張弢，李巖瑛，張敏，董吉德，顏鵬程，毛竹馨

（1中國氣象局蘭州干旱氣象研究所/甘肅省干旱氣候變化與減災重點實驗室/中國氣象局干旱氣候變化與減災重點實驗室，蘭州 730020；2甘肅省永昌縣氣象局，甘肅永昌 737200；3甘肅省武威國家氣候觀象臺，甘肅武威 733000；4甘肅省永昌縣農業(yè)技術推廣服務中心，甘肅永昌 737200）

0 引言

干旱是世界上影響面最廣、造成農業(yè)損失最大的自然災害之一[1]，具有發(fā)生頻率高，影響范圍廣、持續(xù)時間長等特點，對工農業(yè)生產和生態(tài)環(huán)境具有嚴重的影響[2]。中國西北干旱區(qū)地域廣大，不僅是歐亞大陸的極旱區(qū)，而且是全球最重要的干旱氣候區(qū)之一[3]，降水稀少，蒸發(fā)量大，農作物灌溉主要依賴冰川融水和地下水開采，用水量占總用水量的80%，地表水開發(fā)程度已經很高，水資源供需矛盾突出[4]，干旱的頻繁發(fā)生給國民經濟，特別是農業(yè)生產帶來巨大的危害[5]。因此，研究作物的耐旱機理，選擇具有適宜性的耐旱作物，對于干旱地區(qū)提高水分利用效率緩解水資源供需矛盾具有十分重要的意義。

藜麥(ChenopodiumquinoaWilld)為一年生草本植物，原產于南美洲安第斯山脈高原地區(qū)，有約7000 年的栽培歷史[6]，為短日照植物，性喜強光[7]，具有廣泛的生態(tài)適應性和抗逆性，能夠適應不同氣候條件[8]，可以在干旱、鹽堿地和頻繁霜凍等極端環(huán)境下生長[9]，具有豐富的營養(yǎng)價值。中國于1987 年在西藏引種試驗成功[10]，2008年實現(xiàn)規(guī)?；N植，目前，廣泛分布于20余個?。▍^(qū)），截至2020年，中國藜麥種植面積超過2萬hm2，種植面積和總產量已躍居世界第三（數據來源于2020年藜麥產業(yè)發(fā)展報告）。種植示范結果表明，藜麥在不同的種植地區(qū)均能正常結實形成產量，可以適應當地生態(tài)環(huán)境，具有大面積推廣的潛力和廣泛的開發(fā)前景[11-14]。

作為一種新型糧食作物，在耐旱性和抗旱性研究方面，張紫薇等[15]通過分析指出，藜麥通過增加根生物量與根長比例來增加植物吸水能力，從而增加對干旱環(huán)境的耐受性，增強抗旱力。溫日宇等[16]通過干旱脅迫對不同藜麥種子萌發(fā)及生理特性的影響研究中發(fā)現(xiàn)，藜麥可以通過改變相應生物學、生理學特性來主動適應干旱；王志恒等[17]對多種藜麥品種的抗逆性評價中，分別篩選出了抗旱、耐鹽和耐堿的藜麥品種和鑒定指標；劉文瑜等[18]通過研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫嚴重到一定程度時，葉片葉綠素合成和干物質積累會受到抑制。在諸多的研究中，同時開展藜麥耐旱性和適宜性方面的研究還未見到，為應對西北地區(qū)干旱氣候形勢，緩解水資源緊張局面，本研究基于甘肅省永昌縣地區(qū)當地條件，以‘隴藜1號’為試驗材料，記錄藜麥在干旱地區(qū)整個生育期內的生長特性和生長狀況，分析了其在干旱地區(qū)的耐旱性和適宜性，以期為藜麥在西北干旱地區(qū)的進一步推廣種植提供一定的理論依據和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地選在永昌縣城關鎮(zhèn)沙溝岔村二社，面積0.06 hm2，地理位置為：N 38°13′52″，E 101°55′16″，海拔高度為2024.1 m。該地段灌溉便利，地形平整，土質為砂壤土，土壤pH值為8.25，呈弱堿性，耕層土壤有機質含量為26.0 g/kg、堿解氮含量為92.2 mg/kg、有效磷含量為60.7 mg/kg、速效鉀含量為298.1 mg/kg。試驗種植品種為‘隴藜1號’，前茬作物為洋蔥，試驗于2022年5月—2022年10月進行。

1.2 方法

1.2.1 種植方式采用覆膜+膜下滴灌方式，用拖拉機覆膜、鋪設滴灌帶一次性完成，地膜顏色為黑色，幅寬120 cm（覆膜后實際幅寬為100 cm），幅距40 cm。

1.2.2 播種方法機械穴播，播種前施底肥，底肥為金大地復合肥(N-P-K=15-15-15)，施肥量為600 kg/hm2，播種量為15 kg/hm2，用炒熟的油菜籽和藜麥種子按1:1的比例摻勻，采用5 孔手推滾輪播種器播種（圖1），播深約2 cm，每幅播種3行，株距30 cm。

圖1 藜麥播種圖

1.2.3 觀測方法在藜麥試驗田內設置4 個觀測小區(qū)，各選有代表性的一個點，作上標記，并按順序編號，測點之間保持一定距離，各區(qū)測點位置交錯排列，使之縱橫都不在同一行上，測點距田地邊緣的距離不小于2 m，以避免邊際影響[19]，小區(qū)面積為1 m2（圖2）。生育期按照鄧萬云等[11]對藜麥生育期的劃分標準，分別記錄藜麥播種、出苗、分枝、現(xiàn)穗、開花和成熟共6個生長發(fā)育時期的日期。

圖2 藜麥觀測小區(qū)示意圖

觀測標準：出苗期為植株幼苗露出地面2～3 cm，豎看顯行。分枝期為小區(qū)內50%以上的植株主莖葉腋開始延伸、頂端離主莖的長度達2 cm；現(xiàn)穗期為小區(qū)內50%以上的植株頂端形成花蕾的日期；開花期為小區(qū)50%以上的植株主穗花序開花的日期；成熟期為小區(qū)80%以上的植株莖稈變黃、穗頂變色、籽粒充實、外殼變硬的日期；莖粗為主莖基部距地面2 cm左右位置處的測量值；全生育期為播種次日至成熟期的日數。株高、千粒重、單株粒重、籽粒與莖桿比等產量結構分析和生育期觀測均在4個小區(qū)內進行。

1.2.4 數據統(tǒng)計方法采用Microsoft Excel 2007進行數據統(tǒng)計計算、繪圖及分析。

1.3 田間管理

1.3.1 間苗藜麥苗期共間苗2 次，原則是去弱留壯。第一次間苗在苗高為3～5 cm 時進行，每穴留苗3～4株；第二次間苗在苗高為8～10 cm左右時進行，每穴留苗2株，需從根部掐斷，以免對余苗根系造成傷害。在第二次間苗的同時進行培土，以促進次生根生長，增強植株的支撐能力，防止后期倒伏。

1.3.2 除草人工除草，切忌使用化學除草劑。第一次除草，在第一次間苗時進行；第二次除草在第二次間苗時進行；其后，視田間雜草生長情況而定，直到苗高達100 cm以上冠部舒展時，雜草生長逐漸會得到抑制。

1.3.3 追肥施足底肥后整個生育期內再無需進行追肥。

2 結果與分析

2.1 藜麥的生長特性

藜麥于5 月20 日播種，播種后出苗迅速，約4～5 d即可露出地面，苗期為11 d，平均溫度為17.5℃，日照時數為108.8 h（見圖3(a)）。

圖3 藜麥出苗期(a)、分枝期(b)、現(xiàn)穗期(c)、開花期(d)、成熟期(e)圖

分枝期平均溫度為18.3℃，日照時數為255.4 h，降水量為29.9 mm。分枝期是根系生長時期，植株生長相對緩慢，28 d株高增長約30 cm左右（見圖3(b)）。

現(xiàn)穗期生長速度最快，平均溫度為20.1℃，日照時數為133.3 h，降水量為48.4 mm。隨著溫度的升高，株高由分枝期的31 cm 猛增到126 cm，18 d 時間株高增長近100 cm（見圖3(c)）。

開花期是穗部發(fā)育的關鍵階段，共26 d，平均溫度為19.8℃，日照時數為204.1 h，降水量為39.7 mm，植株平均高度達185 cm，平均莖粗為2.2 cm（見圖3(d)）。

成熟期共59 d，氣溫逐漸下降，平均溫度為13.9℃，日照時數為382.4 h，降水量為63.4 mm，是穗部籽粒充實階段，初期果實充滿乳狀漿液，隨后籽粒逐漸變硬，此時株高雖有增長，但增長緩慢。進入成熟期10 d 左右，部分植株逐漸變紅，此時植株不再增長，株高固定，平均株高為203 cm，最高株高達267 cm，莖粗范圍在2.1～2.8 cm 之間（見圖3(e)）。各生育期出現(xiàn)日期及氣象要素見表1。

表1 藜麥各生育期出現(xiàn)日期及氣象要素表

藜麥全生育期天數共142 d，平均溫度為17.0℃，≥0℃的積溫為2416.7℃，降水總量為182.4 mm，日照時數為1084.0 h。收獲后進行了產量結構分析，測得千粒重為2.71 g，單株粒重為63.29 g，平均產量為2895.3 kg/hm2，籽粒與莖桿比為1:0.99，介于水稻(1:0.90)和小麥(1:1.10)之間。

2.2 藜麥的耐旱機理

2.2.1 根根系是植物直接吸收水分的器官，是評價植物耐旱性的一個重要的指標，根系大、深、密是作物抗旱的基本特征。為獲取藜麥在土壤中的根系分布情況，分別于7月28日開花中期和10月9日成熟后對藜麥根系進行了取樣觀測，取樣時交錯選點，避免邊際效應，株型選擇中等高度，取樣坑直徑和深度為50×50 cm，并力求使根系完整。觀測結果顯示（表2），藜麥根系分布在表層土的10～40 cm 深度，根系發(fā)達，呈網狀分布，大部分根系具有明顯的主根，也有部分根系則沒有明顯的主側根之分（圖4），根深跟株高基本成正比。網狀分布的發(fā)達根系，不但有利于從土壤中吸收水分，而且有利于抵抗強風等惡劣環(huán)境。

表2 藜麥根系長度

圖4 藜麥開花期(a)、成熟期(b)根系狀況圖

2.2.2 葉葉片是植物進行光合作用和蒸騰作用的主要器官。藜麥葉片形似鵝掌、互生、葉緣呈不整齊鋸齒狀，早期呈深綠色，葉面上有白色的短絨毛，仿佛在葉片上覆了一層薄霜，葉脈致密，角質層厚，葉表面的小囊胞中含有鈣草酸鹽晶體（圖5(a)），這樣的結構特征具有良好的吸濕性和防止過度蒸騰的作用。葉片成熟期變?yōu)辄S色、紅紫色（圖5(b)），葉片失去膨壓開始萎蔫，降低了葉面積和氣孔開度，從而減少了水分蒸騰，有利于養(yǎng)分和水分向果實集中輸送。

圖5 藜麥分枝期(a)、成熟期(b)葉片形狀圖

2.2.3 莖莖對植物體地上部分起著支撐作用，也是植物輸送水分和營養(yǎng)的重要器官，其木質化程度、疏導組織、表皮上的附屬結構等會影響植物的抗旱能力。藜麥做為一種抗旱性較強的雙子葉植物，它的莖結構在長期適應環(huán)境過程中，形成了最為合理的抗旱結構。成熟期測得平均莖粗為2.5 cm，莖部較為粗壯，且包含許多分枝，莖呈橢圓形，為木質中空，具有較厚的表皮，莖桿韌性很強，具有彈性，斷面有明顯的纖維狀導管（圖6）。莖的結構特征，既增加了莖桿的韌度，又具備了向枝葉快捷輸送水分的能力，同時，還具有鎖住水分避免水分流失的功能，這種獨特的生物學結構特征也是支撐其生長高度較高的主要原因。

圖6 藜麥莖截面圖

2.3 藜麥的需水規(guī)律

藜麥全生育期的需水規(guī)律可以概括為“前期耐旱，中期喜水（宜濕），后期怕潮”。苗期干旱少雨，有利于蹲苗，促進藜麥根系發(fā)展。分枝期田間土壤蒸發(fā)和作物蒸騰逐漸增大，使土壤底墑迅速減少，需要適時補充土壤水分，因此，分枝期（6 月8 日）進行了第一次灌溉。現(xiàn)穗期對干旱影響較為敏感，受到干旱脅迫時，會使藜麥細胞損傷嚴重，從而進一步影響藜麥穗部發(fā)育，因此，現(xiàn)穗期（7月5日）進行了第二次灌溉。開花至成熟期為藜麥產量形成關鍵時期，需要有充足的水分供應，力爭實現(xiàn)穗大粒多，開花期（8 月9 日）進行了第三次灌溉，每次的灌溉量約為450 m3/hm2。

2.4 藜麥在干旱地區(qū)種植的適宜性

光、熱、水、氣(CO2)和合適的土壤條件可以評價作物在一地種植的適宜性。藜麥種植地要求無霜期在100 d 以上，適宜的溫度為15～20℃，最高溫度不超過32℃，海拔1500 m 以上，土壤質地為砂壤土，pH 值為4.5～8.9。

永昌縣地處西北高原，平均海拔為1950 m，年平均溫度為5.8℃，最高氣溫為33.5℃，年平均降水量為211.8 mm，年平均相對濕度為49%，年平均日照時數為2999.7 h，≥0℃的有效積溫為2819.9℃，平均無霜期151 d。氣候冷涼、干燥，太陽輻射強、晝夜溫差大，跟藜麥原產地生態(tài)環(huán)境具有相似性，多年來，藜麥在永昌地區(qū)種植過程中無病蟲害發(fā)生。

3 討論

本研究首次以覆膜+膜下滴灌方式在永昌試種藜麥，全生育期天數為142 d，單產達2895.3 kg/hm2。目前，全國范圍內藜麥種植的最大產量出現(xiàn)在青海格爾木[12]，千粒重達到3.74～3.94 g，平均產量達到3616.5～5577.0kg/hm2；其次，是在西藏地區(qū)[10]，產量達5250.0kg/hm2；山西靜樂縣旱作藜麥平均產量為1675.1～3637.2 kg/hm2[20]；藜麥在北京郊區(qū)種植的平均產量為1860 kg/hm2[21]；甘肅其他地區(qū)的產量在2400.0～3241.5 kg/hm2之間[22]?？傮w來看本研究藜麥產量在全國范圍內處于中游水平。

生育期天數與該品種在甘肅東鄉(xiāng)種植的生育期天數相當[23]，成熟期的平均株高為203 cm，與該品種在青海高海拔地區(qū)[24]平均株高214.55 cm 相接近。成熟后測量了藜麥的籽粒與莖桿比，比值為1:0.99，該值在國內的公開資料中還未見到，測量籽粒與莖桿比的意義在于籽粒與莖桿比可以衡量莖葉的光合產物運往籽粒部分的多寡，其比值愈大，光合產物運往籽粒中的部分愈多，產量也愈高。

藜麥的根、葉、莖分別具有獨特的耐受干旱的生理學特征。根系越龐大，作物獲得的水分和養(yǎng)分越多，耐受干旱的能力也就越強[25]。藜麥的較強耐旱性還與其葉片水分相關特性有關，包括低滲透勢、低鮮干重比、低彈性和在低葉片水勢下維持膨壓的能力等，低滲透勢特征可能是藜麥耐旱的一個重要原因[26]。藜麥在輕度和中度干旱脅迫下，細胞可以通過積累溶質來降低滲透勢，發(fā)揮主動調節(jié)作用，當干旱脅迫程度加重至重度干旱時，滲透調節(jié)作用減弱甚至消失，藜麥的葉片葉綠素合成和干物質積累會受到抑制[18]。但植物的抗旱機理不是單獨一個因素的作用，而是多種性狀綜合作用的結果[27]，具有一定的復雜性。

覆膜+膜下滴灌相較于傳統(tǒng)的大水漫灌方式，具有保墑、節(jié)水、節(jié)肥、增產和提髙作物品質等優(yōu)點[28]，與大水漫灌相比節(jié)約近1/2 的水量[29]。但值得注意的是種植前需進行冬灌，冬灌能夠較好地保證春播土壤墑情，且在春季土壤解凍后土質疏松利于出苗[30]。

本研究以‘隴藜1號’為研究對象取得上述研究結果，在具體種植過程中隨著土壤肥力、氣候條件的改變和種植品種的不同，種植結果也會有所不同，灌溉量、灌溉次數也應做相應調整，降水少的地區(qū)灌溉次數多、降水多的地區(qū)灌溉次數少，需要根據實際情況因地制宜。另外，對于藜麥耐旱機理方面的研究側重于外觀和生態(tài)結構方面，而對光合生理指標、氧化酶活性、滲透調節(jié)機制等方面在植物抗旱中的作用限于篇幅、技術手段等因素未進行深入分析。適宜性方面也是主要從氣候角度入手，做了宏觀分析，未對具體的環(huán)境因子做細致的量化處理并進行評價，這是本研究的局限性。

還有一個情況需要特別注意，藜麥不能重茬種植，重茬種植會使藜麥植株矮小，籽?？钒T，病蟲害嚴重，基本沒有產量，這種現(xiàn)象也被稱作“重茬障礙”[31]。發(fā)生重茬障礙的主要因素是土壤的營養(yǎng)失調，由于每種農作物對營養(yǎng)的需求比例是不一樣的，如果常年種植一種作物會使土壤中的某些元素格外缺乏，從而會抑制后續(xù)農作物的生長發(fā)育。

當前，藜麥的種植管理還是基于傳統(tǒng)的人工種植技術，尤其是不能使用除草劑增加了種植成本，限制了大面積推廣，但另一方面，未使用除草劑也使藜麥保留了健康和“綠色”品質。未來，既能提高機械化種植水平，又能保證健康和“綠色”品質的種植技術不僅是藜麥，同時也是其他糧食作物研究和發(fā)展的方向。

4 結論

藜麥全生育期天數為142 d，單產達2895.3 kg/hm2，籽粒與莖桿比為1:0.99，分枝期、現(xiàn)穗期、開花期分別是藜麥發(fā)育的關鍵階段，也是需水的關鍵時期。

根、葉、莖分別具有獨特的耐受干旱的生理學特征，植物的抗旱機理不是單獨一個因素的作用，是多種性狀綜合作用的結果，具有一定的復雜性。

采用覆膜+膜下滴灌方式進行藜麥種植，具有節(jié)水、節(jié)本、抗旱、增效等多重效果，可以提高水分利用效率，實現(xiàn)干旱地區(qū)有限水資源利用最大化，為藜麥的種植方式提供了一種新的選擇。綜合氣候條件、土壤條件、灌溉條件，結合本次大田試驗種植結果，藜麥在永昌表現(xiàn)出了良好的適宜性，覆膜+膜下滴灌的種植方式，適合在西北干旱地區(qū)進一步推廣。