張瑜 劉肅 徐子棋 楊獻坤

摘 要：本研究揭示黑土區(qū)坡地地形因子、土壤因子對不同苗齡紫斑牡丹存活、生長和產量的影響，為紫斑牡丹在東北黑土區(qū)栽植、應用提供理論支持。本文通過紫斑牡丹室外栽植試驗，觀測植物指標及土壤指標，從而獲得數(shù)據(jù)，并利用SPSS 17.0和Canoco 4.5進行數(shù)據(jù)分析。結果表明： ①苗齡為2 a的紫斑牡丹，其存活和生長狀況由優(yōu)到劣排序為：陰坡坡下、陰坡坡上、陰坡坡中、陽坡坡中（P<0.05）。②苗齡為2 a的紫斑牡丹具有一定的耐寒性，陰坡低溫未對其生長造成顯著抑制，而陽坡的陽光直射和高溫顯著降低其生長量。③研究區(qū)土壤理化性狀由優(yōu)到劣排序為：陰坡坡下、陰坡坡上、陰坡坡中、陽坡坡中（P<0.05），土壤理化性狀顯著影響苗齡為2 a的紫斑牡丹存活和生長狀況，CCA分析表明，影響黑土區(qū)坡地紫斑牡丹生長的主要土壤環(huán)境因子為土壤水分含量、土壤容重和土壤全氮含量。④苗齡為5 a的紫斑牡丹對黑土區(qū)坡地環(huán)境具有良好的適應性，存活率極高，能夠正常地生長、結籽，其在坡度為8°適應性優(yōu)于坡度為5°（P<0.05）。2019年坡度為5°和8°的紫斑牡丹株高分別為43.2 cm和55.0 cm。⑤苗齡為5 a的紫斑牡丹栽植第3年生長、產量狀況優(yōu)于第2年，差異顯著（P<0.05）。苗齡為2 a和5 a的紫斑牡丹能夠很好地適應黑土區(qū)坡地環(huán)境，其更適于栽植在陰坡，苗齡為5 a的紫斑牡丹栽植第3年產量狀況良好，適宜在黑土區(qū)坡地進行推廣、利用。

關鍵詞：黑土區(qū);坡地;紫斑牡丹;CCA分析;環(huán)境因子

Abstract：This study aims at exploring the effects of the terrain factors and the soil factors on the survival status， the growth status， and the yield status of the Paeonia rockii seedlings with different ages on the slope in the black soil area， and providing theoretical support for the planting and the utilization of the Paeonia rockii in the Northeast black soil area. In this study， the plant indicators and the soil indicators were observed and the data were acquired during the Paeonia rockii field planting experiment， and SPSS17.0 and Canoco4.5 were used for the data analyzing. Result showed that： ① The survival status and the growth status order of the 2 a seedling of Paeonia rockii was： the bottom of the shady slope > the top of the shady slope > the middle of the shady slope > the middle of the sunny slope （P<0.05）. ② 2a seedling of the Paeonia rockii had good tolerance to low temperature， the low temperature of the shady slope didnt inhibit its growth， but the high temperature of the sunny slope had negative effects on its growth. ③ The soil physical and chemical properties order of the research area was： the bottom of the shady slope > the top of the shady slope > the middle of the shady slope > the middle of the sunny slope （P<0.05）. The CCA analysis result showed that the most important factors that affected the growth status of the Paeonia rockii seedlings were soil water content， the soil bulk density， and the soil total nitrogen content. ④ The 5a Paeonia rockii seedlings adapted the environment of the slope well in the black soil area， the survival ratio was extremely high， and the growth and the yield status were good. The 5 a Paeonia rockii seedlings adapted better on the 8° slope than on the 5° slope （P<0.05）. For example， in 2019， the plant height of the 5 a Paeonia rockii seedlings on the 5° and 8° slope were 43.2 cm and 55.0 cm，

0 引言

我國東北地區(qū)是世界三大黑土分布區(qū)之一，東北黑土區(qū)總面積約為103萬km2，黑土地由于其性狀好、肥力高，且非常適合作物生長，因此是我國重要的商品糧基地[1-2]。但是從自然因素方面分析，由于黑土區(qū)冬季干冷，夏季暴雨多，地形多為波形起伏的漫崗丘陵，土質又多為粗粉砂和黏粒，使得該地區(qū)的抗蝕能力較差[3];從人為因素方面分析，由于我國對黑土進行了大規(guī)模、高強度和非理性的開發(fā)，黑土區(qū)的水土流失狀況日益嚴重，據(jù)黑龍江省水土保持科學研究所對土壤侵蝕情況的遙感結果顯示，東北黑土區(qū)侵蝕面積占總面積的37.9%[2]。因此，如何在黑土區(qū)坡地耕種適合的植物，對其進行經濟利用的同時又能起到減輕水土流失作用，這些問題已成為近年來的研究熱點。紫斑牡丹（Paeonia rockii）屬于毛茛科芍藥屬，其作為一種用于觀賞、藥用的經濟作物，耐旱性和耐寒性較強，病蟲害較少，具有較強的生態(tài)適應性[4-5]。且其植株高大、根系發(fā)達，具有水土保持利用價值[4，6]。因此紫斑牡丹適合在黑土區(qū)坡地耕種。

相關人員對紫斑牡丹在我國東北地區(qū)引種作了許多研究。山昌林等[7]歸納總結了紫斑牡丹在東北地區(qū)的引種分布現(xiàn)狀和物候表現(xiàn)。于玲等[8]、閆中園等[9]和朱月等[10]研究了室內條件下低溫對紫斑牡丹種子萌發(fā)、幼苗生長和生理（包括細胞膜透性、滲透物質、代謝產物和保護性酶等）的影響。許多學者在東北地區(qū)（哈爾濱市、長春市等）室外條件下研究了紫斑牡丹物候、生長節(jié)律、抗寒形態(tài)變化和生理響應（包括細胞膜透性、滲透物質、代謝產物、保護性酶和光合特征等）[4，11-16]。然而，有關東北黑土區(qū)坡地不同環(huán)境因子對紫斑牡丹存活、生長和產量影響的研究卻鮮有報道。

本研究通過分析黑土區(qū)坡地不同環(huán)境因子下苗齡為2 a和5 a的紫斑牡丹存活、生長和產量狀況，研究地形因子、土壤因子對紫斑牡丹適應性和產量的影響，以期為紫斑牡丹在東北黑土區(qū)坡地栽植應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于吉林省東遼縣安石鎮(zhèn)杏木小流域，地理坐標為：125°22′40″～ 125°26′10″ E， 42°58′05″～ 43°01′40″ N。杏木小流域屬溫帶季風氣候，四季分明，冬季漫長嚴寒，夏季高溫多雨。年平均氣溫5.2 ℃，最高氣溫38 ℃，最低氣溫-40 ℃，≥10 ℃的積溫2 900 ℃，無霜期137 d，年平均日照時數(shù)為2 497.9 h。杏木小流域地處典型東北黑土區(qū)，坡耕地土壤多為黑土、暗棕壤、草甸土及白漿土。

1.2 供試材料

供試材料為原產地甘肅省中川鎮(zhèn)苗齡為2 a和5 a的紫斑牡丹實生苗，栽植時間為2016年5月5日。所選試驗田位于為坡度5°和8°的直線型黑土坡地，5 a的苗栽植于陽坡坡中，2 a的苗分別栽植于陽坡的坡中和陰坡的坡上、坡中、坡下，栽植株行距為1 m×1 m。栽植土壤不進行施肥處理，每30 d澆一次水。

1.3 測定方法

1.3.1 生長指標測定

苗齡為2 a的紫斑牡丹苗存活和生長指標的測定時間為2019年9月20日—25日。每個坡位（陽坡坡中和陰坡的坡上、坡中、坡下）各選擇5株紫斑牡丹進行生長狀況測定，同時測定5排紫斑牡丹存活率（SR，每排50株）。葉長（LL）、葉寬（LW）、株高（PH）用卷尺測定，精確度為0.1 cm;當年生枝粗（DAS）、地徑（GD）用游標卡尺測定，精確度為0.01 mm。并觀測記錄選定株的葉片量（LQ）、分枝數(shù)（BN）。上述生長指標每個坡位均測定5株。

苗齡為5 a的紫斑牡丹苗存活率于2018年7月1日、2019年7月1日測定，觀測5排（每排50株）。地上、地下生長指標、生物量和產量指標分別于2018年9月15日和2019年9月15日測定，坡度為5°和8°上各選5株進行觀測。

1.3.2 土壤指標測定

2019年9月26日—28日在陽坡坡中和陰坡的坡上、坡中、坡下苗齡為2 a的紫斑牡丹試驗田（每個坡位5個樣點）和5°、8°苗齡為5 a的紫斑牡丹試驗田（每個坡度5個樣點）S形取土，5次重復。利用烘干稱重法測定土壤容重（WV）、土壤含水量（WC）、土壤總孔隙度（TPO）。土壤全氮量（TN）用半微量開氏法測定，土壤全磷量（TP）用NaOH熔融-鉬銻抗比色法，土壤全鉀量（TK）用NaOH熔融法測定。土壤溫度（T）用土壤溫度計進行測定，測定時間為2019年9月29日。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

利用Excel進行數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計，利用SPSS 17.0進行方差分析，利用Canoco 4.5進行典范對應分析（CCA）及相關圖的繪制。

2 結果與分析

2.1 地形因子、土壤因子對苗齡為2 a的紫斑牡丹存活和生長的影響

由表1可知，陰坡不同坡位的土壤溫度由大到小順序為：坡上、坡中、坡下，且陽坡坡中土溫大于陰坡坡中土溫，差異顯著（P<0.05）;陰坡土壤的容重由大到小順序為：坡中、坡上、坡下;土壤總孔隙度和土壤水分含量由大到小順序為：坡下、坡上、坡中;不同坡向坡中的土壤容重由大到小順序為：陽坡坡中、陰坡坡中;土壤總孔隙度和土壤水分含量由大到小順序為：陰坡坡中、陽坡坡中，各指標差異顯著（P<0.05）;陰坡土壤的TN、TP、TK含量由大到小順序均為坡下、坡上、坡中，且陰坡坡中大于陽坡坡中，差異顯著（P<0.05）。這說明研究區(qū)陽坡土壤溫度顯著高于陰坡，陰坡存在逆溫現(xiàn)象;土壤理化性質由優(yōu)到劣順序為：陰坡坡下、陰坡坡上、陰坡坡中、陽坡坡中。

由表2可知，苗齡為2 a的紫斑牡丹生長指標的數(shù)值由大到小順序均為：陰坡坡下、陰坡坡上、陰坡坡中、陽坡坡中，且除葉片量、當年生枝粗、分枝數(shù)和地徑4個指標方差分析結果不顯著外，其他指標均差異顯著（P<0.05）。例如，陰坡坡上、陰坡坡下和陽坡坡中紫斑牡丹的株高分別為陰坡坡中的102.20%、144.95%、83.21%，且陰坡紫斑牡丹的存活率高達73%～86%，而陽坡坡中紫斑牡丹存活率僅為39%。這說明苗齡為2 a的紫斑牡丹對研究區(qū)陰坡適應狀況較好，但陽坡適應狀況較差，陰坡坡下更有利于苗齡為2 a的紫斑牡丹存活和生長。

紫斑牡丹存活和生長狀況，與研究區(qū)環(huán)境因子進行CCA分析，見表3。由表3可知，在第1排序軸和第2排序軸中，紫斑牡丹生長因子與環(huán)境因子的相關性分別為0.96和0.92。在前2個排序軸中，生長因子與環(huán)境因子的變化累計分別62.2%和84.5%。結合圖1、表4可知，環(huán)境因子與第1軸相關系數(shù)絕對值變化范圍為0.414 2～0.516 9，絕對值超過0.45的環(huán)境因子有3個，分別是土壤水分含量（0.516 9 ）、土壤全氮含量（0.498 3）和土壤容重（-0.492 5）。環(huán)境因子與第2軸相關系數(shù)絕對值變化范圍為0.218 7～0.603 1，絕對值超過0.45的環(huán)境因子有3個，即為土壤總磷含量（-0.454 9）、容重（0.603 1）和溫度（0.503 5）。因此，影響黑土區(qū)坡耕地紫斑牡丹生長的主要土壤環(huán)境因子為土壤水分含量、土壤容重和土壤全氮含量。

2.2 地形因子對苗齡為5 a的紫斑牡丹生長和產量的影響

由表5可見，苗齡為5 a的紫斑牡丹苗在試驗區(qū)適應性較好，2018年坡度為5°和8°的紫斑牡丹成活率分別高達93%和97%，2019年存活率分別為80.02%和88.66%，差異顯著（P<0.05）。苗齡為5 a紫斑牡丹在坡度為8°的生長狀況顯著優(yōu)于5°的（P<0.05），例如，2019年5°和8°紫斑牡丹的株高分別為43.2 cm和55.0 cm。

各坡度牡丹苗2019年的生長狀況均優(yōu)于2018年，差異顯著（P<0.05）。例如，5°紫斑牡丹苗2018年和2019年株高分別為23.6 cm和43.2 cm，地徑分別為1.2 cm和1.68 cm。由表6可知，8°紫斑牡丹苗的根系生長狀況和產量狀況優(yōu)于5°，差異顯著（P<0.05）。例如，2018年5°、8°紫斑牡丹苗的縱向根幅分別為28.5 cm和34.5 cm。各坡度紫斑牡丹2019年根系生長狀況、產量狀況顯著優(yōu)于2018年，差異顯著（P<0.05）。例如，8°苗2018年、2019年籽粒產量分別為23.52 g和45.46 g。這說明，苗齡為5 a的紫斑牡丹對黑土區(qū)坡地環(huán)境具有良好的適應性，存活率極高，能夠正常地生長、結籽，其在坡度8°適應性優(yōu)于5°，且紫斑牡丹栽植第3年生長和產量狀況優(yōu)于第2年。

3 討論與結論

土壤溫度通過影響植物根系的結構、功能來影響其對植物地上部分的生長[17-21]。且植物的抗寒能力越低，低溫對其生長的抑制作用就越明顯[22]。本研究結果表明，試驗區(qū)陰坡存在“逆溫”現(xiàn)象，如，陰坡坡上、坡中、坡下的土壤溫度分別為11.23、10.36、9.57 ℃，且陽坡坡中的土壤溫度高于陰坡坡中。本研究栽植3 a時，陰坡各坡位苗齡為2 a的紫斑牡丹的存活率高于70%，陽坡坡中存活率僅為39%。紫斑牡丹生長狀況由優(yōu)到劣順序為：陰坡坡下、陰坡坡上、陰坡坡中、陽坡坡中。這說明，紫斑牡丹具有一定的耐寒性，坡下的土壤低溫脅迫未對其生長產生顯著的抑制作用，而陽坡的高溫不利于其生長。張吉平[22]、李欣[4]、李熙莉[23]的研究結果也有相似結論，即紫斑牡丹具有一定的抗寒性，在遭受低溫逆境時，能夠通過調節(jié)體內丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白質等物質來降低低溫對其造成的傷害。此外，張衷華等[24]研究表明，紫斑牡丹的耐熱極限為31 ℃，過多的直射光易造成溫度高，導致氣孔關閉、光合作用抑制及細胞生理傷害。

土壤容重、土壤孔隙度和土壤含水量是土壤重要的物理性質，是影響土壤“水、熱、氣、生”的重要因子[25-33]。本研究結果顯示，陰坡的土壤物理性質由優(yōu)到劣排序為：坡下、坡上、坡中，且陰坡的土壤物理性質優(yōu)于陽坡。原因有可能是黑土區(qū)坡面隨著坡面向下的侵蝕強度規(guī)律為“弱—強—弱”，即：坡上侵蝕較輕、坡中侵蝕最嚴重、坡下產生堆積[3，34]。且侵蝕越嚴重，土層就越薄，石礫越多，容重越大。陽坡土壤水分含量較低的原因是陽坡接受的光照較陰坡多[35];土壤容重越低，孔隙度越大，含水量越高，苗齡為2 a的紫斑牡丹的存活和生長狀況越好，即陰坡坡下最利于紫斑牡丹生長。CCA分析的結果為：土壤水分含量和土壤容重為影響紫斑牡丹生長最重要的土壤物理性質因子。

土壤養(yǎng)分直接影響植物的生長狀況[36]。本研究結果表明，陰坡不同坡位土壤全氮、全磷、全鉀的含量由大到小排序為：坡下、坡上、坡中，且陰坡坡中大于陽坡坡中。原因有可能是陽坡比陰坡的水熱變化大，巖石風化崩解的速度較快，使徑流對坡面物質的沖蝕作用較強，土壤發(fā)育較陰坡不夠充分，使得陽坡土壤養(yǎng)分含量低于陰坡[37]。結果是全氮、全磷、全鉀對苗齡為2 a的紫斑牡丹生長起顯著影響，且其含量越高，紫斑牡丹生長狀況越好。CCA分析結果顯示，對紫斑牡丹生長起最顯著作用的土壤化學因子為土壤全氮含量。唐紅等[38]也有相似結論，即紫斑牡丹大多自然分布于溫暖潮濕的陰坡，坡下水熱條件較好、枯落物較多，更有利于紫斑牡丹生長和群落穩(wěn)定。

有研究稱紫斑牡丹根系為肉質，不耐澇，偏干的土壤更適于其生存[39]。本研究結果表明，苗齡為5 a的紫斑牡丹對黑土區(qū)坡地環(huán)境具有良好的適應性，存活率極高，能夠正常地生長、結籽，其在坡度8°適應性優(yōu)于5°，原因可能是坡度越大，越有利于土壤水分排出，能夠減少水澇對紫斑牡丹根系的傷害。且苗齡為5 a的紫斑牡丹栽植第3年生長和產量狀況優(yōu)于第2年。

綜上所述，紫斑牡丹能夠很好地適應黑土區(qū)坡地環(huán)境，苗齡為5 a的紫斑牡丹在黑土區(qū)坡地具有較好的生長和產量狀況，適于推廣。今后對紫斑牡丹防治黑土區(qū)坡地水土流失中的作用進行研究。

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