冬油菜在陇中旱农区的适应性及抗风蚀效应

康云强，李玲玲，谢军红，张 健，杜常亮，ZECHARIAH Effah

（省部共建干旱生境作物学国家重点实验室（甘肃农业大学）/甘肃农业大学农学院，兰州 730070）

0 引言

陇中旱农区干旱少雨，海拔1500～2000 m，热量相对较差，年平均温度仅6～9℃，传统农业生产上作物春种秋收，一年一季，耕地在一年中冬春季节约有6个月处于裸露状态，并且在裸露期降水稀少、风大、刮风日数多，农田生态环境脆弱，风蚀问题严重[1-2]。

油菜(Brassica napus)是一种十字花科芸薹属作物[3]，是国内第一大油料作物[4]。冬油菜的种植在一定程度上可以提高冬春两季的植被覆盖度，减少农田沙尘源，有利于改善生态环境[5]，并且可为当地创造良好的复种条件，改善当地种植模式[6]，种植冬油菜极具生态经济价值[7]。另外冬油菜的含油率和产量等经济性状远高于同类春播油料作物[8-9]。因此，如果可以在当地种植冬油菜，冬春季土地裸露状况将得到改善，减少土壤风蚀，而且能提高油菜产量。陇中旱农区虽然是油菜产区，但大多以春油菜为主，由于热量条件差，传统的油菜品种不能安全越冬。随着品种改良，油菜抗寒性极大增强，冬油菜种植区域由北纬35°（天水）北移至北纬48°地区（新疆阿勒泰、黑龙江饶河）[10]，使得在陇中旱农区种植冬油菜成为可能。但关于冬油菜在陇中旱农地区适应性、产量、品质及抗风蚀效应的研究鲜见报道。

本研究选择抗寒性比较强的6个冬油菜品种，在旱农区的典型代表区域甘肃省定西市开展不同品种冬油菜越冬率、防风蚀效应、品质和产量等的对比研究，以期筛选出适于该地区的冬油菜品种，为油菜春改冬、减轻冬春季节农田风蚀、提高油菜产量和含油率提供理论和技术基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020—2021年在甘肃省定西市李家堡镇甘肃农业大学旱作农业综合实验站进行。陇中旱农区属于北温带半干旱区，平均海拔2000 m，多年平均日照时数为2476 h；年均气温6.3℃，≥10℃年积温2239.1℃。油菜生长期最高温和最低温分别为24℃和-13℃（图1），生育期降水量为233.10 mm。试验区土壤为黄绵土，土质疏松，质地均匀，贮水性能良好。pH 8.36，有机质含量12.01 g/kg，全氮0.76 g/kg，全磷1.77 g/kg。

图1 油菜生长期间的大气温度及降水量

1.2 试验设计

试验选用甘肃农业大学提供的白菜型冬油菜‘HN12PZ16-2’、‘HN12PZ16-65’和‘平试 8’，甘蓝型冬油菜‘QL-GAU-201’、‘QL-GAU-196’和‘低(1)-19’共6个品种，另加1个露地(CK)处理，试验采用随机区组排列，3次重复，21个小区，各小区随机区组排列，小区面积65 m2(6.5 m×10 m)，行距为20 cm，株距约10 cm。播种量为4.50 kg/hm2，前茬作物为春小麦，播前翻耕整地，清除杂草，播种前施尿素228.30 kg/hm2。2020年8月22日播种，成熟期（2021年6月23日）人工收割、人工脱粒，其他管理措施同大田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 越冬率的测定 返青后统计每个小区不同冬油菜品种越冬前和返青后存活苗数并计算越冬率[式(1)][11]。

1.3.2 冬油菜冬前干物质积累量的测定 于枯叶期随机挖取长势一致的油菜植株5株植株，将挖取的植株用蒸馏水清洗干净，晾干表面水分，置于烘箱内105℃杀青30 min，80℃烘至恒重，记录称重数据[12]。

1.3.3 冬油菜农田风蚀量及起动风速测定 室内风洞试验在中国科学院寒区、旱区环境与工程研究所沙漠与沙漠化重点实验室的风沙环境风洞中进行。风洞为直吹闭口式，全长36 m，其中实验段长16.23 m，截面积0.6 m×1.0 m。根据试验时的气压和气温，用数字式微压差计系统调节进口风速。风速由1～40 m/s连续可调[13]。

在冬油菜春季返青前，每个小区用土样箱在不破坏结构的情况下取体积为30 cm×20 cm×10 cm的土样。在试验过程中，调节土样表层(0～5 cm)含水量至5%，测定不同处理起动风速，在8、12、16、20 m/s风速下的风蚀量。

（1）风蚀量的测定。土样位于风洞实验段入口下风向12.06 m处，土壤样品表面与风洞底部齐平，在每一风速(8、12、16、20 m/s)下吹蚀10 min，用感量为0.1 g的电子天平称量吹蚀前后土样的质量，求出该风速下的风蚀量[14]。

（2）起动风速的测定。在测定风蚀量之前，由低到高缓慢调节风洞内的风速，观察土样表面有土壤颗粒运动时，记录当时的风速，即为起动风速[15]。

1.3.4 成熟期油菜农艺性状的测定 成熟期收获时，在各个小区中随机取5个植株，测定其株高、主花序长度、分枝部位、一次分枝数、二次分枝数、主序角果数、角粒数、全株有效结角数、千粒重[16]。

1.3.5 含油量的测定 考种时获得的油菜籽粒带回实验室，采用多功能品质分析仪(NIRS-DS2500)测定含油量[17]。

1.3.6 小区产量的测定 小区内油菜角果70%～80%由绿变黄时（即蜡熟期）人工收割、脱粒、称重，小区计产，最后折算产量，籽粒产量以各小区实收风干重计量[18]。

1.4 数据分析

采用Excel 2019和Sigmaplot 14.0进行数据作图，SPSS 25进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 冬油菜冬前干物质积累（地下/地上）与越冬率

6个冬油菜品种冬前根冠比、越冬率均有显著差异（表1，图2）。越冬前，甘蓝型品种‘QL-GAU-196’、‘QL-GAU-201’‘、低(1)-19’地上部分的干物质积累量略高于白菜型品种，为5.44～8.16 g，而地下部的干物质量显著低于白菜型品种‘HN12PZ16-2’、‘HN12PZ16-65’‘、平试8’，仅为2.65～3.69 g。因此，甘蓝型品种越冬前平均根冠比只有白菜型品种根冠比的35%。从图2可以看出，白菜型品种越冬率显著高于甘蓝型品种，‘HN12PZ16-65’越冬率最高，达88.33%‘，低(1)-19’越冬率最低，为6.44%。相关分析表明，冬油菜越冬率和根冠比呈极显著正相关关系(0.914**)。

图2 冬油菜越冬率与根冠比

表1 冬油菜冬前干物质积累情况

2.2 冬油菜产量和含油量表现

6个参试品种产量和含油量差异达到极显著水平（图3），白菜型品种产量较高，变化为1718.47～2936.94 kg/hm2，‘HN12PZ16-65’最高。而甘蓝型品种产量很低 ，仅 3.08～35.39 kg/hm2，‘低(1)-19’产量最低。‘HN12PZ16-65’平均含油量最高，为43.69%；‘QLGAU-201’、‘QL-GAU-196’、‘低(1)-19’含油量显著低于‘HN12PZ16-2’、‘HN12PZ16-65’、‘ 平试 8’，为40.26% 、38.97% 、40.46% ；‘HN12PZ16-2’、‘HN12PZ16-65’含油量与‘平试8’差异不显著，‘HN12PZ16-65’含油量显著高于‘HN12PZ16-2’。

图3 冬油菜产量与含油量

2.3 冬油菜植株农艺性状差异分析

因‘QL-GAU-196’、‘QL-GAU-201’、‘低(1)-19’3个甘蓝型冬油菜由于越冬后存活率过低，不做考种分析（图2）。试验点不同品种冬油菜株高和分枝部位具有显著性差异（表2）‘，HN12PZ16-65’株高、分枝部位显著高于‘平试8’，为131.38、9.80 cm，而‘HN12PZ16-2’高于‘平试8’，但差异不显著。主花序长度、主序角果数‘HN12PZ16-65’和‘HN12PZ16-2’高于‘平试8’，但差异不显著。一次分枝数、二次分枝数、全株有效结角数‘HN12PZ16-65’低于‘平试8’，为10.75 cm、14.25 cm、232.25个，‘HN12PZ16-2’高于‘平试8’，但差异不显著 。 角 粒 数‘HN12PZ16-65’、‘ 平 试 8’高 于‘HN12PZ16-2’，为220.00、203.00粒，但差异不显著。主花序角果长度‘HN12PZ16-2’、‘HN12PZ16-65’与‘平试8’差异不显著‘。HN12PZ16-2’‘、HN12PZ16-65’和‘平试8’千粒重无显著差异‘，HN12PZ16-65’千粒重最高，为2.78 g。相关分析表明，冬油菜产量和株高(0.550*)、千粒重(0.733*)呈显著正相关关系。

表2 冬油菜的主要农艺性状

2.4 冬油菜抗风蚀效应

2.4.1 冬油菜农田的风蚀量 不同处理风蚀量随风速的增加而增大，且CK风蚀量最高（图4），达到了61.43 g，‘QL-GAU-201’最低，较CK降低92.79%。‘HN12PZ16-2’、‘HN12PZ16-65’、‘平试 8’、‘QL-GAU-201’、‘QLGAU-196’、‘低(1)-19’风蚀量均显著低于CK，分别为6.90、5.77、5.77、4.43、6.37、4.63 g。当风速在8～20 m/s内，除CK外，其他6个处理风蚀量增加缓慢；CK随风速增大，风蚀量急剧增大。种植冬油菜显著降低农田风蚀量，6个冬油菜品种基本相同，在20 m/s风速下，较CK平均降低了56.75 g。

图4 不同处理下土壤风蚀量

2.4.2 冬油菜农田风蚀的起动风速 一般把使沙粒开始运动的风速称为起沙风也叫临界风速或起动风速。试验结果表明，冬油菜覆盖和CK起动风速之间存在显著性差异（图5），不同品种的起动风速显著大于CK，其中以‘低(1)-19’处理起动风速最高，较CK提高65.59%，不同处理的起动风速为6.22～10.30 m/s，露地CK的起动风速最低，为6.22 m/s。种植冬油菜显著提高起动风速，6个冬油菜品种基本相同，较CK平均提高了59.81%。

图5 冬油菜农田和露地春季沙尘起动风速

3 结论

白菜型冬油菜由于冬前地下部干物质积累多，根冠比较高，因此，越冬率高、后期株高、千粒重也较高，所以产量高、含油量高，表现出极强的适应性和抗寒性，‘HN12PZ16-65’表现最好，而甘蓝型冬油菜不能安全越冬。种植冬油菜由于冬前较高的干物质积累，冬季地表覆盖好，所以具有良好的防风蚀效果。因此，白菜型冬油菜‘HN12PZ16-65’兼具环境保护与抗寒生产，适应性较强，建议在当地推广种植。

4 讨论

4.1 白菜型冬油菜在陇中旱农区具有强抗寒性和适应性

在陇中旱农区种植冬油菜是完全可行的，且白菜型冬油菜表现出极强的抗寒性和适应性。有研究发现，越冬率越高，产量越高[19]，有利于冬油菜增产。其主要原因是，冬油菜品种的抗寒性越强，在试点越冬率越高，植株存活率越高，相应的产量也越高。本研究对6个不同品种冬油菜冬前干物质积累、含油量、产量与越冬率差异性分析发现，地下部有机物质的积累大于地上部，根冠比和越冬率呈正相关，在一定范围内，根冠比高则越冬率高，越冬率高则产量高，相对应含油量高。这与李和平、Velimir等[20-21]对冬油菜越冬率与产量研究结果基本一致。说明抗寒性较强的品种，冬前优先将有机物分配至地下部，发展壮苗，抗寒较弱的品种将有机物运输至地上部，不仅减少地下部有机物的积累，且易造成地上部的徒长，降低了抗寒能力[22]。冬油菜冬前干物质积累量对冬油菜越冬率存在一定影响，而越冬率则直接影响冬油菜产量，进而影响含油量。因此，本研究中参试的白菜型冬油菜‘HN12PZ16-2’、‘HN12PZ16-65’、‘平试8’3个品种由于冬前地下部干物质积累多，根冠比较高，因此，越冬率高、产量高、含油量高‘，HN12PZ16-65’表现最好。

株高、分枝数和单株角果数是影响产量最密切的因子[23]。有研究发现[24]油菜单株产量与株高、一次分枝数、单株有效角果数、千粒重和每角粒数均呈显著或极显著正相关[25]。本试验对不同品种冬油菜的9个农艺性状差异性分析表明，冬油菜株高、主花序长度、分枝部位、主序角果数、角粒数、全株有效结角数均随越冬率的升高而增加，产量与株高和千粒重存在显著正相关关系。这与朱珊[26]、王春燕[27]等越冬率对白菜型冬油菜农艺性状的影响的研究结论基本一致。因此冬油菜品种株高、千粒重增加，产量和含油量也增加。

4.2 陇中旱农区种植冬油菜具有强抗风蚀效应

地表植被覆盖在防止土壤风蚀方面具有显著的作用[28]。本研究对7个处理的风蚀量和起动风速差异性分析发现，露地(CK)随风速增大，风蚀量急剧增大；冬油菜农田风蚀量也随风速的增加而增加，但是增加速度缓慢。冬油菜农田的起动风速也显著高于露地。这与王慧琴等[29]土壤侵蚀及影响因素研究结果基本一致。在其他条件不变的情况下，风蚀量与风速之间均表现为正相关关系，风速越大，风蚀越强烈[30]。说明种植冬油菜能够显著降低农田土壤风蚀，这与邱云霄等[31]、刘燕青等[32]秸秆覆盖对农田土壤风蚀研究结果基本一致。因此，种植冬油菜在陇中旱农区具有很好的防风蚀效应。

种植冬油菜在保证农业生产的同时，在一定程度上起到了抗风蚀的作用，可以促进农业的可持续发展。然而，本研究仅限于品种自身的抗寒性，对于地区区域性气候、作物种植模式、土壤质地以及土地利用类型等因素未加研究，研究结果有待继续补充完善。在实际应用中，冬油菜防风蚀效果还需要综合考虑当地因素的作用，特别是适宜区域气候品种的选育、作物种植模式的选择及水分、土壤等自然条件对农田土壤风蚀的影响。