, 王龙昌, 马淑敏Influences of Rape Intercropping with Chinese Milk Vetch and Straw Mulching on Productive Benefits in Dryland of Southwest China
ZHOUQuan, WANGLong-Chang, MAShu-Min通讯作者:
收稿日期:2017-05-15
接受日期:2017-11-21
网络出版日期:2018-03-12
版权声明:2018作物学报编辑部作物学报编辑部
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油菜是中国重要的油料作物之一, 占油料作物种植面积的53.67%, 2015年全国油菜种植面积达7534 千ha, 其中西南地区占全国的28.4%[1]。目前, 西南地区季节性干旱仍然是限制油菜作物发展的重要因素, 秸秆覆盖作为一项常规的农艺措施, 已成为保障油菜产量的重要途径[2,3]。
我国最早有关紫云英间作油菜的报道出现在1955年, 蒋声和[4]发表题为“开辟油源的良好途径——绿肥田间作油菜”的文章, 指出推广绿肥田间作油菜可以充分利用地力, 发挥生产潜力, 既可以按照常年产量收获绿肥, 又能增加油料生产增加农民受益, 且不与粮棉争地。1957年又有****相继发表有关油菜与紫云英间混作的经验以及初步试验报告[5,6], 随后在1963年, 湖北省油料作物学会举行油菜豆科绿肥混种间作学术研讨会[7], 着重讨论了油菜绿肥(苕子、紫云英)混种和油菜蚕豆间作制度的形成和发展原因, 混种间作的效益及其理论依据, 混种间作的技术关键, 混种间作存在的问题及其解决途径等。但除了紫云英油菜间混作的相关生产经验, 一直没有更加深入的报道, 直到近年来才有****对其间混作系统的产量、密度效应和生理生态效应做了具体研究[8,9,10]。总的来看, 对绿肥紫云英间作油菜的研究多是经验之谈, 对其产量和生理效应的研究也是建立在稻油轮作的基础上。
我国“十三五”期间探索实行耕地轮作休耕制度, 给西南紫色土区的“旱三熟”种植模式提出严峻考验。西南地区旱地农田生态环境脆弱, 绿肥应用匮乏, 种植绿肥作物作为一项历史悠久的栽培措施, 是实现合理用地养地和抑制农田碳排放的重要途径[11,12,13], 最新研究发现豆科作物与芸薹属作物间作在提高农田生产力方面有很大潜力[14]。本文将冬季绿肥紫云英引入旱作农田, 重点研究紫云英油菜间作系统, 并与秸秆覆盖相结合, 探索西南地区旱地新的种植模式, 试图从油菜光合特征、农艺性状、生物量、根系形态、油菜品质及产量等方面探讨其带来的生产效益。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
重庆市北碚区西南大学教学试验农场, 多年平均降雨量1156.8 mm, 其中春、夏、秋、冬降雨量分别为全年的25.3%、46.8%、22.5%和5.4%, 年蒸发量1181.1 mm, 年日照时数在888.5~1539.6 h之间, 日照百分率仅为25%~35%, 冬季日照更少, 仅占全年的10%左右。试验期间, 2014年9月至2015年5月降雨量为470.4 mm, 2015年9月至2016年5月降雨量为768.9 mm, 期间无人工灌水。试验所用土壤为西南旱地紫色土, 地力相对均匀, 试验前土壤pH 6.30, 土壤含有机碳8.61 g kg-1、碱解氮80.38 mg kg-1、速效磷41.08 mg kg-1、速效钾106.20 mg kg-1。1.2 试验设计
于2014年至2016年共设2个试验。其中, 2014—2015年为试验I, 主要研究了根系互作与秸秆覆盖对油菜生长发育的影响; 2015—2016年为试验II, 研究间作紫云英与秸秆覆盖对油菜生物量及群体产量的影响。试验I: 在大田环境下采取桶栽试验, 绿肥作物为紫云英, 主作物为油菜, 于2014年11月4日播种, 2015年4月19日收获, 随机区组排列, 3×2双因素试验设计, 3次重复。设3种隔根方式: (1)完全隔根(F), 用塑料膜完全隔根, 无根系互作, 相当于单作; (2)部分隔根(P), 用120目尼龙网隔根, 根系部分互作, 养分互通, 相当于部分间作; (3)不隔根(N), 不隔根, 根系完全互作, 相当于完全间作。设2种覆盖方式: (1)无秸秆覆盖(T), 作物生长期内不进行秸秆覆盖; (2)秸秆覆盖(S), 于作物播种期用相当于3750 kg hm-2的水稻秸秆均匀覆盖(每桶0.15 kg)。共6个处理, 分别为FT (完全隔根+无秸秆覆盖)、FS (完全隔根+秸秆覆盖)、PT (部分隔根+无秸秆覆盖)、PS (部分隔根+秸秆覆盖)、NT (不隔根+无秸秆覆盖)、NS (不隔根+秸秆覆盖)。用160 L (高70 cm, 上口径57 cm, 下口径40 cm)钢化桶, 每桶装土50 kg, 施氮肥(N) 0.10 g kg-1, 磷肥(P2O5) 0.10 g kg-1, 钾肥(K2O) 0.10 g kg-1, 肥料为三洋牌16-16-16三元素复合肥, 于播种前将所有肥料与土混匀装桶, 分3行平行摆布, 行间距1 m × 1 m。每桶播种1行紫云英和1行油菜(行间距20 cm), 其中紫云英播种量为45 kg hm-2 (每桶0.15 g), 出苗后每桶留2株油菜(株距20 cm), 作物生长期间土壤相对含水量控制在60%左右。
试验II: 采取大田小区试验, 2015年10月1日播种, 2016年4月25日收获, 随机区组排列, 共设4个处理。(1) R为油菜单作+无秸秆覆盖, 采用宽窄行穴播方式, 株距20 cm, 宽行距80 cm, 窄行距20 cm, 作物生长期内不进行秸秆覆盖; (2) AR为紫云英油菜间作+无秸秆覆盖, 将紫云英撒播在宽行内, 播种
量为45 kg hm-2, 油菜穴播, 作物生长期内不进行秸秆覆盖; (3) SR为油菜单作+秸秆覆盖, 采用宽窄行穴播方式, 株距20 cm, 宽行距80 cm, 窄行距20 cm, 于作物播种期用3750 kg hm-2水稻秸秆均匀覆盖(11.25 kg 30 m-2); (4) SAR为紫云英油菜间作+秸秆覆盖, 将紫云英撒播在宽行内, 播种量为45 kg hm-2, 油菜穴播, 于作物播种期用3750 kg hm-2水稻秸秆均匀覆盖(11.25 kg 30 m-2)。试验为3次重复, 小区面积3.5 m × 7.8 m, 施肥、播种(移栽)等其他田间管理均按丰产栽培要求设计。施氮肥(N) 180 kg hm-2, 磷肥(P2O5) 180 kg hm-2, 钾肥(K2O) 180 kg hm-2, 肥料为三洋牌16-16-16三元素复合肥, 所有肥料均于播种前一次施入。将紫云英于开花期收割还田, 翻耕于宽行内, 此时油菜为角果期。
1.3 测定指标与方法
试验I: 油菜开花期(2015年3月19日)测定株高、根颈粗、叶片数、无柄叶数, 油菜收获期(2015年4月19日)测定一级有效分枝数、二级有效分枝数、单株角果数、根系形态、单株产量。将油菜全部根系连同土壤一起装入尼龙网, 用水冲洗干净后通过根系扫描仪(EPSON V750)小心将完整的根系图像存入计算机, 用WinRHIZO根系分析系统软件(Regent Instrument Inc., Canada)对总根长、总根体积、总根表面积、平均根系直径、根尖数、分枝数、交叉数等进行定量分析。油菜籽风干后, 分别测定单株籽粒重量。试验II: 主要测定油菜苗期光合特征、不同时期各器官生物量、油菜品质以及群体产量。油菜苗期、蕾薹期和开花期, 在各小区普查50株的株高作为计算的依据, 然后用平均法在各小区随机选取有代表性的5株, 在苗期晴天8:00—10:00选择作物完全展开并接受阳光充足的叶片, 用Li-6400XT便携式光合仪测定净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率以及叶片水分利用效率等。苗期、蕾薹期和开花期将植株完整取回, 根、茎、叶分离洗净后在105℃下杀青45 min, 80℃烘干称重。收获后将油菜籽风干称重, 测定各小区实际产量。
1.4 统计分析
用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0软件进行数据整理、分析, 采用General Linear Model进行单变量双因素方差分析, 采用Duncan’s新复极差法多重比较。在相关分析的基础上, 进一步对与产量显著或极显著相关的指标进行灰色关联分析。选择油菜的
株高、根颈粗、叶片数、无柄叶数、一级有效分枝数、二级有效分枝数、单株角果数、总根表面积、总根体积等9个主要性状为评判内容, 并确定性状最优值。对各性状平均值作无量纲化处理, 由于各性状越大越好, 采用上限效果测度。
$X_{i}^{k}$=$\frac{x_{i}^{k}}{\underset{i}{\mathop{\max }}\,x_{i}^{k}}$ (1)
关联系数
${{\xi }_{i}}(k)=\frac{\underset{i}{\mathop{\min }}\,\underset{k}{\mathop{\min }}\,\left| {{X}_{0}}(k)-{{X}_{i}}(k) \right|+\rho \underset{i}{\mathop{\max }}\,\underset{k}{\mathop{\max }}\,\left| {{X}_{0}}(k)-{{X}_{i}}(k) \right|}{\left| {{X}_{0}}(k)-{{X}_{i}}(k) \right|+\rho \underset{i}{\mathop{\max }}\,\underset{k}{\mathop{\max \left| {{X}_{0}}(k)-{{X}_{i}}(k) \right|}}\,}$
k=1, 2, 3, …, n; i=1, 2, 3, …, n (2)
关联度${{\gamma }_{i}}=\frac{1}{n}\sum\limits_{k=1}^{n}{{{\xi }_{i}}(k),\ k}$=1, 2, 3, …, n (3)
权重系数${{\omega }_{i(\gamma )}}=\frac{1}{n}\sum\limits_{i=1}^{n}{{{\gamma }_{i}},\ i}$=1, 2, 3, …, n (4)
灰色综合评判值$G_{i}^{k}=\sum\limits_{i=1}^{n}{({{\xi }_{i}}\times {{\omega }_{i(\gamma )}})},\ i$=1, 2, 3, …, n (5)
式中, $X_{i}^{k}$表示第k个处理第i个性状观察值; $\underset{i}{\mathop{\max }}\,x_{i}^{k}$表示第i个性状在所有品种中的最大值; $\underset{i}{\mathop{\min }}\,x_{i}^{k}$表示第i个性状在所有品种中的最小值。$\underset{i}{\mathop{\min }}\,\underset{k}{\mathop{\min }}\,\left| {{X}_{0}}(k)-{{X}_{i}}(k) \right|$为二级最小差, $\underset{i}{\mathop{\max }}\,\underset{k}{\mathop{\max }}\,$ $\left| {{X}_{0}}(k)-{{X}_{i}}(k) \right|$为二级最大差, ρ为分辨系数(取值0.5)。
2 结果与分析
2.1 间作紫云英和秸秆覆盖对油菜农艺性状的影响
由图1可知, 不同处理对油菜根颈粗、叶片数、无柄叶数、一级有效分枝数和二级有效分枝数均有显著影响(P<0.05)。在秸秆覆盖条件下间作紫云英显著增加了根颈粗, 间作紫云英和秸秆覆盖均可显著增加叶片数和无柄叶数, 同时在秸秆覆盖条件下间作紫云英可显著增加有效分枝数。另外, 不论是否秸秆覆盖, 间作紫云英均可显著增加油菜单株角果数。可见, 间作紫云英和秸秆覆盖可改善油菜农艺性状, 进而提高油菜单株角果数, 使油菜增产。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1间作紫云英和秸秆覆盖对油菜农艺性状的影响(2014-2015)
F: 完全隔根; P: 部分隔根; N: 不隔根; T: 无秸秆覆盖; S: 秸秆覆盖。图柱上不同字母表示在0.05水平上差异显著。
-->Fig. 1Effects of intercropping Chinese milk vetch and straw mulching on agronomic traits of rape (2014-2015)
F: full root separation with plastic film; P: partial root separation with nylon nets; N: no root separation; T: no straw mulching; S: straw mulching. Bars superscribed by different letters are significantly different at P<0.05.
-->
2.2 间作紫云英和秸秆覆盖对油菜根系形态的影响
由图2可知, 间作紫云英和秸秆覆盖对油菜根系形态影响显著(P<0.05), 可显著提高油菜的总根体积和总根表面积, 秸秆覆盖则可显著提高油菜的平均根系直径, 说明间作紫云英和秸秆覆盖均可改善油菜根系形态。另外, 无秸秆覆盖时间作紫云英的油菜总根长、根尖数、分枝数和交叉数则显著高于秸秆覆盖时的油菜总根长、根尖数、分枝数和交叉数, 说明间作紫云英相比秸秆覆盖更能促进油菜根尖生长以及根系发育。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2间作紫云英和秸秆覆盖对油菜根系形态的影响(2014-2015)
F: 完全隔根; P: 部分隔根; N: 不隔根; T: 无秸秆覆盖; S: 秸秆覆盖。图柱上不同字母表示在0.05水平上差异显著。
-->Fig. 2Effects of intercropping Chinese milk vetch and straw mulching on root morphology of rape (2014-2015)
F: full root separation with plastic film; P: partial root separation with nylon nets; N: no root separation; T: no straw mulching; S: straw mulching. Bars superscribed by different letters are significantly different at P<0.05.
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2.3 间作紫云英和秸秆覆盖对油菜苗期光合特征的影响
由表1可知, 间作紫云英和秸秆覆盖提高了油菜苗期的光合速率, 其中在两者共同作用下的光合速率与单作相比差异显著(P<0.05)。另外, 不同处理均提高了油菜叶片的气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率, 其中秸秆覆盖下油菜叶片的气孔导度和蒸腾速率与油菜单作相比差异显著(P<0.05)。分析发现, 秸秆覆盖不能提高油菜苗期叶片的水分利用效率, 而间作紫云英和两者的共同作用均可提高其水分利用效率, 相比油菜单作分别提高了31.12%和39.89%。Table 1
表1
表1间作紫云英和秸秆覆盖对油菜苗期光合特征的影响(2015-2016)
Table 1Effects of intercropping Chinese milk vetch and straw mulching on photosynthetic characteristics at seedling stage (2015-2016)
| 处理 Treatment | 净光合速率 Net photosynthetic rate (Pn) (μmol m-2 s-1) | 气孔导度 Stomatal conductance (Gs) (mol m-2 s-1) | 胞间CO2浓度 Intercellular CO2 concentration (Ci) (μmol mol-1) | 蒸腾速率 Transpiration rate (Tr) (mmol m-2 s-1) | 水分利用效率 Water use efficiency (WUE) (mmol mol-1) |
|---|---|---|---|---|---|
| 油菜单作+无秸秆覆盖R | 6.77±0.77 b | 0.12±0.06 b | 300.01±70.23 a | 0.58±0.24 b | 8.90±1.19 a |
| 紫云英油菜间作+无秸秆覆盖AR | 7.60±0.51 ab | 0.15±0.06 ab | 326.96±29.01 a | 0.69±0.20 ab | 11.67±3.35 a |
| 油菜单作+秸秆覆盖SR | 8.12±1.33 ab | 0.26±0.04 a | 376.22±18.91 a | 1.06±0.17 a | 7.89±2.54 a |
| 紫云英油菜间作+秸秆覆盖SAR | 8.74±0.51 a | 0.15±0.05 ab | 332.07±32.96 a | 0.73±0.19 ab | 12.45±2.78 a |
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2.4 间作紫云英和秸秆覆盖对油菜生物量的影响
由图3可知, 不同处理对油菜苗期生物量影响很小, 对油菜蕾薹期和开花期生物量影响显著(P<0.05)。在间作紫云英和秸秆覆盖的共同作用下, 油菜蕾薹期和开花期的根、茎、叶生物量均显著高于油菜单作。尤其对于茎和叶, 不论是间作紫云英还是秸秆覆盖, 亦或是两者的共同作用, 均可显著提高油菜开花期的茎、叶生物量。生物量的提高说明间作紫云英和秸秆覆盖提高了油菜蕾薹期和开花期的干物质积累, 促进了油菜的营养生长。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图3间作紫云英和秸秆覆盖对油菜生物量的影响(2015-2016)
R: 油菜单作+无秸秆覆盖; AR: 紫云英油菜间作+无秸秆覆盖; SR: 油菜单作+秸秆覆盖; SAR: 紫云英油菜间作+秸秆覆盖。图柱上不同字母表示在0.05水平上差异显著。
-->Fig. 3Effects of intercropping Chinese milk vetch and straw mulching on biomass of rape (2015-2016)
R: rape monoculture + no straw mulching; AR: rape intercropping with Chinese milk vetch + no straw mulching; SR: rape monoculture + straw mulching; SAR: rape intercropping with Chinese milk vetch + straw mulching. Bars superscribed by different letters are significantly different at P<0.05.
-->
2.5 间作紫云英和秸秆覆盖对油菜品质的影响
由图4可知, 间作紫云英和秸秆覆盖对油菜籽含油量、蛋白质含量以及硫苷含量均无显著影响(P<0.05)。分析油菜籽所含的10种脂肪酸发现(表2), 间作紫云英和秸秆覆盖对低芥酸、高芥酸、高油酸、花生烯酸、芥酸、油酸含量均无显著影响, 但对亚麻酸、亚油酸、硬脂酸以及棕榈酸影响显著(P<0.05)。其中, 秸秆覆盖显著降低了油菜籽亚麻酸含量, 间作紫云英、秸秆覆盖以及二者的共同作用显著降低了油菜籽硬脂酸含量, 秸秆覆盖下间作紫云英与单纯的秸秆覆盖相比, 显著提高了油菜籽亚油酸含量, 秸秆覆盖下间作紫云英还显著提高了油菜籽棕榈酸含量。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图4间作紫云英和秸秆覆盖对油菜含油量、蛋白质和硫苷含量的影响(2015-2016)
R: 油菜单作+无秸秆覆盖; AR: 紫云英油菜间作+无秸秆覆盖; SR: 油菜单作+秸秆覆盖; SAR: 紫云英油菜间作+秸秆覆盖。图柱上不同字母表示在0.05水平上差异显著。
-->Fig. 4Effects of intercropping Chinese milk vetch and straw mulching on oil content, protein and glucosinolates content of rape (2015-2016)
R: rape monoculture + no straw mulching; AR: rape intercropping with Chinese milk vetch + no straw mulching; SR: rape monoculture + straw mulching; SAR: rape intercropping with Chinese milk vetch + straw mulching. Bars superscripted by different letters are significantly different at P<0.05.
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Table 2
表2
表2间作紫云英和秸秆覆盖对油菜脂肪酸的影响(2015-2016)
Table 2Effects of intercropping Chinese milk vetch and straw mulching on fatty acids of rape (2015-2016) (%)
| 脂肪酸 Fatty acid | 油菜单作+ 无秸秆覆盖R | 紫云英油菜间作+ 无秸秆覆盖AR | 油菜单作+ 秸秆覆盖SR | 紫云英油菜间作+ 秸秆覆盖SAR |
|---|---|---|---|---|
| 低芥酸Low erucic acid | 0.29±0.28 a | 0.30±0.23 a | 0.12±0.09 a | 0.40±0.14 a |
| 高芥酸High erucic acid | 9.14±0.16 a | 6.17±4.50 a | 5.13±3.73 a | 8.15±4.08 a |
| 高油酸High oleic acid | 62.73±0.94 a | 62.02±0.14 a | 61.47±1.23 a | 61.51±0.66 a |
| 花生烯酸Arachidonic acid | 3.04±0.60 a | 3.22±0.66 a | 3.47±1.37 a | 3.62±0.47 a |
| 芥酸Erucic acid | 5.18±0.52 a | 4.33±1.45 a | 3.14±1.84 a | 5.49±2.11 a |
| 亚麻酸Linolenic acid | 9.05±0.32 a | 8.56±0.28 ab | 8.49±0.16 b | 8.88±0.08 ab |
| 亚油酸Linoleic acid | 21.85±0.67 ab | 21.29±0.62 ab | 20.76±0.25 b | 22.32±1.06 a |
| 硬脂酸Stearic acid | 0.57±0.11 a | 0.40±0.13 b | 0.36±0.11 b | 0.38±0.16 b |
| 油酸Oleic acid | 55.54±1.20 a | 58.23±2.83 a | 59.60±2.06 a | 55.38±1.84 a |
| 棕榈酸Palmitic acid | 4.66±0.09 b | 4.78±0.03 ab | 4.86±0.24 ab | 4.90±0.08 a |
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2.6 间作紫云英和秸秆覆盖对油菜产量的影响
由图5可知, 间作紫云英条件下的油菜单株产量显著高于单作(P<0.05), 随着间作程度的增加油菜单株产量也随之增加, 同时在秸秆覆盖下表现的更为明显。无秸秆覆盖时, 部分间作和完全间作的油菜单株产量分别比单作时提高59.13%和49.91%; 有秸秆覆盖时, 部分间作和完全间作的油菜单株产量分别比单作时提高50.91%和72.06%。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图5间作紫云英和秸秆覆盖对油菜单株产量的影响(2014-2015)
F: 完全隔根; P: 部分隔根; N: 不隔根; T: 无秸秆覆盖; S: 秸秆覆盖。图柱上不同字母表示在0.05水平上差异显著。
-->Fig. 5Effects of intercropping Chinese milk vetch and straw mulching on yield per plant of rape (2014-2015)
F: full root separation with plastic film; P: partial root separation with nylon nets; N: no root separation; T: no straw mulching; S: straw mulching. Bars superscripted by different letters are significantly different at P<0.05.
-->
由图6可知, 在间作紫云英和秸秆覆盖的共同作用下, 油菜群体产量显著高于油菜单作(P<0.05)。其中, 单作油菜的产量为2059.65 kg hm-2, 间作紫云英的油菜产量为2271.75 kg hm-2, 比油菜单作提高了10.30%; 秸秆覆盖下油菜产量为2331.45 kg hm-2, 比油菜单作提高了13.20%; 间作紫云英和秸秆覆盖共同作用下油菜产量为2886.75 kg hm-2, 比油菜单作提高了40.16%。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图6间作紫云英和秸秆覆盖对油菜群体产量的影响(2015-2016)
R: 油菜单作+无秸秆覆盖; AR: 紫云英油菜间作+无秸秆覆盖; SR: 油菜单作+秸秆覆盖; SAR: 紫云英油菜间作+秸秆覆盖。图柱上不同字母表示在0.05水平上差异显著。
-->Fig. 6Effects of intercropping Chinese milk vetch and straw mulching on population yield of rape (2015-2016)
R: rape monoculture + no straw mulching; AR: rape intercropping with Chinese milk vetch + no straw mulching; SR: rape monoculture + straw mulching; SAR: rape intercropping with Chinese milk vetch + straw mulching. Bars superscribed by different letters are significantly different at P<0.05.
-->
2.7 油菜产量与农艺性状、根系形态的相关分析
由表3可知, 油菜单株产量与各农艺性状之间呈正相关, 其中与株高呈显著相关(P<0.05), 与其他农艺性状呈极显著相关(P<0.01)。同时, 油菜单株产量与总根表面积、平均根系直径、总根体积的正相关性较大, 与总根长、根尖数、分枝数和交叉数的相关性较小, 其中与总根表面积呈显著相关(P<0.05), 与总根体积呈极显著相关(P<0.01)。Table 3
表3
表3油菜单株产量与农艺性状、根系形态的相关系数
Table 3Correlation coefficients of agronomic traits and root morphological parameters with yield of rape
| 农艺性状 Agronomic trait | 单株产量 Yield per plant | 根系形态 Root morphology | 单株产量 Yield per plant |
|---|---|---|---|
| 株高Plant height | 0.578* | 总根长Total root length | -0.009 |
| 根颈粗Diameter of root crown | 0.827** | 总根表面积Total root surfarea | 0.493* |
| 叶片数Leaf number | 0.770** | 平均根系直径Average root diameter | 0.426 |
| 无柄叶数Sessile leaf number | 0.774** | 总根体积Total root volume | 0.659** |
| 一级有效分枝数Primary effective branch number | 0.679** | 根尖数Tips | 0.089 |
| 二级有效分枝数Secondary effective branch number | 0.723** | 分枝数Forks | 0.046 |
| 单株角果数Number of pods per plant | 0.880** | 交叉数Crossings | -0.066 |
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2.8 油菜各性状的灰色关联评判
由表4可知, 通过对油菜产量有显著相关或极显著相关的农艺性状和根系形态进行灰色评判分析发现, 不同处理间的灰色综合评判值为NS>PS> NT>PT>FS>FT, 总体规律表现为间作优于单作, 秸秆覆盖优于无秸秆覆盖。说明间作紫云英和秸秆覆盖的条件下可以使油菜农艺性状和根系形态更接近最优状态。Table 4
表4
表4不同处理间油菜农艺性状、根系形态的灰色评判分析
Table 4Grey judgement analysis of agronomic traits and root morphology
| 处理 Treatment | 关联系数 Correlation coefficient (ξ) | 灰色综合 评判值 G | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 株高 PH | 根颈粗 DRB | 叶片数 LN | 无柄叶数 SLN | 一级有效分枝数 PEBN | 二级有效分枝数 SEBN | 单株角果数 NPP | 总根表面积 TRS | 总根体积 TRV | ||
| FT | 0.807 | 0.531 | 0.375 | 0.357 | 0.572 | 0.333 | 0.386 | 0.495 | 0.364 | 0.483 |
| FS | 0.735 | 0.584 | 0.468 | 0.439 | 0.625 | 0.421 | 0.425 | 0.478 | 0.477 | 0.526 |
| PT | 0.875 | 0.598 | 0.548 | 0.528 | 0.597 | 0.629 | 0.517 | 0.765 | 0.500 | 0.627 |
| PS | 0.875 | 0.852 | 0.981 | 1.000 | 0.769 | 1.000 | 0.979 | 0.652 | 0.735 | 0.870 |
| NT | 0.847 | 0.657 | 0.597 | 0.608 | 0.816 | 0.629 | 0.683 | 1.000 | 0.544 | 0.718 |
| NS | 1.000 | 1.000 | 1.000 | 0.959 | 1.000 | 0.884 | 1.000 | 0.762 | 1.000 | 0.957 |
| 关联度DA (γ) | 0.856 | 0.704 | 0.662 | 0.649 | 0.730 | 0.649 | 0.665 | 0.692 | 0.603 | |
| 权重系数WC (ω) | 0.138 | 0.113 | 0.107 | 0.104 | 0.118 | 0.105 | 0.107 | 0.111 | 0.097 | |
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3 讨论
豆科作物与芸薹属作物间作可以提高作物产量的稳定性, 增加作物氮素吸收和水分利用效率[15,16]。具体到豆科作物与油菜间作, 也的确可以提高其产量, 肖靖秀等[17]通过研究蚕豆与油菜的间作系统, 发现间作可以提高油菜产量15.6%~44.5%, 而且提高了油菜地上部氮的吸收, 同时出现明显的边行效应, 这主要是源于油菜对光热资源的竞争优势以及根系互作的促进作用[18]。本研究表明, 紫云英与油菜间作明显改善了油菜的生长状况, 使油菜增产, 这与一些****的研究结果一致[8,10]。从紫云英与油菜的间作优势和种间竞争力来看, 油菜的竞争力强于紫云英, 油菜是优势作物, 紫云英处于劣势[10]。间作优势的作物生态基础主要有两个方面, 一是地上部光、热资源的充分利用, 二是地下部水分和养分资源的充分利用[19,20]。由此, 对油菜和紫云英间作来讲, 一方面两者生态位互补拓宽了资源和养分利用的空间[21], 油菜的茎直立, 地上部高大舒展, 相比草本绿肥紫云英更能充分接受光温等资源, 同时油菜是直根系, 紫云英是须根系, 二者结合也能更充分利用土壤养分资源; 另一方面根系分泌物等之间的相互作用也可能是间作紫云英促进油菜生长的原因之一[21]。对于油菜间作系统而言, 覆盖作物对生化物质(可溶性组分、纤维素、半纤维素、木质素和灰分等)的残留、土壤水分含量或者小气候等因素产生影响[22], 这些因素对矿化作用的控制很重要, 也会影响油菜的生长。本研究还发现, 在紫云英间作油菜的同时, 秸秆覆盖可以进一步提高油菜的增产幅度。目前的研究已经表明秸秆覆盖对油菜的营养生长和生殖生长有显著促进作用, 可显著提高油菜的株高, 增加分枝数和花序数, 进而增加油菜产量[3]。赵小蓉等在成都平原区两熟制稻田(油菜)研究发现, 秸秆覆盖措施有利于提高油菜产量, 而且免耕覆盖的增产效果更明显, 并发现土壤含水率的提高是油菜增产的主要原因[2]。因此, 从间作和秸秆覆盖两个因素来看, 间作紫云英可能主要通过根系互作产生根系分泌物来促进油菜生长发育[23], 秸秆覆盖则可能主要通过改善土壤水分、调节土壤温度和增加作物水分利用效率来促进油菜生长发育[24,25]。
从本研究油菜生长的角度来看, 紫云英和秸秆覆盖促进油菜增产的原因则主要是提高了油菜的光合作用强度, 提高了油菜的干物质积累, 改善了油菜农艺性状, 改善了油菜根系形态, 尤其是增加了总根表面积和总根体积。光合作用强度的提高为油菜干物质的积累奠定了基础, 最终表现为生殖生长阶段油菜农艺性状的改善; 同时, 油菜根系形态的改善, 尤其是总根表面积和总根体积增加, 则直接促进了作物对土壤养分的吸收。
总体来看, 本研究主要探讨间作和秸秆覆盖的当季生产效应, 而且主要集中在作物的产量性状上, 在今后的研究中需要进一步向其他方面深入, 比如, 间作紫云英产生的何种根系分泌物对油菜生长产生影响, 间作紫云英和秸秆覆盖是如何影响油菜对土壤养分的吸收利用的, 间作紫云英和秸秆覆盖对后季作物的效应, 紫云英是否适合覆盖还田以及紫云英覆盖还田的效应, 等等。
4 结论
间作紫云英和秸秆覆盖可以改善油菜的根颈粗、叶片数、有效分枝数和单株角果数等农艺性状, 并通过提高油菜根系总根长、总根体积、总根表面积和平均根系直径等来改善油菜根系形态。间作紫云英和秸秆覆盖提高了油菜苗期光合作用强度, 显著增加了蕾薹期和开花期的根、茎、叶的生物量积累, 改善了油菜农艺性状, 增加了油菜总根表面积和总根体积, 提高了油菜单株产量和群体产量, 但对油菜品质的影响较小。在西南地区旱地, 间作紫云英是提高油菜产量的可行途径, 且结合秸秆覆盖的生产效益更明显。The authors have declared that no competing interests exist.
作者已声明无竞争性利益关系。
参考文献 原文顺序
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文中引用次数倒序
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