披堿草屬禾草種子的應(yīng)用與生產(chǎn)技術(shù)研究

毛培勝，孫 銘，孫守江，楊春華

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科技學(xué)院，北京 100193)

我國擁有天然草原面積3.92億hm2，但草原沙化、退化、鹽堿化面積已占草原總面積的90%以上，產(chǎn)草量下降了30%～50%[1]。由此造成的生態(tài)環(huán)境破壞、草原畜牧業(yè)生產(chǎn)水平下降已經(jīng)嚴(yán)重影響到國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)牧民的正常生活，這種情況在北方干旱半干旱地區(qū)尤為突出。此外，“山水林田湖草生命共同體”理念的提出，草原的生態(tài)功能受到廣泛關(guān)注，草原生態(tài)修復(fù)也成為各級政府部門一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)。保障各種抗逆牧草種子的需求則成為草原修復(fù)順利實(shí)施的首要前提，也關(guān)系到現(xiàn)代草種業(yè)的發(fā)展和戰(zhàn)略安全。但我國牧草種子平均產(chǎn)量為320～400 kg/hm2，專業(yè)化規(guī)?；潭鹊停瑹o論數(shù)量和質(zhì)量都不能滿足我國草原生態(tài)修復(fù)對種子的需求。因此，針對我國退化草原生態(tài)修復(fù)的需求，如何建立國產(chǎn)抗逆牧草種子的生產(chǎn)體系，是實(shí)現(xiàn)種業(yè)國產(chǎn)化、現(xiàn)代化的核心。

1 牧草種子生產(chǎn)與需求

1.1 我國牧草的種子生產(chǎn)概況

我國牧草種子生產(chǎn)起步于20世紀(jì)50年代，建立了20多個(gè)草籽繁殖場，在內(nèi)蒙古、青海等省區(qū)專門生產(chǎn)各種牧草種子，但種子生產(chǎn)田間管理粗放，通常牧草種子的產(chǎn)量水平較低。進(jìn)入21世紀(jì)，退牧還草、天然草原改良、草原生態(tài)保護(hù)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制等國家各項(xiàng)草原建設(shè)工程相繼開展，對于種子產(chǎn)量和技術(shù)水平要求更高。國家先后投資在內(nèi)蒙古、新疆等26個(gè)省區(qū)共建設(shè)牧草種子基地220余個(gè)。到2019年全國牧草種子田總面積9.2萬hm2，生產(chǎn)種子9.8萬t。垂穗披堿草(Elymusmutans)、老芒麥(E.sibiricus)種子田面積僅次于紫花苜蓿(Medicagosativa)，并且主要集中于青海省、甘肅省、四川省和河北省。

我國不同草原類型生態(tài)修復(fù)所需的牧草種或品種不同，平均每年審定通過的牧草新品種有17個(gè)，其中禾本科、豆科牧草審定登記品種數(shù)量占總數(shù)的91%，且禾本科牧草品種數(shù)量最多[2]。截至2021年，國家已經(jīng)通過審定的牧草新品種有651個(gè)，其中披堿草屬有10個(gè)老芒麥品種，5個(gè)垂穗披堿草品種，2個(gè)短芒披堿草(E.breviaristatus)品種，披堿草(E.dahuricus)和無芒披堿草(E.submuticus)品種各1個(gè)。老芒麥、垂穗披堿草等禾草是北方草原生態(tài)修復(fù)工程中的主要鄉(xiāng)土草種，但是國內(nèi)種子生產(chǎn)忽視對氣候環(huán)境條件的特殊要求，種子田常與飼草生產(chǎn)田兼用，且田間管理粗放、機(jī)械化程度低，種子產(chǎn)量低、質(zhì)量差的問題尚未根本解決。尤其是披堿草屬禾草種子專業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)水平較低，也無法從國外進(jìn)口，難以滿足草原生態(tài)修復(fù)的需求，嚴(yán)重制約了北方干旱半干旱地區(qū)退化草原植被恢復(fù)工作的實(shí)施。

1.2 退化草原生態(tài)修復(fù)對于牧草種子的需求

北方干旱半干旱地區(qū)是我國重要的生態(tài)屏障，以荒漠化草原為主，生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱，涉及河北、山西、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、陜西、甘肅、寧夏和新疆等10個(gè)省(區(qū))。草原生態(tài)環(huán)境惡化受到各級政府部門的重視，國家推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)為草原生態(tài)保護(hù)帶來新的機(jī)遇。到“十二五”末，全國草原生態(tài)總體惡化局面尚未根本扭轉(zhuǎn)，中度和重度退化面積仍占1/3以上，草原生態(tài)仍很脆弱。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，草原資源和環(huán)境承受的壓力將越來越大。因此，為治理退化草原，改善草原生態(tài)，提高草原生產(chǎn)能力，實(shí)施退牧還草、京津風(fēng)沙源治理、新一輪退耕還林還草、農(nóng)牧交錯(cuò)帶已墾草原治理、草業(yè)良種等工程，全面落實(shí)草原生態(tài)保護(hù)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)政策。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部全國草原保護(hù)建設(shè)利用“十三五”規(guī)劃，到2020年北方干旱半干旱區(qū)人工種草保留面積達(dá)到0.13億hm2，改良草原面積達(dá)到0.31億hm2，而全國改良草原達(dá)到0.6億hm2?！度珖鷳B(tài)環(huán)境建設(shè)規(guī)劃(1999—2050)》提出，2011—2030年新增人工草地、改良草地0.8億hm2。按照建設(shè)規(guī)劃粗略統(tǒng)計(jì)，牧草種子年生產(chǎn)量僅能提供不足20%的建設(shè)需求，草種業(yè)的發(fā)展成為草原生態(tài)修復(fù)工作實(shí)施的瓶頸。

2 披堿草屬主要禾草種子生產(chǎn)管理技術(shù)的研究

老芒麥、垂穗披堿草等披堿草屬禾草具有耐寒、耐旱等抗逆性，被廣泛應(yīng)用于草地建植和退化草原生態(tài)修復(fù)，同時(shí)也開展了種子生產(chǎn)技術(shù)的相關(guān)研究[3]。我國禾本科牧草種子科學(xué)技術(shù)研究與實(shí)踐一直受到政府部門和學(xué)者的關(guān)注[4]。從1995年起，在內(nèi)蒙古太卜寺旗、河北壩上魚兒山牧場開展老芒麥種子田密度、施肥等試驗(yàn)研究[5-6]。2000年后，圍繞老芒麥、垂穗披堿草播種行距、施肥、灌溉、植物生長調(diào)節(jié)劑等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)開展了系統(tǒng)研究。

2.1 種子田播種技術(shù)

在種子生產(chǎn)實(shí)踐中，播種時(shí)間、播種行距、播種量等是決定種子產(chǎn)量水平的首要環(huán)節(jié)。同德無芒披堿草在6月10日播種，可以收獲最高的種子產(chǎn)量[7]。垂穗披堿草種子生產(chǎn)研究表明，不同行距要求有相應(yīng)的播種量，播量與行距的配置為22.5 kg/hm2和30 cm時(shí)種子產(chǎn)量最高[8]。多葉老芒麥播量與行距的最優(yōu)配置為14～21 kg/hm2和45 cm[9]。川草2號老芒麥在60 cm行距時(shí)種子產(chǎn)量最高達(dá)1 485 kg/hm2[10]。在河北壩上地區(qū)隨著行距的增加，老芒麥種子產(chǎn)量逐漸降低，在行距為30 cm時(shí)獲得最高種子產(chǎn)量[11]。

2.2 種子田施肥管理技術(shù)

由于垂穗披堿草、老芒麥等禾草具有較強(qiáng)的耐旱能力，在種子田管理中，土壤養(yǎng)分的虧缺是研究關(guān)注的重點(diǎn)。

垂穗披堿草種子田施肥研究中，在青海省果洛州施用磷酸二銨處理，種子產(chǎn)量最高[11]；在青海省岡察縣春秋季分施120 kg N/hm2，種子產(chǎn)量可達(dá)1 865 kg/hm2[12]。在西藏拉薩地區(qū)施氮量和灌水量是影響野生垂穗披堿草種子產(chǎn)量的主要因素，而施磷作用不顯著[13]，且拔節(jié)期噴施鉀肥可以提高種子產(chǎn)量[14]。

老芒麥種子生產(chǎn)試驗(yàn)中，在內(nèi)蒙古太卜寺旗施用120 kg N/hm2和90 kg P/hm2可獲得較高的種子產(chǎn)量。施用適量的氮磷肥，種子產(chǎn)量可提高48%，施鉀肥對促進(jìn)氮磷肥效的發(fā)揮起到了顯著作用[15]。在一定的氮磷水平上配施鉀肥能顯著提高多葉老芒麥種子產(chǎn)量[16]。在青海同德縣施鉀肥基礎(chǔ)上，增施氮肥和磷肥可以提高短芒老芒麥(同短芒披堿草)種子產(chǎn)量[17]；在寧夏固原地區(qū)采用75 kg N/hm2和37.5 kg P2O5/hm2組合處理短芒老芒麥，可以獲得最高的種子產(chǎn)量[18]。四川紅原地區(qū)川草2號老芒麥在分蘗—拔節(jié)期追施120 kg/hm2復(fù)合肥能提高種子產(chǎn)量[10]。在河北壩上地區(qū)老芒麥行距、磷肥和氮肥的互作極顯著(P<0.01)影響每生殖枝小穗數(shù)、每小穗小花數(shù)以及每小穗種子數(shù)，種植第2 a時(shí)以行距30 cm、90 kg N/hm2處理的種子產(chǎn)量最高[19]。但在種植第3 a時(shí)，行距30 cm、90 kg P /hm2和30 kg N/hm2處理種子產(chǎn)量最高[20]。氮肥春季、秋季施入均能提高老芒麥種子產(chǎn)量和產(chǎn)量組分，秋季施肥顯著(P<0.05)提高單位面積生殖枝數(shù)；在施60 kg N/hm2時(shí)，相比于春季1次施入，春秋分施顯著(P<0.05)提高了單位面積生殖枝數(shù)、每小穗小花數(shù)以及每小穗種子數(shù)。春秋分施處理種子產(chǎn)量顯著(P<0.05)高于春季或秋季1次施入的種子產(chǎn)量。通過不同氮肥處理(0～225 kg N/hm2)研究發(fā)現(xiàn)，利用氮濃度稀釋曲線可以預(yù)測老芒麥種子產(chǎn)量[21]，并且青海省西海鎮(zhèn)老芒麥種子產(chǎn)量和每小穗種子數(shù)均顯著(P<0.05)高于河北省魚兒山[22]。綜上所述，施肥對于垂穗披堿草、老芒麥、短芒老芒麥等禾草種子產(chǎn)量有明顯影響，但與施肥時(shí)間、施肥量、土壤養(yǎng)分狀況以及生長環(huán)境等各因素相關(guān)。

2.3 種子收獲技術(shù)

在種子田內(nèi)常用種子含水量和盛花期后天數(shù)相結(jié)合作為收獲指標(biāo)。河北壩上地區(qū)老芒麥以含水量作為收獲的主要指標(biāo)，小穗顏色、胚乳成熟度為輔助指標(biāo)[23]。盛花期后26～27 d、含水量為39.0%～45.6%時(shí)收獲，可以獲得較高的老芒麥種子產(chǎn)量[24]。在青海岡察縣和西藏那曲地區(qū)垂穗披堿草的最佳收獲時(shí)間為盛花期后第25(28)～31 d，種子含水量為36.6%～42.0%[12，25]。

3 禾草種子生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展建議

隨著抗逆優(yōu)良新品種及其種子生產(chǎn)國產(chǎn)化要求的提高，解決種子擴(kuò)繁過程中出現(xiàn)的各種技術(shù)瓶頸，才能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代草種業(yè)的專業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)目標(biāo)。雖然在密度控制、水肥管理以及植物生長調(diào)節(jié)劑等關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用方面取得了顯著成效，一定程度上提高了禾草種子的產(chǎn)量水平，但面臨現(xiàn)代草產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展和草地生態(tài)修復(fù)的時(shí)代需求，草種業(yè)在專業(yè)化水平上仍然有較大提升空間。

3.1 加強(qiáng)鄉(xiāng)土草種種子認(rèn)證技術(shù)研究

受不同地域自然條件限制，土壤肥力和水分狀況、降雨規(guī)律以及溫度變化等環(huán)境因素是決定種子產(chǎn)量水平的前提。在新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古以及青海、四川等省區(qū)，雖然是老芒麥、垂穗披堿草等禾草種子生產(chǎn)的適宜區(qū)域，但在每個(gè)區(qū)域的種子生產(chǎn)管理技術(shù)均不具有普適性。針對種子生產(chǎn)特定區(qū)域內(nèi)土壤氣候條件和特點(diǎn)，開展老芒麥、垂穗披堿草等鄉(xiāng)土草種的種子擴(kuò)繁認(rèn)證技術(shù)研究，尤其是在干旱半干旱區(qū)，田間種植不僅需要考慮干旱、高溫脅迫，而且也要解決鹽堿地、沙地等土壤逆境的脅迫，這不僅僅要求抗逆品種的選育，更要求能夠生產(chǎn)出大量牧草種子。此外，由基礎(chǔ)種子到認(rèn)證種子不同世代等級種子的生產(chǎn)管理要求，也是確保品種遺傳特性的重要保障。

3.2 加強(qiáng)抗逆牧草新品種種子生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)研究

種子科技人員針對田間管理開展了大量研究與技術(shù)實(shí)踐，針對種子產(chǎn)量和產(chǎn)量組分與田間管理的相關(guān)性，開展老芒麥、垂穗披堿草等抗逆禾草種子擴(kuò)繁的配套技術(shù)研究與示范。但都是側(cè)重于單項(xiàng)或部分田間管理技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中較難體現(xiàn)技術(shù)的增產(chǎn)效果。因此，應(yīng)依托培育的新品種，開展從播種密度、水肥、收獲等配套技術(shù)的系統(tǒng)研究，才能夠?qū)崿F(xiàn)種子產(chǎn)量的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。

3.3 加強(qiáng)野外收集禾草種子的質(zhì)量管理

不同退化草原的生態(tài)修復(fù)，需要各種抗逆牧草種或品種，但受草原類型、分布面積等因素的限制，通常難以規(guī)?；N子生產(chǎn)，往往利用野外收集牧草種子來保障生產(chǎn)需求。例如，披堿草屬牧草在我國有10余種，肥披堿草(E.excelsus)、圓柱披堿草(E.cylindricus)、紫芒披堿草(E.purpuraristatus)等種子主要是通過野外收集獲得。因此，需要加強(qiáng)種源地、種子采集信息、種子擴(kuò)繁以及種子質(zhì)量等環(huán)節(jié)的系統(tǒng)管理，才能實(shí)現(xiàn)種源的保護(hù)和收集種子的質(zhì)量。