干旱脅迫對不同品種飼料油菜生長發(fā)育、干物質積累及產(chǎn)量的影響

王悅 高山 程凱樂 阿迪力江?阿克木 徐愛遐 陸斌

摘要：為篩選適宜南疆干旱栽培條件下的飼料油菜品種（系），綜合評價不同干旱脅迫下飼料油菜的生長特征，為南疆干旱區(qū)的飼料油菜品種選擇提供參考，以4個飼料油菜品種（系）為試驗材料，采用2因素隨機區(qū)組設計，設定4個水分處理［4500m3/hm2（CK）、3500m2（D1）、2500m3/hm2（D2）、1500m3/hm2（D3）］，探究不同干旱脅迫條件對不同飼料品種（系）生長發(fā)育、干物質積累及產(chǎn)量的影響。結果表明，干旱脅迫下，飼料油菜的株高、株高生長量、莖粗、莖粗生長量均明顯降低；隨著干旱脅迫強度的增加，飼料油菜各器官的干物質積累量、根干質量、地上部干質量、生物量、產(chǎn)量逐漸下降，均在重度干旱脅迫下達到最小值；在重度干旱脅迫下，C11的莖干物質積累量、葉干物質積累量、根干質量、地上部干質量、生物量、產(chǎn)量高于其他3個飼料油菜品種，分別為5.47g/株、2.13g/株、1.81g/株、15.66g/株、17.48g/株、25911.11kg/hm2，分別較正常供水（對照）下降51.55%、72.94%、37.15%、52.18%、50.94%、38.43%；對各個特征進行相關分析結果表明，灌水量與根干質量、地上部干質量、生物量、產(chǎn)量在0.001水平顯著正相關。經(jīng)綜合評價，不同飼料油菜品種（系）的抗旱性表現(xiàn)為C11＞華油雜62＞福油158＞陜油1617。

關鍵詞：飼料油菜；干旱；生長發(fā)育；產(chǎn)量；主成分分析；南疆

中圖分類號：S565.401文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）10-0155-08

干旱是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素，干旱每年都會導致農(nóng)作物大量減產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，60%以上的減產(chǎn)是由干旱導致的。新疆是典型干旱地區(qū)，干旱面積占全區(qū)總面積的88.7%［1-2］。新疆畜牧業(yè)占比逐年增加，但因降水稀少、蒸發(fā)強烈、日照充足的氣候特點，致使青貯飼料嚴重缺乏，制約畜牧業(yè)發(fā)展［3］。飼料油菜生長周期短，與其他青貯飼料相比具有更高的產(chǎn)量和營養(yǎng)價值，因此飼料油菜的種植有利于解決南疆青貯飼草供應不足的問題［4］。大量研究表明，形態(tài)變化是作物響應干旱脅迫的機制之一，干旱會損壞作物的許多代謝和生理過程，致使作物的生長速度降低，降低作物的干物質積累，最終影響產(chǎn)量［5-7］。李素研究發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫的加劇，油菜的生物量逐漸降低，根冠比逐漸增大［8］。朱曉慧研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫抑制油菜的地上部鮮質量、莖粗、根粗，且大部分飼料油菜的根粗、莖粗未達到顯著水平［9］。前人通過設置玉米水分對照試驗發(fā)現(xiàn)，重度、中度脅迫對作物生長發(fā)育影響較大，干旱脅迫嚴重抑制器官干物質積累，理論產(chǎn)量大幅度下降，與對照相比減少85%［10-11］。鄒成林等通過主成分分析評價對12個玉米品種的抗旱性做出評價，挑選出抗旱性強的品種［12］。目前，干旱對飼料油菜生長發(fā)育和產(chǎn)量影響的研究較少，多個水分梯度和時間梯度下的干旱脅迫對飼料生長及產(chǎn)量的系統(tǒng)研究尚未見報道。本試驗以4種飼料油菜品種為材料，進行大田種植，通過人工控制油菜灌溉水量研究不同飼料油菜在不同干旱脅迫下的生長情況，以期為南疆飼料油菜抗旱種質篩選及節(jié)水栽培提供理論依據(jù)，對增加南疆飼草供應具有重要意義。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況與供試品種

本試驗于2022年在塔里木大學農(nóng)學試驗站進行，試驗區(qū)雨量稀少，年平均降水量為46～80mm。試驗地土壤為沙壤土，有機質含量9.05g/kg、全氮含量15.46g/kg、全磷含量2.14g/kg、全鉀含量14.64g/kg、堿解氮含量82.46mg/kg、速效磷含量20.01mg/kg、速效鉀含量56.11mg/kg、pH值8.13。

以4個油菜品種（系）為試驗材料，分別是華油雜62、福油158、陜油1617、C11。

1.2試驗設計與田間管理

試驗采用2因素隨機區(qū)組設計，設品種和灌水量為試驗因素，并用水表控制水量。選擇4個品種：華油雜62（V1）、福油158（V2）、陜油1617（V3）、C11（V4）；灌水量設置4個水平：正常水分處理為灌水4500m3/hm2（CK），輕度干旱脅迫為灌水3500m3/hm2（D1），中度干旱脅迫為灌水2500m3/hm2（D2），重度干旱脅迫為灌水1500m3/hm2（D3），共16個處理，3次重復，共48個小區(qū)。小區(qū)面積為3m2（2.0m×1.5m），小區(qū)過道寬0.5m，各處理之間用棚布隔開，隔離深度1.0m，以防滲漏。試驗采用露地條播種植方式，耕地后施磷酸二銨64kg/hm2、尿素32kg/hm2，5葉期追施尿素16kg/hm2，其他田間管理同當?shù)卮筇铩?/p>

1.3測定項目與方法

1.3.1油菜形態(tài)指標

分別在油菜5葉期、苗期、蕾期、初花期、盛花期每小區(qū)選3株長勢均勻的植株，測定其株高、莖粗，并計算各時期株高、莖粗的生長量：

株高生長量=后一時期株高-前一時期株高；

莖粗生長量=后一時期莖粗-前一時期莖粗。

1.3.2生物量測定

分別在油菜5葉期、苗期、蕾期、初花期和盛花期每小區(qū)取3株長勢均勻的單株，將根、莖、葉分開，置于烘箱105℃殺青30min，再80℃烘干至恒質量后稱質量，得到各器官的干物質量。生物量測定整株干物質量。

干物質積累量=后一時期生物量-前一時期生物量［13］；

根冠比=根干質量/地上部干質量。

1.3.3產(chǎn)量

盛花期進行收割測產(chǎn)（地上部分），測定整個小區(qū)的產(chǎn)量［14］。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用MicrosoftExcel2010整理數(shù)據(jù)，用SPSS進行數(shù)據(jù)處理與分析，采用Origin作圖。

2結果與分析

2.1干旱脅迫對不同油菜品種生長特性的影響

2.1.1干旱脅迫對不同油菜品種株高、株高生長量的影響

從表1可以看出，4個飼料油菜品種在不同干旱脅迫條件下的株高均隨著生育期的推進呈上升趨勢。在飼料油菜的5葉期、苗期和初花期，福油158在中度干旱脅迫下的株高顯著高于其他水分處理（P<0.05）；當陜油1617處于苗期時，中度干旱脅迫條件下的株高較正常供水處理（CK）顯著降低，降幅為43.63%。在正常水分條件下，5葉期飼料油菜的株高表現(xiàn)為C11＞華油雜62＞陜油1617＞福油158；中度干旱脅迫條件下，陜油1617苗期的株高顯著低于其他3個品種，初花期各個品種的株高表現(xiàn)為福油158＞華油雜62＞陜油1617＞C11。

同一干旱脅迫程度下，蕾期至初花期的飼料油菜株高增幅最大，由于受到不同程度的干旱脅迫程度的影響，5葉期至苗期的飼料油菜株高生長量存在顯著差異，且隨著干旱程度增加大致呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，華油雜62、陜油1617的株高生長量均在中度干旱脅迫下最低，福油158、C11的株高生長量均在重度干旱脅迫條件下最低，說明福油158、C11的株高生長量對干旱的響應最慢。5葉期至苗期中度干旱脅迫下，各個品種的株高生長量存在顯著差異，株高生長量表現(xiàn)為福油158＞華油雜62＞C11＞陜油1617；5葉期至苗期在重度干旱脅迫條件下，株高生長量表現(xiàn)為陜油1617＞福油158＞華油雜62＞C11。

2.1.2干旱脅迫對不同油菜品種莖粗、莖粗生長量的影響

由表2可知，4個飼料油菜品種在不同干旱脅迫條件下的莖粗均隨著生育期的推進呈上升趨勢，且隨著干旱程度的增加，大致呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。當華油雜62處于5葉期時，中度、重度干旱處理下的莖粗顯著低于正常水分處理，降幅分別為33.10%，38.43%；福油158的各個生育期均表現(xiàn)為中度干旱脅迫下的莖粗高于其他水分處理，且與部分水分處理存在顯著差異；當陜油1617處于苗期、蕾期、初花期和盛花期時，重度干旱脅迫下的莖粗較正常水分處理分別下降22.14%、18.00%、17.96%、4.39%；當C11在初花期時，重度干旱脅迫下的莖粗顯著小于正常水分處理，降幅為22.21%。

5葉期至苗期的飼料油菜莖粗增幅相對較大，由于受到不同程度干旱脅迫的影響，各品種飼料油菜在不同生育期的莖粗生長量存在顯著差異，苗期至蕾期的莖粗增長量在重度干旱脅迫條件下表現(xiàn)為華油雜62＞陜油1617＞C11＞福油158；蕾期至初花期的莖粗增長量在輕度干旱脅迫條件下表現(xiàn)為陜油1617＞C11＞華油雜62＞福油158；在初花

期至盛花期，華油雜62在中度干旱脅迫下的莖粗增長量顯著低于其他3個品種，福油158的莖粗增長量明顯低于C11。

2.1.3干旱脅迫對不同品種油菜根干質量的影響

由表3可知，與正常水分處理相比，隨著干旱程度的不斷增加，飼料油菜根干質量有所降低，重度干旱脅迫下最小。重度干旱脅迫下的根干質量表現(xiàn)為C11＞華油雜62＞陜油1617＞福油158，較正常水分處理分別下降37.15%、54.19%、40.38%、56.51%。輕度干旱脅迫下，4個油菜品種的根干質量表現(xiàn)為C11＞華油雜62＞福油158＞陜油1617，福油158和陜油1617的根干質量顯著低于C11和華油雜62；中度干旱脅迫條件下，C11的根干質量顯著高于其他3個油菜品種，華油雜62、福油158、陜油1617的根干質量分別是C11的65.71%、49.29%、58.21%。由此可見，干旱會抑制飼料的根系生長，但由于不同飼料油菜的抗旱能力不同，油菜根系生長對干旱的響應也有所不同。

2.1.4干旱脅迫對不同油菜品種地上部干質量的影響

由表3可知，與正常水分處理相比，隨著干旱程度的增加，飼料油菜地上部干質量逐漸降低，在重度干旱脅迫下達到最小值，表現(xiàn)為C11＞陜油1617＞福油158＞華油雜62，較正常供水處理分別下降52.18%、41.90%、44.39%、56.58%，C11和華油雜62的地上部干質量降幅最大。輕度干旱脅迫下，4個油菜品種的地上部干質量表現(xiàn)為C11＞華油雜62＞福油158＞陜油1617，較正常供水處理分別下降31.48%、22.64%、20.93%、24.31%；中度干旱脅迫下，4個油菜品種的地上部干質量表現(xiàn)為C11＞華油雜62＞陜油1617＞福油158，較正常供水處理分別下降38.02%、41.86%、30.89%、33.03%，C11和華油雜62的降幅最大。

2.1.5干旱脅迫對不同品種油菜根冠比的影響

由表3可知，干旱脅迫對C11的根冠比影響顯著，即C11輕度和中度干旱脅迫處理的根冠比顯著高于正常水分處理，且較正常水分處理分別增長46.76%、56.54%，而干旱脅迫對其他3個油菜品種的根冠比均未造成顯著影響；正常水分處理下，4個油菜品種的根冠比表現(xiàn)為福油158＞華油雜62＞陜油1617＞C11；輕度、中度和重度干旱脅迫處理下，4個油菜品種的根冠比表現(xiàn)為C11＞華油雜62＞陜油1617＞福油158。

2.1.6干旱脅迫對不同油菜品種生物量的影響

由表3可知，干旱脅迫對4個油菜品種的生物量影響顯著。隨著干旱脅迫的加劇，4個油菜品種的生物量均呈減小趨勢，均在重度干旱脅迫下達到最小值，表現(xiàn)為C11＞陜油1617＞華油雜63＞福油158，較正常水分處理分別下降50.94%、41.77%、56.09%、45.64%，C11和華油雜62的生物量降幅較大。相同水分梯度下，不同油菜品種間的生物量存在顯著差異，正常供水處理下，C11的生物量顯著大于其他3個油菜品種；輕度干旱脅迫處理下，C11和華油雜62的生物量顯著高于福油158和陜油1617；中度和重度干旱脅迫處理下，C11的生物量顯著高于其他3個油菜品種。

2.2干旱脅迫對不同品種油菜產(chǎn)量的影響

由表3可知，與正常水分處理相比，隨著干旱程度的增加，飼料油菜產(chǎn)量逐漸降低，在重度干旱脅迫下達到最小值，表現(xiàn)為C11＞福油158＞華油雜62＞陜油1617，較正常供水處理分別下降38.43%、43.52%、24.07%、34.95%，華油雜62產(chǎn)量的降幅最小。輕度干旱脅迫下，4個油菜品種的產(chǎn)量表現(xiàn)為陜油1617＞C11＞福油158＞華油雜62，較正常供水處理分別下降0.56%、16.76%、24.98%、4.39%；中度干旱脅迫下，4個油菜品種的產(chǎn)量表現(xiàn)為C11＞福油158＞華油雜62＞陜油1617，較正常供水處理分別下降28.22%、32.75%、18.25%、34.37%，華油雜62的降幅最小。

2.3干旱脅迫對不同品種油菜干物質積累的影響

由表4可知，各品種飼料油菜在同一生育時期內的根、莖、葉干物質積累量變化趨勢基本相同，隨著干旱程度的增加，4種飼料油菜的各器官干物質積累量逐漸下降，且與正常水分處理存在顯著差異，大體表現(xiàn)為CK>D1>D2>D3。在同一干旱脅迫程度下，盛花期的各器官干物質積累量大體上高于其他生育期，輕度干旱脅迫下，莖干物質積累量表現(xiàn)為華油雜62＞C11＞福油158＞陜油1617，葉干物質積累量表現(xiàn)為C11＞華油雜62＞陜油1617＞福油158；中度干旱脅迫下，C11的莖、葉干物質積累量均顯著高于其他3個油菜品種，較正常水分處理分別下降51.64%、30.11%；重度干旱脅迫下，莖干物質積累量表現(xiàn)為C11＞福油158＞陜油1617＞華油雜62，葉干物質積累量表現(xiàn)為C11＞陜油1617＞福油158＞華油雜62，C11莖、葉干物質積累量較正常供水處理分別下降51.55%、72.94%。

2.4干旱脅迫與產(chǎn)量的相關性分析

為進一步了解干旱脅迫與產(chǎn)量之間的關系，采用相關分析對各性狀進行分析后發(fā)現(xiàn)，水量與根干質量、地上部干質量、生物量、產(chǎn)量在0.001水平顯著正相關，水量越大，根干質量、地上部干質量、生物量越大，產(chǎn)量就越高，說明干旱脅迫對飼料油菜產(chǎn)量有顯著影響，即水量越大，干旱程度越低，產(chǎn)量越高；根干質量與地上部干質量、根冠比、生物量、產(chǎn)量在0.001水平顯著正相關，根干質量越大，地上部干質量、根冠比、生物量越大，產(chǎn)量越高；地上部

干質量與生物量、產(chǎn)量在0.001水平顯著正相關，地上部干質量越大，生物量越大，產(chǎn)量越高（圖1）。

2.5主成分分析

從表5可以看出，主成分分析提取了4個主成分，第1主成分特征值為3.557，貢獻率為39.526%，根干質量、地上部干質量和產(chǎn)量在第1主成分上有較高載荷，說明第1主成分的抗旱能力主要由根干質量、地上部干質量和產(chǎn)量決定；第2主成分特征值為1.914，方差貢獻率為21.264%，累積貢獻率為60.790%，株高、莖粗在第2主成分上有較高載荷，說明第2主成分的抗旱能力主要由株高和莖粗決定；第3主成分的特征值為1.303，方差貢獻率為14.474%，累積貢獻率為75.264%，株高生長量在第3主成分上具有較高載荷，說明第3主成分的抗旱能力主要由株高生長量決定；第4主成分的特征值為1.070，方差貢獻率為11.891%，累積貢獻率為87.155%，根冠比在第4主成分上具有較高載荷，說明第4主成分的抗旱能力主要由根冠比決定。4個主成分分別包含4份材料9個指標87.155%的數(shù)據(jù)信息，并對這4份材料做出評價時，可將產(chǎn)量、地上部干質量、部分形態(tài)及根部特征作為評價指標。

設株高、株高生長量、莖粗、莖粗生長量、根干質量、地上部干質量、根冠比、生物量、產(chǎn)量的數(shù)據(jù)依次為X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9。根據(jù)成分矩陣和特征值可得主成分表達式：

根據(jù)以上結果，以4個主成分對應的旋轉之前的貢獻率作為權重，將飼料油菜材料主成分得分和相應的權重進行線性加權求和，計算出各份材料的4份飼料油菜材料在各主成分下的得分、綜合得分及排名結果見表6。綜合得分越高表示該份材料抗旱性越好。由表6可知，4份飼料油菜材料綜合抗旱性由強到弱依次為C11、華油雜62、福油158、陜油1617。

3討論

新疆常年干旱少雨，鹽漬化耕地占新疆總耕地面積的30.12%。研究發(fā)現(xiàn)，當干旱、鹽、堿多重脅迫同時存在時，干旱脅迫是主要影響因素［15-17］。干旱脅迫對紫花苜蓿的發(fā)芽率農(nóng)藝性狀一定程度上可以反映作物的生長狀況［18］。眾多學者開展了有關作物生長對干旱脅迫程度的響應研究，研究結果表明，作物所受干旱程度越高，其株高、莖粗越小，作物的耐旱品種（系）的株高及株高增長量在干旱脅迫下會較正常供水處理有所增加［19-21］。曹夢琳等研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫使不同小麥種質的株高、干質量降低［22］。本研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫對飼料油菜的株高、株高生長量、莖粗、莖粗生長量有顯著影響，適當干旱可以提高福油158的株高和莖粗，其他3個油菜品種的株高、株高生長量、莖粗、莖粗生長量隨著干旱脅迫的加劇呈減小趨勢，這可能與其品種本身的抗旱能力有關。

干物質積累直接影響作物的產(chǎn)量，提高作物的干物質積累是提升產(chǎn)量的關鍵。孫計平等研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫使烤煙的根、莖、葉干物質量顯著降低，最終影響單株產(chǎn)量［23］。張玉娜等對谷子不同生育期進行干旱脅迫發(fā)現(xiàn)，谷子的各個器官干物質量及產(chǎn)量均會隨著干旱脅迫強度的增加而逐漸降低［24］。杜云峰研究發(fā)現(xiàn)，水稻在遭受干旱脅迫后，植株總干物質積累量顯著降低，且其莖、葉、鞘、穗、根各器官的干物質積累量均顯著下降［25］。本研究與上述結論一致，隨著干旱強度的增加，4個飼料油菜品種的根、莖、葉干物質積累量均呈下降趨勢，且差異顯著。

作物在干旱脅迫下產(chǎn)量降低的主要原因是其生長發(fā)育過程受到抑制，作物對干旱脅迫的反應在不同的組織水平上有顯著差異，這取決于干旱脅迫的強度。王圓圓等研究發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫的加劇，苜蓿的單株生物量、根冠比均顯著下降［26］。何小三等研究發(fā)現(xiàn)，油茶的根系干質量、地上部干質量、根冠比、生物量均隨著干旱脅迫程度的加劇而顯著降低［13］。本研究與上述結論一致，干旱脅迫對飼料油菜的根干質量、地上部干質量、生物量、產(chǎn)量造成顯著影響，均隨著干旱脅迫的加劇呈減小趨勢。

莫若男研究發(fā)現(xiàn)，干旱強度與大豆的株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、百粒質量、單株產(chǎn)量、干物質量均呈極顯著負相關關系，干旱強度越高，產(chǎn)量越低［27］。劉凱強等對燕麥在不同干旱脅迫下的各個指標進行相關性分析發(fā)現(xiàn)，燕麥的穗干質量、莖干質量、根干質量、葉干質量與產(chǎn)量呈顯著正相關關系［28］。本研究與上述結論一致，水量與根干質量、地上部干質量、生物量、產(chǎn)量在0.001水平顯著正相關，水量越大，干旱強度越小，根干質量、地上部干質量、生物量越大，產(chǎn)量就越高，說明干旱脅迫對飼料油菜產(chǎn)量有顯著影響。主成分分析可對種質資源的抗旱性進行科學合理評價，前人通過主成分分析對青稞、玉米、萬壽菊的種質資源進行綜合評價，篩選出抗旱品種［29-31］。本試驗運用主成分分析方法，對4個飼料油菜種質資源進行綜合評價，根據(jù)綜合得分可知，抗旱性綜合排序結果為C11＞華油雜62＞福油158＞陜油1617。

4結論

干旱脅迫會抑制飼料油菜的生長發(fā)育，飼料油菜的株高、株高生長量、莖粗、莖粗生長量、根干質量、地上部干質量、根冠比、生物量均隨著干旱脅迫的加劇而降低；干旱脅迫會顯著降低飼料油菜的干物質積累量，4個飼料油菜品種的根、莖、葉干物質積累量均隨著干旱脅迫程度的加劇而顯著降低，進而造成減產(chǎn)。水量與根干質量、地上部干質量、生物量、產(chǎn)量在0.001水平顯著正相關，水量越大，根干質量、地上部干質量、生物量越大，產(chǎn)量就越高，說明干旱脅迫對飼料油菜產(chǎn)量有顯著影響。本試驗運用主成分分析方法，對4個飼料油菜種質資源進行綜合評價，根據(jù)綜合得分可知，C11的抗旱能力最強。

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