冬油菜在隴中旱農(nóng)區(qū)的適應(yīng)性及抗風(fēng)蝕效應(yīng)

康云強(qiáng)，李玲玲，謝軍紅，張 健，杜常亮，ZECHARIAH Effah

（省部共建干旱生境作物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)）/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，蘭州 730070）

0 引言

隴中旱農(nóng)區(qū)干旱少雨，海拔1500～2000 m，熱量相對(duì)較差，年平均溫度僅6～9℃，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上作物春種秋收，一年一季，耕地在一年中冬春季節(jié)約有6個(gè)月處于裸露狀態(tài)，并且在裸露期降水稀少、風(fēng)大、刮風(fēng)日數(shù)多，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境脆弱，風(fēng)蝕問(wèn)題嚴(yán)重[1-2]。

油菜(Brassica napus)是一種十字花科蕓薹屬作物[3]，是國(guó)內(nèi)第一大油料作物[4]。冬油菜的種植在一定程度上可以提高冬春兩季的植被覆蓋度，減少農(nóng)田沙塵源，有利于改善生態(tài)環(huán)境[5]，并且可為當(dāng)?shù)貏?chuàng)造良好的復(fù)種條件，改善當(dāng)?shù)胤N植模式[6]，種植冬油菜極具生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值[7]。另外冬油菜的含油率和產(chǎn)量等經(jīng)濟(jì)性狀遠(yuǎn)高于同類(lèi)春播油料作物[8-9]。因此，如果可以在當(dāng)?shù)胤N植冬油菜，冬春季土地裸露狀況將得到改善，減少土壤風(fēng)蝕，而且能提高油菜產(chǎn)量。隴中旱農(nóng)區(qū)雖然是油菜產(chǎn)區(qū)，但大多以春油菜為主，由于熱量條件差，傳統(tǒng)的油菜品種不能安全越冬。隨著品種改良，油菜抗寒性極大增強(qiáng)，冬油菜種植區(qū)域由北緯35°（天水）北移至北緯48°地區(qū)（新疆阿勒泰、黑龍江饒河）[10]，使得在隴中旱農(nóng)區(qū)種植冬油菜成為可能。但關(guān)于冬油菜在隴中旱農(nóng)地區(qū)適應(yīng)性、產(chǎn)量、品質(zhì)及抗風(fēng)蝕效應(yīng)的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。

本研究選擇抗寒性比較強(qiáng)的6個(gè)冬油菜品種，在旱農(nóng)區(qū)的典型代表區(qū)域甘肅省定西市開(kāi)展不同品種冬油菜越冬率、防風(fēng)蝕效應(yīng)、品質(zhì)和產(chǎn)量等的對(duì)比研究，以期篩選出適于該地區(qū)的冬油菜品種，為油菜春改冬、減輕冬春季節(jié)農(nóng)田風(fēng)蝕、提高油菜產(chǎn)量和含油率提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020—2021年在甘肅省定西市李家堡鎮(zhèn)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)旱作農(nóng)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。隴中旱農(nóng)區(qū)屬于北溫帶半干旱區(qū)，平均海拔2000 m，多年平均日照時(shí)數(shù)為2476 h；年均氣溫6.3℃，≥10℃年積溫2239.1℃。油菜生長(zhǎng)期最高溫和最低溫分別為24℃和-13℃（圖1），生育期降水量為233.10 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤為黃綿土，土質(zhì)疏松，質(zhì)地均勻，貯水性能良好。pH 8.36，有機(jī)質(zhì)含量12.01 g/kg，全氮0.76 g/kg，全磷1.77 g/kg。

圖1 油菜生長(zhǎng)期間的大氣溫度及降水量

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)提供的白菜型冬油菜‘HN12PZ16-2’、‘HN12PZ16-65’和‘平試 8’，甘藍(lán)型冬油菜‘QL-GAU-201’、‘QL-GAU-196’和‘低(1)-19’共6個(gè)品種，另加1個(gè)露地(CK)處理，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，21個(gè)小區(qū)，各小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積65 m2(6.5 m×10 m)，行距為20 cm，株距約10 cm。播種量為4.50 kg/hm2，前茬作物為春小麥，播前翻耕整地，清除雜草，播種前施尿素228.30 kg/hm2。2020年8月22日播種，成熟期（2021年6月23日）人工收割、人工脫粒，其他管理措施同大田。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 越冬率的測(cè)定 返青后統(tǒng)計(jì)每個(gè)小區(qū)不同冬油菜品種越冬前和返青后存活苗數(shù)并計(jì)算越冬率[式(1)][11]。

1.3.2 冬油菜冬前干物質(zhì)積累量的測(cè)定 于枯葉期隨機(jī)挖取長(zhǎng)勢(shì)一致的油菜植株5株植株，將挖取的植株用蒸餾水清洗干凈，晾干表面水分，置于烘箱內(nèi)105℃殺青30 min，80℃烘至恒重，記錄稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)[12]。

1.3.3 冬油菜農(nóng)田風(fēng)蝕量及起動(dòng)風(fēng)速測(cè)定 室內(nèi)風(fēng)洞試驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)、旱區(qū)環(huán)境與工程研究所沙漠與沙漠化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)沙環(huán)境風(fēng)洞中進(jìn)行。風(fēng)洞為直吹閉口式，全長(zhǎng)36 m，其中實(shí)驗(yàn)段長(zhǎng)16.23 m，截面積0.6 m×1.0 m。根據(jù)試驗(yàn)時(shí)的氣壓和氣溫，用數(shù)字式微壓差計(jì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)進(jìn)口風(fēng)速。風(fēng)速由1～40 m/s連續(xù)可調(diào)[13]。

在冬油菜春季返青前，每個(gè)小區(qū)用土樣箱在不破壞結(jié)構(gòu)的情況下取體積為30 cm×20 cm×10 cm的土樣。在試驗(yàn)過(guò)程中，調(diào)節(jié)土樣表層(0～5 cm)含水量至5%，測(cè)定不同處理起動(dòng)風(fēng)速，在8、12、16、20 m/s風(fēng)速下的風(fēng)蝕量。

（1）風(fēng)蝕量的測(cè)定。土樣位于風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段入口下風(fēng)向12.06 m處，土壤樣品表面與風(fēng)洞底部齊平，在每一風(fēng)速(8、12、16、20 m/s)下吹蝕10 min，用感量為0.1 g的電子天平稱(chēng)量吹蝕前后土樣的質(zhì)量，求出該風(fēng)速下的風(fēng)蝕量[14]。

（2）起動(dòng)風(fēng)速的測(cè)定。在測(cè)定風(fēng)蝕量之前，由低到高緩慢調(diào)節(jié)風(fēng)洞內(nèi)的風(fēng)速，觀(guān)察土樣表面有土壤顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)，記錄當(dāng)時(shí)的風(fēng)速，即為起動(dòng)風(fēng)速[15]。

1.3.4 成熟期油菜農(nóng)藝性狀的測(cè)定 成熟期收獲時(shí)，在各個(gè)小區(qū)中隨機(jī)取5個(gè)植株，測(cè)定其株高、主花序長(zhǎng)度、分枝部位、一次分枝數(shù)、二次分枝數(shù)、主序角果數(shù)、角粒數(shù)、全株有效結(jié)角數(shù)、千粒重[16]。

1.3.5 含油量的測(cè)定 考種時(shí)獲得的油菜籽粒帶回實(shí)驗(yàn)室，采用多功能品質(zhì)分析儀(NIRS-DS2500)測(cè)定含油量[17]。

1.3.6 小區(qū)產(chǎn)量的測(cè)定 小區(qū)內(nèi)油菜角果70%～80%由綠變黃時(shí)（即蠟熟期）人工收割、脫粒、稱(chēng)重，小區(qū)計(jì)產(chǎn)，最后折算產(chǎn)量，籽粒產(chǎn)量以各小區(qū)實(shí)收風(fēng)干重計(jì)量[18]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019和Sigmaplot 14.0進(jìn)行數(shù)據(jù)作圖，SPSS 25進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬油菜冬前干物質(zhì)積累（地下/地上）與越冬率

6個(gè)冬油菜品種冬前根冠比、越冬率均有顯著差異（表1，圖2）。越冬前，甘藍(lán)型品種‘QL-GAU-196’、‘QL-GAU-201’‘、低(1)-19’地上部分的干物質(zhì)積累量略高于白菜型品種，為5.44～8.16 g，而地下部的干物質(zhì)量顯著低于白菜型品種‘HN12PZ16-2’、‘HN12PZ16-65’‘、平試8’，僅為2.65～3.69 g。因此，甘藍(lán)型品種越冬前平均根冠比只有白菜型品種根冠比的35%。從圖2可以看出，白菜型品種越冬率顯著高于甘藍(lán)型品種，‘HN12PZ16-65’越冬率最高，達(dá)88.33%‘，低(1)-19’越冬率最低，為6.44%。相關(guān)分析表明，冬油菜越冬率和根冠比呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(0.914**)。

圖2 冬油菜越冬率與根冠比

表1 冬油菜冬前干物質(zhì)積累情況

2.2 冬油菜產(chǎn)量和含油量表現(xiàn)

6個(gè)參試品種產(chǎn)量和含油量差異達(dá)到極顯著水平（圖3），白菜型品種產(chǎn)量較高，變化為1718.47～2936.94 kg/hm2，‘HN12PZ16-65’最高。而甘藍(lán)型品種產(chǎn)量很低 ，僅 3.08～35.39 kg/hm2，‘低(1)-19’產(chǎn)量最低?！瓾N12PZ16-65’平均含油量最高，為43.69%；‘QLGAU-201’、‘QL-GAU-196’、‘低(1)-19’含油量顯著低于‘HN12PZ16-2’、‘HN12PZ16-65’、‘ 平試 8’，為40.26% 、38.97% 、40.46% ；‘HN12PZ16-2’、‘HN12PZ16-65’含油量與‘平試8’差異不顯著，‘HN12PZ16-65’含油量顯著高于‘HN12PZ16-2’。

圖3 冬油菜產(chǎn)量與含油量

2.3 冬油菜植株農(nóng)藝性狀差異分析

因‘QL-GAU-196’、‘QL-GAU-201’、‘低(1)-19’3個(gè)甘藍(lán)型冬油菜由于越冬后存活率過(guò)低，不做考種分析（圖2）。試驗(yàn)點(diǎn)不同品種冬油菜株高和分枝部位具有顯著性差異（表2）‘，HN12PZ16-65’株高、分枝部位顯著高于‘平試8’，為131.38、9.80 cm，而‘HN12PZ16-2’高于‘平試8’，但差異不顯著。主花序長(zhǎng)度、主序角果數(shù)‘HN12PZ16-65’和‘HN12PZ16-2’高于‘平試8’，但差異不顯著。一次分枝數(shù)、二次分枝數(shù)、全株有效結(jié)角數(shù)‘HN12PZ16-65’低于‘平試8’，為10.75 cm、14.25 cm、232.25個(gè)，‘HN12PZ16-2’高于‘平試8’，但差異不顯著 。 角 粒 數(shù)‘HN12PZ16-65’、‘ 平 試 8’高 于‘HN12PZ16-2’，為220.00、203.00粒，但差異不顯著。主花序角果長(zhǎng)度‘HN12PZ16-2’、‘HN12PZ16-65’與‘平試8’差異不顯著‘。HN12PZ16-2’‘、HN12PZ16-65’和‘平試8’千粒重?zé)o顯著差異‘，HN12PZ16-65’千粒重最高，為2.78 g。相關(guān)分析表明，冬油菜產(chǎn)量和株高(0.550*)、千粒重(0.733*)呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

表2 冬油菜的主要農(nóng)藝性狀

2.4 冬油菜抗風(fēng)蝕效應(yīng)

2.4.1 冬油菜農(nóng)田的風(fēng)蝕量 不同處理風(fēng)蝕量隨風(fēng)速的增加而增大，且CK風(fēng)蝕量最高（圖4），達(dá)到了61.43 g，‘QL-GAU-201’最低，較CK降低92.79%?！瓾N12PZ16-2’、‘HN12PZ16-65’、‘平試 8’、‘QL-GAU-201’、‘QLGAU-196’、‘低(1)-19’風(fēng)蝕量均顯著低于CK，分別為6.90、5.77、5.77、4.43、6.37、4.63 g。當(dāng)風(fēng)速在8～20 m/s內(nèi)，除CK外，其他6個(gè)處理風(fēng)蝕量增加緩慢；CK隨風(fēng)速增大，風(fēng)蝕量急劇增大。種植冬油菜顯著降低農(nóng)田風(fēng)蝕量，6個(gè)冬油菜品種基本相同，在20 m/s風(fēng)速下，較CK平均降低了56.75 g。

圖4 不同處理下土壤風(fēng)蝕量

2.4.2 冬油菜農(nóng)田風(fēng)蝕的起動(dòng)風(fēng)速 一般把使沙粒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的風(fēng)速稱(chēng)為起沙風(fēng)也叫臨界風(fēng)速或起動(dòng)風(fēng)速。試驗(yàn)結(jié)果表明，冬油菜覆蓋和CK起動(dòng)風(fēng)速之間存在顯著性差異（圖5），不同品種的起動(dòng)風(fēng)速顯著大于CK，其中以‘低(1)-19’處理起動(dòng)風(fēng)速最高，較CK提高65.59%，不同處理的起動(dòng)風(fēng)速為6.22～10.30 m/s，露地CK的起動(dòng)風(fēng)速最低，為6.22 m/s。種植冬油菜顯著提高起動(dòng)風(fēng)速，6個(gè)冬油菜品種基本相同，較CK平均提高了59.81%。

圖5 冬油菜農(nóng)田和露地春季沙塵起動(dòng)風(fēng)速

3 結(jié)論

白菜型冬油菜由于冬前地下部干物質(zhì)積累多，根冠比較高，因此，越冬率高、后期株高、千粒重也較高，所以產(chǎn)量高、含油量高，表現(xiàn)出極強(qiáng)的適應(yīng)性和抗寒性，‘HN12PZ16-65’表現(xiàn)最好，而甘藍(lán)型冬油菜不能安全越冬。種植冬油菜由于冬前較高的干物質(zhì)積累，冬季地表覆蓋好，所以具有良好的防風(fēng)蝕效果。因此，白菜型冬油菜‘HN12PZ16-65’兼具環(huán)境保護(hù)與抗寒生產(chǎn)，適應(yīng)性較強(qiáng)，建議在當(dāng)?shù)赝茝V種植。

4 討論

4.1 白菜型冬油菜在隴中旱農(nóng)區(qū)具有強(qiáng)抗寒性和適應(yīng)性

在隴中旱農(nóng)區(qū)種植冬油菜是完全可行的，且白菜型冬油菜表現(xiàn)出極強(qiáng)的抗寒性和適應(yīng)性。有研究發(fā)現(xiàn)，越冬率越高，產(chǎn)量越高[19]，有利于冬油菜增產(chǎn)。其主要原因是，冬油菜品種的抗寒性越強(qiáng)，在試點(diǎn)越冬率越高，植株存活率越高，相應(yīng)的產(chǎn)量也越高。本研究對(duì)6個(gè)不同品種冬油菜冬前干物質(zhì)積累、含油量、產(chǎn)量與越冬率差異性分析發(fā)現(xiàn)，地下部有機(jī)物質(zhì)的積累大于地上部，根冠比和越冬率呈正相關(guān)，在一定范圍內(nèi)，根冠比高則越冬率高，越冬率高則產(chǎn)量高，相對(duì)應(yīng)含油量高。這與李和平、Velimir等[20-21]對(duì)冬油菜越冬率與產(chǎn)量研究結(jié)果基本一致。說(shuō)明抗寒性較強(qiáng)的品種，冬前優(yōu)先將有機(jī)物分配至地下部，發(fā)展壯苗，抗寒較弱的品種將有機(jī)物運(yùn)輸至地上部，不僅減少地下部有機(jī)物的積累，且易造成地上部的徒長(zhǎng)，降低了抗寒能力[22]。冬油菜冬前干物質(zhì)積累量對(duì)冬油菜越冬率存在一定影響，而越冬率則直接影響冬油菜產(chǎn)量，進(jìn)而影響含油量。因此，本研究中參試的白菜型冬油菜‘HN12PZ16-2’、‘HN12PZ16-65’、‘平試8’3個(gè)品種由于冬前地下部干物質(zhì)積累多，根冠比較高，因此，越冬率高、產(chǎn)量高、含油量高‘，HN12PZ16-65’表現(xiàn)最好。

株高、分枝數(shù)和單株角果數(shù)是影響產(chǎn)量最密切的因子[23]。有研究發(fā)現(xiàn)[24]油菜單株產(chǎn)量與株高、一次分枝數(shù)、單株有效角果數(shù)、千粒重和每角粒數(shù)均呈顯著或極顯著正相關(guān)[25]。本試驗(yàn)對(duì)不同品種冬油菜的9個(gè)農(nóng)藝性狀差異性分析表明，冬油菜株高、主花序長(zhǎng)度、分枝部位、主序角果數(shù)、角粒數(shù)、全株有效結(jié)角數(shù)均隨越冬率的升高而增加，產(chǎn)量與株高和千粒重存在顯著正相關(guān)關(guān)系。這與朱珊[26]、王春燕[27]等越冬率對(duì)白菜型冬油菜農(nóng)藝性狀的影響的研究結(jié)論基本一致。因此冬油菜品種株高、千粒重增加，產(chǎn)量和含油量也增加。

4.2 隴中旱農(nóng)區(qū)種植冬油菜具有強(qiáng)抗風(fēng)蝕效應(yīng)

地表植被覆蓋在防止土壤風(fēng)蝕方面具有顯著的作用[28]。本研究對(duì)7個(gè)處理的風(fēng)蝕量和起動(dòng)風(fēng)速差異性分析發(fā)現(xiàn)，露地(CK)隨風(fēng)速增大，風(fēng)蝕量急劇增大；冬油菜農(nóng)田風(fēng)蝕量也隨風(fēng)速的增加而增加，但是增加速度緩慢。冬油菜農(nóng)田的起動(dòng)風(fēng)速也顯著高于露地。這與王慧琴等[29]土壤侵蝕及影響因素研究結(jié)果基本一致。在其他條件不變的情況下，風(fēng)蝕量與風(fēng)速之間均表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，風(fēng)速越大，風(fēng)蝕越強(qiáng)烈[30]。說(shuō)明種植冬油菜能夠顯著降低農(nóng)田土壤風(fēng)蝕，這與邱云霄等[31]、劉燕青等[32]秸稈覆蓋對(duì)農(nóng)田土壤風(fēng)蝕研究結(jié)果基本一致。因此，種植冬油菜在隴中旱農(nóng)區(qū)具有很好的防風(fēng)蝕效應(yīng)。

種植冬油菜在保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)，在一定程度上起到了抗風(fēng)蝕的作用，可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。然而，本研究?jī)H限于品種自身的抗寒性，對(duì)于地區(qū)區(qū)域性氣候、作物種植模式、土壤質(zhì)地以及土地利用類(lèi)型等因素未加研究，研究結(jié)果有待繼續(xù)補(bǔ)充完善。在實(shí)際應(yīng)用中，冬油菜防風(fēng)蝕效果還需要綜合考慮當(dāng)?shù)匾蛩氐淖饔茫貏e是適宜區(qū)域氣候品種的選育、作物種植模式的選擇及水分、土壤等自然條件對(duì)農(nóng)田土壤風(fēng)蝕的影響。