《Phyton-International Journal of Experimental Botany》：Agro-Climatic Suitability of Purslane (
Portulaca oleracea L.) under Abiotic Stress in Semiarid—Arid Zone in North America
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为应对干旱半干旱地区水资源短缺、土壤盐碱化等非生物胁迫对粮食安全的威胁，本研究聚焦墨西哥“拉古纳地区”，评估了耐旱耐盐作物马齿苋的农艺气候适宜性。研究人员整合气候与土壤数据，通过时空分析法确定了该物种的最适播种期（时间适宜性）与高适宜性土地分布（空间适宜性），并量化了其作物蒸散量。研究结果表明，六月和七月为最优播种期，约30%的农业用地属高适宜等级，为当地农业生产提供了一种可行的替代作物选项，对提升区域农业生态系统韧性、优化水资源利用具有重要意义。
想象一片广袤的土地，阳光炙热，雨水稀少，土壤中盐分悄然累积。这里是墨西哥北部的“拉古纳地区”，一个典型的干旱与半干旱地带。在这里，传统的玉米、苜蓿等作物正日益受到气候变化、持续干旱和土壤退化的严峻挑战。特别是棉花种植面积，已从2019年的7.8万公顷锐减至2024年的6800公顷。与此同时，当地农业生产却仍依赖着高耗水的深灌、大量化肥农药的使用，这些做法与可持续发展目标背道而驰。面对水资源愈发紧张、地下水盐分浓度升高、气温上升以及土壤肥力贫瘠等多重压力，寻找一种能够适应这些恶劣条件、生长周期短且具有经济价值的替代作物，已成为保障该地区乃至类似生态区粮食与经济安全的迫切需求。
就在这时，一种看似平凡却潜力巨大的植物进入了研究者的视野——马齿苋 (Portulaca oleracea L.)。这种植物不仅是该地区的本地物种，更拥有令人惊叹的“超能力”：它属于旱生盐生植物，具备C4和CAM光合代谢途径，能够耐受干旱和盐碱胁迫；它营养丰富，富含Omega-3、类胡萝卜素和甜菜红素等营养成分；此外，它生长迅速，春夏季播种后23天即可开始采收。那么，一个关键问题摆在了面前：在这片面临多重非生物胁迫的土地上，马齿苋究竟在何时、何地种植最为适宜？其水分需求又如何？为了回答这些问题，一项旨在系统评估马齿苋在北美干旱半干旱区农艺气候适宜性的研究应运而生，相关成果发表在《Phyton-International Journal of Experimental Botany》上。
为了系统回答上述问题，研究人员采用了多源数据整合与地理信息系统分析相结合的方法。研究核心是建立一个包含时空维度的农艺气候适宜性评估框架。具体而言，在空间适宜性方面，研究者从全球土壤数据库获取了研究区域农业用地的土壤pH值和电导率空间分布数据。在时间适宜性方面，他们收集了区域内七个城市2019至2023年间的月平均最高温、平均温和最低温气象数据，以及太阳辐射数据（并转换为日积光量）。此外，研究还估算了作物需水量，基于参考蒸散量数据和马齿苋的作物系数，计算了其在营养生长期的作物蒸散量，并分析了降水对需水的满足比例。最后，利用全球生物多样性信息机构提供的马齿苋野生分布点数据，通过卡方检验对空间和时间适宜性模型进行了验证。
农艺气候需求梳理
研究首先综述了马齿苋已知的农艺气候需求，为其适宜性分级奠定基础。结果表明，该物种能耐受高达45.5°C的温度，基础温度为14.9°C，适宜日积光量不低于20.7 mol m-2day-1。在土壤方面，它能适应pH值6.5-8.5、电导率0-30 dS m-1的广泛范围，显示出对暖温及轻度至中度盐渍化条件的强大耐受性，这正契合了研究区域的主要环境胁迫因子。
空间适宜性分析
对研究区域土壤的分析显示，各城市农业用地土壤电导率主要集中在2-4 dS m-1的轻度盐化范围，pH值则主要集中在8.1-8.5之间。基于设定的适宜性分级标准，综合pH和盐度指标生成的空间适宜性地图表明，在研究区域的农业用地中，高适宜性和中度适宜性等级占据了绝对主导。具体而言，高适宜性等级面积比例在不同城市介于14%到64%之间，平均约占农业用地的30%；中度适宜性等级面积比例则介于36%到84%之间。非适宜性等级的面积非常小。卡方拟合优度检验验证表明，模型预测的适宜性分布与马齿苋野生的实际分布点没有显著差异，证实了空间模型的良好拟合度。
时间适宜性分析
气温分析显示，研究区域冬季平均温度约15°C，春季升至约20°C，夏季最高平均温度可达近40°C。日积光量数据显示，除12月外，其余月份均能满足马齿苋≥20.7 mol m-2day-1的需求。综合温度与日积光量指标，研究确定了各月份的时间适宜性等级。分析发现，六月和七月是所有研究城市马齿苋播种的高适宜性月份。总体上，每年四月至十月是马齿苋可利用的时期，但适宜性随月份和城市温度变化而波动，四月和十月为轻度适宜，五月和九月为中度适宜，而一月至三月及十一月至十二月则因温度过低而不适宜。卡方独立性检验表明，适宜性类别与季节之间存在强相关性，高适宜性类别与作物的主要生长季节显著关联。
作物蒸散量与水分供应分析
研究估算了马齿苋在不同适宜性月份的水分需求。在轻度适宜（四、十月）和中度适宜（五、九月）的月份，作物蒸散量约为170-250毫米。在高适宜性的六、七、八月，作物蒸散量分别为245、225和210毫米。然而，研究区域年平均降水量仅约170毫米，且月际变异性大，无法满足作物需求。降水对作物蒸散量的补充比例很低，即使在降水相对较多的月份（七、八、九月），多数城市该比例也仅介于11%至26%之间。这表明，在该地区种植马齿苋无法依靠雨养，必须依赖灌溉水源（如水库水或地下水）。
结论与讨论
本研究得出结论：“拉古纳地区”各城市具备种植马齿苋的适宜土壤和气候条件。时间上，最适播种期为六月和七月；空间上，约99%的农业用地适宜种植，其中约30%属于高适宜性等级。然而，水分供应是主要限制因素，种植必须考虑灌溉水源的可用性，并优先提高用水效率。
讨论部分进一步深化了研究发现的意义。首先，研究强调农艺气候评估必须针对区域主要限制因子（如盐分、高温）和作物耐受特性进行，本研究提出的结合空间（土壤pH、EC）、时间（温度、DLI）和水分需求（ETc）的三维框架，比传统静态区划方法更能灵活指导生产。其次，马齿苋对盐分的耐受性（实验表明其产量在电导率高达20-30 dS m-1时仍可能维持）使其成为应对土壤盐渍化的理想候选。再者，采用近期（5年）气象数据评估时间适宜性，更能反映当前气候趋势，有利于生产系统快速适应气候变化。最后，尽管马齿苋需依赖灌溉，但其短生产周期（可23天后采收）特性允许其在水分供应有限的窗口期进行生产，为提高区域农业系统韧性、应对粮食安全挑战提供了一个极具潜力的本地化解决方案。这项研究不仅为墨西哥北部干旱半干旱区的农民提供了具体的种植指导，其方法论也对全球类似生态区的替代作物评估与适应性农业规划具有重要借鉴价值。
