一种改善苜蓿的栽培特性和/或改良土壤的方法

1.本发明涉及农业技术领域，特别涉及改善苜蓿的栽培特性和/或改良土壤的方法。


背景技术：

2.盐胁迫是影响农业生产的主要非生物胁迫因子之一，是干旱、半干旱地区以及灌溉土地主要的非生物胁迫。世界约有7％的陆地面积，20％的栽培土地，几乎一半的灌溉土地都受到盐胁迫影响(sudhir,p.and murthy s.,effects of salt stress on basic processes of photosynthesis.photosynthetica,2004.42(2):481-486)。我国的盐碱地面积约有3400多万公顷(张建锋.盐碱地生态修复原理与技术.北京：中国林业出版社，2008)。随集约化灌溉农业的发展、水资源的缺乏、气候干旱带来的蒸发量的增加，土壤及地下水盐渍化程度不断增加。盐胁迫显著抑制作物生长、降低作物产量。
3.紫花苜蓿(medicago sativa l.)是世界广泛栽培的多年生饲草作物之一，全球苜蓿的种植面积约为3.2
×
107hm2。苜蓿在我国畜牧业发展中具有重要地位，是我国主要的高蛋白饲草作物，我国苜蓿种植面积约为3.77
×
106hm2(何新天.中国草业统计.北京：全国畜牧总站，2011)，居各类人工草地之首。研究认为苜蓿为中等耐盐植物，当土壤ec值超过2-3.5dsm-1
(即20-35mm nacl)时苜蓿的生长开始受到抑制(bernstein,l.,effects of salinity and sodicity on plant-growth.annual review of phytopathology,1975(13):295-312)。在我国苜蓿生长及种植的多数地区都受到土壤盐渍化的影响。甘肃、内蒙古、新疆、宁夏、黑龙江、河北是种植紫花苜蓿的主要省份，2015年6省优质苜蓿种植面积达到全国优质苜蓿种植面积的89.8％(农业部.农业部关于印发《全国苜蓿发展规划(2016-2020)》的通知.2016)，此六省的盐渍土面积约占全国盐渍土面积的65.7％(樊自立,马英杰,马映军,中国西部地区的盐渍土及其改良利用.干旱区研究,2001(18)：1-6.)。因此土壤盐化是限制我国苜蓿高产的主要因素之一。采取适当的栽培措施可以有效缓解土壤盐化对苜蓿造成的减产，对于我国苜蓿生产及草食畜牧业发展具有十分重要的意义。
4.目前我国苜蓿种植普遍采用传统平作栽培方法，播种深度1-2cm进行镇压。


技术实现要素：

5.本发明的发明人发现对于盐土地以及干旱半干旱缺水的地区，旱作条件下，平作土壤含水量低含盐量高，苜蓿出苗时间晚、出苗率低、成活率低，造成苗期苜蓿建植困难，生长第二年春季苜蓿种植带土壤含盐量高，苜蓿受盐胁迫严重，制约了苜蓿的生长，从而导致苜蓿低产。
6.本发明所要解决的技术问题是如何在盐土地上改善苜蓿的栽培特性和/或改良土壤。
7.为了解决以上技术问题，本发明提供了改善苜蓿的栽培特性和/或改良土壤的方法。
8.本发明所提供的改善苜蓿的栽培特性和/或改良土壤的方法包括采用垄沟作种植
方式取代平作种植方式栽培苜蓿，以改善苜蓿的栽培特性和/或改良土壤；
9.所述平作种植方式是平地开沟播种，种子播种在沟内的种植方式；
10.所述垄沟作种植方式是平地开沟并起垄，种子播种在沟内的种植方式；
11.所述改善苜蓿的栽培特性选自下述5种、4种、3种、2种和1种：
12.1)促进苜蓿萌发和/或增加苜蓿出苗率和/或缩短苜蓿出苗时间，
13.2)提高苜蓿产量，
14.3)促进苜蓿生长和/或增加苜蓿植株高度，
15.4)降低苜蓿的na
+
含量和/或降低苜蓿的粗灰分含量，
16.5)提高苜蓿的粗蛋白含量和/或提高苜蓿的钾离子含量，
17.所述改良土壤包括增加土壤含水量、提高土壤有机质含量、提高土壤速效钾含量、提高土壤总氮含量、降低土壤含盐量和/或改善土壤微生物群落结构，所述改善土壤微生物群落结构为降低土壤中放线菌门微生物的丰度、降低土壤中绿弯菌门微生物的丰度、降低土壤中放线菌纲微生物的丰度、降低土壤中嗜热油菌纲微生物的丰度、增加土壤中β-变形菌纲微生物的丰度和/或增加土壤中丙型变形菌纲微生物的丰度。
18.上述方法中，所述垄沟作种植方式是平整土壤，进行开沟，起垄；所述开沟按照沟深为15cm、沟底宽为5cm和沟间距为40cm在平地进行开沟，所述起垄为在沟与沟中间建垄，垄底宽35cm，垄顶宽20cm，垄高15cm。
19.上述方法中，所述栽培苜蓿可在秋天播种苜蓿。
20.上述方法中，所述降低土壤含盐量具体可为降低播种的第二年春季返青期土壤含盐量。所述提高土壤有机质含量具体可为提高播种的第二年春季返青期的土壤有机质含量。所述提高土壤速效钾含量具体可为提高播种的第二年春季返青期的土壤速效钾含量。所述增加土壤含水量可为增加苗期土壤含水量。
21.上述方法中，所述栽培苜蓿可在轻度盐土地中栽培苜蓿，所述轻度盐土地是指ec大于等于2.0ds/m且小于等于16.0ds/m的土壤。
22.上述方法中，所述苜蓿可为紫花苜蓿，如中草3号紫花苜蓿。
23.为了解决以上技术问题，本发明还提供了栽培苜蓿的方法。
24.本发明所提供的栽培苜蓿的方法采用垄沟作种植方式栽培苜蓿；所述垄沟作种植方式是平地开沟起垄，种子播种在沟内的种植方式。
25.上述方法中，所述开沟可按照沟深为15cm、沟底宽为5cm和沟间距为40cm在平地进行开沟，所述起垄为在沟与沟中间建垄，垄底宽35cm，垄顶宽25cm，垄高15cm。
26.上述方法中，所述栽培苜蓿可在秋天播种苜蓿。
27.上述方法中，所述栽培苜蓿可在轻度盐土地中栽培苜蓿，所述轻度盐土地是指ec大于等于2.0ds/m且小于等于16.0ds/m的土壤。
28.上述文中的ec，也称为土壤电导率，是测定土壤水溶性盐的指标,而土壤水溶性盐是土壤的一个重要属性，是判定土壤中盐类离子是否限制作物生长的因素。
29.上述方法中，所述苜蓿可为紫花苜蓿，如中草3号紫花苜蓿。
30.上文中，所述改善苜蓿的栽培特性和/或改良土壤是垄沟作种植方式与平作种植方式相比。
31.本发明通过播期调整以及栽培方式的改进，提高苗期种植带土壤含水量，改善苜
蓿种植带土壤微生物群落结构变化，促进紫花苜蓿出苗，利于盐土地紫花苜蓿建植；降低生长第二年返青期种植带土壤含盐量、改善苜蓿种植带土壤养分，从而缓解盐胁迫对苜蓿造成的伤害，提高苜蓿产量及改善营养品质。经过本发明的栽培方法，在播种第4、6、9天苗期土壤含水量分别比平作提高13％、10％、16％，在播种第4、6、9天时单位长度样线出苗数分别比平作提高了194％、64％、76％。生长第二年返青期为紫花苜蓿较敏盐的时期，本发明的栽培方法，显著降低了生长第二年返青期苜蓿种植带土壤的含盐量，土壤浸提液的电导率值比平作显著降低了25.7％，而且显著增加了土壤可利用养分的含量，土壤的速效钾、总氮以及有机质含量分别比平作提高了18％、24％和29％。2020年第一茬苜蓿干草产量达到506kg/亩，平作的亩产量为368kg/亩，本发明的栽培方法比平作第一茬亩产量提高了37％。苜蓿茎叶na
+
浓度降低了19％，有效缓减了苜蓿受盐害程度；粗蛋白含量提高了4％，粗灰分含量降低了8％，显著改善苜蓿品质。
32.本发明非常适合在盐土地和干旱半干旱地区推广使用。本发明简单易行，能够诱导盐分差异分布，增加苗期土壤含水量、促进苜蓿萌发、出苗时间缩短、增加苜蓿出苗率；同时降低生长第二年春季种植带土壤含盐量，提高土壤可利用养分的含量，减轻苜蓿盐害，降低苜蓿na
+
含量，提高苜蓿产量、使苜蓿粗蛋白含量增加，粗灰分含量减少，显著改善苜蓿品质和提高水分利用率。
附图说明
33.图1为平作的种植示意图。
34.图2为垄沟作的种植示意图。
35.图3为平作和垄沟作中微生物群落中优势菌门的相对丰度(个体分类群的百分比)(平均值
±
se,n＝4)。
36.图4为平作和垄沟作中微生物群落中优势菌纲的相对丰度(个体分类群的百分比)(平均值
±
se,n＝4)
37.图5为不同时期垄沟作与平作对株高的影响。不同小写字母表示垄沟作与平作的株高差异显著。
具体实施方式
38.下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
39.下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
40.实施例1、在轻度盐土地栽培紫花苜蓿
41.1材料与方法
42.1.1试验地概况
43.试验地在中国农业科学院草原研究所农牧交错区试验示范基地开展(111
°
45
′
e,40
°
36
′
n)，位于内蒙古土默川平原土左旗沙尔沁镇内，北距呼和浩特市区16公里。该区域具
有典型的农牧交错区大陆气候特征，年平均温度为7.6℃，年平均降雨量为392.6mm，其中74.8％的降雨集中在6月-9月。≥10℃的活动积温在2700℃以上，无霜期137天，海拔1030米。土壤为沙壤土。栽培前的0-15cm土壤的有机质含量为15.9gkg-1
、总氮为930mg kg-1
、有效磷为14mg kg-1
、速效钾为225mg kg-1
、ph值为7.7，和ec为1.1ds/m。
44.说明：当土壤ec值≥4ds/m为盐土(munns r.and tester m.,mechanisms of salinity tolerance.annual review of plant biology,2008(59):651-681)，本实施例播种时间为8月初，正值初秋，该地的雨季为6-9月，8月初经过雨季长时间雨水淋洗，土壤表层含盐量降低。所以，实验前土壤的ec值仅为1.1ds/m。但并不能说明该实验田为非盐土，春季为表层土壤含盐量最高的季节，本实施例对生长第二年春季土壤含盐量进行测定，见表2。由表2可见，该试验田春季表层土壤含盐量高达17ds/m。
45.1.2试验设计
46.紫花苜蓿试验品种为中草3号紫花苜蓿(medicagosativa l.cv.zhongcao no.3，以下简称中草3号紫花苜蓿)(孙娟娟等.6个紫花苜蓿品种氨基酸组成分析及营养价值评价.中国农业科学,2019.52(13):2359-2367)种子净度为99％，发芽率99％。
47.实验采用随机区组设计，设置两个处理：垄沟作栽培区与平作栽培区，每个栽培区4次重复。每个小区的面积均为64m2(3.2m
×
20m)。
48.1.3栽培紫花苜蓿
49.采取两种栽培方式栽培中草3号紫花苜蓿，分别为平作(不起垄)以及垄沟作(垄高15cm)，在栽培管理上的区别仅在于播床形状的不同，其它操作完全相同。具体如下：
50.1.3.1预处理土地
51.播种前15-20天，对土壤进行深耕翻，疏松土壤，对土地进行一次灌溉，待杂草长出后用草甘膦进行化学除草。具体方法为：雨后10天，于2019年7月10日对土地进行深耕翻，疏松土壤除杂草，对土地进行灌溉，10天后待杂草幼苗长出，喷洒草甘膦，按照使用说明书中的量喷洒。
52.1.3.2播种。采用初秋播种，最晚播种时间不超过下霜前45天。栽培沟建好当天播种。采用蔬菜(手推式)播种机进行播种，保证播种的均匀度。本实施例于2019年8月8日播种，本实施例所有试验区播种在一天内完成。
53.1.3.2.1平作播种
54.于2019年8月8日，平整土壤，在平整的试验地，平作栽培区中，使用蔬菜播种机开沟播种，沟深1cm，在沟内进行播种。行距40cm，播深1cm，覆土镇压，播量1.0kg/亩，见图1。
55.1.3.2.2垄沟作播种
56.于2019年8月8日，平整土壤，垄沟作栽培区中，在平整的试验地，使用开沟培土机进行开沟成垄，采用开沟培土机自带滚轮对土垄进行镇压。之后用蔬菜播种机在沟内进行播种。其中，开沟按照沟深为15cm、沟底宽5cm和沟间距为40cm在平地进行开沟，起垄为沟与沟中间建垄(横截面为梯形)，垄底宽(梯形的下底长)35cm，垄顶宽(梯形的上底长)20cm，垄高(梯形的高)15cm。行距40cm，播深1cm，覆土镇压，播量1.0kg/亩，见图2。
57.1.3.3田间管理
58.播种当年，由于苗期正值雨季，无需灌溉；生长第二年5月20日进行灌溉，定期进行杂草防除，采用人工拔除的方式，除杂草时要注意不破坏垄的结构；整个实验阶段没有施
ion concentrations of alfalfa.plant soil 408:211-226)。
73.1.5数据处理
74.用excel对数据进行初步整理，用sas软件中的anova模型进行显著性分析，结果用平均值
±
标准误表示。用sigmaplot 12.0软件进行作图。
75.2结果与分析
76.2.1苗期土壤含水量、电导率、土壤温度及出苗数
77.苗期不同时间除了土壤空隙电导率无明显差异之外，两种播种方式土壤含水量、土壤温度以及出苗数均差异显著(p＜0.05)。播种第4、6、9天垄沟作苜蓿种植带土壤含水量分别比平作苜蓿种植带内土壤含水量提高13％、10％和16％，垄沟作种植带内土壤温度分别降低了1.6℃、1.1℃和0.3℃，1米长度的出苗数垄沟作分别比平作提高了194％、64％和76％，垄沟作对苗期土壤电导率影响不显著。
78.表1两种播种方式苗期土壤含水量、电导率、温度以及出苗数
[0079][0080]
注：数值为平均值(n＝4)
±
标准误，具有相同小写字母的处理间在0.05水平无显著差异，没有相同小写字母的处理间在0.05水平有显著差异。
[0081]
2.2土壤微生物群落结构
[0082]
在门类别上，垄沟作显著降低了苗期土壤中放线菌门(actinobacteria)和绿弯菌门(chloroflexi)的相对丰度(图3)。在纲类别上，垄沟作显著降低了放线菌纲(actinobacteria)和嗜热油菌纲(thermoleophilia)的相对丰度，显著增加了β-变形菌纲(deltaproteobacteria)和丙型变形菌纲(gammaproteobacteria)的相对丰度(图4)。
[0083]
2.3不同时期紫花苜蓿株高
[0084]
同一测量时间不同播种方式紫花苜蓿株高差异显著(p＜0.05)。五次测量垄沟作紫花苜蓿的株高均高于平作。垄作紫花苜蓿高度比平作分别提高了17％、31％、28％、17％和15％(图5)。
[0085]
2.4垄沟作对生长第二年返青期土壤有效养分及电导率的影响
[0086]
垄沟作显著提高了生长第二年返青期苜蓿种植带土壤有效养分含量，土壤有机质、速效钾、总氮分别比平作提高了29％、18％、24％。同时也显著降低了土壤含盐量，土壤电导率比平作降低了26％，极大缓解了返青期紫花苜蓿的盐胁迫程度(表2)。
[0087]
表2两种播种方式第二年春天(4月份取样)土壤特性
[0088][0089]
注：数值为平均值(n＝4)
±
标准误，具有相同小写字母的处理间在0.05水平无显著差异，没有相同小写字母的处理间在0.05水平有显著差异。
[0090]
2.5垄沟作对紫花苜蓿产量及营养品质的影响
[0091]
垄沟作显著提高了紫花苜蓿产量，其产量比平作提高了37％。垄沟作显著改善了紫花苜蓿的营养品质，垄沟作增加了紫花苜蓿粗蛋白含量、显著降低粗灰分含量，其粗蛋白含量比平作增加了4％，粗灰分含量比平作降低了8％。垄沟作显著缓解了紫花苜蓿受盐胁迫程度，显著增加了紫花苜蓿的钾离子的浓度，降低了紫花苜蓿的钠离子浓度，其钾离子浓度比平作提高了33％，钠离子浓度比平作降低了19％(表3)。
[0092]
表3两种播种方式2020年紫花苜蓿第一茬草产量及营养品质
[0093]
播种方式产量(kg/亩)粗蛋白(％dm)粗灰分(％dm)钾离子浓度(％dm)钠离子浓度(％dm)垄沟作506
±
37.7a18.05
±
0.18a8.38
±
0.23b1.40
±
0.024a0.23
±
0.011b平作368
±
27.0b17.43
±
0.17b9.08
±
0.10a1.05
±
0.069b0.28
±
0.004a
[0094]
注：数值为平均值(n＝4)
±
标准误，具有相同小写字母的处理间在0.05水平无显著差异，没有相同小写字母的处理间在0.05水平有显著差异。
[0095]
以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围，以及无需进行不必要的实验情况下，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本技术欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本技术中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。按以下附带的权利要求的范围，可以进行一些基本特征的应用。