寧夏中部干旱帶沙地人工甘草不同種植密度土壤水分時空變化及產量性狀分析

張清云，王寧庚，楊朝霞，左 忠，李 明

（1.寧夏農林科學院 荒漠化治理研究所，銀川750002；2.寧夏鹽池縣林業局，寧夏 鹽池751500；3.寧夏鹽池縣科技局，寧夏 鹽池751500）

寧夏中部干旱帶沙地人工甘草不同種植密度土壤水分時空變化及產量性狀分析

張清云1，王寧庚2，楊朝霞3，左 忠1，李 明1

（1.寧夏農林科學院 荒漠化治理研究所，銀川750002；2.寧夏鹽池縣林業局，寧夏 鹽池751500；3.寧夏鹽池縣科技局，寧夏 鹽池751500）

水分是影響寧夏中部干旱帶沙地人工種植甘草最重要的限制生態因子，通過對不同密度人工種植甘草地土壤水分特征變化及產量性狀進行分析，確定了人工種植甘草的最佳種植密度。結果表明：（1）不同種植密度人工甘草地土壤水分變異系數和標準差隨著土層深度的增加均呈現先增大后降低的趨勢；（2）不同種植密度人工甘草地土壤垂直剖面水分變化幅度大小劃分為0—20 cm活躍層、20—80 cm次活躍層和80—100 cm相對穩定層，土壤含水量從高到低依次為180 000株/hm2＞150 000株/hm2＞120 000株/hm2＞210 000株/hm2＞90 000株/hm2；（3）土壤含水量季節動態變化可劃分為3個時期：土壤水分積累期（5—6月）、土壤水分消耗期（7—9月）、土壤水分穩定期（10月—次年4月）；（4）從不同種植密度、產量性狀以及水分特征變化的整體分析看，人工種植甘草的最佳密度約為180 000株/hm2。

甘草；種植密度；土壤水分

烏拉爾甘草（Glycyrrhiza uralensis）為豆科（Leguminosae）甘草屬（GlycyrrhizaLinn.）多年生草本植物[1]，其根及根莖為常用中藥材，具有補脾益氣、潤肺止咳、通經脈、利血氣、清熱解毒及止咳祛痰潤肺的功效。近年來，隨著甘草的藥理研究日益深入，甘草是荒漠半荒漠草地自然植被的主要組成部分，也是寧夏干旱、半干旱地區重要的沙生藥用植物資源。甘草根系發達，生命力強，覆蓋度高，具有耐旱、耐堿和耐瘠的特性，適宜在干旱、半干旱地區砂質偏堿性的鈣質土壤上生長，是半干旱荒漠地區優良的藥用和防風固沙植物[2]。自20世紀80年代以來，全寧夏因采挖甘草直接破壞草原面積達17.83萬hm2，間接破壞草原35.7萬hm2[3]，從而使草原大面積沙化，甘草資源面臨枯竭。為了保護好現有的野生甘草資源，必須大力發展人工種植甘草。發展人工種植甘草就離不開水，水分既是干旱、半干旱地區植被建設最重要的生態因子，同時也是限制我國西北干旱區、半干旱區農業生產的關鍵因素[4-5]，又是制約寧夏中部干旱帶人工栽培甘草產業發展的主要因素之一。在旱作農業區，產量與降雨的多少和生產關鍵時期的干旱程度呈正相關關系[6]。目前，諸多學者對水地人工種植甘草對水分的影響進行了大量的研究[7-10]，但關于旱地不同密度下人工種植甘草對水分影響的報道較少。本文通過對不同人工種植密度甘草土壤水分的監測，分析干旱、半干旱地區不同密度人工種植甘草對土壤水分的影響，研究旱地人工甘草不同栽培密度對土壤水分時空變化的影響，確定干旱地區人工栽培甘草最佳種植密度，為干旱地區人工種植甘草高產、豐產栽培提供理論依據。

1 研究區概況

試驗基地位于寧夏鹽池縣花馬池鎮沙邊子村，地處鹽池縣北部，距縣城15 km，地理位置為北緯37°50′27″—37°53′50″，東經107°20′35″—107°25′38″。年降雨量為230～330 mm，多集中在7—9月，蒸發量為2 180 mm，海拔1 240 m，無霜期128 d，年平均氣溫7.7℃，平均日差14.1℃，≥10℃的年有效積溫平均為2 963.1℃，年太陽總輻射602.5 kJ/cm2，年日照時數達3 036.4 h，屬中溫帶干旱氣候區，大陸性氣候特征十分明顯。土壤質地為沙壤土，p H值為8.3，適合甘草的生長和干物質積累。

2 材料與方法

供試甘草為寧夏鹽池縣產烏拉爾甘草1年生種苗，小區面積50 m2（10 m×5 m），共設5個處理，移栽密度為90 000，120 000，150 000，180 000，210 000株/hm2，重復3次，移栽時間為4月5日，肥料用量參照大田生產水平施用，采用人工種植，行距25 cm，種植深度為10 cm。甘草移栽后的整個生長期間，不進行灌水處理。移栽1個月后進行田間水分測定，人工種植甘草根系分布主要在20～80 cm，從5月份開始，采用三點混合取樣法在0—100 cm的土層中，每20 cm為一層采樣。土樣用烘干法在（105±5）℃下烘至恒重，計算其土壤含水量，用重量百分比（干土重%）表示。每月5日測定1次土壤0—20 cm，20—40 cm，40—60 cm，60—80 cm，80—100 cm土壤含水量。用環刀取土測定各層土壤容重，采用Wilcox環形法測定最大田間持水量（表1）。

表1 試驗地土壤的基本情況

變異系數Cv和標準差S的計算公式分別為：

在甘草生育期觀測各處理地上部分生長變化，10月下旬收獲地下部分進行田間考種，測量主根長、徑粗和產量等，其產量為3個重復的平均產量，并進行分析。

3 結果與分析

3.1 人工甘草不同種植密度土壤含水量特征值變化

土壤水分的垂直變化為了反映土壤水分垂直變化情況，用變異系數Cv表示其變化情況，越大表示土壤水分變化越劇烈，反之表示土壤水分差異越小[11]。

整個生長季（5—10月）土壤剖面水分的平均值、標準差和變異系數垂直分布的變化趨勢如表2所示。隨著人工甘草不同種植密度的增加，土壤剖面內土壤水分的變異系數和標準差隨著土層深度的增加均呈現出降低的趨勢，降雨對（0—40 cm）土壤的作用明顯大于其對深層（40—100 cm）土壤，由于是沙壤土地，降雨時雨水下滲速度較快，使土壤含水量急劇增加，之后由于甘草耗水和地表蒸發以及在重力勢與基質勢的作用下該層水分向深層運動[12]，使其含水量減小，從而使土壤含水量的波動較大。根據陳海賓等[13]的研究表明，隨著土層深度的增加，變異系數逐漸減小，主要是在沒有人工補給水的情況下，降雨對（0—40 cm）土壤含水量的影響較大。說明降雨是引起干旱和半干旱區沙地淺層土壤水分變化的主要因素，而人工種植甘草主要吸收20—60 cm的水分，由于種植密度不同，種植密度越大，土壤蒸發量減少，但甘草耗水量增大，從而使土壤含水量減少，因而變異系數和標準差明顯大于下層土壤。可能是隨著種植密度逐漸增加，地表覆蓋度增大，土壤的無效蒸發減少，導致土壤含水量增大。

表2 人工種植甘草不同密度各土層含水量的特征值

圖1 人工甘草不同種植密度土壤質量含水量的垂直分布

3.2 人工甘草不同種植密度土壤含水量的總體特征

以甘草整個生長季（5—10月）土壤含水量平均值的變化為例，研究人工甘草不同種植密度土壤含水量的總體特征。由圖1可看出，從土壤的含水量的垂直變化來看，不同種植密度甘草地土壤含水量存在差異，在土壤表層0—20 cm不同種植密度土壤含水量基本上維持在4.51%～4.74%，隨著土層深度的增加，不同種植密度的土壤含水量整體上表現為先增加后降低的趨勢。由此可以看出，甘草幼苗對土壤水分的影響主要在土壤20—60 cm，且不同種植密度間的差異較大，種植密度在210 000株/hm2和180 000株/hm2土壤含水量明顯高于其他移栽密度的含水量。

3.3 人工甘草不同種植密度土壤含水量垂直變化規律

根據人工甘草不同種植密度生長季初期（5月）和生長季末期（10月）土壤含水量進行研究，分析不同種植密度下土壤含水量的垂直分布變化規律。一般來講隨著土層深度的增加，土壤平均含水量的變化幅度在減少，根據王孟本等[14]的研究，由圖2可以看出將土壤水分變化幅度大小劃分為0—20 cm活躍層、20—80 cm次活躍層和80—100 cm相對穩定層。在甘草生長初期，各處理的各土層土壤含水量在生長季始末期有明顯的差異，種植密度為90 000～12 000株/hm2在生長季初期，土壤水分含量0—100 cm基本處于一個平穩狀態，但含水量比較低，主要原因是種植密度比較小，地表蒸發量大；在甘草生長末期，雖然經過7月、8月、9月的雨季，但降水不能滿足其生長，需要消耗土層中儲存的水分才能滿足其生長，種植密度在120 000，150 000，180 000株/hm2時，土壤含水量在逐漸增加，并明顯高于種植密度為90 000，210 000株/hm2的土壤含水量，說明種植密度小的，地表蒸發量加大，種植密度大的，葉片蒸發量加大，需要消耗土層中儲存的水分，所以生長季末的土壤含水量明顯低于其他種植密度的土壤含水量，因此，人工甘草不同種植密度土壤含水量從高到低依次為180 000株/hm2＞150 000株/hm2＞120 000株/hm2＞210 000株/hm2＞90 000株/hm2。

圖2 人工甘草不同種植密度初期、末期土壤質量含水量的垂直分布

3.4 人工甘草不同種植密度土壤含水量季節變化規律

不同種植密度土壤含水量具有明顯的季節變化規律，土壤含水量按季節變化分為3個階段，5—6月為土壤水分弱失水階段，6—8月為土壤水分消耗階段，9—10月為水分緩慢恢復階段。土壤水分主要受降雨量和蒸發的影響較大，而降雨量對土壤含水量是最直接的影響氣象因子[15]。

由圖3可以看出，2011年在甘草生長季節（5—10月）降雨量為292.6 mm，屬于平水年，各試驗處理地的土壤質量含水量時空變化隨著降雨量的季節變化呈現有規律的變化，且表現出一定的滯后性[16]。5個不同種植密度，除了在5—7月種植密度為90 000株/hm2和120 000株/hm2的土壤含水量呈先上升后下降的趨勢，其他種植密度則呈下降趨勢，7—9月不同種植密度的甘草均表現為土壤含水量先上升后下降的趨勢。并且在7月份時土壤含水量均達到最低，7月以后土壤含水量明顯加速變化，這主要是因為7—9月份自然降雨的增加，土壤含水量在逐漸升高，甘草也進入了生長旺盛期，9月份以后甘草生長逐漸減緩，土壤含水量也在緩慢降低，因此，從甘草的整個生長季5—10月份，把土壤含水量季節動態變化劃分為3個時期：土壤水分積累期（5—6月）、土壤水分消耗期（7—9月）、土壤水分穩定期（10月—次年4月）。

圖3 人工甘草不同種植密度末期土壤含水量季節分布

3.5 不同種植密度人工甘草單株性狀及產量分析

從表3可以看出，從甘草考種的主要性狀上分析，甘草的主根長度、橫徑和單株重量也是隨著密度的增大呈現減小的趨勢，表明適當增加栽植密度，雖然不利于個體商品性的提高，但卻有利于整體產量的提高。從產量結果方差分析看，收獲株數隨栽植密度的增大而增大，產量也在逐漸增加，當移栽密度達到180 000株/hm2時，產量達到最大5 663 kg/hm2，顯著高于密度在150 000株/hm2及以下密度的產量。種植密度在150 000，120 000，90 000株/hm2差異不顯著，其后隨著移栽密度的增加超過一定的限度，達到210 000株/hm2時，產量則呈現下降趨勢。根據不同種植密度以及水分特征變化的整體分析，想要高產必須要有一定的密度，但也不主張種植密度過大。寧夏中部干旱帶人工種植甘草的適宜密度約為180 000株/hm2。

表3 不同栽培密度下的甘草鮮草單株性狀及產量方差分析

4 結論

在干旱半干旱區，土壤水分是植物生長的最大限制因素，也是影響人工種植中藥材（甘草）重要方面，在一定的降雨條件下，土壤水分主要受種植密度影響比較大，隨著種植密度的增加呈降低趨勢，種植密度高意味著水分消耗比較大[17]。本文探討寧夏中部干旱帶沙地不同密度人工種植甘草土壤水分時空變化，就是為了獲得最佳的人工甘草種植密度并獲得最大的產量效益。通過以上分析表明，在旱地人工種植甘草過程中，在同一栽培方式下不同種植密度會對土壤水分產生重要的影響，并且對甘草個體發育起到關鍵性的作用。

（1）甘草幼苗對土壤水分的影響主要在土壤20—60 cm，且不同種植密度間的差異較大，種植密度在210 000株/hm2和180 000株/hm2土壤含水量明顯高于其他移栽密度的含水量。可能是隨著種植密度逐漸增加，地表覆蓋度增大，土壤的無效蒸發減少，導致土壤含水量增大。

（2）人工甘草種植密度小的，地表蒸發量加大，種植密度大的，葉片蒸發量加大，需要消耗土層中儲存的水分，所以在生長季末，種植密度小的土壤含水量明顯低于其他種植密度的土壤含水量，因此根據不同種植密度人工甘草地土壤垂直剖面水分變化幅度大小劃分為0—20 cm活躍層、20—80 cm次活躍層和80—100 cm相對穩定層，土壤含水量從高到低依次為180 000株/hm2＞150 000株/hm2＞120 000株/hm2＞210 000株/hm2＞90 000株/hm2。

（3）不同種植密度人工甘草的土壤含水量季節動態特征主要受降雨的季節性變化決定，變化幅度又受種植密度和降雨的影響，但在甘草整個生長季土壤水分變化趨勢是基本一致的，因此根據土壤含水量季節動態變化可劃分為3個時期：土壤水分積累期（5—6月）；土壤水分消耗期（7—9月）；土壤水分穩定期（10月—次年4月）。

（4）從甘草考種的主要性狀上分析，甘草的主根長度、橫徑和單株重量也是隨著密度的增大呈現減小的趨勢，表明適當增加栽植密度，雖然不利于個體商品性的提高，但卻有利于整體產量的提高。從不同種植密度、產量性狀以及水分特征變化的整體分析看，種植密度在180 000株/hm2左右時比較符合寧夏中部干旱帶的人工甘草的種植密度，并且能獲得最佳的產量效益，產量達到5 663 kg/hm2。

在寧夏中部干旱帶地區，降雨量有限，地表蒸發量大，人工種植甘草密度不宜過大，以防止耗水過大的季節（6月中下旬和7月上中旬）造成甘草缺水而枯死，從而造成人工甘草減產，效益下降。在生產實踐中，合理的種植密度是獲得高產和優良質量的必要條件。

[1]蔣齊，潘占兵，張清云，等.寧夏甘草資源的保護及可持續利用對策[J].資源開發與市場，2004，20（2）：128-130.

[2]藺海明，紀瑛，邱黛玉.灌水對沙漠綠洲區甘草生長動態和產量的影響[J].草業科學，2011，28（11）：1992-1997.

[3]張國榮.強度采挖甘草資源對干旱區環境的影響[J].干旱區資源與環境，1993（S1）：363-365.

[4]李生秀，胡田田，高亞軍.旱地土壤的合理施肥：Ⅰ.旱地土壤的供肥特點和施肥的迫切性[J].干旱地區農業研究，1993（S1）：1-6.

[5]張繼，姚健，丁蘭，等.甘草的利用研究進展[J].草原與草坪，2000，89（2）：12-14.

[6]張玉斌，曹寧，武敏，等.黃土高原南部水平梯田的土壤水分特征分析[J].中國農學通報，2005，21（8）：215-220.

[7]李明，張清云，蔣齊，等.灌水量對寧夏中部干旱帶沙地土壤水分的影響研究[J].水土保持研究，2006，13（6）：222-227.

[8]劉長利，王文全，魏勝利.干旱脅迫對甘草各營養器官生物量及分配的影響[J].中藥材，2005，28（1）：7-8.

[9]祝玲敏，安文芝，謝建軍，等.播種期對栽培甘草越冬性及根系生長特征的影響[J].中國沙漠，2007，27（3）：469-472.

[10]王秀英，張大惠.不同氮肥施用量對甘草農藝性狀的影響[J].安徽農業科學，2009，37（3）：1178-1181.

[11]孫中峰，張學培，張曉明，等.晉西黃土區林地坡面土壤水分異質性研究[J].干旱地區農業研究，2004，22（2）：81-86.

[12]余新曉.土壤動力水文學及其應用[M].北京：中國林業出版社，1995.

[13]陳海賓，孫長忠，安峰，等.黃土高原溝壑區林地坡面土壤水分特征的研究[J].西北林學院學報，2003，18（4）：13-16.

[14]王孟本，李洪建.晉西北黃土區人工林土壤水分動態的定量研究[J].生態學報，1995，15（2）：178-184.

[15]潘顏霞，王新平.荒漠人工植被區淺層土壤水分空間變化特征分析[J].中國沙漠，2007，27（2）：250-256.

[16]潘占兵，李生寶，郭永忠，等.不同種植密度人工檸條林對土壤水分的影響[J].水土保持研究，2004，11（3）：265-267.

[17]舒維花，蔣齊，王占軍，等.寧夏鹽池沙地不同密度人工檸條林對土壤微生物的影響[J].寧夏大學學報：自然科學版，2012，33（2）：205-209.

Analysis of Yield and Soil Water Spatiotemporal Variation in Different Densities of Artificial Planting Glycyrrhiza uralensis in Sandy Land of Arid Region of Ningxia

ZHANG Qingyun1，WANG Ninggeng2，YANG Zhaoxia3，ZUO Zhong1，LI Ming1
（1.Desertification Control Research Institute，Ningxia Academy of Agriculture and Forestry，Yinchuan750002，China；2.Ningxia Yanchi County Forestry Bureau，Yanchi，Ningxia751500，China；3.Ningxia Yanchi County Technology Bureau，Yanchi，Ningxia751500，China）

Water is one of the most important limiting ecological factors of impact cultivatedClycyrrhiza uralensisin sandy land of central arid region of Ningxia.The soil moisture characteristic variation and yield under different densities of cultivatedClycyrrhiza uralensiswere analyzed to determine the best planting density of the cultivatedClycyrrhiza uralensis.The results showed that：（1）the soil moisture variation coefficient and standard deviation in different planting density ofGlycyrrhiza uralensisshowed increased first and then gradually decreased with the increase of soil depth；（2）the variation of soil moisture magnitude of vertical section underGlycyrrhiza uralensisin different planting densities is divided into 0—20 cm active layer，20—80 cm sub-active layer and 80—100 cm relatively stable layer，the soil moisture followed the order：180 000 individual/hm2＞150 000 individual/hm2＞120 000 individual/hm2＞210 000 individual/hm2＞90 000 individual/hm2；（3）the seasonal dynamics of soil moisture can be divided into three periods：the soil moisture accumulation period（May—June），soil moisture depletion period（July—September），soil moisture stabilization period（October—next April）；（4）from the overall analysis of different planting density，yield and characteristics of water changes，the best planting density of cultivatedClycynhiza uralensisis about 180 000 individual/hm2.

Clycyrrhiza uralensis；planting density；soil water

S152.7

A

1005-3409（2017）01-0031-05

2016-01-15

2016-03-02

寧夏農林科學院科技創新先導資金項目“甘草連作障礙因素及解除措施研究”（NKYJ-14-25）；“鈣鎂營養對栽培甘草生長發育及有效成分含量的影響”（NKYJ-16-04）

張清云（1964—），男，寧夏鹽池縣人，學士，副研究員，主要從事防沙治沙與沙生藥用植物栽培研究。E-mail：nxzhqy＠163.com

李明（1965—），男，寧夏平羅縣人，碩士，研究員，主要從事防沙治沙與沙生藥用植物栽培研究。E-mail：lm.nxpl＠163.com