不同覆蓋種植模式對春油菜苗期生長和光合特性的影響

趙小文，陳其鮮，李城德，崔小茹，曾秀存，宋雄儒

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，蘭州 730020；2.河西學院，甘肅張掖 734000；3.民樂縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅民樂 734500)

油菜是中國的主要油料作物和重要經(jīng)濟作物，是50%以上的自產(chǎn)食用植物油來源。近年來，隨著油菜菜薹食用、菜花觀賞，作為蜜源、飼料、肥料等多功能綜合利用價值的開發(fā)，油菜在鞏固脫貧攻堅成果、促進鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮了越來越重要的作用。包括甘肅省在內(nèi)的北方春油菜區(qū)，是中國油菜的重要組成部分。早春干旱和凍害是影響北方春油菜區(qū)油菜及時播種和培育壯苗的重要因素，通過種植模式的改進，提高春油菜抗旱、抗寒出苗能力，實現(xiàn)及早播種、培育壯苗成為春油菜栽培研究的重要內(nèi)容。

覆蓋栽培是一種成本低、使用方便、增產(chǎn)幅度大的栽培方式，是提高土壤溫度和濕度，促進作物壯苗培育、進而提髙作物產(chǎn)量的一項重要措施，在干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用并取得顯著的增產(chǎn)增收效果[1-8]。大量的研究表明，在油菜生產(chǎn)上地膜覆蓋栽培對春油菜生長發(fā)育和產(chǎn)量提高具有積極的作用。油菜蕾薹期干旱脅迫，葉片凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率隨脅迫時間延長呈下降趨勢[9]；油菜越冬前至抽薹期膜上穴播、膜側(cè)溝播和膜內(nèi)溝播具有較好的增溫效果，并能提高油菜對水分的利用率，較好地協(xié)調(diào)油菜各產(chǎn)量要素[10]；地膜覆蓋可以改善油菜生長發(fā)育的外部環(huán)境條件，提高幼苗素質(zhì)和生長速度，增加有效分枝和結(jié)角數(shù)，提高千粒質(zhì)量，收獲產(chǎn)量較露地栽培增加 8.0%[11-12]。但是，針對不同地膜覆蓋以及不同的栽培方式對春油菜幼苗生長指標的影響鮮有報道。

本研究采用黑色和白色兩種地膜與不同播種方式相結(jié)合，形成白膜平鋪穴播、白膜微壟溝播、黑膜平鋪穴播、黑膜膜側(cè)溝播和黑膜微壟溝播5種不同種植模式，與傳統(tǒng)的常規(guī)露地條播(CK)進行比較，分析春油菜在8～10片真葉期葉片的長寬、SRAD值、葉綠素熒光參數(shù)及光合參數(shù)等生長和光合特性指標差異，篩選最有利于春油菜幼苗生長的覆蓋種植模式。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以北方春油菜區(qū)廣泛種植的‘青雜5號’油菜品種為試材[13]，該品種為甘藍型春性質(zhì)不育三系雜交種，種子由青海省農(nóng)林科學院提供。

覆蓋的白膜采用厚0.008 mm的聚乙烯吹塑農(nóng)用地膜，黑膜采用厚0.01 mm的低壓聚乙烯農(nóng)用地膜，由甘肅省天水天寶塑業(yè)有限公司提供。

1.2 試驗設計

試驗于2019-2020年在甘肅省民樂縣(東經(jīng)100.9°、北緯38.2°、海拔2 505 m)進行。前茬作物為大麥，土壤為栗鈣土(有機質(zhì)23.146 g/kg、全氮1.31 g/kg、有效磷34.2 mg/kg、速效鉀291 mg/kg)。

試驗設置采用白膜平鋪穴播(T1)、白膜微壟溝播(T2)、黑膜平鋪穴播(T3)、黑膜膜側(cè)溝播(T4)、黑膜微壟溝播(T5)、露地條播(CK)6種種植模式(表1)。隨機區(qū)組設計，種植規(guī)格3 m×10 m=30 m2，3次重復。種植密度50萬株·hm-2。

表1 不同模式的種植方法

1.3 數(shù)據(jù)采集與分析

油菜幼苗生長至8～10片真葉時，每個處理取10株代表性植株，每個植株取上部1/3、中部、下部1/3的3 個葉片測定長和寬；采用SPAD 502 Plus 型便攜式葉綠素測量儀測定葉片葉綠素含量(SPAD值)；采用HM-1162型葉綠素熒光測定儀測定葉綠素熒光參數(shù)；采用TPS-2便攜式光合測定儀測定葉片的蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、光合速率(Pn)、細胞間隙 CO2濃度(Ci)；成熟時進行全區(qū)測產(chǎn)。數(shù)據(jù)用Excel 2007整理，應用DPS數(shù)據(jù)處理軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋模式對春油菜幼苗葉長、葉寬和SPAD值的影響

表2顯示，地膜覆蓋模式的葉片長度、寬度均明顯高于對照，表明地膜覆蓋促進幼苗生長；白膜較黑膜、平鋪穴播較微壟溝播更有利于幼苗生長；白膜平鋪穴播的葉片寬度、長度分別達到露地條播栽培的141.0%和175.7%，是最有利于幼苗生長的種植模式；SPAD值反映葉片氮素含量，SAPD值越高，代表作物越健康，如果SPAD值較低，需適時施肥。

表2 不同覆蓋模式下春油菜幼苗的葉長、葉寬和SPAD值

2.2 覆蓋模式對春油菜幼苗葉綠素熒光參數(shù)的影響

不同覆蓋模式下，春油菜幼苗葉綠素熒光參數(shù)有明顯差異(表3)。葉綠素含量越高，初始熒光(F0)值越小。不同栽培模式下F0為T1< T4

表3 不同覆蓋模式下春油菜幼苗的葉綠素熒光參數(shù)

2.3 覆蓋模式對春油菜幼苗葉片Tr、Gs、Pn、Ci和葉溫的影響

不同覆蓋模式對春油菜幼苗葉片的蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、光合速率(Pn)、細胞間隙 CO2濃度(Ci)和葉溫有不同的影響(表4)。蒸騰速率(Tr)用于衡量植物葉片蒸騰強度和氣孔開放程度。不同種植模式下Tr依次為T3

表4 不同覆蓋模式下春油菜幼苗的葉片Tr、Gs、Pn、Ci和葉溫

2.4 覆蓋模式對春油菜幼苗葉片Ls、WUE、CE和LUE的影響

不同覆蓋模式對春油菜幼苗葉片的氣孔限制值(Ls)、瞬時水分利用率(WUE)、瞬時羧化效率(CE)、瞬時光能利用率(LUE)有不同的影響(表5)。氣孔限制值(Ls)用于表示氣孔對光合作用的影響程度。不同種植模式下Ls依次為：CK

表5 不同覆蓋模式下春油菜幼苗的葉片Ls、WUE、CE和LUE

2.5 不同覆蓋模式下春油菜產(chǎn)量結(jié)果

全區(qū)實收測產(chǎn)，結(jié)果T1～CK的單位面積產(chǎn)量分別為4 835.75 kg·hm-2、3 873.36 kg·hm-2、4 635.65 kg·hm-2、3 835.25 kg·hm-2、3 368.35 kg·hm-2和3 987.71 kg·hm-2，白膜平鋪穴播模式下春油菜的產(chǎn)量最高。

3 討 論

培養(yǎng)壯苗是油菜降低田間管理成本，獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎，而解決抗旱出苗問題對春油菜壯苗培育具有重要作用。大量的研究表明，覆蓋栽培通過提高播種期土壤溫度和濕度，實現(xiàn)農(nóng)作物及時出苗、促進壯苗培育，從而獲得更高的產(chǎn)量。但是，通過測定和分析覆蓋模式下春油菜苗期生長和光合特性，從而分析覆蓋模式下油菜壯苗培育的生理基礎未見報道。本研究結(jié)果表明，覆蓋種植模式下春油菜苗期葉片大，有利于壯苗培育；葉片光反應下葉綠素濃度高，暗反應下葉綠素濃度低，具有較高的光轉(zhuǎn)化效率；蒸騰強度和氣孔開放程度低，光合作用能力較強；光合速率、水分利用效率、羧化效率和光能利用率和油菜籽產(chǎn)量均明顯高于露地條播種植，也優(yōu)于其他幾種覆蓋種植模式，可在北方春油菜產(chǎn)區(qū)作為抗旱、抗寒栽培的有效措施進行推廣應用。

葉片的長度、寬度代表葉片的大小，SAPD值反映作物葉綠素的相對含量，葉片大小和SAPD值是評價作物長勢的重要參考指標[14]。本研究在覆蓋栽培種植模式下，春油菜的葉片比露地條播種植大，而SPAD值比露地條播種植略低，白膜平鋪穴播種植方式下葉片長度和寬度最大，SPAD值中等，油菜最具有壯苗特征。地膜覆蓋栽培的 SPAD值低于露地條播，但主要是由于露地條播葉片均較小引起的，并不能說明地膜覆蓋栽培會引起氮素營養(yǎng)缺少。

葉綠素熒光參數(shù)作為光合作用內(nèi)在的有效探針，是研究作物抗旱性的良好指標，能快速有效反映作物對土壤水分變化的響應。其中，F(xiàn)v/Fm代表PSⅡ的最大量子產(chǎn)量、反映PSⅡ利用光能的能力，F(xiàn)v/Fo代表PSⅡ潛在光化學活性，F(xiàn)m/Fo表示PSⅡ的電子傳遞情況，而PIABS反映以吸收光能為基礎的光合性能指數(shù)[15-16]。本研究中白膜平鋪穴播種植模式下春油菜苗期葉片初始熒光(F0)最小、光反應下葉綠素濃度高，最大熒光產(chǎn)量(Fm)最小、暗反應下葉綠素濃度低，可變熒光產(chǎn)量(Fv)也最小，最大光化學效率(Fv/Fm)高、具有較高的光轉(zhuǎn)化效率，潛在光化學活性(Fv/Fo)、PSⅡ的電子傳遞(Fm/Fo)值和以吸收光能為基礎的性能指數(shù)(PIABS)居中，是試驗中幾種種植模式下比較具有抗旱作用的種植模式。

葉片的蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、光合速率(Pn)、細胞間隙 CO2濃度(Ci)和葉溫等氣體交換相關參數(shù)，反應葉片的光合性能[17]。本研究發(fā)現(xiàn)白膜平鋪穴播種植模式下春油菜苗期葉片蒸騰速率(Tr)低，表明葉片蒸騰強度和氣孔開放程度低，氣孔導度(Gs)和凈光合速率(Pn)中等，表明氣孔開度適中，光合作用能力較強。

氣孔限制值可反映氣孔對光合作用的影響程度，瞬時水分利用效率(WUE)反映能量轉(zhuǎn)化和水分利用效率，羧化效率(CE)可以反映葉片細胞間隙CO2的同化狀況，而光能利用率(LUE)表征太陽能固定效率，幾個指標共同反映植株對環(huán)境資源條件的利用效率[18-20]。本研究中白膜平鋪穴播種植模式下春油菜苗期葉片氣孔限制值、光合速率、水分利用效率、羧化效率和光能利用率均明顯高于露地條播種植，也優(yōu)于其他幾種覆蓋種植模式，是一種資源利用率高的種植模式。最好的實收測產(chǎn)也表明，白膜平鋪穴播種植模式獲得比其他模式更高的籽粒收獲產(chǎn)量。