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藜麦栽培技术研究与应用展望

2022-04-26齐天明李志坚秦培友任贵兴周帮伟

中国农业科技导报 2022年3期
关键词:植株

齐天明, 李志坚, 秦培友, 任贵兴, 周帮伟*

(1.东北师范大学草地科学研究所,植被生态科学教育部重点实验室,长春 130024;2.中国农业科学院作物科学研究所,北京 100081)

藜麦(Chenopodium quinoa Willd)是苋科藜属一年生双子叶草本植物,原产于南美洲安第斯山区,距今已有7 000年的栽培历史,被当地人称为“粮食之母”[1]。藜麦之所以在全世界范围内引起广泛关注是因为其籽粒富含蛋白质、淀粉、脂肪、矿物质、维生素等营养物质,是膳食纤维、多酚和黄酮类物质的良好来源,具有促进人体健康的作用。联合国粮农组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations,FAO)认为藜麦是唯一一种单体植物即可满足人体基本营养需求的食物,因而被誉为“最适宜人类的全营养食品”[2-4]。为促进人类营养健康和食品安全,2013年,FAO宣布该年为“国际藜麦年”(International Year of quinoa,IYQ)[5],旨在让全世界加强对藜麦生物多样性和营养价值的研究与开发利用。由于藜麦对干旱、寒冷、耐盐碱等非生物胁迫的抗性较强[6],在世界各地的栽培面积逐年扩大。但是,不同地区藜麦在株高、穗型、分枝、粒重等生物学特征上差异较大,且易受到海拔、温度、机械化水平等条件影响,藜麦的栽培措施具有较大的区域性差异。

1 我国的藜麦分布与产量表现

藜麦商业化种植始于南美洲的秘鲁、玻利维亚、厄瓜多尔等国家。20世纪70年代,英国率先引进藜麦,不久传入丹麦,并在80年代后期开始小规模的试验性种植。20世纪90年代以后,作为特色农作物,藜麦被美国、加拿大等国家陆续引进和种植[7-9]。相对而言,我国藜麦种植起步较晚。1988年,由西藏农牧学院和西藏自治区农牧科学院联合从玻利维亚引进3份藜麦材料,实现藜麦种质资源首次引种并开展种植观察试验[10]。1994年到1996年间,西藏先后开展有关藜麦的生物学特性评价、栽培育种技术及病虫害研究等工作,并连续多年在各地区进行小面积栽培[11-12]。21世纪,受国际上对藜麦研究与产业化发展的影响,山西、甘肃、青海、新疆、内蒙古、吉林、河北、四川、贵州及云南等地陆续引种种植,极大地促进了藜麦产业在我国的迅速发展[13]。据不完全统计,2014 年我国藜麦种植总面积约 3 333 hm2[14],到2018年就发展到1.2万hm2以上[15]。目前,我国藜麦主要种植在西藏、青海、云南和贵州等高海拔地区,新疆、甘肃和山西等西北干旱少雨区,吉林、黑龙江等高纬度冷凉区,以及内蒙古、河北等高海拔地区。各地区初步形成了不同的种植方法,并筛选出区域适应性较好的品种。

2 藜麦的栽培技术措施

2.1 栽培地点选择

受市场供需关系和种植机械化程度的制约,当前藜麦种植区域未形成与主粮(玉米、小麦和水稻)竞争的关系。然而,因其具有耐寒、耐旱、耐瘠薄、耐盐碱等强适应性,已经具备与多种杂粮(红小豆、大麦、燕麦等)竞争的潜力。当前我国藜麦栽培主要围绕以下生态区域展开:①高海拔的冷凉山区(例如青藏高原、云贵高原等地区);②地处内陆、降水较少的干旱沙地(例如河西走廊、伊犁河谷等地区);③高纬度盐碱含量较高的盐碱地(例如东北松嫩平原、华北沿海地区等)。由于藜麦栽培地点多分布于高海拔地区,种植者可根据无霜期来确定适宜种植的区域。就气候条件而言,结合各个省(市、区)藜麦种植区的实际情况,无霜期大于100 d、生育期温度稳定在15~28℃的区域适宜开展藜麦大规模种植。

尽管藜麦可以生长于高山贫瘠土地,但当前的机械化程度决定着大规模栽培需要在相对地势平坦、土质疏松、土层深厚、土壤理化性状良好、保水保肥能力强的土地进行。同时,灌溉也是保障种子出苗和壮苗的必要条件:0—20 cm土层土壤含水量 150~200 g·kg-1(播种层含水量 15%~20%)为宜。藜麦对土壤pH要求相对宽泛,土壤pH 4.5(例如秘鲁卡哈马卡地区的酸性土壤)~9.5(例如玻利维亚乌尤尼地区的碱性土壤)均可种植。2019年,在吉林省长岭县的苏打盐碱地(土壤pH接近9.0)农田采用育苗移栽的方法成功开展了藜麦种植,并获得了较好的产量。藜麦对除草剂较为敏感,倒茬选地时宜选用前一年未施用除草剂的地块。藜麦连作病害严重,杂草多,土壤中的营养要素消耗量大,故藜麦不宜重茬,可与马铃薯、燕麦、大麦、玉米以及豆科作物等进行轮作,有利其高产。

2.2 播期与播种深度的选择

播期的选择是藜麦生产的一个重要环节,是产量和品质的保障,其直接决定着出苗及花期日照时长和成熟期的雨热同季,进而影响植株密度、籽粒灌浆和籽粒品质。我国幅员辽阔,藜麦播期差异较大,华北平原的河北以及青海、甘肃、山西、新疆等地多选择春季播种,当日平均气温稳定在5℃以上或地温稳定在10℃以上时进行播种。以5月中旬播种为宜(最好选择雨后播种),提前播种地温低不利于出苗,且容易遭受倒春寒冻害;播期过晚则开花期和灌浆期易受高温、降水影响,造成花而不实、倒伏或者穗发芽,并且某些生育期长的品种不能正常成熟收获。在甘肃、山西等高海拔地区,提前播种会面临土壤温度较低的情况,因此当地广泛采用地膜覆盖的措施以确保藜麦正常出苗。贵州、云南等低纬度地区则依据当地种植制度、气候条件和品种成熟期来确定播期,以避免藜麦成熟时雨水过多造成穗发芽;有条件的地区,播种后可及时铺设滴灌设施进行灌溉以保障出苗。在云南省丽江市高寒山区(海拔1 500~2 400 m),藜麦生育期短,宜在夏季(6月雨季来临时)播种,既可保证种子正常发芽及苗期对水分的需求,又可使成熟期避开雨季以确保产量和品质;该地区的永胜县藜麦最高产量可达4 650 kg·hm-2[16]。

2.3 种植方式与合理密植

藜麦播种方式有撒播、条播、穴播或育苗移栽等。通常,我国藜麦栽培多采用条播和穴播的方式,部分茬口不适宜地区或者盐碱程度较重地区采用育苗移栽的方式进行小面积种植。条播有利于合理密植、通风透光、田间管理及机械收获,穴播利于破土出苗和控制株距。育苗移栽更易保留全苗,且藜麦生长整齐、成熟度高、商品性好,还可节约种子、提高成苗率、易于定苗和选苗,但增加了经济成本。因此,不同地区应依据当地种植的实际情况,选择适宜的播种方式。贵州、河北、新疆等地宜进行条播[17-19];西藏等地宜进行穴播[20];云南、山西等地宜使用精量播种机进行条播或穴播[21-22];吉林、青海、甘肃等地由于春季降水少,土壤沙化严重,宜采用垄作穴播的方式种植藜麦。

藜麦不同品种间田间表型差异较大,甚至相同品种在不同地区种植表型也存在较大差异。以株高为例,“陇藜1号”在青海高海拔地区株高平均214.55 cm[23];在贵州高原地区株高仅83.8 cm[1];在西北地区种高较为集中,甘肃省武威地区表现为160.5 cm[24],陕西省延安地区表现为185.6 cm[25]。为提高藜麦产量,播种时应根据品种特性进行适当调整。如以收获籽粒产量为目的,应注意合理密植,密度过大会造成植株弱小,单株产量低,抗倒伏能力差;密度过小又会造成植株分枝严重或贪青晚熟。条播时,可将藜麦种子中添加约2倍的炒熟谷子或油菜籽(6.0 kg·hm-2藜麦种子添加10.0 kg·hm-2谷子或油菜籽)搅拌均匀后播种;覆膜或裸地穴播时,应保证播种深度一致,3~5粒·穴-1。青海、甘肃、云南、西藏等地为确保出苗率,每穴可播7~8粒[21,26-28]。河北、山西、甘肃等地受种植机械的限制,大规模种植区多采用行距40 cm的规范化种植,无法针对不同品种而因地制宜地确定种植密度[18,27,29]。然而依据品种和田间气候适时调整行距十分必要,如山西原平试验田将行距调整至15~20 cm进行大田播种获得了高产[30]。综合各地区种植情况(表1),藜麦种植行距为20~50 cm、株/穴距15~30 cm效果较好。

表1 各种植区播种措施Table 1 Sowing measures in various planting areas

3 藜麦的田间管理措施

3.1 补苗、间苗与定苗

藜麦种子通常于播种后1 d出芽,3~5 d出苗。播后7~10 d需要逐行检查出苗情况,发现漏种和缺苗时,应在土壤墒情较好时采取补种或移栽等措施以保证全苗。对少数缺苗断垄处,可在幼苗4~5叶(苗高10 cm左右为最佳移栽时期)时选择雨后移苗补栽。多数种植区通常在藜麦5~6叶(幼苗长到10 cm左右)时间苗,留苗1~2株·穴-1,同时除去病苗、弱苗,可避免植株间因生长过密而争抢养分,造成生长态势不佳。因各种植区的气候条件不同,间苗工作存在些许差异。我国中部地区(例如河南)气温较高,幼苗和杂草生长迅速,因此,在幼苗3~4叶时即可间苗[44];而在高海拔地区气温较低,可晚间苗,如青海地区在幼苗5~6叶、西藏地区在幼苗6~8叶时开展间苗工作[20,32]。当幼苗长至8~10叶(幼苗长到20~30 cm)时可定苗,即保留长势整齐一致的壮苗,留苗1~2株·穴-1,提高整齐度,增强通风和光照。部分地区定苗工作开展较早,如河南地区在幼苗长至5~6叶[44]、云贵地区(例如云南玉龙县与贵州贵阳市)地区在幼苗长至6~7叶定苗[40,45]。

间苗与定苗过程还应注意合理密植,根据土壤肥力和栽培技术确定种植密度。在高水肥地区,藜麦因单体植株生长旺盛、分枝较多,宜疏松种植;而在贫瘠干旱地区,因植株瘦小、分枝细小或独秆,可密集种植。我国不同种植区实际保苗情况有所差异:青海等高海拔冷凉地区保苗率较高,一般肥力地块保苗12.00万~12.75万株·hm-2,高水肥地块保苗11.25万株·hm-2[31];甘肃等干旱少雨地区保苗率较低,一般肥力地块保苗6.75万株·hm-2,高水肥地块保苗9.75万~12.00万株·hm-2[14];在山地高海拔地区,贫瘠地宜密集留苗9.00万~15.00万株·hm-2,高肥地宜稀疏留苗4.50万~9.00万株·hm-2[44]。

3.2 中耕除草

考虑到藜麦的生长特性,除草过程中不宜使用化学药剂,应采取机械除草与人工除草相结合的方式。无覆膜种植田可采取中耕锄草与深耕培土相结合的方式。中耕除草能破除土壤板结、疏松土壤、改善土壤通气性、提高地温蓄水保墒,改善土壤微环境,促进幼苗生长[29];培土使根系稳固,促进根部生长,可有效防止后期倒伏[38]。通常,在藜麦生育期除草2~3次为宜。苗期5~6叶时,结合间苗进行第1次除草,除草时应掌握浅锄、细锄、破碎土块,做到深浅一致,草净地平,防止伤苗压苗,松土时应注意防止损伤根系;第2次除草在始花期(苗高50 cm左右),将杂草、病株、残株拔除,提高藜麦苗整齐度,有利于通风透光;第3次除草可根据藜麦生长和田间杂草情况灵活实行,如可在株高1 m时,结合根部培土进行除草[41],使根系稳固,防止倒伏。

3.3 水肥调控

尽管藜麦属抗旱作物,但生育期内灌水对提高产量具有显著作用。本研究室在中国东北半干旱区吉林省(长岭县)进行藜麦种植试验表明,中度灌溉和充分灌溉条件下藜麦产量无显著性差异,但均显著高于无灌溉对照。藜麦生育期内灌水次数和灌水量应依据藜麦长势、种植环境和气候等具体情况而定。藜麦出苗期和开花期均是水分临界期,控制好灌水对提升产量具有重要意义。开花期灌溉量过大使植株旺长茂嫩,遇大风天气上端茎秆和侧枝易折断,造成减产。在甘肃等干旱少雨地区,全生育期需灌水2~3次,于开花期前后灌第1次水,灌水量1 500~1 950 m3·hm-2[46];在灌浆期根据土壤水分情况灌水1~2次,灌水量 900~1 200 m3·hm-2[35,46],以保证植株对水分的需求。

藜麦耐瘠薄能力较强,因此,当前藜麦种植施肥处理存在较大争议。有的品种在高海拔地区长势较差,施肥(尤其施氮肥)可促进植株生长,形成较大的生物基础,从而提高产量;有些品种施肥后,株高、叶面积与穗型等发生较大的变化,形成较多的小花数,创造了较大的“物质库”,使得“物质源”无法满足籽粒灌浆所需,造成籽粒发育不良,甚至导致大面积倒伏而严重影响产量和品质。因此,在土壤施肥方面应因地制宜,做到科学施肥,根据土壤肥力状况施足底肥。为提高速效养分含量,可添加尿素75~150 kg·hm-2、磷酸二铵 150~300 kg·hm-2、硫酸钾 45~75 kg·hm-2,在播种前7 d将肥料均匀撒施,旋耕15~25 cm深度[33];一般肥力地块全生育期施有机肥2.25万~4.50万kg·hm-2为宜,以提升种植土壤基本肥力,提高藜麦产量;瘠薄地块基肥施入后可增施适量氮磷钾复合肥。藜麦对氮肥敏感,因此,生育前期不宜追肥,否则植株过于高大,后期易倒伏。应依据藜麦长势和土壤肥力状况适当追肥,可在孕穗期(抽穗前15~20 d)追肥,有利于藜麦增产[44]。同时,为促进藜麦开花结实和籽粒灌浆,可在初花期和灌浆期结合防虫措施在叶面喷施22.5~30 kg·hm-2硼肥[21]和1.5~3 kg·hm-2磷酸二氢钾(叶面施肥配制浓度宜淡不宜浓)。

4 主要病虫害及其防治方法

我国幅员辽阔,不同地区藜麦的病虫害发生具有较大差异。新疆和西藏等高海拔地区,气温冷凉,病虫害较少[20]。华北平原以及西北干旱半干旱地区,各种病虫害频繁爆发。云南等地区因调整播期病虫害发生较少[16]。各种植区常见病虫害详见表2。

表2 藜麦各种植区常见病虫害Table 2 Common diseases and pests of quinoa in different regions

4.1 主要病害

我国距藜麦起源地较远,因此,南美当地广泛爆发的病害因地缘隔离而减轻。然而,由种子携带或本地寄生的某些病害仍对藜麦种植产生巨大威胁。

叶斑病是藜麦主要病害之一。迄今为止,该病害在各个种植区均有发生,表现为叶斑,始于不规则淡斑,逐渐覆盖整个叶片,严重时导致幼苗根部及下胚轴褐变,引起植株早衰[2]。例如,在河北坝上及东北等地区,6—8月的高温配合集中降雨为叶斑病的爆发提供了适宜条件,给藜麦种植带来极大风险[43,47]。2015—2017 年,山西省静乐县叶斑病大规模发生,造成35%的农田大幅度减产,部分地区减产达70%左右[48]。

霜霉病也是藜麦的主要病害之一,对藜麦危害极大。多雨多雾、空气潮湿、田间湿度高、种植过密或株行间通风透光差等均易诱发霜霉病。叶片染病多在成株期发生,发病初期仅叶片背面呈水浸状,随后病斑逐渐变黄;环境恶劣时,病斑组织坏死呈褐色,病斑连片,叶片凋萎脱落。目前,该病主要通过筛选抗病品种、对种子杀菌消毒、田间轮作或间作、控制种植密度及改变耕作方式等措施来进行防治。

每年7、8月份汛期,由于连续降雨,气候潮湿、空气湿度较大,土壤透气性差,易于瓜笄霉(Choanephora cucurbitarum)[35]等病毒侵入植株茎基部造成根(茎)腐病。初期病部呈暗褐色,后期在茎部或根部逐步扩展,致使皮层腐烂,叶片变黄,穗部因养分供应不足而枯死。2015、2016和2018年,北京市延庆区一藜麦田出现茎腐病,造成大面积减产。此病可通过监测土壤湿度、控制灌水量、确保田间无积水等措施进行预防[46]。

在藜麦种植的生产中,受环境影响不同种植区出现了不同类型的病害。在云南省玉龙县,藜麦多种植于海拔2 700 m以上的高寒山区和半山区,病害发生较少;但种植于海拔2 700 m以下地区时易感染白粉病(Pulvere mildew),此时应降低密度、加强通风透光以防发病[45]。此外,云南高原等地区易患病毒病(Herpesvirus hominis),该病使植株矮小、穗部扭曲畸形,影响结实灌浆,导致减产,严重时造成绝收。吉林省白城地区因密度造成通风不良,易患立枯病(Verticillium albo Rhizoctonia Gottlob Kuhn),该病在苗期危害植株根茎部,多致幼苗立枯死亡,导致缺苗断垄。

4.2 主要虫害

我国藜麦生产中虫害问题也频繁发生。青藏高原地区由于低温、低湿,虫害很少发生。然而,

在其他藜麦种植区,虫害在藜麦整个生长周期中都有发生。苗期多发黑色金龟子(Holotrichia diompulia)、鼹鼠蟋蟀(Gryllotalpidae)、金龟子科(Scarabaeidae)等虫害。特别是在覆膜时,地膜为种子萌发提供了高温、高湿的小气候环境,同时也为害虫幼虫的发育提供了理想条件。因此,覆膜前应采取病虫害防治措施。实践证明,轮作是减少病虫害发生的有效措施;秋季深翻土壤、及时清理农田作物残茬,也可有效降低越冬害虫的基数[45]。

与地下害虫相比,地上部害虫对藜麦生长及产量的影响更加显著。地上部虫害的发生一般随生育期和环境的变化而波动。在东北和华北平原地区,苗期易遭受地老虎(Agrotis ypsilon Rottemberg或Agrotis tokionis Butle)危害。在山西地区,根蛆(Delia antiqua)危害藜麦根部,以苗期危害最为严重;幼虫啃食藜麦根部后,造成根表皮有褐色斑点疤痕,导致根部严重畸形;叶片由外部向内变黄、萎焉,植株生长缓慢,甚至整株枯死;且根蛆孵化后的幼虫会群集藜麦根部,导致毛细根数量显著减少。在低海拔地区(例如北京延庆地区、吉林西部地区等),筒喙象(Lixus subtilis Boheman)是主要害虫之一,以灌浆至成熟期危害较重。筒喙象的危害具有隐蔽性,只有当藜麦倒伏时才会发现筒喙象危害;初期植株整体受害症状较轻,仅底部叶片枯萎、坏死;后期籽实灌浆不饱满形成瘪粒,茎杆被蛀后易折断。在花期,适宜的空气温度和湿度为蚜虫(Aphidoidea)提供了良好的生产环境。蚜虫主要吸食藜麦植株汁液,造成花、叶、芽畸形,影响藜麦正常生长;且可形成虫瘿,传播病毒,是病毒病的主要传播者。粘虫(Mythimna separata Walker)是中国小麦、水稻、玉米、棉花等作物的主要害虫,具有群聚性、迁飞性、杂食性、暴食性等特点;幼虫爆发时,可将叶片全部食光,严重影响作物正常生长。近10年,粘虫连年爆发,2012年全国粘虫发生面积达3.3×106hm2。粘虫发生的世代数在不同地区存在差异,东北、内蒙古等地区每年发生2~3代,华北中南部地区每年发生3~4代,江苏淮河流域地区每年发生4~5代,长江流域地区每年发生5~6代。当藜麦与其他作物毗邻种植时,粘虫会在藜麦和作物之间游走蚕食叶片和茎杆,进而影响藜麦产量。除上述害虫外,藜麦还会遭受蝽象(Aspongopus chinensis L.)、菜青虫(Pieris rapae L.)、玉米钻心虫(Ostrinia furnacalis Guenée)、甜菜大龟甲(Cassida nebulae erant oppansa)等害虫危害。

5 展望

近年来,随着种植面积的急剧扩增,藜麦已经成为我国重要的新兴杂粮作物。与国际主要藜麦种植国家相比,我国藜麦生产发展迅猛,栽培技术也不断得到提升。但是,当前主要的栽培方式还比较粗放,难以形成区域特色,大面积栽培受到以下几个方面的限制。①缺乏高产、广适的藜麦新品种。当前主栽品种均为仅适宜当地区域性种植,均未经过跨生态区的区域生产试验检验。②藜麦本身的生物学特性决定了各地区栽培方式具有较大差异。各生态区应因地制宜,从播种到收获的全生育期内,栽培管理措施应结合当地气候、土壤、机械化程度等因素多样化管理。③藜麦栽培过程中高效技术严重缺乏。当前,藜麦栽培管理水平严重限制了藜麦的规模化栽培,生产过程的关键管理技术缺失,如除草、水肥、机械化等限制了藜麦的大面积推广。因此,各地在藜麦推广种植时应立足各地实况,采取适宜的栽培管理措施。此外,国家应大力发展藜麦高新栽培技术,积极引进不同类型的种质资源并充分挖掘其生产潜力,进而提升藜麦产量与品质,为进一步推动藜麦种植产业化高速发展提供保障。

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