高產(chǎn)油菜品種穩(wěn)產(chǎn)性形成機(jī)制

余新穎 王春云 李大雙 王宗鎧 蒯 婕 汪 波 王 晶 徐正華 周廣生

高產(chǎn)油菜品種穩(wěn)產(chǎn)性形成機(jī)制

余新穎 王春云 李大雙 王宗鎧 蒯 婕 汪 波 王 晶 徐正華 周廣生*

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 / 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中游作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北武漢 430070

作物生產(chǎn)中, 穩(wěn)產(chǎn)與高產(chǎn)同等重要。本試驗(yàn)以高產(chǎn)但穩(wěn)產(chǎn)性存在差異的品種“湘雜油518”和“大地199”為材料, 分別在武漢和蘭州進(jìn)行播期、施氮量、種植密度的單因素田間試驗(yàn), 測(cè)定農(nóng)藝及生理指標(biāo)、各處理籽粒產(chǎn)量, 計(jì)算其變異系數(shù), 探究主要農(nóng)藝性狀與穩(wěn)產(chǎn)性的關(guān)聯(lián)度, 為油菜大面積豐產(chǎn)及良種選育提供理論依據(jù)。結(jié)果表明, (1) 播期、氮肥及密度顯著影響油菜產(chǎn)量; 相同試點(diǎn), 兩品種的最高產(chǎn)量差異不顯著, 但其在各處理間的穩(wěn)產(chǎn)性差異明顯; 本試驗(yàn)中, 大地199在不同播期、氮肥處理下產(chǎn)量變異系數(shù)均低于湘雜油518, 穩(wěn)產(chǎn)性較強(qiáng)。(2) 與湘雜油518相比, 大地199各關(guān)鍵生育期的葉面積指數(shù)(leaf area index, LAI)、光能利用效率(light energy utilization efficiency, LUE)、地上部干物質(zhì)累積量和花期根系形態(tài)等指標(biāo)均較優(yōu), 且變異系數(shù)小, 是其高產(chǎn)且穩(wěn)產(chǎn)性強(qiáng)的基礎(chǔ)。(3) 灰色關(guān)聯(lián)度分析發(fā)現(xiàn), 各處理?xiàng)l件下, 油菜籽粒產(chǎn)量與群體角果數(shù)、花期地上部干重和平均根直徑等指標(biāo)關(guān)聯(lián)度較大; 且產(chǎn)量變異系數(shù)與群體角果數(shù)、花期地上部干重和平均根直徑變異系數(shù)極顯著正相關(guān)。綜上, 優(yōu)化油菜群體角果數(shù)、花期地上部干重和平均根直徑等指標(biāo), 可為油菜品種選育及大面積豐產(chǎn)提供理論支撐。

油菜; 栽培措施; 高產(chǎn); 穩(wěn)產(chǎn)性

當(dāng)前我國(guó)食用植物油自給率已降至30%[1]。油菜(L., AACC, 2=38)是我國(guó)第一大油料作物, 且油菜生產(chǎn)與糧食爭(zhēng)地矛盾小[2-4]。因此, 提升油菜生產(chǎn)水平、確保大面積持續(xù)豐產(chǎn)是提高我國(guó)食用植物油自給率的重要舉措。當(dāng)前, 雖已有較多的地塊產(chǎn)量超過(guò)3000 kg hm-2 [5-6], 但同一品種在不同年際間的產(chǎn)量變化較大, 導(dǎo)致我國(guó)油菜平均單產(chǎn)僅為2070 kg hm-2[7]。與高產(chǎn)研究相比[8-9], 作物穩(wěn)產(chǎn)性機(jī)理探究較少。

穩(wěn)產(chǎn)性即產(chǎn)量穩(wěn)定性, 用產(chǎn)量變異系數(shù)衡量[10]。一般而言, 作物產(chǎn)量穩(wěn)定性的變化主要受氣候(光、溫、水)及肥料施用影響, 導(dǎo)致同一品種在不同年際、地區(qū)間的產(chǎn)量波動(dòng)較大[8]。研究表明, 豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種具有生育期適中、光合效率高、干物質(zhì)累積量大、籽粒灌漿快、綜合抗性強(qiáng)的特點(diǎn)[11]。適宜品種、合理栽培措施是作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要保證[12]; 穩(wěn)產(chǎn)性強(qiáng)的品種, 氮肥、密度、播期合理配置范圍較寬松, 而穩(wěn)產(chǎn)性弱的品種, 則較為嚴(yán)格[13]。中高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)油菜品種對(duì)栽培環(huán)境的敏感程度低, 低產(chǎn)品種則較為敏感[14]。因此, 作物穩(wěn)產(chǎn)性強(qiáng)弱的核心是不同播期[15]、氮肥[16]、密度[17]條件下的產(chǎn)量變化幅度。

當(dāng)前, 我國(guó)油菜穩(wěn)產(chǎn)性研究多集中于不同品種的多年、多點(diǎn)品種比較試驗(yàn), 根據(jù)不同年份、地點(diǎn)間的產(chǎn)量評(píng)價(jià)其穩(wěn)產(chǎn)性[14,18], 但多為現(xiàn)象描述, 機(jī)理研究較少。因此, 本試驗(yàn)通過(guò)播期、氮肥、密度的單因素試驗(yàn), 測(cè)定產(chǎn)量變化幅度及關(guān)鍵指標(biāo), 探究高產(chǎn)品種穩(wěn)產(chǎn)機(jī)制, 為優(yōu)良油菜品種選育及大面積豐產(chǎn)提供理論與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)、土壤狀況及材料

試驗(yàn)分別在湖北省武漢市(2020—2021年)和甘肅省蘭州市(2021年)進(jìn)行。武漢點(diǎn)土壤全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量分別為0.74 g kg–1、82.56 mg kg–1、15.9 mg kg–1、145.5 mg kg–1、17.5 g kg–1; 蘭州點(diǎn)依次為1.2 g kg–1、106.6 mg kg–1、35.9 mg kg–1、213.6 mg kg–1、23.6 g kg–1。

武漢和蘭州試點(diǎn)油菜生長(zhǎng)季月均溫、月輻射量和月降雨量存在差異(圖1)。武漢點(diǎn)月均溫、月輻射量和月降雨量均呈先降后升的趨勢(shì), 蘭州點(diǎn)月均溫呈先升后降的趨勢(shì), 月輻射量和月降雨量變化較小。武漢點(diǎn)油菜全生育期月均溫為14.8℃、月輻射量為284.8 MJ m–2、月降雨量為84.7 mm; 與武漢點(diǎn)相比, 蘭州點(diǎn)油菜全生育期月均溫高0.48℃, 月輻射量是其2.2倍, 月降雨量少24.6 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)利用2018—2020連續(xù)2年分布在長(zhǎng)江流域8個(gè)試點(diǎn)的24個(gè)主推品種的產(chǎn)量數(shù)據(jù), 篩選出高產(chǎn)但穩(wěn)產(chǎn)性存在差異的品種湘雜油518 (高產(chǎn)但穩(wěn)產(chǎn)性稍弱)和大地199 (高產(chǎn)且穩(wěn)產(chǎn)性較強(qiáng))為試驗(yàn)材料。湘雜油518和大地199在2年8個(gè)試點(diǎn)的平均產(chǎn)量分別為2793.9 kg hm–2、2987.9 kg hm–2, 產(chǎn)量變異系數(shù)分別為16.5%、11.6%。

分別在武漢(2020—2021年)和蘭州(2021年)進(jìn)行播種期、施氮量、種植密度單因素田間試驗(yàn), 隨機(jī)排列, 3次重復(fù), 共計(jì)72個(gè)小區(qū), 處理水平及其他參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。小區(qū)面積為20 m2(2 m×10 m)。采用翻耕直播方式, 五葉期定苗。播種期、施氮量、種植密度處理小區(qū)均以尿素(46%)、過(guò)磷酸鈣(12%)和硫酸鉀(52%)為肥源。氮肥(純氮)按基肥∶苗肥∶薹肥6∶2∶2施用; 磷肥(P2O5)和鉀肥(K2O)的用量均為90 kg hm–2, 硼沙用量為15 kg hm–2, 磷、鉀、硼肥作基肥。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成 成熟期取樣10株, 測(cè)定單株角果數(shù)、每角果粒數(shù)、千粒重等指標(biāo)。各小區(qū)單獨(dú)收獲、脫粒, 曬干、揚(yáng)凈后稱(chēng)重, 計(jì)算產(chǎn)量。

1.3.2 葉面積指數(shù)、截光率及光能利用效率 用葉面積儀(LI-3100C, LI-Cor Inc., 美國(guó))測(cè)定苗期、薹期及花期單株葉面積, 根據(jù)單株所占面積計(jì)算葉面積指數(shù)(LAI)。用冠層儀(AccuPAR LP-80)測(cè)定苗期、薹期、花期、角果期透光率, 每小區(qū)分別與行向平行、垂直2個(gè)方向各測(cè)定3次, 計(jì)算平均值, 同時(shí)結(jié)合當(dāng)年氣象數(shù)據(jù)及各生育階段地上部干物質(zhì)積累量,計(jì)算該生育階段的光能利用率[19]。

葉面積指數(shù)=(單株葉面積×種植密度×成株率)/(667×10,000);

截光率(%)=[1–(測(cè)定層光強(qiáng)/冠層頂部光強(qiáng))]× 100;

光能利用率(g MJ–1)=地上部干重(g)/截獲輻射量(MJ)。

1.3.3 干物質(zhì)累積與分配 在苗期、薹期、花期及成熟期, 挖出植株洗凈根系后, 沿子葉節(jié)剪斷, 將根、莖、葉分別裝入紙袋, 至烘箱105℃殺青30 min, 80℃烘干至恒重, 測(cè)定各器官干重。

1.3.4 根系表型 花期在根系周?chē)谌?0 cm×30 cm×30 cm的土塊, 沖洗出根系。用根系掃描儀(Epson Expression 1640XL, Epson America, Inc., 美國(guó); with a resolution of 600 d.p.i)及分析系統(tǒng)(WinRHIZO, Regent Instrument Inc., 加拿大)獲取根長(zhǎng)、體積、表面積及平均直徑數(shù)據(jù)。

1.3.5 播種-各生育期時(shí)期的調(diào)查 播種至各生育時(shí)期指標(biāo)測(cè)定天數(shù)如表2所示。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

1.4.1 分析方法 用變異系數(shù)(CV)評(píng)價(jià)穩(wěn)產(chǎn)性, 計(jì)算公式為: CV(%) = (S/M)×100,S為第處理下的標(biāo)準(zhǔn)差,M為第處理下的平均值[20]。將產(chǎn)量(Y)設(shè)置為參考序列, 各影響因子設(shè)為比較序列(X); 用均值法對(duì)原始數(shù)據(jù)無(wú)量綱化處理, 設(shè)分辨系數(shù)為0.5, 計(jì)算各影響因子與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度[21]。

1.4.2 數(shù)據(jù)分析 采用Microsoft Excel 2019和SPSS 25.0軟件分析數(shù)據(jù); 采用Origin 2019軟件作圖; 最小顯著差法(Least significant difference, LSD)比較處理間差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及其構(gòu)成

播期、氮肥、密度均影響油菜產(chǎn)量構(gòu)成、成株率及籽粒產(chǎn)量(表3)。播期推遲, 兩品種在武漢點(diǎn)籽粒產(chǎn)量下降, 蘭州點(diǎn)則呈先升后降的規(guī)律; 增施氮肥, 兩試點(diǎn)、兩品種籽粒產(chǎn)量均增加; 增加密度, 大地199籽粒產(chǎn)量均增加, 湘雜油518呈先升后降規(guī)律, 兩試點(diǎn)相同。

表1 各單因素處理水平及其他關(guān)鍵栽培參數(shù)

播期用月/日表示; 氮肥單位為: kg hm–2; 密度單位為: 萬(wàn)株 hm–2。

Sowing date is expressed in month/day; nitrogen fertilizer unit: kg hm–2; density unit: 10,000 plants hm–2.

表2 兩試驗(yàn)點(diǎn)不同處理從播種至各生育期時(shí)期指標(biāo)測(cè)定天數(shù)

處理同表1。Treatments are the same as those given in Table 1.

不同處理對(duì)兩品種產(chǎn)量構(gòu)成、成株率及籽粒產(chǎn)量的影響大小存在差異。這種差異, 用變異系數(shù)表示。兩品種, 兩試點(diǎn)單株角果數(shù)變異系數(shù)均高于每角果粒數(shù)與千粒重變異系數(shù)。就試點(diǎn)而言, 蘭州點(diǎn)籽粒產(chǎn)量變異系數(shù)均高于武漢; 武漢點(diǎn)成株率變異系數(shù)高于蘭州, 但單株產(chǎn)量變異系數(shù)低于蘭州。就品種而言, 湘雜油518和大地199在武漢及蘭州最高產(chǎn)量接近, 但其穩(wěn)產(chǎn)性存在差異。大地199在不同播期、氮肥處理下籽粒產(chǎn)量變異系數(shù)均低于湘雜油518; 兩試點(diǎn)規(guī)律相同。大地199單株產(chǎn)量與成株率變異系數(shù)均低于湘雜油518, 是其穩(wěn)產(chǎn)性更好的關(guān)鍵。

2.2 干物質(zhì)累積關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)油菜穩(wěn)產(chǎn)性的影響

2.2.1 葉面積指數(shù)(LAI) 隨生育進(jìn)程推進(jìn), 武漢點(diǎn)除S3處理的LAI上升之外, 其他處理LAI均下降, 蘭州點(diǎn)均逐漸增加。3個(gè)栽培措施均影響各生育期LAI (圖2)。播期推遲, 武漢試點(diǎn)LAI下降, 蘭州點(diǎn)則呈先升后降規(guī)律; 增施氮肥, 兩試點(diǎn)、兩品種LAI均增加; 增加密度, 兩試點(diǎn)、兩品種LAI均增加。3個(gè)栽培措施各參數(shù)對(duì)兩品種各生育期LAI的影響大小存在差異。就試點(diǎn)而言, 武漢點(diǎn)LAI變異系數(shù)均高于蘭州。大地199各生育期LAI變異系數(shù)均低于湘雜油518; 兩試點(diǎn)規(guī)律相同(表4)。

圖2 關(guān)鍵栽培措施對(duì)油菜葉面積指數(shù)的影響

處理同表1。XZY 518為湘雜油 518, DD 199為大地199。SS、BS、FS、MS分別表示苗期、薹期、花期、角果期。*、**分別表示在0.05和0.01概率水平顯著差異, NS表示差異不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. XZY 518: Xiangzayou 518; DD 199: Dadi 199. SS, BS, FS, and MS represent seedling stage, bolting stage, flowering stage, and maturity stage, respectively.*and**indicate significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively. NS: non-significant.

2.2.2 光能利用效率(LUE) 各處理?xiàng)l件下, 兩試點(diǎn)兩品種各生育期LUE的變化規(guī)律不盡相同, 但均以蕾薹期為分界點(diǎn), 蕾薹期后, LUE顯著增加(表5)。兩試點(diǎn), 兩品種全生育期LUE均隨氮肥增加而增加, 湘油雜518與大地199全生育期LUE最高處理分別為45×104株 hm–2與75×104株 hm–2。不同試點(diǎn), 兩品種全生育期LUE隨播期變化的規(guī)律不同。武漢點(diǎn)兩品種均隨播期推遲而下降, 蘭州點(diǎn), 兩品種均在S2播期全生育期LUE最高。不同處理?xiàng)l件下, 兩品種, 武漢點(diǎn)為蕾薹期后LUE變異系數(shù)均高于蕾薹期前; 蘭州點(diǎn)規(guī)律不盡相同。兩試點(diǎn), 大地199全生育期LUE變異系數(shù)均低于湘雜油518。

表4 關(guān)鍵栽培措施下油菜各生育期葉面積指數(shù)的變異系數(shù)分析

SS、BS、FS、MS分別表示苗期、薹期、花期、角果期。CV1為湘雜油518在3個(gè)處理間的總變異系數(shù); CV2為大地199在3個(gè)處理間的總變異系數(shù); Total CV1為湘雜油518在9個(gè)處理間的總變異系數(shù); Total CV2為大地199在9個(gè)處理間的總變異系數(shù)。

SS, BS, FS, and MS represent seedling stage, bolting stage, flowering stage, and maturity stage, respectively. CV1: the total variation coefficient of XZY 518 among 3 treatments; CV2: the total variation coefficient of DD 199 among 3 treatments; Total CV1 is the total variation coefficient of XZY 518 among 9 treatments; Total CV2 is the total variation coefficient of DD 199 among 9 treatments.

(續(xù)表5)

處理同表1。XZY 518為湘雜油 518, DD 199為大地199。表中同一列不同字母表示在0.05概率水平差異顯著, 差異顯著性比較是在單因素的6個(gè)處理間進(jìn)行的。CV1為湘雜油518在3個(gè)處理間的總變異系數(shù); CV2為大地199在3個(gè)處理間的總變異系數(shù); Total CV1為湘雜油518在9個(gè)處理間的總變異系數(shù); Total CV2為大地199在9個(gè)處理間的總變異系數(shù)。

Treatments are the same as those given in Table 1. XZY 518: Xiangzayou 518; DD 199: Dadi 199. Values within a column followed by different letters are significantly different at< 0.05; significant differences were compared among 6 treatments on a single factor. CV1: the total variation coefficient of XZY 518 among 3 treatments; CV2: the total variation coefficient of DD 199 among 3 treatments; Total CV1 is the total variation coefficient of XZY 518 among 9 treatments; Total CV2 is the total variation coefficient of DD 199 among 9 treatments.

2.2.3 干物質(zhì)累積 隨生育期推進(jìn), 武漢試點(diǎn)兩品種葉干重先增加后降低, 蘭州點(diǎn)葉干重均逐漸增加; 兩試點(diǎn)兩品種莖干重、地上部總干重及根干重均逐漸增加; 根冠比則呈先升后降的規(guī)律; 兩試點(diǎn)規(guī)律相同(圖3)。播期推遲, 兩品種武漢點(diǎn)地上部干重及根干重下降, 蘭州點(diǎn)呈先升后降規(guī)律; 兩試點(diǎn), 兩品種根冠比均下降。增施氮肥, 兩試點(diǎn)、兩品種地上部干重及根干重增加, 根冠比下降。增加密度, 兩試點(diǎn)、兩品種單株地上部干重、根干重及根冠比均下降; 群體地上部總干重、根干重增加。不同處理?xiàng)l件下, 兩試點(diǎn)、兩品種, 蕾薹期后的地上部干重、根干重及根冠比變異系數(shù)高于蕾薹期前。兩試點(diǎn), 大地199各生育期地上部干重、根干重及根冠比變異系數(shù)均低于湘雜油518。

2.3 根系形態(tài)指標(biāo)對(duì)油菜穩(wěn)產(chǎn)性的影響

花期是油菜根系功能最旺盛的時(shí)期, 此時(shí)根系形態(tài)已固定。播期推遲, 兩品種在武漢點(diǎn)總根長(zhǎng)、根表面積、根體積和平均根直徑下降, 蘭州點(diǎn)則呈先升后降規(guī)律; 增施氮肥, 兩試點(diǎn)、兩品種總根長(zhǎng)、根表面積、根體積和平均根直徑增加; 增加密度, 兩試點(diǎn)、兩品種總根長(zhǎng)、根表面積、根體積和平均根直徑下降(表6)。各處理下, 武漢點(diǎn)除根體積變異系數(shù)低于蘭州, 其他指標(biāo)變異系數(shù)均高于蘭州。兩試點(diǎn), 大地199總根長(zhǎng)、根表面積、根體積和平均根直徑的變異系數(shù)均低于湘雜油518。

2.4 穩(wěn)產(chǎn)特征分析

2.4.1 產(chǎn)量與各影響因子的灰色關(guān)聯(lián)度分析 兩品種的產(chǎn)量均與群體有效角果數(shù)的關(guān)聯(lián)度最大, 其次是花期干物質(zhì)重(表7)。兩試點(diǎn), 各栽培措施不同參數(shù)條件下, 影響兩品種產(chǎn)量大小的指標(biāo)依次為: 群體角果數(shù)、花期干重、薹期LAI、花期LAI、平均根直徑、每角果粒數(shù)、成熟期干重、薹-花期LUE。

2.4.2 產(chǎn)量與主要影響因子相關(guān)分析 灰色關(guān)聯(lián)分析找出對(duì)產(chǎn)量影響較大的指標(biāo), 再通過(guò)相關(guān)分析明確其對(duì)產(chǎn)量的相關(guān)程度(表8)。兩品種產(chǎn)量均與群體角果數(shù)、每角果粒數(shù)、平均根直徑、花期干重、成熟期干重、薹期LAI、花期LAI、薹-花期LUE呈顯著正相關(guān)。

圖3 關(guān)鍵栽培措施對(duì)油菜各生育時(shí)期干物累積量及根冠比的影響

處理同表1。XZY 518為湘雜油 518, DD 199為大地199。圖中同一行不同字母表示在0.05概率水平差異顯著, 差異顯著性比較是在單因素的6個(gè)處理間進(jìn)行的, 圖中圓圈表示3個(gè)梯度間的變異系數(shù)。*和**表示在0.05和0.01概率水平顯著差異, NS表示差異不顯著。

Treatments are the same as those given in Table 1. XZY 518: Xiangzayou 518; DD 199: Dadi 199. Values within a column followed by different letters are significantly different at< 0.05; significant differences were compared among 6 treatments on a single factor.; the circles in the figure represent the variation coefficient among the 3 gradients. * and ** indicate significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively. NS: non-significant.

處理同表1。XZY518為湘雜油 518, DD199為大地199。表中同一列不同字母表示在0.05概率水平差異顯著, 差異顯著性比較是在單因素的6個(gè)處理間進(jìn)行的。CV1為湘雜油518在3個(gè)處理間的總變異系數(shù); CV2為大地199在3個(gè)處理間的總變異系數(shù); Total CV1為湘雜油518在9個(gè)處理間的總變異系數(shù); Total CV2為大地199在9個(gè)處理間的總變異系數(shù)。

Treatments are the same as those given in Table 1. XZY518: Xiangzayou 518; DD 199: Dadi199. Values within a column followed by different letters are significantly different at< 0.05; significant differences were compared among 6 treatments on a single factor. CV1: the total variation coefficient of XZY 518 among 3 treatments; CV2: the total variation coefficient of DD 199 among 3 treatments; Total CV1 is the total variation coefficient of XZY 518 among 9 treatments; Total CV2 is the total variation coefficient of DD 199 among 9 treatments.

XZY518為湘雜油518, DD199為大地199。上述指標(biāo)均為群體指標(biāo)。

XZY518: Xiangzayou 518; DD199: Dadi 199. All the indicators are population indicators.

表8 產(chǎn)量與主要影響因子的相關(guān)性分析

XZY518為湘雜油518, DD199為大地199。上述指標(biāo)均為群體指標(biāo)。相關(guān)系數(shù)臨界值0.05= 0.468,0.01= 0.590;*和**分別表示在0.05和0.01概率水平差異顯著。

XZY518: Xiangzayou 518; DD199: Dadi 199. All the above indicators are group population indicators. Critical value of correlation coefficient,0.05= 0.468,0.01= 0.590;*and**mean significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

2.4.3 產(chǎn)量變異系數(shù)與關(guān)鍵指標(biāo)變異系數(shù)相關(guān)性

湘雜油518產(chǎn)量變異系數(shù)與群體角果數(shù)、花期干重、平均根直徑、成熟期干重變異系數(shù)顯著正相關(guān); 大地199則與群體角果數(shù)、每角粒數(shù)、花期干重和平均根直徑顯著正相關(guān)(表9)。綜上, 群體角果數(shù)、花期干重和平均根直徑是影響兩個(gè)油菜品種產(chǎn)量穩(wěn)定性的共同指標(biāo)。

3 討論

3.1 播期、施氮量、種植密度對(duì)直播油菜產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

本研究中, 播期、氮肥和密度均明顯影響了兩試點(diǎn)、兩品種直播油菜的產(chǎn)量及其構(gòu)成。播期推遲, 兩品種在武漢點(diǎn)單株角果數(shù)、每角果粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均下降; 蘭州點(diǎn)因早播氣溫低, 產(chǎn)量呈先升后降規(guī)律。增施氮肥, 兩試點(diǎn)、兩品種均通過(guò)增加群體光能截獲和LUE的提高, 促進(jìn)光合產(chǎn)物積累, 增加了單株有效分枝數(shù)、單株角果數(shù)、每角果粒數(shù)和最終籽粒產(chǎn)量。增加密度, 湘雜油518在兩試點(diǎn), 單株角果數(shù)、每角果粒數(shù)和千粒重均下降, 單株產(chǎn)量降低, 但群體光能截獲、LUE及干物質(zhì)積累量均呈先升高后降低的規(guī)律, 導(dǎo)致最終的籽粒產(chǎn)量也呈現(xiàn)先升高后降低的規(guī)律; 而大地199在兩試點(diǎn), 單株角果數(shù)、每角果粒數(shù)和千粒重均下降, 但群體光能截獲、LUE及干物質(zhì)積累量均增加, 導(dǎo)致群體角果數(shù)增加, 最終籽粒產(chǎn)量提高。

表9 產(chǎn)量變異系數(shù)與主要影響因子變異系數(shù)的相關(guān)性分析

XZY518為湘雜油518, DD199為大地199。上述指標(biāo)均為群體指標(biāo)。相關(guān)系數(shù)臨界值0.05= 0.811,0.01= 0.917;*和**分別表示在0.05和0.01概率水平差異顯著。

XZY518: Xiangzayou 518; DD199: Dadi 199. The above indicators are group indicators. Critical value of correlation coefficient,0.05= 0.811,0.01= 0.917;*and**mean significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

3.2 兩品種在不同栽培措施下的穩(wěn)產(chǎn)性變化

油菜種植方式發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變, 由傳統(tǒng)的育苗移栽轉(zhuǎn)向直播栽培。與育苗移栽相比, 直播油菜產(chǎn)量更易受到播期、施氮量、種植密度的影響, 且各處理間產(chǎn)量變化幅度更大, 我們用穩(wěn)產(chǎn)性表示。一般而言, 中高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種在不同栽培措施下均能夠表現(xiàn)出穩(wěn)定的生產(chǎn)性[22], 且與普通品種相比具有分枝數(shù)和單株角果數(shù)多, 各生育期干物質(zhì)積累量大、成株率和整齊度高、生育期適中、抗逆性強(qiáng)等特征[23]。本研究中, 穩(wěn)產(chǎn)性較強(qiáng)的品種大地199在不同播期、氮肥下均具有較強(qiáng)的穩(wěn)產(chǎn)性。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn), 大地199單株角果數(shù)、單株產(chǎn)量與成株率變異系數(shù)均低于湘雜油518, 是其穩(wěn)產(chǎn)性更好的關(guān)鍵。這與高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)水稻品種有效穗數(shù)多、分蘗力強(qiáng)、成穗率高等類(lèi)似[24]。因此, 高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性較強(qiáng)的油菜品種應(yīng)具有成株率和整齊度高、個(gè)體與群體相協(xié)調(diào), 單株角果數(shù)和單株產(chǎn)量變幅小等特征。

3.3 影響直播油菜穩(wěn)產(chǎn)性的關(guān)鍵指標(biāo)

植株LAI、冠層結(jié)構(gòu)及LUE等是作物產(chǎn)量形成的關(guān)鍵指標(biāo)[25], 高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性強(qiáng)的品種具有較高的LAI和LUE, 且處理間波動(dòng)小[23]。本研究中, 與光合密切的LAI和LUE均受3個(gè)栽培措施的影響。兩試點(diǎn), 各處理下, 大地199的LAI和LUE變異系數(shù)均小于湘雜油518。表明高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性較強(qiáng)的品種在不同條件下, 能較好協(xié)調(diào)個(gè)體-群體生長(zhǎng), 保持較高LAI、提高LUE, 為穩(wěn)產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。這與前人研究的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種LAI和LUE變幅較小的結(jié)論一致[24]。

干物質(zhì)累積是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[26]。高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性強(qiáng)的品種要求干物質(zhì)量大且合理分配[3]。本研究中, 播期、氮肥和密度處理對(duì)兩試點(diǎn)、兩品種干物質(zhì)累積量均有顯著影響, 且變幅存在差異。兩試點(diǎn)、各處理下, 湘雜油518各生育時(shí)期干物質(zhì)累積量的變異系數(shù)均高于大地199。這與前人研究的產(chǎn)量穩(wěn)定性較強(qiáng)的品種在不同栽培措施下各器官干物質(zhì)累積變化幅度小的結(jié)果相一致[27]。此外, 與湘雜油518相比, 大地199個(gè)體整齊均勻, 群體競(jìng)爭(zhēng)減小,有利于植株生長(zhǎng)發(fā)育及群體產(chǎn)量形成[28-29]。因此, 各處理下, 大地199各生育時(shí)期干物質(zhì)累積量的穩(wěn)定性較好是其穩(wěn)產(chǎn)性較好的重要基礎(chǔ)。

根系生長(zhǎng)及其分布決定了作物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收[30], 且影響同化物合成和最終產(chǎn)量[31-32]。通過(guò)栽培措施改善作物根系形態(tài), 對(duì)提高產(chǎn)量有積極作用[33]。本試驗(yàn)中, 兩試點(diǎn)各處理下, 大地199總根長(zhǎng)、根體積、根表面積和平均根直徑的變異系數(shù)均低于湘雜油518。這與前人所研究的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)水稻品種在不同種植方式下總根長(zhǎng)、根體積和根表面積變化幅度小的結(jié)果一致[34]。

通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度分析, 明確各個(gè)性狀對(duì)產(chǎn)量影響的主次關(guān)系, 對(duì)指導(dǎo)油菜品種選育和栽培調(diào)控具有重要意義[35-36]。本研究中, 兩品種產(chǎn)量均與群體角果數(shù)關(guān)聯(lián)度最大, 其次是花期干重, 且與薹期LAI、花期LAI、平均根直徑、每角果粒數(shù)、成熟期干重和薹期LUE等指標(biāo)關(guān)聯(lián)程度較高。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn), 兩品種的穩(wěn)產(chǎn)性與群體角果數(shù)、花期干重和平均根直徑呈顯著正相關(guān)。因此, 群體角果數(shù)、花期干重和平均根直徑是影響2個(gè)品種產(chǎn)量穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)?；ㄆ谑怯筒烁到ǔ膳c營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)干物質(zhì)積累的定型期[37], 此時(shí)期干物質(zhì)積累量大, 可通過(guò)后期的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)調(diào)節(jié)油菜產(chǎn)量的形成[38], 緩解因光、溫、水、養(yǎng)分等資源缺乏對(duì)產(chǎn)量形成的限制, 進(jìn)而提高油菜產(chǎn)量的穩(wěn)定性。而本研究發(fā)現(xiàn)平均根直徑與油菜穩(wěn)產(chǎn)性的影響最大, 這可能是因?yàn)榛ㄆ诟敌螒B(tài)已建成[37], 此時(shí)平均根直徑大則根系粗壯, 可減緩花期、角果期根系衰老, 確保較高的根系活性, 從而有利于地上部干物質(zhì)積累[39], 進(jìn)而提高油菜的穩(wěn)產(chǎn)性。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)中, 兩試點(diǎn)各處理對(duì)油菜LAI、LUE、干物質(zhì)累積與分配、根系形態(tài)和產(chǎn)量均有顯著影響。與湘雜油518相比, 大地199在兩試點(diǎn)各處理?xiàng)l件下具有成株率和整齊度高, 根系形態(tài)、LAI和LUE變幅小, 地上部干物質(zhì)累積量大等特點(diǎn), 其穩(wěn)產(chǎn)性也更強(qiáng)?；疑P(guān)聯(lián)度和相關(guān)分析發(fā)現(xiàn), 群體角果數(shù)、花期干物質(zhì)累積量、平均根直徑是影響油菜穩(wěn)產(chǎn)性的關(guān)鍵指標(biāo)。因此, 優(yōu)化群體角果數(shù)、花期干物質(zhì)積累量和平均根直徑等指標(biāo), 可實(shí)現(xiàn)油菜的大面積穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)。

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Formation mechanism of yield stability in high-yielding rapeseed varieties

YU Xin-Ying, WANG Chun-Yun, LI Da-Shuang, WANG Zong-Kai, KUAI Jie, WANG Bo, WANG Jing, XU Zheng-Hua, and ZHOU Guang-Sheng*

College of Plant Science and Technology, Huazhong Agricultural University / Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System for the Middle Reaches of the Yangtze River, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430070, Hubei, China

In crop production, yield stability is as important as high yield. To explore the relationship between main agronomic traits and yield stability and to provide a theoretical basis for large-scale high yield and improved variety breeding of rapeseed, a single factor field experiments of sowing date, nitrogen rate, and planting density were carried out in Wuhan and Lanzhou. The high yielding varieties [Xiangzayou 518 (XZY 518) and Dadi 199 (DD 199)] with different yield stability were used as the materials, the agronomic, physiological indices and the yield of each treatment were measured, and the variation coefficient of each index was calculated. The results showed that: (1) Sowing date, nitrogen rate, and plant density significantly affected the rapeseed yield. There was no significant difference in the maximum yield between two varieties, however there was a significant difference in the yield stability among these treatments. The yield variation coefficients of DD 199 were lower than that of XZY 518 with the strong stability. (2) Compared with XZY518, the indices of leaf area index (LAI), light energy utilization efficiency (LUE), aboveground dry matter accumulation, and root morphology at flowering stage of DD 199 were better, while the variation coefficient of were smaller, which was the basis of high and stable yield. (3) Grey correlation analysis showed that under each treatment, the yield of rapeseed was significantly positive correlated with the population pod number, aboveground dry weight, and average root diameter at flowering stage. In addition, the variation coefficient of population pod number, aboveground dry weight, and average root diameter at flowering stage were significantly positively correlated with the variation coefficient of yield. In conclusion, optimizing the indices such as population pod number, aboveground dry weight, and average root diameter at flowering stage can provide a theoretical support for breeding of rapeseed variety and achieving high yield at large-scale.

rapeseed; cultivated measures; high yield; yield stability

10.3724/SP.J.1006.2023.24115

本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2020YFD1000900), 湖北現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目(2662019PY076)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2020YFD1000900), the Hubei Province Modern Agricultural Industry Technology System Project, and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (2662019PY076).

周廣生, E-mail: zhougs@mail.hzau.edu.cn

E-mail: 2075386202@qq.com

2022-05-10;

2022-09-05;

2022-09-16.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20220914.1906.009.html

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