不同覆盖种植模式对春油菜苗期生长和光合特性的影响

赵小文，陈其鲜，李城德，崔小茹，曾秀存，宋雄儒

(1.甘肃省农业技术推广总站，兰州 730020；2.河西学院，甘肃张掖 734000；3.民乐县农业技术推广中心，甘肃民乐 734500)

油菜是中国的主要油料作物和重要经济作物，是50%以上的自产食用植物油来源。近年来，随着油菜菜薹食用、菜花观赏，作为蜜源、饲料、肥料等多功能综合利用价值的开发，油菜在巩固脱贫攻坚成果、促进乡村振兴中发挥了越来越重要的作用。包括甘肃省在内的北方春油菜区，是中国油菜的重要组成部分。早春干旱和冻害是影响北方春油菜区油菜及时播种和培育壮苗的重要因素，通过种植模式的改进，提高春油菜抗旱、抗寒出苗能力，实现及早播种、培育壮苗成为春油菜栽培研究的重要内容。

覆盖栽培是一种成本低、使用方便、增产幅度大的栽培方式，是提高土壤温度和湿度，促进作物壮苗培育、进而提髙作物产量的一项重要措施，在干旱地区农业生产中广泛应用并取得显著的增产增收效果[1-8]。大量的研究表明，在油菜生产上地膜覆盖栽培对春油菜生长发育和产量提高具有积极的作用。油菜蕾薹期干旱胁迫，叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率随胁迫时间延长呈下降趋势[9]；油菜越冬前至抽薹期膜上穴播、膜侧沟播和膜内沟播具有较好的增温效果，并能提高油菜对水分的利用率，较好地协调油菜各产量要素[10]；地膜覆盖可以改善油菜生长发育的外部环境条件，提高幼苗素质和生长速度，增加有效分枝和结角数，提高千粒质量，收获产量较露地栽培增加 8.0%[11-12]。但是，针对不同地膜覆盖以及不同的栽培方式对春油菜幼苗生长指标的影响鲜有报道。

本研究采用黑色和白色两种地膜与不同播种方式相结合，形成白膜平铺穴播、白膜微垄沟播、黑膜平铺穴播、黑膜膜侧沟播和黑膜微垄沟播5种不同种植模式，与传统的常规露地条播(CK)进行比较，分析春油菜在8～10片真叶期叶片的长宽、SRAD值、叶绿素荧光参数及光合参数等生长和光合特性指标差异，筛选最有利于春油菜幼苗生长的覆盖种植模式。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以北方春油菜区广泛种植的‘青杂5号’油菜品种为试材[13]，该品种为甘蓝型春性质不育三系杂交种，种子由青海省农林科学院提供。

覆盖的白膜采用厚0.008 mm的聚乙烯吹塑农用地膜，黑膜采用厚0.01 mm的低压聚乙烯农用地膜，由甘肃省天水天宝塑业有限公司提供。

1.2 试验设计

试验于2019-2020年在甘肃省民乐县(东经100.9°、北纬38.2°、海拔2 505 m)进行。前茬作物为大麦，土壤为栗钙土(有机质23.146 g/kg、全氮1.31 g/kg、有效磷34.2 mg/kg、速效钾291 mg/kg)。

试验设置采用白膜平铺穴播(T1)、白膜微垄沟播(T2)、黑膜平铺穴播(T3)、黑膜膜侧沟播(T4)、黑膜微垄沟播(T5)、露地条播(CK)6种种植模式(表1)。随机区组设计，种植规格3 m×10 m=30 m2，3次重复。种植密度50万株·hm-2。

表1 不同模式的种植方法

1.3 数据采集与分析

油菜幼苗生长至8～10片真叶时，每个处理取10株代表性植株，每个植株取上部1/3、中部、下部1/3的3 个叶片测定长和宽；采用SPAD 502 Plus 型便携式叶绿素测量仪测定叶片叶绿素含量(SPAD值)；采用HM-1162型叶绿素荧光测定仪测定叶绿素荧光参数；采用TPS-2便携式光合测定仪测定叶片的蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、光合速率(Pn)、细胞间隙 CO2浓度(Ci)；成熟时进行全区测产。数据用Excel 2007整理，应用DPS数据处理软件分析。

2 结果与分析

2.1 覆盖模式对春油菜幼苗叶长、叶宽和SPAD值的影响

表2显示，地膜覆盖模式的叶片长度、宽度均明显高于对照，表明地膜覆盖促进幼苗生长；白膜较黑膜、平铺穴播较微垄沟播更有利于幼苗生长；白膜平铺穴播的叶片宽度、长度分别达到露地条播栽培的141.0%和175.7%，是最有利于幼苗生长的种植模式；SPAD值反映叶片氮素含量，SAPD值越高，代表作物越健康，如果SPAD值较低，需适时施肥。

表2 不同覆盖模式下春油菜幼苗的叶长、叶宽和SPAD值

2.2 覆盖模式对春油菜幼苗叶绿素荧光参数的影响

不同覆盖模式下，春油菜幼苗叶绿素荧光参数有明显差异(表3)。叶绿素含量越高，初始荧光(F0)值越小。不同栽培模式下F0为T1< T4

表3 不同覆盖模式下春油菜幼苗的叶绿素荧光参数

2.3 覆盖模式对春油菜幼苗叶片Tr、Gs、Pn、Ci和叶温的影响

不同覆盖模式对春油菜幼苗叶片的蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、光合速率(Pn)、细胞间隙 CO2浓度(Ci)和叶温有不同的影响(表4)。蒸腾速率(Tr)用于衡量植物叶片蒸腾强度和气孔开放程度。不同种植模式下Tr依次为T3

表4 不同覆盖模式下春油菜幼苗的叶片Tr、Gs、Pn、Ci和叶温

2.4 覆盖模式对春油菜幼苗叶片Ls、WUE、CE和LUE的影响

不同覆盖模式对春油菜幼苗叶片的气孔限制值(Ls)、瞬时水分利用率(WUE)、瞬时羧化效率(CE)、瞬时光能利用率(LUE)有不同的影响(表5)。气孔限制值(Ls)用于表示气孔对光合作用的影响程度。不同种植模式下Ls依次为：CK

表5 不同覆盖模式下春油菜幼苗的叶片Ls、WUE、CE和LUE

2.5 不同覆盖模式下春油菜产量结果

全区实收测产，结果T1～CK的单位面积产量分别为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，白膜平铺穴播模式下春油菜的产量最高。

3 讨 论

培养壮苗是油菜降低田间管理成本，获得高产稳产的基础，而解决抗旱出苗问题对春油菜壮苗培育具有重要作用。大量的研究表明，覆盖栽培通过提高播种期土壤温度和湿度，实现农作物及时出苗、促进壮苗培育，从而获得更高的产量。但是，通过测定和分析覆盖模式下春油菜苗期生长和光合特性，从而分析覆盖模式下油菜壮苗培育的生理基础未见报道。本研究结果表明，覆盖种植模式下春油菜苗期叶片大，有利于壮苗培育；叶片光反应下叶绿素浓度高，暗反应下叶绿素浓度低，具有较高的光转化效率；蒸腾强度和气孔开放程度低，光合作用能力较强；光合速率、水分利用效率、羧化效率和光能利用率和油菜籽产量均明显高于露地条播种植，也优于其他几种覆盖种植模式，可在北方春油菜产区作为抗旱、抗寒栽培的有效措施进行推广应用。

叶片的长度、宽度代表叶片的大小，SAPD值反映作物叶绿素的相对含量，叶片大小和SAPD值是评价作物长势的重要参考指标[14]。本研究在覆盖栽培种植模式下，春油菜的叶片比露地条播种植大，而SPAD值比露地条播种植略低，白膜平铺穴播种植方式下叶片长度和宽度最大，SPAD值中等，油菜最具有壮苗特征。地膜覆盖栽培的 SPAD值低于露地条播，但主要是由于露地条播叶片均较小引起的，并不能说明地膜覆盖栽培会引起氮素营养缺少。

叶绿素荧光参数作为光合作用内在的有效探针，是研究作物抗旱性的良好指标，能快速有效反映作物对土壤水分变化的响应。其中，Fv/Fm代表PSⅡ的最大量子产量、反映PSⅡ利用光能的能力，Fv/Fo代表PSⅡ潜在光化学活性，Fm/Fo表示PSⅡ的电子传递情况，而PIABS反映以吸收光能为基础的光合性能指数[15-16]。本研究中白膜平铺穴播种植模式下春油菜苗期叶片初始荧光(F0)最小、光反应下叶绿素浓度高，最大荧光产量(Fm)最小、暗反应下叶绿素浓度低，可变荧光产量(Fv)也最小，最大光化学效率(Fv/Fm)高、具有较高的光转化效率，潜在光化学活性(Fv/Fo)、PSⅡ的电子传递(Fm/Fo)值和以吸收光能为基础的性能指数(PIABS)居中，是试验中几种种植模式下比较具有抗旱作用的种植模式。

叶片的蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、光合速率(Pn)、细胞间隙 CO2浓度(Ci)和叶温等气体交换相关参数，反应叶片的光合性能[17]。本研究发现白膜平铺穴播种植模式下春油菜苗期叶片蒸腾速率(Tr)低，表明叶片蒸腾强度和气孔开放程度低，气孔导度(Gs)和净光合速率(Pn)中等，表明气孔开度适中，光合作用能力较强。

气孔限制值可反映气孔对光合作用的影响程度，瞬时水分利用效率(WUE)反映能量转化和水分利用效率，羧化效率(CE)可以反映叶片细胞间隙CO2的同化状况，而光能利用率(LUE)表征太阳能固定效率，几个指标共同反映植株对环境资源条件的利用效率[18-20]。本研究中白膜平铺穴播种植模式下春油菜苗期叶片气孔限制值、光合速率、水分利用效率、羧化效率和光能利用率均明显高于露地条播种植，也优于其他几种覆盖种植模式，是一种资源利用率高的种植模式。最好的实收测产也表明，白膜平铺穴播种植模式获得比其他模式更高的籽粒收获产量。