周 泉 王龍昌 馬淑敏 張小短 邢 毅 張 賽

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西南旱地油菜間作紫云英和秸稈覆蓋的生產(chǎn)效應(yīng)

周 泉1,2王龍昌1,*馬淑敏1張小短1邢 毅1張 賽1

1西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院 / 三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 南方山地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心, 重慶 400716;2江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)科學(xué)研究中心 / 作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江西南昌 330045

我國(guó)西南地區(qū)旱地的農(nóng)田生態(tài)環(huán)境脆弱, 綠肥應(yīng)用匱乏, 季節(jié)性干旱是限制油菜生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。本研究在西南地區(qū)旱地引入冬季綠肥作物紫云英與油菜間作, 并結(jié)合秸稈覆蓋, 探討其對(duì)油菜光合特征、農(nóng)藝性狀、生物量、根系形態(tài)、油菜品質(zhì)及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明, 間作紫云英和秸稈覆蓋改善了油菜的根頸粗、葉片數(shù)、有效分枝數(shù)和單株角果數(shù)等農(nóng)藝性狀, 提高了油菜根系總根長(zhǎng)、總根體積、總根表面積和平均根系直徑等根系形態(tài)及蕾薹期和開花期的根、莖、葉生物量; 還提高了油菜苗期光合作用強(qiáng)度, 間作和秸稈覆蓋處理的水分利用效率比油菜單作分別提高了31.12%和39.89%; 但對(duì)油菜品質(zhì)的影響較小。間作、秸稈覆蓋和秸稈覆蓋下間作的油菜群體產(chǎn)量分別比單作提高10.30%、13.20%和40.16%。在西南地區(qū)旱地, 間作紫云英是提高油菜產(chǎn)量的可行途徑, 而且結(jié)合秸稈覆蓋的生產(chǎn)效益更明顯。

綠肥; 間作; 根系互作; 根系形態(tài); 油菜產(chǎn)量

油菜是中國(guó)重要的油料作物之一, 占油料作物種植面積的53.67%, 2015年全國(guó)油菜種植面積達(dá)7534 千ha, 其中西南地區(qū)占全國(guó)的28.4%[1]。目前, 西南地區(qū)季節(jié)性干旱仍然是限制油菜作物發(fā)展的重要因素, 秸稈覆蓋作為一項(xiàng)常規(guī)的農(nóng)藝措施, 已成為保障油菜產(chǎn)量的重要途徑[2-3]。

我國(guó)最早有關(guān)紫云英間作油菜的報(bào)道出現(xiàn)在1955年, 蔣聲和[4]發(fā)表題為“開辟油源的良好途徑——綠肥田間作油菜”的文章, 指出推廣綠肥田間作油菜可以充分利用地力, 發(fā)揮生產(chǎn)潛力, 既可以按照常年產(chǎn)量收獲綠肥, 又能增加油料生產(chǎn)增加農(nóng)民受益, 且不與糧棉爭(zhēng)地。1957年又有學(xué)者相繼發(fā)表有關(guān)油菜與紫云英間混作的經(jīng)驗(yàn)以及初步試驗(yàn)報(bào)告[5-6],隨后在1963年, 湖北省油料作物學(xué)會(huì)舉行油菜豆科綠肥混種間作學(xué)術(shù)研討會(huì)[7], 著重討論了油菜綠肥(苕子、紫云英)混種和油菜蠶豆間作制度的形成和發(fā)展原因, 混種間作的效益及其理論依據(jù), 混種間作的技術(shù)關(guān)鍵, 混種間作存在的問題及其解決途徑等。但除了紫云英油菜間混作的相關(guān)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn), 一直沒有更加深入的報(bào)道, 直到近年來才有學(xué)者對(duì)其間混作系統(tǒng)的產(chǎn)量、密度效應(yīng)和生理生態(tài)效應(yīng)做了具體研究[8-10]?？偟膩砜? 對(duì)綠肥紫云英間作油菜的研究多是經(jīng)驗(yàn)之談, 對(duì)其產(chǎn)量和生理效應(yīng)的研究也是建立在稻油輪作的基礎(chǔ)上。

我國(guó)“十三五”期間探索實(shí)行耕地輪作休耕制度, 給西南紫色土區(qū)的“旱三熟”種植模式提出嚴(yán)峻考驗(yàn)。西南地區(qū)旱地農(nóng)田生態(tài)環(huán)境脆弱, 綠肥應(yīng)用匱乏,種植綠肥作物作為一項(xiàng)歷史悠久的栽培措施, 是實(shí)現(xiàn)合理用地養(yǎng)地和抑制農(nóng)田碳排放的重要途徑[11-13],最新研究發(fā)現(xiàn)豆科作物與蕓薹屬作物間作在提高農(nóng)田生產(chǎn)力方面有很大潛力[14]。本文將冬季綠肥紫云英引入旱作農(nóng)田, 重點(diǎn)研究紫云英油菜間作系統(tǒng), 并與秸稈覆蓋相結(jié)合, 探索西南地區(qū)旱地新的種植模式, 試圖從油菜光合特征、農(nóng)藝性狀、生物量、根系形態(tài)、油菜品質(zhì)及產(chǎn)量等方面探討其帶來的生產(chǎn)效益。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

重慶市北碚區(qū)西南大學(xué)教學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng), 多年平均降雨量1156.8 mm, 其中春、夏、秋、冬降雨量分別為全年的25.3%、46.8%、22.5%和5.4%, 年蒸發(fā)量1181.1 mm, 年日照時(shí)數(shù)在888.5~1539.6 h之間, 日照百分率僅為25%~35%, 冬季日照更少, 僅占全年的10%左右。試驗(yàn)期間, 2014年9月至2015年5月降雨量為470.4 mm, 2015年9月至2016年5月降雨量為768.9 mm, 期間無人工灌水。試驗(yàn)所用土壤為西南旱地紫色土, 地力相對(duì)均勻, 試驗(yàn)前土壤pH 6.30, 土壤含有機(jī)碳8.61 g kg–1、堿解氮80.38 mg kg–1、速效磷41.08 mg kg–1、速效鉀106.20 mg kg–1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2014年至2016年共設(shè)2個(gè)試驗(yàn)。其中, 2014—2015年為試驗(yàn)I, 主要研究了根系互作與秸稈覆蓋對(duì)油菜生長(zhǎng)發(fā)育的影響; 2015—2016年為試驗(yàn)II, 研究間作紫云英與秸稈覆蓋對(duì)油菜生物量及群體產(chǎn)量的影響。

試驗(yàn)I: 在大田環(huán)境下采取桶栽試驗(yàn), 綠肥作物為紫云英, 主作物為油菜, 于2014年11月4日播種, 2015年4月19日收獲, 隨機(jī)區(qū)組排列, 3×2雙因素試驗(yàn)設(shè)計(jì), 3次重復(fù)。設(shè)3種隔根方式: (1)完全隔根(F), 用塑料膜完全隔根, 無根系互作, 相當(dāng)于單作; (2)部分隔根(P), 用120目尼龍網(wǎng)隔根, 根系部分互作, 養(yǎng)分互通, 相當(dāng)于部分間作; (3)不隔根(N), 不隔根, 根系完全互作, 相當(dāng)于完全間作。設(shè)2種覆蓋方式: (1)無秸稈覆蓋(T), 作物生長(zhǎng)期內(nèi)不進(jìn)行秸稈覆蓋; (2)秸稈覆蓋(S), 于作物播種期用相當(dāng)于3750 kg hm–2的水稻秸稈均勻覆蓋(每桶0.15 kg)。共6個(gè)處理, 分別為FT (完全隔根+無秸稈覆蓋)、FS (完全隔根+秸稈覆蓋)、PT (部分隔根+無秸稈覆蓋)、PS (部分隔根+秸稈覆蓋)、NT (不隔根+無秸稈覆蓋)、NS (不隔根+秸稈覆蓋)。用160 L (高70 cm, 上口徑57 cm, 下口徑40 cm)鋼化桶, 每桶裝土50 kg, 施氮肥(N) 0.10 g kg–1, 磷肥(P2O5) 0.10 g kg–1, 鉀肥(K2O) 0.10 g kg–1, 肥料為三洋牌16-16-16三元素復(fù)合肥, 于播種前將所有肥料與土混勻裝桶, 分3行平行擺布, 行間距1 m × 1 m。每桶播種1行紫云英和1行油菜(行間距20 cm), 其中紫云英播種量為45 kghm–2(每桶0.15 g), 出苗后每桶留2株油菜(株距20 cm), 作物生長(zhǎng)期間土壤相對(duì)含水量控制在60%左右。

試驗(yàn)II: 采取大田小區(qū)試驗(yàn), 2015年10月1日播種, 2016年4月25日收獲, 隨機(jī)區(qū)組排列, 共設(shè)4個(gè)處理。(1) R為油菜單作+無秸稈覆蓋, 采用寬窄行穴播方式, 株距20 cm, 寬行距80 cm, 窄行距20 cm, 作物生長(zhǎng)期內(nèi)不進(jìn)行秸稈覆蓋; (2) AR為紫云英油菜間作+無秸稈覆蓋, 將紫云英撒播在寬行內(nèi), 播種量為45 kghm–2, 油菜穴播, 作物生長(zhǎng)期內(nèi)不進(jìn)行秸稈覆蓋; (3) SR為油菜單作+秸稈覆蓋, 采用寬窄行穴播方式, 株距20 cm, 寬行距80 cm, 窄行距20 cm,于作物播種期用3750 kg hm–2水稻秸稈均勻覆蓋(11.25 kg 30 m–2); (4) SAR為紫云英油菜間作+秸稈覆蓋, 將紫云英撒播在寬行內(nèi), 播種量為45 kg hm–2, 油菜穴播, 于作物播種期用3750 kg hm–2水稻秸稈均勻覆蓋(11.25 kg 30 m–2)。試驗(yàn)為3次重復(fù), 小區(qū)面積3.5 m × 7.8 m, 施肥、播種(移栽)等其他田間管理均按豐產(chǎn)栽培要求設(shè)計(jì)。施氮肥(N) 180 kg hm–2, 磷肥(P2O5) 180 kg hm–2, 鉀肥(K2O) 180 kg hm–2, 肥料為三洋牌16-16-16三元素復(fù)合肥, 所有肥料均于播種前一次施入。將紫云英于開花期收割還田, 翻耕于寬行內(nèi), 此時(shí)油菜為角果期。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

試驗(yàn)I: 油菜開花期(2015年3月19日)測(cè)定株高、根頸粗、葉片數(shù)、無柄葉數(shù), 油菜收獲期(2015年4月19日)測(cè)定一級(jí)有效分枝數(shù)、二級(jí)有效分枝數(shù)、單株角果數(shù)、根系形態(tài)、單株產(chǎn)量。將油菜全部根系連同土壤一起裝入尼龍網(wǎng), 用水沖洗干凈后通過根系掃描儀(EPSON V750)小心將完整的根系圖像存入計(jì)算機(jī), 用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)軟件(Regent Instrument Inc., Canada)對(duì)總根長(zhǎng)、總根體積、總根表面積、平均根系直徑、根尖數(shù)、分枝數(shù)、交叉數(shù)等進(jìn)行定量分析。油菜籽風(fēng)干后, 分別測(cè)定單株籽粒重量。

試驗(yàn)II: 主要測(cè)定油菜苗期光合特征、不同時(shí)期各器官生物量、油菜品質(zhì)以及群體產(chǎn)量。油菜苗期、蕾薹期和開花期, 在各小區(qū)普查50株的株高作為計(jì)算的依據(jù), 然后用平均法在各小區(qū)隨機(jī)選取有代表性的5株, 在苗期晴天8:00—10:00選擇作物完全展開并接受陽光充足的葉片, 用Li-6400XT便攜式光合儀測(cè)定凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率以及葉片水分利用效率等。苗期、蕾薹期和開花期將植株完整取回, 根、莖、葉分離洗凈后在105℃下殺青45 min, 80℃烘干稱重。收獲后將油菜籽風(fēng)干稱重, 測(cè)定各小區(qū)實(shí)際產(chǎn)量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、分析, 采用General Linear Model進(jìn)行單變量雙因素方差分析, 采用Duncan’s新復(fù)極差法多重比較。

在相關(guān)分析的基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步對(duì)與產(chǎn)量顯著或極顯著相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析。選擇油菜的株高、根頸粗、葉片數(shù)、無柄葉數(shù)、一級(jí)有效分枝數(shù)、二級(jí)有效分枝數(shù)、單株角果數(shù)、總根表面積、總根體積等9個(gè)主要性狀為評(píng)判內(nèi)容, 并確定性狀最優(yōu)值。對(duì)各性狀平均值作無量綱化處理, 由于各性狀越大越好, 采用上限效果測(cè)度。

關(guān)聯(lián)系數(shù)

=1, 2, 3, …,;=1, 2, 3, …,(2)

2 結(jié)果與分析

2.1 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜農(nóng)藝性狀的影響

由圖1可知, 不同處理對(duì)油菜根頸粗、葉片數(shù)、無柄葉數(shù)、一級(jí)有效分枝數(shù)和二級(jí)有效分枝數(shù)均有顯著影響(<0.05)。在秸稈覆蓋條件下間作紫云英顯著增加了根頸粗, 間作紫云英和秸稈覆蓋均可顯著增加葉片數(shù)和無柄葉數(shù), 同時(shí)在秸稈覆蓋條件下間作紫云英可顯著增加有效分枝數(shù)。另外, 不論是否秸稈覆蓋, 間作紫云英均可顯著增加油菜單株角果數(shù)。可見, 間作紫云英和秸稈覆蓋可改善油菜農(nóng)藝性狀, 進(jìn)而提高油菜單株角果數(shù), 使油菜增產(chǎn)。

2.2 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜根系形態(tài)的影響

由圖2可知, 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜根系形態(tài)影響顯著(<0.05), 可顯著提高油菜的總根體積和總根表面積, 秸稈覆蓋則可顯著提高油菜的平均根系直徑, 說明間作紫云英和秸稈覆蓋均可改善油菜根系形態(tài)。另外, 無秸稈覆蓋時(shí)間作紫云英的油菜總根長(zhǎng)、根尖數(shù)、分枝數(shù)和交叉數(shù)則顯著高于秸稈覆蓋時(shí)的油菜總根長(zhǎng)、根尖數(shù)、分枝數(shù)和交叉數(shù), 說明間作紫云英相比秸稈覆蓋更能促進(jìn)油菜根尖生長(zhǎng)以及根系發(fā)育。

圖1 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜農(nóng)藝性狀的影響(2014–2015)

F: 完全隔根; P: 部分隔根; N: 不隔根; T: 無秸稈覆蓋; S: 秸稈覆蓋。圖柱上不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

F: full root separation with plastic film; P: partial root separation with nylon nets; N: no root separation; T: no straw mulching; S: straw mulching. Bars superscribed by different letters are significantly different at<0.05.

2.3 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜苗期光合特征的影響

由表1可知, 間作紫云英和秸稈覆蓋提高了油菜苗期的光合速率, 其中在兩者共同作用下的光合速率與單作相比差異顯著(<0.05)。另外, 不同處理均提高了油菜葉片的氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率, 其中秸稈覆蓋下油菜葉片的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率與油菜單作相比差異顯著(<0.05)。分析發(fā)現(xiàn), 秸稈覆蓋不能提高油菜苗期葉片的水分利用效率, 而間作紫云英和兩者的共同作用均可提高其水分利用效率, 相比油菜單作分別提高了31.12%和39.89%。

2.4 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜生物量的影響

由圖3可知, 不同處理對(duì)油菜苗期生物量影響很小, 對(duì)油菜蕾薹期和開花期生物量影響顯著(<0.05)。在間作紫云英和秸稈覆蓋的共同作用下, 油菜蕾薹期和開花期的根、莖、葉生物量均顯著高于油菜單作。尤其對(duì)于莖和葉, 不論是間作紫云英還是秸稈覆蓋, 亦或是兩者的共同作用, 均可顯著提高油菜開花期的莖、葉生物量。生物量的提高說明間作紫云英和秸稈覆蓋提高了油菜蕾薹期和開花期的干物質(zhì)積累, 促進(jìn)了油菜的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。

圖2 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜根系形態(tài)的影響(2014–2015)

F: 完全隔根; P: 部分隔根; N: 不隔根; T: 無秸稈覆蓋; S: 秸稈覆蓋。圖柱上不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

F: full root separation with plastic film; P: partial root separation with nylon nets; N: no root separation; T: no straw mulching; S: straw mulching. Bars superscribed by different letters are significantly different at<0.05.

表1 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜苗期光合特征的影響(2015–2016)

標(biāo)以不同字母的值在0.05水平上差異顯著。

R: rape monoculture + no straw mulching; AR: rape intercropping with Chinese milk vetch + no straw mulching; SR: rape monoculture + straw mulching; SAR: rape intercropping with Chinese milk vetch + straw mulching. Values followed by different letters are significantly different at P<0.05.

圖3 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜生物量的影響(2015–2016)

R: 油菜單作+無秸稈覆蓋; AR: 紫云英油菜間作+無秸稈覆蓋; SR: 油菜單作+秸稈覆蓋; SAR: 紫云英油菜間作+秸稈覆蓋。圖柱上不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

R: rapemonoculture + no straw mulching; AR: rape intercropping with Chinese milk vetch + no straw mulching; SR: rape monoculture + straw mulching; SAR: rape intercropping with Chinese milk vetch + straw mulching. Bars superscribed by different letters are significantly different at<0.05.

2.5 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜品質(zhì)的影響

由圖4可知, 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜籽含油量、蛋白質(zhì)含量以及硫苷含量均無顯著影響(<0.05)。分析油菜籽所含的10種脂肪酸發(fā)現(xiàn)(表2), 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)低芥酸、高芥酸、高油酸、花生烯酸、芥酸、油酸含量均無顯著影響, 但對(duì)亞麻酸、亞油酸、硬脂酸以及棕櫚酸影響顯著(<0.05)。其中, 秸稈覆蓋顯著降低了油菜籽亞麻酸含量, 間作紫云英、秸稈覆蓋以及二者的共同作用顯著降低了油菜籽硬脂酸含量, 秸稈覆蓋下間作紫云英與單純的秸稈覆蓋相比, 顯著提高了油菜籽亞油酸含量, 秸稈覆蓋下間作紫云英還顯著提高了油菜籽棕櫚酸含量。

2.6 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜產(chǎn)量的影響

由圖5可知, 間作紫云英條件下的油菜單株產(chǎn)量顯著高于單作(<0.05), 隨著間作程度的增加油菜單株產(chǎn)量也隨之增加, 同時(shí)在秸稈覆蓋下表現(xiàn)的更為明顯。無秸稈覆蓋時(shí), 部分間作和完全間作的油菜單株產(chǎn)量分別比單作時(shí)提高59.13%和49.91%; 有秸稈覆蓋時(shí), 部分間作和完全間作的油菜單株產(chǎn)量分別比單作時(shí)提高50.91%和72.06%。

圖4 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜含油量、蛋白質(zhì)和硫苷含量的影響(2015–2016)

R: 油菜單作+無秸稈覆蓋; AR: 紫云英油菜間作+無秸稈覆蓋; SR: 油菜單作+秸稈覆蓋; SAR: 紫云英油菜間作+秸稈覆蓋。圖柱上不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

R: rape monoculture + no straw mulching; AR: rape intercropping with Chinese milk vetch + no straw mulching; SR: rape monoculture + straw mulching; SAR: rape intercropping with Chinese milk vetch + straw mulching. Bars superscripted by different letters are significantly different at<0.05.

表2 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜脂肪酸的影響(2015–2016)

標(biāo)以不同字母的值在0.05水平上差異顯著。

R: rape monoculture + no straw mulching; AR: rape intercropping with Chinese milk vetch + no straw mulching; SR: rape monoculture + straw mulching; SAR: rape intercropping with Chinese milk vetch + straw mulching. Values followed by different letters are significantly different at<0.05.

由圖6可知, 在間作紫云英和秸稈覆蓋的共同作用下, 油菜群體產(chǎn)量顯著高于油菜單作(<0.05)。其中, 單作油菜的產(chǎn)量為2059.65 kg hm–2, 間作紫云英的油菜產(chǎn)量為2271.75 kg hm–2, 比油菜單作提高了10.30%; 秸稈覆蓋下油菜產(chǎn)量為2331.45 kg hm–2, 比油菜單作提高了13.20%; 間作紫云英和秸稈覆蓋共同作用下油菜產(chǎn)量為2886.75 kg hm–2, 比油菜單作提高了40.16%。

2.7 油菜產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀、根系形態(tài)的相關(guān)分析

由表3可知, 油菜單株產(chǎn)量與各農(nóng)藝性狀之間呈正相關(guān), 其中與株高呈顯著相關(guān)(<0.05), 與其他農(nóng)藝性狀呈極顯著相關(guān)(<0.01)。同時(shí), 油菜單株產(chǎn)量與總根表面積、平均根系直徑、總根體積的正相關(guān)性較大, 與總根長(zhǎng)、根尖數(shù)、分枝數(shù)和交叉數(shù)的相關(guān)性較小, 其中與總根表面積呈顯著相關(guān)(<0.05), 與總根體積呈極顯著相關(guān)(<0.01)。

2.8 油菜各性狀的灰色關(guān)聯(lián)評(píng)判

由表4可知, 通過對(duì)油菜產(chǎn)量有顯著相關(guān)或極顯著相關(guān)的農(nóng)藝性狀和根系形態(tài)進(jìn)行灰色評(píng)判分析發(fā)現(xiàn), 不同處理間的灰色綜合評(píng)判值為NS>PS> NT>PT>FS>FT, 總體規(guī)律表現(xiàn)為間作優(yōu)于單作, 秸稈覆蓋優(yōu)于無秸稈覆蓋。說明間作紫云英和秸稈覆蓋的條件下可以使油菜農(nóng)藝性狀和根系形態(tài)更接近最優(yōu)狀態(tài)。

圖5 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜單株產(chǎn)量的影響(2014–2015)

F: 完全隔根; P: 部分隔根; N: 不隔根; T: 無秸稈覆蓋; S: 秸稈覆蓋。圖柱上不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

F: full root separation with plastic film; P: partial root separation with nylon nets; N: no root separation; T: no straw mulching; S: straw mulching. Bars superscripted by different letters are significantly different at<0.05.

圖6 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)油菜群體產(chǎn)量的影響(2015–2016)

R: 油菜單作+無秸稈覆蓋; AR: 紫云英油菜間作+無秸稈覆蓋; SR: 油菜單作+秸稈覆蓋; SAR: 紫云英油菜間作+秸稈覆蓋。圖柱上不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

R: rape monoculture + no straw mulching; AR: rape intercropping with Chinese milk vetch + no straw mulching; SR: rape monoculture + straw mulching; SAR: rape intercropping with Chinese milk vetch + straw mulching. Bars superscribed by different letters are significantly different at<0.05.

表3 油菜單株產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀、根系形態(tài)的相關(guān)系數(shù)

*和**分別表 示在0.05和0.01水平上差異顯著。

*and**denote significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

表4 不同處理間油菜農(nóng)藝性狀、根系形態(tài)的灰色評(píng)判分析

FT: 完全隔根+無秸稈覆蓋; FS: 完全隔根+秸稈覆蓋; PT: 部分隔根+無秸稈覆蓋; PS: 部分隔根+秸稈覆蓋; NT: 不隔根+無秸稈覆蓋; NS: 不隔根+秸稈覆蓋。

FT: full root separation with plastic film + no straw mulching; FS: full root separation with plastic film + straw mulching; PT: partial root separation with nylon nets + no straw mulching; PS: partial root separation with nylon nets + straw mulching; NT: no root separation + no straw mulching; NS: no root separation + straw mulching; DA: degree of association; WC: weight coefficient. PH: plant height; DRB: diameter of root crown; LN: leaf number; SLN: sessile leaf number; PEBN: primary effective branch number; SEBN: secondary effective branch number; NPP: number of pods per plant; TRS: total root surfarea; TRV: total root volume.

3 討論

豆科作物與蕓薹屬作物間作可以提高作物產(chǎn)量的穩(wěn)定性, 增加作物氮素吸收和水分利用效率[15-16]。具體到豆科作物與油菜間作, 也的確可以提高其產(chǎn)量, 肖靖秀等[17]通過研究蠶豆與油菜的間作系統(tǒng), 發(fā)現(xiàn)間作可以提高油菜產(chǎn)量15.6%~44.5%, 而且提高了油菜地上部氮的吸收, 同時(shí)出現(xiàn)明顯的邊行效應(yīng), 這主要是源于油菜對(duì)光熱資源的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)以及根系互作的促進(jìn)作用[18]。本研究表明, 紫云英與油菜間作明顯改善了油菜的生長(zhǎng)狀況, 使油菜增產(chǎn), 這與一些學(xué)者的研究結(jié)果一致[8,10]。

從紫云英與油菜的間作優(yōu)勢(shì)和種間競(jìng)爭(zhēng)力來看,油菜的競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)于紫云英, 油菜是優(yōu)勢(shì)作物, 紫云英處于劣勢(shì)[10]。間作優(yōu)勢(shì)的作物生態(tài)基礎(chǔ)主要有兩個(gè)方面, 一是地上部光、熱資源的充分利用, 二是地下部水分和養(yǎng)分資源的充分利用[19-20]。由此, 對(duì)油菜和紫云英間作來講, 一方面兩者生態(tài)位互補(bǔ)拓寬了資源和養(yǎng)分利用的空間[21], 油菜的莖直立, 地上部高大舒展, 相比草本綠肥紫云英更能充分接受光溫等資源, 同時(shí)油菜是直根系, 紫云英是須根系, 二者結(jié)合也能更充分利用土壤養(yǎng)分資源; 另一方面根系分泌物等之間的相互作用也可能是間作紫云英促進(jìn)油菜生長(zhǎng)的原因之一[21]。對(duì)于油菜間作系統(tǒng)而言, 覆蓋作物對(duì)生化物質(zhì)(可溶性組分、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和灰分等)的殘留、土壤水分含量或者小氣候等因素產(chǎn)生影響[22], 這些因素對(duì)礦化作用的控制很重要, 也會(huì)影響油菜的生長(zhǎng)。本研究還發(fā)現(xiàn), 在紫云英間作油菜的同時(shí), 秸稈覆蓋可以進(jìn)一步提高油菜的增產(chǎn)幅度。目前的研究已經(jīng)表明秸稈覆蓋對(duì)油菜的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)有顯著促進(jìn)作用, 可顯著提高油菜的株高, 增加分枝數(shù)和花序數(shù), 進(jìn)而增加油菜產(chǎn)量[3]。趙小蓉等在成都平原區(qū)兩熟制稻田(油菜)研究發(fā)現(xiàn), 秸稈覆蓋措施有利于提高油菜產(chǎn)量, 而且免耕覆蓋的增產(chǎn)效果更明顯, 并發(fā)現(xiàn)土壤含水率的提高是油菜增產(chǎn)的主要原因[2]。因此, 從間作和秸稈覆蓋兩個(gè)因素來看, 間作紫云英可能主要通過根系互作產(chǎn)生根系分泌物來促進(jìn)油菜生長(zhǎng)發(fā)育[23], 秸稈覆蓋則可能主要通過改善土壤水分、調(diào)節(jié)土壤溫度和增加作物水分利用效率來促進(jìn)油菜生長(zhǎng)發(fā)育[24-25]。

從本研究油菜生長(zhǎng)的角度來看, 紫云英和秸稈覆蓋促進(jìn)油菜增產(chǎn)的原因則主要是提高了油菜的光合作用強(qiáng)度, 提高了油菜的干物質(zhì)積累, 改善了油菜農(nóng)藝性狀, 改善了油菜根系形態(tài), 尤其是增加了總根表面積和總根體積。光合作用強(qiáng)度的提高為油菜干物質(zhì)的積累奠定了基礎(chǔ), 最終表現(xiàn)為生殖生長(zhǎng)階段油菜農(nóng)藝性狀的改善; 同時(shí), 油菜根系形態(tài)的改善, 尤其是總根表面積和總根體積增加, 則直接促進(jìn)了作物對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收。

總體來看, 本研究主要探討間作和秸稈覆蓋的當(dāng)季生產(chǎn)效應(yīng), 而且主要集中在作物的產(chǎn)量性狀上, 在今后的研究中需要進(jìn)一步向其他方面深入, 比如, 間作紫云英產(chǎn)生的何種根系分泌物對(duì)油菜生長(zhǎng)產(chǎn)生影響, 間作紫云英和秸稈覆蓋是如何影響油菜對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用的, 間作紫云英和秸稈覆蓋對(duì)后季作物的效應(yīng), 紫云英是否適合覆蓋還田以及紫云英覆蓋還田的效應(yīng), 等等。

4 結(jié)論

間作紫云英和秸稈覆蓋可以改善油菜的根頸粗、葉片數(shù)、有效分枝數(shù)和單株角果數(shù)等農(nóng)藝性狀, 并通過提高油菜根系總根長(zhǎng)、總根體積、總根表面積和平均根系直徑等來改善油菜根系形態(tài)。間作紫云英和秸稈覆蓋提高了油菜苗期光合作用強(qiáng)度, 顯著增加了蕾薹期和開花期的根、莖、葉的生物量積累, 改善了油菜農(nóng)藝性狀, 增加了油菜總根表面積和總根體積, 提高了油菜單株產(chǎn)量和群體產(chǎn)量, 但對(duì)油菜品質(zhì)的影響較小。在西南地區(qū)旱地, 間作紫云英是提高油菜產(chǎn)量的可行途徑, 且結(jié)合秸稈覆蓋的生產(chǎn)效益更明顯。

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Influences of Rape Intercropping with Chinese Milk Vetch and Straw Mulching on Productive Benefits in Dryland of Southwest China

ZHOU Quan1,2, WANG Long-Chang1,*, MA Shu-Min1, ZHANG Xiao-Duan1, XING Yi1, and ZHANG Sai1

1College of Agronomy and Biotechnology, Southwest University / Key Laboratory of Eco-environments in Three Gorges Reservoir Region, Ministry of Education / Engineering Research Center of South Upland Agriculture, Ministry of Education, Chongqing 400716, China;2Research Center on Ecological Sciences, Jiangxi Agricultural University / Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding, Ministry of Education, Nanchang 330045, Jiangxi, China

In dryland of the southwest of China, the eco-environment of farmland is extremely fragile, and the application of green manure is not enough. The seasonal drought is a key factor limiting the rape production. In order to improve rape yield and explore the application method of green manure, we compared the effects of intercropping and straw mulching on photosynthetic characteristics, agronomic traits, biomass, root morphology, rapeseed quality and yield. Intercropping Chinese milk vetch and straw mulching substantially improved the agronomic traits (diameter of root crown, leaf number, effective branch number and number of pods per plant), the root morphology (total root length, total root volume, total root surfarea and average root diameter), and the biomass of root, stem and leaf at stem elongation, flowering and podding stages of rape. At the same time, it also increased the photosynthetic rate at seeding stage. Water use efficiency in intercropping treatment and straw mulching treatment was increased by 31.12% and 39.89% as compared with rape monoculture. In addition, treatments of intercropping, straw mulching and intercropping with straw mulching significantly increased rape yield by 10.30%, 13.20%, and 40.16% as compared with rape monoculture. Our findings revealed that intercropping Chinese milk vetch and straw mulching are helpful to improve the agronomic trait, biomass and root morphology, resulting in yield increase in rape.

green manure; intercropping; root interaction; root morphology; rape yield

2017-05-15;

2017-11-21;

2017-12-11.

10.3724/SP.J.1006.2018.00431

本研究由國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201503127)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31271673)資助。

This study was supported by the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201503127) and the National Natural Science Foundation of China (31271673).

Corresponding author王龍昌, E-mail: wanglc2003@163.com

E-mail: zhouquanyilang@163.com

http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20171211.0849.008.html