李小勇 周 敏 王 濤 張 蘭 周廣生 蒯 婕,* 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 湖北武漢 430070; 沙洋縣植物保護(hù)站, 湖北沙洋 44800

油菜是我國重要的油料作物之一, 具有發(fā)展?jié)摿Υ蟆⒂猛緩V、適應(yīng)性強(qiáng)等特性[1]。但機(jī)械化生產(chǎn)水平低、勞動力成本增加及生產(chǎn)效益降低導(dǎo)致油菜種植面積逐漸下降[2]。 油菜機(jī)械收獲是機(jī)械化生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)[3], 但目前收獲面積僅為機(jī)耕面積的30.8%[4], 作業(yè)效率低、籽粒損失嚴(yán)重是機(jī)械化收獲不能得以推廣的主要原因, 而倒伏和裂角是影響機(jī)械收獲的關(guān)鍵因素[5-7]。成熟期角果開裂會給生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失[8], 產(chǎn)量降低約 10%～20%[9-10], 同時不利于機(jī)械化收獲[3,11]。倒伏使作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低[12],也增加了機(jī)械收獲的難度[13]?；ê?0 d前后是油菜倒伏較嚴(yán)重的時期, 可減產(chǎn)7%～35%[14-15]。

倒伏和裂角是由作物自身與外界壞境共同作用的結(jié)果[7], 兩者均以遺傳為主[16-17], 合理的栽培管理措施可通過改善植株和角果形態(tài)來緩解莖稈倒伏及角果開裂[18]。種植密度是作物高產(chǎn)栽培重要途徑,同時也影響著作物倒伏和裂角的發(fā)生。種植密度對油菜產(chǎn)量有密切影響[19-20]。研究表明, 種植密度主要通過影響油菜產(chǎn)量構(gòu)成因素來影響實際產(chǎn)量, 適當(dāng)密植, 可增加群體葉面積指數(shù)和光能利用率, 同時協(xié)調(diào)好群體和個體之間的矛盾, 提高產(chǎn)量[21-22]。作物倒伏與種植密度有較大相關(guān)性[23], 多數(shù)研究均表明, 倒伏與密度呈極顯著正相關(guān)[24], 種植密度過高, 油菜株高降低, 莖稈單位長度抗折力減小, 油菜根頸粗減小, 倒伏指數(shù)逐漸增大[25]; 對油菜而言,在一定范圍內(nèi)增加種植密度, 減輕倒伏[26]。合理密植可影響植株性狀, 調(diào)節(jié)油菜單株生長與環(huán)境之間的矛盾, 改良油菜角果農(nóng)藝性狀進(jìn)而提高角果抗裂角能力, 不同品種角果抗裂角指數(shù)在不同種植密度下有所差異, 適宜種植密度下可表現(xiàn)出較強(qiáng)的角果抗裂性[27]。

前人關(guān)于密度對油菜倒伏發(fā)生及產(chǎn)量影響的研究較多, 但很少研究密度對倒伏發(fā)生部位的影響,關(guān)于種植密度對角果抗裂角指數(shù)的影響主要針對主莖角果, 而很少涉及分枝角果。本試驗主要研究不同密度處理對不同品種油菜產(chǎn)量及莖稈倒伏發(fā)生部位的影響, 分別選取主莖和分枝角果進(jìn)行抗裂角指數(shù)鑒定, 研究不同密度對其影響, 為指導(dǎo)油菜機(jī)械化生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點、材料及土壤狀況

試驗地在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)基地, 前茬為水稻, 9月上旬收獲, 采用翻耕直播方式。2014年土壤含堿解氮 111.26 mg kg–1、速效磷 14.39 mg kg–1、速效鉀154.45 mg kg–1; 2015年土壤含堿解氮 133.12 mg kg–1、速效磷 17.16 mg kg–1、速效鉀 145.89 mg kg–1。

1.2 試驗設(shè)計

采用裂區(qū)試驗設(shè)計, 以抗倒性、裂角性差異顯著的2個品種為主區(qū), 分別是甘藍(lán)型雜交種華油雜9號和甘藍(lán)型常規(guī)品種中雙11; 4個密度為裂區(qū), 分別為 15 萬株 hm–2(D1)、30 萬株 hm–2(D2)、45 萬株hm–2(D3)、60萬株 hm–2(D4)。2014年 9月 20日和2015年9月22日采用點直播方式播種, 三葉期至五葉期定苗, 2015年5月4日和2016年5月7日收獲。各小區(qū)用肥一致, 整地前施用 750 kg hm–2復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O = 15%∶15%∶15%)和 15 kg hm–2硼砂作基肥, 五葉期施用 225 kg hm–2尿素(含氮量46%)作苗肥, 薹期施用150 kg hm–2尿素作薹肥。小區(qū)面積為20 m2(2 m×10 m), 每處理設(shè)3個重復(fù)。采用“三溝”配套, 廂溝、腰溝均寬0.20 m、深0.20 m,圍溝寬0.20 m、深0.30 m。出苗后去窩堆苗, 三葉期至五葉期定苗。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成 取成熟期各小區(qū)連續(xù)10株, 考察單株有效角果數(shù)、每角果粒數(shù)、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo), 以小區(qū)實收計產(chǎn)。

1.3.2 倒伏相關(guān)指標(biāo) 選擇成熟期 20株倒伏油菜, 測定其倒伏發(fā)生部位, 以油菜基部至倒伏發(fā)生點的距離(cm)表示。在成熟期取10株油菜, 量取一次有效分枝部位高度, 除去縮頸段后, 將其平均分為4段(標(biāo)記為1、2、3、4段, 以離地面最近段為第1段, 依次向上, 接近分枝的一段為第4段), 采用浙江托普儀器有限公司生產(chǎn)的YYD-1莖稈強(qiáng)度測定儀分別測定四段中間部位抗折力。

倒伏指數(shù)(cm g g–1) = 高度(cm)×鮮重(g)/抗折力(g)。此處高度與鮮重為測定莖段至植株頂部對應(yīng)高度與鮮重, 抗折力為該段中間抗折力。

一次有效分枝為主莖上第1個具有1個以上有效角果的分枝。子葉節(jié)是指胚軸上子葉所著生的節(jié)。株高以子葉節(jié)至植株頂端的高度表示; 地上部分鮮重為植株子葉節(jié)以上部分鮮重, 105°C殺青, 80°C烘干至恒重后稱重, 即為地上部分干重。

1.3.3 角果相關(guān)指標(biāo)

(1) 抗裂角性: 各小區(qū)角果處于黃熟期(終花后45 d左右)時, 隨機(jī)取10～20株油菜角果, 將主莖角果和各分枝角果分開, 分別置網(wǎng)袋中, 懸掛于通風(fēng)處陰干30 d, 測定抗裂角指數(shù)。

在Morgan等[8]隨機(jī)碰撞法基礎(chǔ)上優(yōu)化, 使用武漢中科科儀技術(shù)發(fā)展有限公司的HQ45Z型搖床, 將20個角果和8個直徑為14 mm的不銹鋼鋼珠放入內(nèi)徑14.8 cm、高7.4 cm圓柱型塑料容器中, 設(shè)置搖床轉(zhuǎn)速280 r min–1, 振幅為24 mm, 震蕩10 min, 期間每2 min記錄1次破裂角果數(shù)。重復(fù)測定3次, 取平均值。

式中, Xi為第i次炸裂的角果數(shù)(1≤i≤5), 則抗裂角指數(shù)(PSRI)=1–PSI

(2) 角果殼含水量和干重: 標(biāo)記初花期每小區(qū)20株油菜主莖當(dāng)天開放花蕾。在花后21 d開始取樣,每 7天取樣一次, 稱量角果殼鮮重, 于 105°C殺青,80°C烘至恒重稱量其干重, 計算角果殼含水量、干物質(zhì)。果殼含水量(%)=[(W1–W2)/W2]×100% (式中,W1、W2分別為角果殼鮮重和干重)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 10.0軟件統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)、Origin 9.0軟件作圖。采用最小顯著差法(least significant difference, LSD)比較處理間差異顯著性。

表1 密度對油菜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 1 Effect of density on yield and yield components of rapeseed

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀

2.1.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成 由表 1可知, 隨油菜種植密度增加, 單株有效角果數(shù)和每角果粒數(shù)均呈降低趨勢, 在D1密度下, 各處理達(dá)最大值, 兩品種2年變化趨勢一致。中雙11千粒重隨種植密度增加, 先增加后降低, D2密度時最大, 華油雜9號千粒重均隨種植密度增加而逐漸增加, D4密度時值最大; 隨著種植密度的增加, 產(chǎn)量先增加后降低。方差分析表明, 除千粒重在不同年份間變化不顯著外, 年份、品種和密度對其他產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響均達(dá)極顯著水平, 且部分指標(biāo)受其互作影響達(dá)極顯著水平。

2.1.2 成熟期農(nóng)藝性狀 如表 2所示, 隨著種植密度的增加, 根頸粗、株高、分枝數(shù)呈減小趨勢, 且均在 D1密度下達(dá)到最大值; 分枝高度則隨密度增加而升高, 品種間、年際間變化趨勢一致。方差分析表明, 密度對結(jié)角起點影響不顯著, 其他指標(biāo)受年份、品種和密度的影響顯著, 且部分指標(biāo)受其互作效應(yīng)的影響達(dá)顯著或極顯著水平。

表2 密度對油菜成熟期農(nóng)藝性狀的影響Table 2 Effect of density on agronomic traits at maturity of rapeseed

2.2 莖稈倒伏

2.2.1 倒伏部位 由圖 1可知, 隨種植密度的增加, 莖稈倒伏部位先增高后降低, 在D2密度下倒伏部位最高, 兩品種規(guī)律相同, 且兩年結(jié)果相同。在較低密度下, 下部莖稈粗壯, 植株上部生長過于旺盛,倒伏發(fā)生部位較高; 密度過大時, 莖稈較細(xì), 倒伏發(fā)生部位降低。

2.2.2 莖稈不同部位倒伏指數(shù) 由表 3可知, 中雙11倒伏指數(shù)隨密度增加而增加, 2年變化趨勢一致; 華油雜9號倒伏指數(shù)在2014—2015年度隨種植密度增加而增加, 在2015—2016年度則隨種植密度增加呈先增加后降低趨勢, 在 D3處理下倒伏指數(shù)最大, 2個品種整體表現(xiàn)為各段平均倒伏指數(shù)在D3、D4密度下高于D1、D2密度。通過分析分枝以下四段倒伏指數(shù)可知, 低密度(D1、D2)種植條件下, 從第1段到第4段倒伏指數(shù)逐漸增大, 第4段倒伏指數(shù)最大, 為易倒伏部位, 在較高密度(D3、D4)種植條件下,各段倒伏指數(shù)呈單峰曲線變化趨勢, 表現(xiàn)為第2、第3段倒伏指數(shù)較大。

圖1 不同密度下油菜倒伏發(fā)生部位Fig. 1 Lodging sites at different planting densities of rapeseed

表3 密度對油菜莖稈不同部位倒伏指數(shù)的影響Table 3 Effect of density on lodging index at different parts of rapeseed stems

2.3 角果抗裂角指數(shù)及相關(guān)指標(biāo)

2.3.1 抗裂角指數(shù) 由圖 2可知, 主莖角果抗裂性強(qiáng)于分枝角果, 在 4個種植密度下, 抗裂角指數(shù)表現(xiàn)為中雙11＞華油雜9號, 兩年變化趨勢相同。不同密度處理可顯著影響角果抗裂角指數(shù), 且對主莖及分枝角果的影響不同。中雙11主莖角果抗裂角指數(shù)隨種植密度的增大呈降低趨勢, 而華油雜 9號呈先增加后降低趨勢, 在D2處理下, 抗裂角指數(shù)達(dá)最大值。2個品種不同密度相同分枝, 抗裂角指數(shù)均隨種植密度增加呈降低趨勢。相同種植密度, 不同分枝, 抗裂角指數(shù)整體上隨分枝高度的降低呈先增加后降低趨勢。

圖2 密度對油菜角果抗裂角指數(shù)的影響Fig. 2 Effect of plant density on pod shattering resistance of rapeseed

2.3.2 角果殼重和含水量 中雙 11角果殼干重高于華油雜 9號(圖 3-A)?；ê?21～35 d, 隨時間增加, 角果殼干重逐漸增大, 之后略有降低。花后42～56 d, 兩品種角果殼干物質(zhì)隨著密度的增加整體上呈降低趨勢。角果殼含水量隨花后天數(shù)的增加下降, 以花后 28～49 d最為明顯(圖 3-B), 不同密度處理下, 角果殼含水量差異不明顯, 兩品種變化趨勢一致。

2.3.4 角果殼干重、含水量與抗裂角指數(shù)的相關(guān)性

由表4可知, 角果果殼重、花后56 d的角果殼含水量與抗裂角指數(shù)呈極顯著正相關(guān), 花后20 d與成熟期角果殼含水量下降速率與抗裂角指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān), 且相關(guān)系數(shù)最大。

3 討論

3.1 種植密度對油菜產(chǎn)量及倒伏的影響

種植密度對油菜植株農(nóng)藝性狀有顯著影響[28],且存在品種間差異[29], 合理的種植密度可有效減少個體間的競爭, 并調(diào)節(jié)個體生長和群體間的矛盾,使產(chǎn)量達(dá)到最大[30]。本試驗結(jié)果與前人結(jié)果一致[31],隨密度增加, 單株有效角果數(shù)及每角果籽粒數(shù)逐漸降低, 單株產(chǎn)量與其他相關(guān)農(nóng)藝性狀在不同密度處理下存在顯著的品種間差異[32], 在 60萬株 hm–2種植密度下, 產(chǎn)量達(dá)到最大值, 與前人研究結(jié)果一致[33]。

植株倒伏指數(shù)與植株高度、鮮重、莖稈抗折力密切相關(guān)。增加種植密度后, 油菜莖稈單位長度抗折力減小[4,33], 根頸粗減小, 倒伏指數(shù)逐漸增大[7],同一品種, 種植密度越大, 倒伏越嚴(yán)重[34], 而不同的觀點則認(rèn)為, 適當(dāng)增加種植密度后倒伏指數(shù)減小,倒伏減輕[26]。本試驗中2個品種倒伏指數(shù)在不同密度處理下有所差異, 中雙11倒伏指數(shù)隨著密度增加而增加, 華油雜 9號則隨密度增加先增大后減小。孫盈盈等測定顯示, 增加種植密度, 基部倒伏指數(shù)增加, 而上部倒伏指數(shù)則逐漸降低[4]。本試驗表明,在低密度(15萬株 hm–2和30萬株 hm–2)種植條件下,根頸粗及莖稈粗度均較大, 由于單株之間競爭及抑制作用較小, 上部生長旺盛, 莖稈各段倒伏指數(shù)隨高度增加逐漸增加, 冠層基部為最易倒伏部位; 在高密度種植條件下(45萬株 hm–2和 60萬株 hm–2),個體生長受阻, 莖稈細(xì)弱, 第2、第3段倒伏指數(shù)較大, 即與低密度相比, 在高密度條件下, 油菜莖稈倒伏發(fā)生部位降低[35]。

圖3 密度對油菜角果殼干物質(zhì)(A)和含水量(B)的影響Fig. 3 Effect of density on pod wall dry weight (A) and water content (B) of rapeseed

表4 抗裂角指數(shù)與角果殼干重、含水量相關(guān)性分析Table 4 Correlation coefficients of PSRI with pod wall weight and water content

3.2 種植密度對抗油菜裂角相關(guān)性狀的影響

油菜角果開裂主要由遺傳因素決定[36], 但合理密植可影響植株性狀, 同時對角果也有顯著影響,而角果性狀的變化直接影響角果抗裂角指數(shù)[37-38],不同品種角果在適宜種植密度下可表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗裂角性。本試驗結(jié)果表明, 相同種植密度下抗裂角指數(shù)隨分枝高度的降低呈先增加后降低趨勢; 主莖角果抗裂性強(qiáng)于分枝角果, 中雙11主莖抗裂角指數(shù)隨種植密度增加顯著降低, 在 15萬株 hm–2密度下達(dá)到最大值; 華油雜 9號主莖抗裂角指數(shù)隨種植密度增加呈先增加后降低趨勢, 在 30萬株 hm–2種植密度下達(dá)最大值。影響角果開裂的因素很多, 包括角果干燥程度、角果成熟度及角果所受外力大小。相關(guān)性研究指出, 角果長、角果寬、每角果粒數(shù)與抗裂角指數(shù)呈顯著正相關(guān), 但相關(guān)系數(shù)較小[39]; 也有研究表明, 抗裂角指數(shù)與角果長、角果寬和每角果粒數(shù)不相關(guān)[27]。多數(shù)研究表明, 在油菜角果各項指標(biāo)中, 對抗裂角指數(shù)影響最大的是角果殼重量[40]。本試驗結(jié)果表明, 抗裂角指數(shù)與角果殼重量呈顯著正相關(guān), 與文雁成等[6]結(jié)果一致。角果含水量亦影響角果開裂[11]。本試驗中, 花后20 d至成熟期角果含水量下降速率與抗裂角指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 且在各角果性狀中相關(guān)系數(shù)最大, 表明不同密度處理下, 主要通過影響角果含水量的變化影響裂角性,即角果含水量下降速率越慢, 角果越抗裂。

4 結(jié)論

增加種植密度, 植株單株有效角果數(shù)、每角果粒數(shù)、分枝數(shù)、株高及根頸粗均減小, 分枝高度增加。產(chǎn)量隨密度增加呈先增加后減小趨勢, 在45萬株 hm–2密度下產(chǎn)量最大。密度增加, 莖稈整體倒伏指數(shù)增加, 但倒伏發(fā)生部位降低, 減輕了冠層倒伏風(fēng)險。不同種植密度下, 油菜主莖角果抗裂角指數(shù)均大于各分枝角果抗裂角指數(shù), 中雙11主莖抗裂角指數(shù)隨密度增加逐漸降低, 在 15萬株 hm–2種植密度下抗裂角指數(shù)最大, 華油雜 9號主莖抗裂角指數(shù)隨密度增大呈先增后降趨勢, 在 30萬株 hm–2密度下抗裂角指數(shù)最大, 可見不同品種油菜角果對密度響應(yīng)存在差異, 生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)品種特性選擇適宜的栽培密度提高抗裂角性。不同密度處理下, 除角果殼干重外, 角果發(fā)育初期至成熟期含水量下降速率亦是影響抗裂角指數(shù)的關(guān)鍵因素。

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