不同种植模式对油菜资源利用率及产量的影响

刘俊红

(濮阳经济技术开发区畜牧局,河南 濮阳 457005)

油菜是我国重要的油料作物,占国产油料作物的57%。油菜在能源、化工、饲料等领域被广泛应用,具有经济价值高、种植历史悠久等特点[1]。目前,油菜主要有移栽和直播种植方式,两种种植方式在生育期、植株密度、群体结构和个体形态等方面存在明显差异[2],移栽油菜在苗床培育过程中秧苗可形成一定的生物量及养分累积,因此,移栽后对大田环境有较强的抵抗和适应能力[3],而直播油菜萌发出苗和苗期生长过程都受到田间环境的较大影响,个体植株发育通常相对较弱且抗逆能力较差,从而导致其后期发育不良,单株产量偏低[4]。因此,直播油菜需要提高播种量发挥群体优势以获得高产[5]。王寅等研究表明,直播冬油菜在生长前期个体发育较差,因此在后期对养分缺乏更加敏感,和移栽相比,应更重视氮磷钾养分的平衡施用,以促进个体健壮和群体稳定而获得高产[6]。王少华等研究表明,相较于移栽油菜,直播油菜的产量较低,但是能够节约生产成本,从而增加收益[7]。近年来,随着油菜轻型简化栽培新技术的发展,免耕移栽技术、免耕直播技术等被广泛应用,但是只有保证保护性耕作的播种质量和出苗管理,才能达到高产、高效、优质、低耗、可持续发展的目的[8]。浦惠明等研究表明,直播对植株生长有明显影响,表现为株高降低、分枝数减少、单株角果数下降,单株生产力低下[9]。李倩等研究表明,若劳动力充足,可选择育苗翻耕移栽方式,能获得较高产量[10]。有关不同种植模式对油菜的影响大多研究经济投入及成本,对资源利用研究较少,因此,本试验设置4中种植模式,研究油菜产量的变化特征及资源利用效率,为油菜的高产栽培提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2019～2020年在濮阳县五星乡进行。试验区气候冷凉、日照充足、降水分布与油菜生育期的需求基本吻合。试验田前茬作物为玉米,试验地基础肥力为土壤pH值为6.8,有机质6.75 g/kg,碱解氮6.57 mg/kg,速效磷3.64 mg/kg,速效钾45.82 mg/kg。气象数据由中国气象网提供(http://data.cma.cn/),试验期间平均气温和降水量如图1。

图1 试验期间平均气温和降水量Figure 1 Average temperature and precipitation during the test

1.2 试验设计

本试验采用随机区组试验,设置耕翻移栽(T1)、免耕移栽(T2)、耕翻直播(T3)、免耕直播(T4)4种种植模式,同时每个处理设置不施氮肥处理,用于计算氮肥利用率。移栽处理在9月25日播种育苗,11月7日进行移栽,移栽密度为12万株/hm2,免耕直播处理在10月18日播种,播种量为4.5 kg/hm2,耕翻处理在上茬收获后进行深耕,免耕处理在上茬收获后直接进行种植。小区长30 m,宽20 m,面积600 m2,各处理施氮肥(N)180 kg/hm2、磷肥(P2O5)90 kg/hm2、钾肥(K2O)120 kg/hm2,40%氮肥、所有磷肥和60%钾肥作基肥施用,4叶期追施氮肥的30%,越冬期分别追施氮、钾肥的15%和20%,剩余氮、钾肥在抽薹前作第3 次追肥。除种植方式和施肥措施外,其它田间管理措施与当地高产栽培保持一致。在2020年5月13日进行收获,5月18日脱粒测产。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 油菜干物质积累量的测定 分别在油菜苗期、蕾薹期、初花期、盛花期、终花期、角果发育期和成熟期在每个小区进行随机取样,每个小区取 6 株长势均匀一致的植株,将植株各器官分别取下在105 ℃杀青30 min,然后在80 ℃恒温烘干至恒重进行称重测定干物质量。

1.3.2 产量及产量构成因素的测定 成熟期收获前对冬油菜产量构成因素进行田间调查,包括密度、分枝数、单株角果数、主序角果 数、角粒数和千粒重。

1.3.3 油菜氮素利用效率 将油菜各器官的干样粉碎,过 0.5 mm筛,用 H2SO4-H2O2消煮,消煮液用连续型流动分析仪(AA3,德国 Bran+Luebbe 公司)测定各器官全氮含量。并计算氮肥农学利用率(NAE)、氮肥生理利用率(NPE)、氮肥吸收利用率(NRE)和氮肥偏生产力(NPFP)的计算公式如下:

NAE(kg/kg)=(施氮区籽粒产量-不施氮区籽粒产量)/施氮区的施氮量;

NPE(kg/kg)=(施氮区籽粒产量-不施氮区籽粒产量)/(施氮区氮素累积量-不施氮区氮素累积量);

NRE(%)=(施氮区氮素累积量-不施氮区氮素累积量)/施氮区的施氮量×100%;

NPFP(kg/kg)= 施氮区籽粒产量/施氮量。

1.3.4 光温水利用率的计算 光能生产效率= 籽粒产量/单位面积的太阳辐射

温度生产效率= 单位面积籽粒产量/生育期间积温

太阳总辐射Q=Q0 (a+bS/S0)

式中,Q0为天文辐射,S为太阳实测日照时数,S0为太阳可照时数,S/S0为日照百分率,a、b为待定系数。

光能利用效率(%) =W×H/∑Q×100%,式中,H为每g干物质燃烧时释放出的热量,油菜干重热值为1.792×104J/g;W是干物质的积累量;∑Q是生育期间的总光照辐射量。

水分生产效率=产量/总耗水量(耗水量=降水量+灌溉量)

1.4 数据分析

采用Excel 2010统计和计算数据,采用SPSS 24.0进行差异显著性分析。

2 结果分析

2.1 不同种植模式对油菜地上干物质积累量的影响

由图2可知,随着生育时期的推进,油菜地上干物质积累量呈逐渐增加的变化趋势。在全生育期,处理间均表现为T1＞T2＞T3＞T4。在苗期,T1和T2处理显著高于T3和T4处理,在薹期,T1和T2处理差异不显著,其它处理间差异均显著,在初花期、终花期和成熟期,各处理间差异均显著。

图2 不同种植模式下油菜地上干物质积累量Figure 2 Dry matter accumulation of rapeseed under different planting modes

2.2 不同种植模式对油菜产量及产量构成因素的影响

由表1可知,不同种植模式下,油菜产量及产量构成因素存在显著差异。处理间密度表现为T3＞T4＞T2＞T1,T1和T2处理间没有显著差异,其它处理间差异均显著,分枝数表现为T1＞T2＞T3＞T4的变化趋势,T1处理分枝数最多,显著高于其它处理,T3和T4处理间差异不显著,T1和T2显著高于T3和T4。单株角果数表现为T1＞T2＞T3＞T4的变化趋势,处理间差异均显著,角粒数变化势和分枝数相似,千粒重T1处理最大,和T3处理没有显著差异,显著高于T2和T4处理。油菜产量表现为T1＞T3＞T2＞T4,T1最高,和T3处理间差异不显著,T2和T4处理间差异不显著。

表1 不同种植模式下油菜产量及产量构成因素Table 1 Rape yield and yield components under different planting modes

2.3 不同种植模式对油菜氮肥利用率的影响

由表2可知,不同种植模式对油菜氮肥利用效率由显著的影响,NAE表现为T3＞T4＞T1＞T2,T3处理最高,显著高于其它处理,T2处理最低,T1和T2处理间没有显著差异。NPE表现为T3＞T1＞T4＞T2的变化趋势,处理间差异均显著,NRE表现为T3＞T4＞T1＞T2的变化趋势,处理间差异均显著,T1显著高于T2处理,T3显著高于T4处理。NPFP表现为T1＞T3＞T2＞T4的变化趋势,T1和T3处理显著高于T2和T4处理。

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

2.4 不同种植模式对油菜光温水资源利用率的影响

由表3可知,不同种植模式下油菜对光、温、水的利用率存在显著差异,光能生产效率表现为T1＞T3＞T2＞T4的变化趋势,T1处理最高,显著高于T2和T4处理,光能利用率变化趋势和光能生产效率相似,T1处理最高,显著高于其它处理,水分生产效率T1和T3处理件差异不显著,有效积温生产率表现为T1＞T3＞T2＞T4的变化趋势,T1处理最高,T4最低。

表3 不同种植模式下油菜光温水资源利用率Table 3 Water resource utilization rate of rape light and temperature under different planting modes

3 结论与讨论

油菜产量形成首先依靠营养器官茎枝、叶的光合产物,其次依靠营养器官干物质的分配与转移[11],研究表明,干物质积累是油菜产量形成的物质基础,同时对角果籽粒的分配转运比例直接影响油籽粒产量,油菜各生育时期的干物质积累量与产量均呈线性相关[12]。研究结果表明,直播和移栽冬油菜生育期内的个体生长发育过程存在显著差异。移栽种植方式下,育苗阶段形成的物质和养分基础,加上种植密度较小,为个体的与营造较好的生长空间,因此,植株生长健壮,发育良好,而直播种植由于种植密度较大,激烈的种内竞争和狭小的个体空间使植株横向扩展受限,从而使得单株分枝数、单株角果数及角果粒数显著低于移栽,但是直播的发挥群体优势,从而形成产量[13]。本研究中,翻耕处理油菜产量显著高于免耕,可能是由于翻耕处理后土壤疏松,有利于油菜根系的下扎和对养分吸收,从而为地上部的生长提供有力条件。

前人研究表明,产量的提高主要是通过群体对肥、光、温、水等资源利用效率的提升来实现的[14]。群体资源利用效率的提高取决于合理的种植模式[15],本研究表明,氮肥农学利用率、氮肥生理利用率、氮肥吸收利用率和氮肥偏生产力均是翻耕直播处理最高,且直播处理高于移栽,翻耕处理高于免耕,可能是由于在直播处理下,油菜的种植密度较大,在地下形成较大的根系群体,养分吸收量较大,从而提高对养分的吸收利用率,而在翻耕处理下,能够使土壤疏松,改善土壤结构,有利于油菜根系的下扎和对养分吸收。总体而言,移栽处理的单株干物质积累量最多,分枝数、单株角果数、角果粒数和千粒重较大,且产量和氮肥利用率较高。而耕翻直播处理的光、温、水利用率最高,而翻耕直播通过增加单位面积株数形成高产,耕翻移栽能够提高油菜的单株生产能力和氮肥的利用率并达到高产,因此,移栽和直播条件下,进行翻耕种植能够显著提高油菜产量。