秸秆覆盖量和覆盖时间对党参生长及光合特性的影响

崔同霞，李怀德，姚友旭，郑生岳，范重秀，惠和平，潘悦静

(甘肃农业职业技术学院，甘肃 兰州 730020 )

党参(Codonopsispilosula(Franch.) Nannf.)作为我国大宗常用药材，其药用和经济价值越来越受到人们的青睐。党参主要分布在于我国吉林、山西、陕西及河南、四川、甘肃、宁夏、云南、西藏等省区[1]，甘肃省是全国党参的主要产区和分布中心，党参种植面积在5万hm2左右，产量和市场占有率均占全国的90%以上[2]。甘肃省党参种植区60%以上属于干旱半干旱区，季节性干旱胁迫和高温胁迫并存，造成党参产量低而不稳，水分匮乏成为制约当地党参产业发展面临的主要问题。多年来，学者们对秸秆覆盖的保墒增产效应做了大量研究，且主要集中在大宗粮食作物和效益好的经济作物上[3-4]。李倩等[5]研究结果表明，秸秆覆盖处理较有效地缓和了土壤旱情，促进了马铃薯的生长发育、产量提高。王敏等[6]研究了不同覆盖方式对玉米的土壤水温效应及玉米生长状况的影响，结果表明：秸秆覆盖保墒效果好于其他处理，玉米40～160 cm秸秆覆盖土壤平均含水量显著提高，且秸秆覆盖显著(P<0.05)降低了玉米穗长、行粒数和百粒重。杨志晓等[7]研究得出覆盖稻草可以增加根系生物量，提高根系活力，改善叶片净光合速率，降低蒸腾速率，提高烟叶的水分利用效率，使烟叶的叶面积增大，比叶重减小，单叶重增加。而关于覆盖对党参生长发育及光合特性影响的研究报道相对较少。据此，本课题组进行了多年党参秸秆覆盖栽培技术研究，2015进行了秸秆覆盖对党参土壤水热状况的影响试验，发现土壤含水量较露地不覆盖平均提高6.35%，土壤温度降低0.99℃[8]；2017年进行了秸秆覆盖和露地不覆盖对比实验，覆盖后党参增产幅度达55.41%；2018年党参覆盖材料试验结果表明，玉米和黄芩秸秆覆盖均能显著提高党参产量，其中玉米秸秆覆盖好于黄芩秸秆，而遮阳网覆盖党参产量显著减产。目前需要进一步完善党参秸秆覆盖栽培技术，阐述增产机制，本研究设置了不同覆盖量和覆盖时间，对党参秸秆覆盖的生长发育、光合特性和产量性状进行了分析，以期揭示党参秸秆覆盖栽培技术的抗旱增产机理，为该地区党参的高产栽培及覆盖技术的推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年在甘肃省陇西县双泉乡胡家门村(35°13′N，104°41′E)进行，年平均降水量445.8 mm，蒸发量1 440 mm。年平均日照时数2 292 h，年均气温7.7℃，年平均无霜期146 d，海拔1 920.65 m，土壤为黄绵土，土层深厚疏松，前茬作物为玉米。试验前土壤的基本理化性状见表1。

表1 供试土壤性质

1.2 试验材料

以党参为试验材料，党参品种为当地大量栽培的甘肃白条党参，选择种苗健壮、均匀、头梢尾完整、无病害，根茎直径2～5 mm、根长15 cm以上的一年生优质种苗，种苗统一在陇西县首阳镇中药材交易市场购买。

试验所用尿素(含N≥46.0%)为甘肃刘化(集团)有限责任公司生产，磷酸二铵(总养分>64%)为云南嘉吉美盛化肥有限责任公司生产。

1.3 试验方案

采用二因素随机区组设计，A因素为不同覆盖时间，分别为移栽覆盖(A1)和出苗覆盖(A2)，移栽覆盖是在党参种苗移栽当天采用整秆顺行均匀平铺，出苗覆盖指党参种苗50%以上刚破土出苗时进行秸秆覆盖，覆盖材料均为玉米秸秆。B因素为不同覆盖量，覆盖量分为4个水平，分别为4 500 kg·hm-2(B1)、7 500 kg·hm-2(B2)、10 500 kg·hm-2(B3)、13 500 kg·hm-2(B4)，以露地不覆盖(CK1)和地膜露头覆盖(CK2)为双对照，地膜露头覆盖方法参照高淑萍等[9]的方法。移栽密度为株距6 cm，行距20 cm，小区面积为9 m2(3 m×3 m)，即每行按照50株定植，定植方式为斜栽，3次重复。移栽前施尿素120 kg·hm-2、磷酸二胺300 kg·hm-2。在7月中旬一次性追施尿素225 kg·hm-2，田间其他管理按当地水平进行。于2019年3月28日施肥、移栽，11月12日收获。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 农艺指标测定 株高测定：在党参苗期每个小区随机选择长势均匀植株10株，用直尺测量地上茎基部到生长点的距离，取平均值。地下部分干物质含量测定：在党参苗期(5月20日)、盛花期(7月4日)、果实成熟期(9月19日)和收获期(11月12日)选取各小区长势基本一致的5株样品，将根部泥土洗干净后称鲜重，然后在105℃分别烘干，干燥器冷却至恒重，再进行干物质含量测定。

1.4.2 叶面积及光合参数测定 叶面积测定：在党参盛花期用Yaxin-1242叶面积仪(雅欣理仪科技有限公司，北京)进行测定，测定叶片为从主茎顶部数第5～6片叶。光合参数测定：于党参盛花期选择晴天09∶00—11∶00采用Yaxin-1102便携式光合蒸腾仪在各试验小区进行测定，每小区选取10株有代表性的植株，取党参中部叶位的叶片进行净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度的测定。

1.4.3 产量测定 收获时先按小区测实产，然后根据计算出的平均单根鲜重计算测定干物质含量消耗掉的党参产量，最终小区的理论产量为采挖时每小区的实际产量与生育期测定干物质含量所消耗掉的党参产量的总和。

1.4.4 经济性状测定 芦下直径、根长及单根鲜重测定：党参采挖后，每个小区随机选取20株，将根洗净泥土后测定党参芦下直径、根长、单根鲜重，取平均值。鲜根各级比例：党参采挖后，每个小区随机选取100株，按大(芦下直径x>12 cm)、中(芦下直径8

1.5 数据处理

用Microsoft Excel 2010和SPSS Statistics 17.0软件进行数据统计分析，并用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 覆盖量和覆盖时间对党参农艺性状的影响

2.1.1 覆盖量和覆盖时间对党参株高的影响 苗期测定党参的株高，数据显示A1水平的党参株高显著高于A2水平的，且显著高于两个对照，可见党参移栽时进行秸秆覆盖比地膜露头覆盖更有利于苗期株高的增长，同时地膜露头覆盖的苗期党参株高显著高于出苗覆盖的和露地不覆盖的，说明对于苗期党参来说，效果最好的覆盖方式依次为移栽秸秆覆盖>地膜露头覆盖>出苗秸秆覆盖>露地不覆盖。可见，党参移栽后及时进行覆盖有利于苗期株高的生长，同等条件下，秸秆覆盖的效果好于地膜露头覆盖和露地不覆盖的效果。

从各处理来看，A1B3的党参株高最高，达到9.75 cm，显著高于其他处理，比露地不覆盖的党参株高高217.59%，比地膜露头覆盖的高56.75%。说明党参移栽时进行秸秆覆盖，且覆盖量为10 500 kg·hm-2时，党参苗期株高最高。株高较低的处理为A2B1、A2B2、A2B3和CK1，分别为2.78、2.90、3.13 cm和3.07 cm，各处理间差异不显著。说明出苗覆盖的各处理中，除了覆盖量为13 500 kg·hm-2的党参株高显著高于露地不覆盖，其他各处理的株高和CK1的党参株高差异不明显，进一步说明秸秆覆盖的覆盖时间特别重要，覆盖时间宜早不宜迟，移栽时即刻覆盖更有利于党参苗期株高的生长。

2.1.2 覆盖量和覆盖时间对党参干物质含量积累的影响 从试验结果可知(图2)，党参不同生育期干物质累积量差异显著，呈先升高再降低的变化趋势，从苗期到盛花期，根部干物质累积量缓慢增加，盛花期到果实成熟期党参根部干物质累积量急剧增加，呈现最大值；随后，从果实成熟期至收获期，根部干物质累积量逐渐趋于缓和。可见，党参地下部分的干物质积累主要集中在党参生长后期，全生育期党参根部干物质累积量表现为果实成熟期>收获期>盛花期>苗期。

从各处理来看，整个生长阶段A1B3和A2B3的单株干物质累积量表现较高，分别为4.82 g和5.13 g，高于两个对照，但CK2的干物质累积量高于CK1。同时从图2可以看出，党参各生育阶段不同处理的干物质累积量有明显差异，在苗期CK1的党参单株干物质积累量最高，高于CK2和其他处理的单株干物质积累量；从苗期到盛花期，干物质积累量最高的处理为A2B2；从盛花期到果实成熟期是干物质含量急速增长阶段，增长速度最快的处理为A2B3，其物质积累量分别达3.44 g，其次为处理CK2；从果实成熟期到收获期干物质累积量又趋于缓和，其中单株累积量较高的为A2B3和A1B3，分别为5.13 g和4.82 g。

2.2 覆盖量和覆盖时间对党参光合特性的影响

2.2.1 覆盖量和覆盖时间对党参叶面积的影响 从表2中可以看出，党参盛花期叶面积从大到小依次为A1B4>A2B3>A1B2>A2B4>A1B1>CK2>CK1>A2B2>A2B1>A1B3，其中A1B4的叶面积最大，为303.12 mm2，显著大于两个对照，较CK1和CK2分别增加80.86%和64.70%。对于党参叶片周长和长度而言，处理A2B3的叶片周长和长度均为最大，分别为172.08 mm和29.20 mm，显著高于两个对照。A1B4的叶片宽度最宽，达17.96 mm，与CK2差异不显著，但显著大于CK1的叶片宽度。从党参叶片的长/宽值来看，各处理对党参叶片长/宽值的影响不大，差异不显著。整体而言，除了周长，其他叶面积及其相关参数表现为秸秆覆盖各处理的平均值大于两个对照，说明秸秆覆盖后党参的叶面积显著增加。

表2 覆盖量和覆盖时间对党参叶面积的影响

2.2.2 覆盖量和覆盖时间对党参叶片光合参数的影响 光合作用是维持作物生长的重要生理过程，人们通常根据作物当年生叶片最大光合能力(光饱和条件下的光合速率) 来了解植物的生长和估算生产力[10]。严显进等[11]的研究发现，党参叶片的饱和光强为1 000 Lx左右，因此，本试验在给定光强1 000 Lx下测定秸秆覆盖党参中部叶位叶片的光合特性参数。表3中A1B3的党参叶片净光合速率最大，为4.7580 μmol·m-2·s-1，显著高于其他各处理，较对照CK1和CK2分别增加194.61%和124.86%。同时从表3可以看出，A2B1蒸腾速率最大，为1.9160 mmol·m-2·s-1，其次为A2B2，这两个处理的党参叶片蒸腾速率均高于两个对照，与CK1的差异显著，但与CK2的差异不显著。

气孔作为植物叶片 H2O 和CO2进出的门户，控制着植物的光合作用和蒸腾作用。随气孔导度的增加，作物光合速率和蒸腾速率也相应提高[12]。本研究表明，处理A2B2、A1B3和CK2的气孔导度较高，分别为38.72、36.15 mmol·m-2·s-1和35.86 mmol·m-2·s-1，差异不显著；CK1的气孔导度最低，仅为20.70 mmol·m-2·s-1，显著低于其他各处理，其次为A1B4。有研究表明，气孔导度的大小与水分含量关系较密切[13]，当水分亏缺时叶片中脱落酸量增加，从而引起气孔关闭、导度下降，光合速率也下降。露地不覆盖的党参可能受到干旱胁迫，秸秆覆盖具有一定保墒作用，导致气孔开启、导度上升，其光合速率增加，产量也随之增高。

CO2是植物进行光合作用制造有机物质的原料，大气中 CO2的含量对党参叶片进行光合作用有直接影响。胞间CO2浓度越高，气孔内外CO2浓度差越小，气孔能吸收的CO2越少，光合速率越低[10]。从表3可以看出，CK1的党参叶片胞间CO2浓度最高，为467.00 mg·L-1，显著高于其他各处理，A1B3和A2B2的胞间CO2浓度最低，分别为231.75 mg·L-1和276.60 mg·L-1，但二者间差异不显著。

表3 覆盖量和覆盖时间对党参叶片光合参数的影响

2.3 覆盖量和覆盖时间对党参产量的影响

表4的党参产量为折算的每公顷理论产量，表中R值愈大，说明该因素对试验结果的影响愈大。结果表明，覆盖量对产量的影响大于覆盖时间，即覆盖量为影响党参产量的主要因子，其次为覆盖时间。对于覆盖时间来说，A1>A2说明移栽覆盖的党参产量高于出苗覆盖的党参产量，二者差异不显著，但显著高于两个对照，说明党参秸秆覆盖的时间宜早不宜迟，最好在移栽后立即进行覆盖。从覆盖量来看，B3和B4水平下党参的产量较高，分别为9 274.81 kg·hm-2和8 507.09 kg·hm-2，但二者差异不显著，可见党参秸秆覆盖的最佳覆盖量在10 500～13 500 kg·hm-2之间。

从表4可以看出，不同处理对党参产量的影响不同，其中A1B3、A1B4和A2B3三个处理的党参产量较高，分别为9 718.48、9 092.788 kg·hm-2和8 831.148 kg·hm-2，但三者差异不显著，CK1和CK2的党参产量分别为7 639.46 kg·hm-2和7 741.78 kg·hm-2，其值显著低于秸秆覆盖的各处理产量，且两个对照间差异不显著。可见秸秆覆盖的栽培方法能显著提高党参的成药产量，较露地不覆盖和地膜露头覆盖增产分别达到27.21%和25.53%。

表4 覆盖量和覆盖时间对党参产量的影响

2.4 覆盖量和覆盖时间对党参经济性状的影响

由表5可知， B因素对党参经济性状的影响均大于A因素，即秸秆覆盖量是党参根部芦下直径、根长、单根鲜重、单根干重、折干率及鲜根各级比例的主要影响因子，其次为覆盖时间。

表5 覆盖量和覆盖时间对党参经济性状的影响

对于党参芦下直径而言，移栽覆盖的党参芦下直径比出苗覆盖的党参直径大，当覆盖量在B2和B3水平时，党参的芦下直径较大，显著高于B1和B4水平的党参芦下直径，可见，秸秆覆盖量为10 500～13 500 kg·hm-2时，党参的芦下直径较大。处理间比较，A1B3和A2B3的党参芦下直径较大，分别达到10.56 mm和10.43 mm，显著高于其他处理，其次为A1B2和A2B1处理，分别为10.08 mm和10.05 mm。

通过测定党参的根长发现，移栽覆盖和出苗覆盖党参根长分别为37.99 cm和37.66 cm，秸秆覆盖量在B2水平下党参根长最长，为39.25 cm，显著高于其他水平。党参根长较长的处理为A1B2和A2B4，分别为39.96 cm和38.95 cm，但二者之间差异不显著。

出苗覆盖的党参单根鲜重和单根干重比移栽覆盖的均高，秸秆覆盖量B3水平下党参的单根鲜重和单根干重也相对较高。党参单根鲜重和单根干重最高的处理均为A2B3，分别达到19.02 g和5.13 g，显著高于其他处理。移栽覆盖的折干率相对较高，折干率较高的处理为A1B1和CK1。

分析党参鲜根各级比例发现，出苗覆盖的党参比移栽覆盖的党参大根比例较高，但移栽覆盖的党参中根比例较高，秸秆覆盖量在B2和B3水平下，中等以上的党参所占比例较大，商品性较好。

3 结论和讨论

3.1 覆盖量和覆盖时间对党参农艺性状的影响

农艺性状是植物生长状况的度量标准，秸秆覆盖A1B3处理下党参苗期株高最高，达到9.75 cm，较露地不覆盖和地膜露头覆盖分别高217.59%和56.75%。党参株高整体表现为移栽覆盖高于出苗覆盖，且覆盖量为10 500 kg·hm-2时两种覆盖时间的党参株高均为最高，显著高于两个对照。这可能是因为党参天性喜阴凉，秸秆覆盖与地膜覆盖相比不仅具有保墒作用，还能够很好地降低土壤温度[14]。薛菁芳等[15]的研究结果显示，秸秆长期覆盖相对于不覆盖能增加玉米茎、叶、穗轴和根的干物质积累量。本研究发现，处理A1B3和A2B3的党参单株干物质累积量表现较高，分别为4.82 g和5.13 g，显著高于两个对照，且主要集中在党参生长后期，而露地不覆盖的党参苗期地下干物质含量明显高于秸秆覆盖的，这可能是由于秸秆覆盖后党参苗期地上部分生长较快，株高显著增高，生物量提高，消耗了其地下部分营养。而秸秆覆盖党参生长后期，地下部分干物质积累量迅速增高且远高于露地不覆盖的，可见秸秆覆盖前期地上部分植株生长为党参后期地下部分干物质积累提供了良好的代谢源，本试验秸秆覆盖的党参叶面积增加也证实了这一点。另外，秸秆覆盖量为10 500 kg·hm-2时，党参干物质含量高于其他处理，说明秸秆覆盖量偏高和偏低皆不利于党参根部干物质积累。张向前等[16]也曾报道，秸秆覆盖量偏高和偏低皆不利于小麦单茎干物质积累，这与本试验结果相一致。

综上所述，党参移栽后进行秸秆覆盖且秸秆覆盖量为10 500 kg·hm-2时党参苗期的株高最高，干物质积累量较大，更有利于党参的生长发育，从而直接影响其产量和商品性。

3.2 覆盖量和覆盖时间对党参经济性状的影响

对于党参根部经济性状而言，覆盖量是党参芦下直径、根长、单根鲜重、单根干重等性状的主要影响因子，其次为覆盖时间，这与党参产量及干物质积累量的结果相一致。这就表明党参秸秆覆盖时一定要选择适当的覆盖量，玉米秸秆最好控制在10 500～13 500 kg·hm-2之间，秸秆覆盖量偏高和偏低皆不利于党参药材产量和质量的提高。同时，移栽覆盖的党参芦下直径、根长、折干率、鲜根大根比例高，而出苗覆盖的党参其单根鲜重、单根干重及鲜根中等大小的根比例高，说明覆盖时间不同对党参根部经济性状的影响不完全一致，生产中要根据具体需求适当调整覆盖时间，但总体而言，移栽覆盖的党参产量较高，药材商品性也相对较好。

3.3 覆盖量和覆盖时间对党参光合特性的影响

叶片的光合速率是各种生理和水肥条件的综合反映，光合速率越高越有利于作物产量的提高[17]。国内外众多研究表明，适宜的秸秆覆盖量和方式相对于不覆盖可有效改善作物的光合效应。刘庚山等[18]研究表明，秸秆覆盖明显提高了夏玉米叶片水平的WUE，从而促进了夏玉米叶片光合速率的提高。曲超等[19]也发现秸秆覆盖较不覆盖显著提高了小麦旗叶的SPAD值、光合速率和蒸腾速率，并延缓了旗叶的衰老，进而提高了灌浆后期籽粒的灌浆速率，有增加千粒重的趋势。本研究中，秸秆覆盖相对于露地不覆盖可以明显增加党参叶片的长、宽和面积，其中A1B4的党参叶面积为303.12 mm2，较CK1和CK2分别增加80.86%和64.70%，其叶片宽度也显著大于CK1的党参叶片宽度，但与CK2差异不显著。王有庆等[20]试验结果也表明，秸秆覆盖相对于不覆盖可增加玉米叶片数，并在一定程度上明显加快叶面积增长速度。

同时研究发现，秸秆覆盖各处理的党参光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度有显著变化，A1B3的党参叶片净光合速率最大，为4.7580 μmol·m-2·s-1，显著高于两个对照，其胞间CO2浓度最低，为231.75 mg·L-1，较对照CK1降低了50.37%。光合速率与气孔导度呈正相关，当气孔导度增大时，叶片光合速率相应增大。本研究发现秸秆覆盖各处理的平均气孔导度和蒸腾速率比地膜露头覆盖的低，但其光合速率的提高幅度大，这会导致秸秆覆盖的叶片水分利用效率相应较高，这也可能是秸秆覆盖党参产量高于地膜露头覆盖的原因之一。可见，秸秆覆盖有利于改善党参叶片光合特性，从而改善党参的光合作用、营养物质的吸收及其在植物体内的分配等一系列生理生化过程，最终对党参产量产生有利影响。

3.4 覆盖量和覆盖时间对党参产量的影响

本研究针对旱地农业生产的特点，结合覆盖栽培技术推广应用的实践，设置了秸秆覆盖量和覆盖时间的栽培试验。试验结果表明，覆盖量是影响党参产量的主要因子，其次为覆盖时间。党参秸秆覆盖的最佳覆盖量在10 500～13 500 kg·hm-2之间，移栽覆盖的党参产量高于出苗覆盖的党参产量，说明党参秸秆覆盖的时间宜早不宜迟，最好在移栽后立即进行覆盖。同时研究表明，秸秆覆盖能显著提高党参的产量，这与前期研究结果相一致[8]。通过研究发现，秸秆覆盖与露地不覆盖和地膜露头覆盖相比，党参增产幅度分别达到27.21%和25.53%。李爽和蔡太义等[13,21]报道，秸秆覆盖具有减少蒸发和增加入渗的效应，使土壤含水量提高，且土壤含水量随覆盖量的增加而有不断提高的趋势，这可能是秸秆覆盖后党参产量显著提高的重要因素之一，本试验结果也证实了这一点。当覆盖量不断增加时，党参产量有增加的趋势，在10 500～13 500 kg·hm-2时，党参的产量相对较高。可见，在旱地农业生产中，秸秆覆盖技术是一项有效提高党参产质量的栽培方法。