播期和覆膜对直播冬油菜农艺性状、产量和品质的影响

田效琴,李 卓,刘永红,李 伟

(1.四川省农业科学院作物研究所,成都 610066;2.南方丘区节水农业研究四川省重点实验室,成都 610066;3.粮油作物绿色种质创新与遗传改良四川省重点实验室,成都 610066;4.四川华标测检测技术有限公司,成都 611731)

【研究意义】夏玉米-冬油菜一年两熟是西南旱地主要轮作模式之一,夏玉米收获期不同将影响直播油菜的播期[1]。适宜播期可调整油菜生长发育进程与季节良好同步,充分利用光热资源发挥其增产潜能,是提高油菜生产能力的关键技术[2]。膜侧沟播技术具有集流、保墒和增温的作用,无疑也是提高油菜产量的重要栽培技术[3]。【前人研究进展】研究发现,膜侧沟播技术对油菜的增产效果显著,增产幅度在20%～70%[4-6]。除增产外,王丹等[3]发现该技术还能使油菜含油量和蛋白质含量提高0.18%～2.48%,且芥酸和硫苷含量降低0.21%～12.65%。关于播期对油菜生长发育、产量及品质的影响也已有大量报道[7-10]。张宇等[11]研究发现,出苗率、存苗数、苗高、充实度和干物质积累量均随播期推迟而下降。此外,播期推迟油菜光合能力及糖代谢水平降低,最终难以高产优质[12]。【本研究切入点】目前,西南旱地冬油菜直播期上下限阈值仍不确定,且关于我国油菜膜侧沟播技术的理论研究相对较少。【拟解决的关键问题】本研究以川油36为材料,探索播期和覆膜对西南旱地油菜生长发育、产量及品质的影响,同时结合产量与播期的关系,为该区冬油菜适期播种和高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年9月至2021年5月冬油菜生长季,在四川省成都市简阳试验基地(30°38′ N,104°53′ E)进行。油菜生育期间的平均温度和降雨量分别为13.3 ℃和125.3 mm,最冷月最低温度和最冷月平均温度分别为1.2和6.7 ℃。试验区10月至次年2月(苗期和蕾苔期)有效降水量38.5 mm(图1),仅占全生育期的30.73%,降水量偏少,前期生长可能会受到一定影响。试验田土壤类型为紫色土,0～20 cm土层含有机质16.33 g/kg、全氮1.00 g/kg、全磷0.91 g/kg、全钾31.83 g/kg、速效氮223.17 mg/kg、速效磷18.37 mg/kg、速效钾89.33 mg/kg,pH 6.61。试验田前茬作物为夏玉米,整地前秸秆全量粉碎还田。

图1 油菜生育期降雨量Fig.1 Rainfall during the growing period of rapeseed

1.2 试验设计

供试品种为当地主推品种‘川油36’,由四川省农业科学研究院作物研究所选育,属甘蓝型半冬性细胞质雄性不育三系中熟杂交种。试验采用两因素完全随机区组设计,以播种时间为第一个因素,设置9月20 日、9月30日、10月10日、10月20日、10月30日、11月10日和11月20日7个播期;覆膜为第二个因素,包括覆膜与不覆膜(地膜为聚乙烯吹塑农用微膜,厚度0.008 mm,宽度50 cm)。总计14个处理,每处理重复3次,共42个小区。每个小区面积4 m×8 m=32 m2,区组间留1 m道路,四周设保护行。

播种前氮肥(180 kg/hm2)按基薹比=7∶3分2次施用,磷钾肥(90 kg/hm2)均作基肥一次性施入。试验采用宽窄行人工条播,在膜两侧沟内播种,宽行距50 cm,窄行距30 cm(图2),密度150 000 株/hm2。其他管理措施同常规。

图2 油菜覆膜种植方法Fig.2 Planting method of rapeseed with plastic film

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤温度 分别于油菜播种后的136 d前后,选择晴天采用曲管温度计测定每个处理8:00—18:00的5、10、15、20、25 cm土层温度,每2 h记录1次读数。

1.3.2 干物质 分别于油菜播种后的136 d,每小区选取5株代表性植株,将根系洗净后,105 ℃杀青30 min,80 ℃烘至恒重,测定每个处理的单株干物质重。

1.3.3 农艺性状及产量 油菜收获期时,每小区连续取10株代表性植株进行室内考种,包括株高、有效分枝部位、主序长、有效分枝数、有效角果数、每角粒数和千粒重。每小区产量单独收获脱粒,测籽粒含水量后,折算成公顷产量。

1.3.4 品质 品质采用FOSS近红外品质分析仪(NIRSystem5000,FOSS) 测定。

1.4 气象资料和数据统计分析

降雨数据由位于试验地附近的气象站(距离试验地约500 m)自动记录。采用Microsoft Excel 2007分析数据和制作表格,用SPSS 17.0进行方差分析,用LSD法检验处理间平均值的差异显著性。在此次试验过程中,由于播期9月20日和10月20日处理油菜出苗率低,影响群体密度,故未对这2个时期数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 播期和覆膜对直播冬油菜田间土壤温度的影响

从图3可以看出,无论覆膜与否,0～10 cm土壤表层温度受时间的影响波动较大,且8:00和10:00的温度基本随土层的增加而增加,其余时间的温度随土层增加呈先下降后上升趋势。覆膜提高了9月30日、10月10日、10月30日和11月10日播期0～25 cm土层范围内的土壤日平均温度,却降低了11月20日播期的土壤日平均温度。具体表现为:播期为9月30日时,覆膜的5、10、15、20和25 cm土层日平均温度分别较不覆膜升高0.4、0.5、0.1、0.6和0.3 ℃;播期为10月10日时,升高0.2、0.1、0.7、0.8和0.1 ℃;播期为10月30日时,升高0.3、0.1、0.1、0.1 和0.3 ℃;播期为11月10日时,升高0.9、0.8、0.4、0.1和0.1 ℃;播期为11月20日时,降低1.8、0.6、0.9、1.0和1.1 ℃。说明,外界气温主要影响0～10 cm土壤表层温度,而覆膜能够提高0～25 cm土层的土壤温度,且不同土层增温效应因外界气温不同而异。

图3 覆膜对土壤温度的影响Fig.3 Effect of mulching on soil temperature

2.2 播期和覆膜对直播冬油菜干物质积累的影响

在油菜播种后的136 d对各播期干物质量进行分析发现,不覆膜条件下,9月30日油菜的干物质量较10月30日、11月10日和11月20日显著增加,增幅为33.08%、46.24%和60.56%(图4)。10月10日油菜的干物质量较11月10日和11月20日显著增加,增幅为36.43%和49.79%。10月30日油菜的干物质量较11月20日显著增加,增幅为20.65%;覆膜条件下,9月30日油菜的干物质量较11月10日和11月20日分别显著增加,增幅为30.34%和37.80%。10月10日油菜的干物质量较11月20日显著增加,增幅为31.90%。9月30日、10月10日、10月30日、11月10日和11月20日覆膜较不覆膜油菜干物质量分别增加,增幅为4.49%、7.21%、14.56%、17.24%和21.75%,但差异均不显著。说明,无论覆膜与否,播期推迟较长显著降低了油菜干物质量,但覆膜能够有效降低由于播期推迟造成的油菜干物质量差异。同时,覆膜也能提高油菜干物质量,且随着播期推迟增加效果越明显。

2.3 播期和覆膜对直播冬油菜农艺性状的影响

从表1可以看出,播期显著影响油菜除每角粒数外的其他农艺性状,覆膜显著影响油菜株高、有效分枝部位、主序长和有效角果数,而两者对农艺性状的交互作用不显著。无论覆膜与否,油菜株高、有效分枝部位、主序长、有效分枝数和有效角果数均随播期推迟呈下降趋势,千粒重呈先上升后下降趋势。对油菜株高和有效角果数而言,9月30日显著高于10月30日、11月10日和11月20日,10月10日显著高于11月10日和11月20日,10月30日显著高于11月20日。对油菜有效分枝部位而言,9月30日和10月10日显著高于10月30日、11月10日和11月20日;10月30日显著高于11月20日。对主序长和千粒重而言,9月30日显著高于11月20日。对油菜有效分枝数而言,仅覆膜条件下9月30日显著高于10月30日、11月10日和11月20日。同一播期下,覆膜油菜平均株高、平均有效分枝部位、平均主序长和平均有效角果数较不覆膜分别提高了9.04%、12.55%、8.13%和5.74%。说明,播期推迟较长不利于油菜除每角粒数外其他农艺性状的形成,且覆膜能有效提高油菜株高、主序长和有效角果数。

表1 播期和覆膜对油菜农艺性状的影响Table 1 Effects of sowing date and film mulching on agronomic characters of rapeseed

不同字母表示处理间在0.05水平差异显著,下同。Different letters indicate that there is significant difference between treatments at the level of 0.05,the same as below.图4 播期和覆膜对油菜干物质的影响Fig.4 Effects of sowing date and film mulching on dry matter of rapeseed

2.4 播期和覆膜对直播冬油菜产量的影响

对不同处理的油菜的产量分析(图5)可知,同一播期下覆膜均有利于油菜产量的形成,9月30日、10月10日、10月30日、11月10日和11月20日覆膜油菜产量分别较不覆膜提高3.61%、3.96%、13.19%、19.44%和44.47%,其中11月20日产量差异达显著水平。说明覆膜对油菜产量的影响同对干物质量的影响趋势一致,随播期推迟增产效果越明显。无论覆膜与否,产量排序均为10月10日>9月30日>10月30日>11月10日>11月20日,且9月30日和10月10日产量均显著高于10月30日、11月10日和11月20日,具体表现为:

图5 播期和覆膜对油菜产量的影响Fig.5 Effects of sowing date and film mulching on rapeseed yield

9月30日平均产量较10月30日、11月10日和11月20日增加,增幅为44.88%、70.56%和131.70%;10月10日平均产量较10月30日、11月10日和11月20日增加,增幅为47.97%、74.19%和136.64%。

从图6可以看出,油菜产量随播期的延迟呈先上升后下降趋势,且与播期呈显著多项式关系,说明播期是决定油菜产量的主要因素,适当延迟播期有利于油菜产量的形成,本试验中油菜最适播期为10月10日。

图6 播期与油菜产量的关系Fig.6 Relationship between sowing date and rapeseed yield

2.5 播期和覆膜对直播冬油菜品质的影响

从表2可以看出,仅播期对油菜亚油酸、亚麻酸、芥酸、硫苷和含油量影响显著,除亚油酸随播期推迟而升高外,其余品质指标均呈下降趋势。具体表现为:不覆膜条件下,11月20日油菜亚油酸较其他播期显著增加,增幅为6.06%～10.63%,9月30日、10月10日和10月30日油菜亚麻酸较11月10日和11月20日显著增加,增幅为6.42%～9.87%和6.55%～10.00%,9月30日和10月10日油菜芥酸较11月20日显著增加,增幅为45.70%和44.26%,9月30日油菜硫苷较其他播期显著增加,增幅为11.66%～28.13%,10月10日、10月30日油菜硫苷较11月20日显著增加,增幅为14.74%、13.12%,9月30日油菜含油率较11月10日、11月20日显著增加,增幅为4.58%、7.96%,10月10日、10月30日油菜含油率较11月20日显著增加,增幅为6.09%、5.42%;覆膜条件下,仅9月30日油菜亚麻酸显著高于11月20日。说明播期推迟能有效降低油菜亚麻酸、芥酸和硫苷含量,但同时也降低了油菜含油率,而覆膜有效降低了由于播期推迟造成的油菜品质差异。

3 讨 论

3.1 覆膜对直播冬油菜田间土壤温度的影响

土壤温度作为影响作物生长的重要环境因子之一,不仅直接调控作物生长发育,而且参与土壤中各种生物化学过程,是土壤热状况的综合表征指标[13-14]。前人研究表明,地膜覆盖能减少地表热量的散失,减缓地温降速,增温效果显著。如侯贤清等[15]发现,地膜覆盖0～25 cm,平均耕层土壤温度较不覆盖显著提高;侯慧芝等[16]表明,全膜微垄沟穴播和全膜覆土穴播0～25 cm土壤温度在苗期分别比露地穴播提高2.8和2.5 ℃,而灌浆—成熟期分别降低1.4和0.9 ℃。本研究发现,9月30日、10月10日、10月30日和11月10日覆膜0～25 cm土层的土壤温度分别较不覆膜提高0.1～0.6、0.2～0.8、0.1～0.3和0.1～0.9 ℃,与前人研究结论相似。此外,本研究中11月20日覆膜较不覆膜土壤温度降低0.6～1.8 ℃,可能与测量时油菜枝叶茂盛和土壤湿度较大有关[17]。

3.2 播期和覆膜对直播冬油菜干物质积累的影响

随播期推迟,油菜干物质量呈下降趋势[18],这与本研究结果一致。本研究发现,覆膜能够有效降低由于播期推迟造成的油菜干物质量差异。地膜覆盖可有效减少土壤水分的蒸发,天旱保墒、雨后提墒也能使土壤保持适宜的温度,使地温下降减缓、适温持续时间长[19-20]。当播期相差过大时,势必造成土壤温湿度的差异过大,而覆膜能够缓冲这种差异也被体现在油菜生长上。本研究也发现,覆膜也能提高油菜干物质量,这也与覆膜具有调温抗旱的作用有关。此外,随播期推迟,覆膜增加油菜干物质量的效果越明显,这是因为随着播期的推迟,油菜的土壤生长环境更恶劣,而此时覆膜恰能削弱这种不利环境对油菜生长的影响,从而加大了油菜干物质量的差异。

3.3 播期和覆膜对直播冬油菜农艺性状和产量的影响

播期是影响作物产量高低的主要因素之一[21],而适宜播期因不同地区环境条件和作物品种等方面的不同而有所差异。张宇等[11]研究表明,扬州地区油菜毯状苗最适播种期为9月15—25日,过早或过迟都不利于油菜产量的形成。然而杨泽鹏等[2]研究发现,川中丘陵区油菜的适宜播期为9月下旬,此时油菜抗倒伏能力最强。本研究表明,9月30日以后播种,油菜株高、主序长、有效分枝数和有效角果数均下降,且推迟过长下降显著,因此9月30日的产量显著高于10月30日、11月10日和11月20日。说明,在西南旱地油菜栽培中,9月30日以后过长推迟播期不利于油菜产量的提高。然而,在本研究发现,10月10日的千粒重高于9月30日,这也是10月10日油菜产量高于9月30日的原因。说明10月10日为西南地区油菜的最适播期。与杨泽鹏等[2]研究结果的差异可能是由于土壤类型的不同造成,杨泽鹏等[2]的试验土壤类型为稻田土,其水分含量相对较大,易造成油菜倒伏,从而影响油菜产量。而本试验为旱地紫色土,土壤水分较低,倒伏可能性大大降低,对油菜产量的影响也微乎其微,故在最适播期上存在较小差异。

覆膜也是提高作物产量的有效措施之一[22-23]。赵向田等[24]研究发现,半膜平作、半膜垄作、全膜平作和全膜垄作较不覆膜平作均促进了油菜个体发育,提高了油菜单株角果数、角粒数、产量和水分利用效率,其中以全膜垄作处理最为显著,产量较不覆膜平作增加34.05%,水分利用效率提高30.83%。本研究也证明覆膜能有效提高油菜株高、主序长和有效角果数,从而促进油菜产量的形成,且增产效果随播期推迟越明显,这与覆膜对干物质的影响原因相同。

3.4 播期和覆膜对直播冬油菜品质的影响

本研究结果表明,覆膜并未对油菜品质产生显著影响,这与王丹等[3]研究结果一致,膜侧沟播技术虽然能降低油菜籽中硫甙含量,增加菜籽含油量和蛋白质含量,但这种改善程度较小。钱钧等[25]通过播期试验表明,气温差是影响油菜籽粒品质形成的关键因子。本研究结果表明,播期对油菜亚油酸、亚麻酸、芥酸、硫苷和含油量均影响显著,播期推迟能有效降低油菜亚麻酸、芥酸和硫苷含量,但同时也降低了油菜含油率。这与李德富[26]在不同播期对油菜产量和品质的影响研究中提出的播期推迟,籽粒含油量降低,蛋白质含量会有所增加研究结果相近。

4 结 论

覆膜提高了0～25 cm土层的土壤温度,也促进了油菜干物质和农艺性状(株高、主序长和有效角果数)的形成,从而有效提升了油菜产量(3.61%～44.47%),且随播期的推迟增产效果越明显,播期推迟也有效降低了油菜亚麻酸、芥酸和硫苷含量。然而,播期推迟较长显著降低了油菜干物质量,不利于油菜农艺性状的形成,从而显著降低了油菜产量,也降低了油菜含油率,但覆膜能有效降低由于播期推迟而造成油菜品质的差异。总之,在播期为10月10日的基础上结合覆膜技术能保障茬口的顺利衔接,且实现西南旱地冬油菜高产、高效和优质的目标。