不同滴灌频次下新疆春油菜根系生长及产量性状分析

李 强，贾东海，顾元国，王 娟，苏君红，王志敏

(1.中国农业大学农学院，北京 100091；2.新疆农业科学院经济作物研究所，新疆 乌鲁木齐 830091；3. 新疆裕民县农业技术推广中心，新疆 裕民 834800)

新疆地处西北内陆干旱区，农业生产完全依靠灌溉，灌溉水资源匮乏严重制约着新疆农业的发展。因此，节水灌溉是新疆农业发展的必然选择。油菜是我国第一大油料作物，面积和总产均占世界1/3左右。新疆作为我国主要的春油菜产区[1]，由于特殊的地理条件，每年春、夏两季常常受到干旱威胁，出苗、植株生长都受到严重制约，也严重影响到后期的产量和品质[2,3]。近年来，国内外已有大量关于干旱胁迫影响油菜生长发育[4-8]的报道，干旱胁迫影响油菜植株性状及根系生理特性的研究也取得较大进展[9-11]。但作为在新疆干旱区对干旱反应相对敏感的重要性状指标，有关油菜在滴灌条件下不同处理间各土层根系变化情况及对地上部干物质积累动态影响[12]研究鲜有报道。并且油菜在受旱条件下根系生长情况反映了作物对于水分、养分吸收能力强弱，对于地上部干物质积累、产量性状及品质的形成也具有重要的作用。本试验在新疆旱区大田条件下采用滴灌措施，研究不同滴灌频次对春油菜根系生长及产量性状的变化规律，以期了解干旱胁迫对春油菜根系生长及产量性状变化的影响，为油菜抗旱节水栽培调控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验2015～2016年在新疆农科院安宁渠试验场内进行。试验地点年平均气温5～7℃，年降水150～200mm，蒸发量1600～2200mm，属于干旱半干旱荒漠气候带农业区。试验地土壤为灰漠土，pH值8.5～10.0，有机质含量21.9g·kg-1,全氮含量1.13g·kg-1,速效磷含量70.7mg·kg-1,速效钾含量347.4mg·kg-1。试验材料为新油17号，是新疆农业科学院经济作物研究所选育的甘蓝型春油菜品种。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，三次重复。试验设W1:不灌水(CK)、W2:灌1次水(现蕾期)、W3:灌2次水(现蕾期+花后10天)、W4:灌4次水(苗期+现蕾期+花后10天+终花期)，每次灌水定额750m3/hm2。于2015年4月上旬播种，行距30cm。毛管间距30cm，采用1管2行式布置，播后浇出苗水(干播湿出)750m3·hm-2。小区长4m、宽6m，面积24m2。为防止渗水，小区间挖0.5m宽的防渗沟。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤含水率测定 分别在播种前(4月14日)、出苗期(5月9日)、现蕾期(6月2日)、花后10天(6月17日)、终花期(6月29日)各处理选取具代表性3 个样点，在毛管间距1 /2处，用土钻分别取 0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm 土样，迅速装入铝盒中盖好盖，用烘干法测定土壤相对含水率，以 3 个点平均值计算各层土壤含水率。

1.3.2 根样采集及测定 在现蕾期(6月2日)、花后10天(6月17日)、终花期(6月29日)、成熟期(7月24日)，在毛管处(外层O)及毛管间距1/2处(内层I)选取整齐一致的植株，紧贴地面剪去地上部后，按30 cm×20 cm×20 cm( 油菜行方向×垂直油菜行方向×高)土体分5层(0～20，20～40，40～60，60～80，,80～100 cm) 取根样，过 0.05 mm网筛洗净泥土、去除杂质，80℃烘至恒重测定根干质量;根系活力采用TTC还原法测定。

1.3.3 植株取样与测定 分别在苗期(5月12日)、现蕾期(6月2日)、花后10天(6月17日)、终花期(6月29日)、成熟期(7月24日)每小区采5株全株样品洗净、105℃杀青、80℃烘干后测定植株地上部和地下部干物质积累量。收获后小区计产。

1.3.4 数据处理 采用Excell 2007、SPASS 19.0和GraphPad Prism 5软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同滴灌频次对参试材料生育期的影响

不同处理间生育期变化无显著差异(表1)，低滴灌频次比高滴灌频次成熟期提前3～6d，其中W1处理生育期最短为97d，W4(W3)生育期最长为102d，在一定水分胁迫下会造成作物植株老化提前，生育期缩短。

表1 不同处理间生育期变化(月-日)

2.2 不同滴灌频次土壤相对含水率垂直分布动态

由图1所示，0～60cm土层含水率大体呈现“升-降-升-降”“M”式连续变化趋势，不同处理间均随生育期呈现逐渐降低趋势，在终花期达到最低值，其中W4处理在各时期含水率均高于其它处理，W1处理各时期含水率在各处理间处于低值。同一土层含水率多表现为W4>W3>W2>W1。增加滴灌频次对0～60cm土层含水率影响较大，对60～100cm土层含水率影响较小。

2.3 不同滴灌频次对根系干物质积累动态的影响

各处理根系干物质重差异显著(如图2、 图3)，外层0～100cm各土层处理间根系干物质重差异较小，内层0～100cm各土层处理间根系干物质重差异较大。现蕾期(6月2日)各土层根系干物质重呈先增长后降低趋势，0～40cm土层根系干物质重表现为W4(W3)>W2(W1)，40～100cm土层根系干物质重表现为W1(W2)>W3(W4);盛花期(6月17日)、终花期(6月29日)、成熟期(7月24日)各土层根系干物质重呈现逐渐降低趋势，各处理间在60～100cm土层根系干物质重降幅最大，内层根系干物质重均达显著差异性，外层根系干物质重差异性不显著。盛花期(6月17日)0～60cm土层根系干物质重表现为W4(W3)>W2(W1)，60～100cm表现为W1>W2> W3> W4，终花期(6月29日)、成熟期(7月24日)0～40cm土层根系干物质重表现为W4(W3)>W2(W1)，终花期(6月9日)40～60cm内层根系干物重表现为W2>W3>W1>W4,外层根系干物重表现为W2>W1>W3>W4,成熟期(7月24日)40～60cm内层根系干物重表现为W2>W1>W3>W4,外层根系干物重表现为W1>W2>W3>W4。而在终花期和成熟期60～100cm内、外层根系干物重表现为W1>W2>W3>W4，60～100cm均表现为W1>W2> W3> W4。增加滴灌频次，显著延缓浅土层根干重衰减和促进根干重增加，减少滴灌频次对于深土层根系干重增加显著。

图1 不同滴灌频次对土壤相对含水率影响Fig.1 Effect of different drip irrigation frequencies on relative soil water content

图2 不同滴灌频次对内层根系干物质积累动态的影响Fig.2 Effect of different drip irrigation frequencies ondry matter accumulation dynamic of the inner root

图3 不同滴灌频次对外层根系干物质积累动态的影响Fig.3 Effect of different drip irrigation frequencies ondry matter accumulation dynamic of the outer root

2.4 不同滴灌频次对根活力的影响

根系活力的变化可直接影响到地上部的生长发育[13]，根系活力是客观反映根系生命活动的生理指标，也是反映植株吸收功能的一项综合指标[14]。由图4可以看出，各处理间随着生育期延长不同滴灌频次油菜根系活力出现先增长后降低趋势，在盛花期(6月17日)达到峰值，而后出现下降。各处理间以高滴灌频次根系活力高于低滴灌频次，在峰值期处理间活力值由平均0.51mg·g-1·h-1降至0.34 mg·g-1·h-1，在成熟期降至最低点，最大值约为18%～40%。这些结果表明:随着滴灌频次减少，根系活力下降，高滴灌频次根系活力较强，特别是在需水旺盛期更为明显。

图4 不同滴灌频次下油菜根活力比较Fig 4 Root vigor of oilseed rape under different drip irrigation frequencies

2.5 不同滴灌频次对干物质积累动态的影响

在不同滴灌频次处理间，油菜叶、茎器官干物质积累变化总体呈现单峰曲线变化，荚果随生育期推迟呈逐渐增长趋势。叶、茎器官干物重在盛花期达到高峰，荚果干物重一直随生育期递增至成熟期，这主要是随着生育期推迟营养物质开始由各营养器官向荚果、籽粒转移的结果[15]。由于不同滴灌频次影响，各处理间各植株器官及全株干物质重呈现一定的规律性变化，随生育期均呈现一定递减趋势(表2)。从表中可以看出，盛花期前干物质积累主要分配在叶片，叶片干重占整株质量的50%左右。至盛花-终花期，植株整体生长加快，茎秆净干物质重比例逐渐升高，占整株干物质比例达到最高，达到50%以上。此时茎杆为光合产物的主要分配中心和整个植株的生长中心。终花期以后植株进入生殖生长高峰期，荚果净干物质重逐渐增加，此时荚果逐渐成为生长中心，至成熟期荚果干物质重比例达到峰值，W1处理占全株干物质重的比例为54.3%，其余处理均在60%以上。从不同处理间净干物质在各器官中的分配比例可以得出，茎秆干物质分配比例随滴灌频次增加呈现降低趋势，荚果干物质分配比例随滴灌频次增加呈现逐渐增加的趋势。通过综合分析，此分配过程造成了经济系数增减，最终反映至产量高低。

2.6 不同滴灌频次对参试材料主要农艺性状及产量的影响

干旱胁迫在一定程度上影响油菜的产量构成[16]，不同滴灌频次对参试材料株高、分枝高度、一次分枝、二次分枝等均有一定的影响(表3)。参试材料农艺性状均随滴灌频次增加呈现逐渐升高趋势。产量随滴灌频次减少逐渐降低， W1(CK)与W4相比产量降幅较大，但W3与W4，W2与W1(CK)之间产量降幅较小。低滴灌频次(W1(CK)、W2)间分枝高度、一次分枝、二次分枝、主序长度、主序角果数、角果长差异均不显著，低滴灌频次(W1、W2)与高滴灌频次(W3、W4)相比均达到显著差异性。W3与W4之间产量差异不显著，而与W1、W2间达显著差异。

3 结论与讨论

在生产中，作物处于受旱状态往往造成一定植株老化加快，同时伴随着生育期缩短,即使经历一段干旱胁迫后及时复水，整个植株的生理生育过程也不可能立即恢复到正常过程[,17]，因此，受旱也是造成生育期变化的一个诱因。本研究结果表明：不同滴灌频次处理间生育期变化不显著，在低滴灌频次处理下生育期相对于高频次灌水有一定提前现象，而相近处理间生育期变化无差异，其中W1处理生育期最短为97d，W4(W3)生育期最长为102d，此研究结果与前人研究基本吻合。

土壤含水率的变化是降水、植物蒸腾、土壤质地、灌溉水等多因素作用的产物，在不同因素作用下其具有高度空间异质性[18]，薛丽华等[19]通过灌水定额、灌水次数对土壤含水率的影响研究得出不同灌水方式对浅层次土壤含水率影响较大而对于深层次含水率无显著影响。但前人研究对于在干旱区不同滴灌频次对土壤含水率的影响变化无过多涉及，本研究结果同样表明，在新疆干旱区不同滴灌频次对于0～60cm土层含水率影响较显著，而在深土层60～100cm土壤含水率影响较小，随着滴灌频次增加其影响趋势也趋于显著，但随着油菜生育期推迟这种趋势也趋于降低，这与以上研究结果基本趋同。

根系与作物的耐旱性关系十分密切，根系的生长、代谢和活力变化可直接影响到地上部的生长发育[14]，根系作为吸收水分的主要部位，也是对水分胁迫最先起反应的部位[9]。在灌溉条件下土壤表层水分条件好，根系分布趋于“表层化”；随灌溉量的减少，表层土壤水分条件亏缺时，根会向较深土层延伸，有利于根系发育和深层土壤水分的利用[20-22]；抗旱能力强的品种发根早，主根长，侧根数量多，侧根总长度长，在干旱条件下的这种趋势更为明显。根据本研究中不同滴灌频次对油菜根系干重和根活力的结论得出，随着滴灌频次增加，显著延缓浅土层根干重衰减和促进根干重增加，减少滴灌频次对于深土层根系干重增加显著。滴灌使内层根系干物质重明显大于外层根系干物质重，同时在不同处理间内层根系干物质重均达显著差异性，外层根系干物质重差异性不显著。各处理间根系活力均呈现单峰曲线变化趋势，在盛花期达到活力峰值。总体表现为随滴灌频次减少，根系活力下降，高滴灌频次根系活力较强，特别是在需水旺盛期更为明显，高峰时处理间活力值相差0.17mg·g-1·h-1。

表2 不同滴灌频次油菜干物质积累动态/(g·株-1)与分配比例/%

注：括号内为各器官净干物重占总净干物重的百分比。Note: The values in brackets are percentages of single organ net dry-weight to total net weight.

表3 不同滴灌频次对油菜产量及构成因素的影响

注：小写字母表示不同滴灌频次间差异5%水平显著。

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

不同品种或同一品种在不同栽培条件下，同化产物在各器官间的分配比例是各不相同的，这种同化产物在各器官间的分配比例为器官平衡。本研究各处理间随着生育期推迟油菜叶、茎器官干物质积累变化总体呈现单峰曲线变化，荚果随生育期推迟呈逐渐增长趋势。净干物质重在各器官中的分配随生长发育中心的转移而变化,苗期至初花期主要分配在叶片中, 盛花期至终花期主要分配在茎秆中,整个花期仍以营养器官为分配中心, 直到终花期以后才转向荚果中。不同滴灌频次处理下各器官干物质向荚果转移过程中,荚果干物质来源,很重要一部分是前期植株叶、茎秆中贮存养分,另一部分是后期茎秆、荚果皮及少量叶片进行光合作用的产物,不同滴灌频次下这两部分对其贡献率有所不同,高滴灌频次下,个体发育较好,基础养分积累多,对荚果的转移量多,低滴灌频次下个体发育受一定影响,基础养分积累少,荚果干物质来源主要靠后期植株各部位的光合产物,但其不同滴灌频次间差异性有一定量的增减，故生产上应根据本地区气候、水源供给等实际情况确定管理重点时期滴灌频次。

已有研究表明，油菜花前干旱胁迫会对油菜成熟期生长状况和产量性状产生影响[23]。本研究表明，随着滴灌频次减少，在一定时期干旱胁迫抑制了植株生长及随时间推移产量性状抑制作用增强。随着滴灌频次减少，油菜株高、分枝高度、一次分枝、二次分枝、主序长度、主序角果数、角果长、千粒重等均有不同程度下降，W1(CK)下降幅度最大，而W3与W4间差异不显著，产量也随滴灌频次减少呈现逐渐降低趋势，W1(CK)与W4相比产量降幅较大，相差1807.4 kg·hm-2，但W3与W4，W2与W1(CK)之间产量降幅较小，为277.4 kg·hm-2和488.9 kg·hm-2。

根系生长对作物利用土壤水分以及高产至关重要[24]。油菜一定时期对水分敏感性直接影响到最终产量性状和产量高低，最终结果表明现蕾期和花后10天两次滴灌对产量性状及产量影响较小，是目前可行的节水高产的高效利用模式。本研究通过以上指标的变化趋势分析，充分揭示出在本区域内油菜生产中合理控水，不仅能够不影响产量，还能有效节约区域内有限水资源。

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最好的检验方法当然是试射，但不可能把所有炮弹都拿出去射了，所以存在一个抽样检查的问题．类似的问题很多，例如，工厂生产的产品在上市之前一般也需要技术部门做合格鉴定，工商部门也会对市场上的商品做合格检查，但由于这些产品都有包装，一旦打开，这些产品就不能再卖了，所以不可能将所有产品都拆开检查．即使是不需要损坏产品包装，也可能由于数量的庞大，很难对每件产品都做检验，只能抽取部分产品做鉴定．在此基础上引入简单随机抽样的概念．

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