不同滴灌頻次下新疆春油菜根系生長及產(chǎn)量性狀分析

李 強(qiáng)，賈東海，顧元國，王 娟，蘇君紅，王志敏

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，北京 100091；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，新疆 烏魯木齊 830091；3. 新疆裕民縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆 裕民 834800)

新疆地處西北內(nèi)陸干旱區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)完全依靠灌溉，灌溉水資源匱乏嚴(yán)重制約著新疆農(nóng)業(yè)的發(fā)展。因此，節(jié)水灌溉是新疆農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然選擇。油菜是我國第一大油料作物，面積和總產(chǎn)均占世界1/3左右。新疆作為我國主要的春油菜產(chǎn)區(qū)[1]，由于特殊的地理?xiàng)l件，每年春、夏兩季常常受到干旱威脅，出苗、植株生長都受到嚴(yán)重制約，也嚴(yán)重影響到后期的產(chǎn)量和品質(zhì)[2,3]。近年來，國內(nèi)外已有大量關(guān)于干旱脅迫影響油菜生長發(fā)育[4-8]的報(bào)道，干旱脅迫影響油菜植株性狀及根系生理特性的研究也取得較大進(jìn)展[9-11]。但作為在新疆干旱區(qū)對干旱反應(yīng)相對敏感的重要性狀指標(biāo)，有關(guān)油菜在滴灌條件下不同處理間各土層根系變化情況及對地上部干物質(zhì)積累動態(tài)影響[12]研究鮮有報(bào)道。并且油菜在受旱條件下根系生長情況反映了作物對于水分、養(yǎng)分吸收能力強(qiáng)弱，對于地上部干物質(zhì)積累、產(chǎn)量性狀及品質(zhì)的形成也具有重要的作用。本試驗(yàn)在新疆旱區(qū)大田條件下采用滴灌措施，研究不同滴灌頻次對春油菜根系生長及產(chǎn)量性狀的變化規(guī)律，以期了解干旱脅迫對春油菜根系生長及產(chǎn)量性狀變化的影響，為油菜抗旱節(jié)水栽培調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)2015～2016年在新疆農(nóng)科院安寧渠試驗(yàn)場內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)地點(diǎn)年平均氣溫5～7℃，年降水150～200mm，蒸發(fā)量1600～2200mm，屬于干旱半干旱荒漠氣候帶農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗(yàn)地土壤為灰漠土，pH值8.5～10.0，有機(jī)質(zhì)含量21.9g·kg-1,全氮含量1.13g·kg-1,速效磷含量70.7mg·kg-1,速效鉀含量347.4mg·kg-1。試驗(yàn)材料為新油17號，是新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所選育的甘藍(lán)型春油菜品種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，三次重復(fù)。試驗(yàn)設(shè)W1:不灌水(CK)、W2:灌1次水(現(xiàn)蕾期)、W3:灌2次水(現(xiàn)蕾期+花后10天)、W4:灌4次水(苗期+現(xiàn)蕾期+花后10天+終花期)，每次灌水定額750m3/hm2。于2015年4月上旬播種，行距30cm。毛管間距30cm，采用1管2行式布置，播后澆出苗水(干播濕出)750m3·hm-2。小區(qū)長4m、寬6m，面積24m2。為防止?jié)B水，小區(qū)間挖0.5m寬的防滲溝。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤含水率測定 分別在播種前(4月14日)、出苗期(5月9日)、現(xiàn)蕾期(6月2日)、花后10天(6月17日)、終花期(6月29日)各處理選取具代表性3 個(gè)樣點(diǎn)，在毛管間距1 /2處，用土鉆分別取 0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm 土樣，迅速裝入鋁盒中蓋好蓋，用烘干法測定土壤相對含水率，以 3 個(gè)點(diǎn)平均值計(jì)算各層土壤含水率。

1.3.2 根樣采集及測定 在現(xiàn)蕾期(6月2日)、花后10天(6月17日)、終花期(6月29日)、成熟期(7月24日)，在毛管處(外層O)及毛管間距1/2處(內(nèi)層I)選取整齊一致的植株，緊貼地面剪去地上部后，按30 cm×20 cm×20 cm( 油菜行方向×垂直油菜行方向×高)土體分5層(0～20，20～40，40～60，60～80，,80～100 cm) 取根樣，過 0.05 mm網(wǎng)篩洗凈泥土、去除雜質(zhì)，80℃烘至恒重測定根干質(zhì)量;根系活力采用TTC還原法測定。

1.3.3 植株取樣與測定 分別在苗期(5月12日)、現(xiàn)蕾期(6月2日)、花后10天(6月17日)、終花期(6月29日)、成熟期(7月24日)每小區(qū)采5株全株樣品洗凈、105℃殺青、80℃烘干后測定植株地上部和地下部干物質(zhì)積累量。收獲后小區(qū)計(jì)產(chǎn)。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理 采用Excell 2007、SPASS 19.0和GraphPad Prism 5軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同滴灌頻次對參試材料生育期的影響

不同處理間生育期變化無顯著差異(表1)，低滴灌頻次比高滴灌頻次成熟期提前3～6d，其中W1處理生育期最短為97d，W4(W3)生育期最長為102d，在一定水分脅迫下會造成作物植株老化提前，生育期縮短。

表1 不同處理間生育期變化(月-日)

2.2 不同滴灌頻次土壤相對含水率垂直分布動態(tài)

由圖1所示，0～60cm土層含水率大體呈現(xiàn)“升-降-升-降”“M”式連續(xù)變化趨勢，不同處理間均隨生育期呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，在終花期達(dá)到最低值，其中W4處理在各時(shí)期含水率均高于其它處理，W1處理各時(shí)期含水率在各處理間處于低值。同一土層含水率多表現(xiàn)為W4>W3>W2>W1。增加滴灌頻次對0～60cm土層含水率影響較大，對60～100cm土層含水率影響較小。

2.3 不同滴灌頻次對根系干物質(zhì)積累動態(tài)的影響

各處理根系干物質(zhì)重差異顯著(如圖2、 圖3)，外層0～100cm各土層處理間根系干物質(zhì)重差異較小，內(nèi)層0～100cm各土層處理間根系干物質(zhì)重差異較大?，F(xiàn)蕾期(6月2日)各土層根系干物質(zhì)重呈先增長后降低趨勢，0～40cm土層根系干物質(zhì)重表現(xiàn)為W4(W3)>W2(W1)，40～100cm土層根系干物質(zhì)重表現(xiàn)為W1(W2)>W3(W4);盛花期(6月17日)、終花期(6月29日)、成熟期(7月24日)各土層根系干物質(zhì)重呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，各處理間在60～100cm土層根系干物質(zhì)重降幅最大，內(nèi)層根系干物質(zhì)重均達(dá)顯著差異性，外層根系干物質(zhì)重差異性不顯著。盛花期(6月17日)0～60cm土層根系干物質(zhì)重表現(xiàn)為W4(W3)>W2(W1)，60～100cm表現(xiàn)為W1>W2> W3> W4，終花期(6月29日)、成熟期(7月24日)0～40cm土層根系干物質(zhì)重表現(xiàn)為W4(W3)>W2(W1)，終花期(6月9日)40～60cm內(nèi)層根系干物重表現(xiàn)為W2>W3>W1>W4,外層根系干物重表現(xiàn)為W2>W1>W3>W4,成熟期(7月24日)40～60cm內(nèi)層根系干物重表現(xiàn)為W2>W1>W3>W4,外層根系干物重表現(xiàn)為W1>W2>W3>W4。而在終花期和成熟期60～100cm內(nèi)、外層根系干物重表現(xiàn)為W1>W2>W3>W4，60～100cm均表現(xiàn)為W1>W2> W3> W4。增加滴灌頻次，顯著延緩淺土層根干重衰減和促進(jìn)根干重增加，減少滴灌頻次對于深土層根系干重增加顯著。

圖1 不同滴灌頻次對土壤相對含水率影響Fig.1 Effect of different drip irrigation frequencies on relative soil water content

圖2 不同滴灌頻次對內(nèi)層根系干物質(zhì)積累動態(tài)的影響Fig.2 Effect of different drip irrigation frequencies ondry matter accumulation dynamic of the inner root

圖3 不同滴灌頻次對外層根系干物質(zhì)積累動態(tài)的影響Fig.3 Effect of different drip irrigation frequencies ondry matter accumulation dynamic of the outer root

2.4 不同滴灌頻次對根活力的影響

根系活力的變化可直接影響到地上部的生長發(fā)育[13]，根系活力是客觀反映根系生命活動的生理指標(biāo)，也是反映植株吸收功能的一項(xiàng)綜合指標(biāo)[14]。由圖4可以看出，各處理間隨著生育期延長不同滴灌頻次油菜根系活力出現(xiàn)先增長后降低趨勢，在盛花期(6月17日)達(dá)到峰值，而后出現(xiàn)下降。各處理間以高滴灌頻次根系活力高于低滴灌頻次，在峰值期處理間活力值由平均0.51mg·g-1·h-1降至0.34 mg·g-1·h-1，在成熟期降至最低點(diǎn)，最大值約為18%～40%。這些結(jié)果表明:隨著滴灌頻次減少，根系活力下降，高滴灌頻次根系活力較強(qiáng)，特別是在需水旺盛期更為明顯。

圖4 不同滴灌頻次下油菜根活力比較Fig 4 Root vigor of oilseed rape under different drip irrigation frequencies

2.5 不同滴灌頻次對干物質(zhì)積累動態(tài)的影響

在不同滴灌頻次處理間，油菜葉、莖器官干物質(zhì)積累變化總體呈現(xiàn)單峰曲線變化，莢果隨生育期推遲呈逐漸增長趨勢。葉、莖器官干物重在盛花期達(dá)到高峰，莢果干物重一直隨生育期遞增至成熟期，這主要是隨著生育期推遲營養(yǎng)物質(zhì)開始由各營養(yǎng)器官向莢果、籽粒轉(zhuǎn)移的結(jié)果[15]。由于不同滴灌頻次影響，各處理間各植株器官及全株干物質(zhì)重呈現(xiàn)一定的規(guī)律性變化，隨生育期均呈現(xiàn)一定遞減趨勢(表2)。從表中可以看出，盛花期前干物質(zhì)積累主要分配在葉片，葉片干重占整株質(zhì)量的50%左右。至盛花-終花期，植株整體生長加快，莖稈凈干物質(zhì)重比例逐漸升高，占整株干物質(zhì)比例達(dá)到最高，達(dá)到50%以上。此時(shí)莖桿為光合產(chǎn)物的主要分配中心和整個(gè)植株的生長中心。終花期以后植株進(jìn)入生殖生長高峰期，莢果凈干物質(zhì)重逐漸增加，此時(shí)莢果逐漸成為生長中心，至成熟期莢果干物質(zhì)重比例達(dá)到峰值，W1處理占全株干物質(zhì)重的比例為54.3%，其余處理均在60%以上。從不同處理間凈干物質(zhì)在各器官中的分配比例可以得出，莖稈干物質(zhì)分配比例隨滴灌頻次增加呈現(xiàn)降低趨勢，莢果干物質(zhì)分配比例隨滴灌頻次增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。通過綜合分析，此分配過程造成了經(jīng)濟(jì)系數(shù)增減，最終反映至產(chǎn)量高低。

2.6 不同滴灌頻次對參試材料主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

干旱脅迫在一定程度上影響油菜的產(chǎn)量構(gòu)成[16]，不同滴灌頻次對參試材料株高、分枝高度、一次分枝、二次分枝等均有一定的影響(表3)。參試材料農(nóng)藝性狀均隨滴灌頻次增加呈現(xiàn)逐漸升高趨勢。產(chǎn)量隨滴灌頻次減少逐漸降低， W1(CK)與W4相比產(chǎn)量降幅較大，但W3與W4，W2與W1(CK)之間產(chǎn)量降幅較小。低滴灌頻次(W1(CK)、W2)間分枝高度、一次分枝、二次分枝、主序長度、主序角果數(shù)、角果長差異均不顯著，低滴灌頻次(W1、W2)與高滴灌頻次(W3、W4)相比均達(dá)到顯著差異性。W3與W4之間產(chǎn)量差異不顯著，而與W1、W2間達(dá)顯著差異。

3 結(jié)論與討論

在生產(chǎn)中，作物處于受旱狀態(tài)往往造成一定植株老化加快，同時(shí)伴隨著生育期縮短,即使經(jīng)歷一段干旱脅迫后及時(shí)復(fù)水，整個(gè)植株的生理生育過程也不可能立即恢復(fù)到正常過程[,17]，因此，受旱也是造成生育期變化的一個(gè)誘因。本研究結(jié)果表明：不同滴灌頻次處理間生育期變化不顯著，在低滴灌頻次處理下生育期相對于高頻次灌水有一定提前現(xiàn)象，而相近處理間生育期變化無差異，其中W1處理生育期最短為97d，W4(W3)生育期最長為102d，此研究結(jié)果與前人研究基本吻合。

土壤含水率的變化是降水、植物蒸騰、土壤質(zhì)地、灌溉水等多因素作用的產(chǎn)物，在不同因素作用下其具有高度空間異質(zhì)性[18]，薛麗華等[19]通過灌水定額、灌水次數(shù)對土壤含水率的影響研究得出不同灌水方式對淺層次土壤含水率影響較大而對于深層次含水率無顯著影響。但前人研究對于在干旱區(qū)不同滴灌頻次對土壤含水率的影響變化無過多涉及，本研究結(jié)果同樣表明，在新疆干旱區(qū)不同滴灌頻次對于0～60cm土層含水率影響較顯著，而在深土層60～100cm土壤含水率影響較小，隨著滴灌頻次增加其影響趨勢也趨于顯著，但隨著油菜生育期推遲這種趨勢也趨于降低，這與以上研究結(jié)果基本趨同。

根系與作物的耐旱性關(guān)系十分密切，根系的生長、代謝和活力變化可直接影響到地上部的生長發(fā)育[14]，根系作為吸收水分的主要部位，也是對水分脅迫最先起反應(yīng)的部位[9]。在灌溉條件下土壤表層水分條件好，根系分布趨于“表層化”；隨灌溉量的減少，表層土壤水分條件虧缺時(shí)，根會向較深土層延伸，有利于根系發(fā)育和深層土壤水分的利用[20-22]；抗旱能力強(qiáng)的品種發(fā)根早，主根長，側(cè)根數(shù)量多，側(cè)根總長度長，在干旱條件下的這種趨勢更為明顯。根據(jù)本研究中不同滴灌頻次對油菜根系干重和根活力的結(jié)論得出，隨著滴灌頻次增加，顯著延緩淺土層根干重衰減和促進(jìn)根干重增加，減少滴灌頻次對于深土層根系干重增加顯著。滴灌使內(nèi)層根系干物質(zhì)重明顯大于外層根系干物質(zhì)重，同時(shí)在不同處理間內(nèi)層根系干物質(zhì)重均達(dá)顯著差異性，外層根系干物質(zhì)重差異性不顯著。各處理間根系活力均呈現(xiàn)單峰曲線變化趨勢，在盛花期達(dá)到活力峰值。總體表現(xiàn)為隨滴灌頻次減少，根系活力下降，高滴灌頻次根系活力較強(qiáng)，特別是在需水旺盛期更為明顯，高峰時(shí)處理間活力值相差0.17mg·g-1·h-1。

表2 不同滴灌頻次油菜干物質(zhì)積累動態(tài)/(g·株-1)與分配比例/%

注：括號內(nèi)為各器官凈干物重占總凈干物重的百分比。Note: The values in brackets are percentages of single organ net dry-weight to total net weight.

表3 不同滴灌頻次對油菜產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

注：小寫字母表示不同滴灌頻次間差異5%水平顯著。

Note：Lowercase letters indicate significant difference between drought treatments and control at 0.05 level．

不同品種或同一品種在不同栽培條件下，同化產(chǎn)物在各器官間的分配比例是各不相同的，這種同化產(chǎn)物在各器官間的分配比例為器官平衡。本研究各處理間隨著生育期推遲油菜葉、莖器官干物質(zhì)積累變化總體呈現(xiàn)單峰曲線變化，莢果隨生育期推遲呈逐漸增長趨勢。凈干物質(zhì)重在各器官中的分配隨生長發(fā)育中心的轉(zhuǎn)移而變化,苗期至初花期主要分配在葉片中, 盛花期至終花期主要分配在莖稈中,整個(gè)花期仍以營養(yǎng)器官為分配中心, 直到終花期以后才轉(zhuǎn)向莢果中。不同滴灌頻次處理下各器官干物質(zhì)向莢果轉(zhuǎn)移過程中,莢果干物質(zhì)來源,很重要一部分是前期植株葉、莖稈中貯存養(yǎng)分,另一部分是后期莖稈、莢果皮及少量葉片進(jìn)行光合作用的產(chǎn)物,不同滴灌頻次下這兩部分對其貢獻(xiàn)率有所不同,高滴灌頻次下,個(gè)體發(fā)育較好,基礎(chǔ)養(yǎng)分積累多,對莢果的轉(zhuǎn)移量多,低滴灌頻次下個(gè)體發(fā)育受一定影響,基礎(chǔ)養(yǎng)分積累少,莢果干物質(zhì)來源主要靠后期植株各部位的光合產(chǎn)物,但其不同滴灌頻次間差異性有一定量的增減，故生產(chǎn)上應(yīng)根據(jù)本地區(qū)氣候、水源供給等實(shí)際情況確定管理重點(diǎn)時(shí)期滴灌頻次。

已有研究表明，油菜花前干旱脅迫會對油菜成熟期生長狀況和產(chǎn)量性狀產(chǎn)生影響[23]。本研究表明，隨著滴灌頻次減少，在一定時(shí)期干旱脅迫抑制了植株生長及隨時(shí)間推移產(chǎn)量性狀抑制作用增強(qiáng)。隨著滴灌頻次減少，油菜株高、分枝高度、一次分枝、二次分枝、主序長度、主序角果數(shù)、角果長、千粒重等均有不同程度下降，W1(CK)下降幅度最大，而W3與W4間差異不顯著，產(chǎn)量也隨滴灌頻次減少呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，W1(CK)與W4相比產(chǎn)量降幅較大，相差1807.4 kg·hm-2，但W3與W4，W2與W1(CK)之間產(chǎn)量降幅較小，為277.4 kg·hm-2和488.9 kg·hm-2。

根系生長對作物利用土壤水分以及高產(chǎn)至關(guān)重要[24]。油菜一定時(shí)期對水分敏感性直接影響到最終產(chǎn)量性狀和產(chǎn)量高低，最終結(jié)果表明現(xiàn)蕾期和花后10天兩次滴灌對產(chǎn)量性狀及產(chǎn)量影響較小，是目前可行的節(jié)水高產(chǎn)的高效利用模式。本研究通過以上指標(biāo)的變化趨勢分析，充分揭示出在本區(qū)域內(nèi)油菜生產(chǎn)中合理控水，不僅能夠不影響產(chǎn)量，還能有效節(jié)約區(qū)域內(nèi)有限水資源。

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最好的檢驗(yàn)方法當(dāng)然是試射，但不可能把所有炮彈都拿出去射了，所以存在一個(gè)抽樣檢查的問題．類似的問題很多，例如，工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品在上市之前一般也需要技術(shù)部門做合格鑒定，工商部門也會對市場上的商品做合格檢查，但由于這些產(chǎn)品都有包裝，一旦打開，這些產(chǎn)品就不能再賣了，所以不可能將所有產(chǎn)品都拆開檢查．即使是不需要損壞產(chǎn)品包裝，也可能由于數(shù)量的龐大，很難對每件產(chǎn)品都做檢驗(yàn)，只能抽取部分產(chǎn)品做鑒定．在此基礎(chǔ)上引入簡單隨機(jī)抽樣的概念．

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