松嫩平原不同行距下柳枝稷生长和生物量研究

人工草地建设可提供优质饲料，同时具有水土保持效应。柳枝稷引进中国后在部分地区种植，表现出较好的生态适应性和较高的产量，然而其在松嫩平原的研究极少。本研究通过测定与分析柳枝稷在松嫩平原的形态、生理、生物量特征，探究其在松嫩平原盐碱地连续生长多年的最佳种植行距，以达到高产优质的目的。从而为人工草地建设以及盐碱地改良提供科学依据和技术指导。

通过测定柳枝稷在松嫩平原不同行距下不同生育期的形态指标、光合生理养分的吸收和利用、生物量等指标，确定其在松嫩平原的最佳种植行距。具体内容如下：

1.   不同行距下柳枝稷的形态特征：通过比较不同生育期（返青期、拔节期、开花期、结实期）、不同行距下（20cm、40cm、60cm）柳枝稷的株高、比叶面积等形态指标，监测柳枝稷的形态动态变化，分析其在不同种植行距下的形态特征。

2.   不同行距下柳枝稷的光合生理指标：通过比较不同生育期不同行距下柳枝稷的光合生理特征，分析其在不同种植行距下光合生理特征和形态特征之间的关系。

3.   不同行距下柳枝稷的根系特征：通过比较不同生育期不同行距下柳枝稷的根系形态、根系生物量等特征，分析种植行距对柳枝稷根系的影响。

4.   不同行距下柳枝稷的生物量：在不同生育期，通过刈割法测定柳枝稷的地上生物量，通过根钻取土测定柳枝稷地下生物量，得到不同行距下柳枝稷的生物量，分析各行距下柳枝稷的产量。进而确定最佳种植行距。

柳枝稷是禾本科黍属的多年生草本植物，原产于北美，在美国部分地区株高可达三米(Sanderson et al. 1996; McLaughlin et al. 1998)。柳枝稷的花序属于圆锥状花序，种子坚硬且光滑，刚收获的种子具有较强的休眠特性，如需繁殖需要打破休眠(Anderson et al. 2002)。众多研究表明，柳枝稷产量高，具有耐旱、耐贫瘠，耐盐碱的特性(David et al. 2005; Sanderson et al. 1996; 左海涛等 2009; Boylan et al. 2000)。可以作为牧草，也具有水土保持等功能，在北美被当作生物质能源的模式植物(Sanderson et al. 1996)。美国利用柳枝稷生产生物质能源，在石油价格较高的年份，其表现出经济效益的优势；然而在国际能源价格下调时，由于利用柳枝稷生产生物质能源相对复杂且成本较高，此种方法的性价比则大大降低(Sanderson et al. 1996)。因此，利用柳枝稷生产生物质能源的做法具有良好的前景，但是目前主要是理论研究大于实践。柳枝稷引进中国多年，然而其研究主要集中在少数地区，如陕西北部的黄土丘陵区(Gao et al. 2017; 安勤勤等，2017)。在黄土丘陵区多年的研究表明，柳枝稷在当地具有良好的生态适应性，并具有较高的产量(Gao et al. 2017; 安勤勤等，2017)。
    在黄土丘陵区的研究表明，不同种植行距的柳枝稷，形态特征、光合生理、生物量等特征均不同(Gao et al. 2017; 安勤勤等，2017)。尤其是对于柳枝稷这种多年生植物，在建植多年的过程中，不同种植行距下产量会随时间推移而产生变化。对于多年生作物，进行两年以上的研究，可以得到更可靠的数据，进而筛选出最佳种植行距。高志娟在黄土丘陵区对柳枝稷的研究还表明，40厘米种植行距下，在种植三年后表现出最大的生产力(Gao et al. 2017)。光合速率会影响株高等形态特征，并影响最终生物量。因此，动态监测柳枝稷的生长状况，在不同生育期测定株高、光合生理、生物量等数据，可以更好地分析引起生长差异的原因。
    安雨(2011)的研究表明，不同品种的柳枝稷在不同地区的产量和生态适应性差异较大。有的品种的柳枝稷在部分地区无法顺利越冬，可能是遭受冻害。Esbroeck(1998)等从柳枝稷种植资源中筛选的品种培育的后代，其生育期有所延迟。起源于低纬度地区的品种种植在高纬度地区和起源于高纬度地区的品种种植在低纬度地区，其结果不同，前者，可以利用以上特性，使得柳枝稷在生产中延长营养生长的时期进而达到提高产量的目的(Sanderson et al. 1996;  Esbroeck et al. 2004)。因此，探究柳枝稷对当地的气候适应性也是柳枝稷是否能成功建植以及是否高产的关键。

柳枝稷产量与生长环境息息相关，含水量、土壤类型、土壤性质和氮肥施用量对柳枝稷产量有重要影响。研究表明，严重干旱地区柳枝稷的产量与植株高度受到显著影响，并且土壤水分与收获频率和氮肥施用量等因素协同作用来实现产量(Muir et al. 2001; Thomason et al. 2004)。赵春桥等(2015)研究表明，干旱胁迫显著抑制了柳枝稷的生长，株高、地上生物量、地下生物量都显著降低，根冠比显著增加；光合作用受到抑制。当降水欠缺时，柳枝稷产量受到限制，而土壤氮水平成为影响柳枝稷产量的主要因素(Stout et al. 1988)。美国南部地区的研究表明随施氮量提高柳枝稷产量不断提高，氮肥年施用量为200kg/hm²时，柳枝稷产量仍能有所响应(Ma et al. 2001); Wolf和Fiske(1995)认为氮肥宜在晚春施用，播种时不要施氮肥；Wright(1994)经过研究得出结论，在肥力较差的土地上施用少量的氮肥是有效的，在肥力较好的土地上，施用氮肥没有效果，甚至会有副作用，他认为要获得经济上可行的产量，氮肥的施用量每年应为50～100 kg/hm²。而适当施用磷肥可提高柳枝稷在半干旱地区的生物量(刘金彪等 2019)。此外，种植行距对柳枝稷的光合特性以及生物量均有显著影响。研究表明，柳枝稷在黄土丘陵区有较好的生态适应性，包括在黄土丘陵区当地的种植(Gao et al. 2017; 安勤勤等，2017)，以及在陕西杨凌利用黄土丘陵区采集的土壤进行的柳枝稷盆栽试验，均表现出较高的产量、较强的竞争能力以及良好的适应性(刘金彪等，2019;王世琪等2019; Wang et al. 2021)。在黄土丘陵区，随种植行距增加，柳枝稷净光合速率、株高均显著增加，但生物量和水分利用效率降低(Gao et al. 2017)。

柳枝稷自引进中国以来进行了多年的研究，然而在东北松嫩平原，关于柳枝稷的研究较少。如果柳枝稷可以适应松嫩平原当地的土壤和气候，可以为将来大面积推广种植提供理论依据。柳枝稷在东北地区松嫩平原的生态适应性如何，在松嫩平原盐碱地的生长状况如何？本研究将重点探索柳枝稷在东北地区的生态适应性、生长、生物量形成，以期为人工草地建设和盐碱地改良提供科学依据。本研究设置两年的周期，在柳枝稷返青后继续监测其生长发育的动态变化，可以为筛选最佳种植行距提供更好的理论基础。

1. 柳枝稷是禾本科多年生草本，具有耐旱、耐寒、耐盐碱等特性。其在东北松嫩平原的研究极少。本研究一柳枝稷为研究对象，探讨其在松嫩平原盐碱地的生态适应性。

2.柳枝稷具有较高的水肥利用效率，可以在不适宜其他作物生长的边际土地生长并获得较高的产量。我国大部分地区均适合柳枝稷生长，在我国推广种植柳枝稷，既可作为牧草，也可作为水土保持和风障植物，同时也是很好的生物燃料和生产替代能源的原材料。探讨其在东北松嫩平原，不同种植行距下的形态、生理、生物量等特性，为其在该地的种植提供理论基础。

1）技术路线

2）拟解决的问题

柳枝稷在松嫩平原的生态适应性如何？不同种植行距下的产量在不同年间、不同生育期有何变化？本研究通过在松嫩平原种植不同行距的柳枝稷，探讨其在该区的最佳种植行距，为其推广应用提供理论依据。

3）预期成果

①完成相关研究报告1份。

②参加两项竞赛。

③通过本试验，得出松嫩平原柳枝稷最佳种植行距

4培养本科生1-2名。

5发表中英文论文1-2篇。

2023年3-5月：阅读文献，制定相关的试验方案。

2023年6月-2023年10月：布置试验，在柳枝稷不同生育期测定指标。

2023年10月-2024年3月：处理数据，分析结果。

2024年4月-2024年5月：返青期测定各项指标，探讨返青后柳枝稷的生长和生物量变化。

2024年5月-2024年6月：整理试验结果，形成理论成果，结题。