优化种植几何结构以提高Ocimum gratissimum var. CIM-Akshay的生物量和精油产量

《Ecological Frontiers》：Optimization of planting geometry for enhanced biomass and essential oil yield in Ocimum gratissimum var. CIM-Akshay

本研究评估了8种不同种植间距对印度鼠尾草（Ocimum gratissimum）农艺性状、精油含量及品质的影响。结果表明60×45cm间距最优化，显著提高干物质产量（36.60 t/ha）、精油产量（176.07 kg/ha）及B:C比值（1.68），精油中百里酚（52.10%）和γ-蒎烯（21.90%）为主要成分。较窄间距（如45×30cm）因资源竞争导致产量下降。该研究为药用植物精准种植提供科学依据。

　　植物的生长空间布局是影响作物产量和品质的关键农业因素之一。合理的空间配置不仅能够提高资源利用效率，还能减少同种植物之间的竞争，从而促进植物的健康生长和提高其生物量与精油产量。本研究在印度班加罗尔的CSIR-CIMAP研究中心进行，旨在评估不同种植空间布局对Ocimum gratissimum（非洲罗勒）的农业性状、精油含量和质量的影响。通过采用八种不同的空间配置，研究发现，宽间距种植，尤其是60×45厘米的布局，显著提升了植物的生长和产量指标，包括最高的鲜草产量（36.60吨/公顷）、精油产量（176.07公斤/公顷）以及最高的投入产出比（1.68）。相比之下，密植（如45×30厘米）则因资源受限导致生物量积累减少（24.60吨/公顷）。尽管不同处理之间的精油回收率保持稳定（0.45%–0.52%），但精油中的主要成分——丁香酚（52.10%）和γ-松油烯（21.90%）的含量并未因种植密度而发生显著变化。研究结果表明，60×45厘米的种植间距在平衡植物竞争与资源可用性方面表现出色，能够最大化O. gratissimum的生物量和精油产量。

Ocimum gratissimum作为一种重要的药用和芳香植物，广泛应用于传统和现代医疗体系，同时也对制药、化妆品和食品工业具有重要意义。该植物属于唇形科，因其适应性强、生长迅速而在热带和亚热带地区被广泛种植。从O. gratissimum中提取的精油富含生物活性成分，如肉桂醛和丁香酚，这些成分具有强大的抗菌、抗真菌、抗炎和抗氧化作用，因此赋予了该植物显著的治疗和美容价值。这些特性使得O. gratissimum成为一种经济价值较高的作物，受到国内外市场的广泛欢迎。

然而，尽管O. gratissimum具有重要的经济和医疗价值，关于其种植空间布局对生长和产量影响的系统研究仍较为有限。现有的研究主要集中在食物作物上，而对药用和芳香植物的研究则相对较少。一些初步的实验表明，精确的种植间距可以显著提升植物的生长和产量。例如，对于刺萼龙葵（Plantago ovata），22厘米的间距能够有效提高其生长和产量；而对于芋头（Colocasia esculenta），60×60厘米的间距结合推荐施肥量的125%，能够显著提升总鲜草产量，表现出优于窄间距种植组合的效果。同样，对于掌叶大黄（Rheum australe），60×60厘米的间距有助于地下生物量的增加；而Withania somnifera和Rauvolfia serpentina则在50×50厘米的间距下达到最佳的生长和产量表现。这些研究共同表明，种植空间布局对植物的生理过程、生长表现和产量动态具有深远的影响。

在芳香植物中，种植空间布局的影响不仅限于生物量的积累，还涉及微环境和生理因素，如冠层结构、光合作用效率、冠层内部空气流动、根系发育以及植物对水分和养分的竞争。对于O. gratissimum这样的芳香植物，这些因素具有双重意义：一方面，它们影响植物的营养生长；另一方面，它们对精油的产量和组成起着决定性作用。例如，对于广藿香（Patchouli），宽间距（50×50厘米）种植并未影响精油含量，反而显著提高了鲜草产量；而对于青蒿（Artemisia annua），45×45厘米的间距提升了鲜草产量和收获指数，但精油浓度保持稳定。这些研究结果强调了种植间距优化在提高植物生物量和优化次生代谢产物生产中的重要性。

尽管O. gratissimum具有较高的经济和医疗价值，但关于其种植空间布局对生长和产量影响的系统研究仍然不足。本研究填补了这一知识空白，通过在田间条件下评估八种不同的种植空间布局，为该品种的农业优化提供了科学依据。研究不仅明确了特定品种和环境下的最佳种植配置，还揭示了空间布局如何调控植物竞争、资源利用效率和次生代谢产物的表达。这些科学发现对于实现高价值药用和芳香植物的精准种植和可持续生产具有重要意义。

种植空间布局的优化是提升植物产量和品质的重要手段之一。合理的空间配置可以改善植物的生长环境，促进其健康发育，同时提高资源利用效率。例如，宽间距种植能够减少植物之间的竞争，使每株植物获得更多的光照、水分和养分，从而提高其生长速度和生物量积累。相反，密植可能导致资源争夺加剧，影响植物的正常生长和发育，进而降低产量和品质。此外，种植空间布局还影响植物的冠层结构和微环境条件，如空气流动和湿度分布，这些因素对植物的抗病性和生长状况具有重要影响。

本研究的实验地点位于印度班加罗尔的CSIR-CIMAP研究中心，实验时间为2022–2023年。该地区属于气候分类中的南方高原和山地区域，土壤类型为中等红色土壤，pH值为7.65，其宏量和微量营养元素含量处于中等水平。研究采用开放式田间实验，对O. gratissimum var. CIM-Akshay进行了种植空间布局的优化试验。通过系统评估不同种植间距对植物生长特性的影响，研究不仅明确了最优种植配置，还为不同农业环境下的种植实践提供了科学指导。

在植物生长特性方面，不同种植间距对O. gratissimum的生长表现产生了显著影响。研究结果表明，宽间距种植能够促进植物的生长，提高其生物量积累，同时改善其对资源的利用效率。例如，60×45厘米的间距不仅提升了植物的高度，还显著增加了茎叶的鲜重和干重，表明该间距能够有效促进植物的营养生长。相比之下，密植则可能导致植物生长受限，表现为较低的植物高度和鲜重，这可能是由于资源竞争加剧所致。此外，种植间距还影响植物的分枝数和叶片面积，这些因素对植物的光合作用效率和精油产量具有重要影响。

在精油产量和质量方面，宽间距种植同样表现出优势。研究发现，60×45厘米的间距能够显著提高精油产量，同时保持较高的精油回收率。这表明，适当的种植间距有助于提高精油的生产效率，而不会显著影响精油的回收率。此外，精油的组成成分在不同种植间距下保持相对稳定，主要成分如丁香酚和γ-松油烯的含量并未因种植密度的变化而发生明显波动。这表明，种植间距的优化主要影响精油的产量，而非其化学组成。因此，对于O. gratissimum这样的芳香植物，选择合适的种植间距可以有效提高其经济价值，同时保持精油的质量。

在经济可行性方面，种植间距的优化对于提高作物的投入产出比具有重要意义。研究结果表明，60×45厘米的间距不仅能够提高植物的生物量和精油产量，还能显著提升投入产出比，达到1.68。这表明，该间距在资源利用效率和经济效益之间实现了良好的平衡。相比之下，密植虽然可能在短期内提高单位面积的产量，但因资源竞争加剧，可能导致整体经济效益下降。因此，选择适当的种植间距对于实现高价值芳香植物的可持续种植至关重要。

综上所述，本研究通过系统评估不同种植间距对O. gratissimum var. CIM-Akshay的影响，揭示了种植空间布局在调控植物生长、资源利用和精油生产中的关键作用。研究结果表明，60×45厘米的间距能够有效提升植物的生长表现、生物量积累和精油产量，同时保持较高的投入产出比。这些科学发现不仅为O. gratissimum的种植实践提供了理论依据，也为其他药用和芳香植物的种植优化提供了参考。未来的研究可以进一步探讨不同种植间距对植物生理和代谢途径的具体影响，以及如何在不同气候和土壤条件下实现最佳的种植配置。此外，结合现代农业技术，如精准施肥和智能灌溉，进一步优化种植空间布局，有望提高药用和芳香植物的生产效率和经济价值，为可持续农业发展做出贡献。