不同種植模式對油菜資源利用率及產(chǎn)量的影響

劉俊紅

(濮陽經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)畜牧局,河南 濮陽 457005)

油菜是我國重要的油料作物,占國產(chǎn)油料作物的57%。油菜在能源、化工、飼料等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,具有經(jīng)濟(jì)價值高、種植歷史悠久等特點[1]。目前,油菜主要有移栽和直播種植方式,兩種種植方式在生育期、植株密度、群體結(jié)構(gòu)和個體形態(tài)等方面存在明顯差異[2],移栽油菜在苗床培育過程中秧苗可形成一定的生物量及養(yǎng)分累積,因此,移栽后對大田環(huán)境有較強(qiáng)的抵抗和適應(yīng)能力[3],而直播油菜萌發(fā)出苗和苗期生長過程都受到田間環(huán)境的較大影響,個體植株發(fā)育通常相對較弱且抗逆能力較差,從而導(dǎo)致其后期發(fā)育不良,單株產(chǎn)量偏低[4]。因此,直播油菜需要提高播種量發(fā)揮群體優(yōu)勢以獲得高產(chǎn)[5]。王寅等研究表明,直播冬油菜在生長前期個體發(fā)育較差,因此在后期對養(yǎng)分缺乏更加敏感,和移栽相比,應(yīng)更重視氮磷鉀養(yǎng)分的平衡施用,以促進(jìn)個體健壯和群體穩(wěn)定而獲得高產(chǎn)[6]。王少華等研究表明,相較于移栽油菜,直播油菜的產(chǎn)量較低,但是能夠節(jié)約生產(chǎn)成本,從而增加收益[7]。近年來,隨著油菜輕型簡化栽培新技術(shù)的發(fā)展,免耕移栽技術(shù)、免耕直播技術(shù)等被廣泛應(yīng)用,但是只有保證保護(hù)性耕作的播種質(zhì)量和出苗管理,才能達(dá)到高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、可持續(xù)發(fā)展的目的[8]。浦惠明等研究表明,直播對植株生長有明顯影響,表現(xiàn)為株高降低、分枝數(shù)減少、單株角果數(shù)下降,單株生產(chǎn)力低下[9]。李倩等研究表明,若勞動力充足,可選擇育苗翻耕移栽方式,能獲得較高產(chǎn)量[10]。有關(guān)不同種植模式對油菜的影響大多研究經(jīng)濟(jì)投入及成本,對資源利用研究較少,因此,本試驗設(shè)置4中種植模式,研究油菜產(chǎn)量的變化特征及資源利用效率,為油菜的高產(chǎn)栽培提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2019～2020年在濮陽縣五星鄉(xiāng)進(jìn)行。試驗區(qū)氣候冷涼、日照充足、降水分布與油菜生育期的需求基本吻合。試驗田前茬作物為玉米,試驗地基礎(chǔ)肥力為土壤pH值為6.8,有機(jī)質(zhì)6.75 g/kg,堿解氮6.57 mg/kg,速效磷3.64 mg/kg,速效鉀45.82 mg/kg。氣象數(shù)據(jù)由中國氣象網(wǎng)提供(http://data.cma.cn/),試驗期間平均氣溫和降水量如圖1。

圖1 試驗期間平均氣溫和降水量Figure 1 Average temperature and precipitation during the test

1.2 試驗設(shè)計

本試驗采用隨機(jī)區(qū)組試驗,設(shè)置耕翻移栽(T1)、免耕移栽(T2)、耕翻直播(T3)、免耕直播(T4)4種種植模式,同時每個處理設(shè)置不施氮肥處理,用于計算氮肥利用率。移栽處理在9月25日播種育苗,11月7日進(jìn)行移栽,移栽密度為12萬株/hm2,免耕直播處理在10月18日播種,播種量為4.5 kg/hm2,耕翻處理在上茬收獲后進(jìn)行深耕,免耕處理在上茬收獲后直接進(jìn)行種植。小區(qū)長30 m,寬20 m,面積600 m2,各處理施氮肥(N)180 kg/hm2、磷肥(P2O5)90 kg/hm2、鉀肥(K2O)120 kg/hm2,40%氮肥、所有磷肥和60%鉀肥作基肥施用,4葉期追施氮肥的30%,越冬期分別追施氮、鉀肥的15%和20%,剩余氮、鉀肥在抽薹前作第3 次追肥。除種植方式和施肥措施外,其它田間管理措施與當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培保持一致。在2020年5月13日進(jìn)行收獲,5月18日脫粒測產(chǎn)。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 油菜干物質(zhì)積累量的測定 分別在油菜苗期、蕾薹期、初花期、盛花期、終花期、角果發(fā)育期和成熟期在每個小區(qū)進(jìn)行隨機(jī)取樣,每個小區(qū)取 6 株長勢均勻一致的植株,將植株各器官分別取下在105 ℃殺青30 min,然后在80 ℃恒溫烘干至恒重進(jìn)行稱重測定干物質(zhì)量。

1.3.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的測定 成熟期收獲前對冬油菜產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行田間調(diào)查,包括密度、分枝數(shù)、單株角果數(shù)、主序角果 數(shù)、角粒數(shù)和千粒重。

1.3.3 油菜氮素利用效率 將油菜各器官的干樣粉碎,過 0.5 mm篩,用 H2SO4-H2O2消煮,消煮液用連續(xù)型流動分析儀(AA3,德國 Bran+Luebbe 公司)測定各器官全氮含量。并計算氮肥農(nóng)學(xué)利用率(NAE)、氮肥生理利用率(NPE)、氮肥吸收利用率(NRE)和氮肥偏生產(chǎn)力(NPFP)的計算公式如下:

NAE(kg/kg)=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量)/施氮區(qū)的施氮量;

NPE(kg/kg)=(施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量)/(施氮區(qū)氮素累積量-不施氮區(qū)氮素累積量);

NRE(%)=(施氮區(qū)氮素累積量-不施氮區(qū)氮素累積量)/施氮區(qū)的施氮量×100%;

NPFP(kg/kg)= 施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/施氮量。

1.3.4 光溫水利用率的計算 光能生產(chǎn)效率= 籽粒產(chǎn)量/單位面積的太陽輻射

溫度生產(chǎn)效率= 單位面積籽粒產(chǎn)量/生育期間積溫

太陽總輻射Q=Q0 (a+bS/S0)

式中,Q0為天文輻射,S為太陽實測日照時數(shù),S0為太陽可照時數(shù),S/S0為日照百分率,a、b為待定系數(shù)。

光能利用效率(%) =W×H/∑Q×100%,式中,H為每g干物質(zhì)燃燒時釋放出的熱量,油菜干重?zé)嶂禐?.792×104J/g;W是干物質(zhì)的積累量;∑Q是生育期間的總光照輻射量。

水分生產(chǎn)效率=產(chǎn)量/總耗水量(耗水量=降水量+灌溉量)

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010統(tǒng)計和計算數(shù)據(jù),采用SPSS 24.0進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果分析

2.1 不同種植模式對油菜地上干物質(zhì)積累量的影響

由圖2可知,隨著生育時期的推進(jìn),油菜地上干物質(zhì)積累量呈逐漸增加的變化趨勢。在全生育期,處理間均表現(xiàn)為T1＞T2＞T3＞T4。在苗期,T1和T2處理顯著高于T3和T4處理,在薹期,T1和T2處理差異不顯著,其它處理間差異均顯著,在初花期、終花期和成熟期,各處理間差異均顯著。

圖2 不同種植模式下油菜地上干物質(zhì)積累量Figure 2 Dry matter accumulation of rapeseed under different planting modes

2.2 不同種植模式對油菜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1可知,不同種植模式下,油菜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素存在顯著差異。處理間密度表現(xiàn)為T3＞T4＞T2＞T1,T1和T2處理間沒有顯著差異,其它處理間差異均顯著,分枝數(shù)表現(xiàn)為T1＞T2＞T3＞T4的變化趨勢,T1處理分枝數(shù)最多,顯著高于其它處理,T3和T4處理間差異不顯著,T1和T2顯著高于T3和T4。單株角果數(shù)表現(xiàn)為T1＞T2＞T3＞T4的變化趨勢,處理間差異均顯著,角粒數(shù)變化勢和分枝數(shù)相似,千粒重T1處理最大,和T3處理沒有顯著差異,顯著高于T2和T4處理。油菜產(chǎn)量表現(xiàn)為T1＞T3＞T2＞T4,T1最高,和T3處理間差異不顯著,T2和T4處理間差異不顯著。

表1 不同種植模式下油菜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 1 Rape yield and yield components under different planting modes

2.3 不同種植模式對油菜氮肥利用率的影響

由表2可知,不同種植模式對油菜氮肥利用效率由顯著的影響,NAE表現(xiàn)為T3＞T4＞T1＞T2,T3處理最高,顯著高于其它處理,T2處理最低,T1和T2處理間沒有顯著差異。NPE表現(xiàn)為T3＞T1＞T4＞T2的變化趨勢,處理間差異均顯著,NRE表現(xiàn)為T3＞T4＞T1＞T2的變化趨勢,處理間差異均顯著,T1顯著高于T2處理,T3顯著高于T4處理。NPFP表現(xiàn)為T1＞T3＞T2＞T4的變化趨勢,T1和T3處理顯著高于T2和T4處理。

表2 不同種植模式下油菜氮肥利用率Table 2 Nitrogen utilization efficiency of rapeseed under different planting modes

2.4 不同種植模式對油菜光溫水資源利用率的影響

由表3可知,不同種植模式下油菜對光、溫、水的利用率存在顯著差異,光能生產(chǎn)效率表現(xiàn)為T1＞T3＞T2＞T4的變化趨勢,T1處理最高,顯著高于T2和T4處理,光能利用率變化趨勢和光能生產(chǎn)效率相似,T1處理最高,顯著高于其它處理,水分生產(chǎn)效率T1和T3處理件差異不顯著,有效積溫生產(chǎn)率表現(xiàn)為T1＞T3＞T2＞T4的變化趨勢,T1處理最高,T4最低。

表3 不同種植模式下油菜光溫水資源利用率Table 3 Water resource utilization rate of rape light and temperature under different planting modes

3 結(jié)論與討論

油菜產(chǎn)量形成首先依靠營養(yǎng)器官莖枝、葉的光合產(chǎn)物,其次依靠營養(yǎng)器官干物質(zhì)的分配與轉(zhuǎn)移[11],研究表明,干物質(zhì)積累是油菜產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ),同時對角果籽粒的分配轉(zhuǎn)運(yùn)比例直接影響油籽粒產(chǎn)量,油菜各生育時期的干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量均呈線性相關(guān)[12]。研究結(jié)果表明,直播和移栽冬油菜生育期內(nèi)的個體生長發(fā)育過程存在顯著差異。移栽種植方式下,育苗階段形成的物質(zhì)和養(yǎng)分基礎(chǔ),加上種植密度較小,為個體的與營造較好的生長空間,因此,植株生長健壯,發(fā)育良好,而直播種植由于種植密度較大,激烈的種內(nèi)競爭和狹小的個體空間使植株橫向擴(kuò)展受限,從而使得單株分枝數(shù)、單株角果數(shù)及角果粒數(shù)顯著低于移栽,但是直播的發(fā)揮群體優(yōu)勢,從而形成產(chǎn)量[13]。本研究中,翻耕處理油菜產(chǎn)量顯著高于免耕,可能是由于翻耕處理后土壤疏松,有利于油菜根系的下扎和對養(yǎng)分吸收,從而為地上部的生長提供有力條件。

前人研究表明,產(chǎn)量的提高主要是通過群體對肥、光、溫、水等資源利用效率的提升來實現(xiàn)的[14]。群體資源利用效率的提高取決于合理的種植模式[15],本研究表明,氮肥農(nóng)學(xué)利用率、氮肥生理利用率、氮肥吸收利用率和氮肥偏生產(chǎn)力均是翻耕直播處理最高,且直播處理高于移栽,翻耕處理高于免耕,可能是由于在直播處理下,油菜的種植密度較大,在地下形成較大的根系群體,養(yǎng)分吸收量較大,從而提高對養(yǎng)分的吸收利用率,而在翻耕處理下,能夠使土壤疏松,改善土壤結(jié)構(gòu),有利于油菜根系的下扎和對養(yǎng)分吸收。總體而言,移栽處理的單株干物質(zhì)積累量最多,分枝數(shù)、單株角果數(shù)、角果粒數(shù)和千粒重較大,且產(chǎn)量和氮肥利用率較高。而耕翻直播處理的光、溫、水利用率最高,而翻耕直播通過增加單位面積株數(shù)形成高產(chǎn),耕翻移栽能夠提高油菜的單株生產(chǎn)能力和氮肥的利用率并達(dá)到高產(chǎn),因此,移栽和直播條件下,進(jìn)行翻耕種植能夠顯著提高油菜產(chǎn)量。