，共栽植20排，每排10株，每30 d澆水一次。

　　1.3 測(cè)定方法

　　1.3.1 吉林省西部本地菊芋品種調(diào)查

　　指標(biāo)的選擇參考莊舜堯等[36]、孔濤等[37]、高凱等[38]、呂世奇等[39]的研究方法。在2018年10月份期間，每個(gè)菊芋樣地選擇5株具有代表性的植株進(jìn)行1次調(diào)查測(cè)定。用卷尺測(cè)定株高、塊莖平均分布深度和塊莖平均橫向分布幅度，精確到0.1 cm。用游標(biāo)卡尺測(cè)定地徑和塊莖平均直徑，精確到0.01 mm。

　　1.3.2 “南芋1號(hào)”蘇打鹽堿化淡黑鈣土栽培試驗(yàn)

　　分別于2017年6月和2018年6月觀測(cè)“南芋1號(hào)”栽培成活率，共統(tǒng)計(jì)10排(每排10株)。同時(shí)選取10株長(zhǎng)勢(shì)具有代表性的植株掛牌，觀測(cè)其生長(zhǎng)、生物量指標(biāo)。同年9月份測(cè)定其葉片量、地徑和分枝數(shù)。11月份測(cè)定其塊莖鮮重、塊莖個(gè)數(shù)、地上部分鮮重和根系鮮重，并將塊莖帶回實(shí)驗(yàn)室，用烘箱105 ℃烘干24 h至恒重并稱(chēng)量。并且分別在2017年和2018年5月-10月期間，每15 d測(cè)定一次株高和冠幅。冠幅參考史元春等[40]研究方法，取東西、南北冠長(zhǎng)的平均值。

　　土壤指標(biāo)的選擇參考郭興等和范亞文等的研究[41-42]。2018年11月份進(jìn)行土壤取樣。本地菊芋在相應(yīng)調(diào)查田塊S形取土混合，取土深度為20 cm。在“南芋1號(hào)”試驗(yàn)田采用四分法取土。環(huán)刀取表層土，用作物理性質(zhì)測(cè)定，土壤物理性質(zhì)(容重、總孔隙度和含水量)參考喬勝英等的方法[43]。化學(xué)性質(zhì)測(cè)定取土深度為20 cm，土壤全氮量(TN)用半微量開(kāi)氏法測(cè)定，土壤全磷量(TP)用NaOH熔融-鉬銻抗比色法，土壤全鉀量(TK)用NaOH熔融法測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定用重鉻酸鉀容量法(外加熱)[25]，土壤pH值測(cè)定用美國(guó)Spectrum pH400，土壤電導(dǎo)率用浙江托普儀器有限公司的TZS-PHW-4G土壤多參數(shù)測(cè)定儀測(cè)定。

　　1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

　　利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，使用SPSS 25.0軟件進(jìn)行方差分析(ANOVA單因素方差分析Duncan法)、主成分分析及聚類(lèi)分析(系統(tǒng)聚類(lèi)分析法)。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 吉林省西部本地菊芋品種特點(diǎn)及分類(lèi)

　　2.1.1 吉林省西部本地菊芋品種生長(zhǎng)量、產(chǎn)量品質(zhì)描述性分析

　　本研究對(duì)吉林省西部本地菊芋品種生長(zhǎng)、產(chǎn)量品質(zhì)進(jìn)行觀測(cè)(表2)。所有生長(zhǎng)量、產(chǎn)量指標(biāo)的變異系數(shù)都超過(guò)10%，因此，本研究菊芋品種間的生長(zhǎng)量、產(chǎn)量指標(biāo)差異較大，且具有一定的廣泛性和代表性。其中，變異系數(shù)最大的指標(biāo)為：根系鮮重、地上部分鮮重和塊莖鮮重，說(shuō)明這幾個(gè)指標(biāo)是區(qū)分研究區(qū)菊芋品種的主要指標(biāo)。中值與均值差異較大的指標(biāo)分別為：地上部分鮮重和塊莖鮮重，說(shuō)明這幾個(gè)指標(biāo)分布的離散性較大。由于所調(diào)查的植株所處環(huán)境條件相似，因此，各指標(biāo)差異的主要原因是品種不同。

　　在本研究調(diào)查的12處菊芋中，位于同一處的菊芋塊莖顏色相同，其中7處菊芋的塊莖為紫色，4處為白色，1處為粉白色。本研究對(duì)不同顏色塊莖菊芋生長(zhǎng)量、生物量進(jìn)行觀測(cè)(表3)。3種顏色塊莖菊芋的株高、地徑有顯著差異(P<0.05)，大小排序?yàn)椋悍郯咨咨仙?3種顏色菊芋的地上、塊莖和根系鮮重差異極顯著(P<0.01)，塊莖鮮重大小排序?yàn)椋鹤仙郯咨咨＿@說(shuō)明：吉林省西部本地菊芋品種間生長(zhǎng)、生物量狀況差異較大，粉白色塊莖菊芋地上生長(zhǎng)狀況最佳，紫色塊莖菊芋地下生長(zhǎng)及生物量最佳。

　　2.1.2 吉林省西部本地菊芋品種生長(zhǎng)量、產(chǎn)量品質(zhì)主成分分析

　　為研究各指標(biāo)在研究區(qū)菊芋生長(zhǎng)、生物量品質(zhì)特征中所占主導(dǎo)作用，對(duì)菊芋9個(gè)生長(zhǎng)、生物量指標(biāo)進(jìn)行主成分分析(表4)。由表4可知，特征值大于等于1的主成分有2個(gè)(累計(jì)方差貢獻(xiàn)率68.811%)，按照累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于等于85%的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，包含的主成分為4個(gè)，且第4個(gè)主成分的特征值(0.826)接近1。

　　研究對(duì)主成分分析因子負(fù)荷矩陣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表5)。由表5可知，第1主成分特征值為3.85，方差貢獻(xiàn)率為42.775%，主要反映的是塊莖鮮重、塊莖平均直徑和塊莖顏色，是塊莖生物量及形態(tài)因子，其中塊莖平均分布深度負(fù)荷數(shù)值較大且為負(fù)值，育種時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小;第2主成分特征值為2.343，方差貢獻(xiàn)率為26.036%，主要反映株高、地徑和地上部分鮮重，是地上部分生長(zhǎng)、生物量因子，其中塊莖橫向分布幅度負(fù)荷數(shù)值較大且為負(fù)值，因此，為保證地上部分良好生長(zhǎng)，育種時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小。

　　在4個(gè)主成分中，負(fù)荷較大的指標(biāo)包括塊莖鮮重、塊莖顏色、塊莖平均直徑、株高、地徑和根系鮮重，因此，為改善菊芋生長(zhǎng)、產(chǎn)量狀況，選育過(guò)程中應(yīng)提高這些指標(biāo);負(fù)荷為負(fù)且數(shù)值較大的指標(biāo)包括塊莖平均分布深度和塊莖橫向分布幅度，因此，在選育過(guò)程中應(yīng)盡量降低這兩個(gè)指標(biāo)的數(shù)值。

　　2.1.3 吉林省西部本地菊芋品種生長(zhǎng)量、產(chǎn)量品質(zhì)聚類(lèi)分析

　　對(duì)本地菊芋品種生長(zhǎng)量、產(chǎn)量品質(zhì)進(jìn)行聚類(lèi)分析(圖1)。在類(lèi)間距為3時(shí)，本研究菊芋的生長(zhǎng)、生物量品質(zhì)分為3類(lèi)：

　　第1類(lèi)：(樣地編號(hào)1、4、5、6、7、9、11、12)株高較高(264.15～353.8 cm)，地徑較細(xì)(18.37～30.92 mm)，地上生部分鮮重較小(320.29～752.87 g)，塊莖產(chǎn)量較少(165.29～659.23 g)，根系鮮重較小(185.42～226.98 g)，即生長(zhǎng)、生物量品質(zhì)較差，利用價(jià)值較低。

　　第2類(lèi)：(樣地編號(hào)2、8)地徑較粗(35.65～40.13 mm)，地上部分鮮重大(986.25～1696.18 g)，塊莖鮮重大(1200.47～1596.19 g)，即抗風(fēng)及防治風(fēng)蝕潛力較大、經(jīng)濟(jì)效益高。

　　第3類(lèi)：(樣地編號(hào)3)塊莖鮮重較大(1100.92～1421.23 g)，根系鮮重大(790.23～825.15 g)，即經(jīng)濟(jì)效益高，由于根系較發(fā)達(dá)，其養(yǎng)分吸收、抗逆性及改良土壤潛力較大。

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