西南旱地油菜間作紫云英和秸稈覆蓋的生產效應

周 泉 王龍昌 馬淑敏 張小短 邢 毅 張 賽

?

西南旱地油菜間作紫云英和秸稈覆蓋的生產效應

周 泉1,2王龍昌1,*馬淑敏1張小短1邢 毅1張 賽1

1西南大學農學與生物科技學院 / 三峽庫區生態環境教育部重點實驗室 / 南方山地農業教育部工程研究中心, 重慶 400716;2江西農業大學生態科學研究中心 / 作物生理生態與遺傳育種教育部重點實驗室, 江西南昌 330045

我國西南地區旱地的農田生態環境脆弱, 綠肥應用匱乏, 季節性干旱是限制油菜生產的關鍵因素。本研究在西南地區旱地引入冬季綠肥作物紫云英與油菜間作, 并結合秸稈覆蓋, 探討其對油菜光合特征、農藝性狀、生物量、根系形態、油菜品質及產量的影響。結果表明, 間作紫云英和秸稈覆蓋改善了油菜的根頸粗、葉片數、有效分枝數和單株角果數等農藝性狀, 提高了油菜根系總根長、總根體積、總根表面積和平均根系直徑等根系形態及蕾薹期和開花期的根、莖、葉生物量; 還提高了油菜苗期光合作用強度, 間作和秸稈覆蓋處理的水分利用效率比油菜單作分別提高了31.12%和39.89%; 但對油菜品質的影響較小。間作、秸稈覆蓋和秸稈覆蓋下間作的油菜群體產量分別比單作提高10.30%、13.20%和40.16%。在西南地區旱地, 間作紫云英是提高油菜產量的可行途徑, 而且結合秸稈覆蓋的生產效益更明顯。

綠肥; 間作; 根系互作; 根系形態; 油菜產量

油菜是中國重要的油料作物之一, 占油料作物種植面積的53.67%, 2015年全國油菜種植面積達7534 千ha, 其中西南地區占全國的28.4%[1]。目前, 西南地區季節性干旱仍然是限制油菜作物發展的重要因素, 秸稈覆蓋作為一項常規的農藝措施, 已成為保障油菜產量的重要途徑[2-3]。

我國最早有關紫云英間作油菜的報道出現在1955年, 蔣聲和[4]發表題為“開辟油源的良好途徑——綠肥田間作油菜”的文章, 指出推廣綠肥田間作油菜可以充分利用地力, 發揮生產潛力, 既可以按照常年產量收獲綠肥, 又能增加油料生產增加農民受益, 且不與糧棉爭地。1957年又有學者相繼發表有關油菜與紫云英間混作的經驗以及初步試驗報告[5-6],隨后在1963年, 湖北省油料作物學會舉行油菜豆科綠肥混種間作學術研討會[7], 著重討論了油菜綠肥(苕子、紫云英)混種和油菜蠶豆間作制度的形成和發展原因, 混種間作的效益及其理論依據, 混種間作的技術關鍵, 混種間作存在的問題及其解決途徑等。但除了紫云英油菜間混作的相關生產經驗, 一直沒有更加深入的報道, 直到近年來才有學者對其間混作系統的產量、密度效應和生理生態效應做了具體研究[8-10]。總的來看, 對綠肥紫云英間作油菜的研究多是經驗之談, 對其產量和生理效應的研究也是建立在稻油輪作的基礎上。

我國“十三五”期間探索實行耕地輪作休耕制度, 給西南紫色土區的“旱三熟”種植模式提出嚴峻考驗。西南地區旱地農田生態環境脆弱, 綠肥應用匱乏,種植綠肥作物作為一項歷史悠久的栽培措施, 是實現合理用地養地和抑制農田碳排放的重要途徑[11-13],最新研究發現豆科作物與蕓薹屬作物間作在提高農田生產力方面有很大潛力[14]。本文將冬季綠肥紫云英引入旱作農田, 重點研究紫云英油菜間作系統, 并與秸稈覆蓋相結合, 探索西南地區旱地新的種植模式, 試圖從油菜光合特征、農藝性狀、生物量、根系形態、油菜品質及產量等方面探討其帶來的生產效益。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

重慶市北碚區西南大學教學試驗農場, 多年平均降雨量1156.8 mm, 其中春、夏、秋、冬降雨量分別為全年的25.3%、46.8%、22.5%和5.4%, 年蒸發量1181.1 mm, 年日照時數在888.5~1539.6 h之間, 日照百分率僅為25%~35%, 冬季日照更少, 僅占全年的10%左右。試驗期間, 2014年9月至2015年5月降雨量為470.4 mm, 2015年9月至2016年5月降雨量為768.9 mm, 期間無人工灌水。試驗所用土壤為西南旱地紫色土, 地力相對均勻, 試驗前土壤pH 6.30, 土壤含有機碳8.61 g kg–1、堿解氮80.38 mg kg–1、速效磷41.08 mg kg–1、速效鉀106.20 mg kg–1。

1.2 試驗設計

于2014年至2016年共設2個試驗。其中, 2014—2015年為試驗I, 主要研究了根系互作與秸稈覆蓋對油菜生長發育的影響; 2015—2016年為試驗II, 研究間作紫云英與秸稈覆蓋對油菜生物量及群體產量的影響。

試驗I: 在大田環境下采取桶栽試驗, 綠肥作物為紫云英, 主作物為油菜, 于2014年11月4日播種, 2015年4月19日收獲, 隨機區組排列, 3×2雙因素試驗設計, 3次重復。設3種隔根方式: (1)完全隔根(F), 用塑料膜完全隔根, 無根系互作, 相當于單作; (2)部分隔根(P), 用120目尼龍網隔根, 根系部分互作, 養分互通, 相當于部分間作; (3)不隔根(N), 不隔根, 根系完全互作, 相當于完全間作。設2種覆蓋方式: (1)無秸稈覆蓋(T), 作物生長期內不進行秸稈覆蓋; (2)秸稈覆蓋(S), 于作物播種期用相當于3750 kg hm–2的水稻秸稈均勻覆蓋(每桶0.15 kg)。共6個處理, 分別為FT (完全隔根+無秸稈覆蓋)、FS (完全隔根+秸稈覆蓋)、PT (部分隔根+無秸稈覆蓋)、PS (部分隔根+秸稈覆蓋)、NT (不隔根+無秸稈覆蓋)、NS (不隔根+秸稈覆蓋)。用160 L (高70 cm, 上口徑57 cm, 下口徑40 cm)鋼化桶, 每桶裝土50 kg, 施氮肥(N) 0.10 g kg–1, 磷肥(P2O5) 0.10 g kg–1, 鉀肥(K2O) 0.10 g kg–1, 肥料為三洋牌16-16-16三元素復合肥, 于播種前將所有肥料與土混勻裝桶, 分3行平行擺布, 行間距1 m × 1 m。每桶播種1行紫云英和1行油菜(行間距20 cm), 其中紫云英播種量為45 kghm–2(每桶0.15 g), 出苗后每桶留2株油菜(株距20 cm), 作物生長期間土壤相對含水量控制在60%左右。

試驗II: 采取大田小區試驗, 2015年10月1日播種, 2016年4月25日收獲, 隨機區組排列, 共設4個處理。(1) R為油菜單作+無秸稈覆蓋, 采用寬窄行穴播方式, 株距20 cm, 寬行距80 cm, 窄行距20 cm, 作物生長期內不進行秸稈覆蓋; (2) AR為紫云英油菜間作+無秸稈覆蓋, 將紫云英撒播在寬行內, 播種量為45 kghm–2, 油菜穴播, 作物生長期內不進行秸稈覆蓋; (3) SR為油菜單作+秸稈覆蓋, 采用寬窄行穴播方式, 株距20 cm, 寬行距80 cm, 窄行距20 cm,于作物播種期用3750 kg hm–2水稻秸稈均勻覆蓋(11.25 kg 30 m–2); (4) SAR為紫云英油菜間作+秸稈覆蓋, 將紫云英撒播在寬行內, 播種量為45 kg hm–2, 油菜穴播, 于作物播種期用3750 kg hm–2水稻秸稈均勻覆蓋(11.25 kg 30 m–2)。試驗為3次重復, 小區面積3.5 m × 7.8 m, 施肥、播種(移栽)等其他田間管理均按豐產栽培要求設計。施氮肥(N) 180 kg hm–2, 磷肥(P2O5) 180 kg hm–2, 鉀肥(K2O) 180 kg hm–2, 肥料為三洋牌16-16-16三元素復合肥, 所有肥料均于播種前一次施入。將紫云英于開花期收割還田, 翻耕于寬行內, 此時油菜為角果期。

1.3 測定指標與方法

試驗I: 油菜開花期(2015年3月19日)測定株高、根頸粗、葉片數、無柄葉數, 油菜收獲期(2015年4月19日)測定一級有效分枝數、二級有效分枝數、單株角果數、根系形態、單株產量。將油菜全部根系連同土壤一起裝入尼龍網, 用水沖洗干凈后通過根系掃描儀(EPSON V750)小心將完整的根系圖像存入計算機, 用WinRHIZO根系分析系統軟件(Regent Instrument Inc., Canada)對總根長、總根體積、總根表面積、平均根系直徑、根尖數、分枝數、交叉數等進行定量分析。油菜籽風干后, 分別測定單株籽粒重量。

試驗II: 主要測定油菜苗期光合特征、不同時期各器官生物量、油菜品質以及群體產量。油菜苗期、蕾薹期和開花期, 在各小區普查50株的株高作為計算的依據, 然后用平均法在各小區隨機選取有代表性的5株, 在苗期晴天8:00—10:00選擇作物完全展開并接受陽光充足的葉片, 用Li-6400XT便攜式光合儀測定凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率以及葉片水分利用效率等。苗期、蕾薹期和開花期將植株完整取回, 根、莖、葉分離洗凈后在105℃下殺青45 min, 80℃烘干稱重。收獲后將油菜籽風干稱重, 測定各小區實際產量。

1.4 統計分析

用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0軟件進行數據整理、分析, 采用General Linear Model進行單變量雙因素方差分析, 采用Duncan’s新復極差法多重比較。

在相關分析的基礎上, 進一步對與產量顯著或極顯著相關的指標進行灰色關聯分析。選擇油菜的株高、根頸粗、葉片數、無柄葉數、一級有效分枝數、二級有效分枝數、單株角果數、總根表面積、總根體積等9個主要性狀為評判內容, 并確定性狀最優值。對各性狀平均值作無量綱化處理, 由于各性狀越大越好, 采用上限效果測度。

關聯系數

=1, 2, 3, …,;=1, 2, 3, …,(2)

2 結果與分析

2.1 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜農藝性狀的影響

由圖1可知, 不同處理對油菜根頸粗、葉片數、無柄葉數、一級有效分枝數和二級有效分枝數均有顯著影響(<0.05)。在秸稈覆蓋條件下間作紫云英顯著增加了根頸粗, 間作紫云英和秸稈覆蓋均可顯著增加葉片數和無柄葉數, 同時在秸稈覆蓋條件下間作紫云英可顯著增加有效分枝數。另外, 不論是否秸稈覆蓋, 間作紫云英均可顯著增加油菜單株角果數。可見, 間作紫云英和秸稈覆蓋可改善油菜農藝性狀, 進而提高油菜單株角果數, 使油菜增產。

2.2 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜根系形態的影響

由圖2可知, 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜根系形態影響顯著(<0.05), 可顯著提高油菜的總根體積和總根表面積, 秸稈覆蓋則可顯著提高油菜的平均根系直徑, 說明間作紫云英和秸稈覆蓋均可改善油菜根系形態。另外, 無秸稈覆蓋時間作紫云英的油菜總根長、根尖數、分枝數和交叉數則顯著高于秸稈覆蓋時的油菜總根長、根尖數、分枝數和交叉數, 說明間作紫云英相比秸稈覆蓋更能促進油菜根尖生長以及根系發育。

圖1 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜農藝性狀的影響(2014–2015)

F: 完全隔根; P: 部分隔根; N: 不隔根; T: 無秸稈覆蓋; S: 秸稈覆蓋。圖柱上不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

F: full root separation with plastic film; P: partial root separation with nylon nets; N: no root separation; T: no straw mulching; S: straw mulching. Bars superscribed by different letters are significantly different at<0.05.

2.3 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜苗期光合特征的影響

由表1可知, 間作紫云英和秸稈覆蓋提高了油菜苗期的光合速率, 其中在兩者共同作用下的光合速率與單作相比差異顯著(<0.05)。另外, 不同處理均提高了油菜葉片的氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率, 其中秸稈覆蓋下油菜葉片的氣孔導度和蒸騰速率與油菜單作相比差異顯著(<0.05)。分析發現, 秸稈覆蓋不能提高油菜苗期葉片的水分利用效率, 而間作紫云英和兩者的共同作用均可提高其水分利用效率, 相比油菜單作分別提高了31.12%和39.89%。

2.4 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜生物量的影響

由圖3可知, 不同處理對油菜苗期生物量影響很小, 對油菜蕾薹期和開花期生物量影響顯著(<0.05)。在間作紫云英和秸稈覆蓋的共同作用下, 油菜蕾薹期和開花期的根、莖、葉生物量均顯著高于油菜單作。尤其對于莖和葉, 不論是間作紫云英還是秸稈覆蓋, 亦或是兩者的共同作用, 均可顯著提高油菜開花期的莖、葉生物量。生物量的提高說明間作紫云英和秸稈覆蓋提高了油菜蕾薹期和開花期的干物質積累, 促進了油菜的營養生長。

圖2 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜根系形態的影響(2014–2015)

F: 完全隔根; P: 部分隔根; N: 不隔根; T: 無秸稈覆蓋; S: 秸稈覆蓋。圖柱上不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

F: full root separation with plastic film; P: partial root separation with nylon nets; N: no root separation; T: no straw mulching; S: straw mulching. Bars superscribed by different letters are significantly different at<0.05.

表1 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜苗期光合特征的影響(2015–2016)

標以不同字母的值在0.05水平上差異顯著。

R: rape monoculture + no straw mulching; AR: rape intercropping with Chinese milk vetch + no straw mulching; SR: rape monoculture + straw mulching; SAR: rape intercropping with Chinese milk vetch + straw mulching. Values followed by different letters are significantly different at P<0.05.

圖3 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜生物量的影響(2015–2016)

R: 油菜單作+無秸稈覆蓋; AR: 紫云英油菜間作+無秸稈覆蓋; SR: 油菜單作+秸稈覆蓋; SAR: 紫云英油菜間作+秸稈覆蓋。圖柱上不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

R: rapemonoculture + no straw mulching; AR: rape intercropping with Chinese milk vetch + no straw mulching; SR: rape monoculture + straw mulching; SAR: rape intercropping with Chinese milk vetch + straw mulching. Bars superscribed by different letters are significantly different at<0.05.

2.5 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜品質的影響

由圖4可知, 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜籽含油量、蛋白質含量以及硫苷含量均無顯著影響(<0.05)。分析油菜籽所含的10種脂肪酸發現(表2), 間作紫云英和秸稈覆蓋對低芥酸、高芥酸、高油酸、花生烯酸、芥酸、油酸含量均無顯著影響, 但對亞麻酸、亞油酸、硬脂酸以及棕櫚酸影響顯著(<0.05)。其中, 秸稈覆蓋顯著降低了油菜籽亞麻酸含量, 間作紫云英、秸稈覆蓋以及二者的共同作用顯著降低了油菜籽硬脂酸含量, 秸稈覆蓋下間作紫云英與單純的秸稈覆蓋相比, 顯著提高了油菜籽亞油酸含量, 秸稈覆蓋下間作紫云英還顯著提高了油菜籽棕櫚酸含量。

2.6 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜產量的影響

由圖5可知, 間作紫云英條件下的油菜單株產量顯著高于單作(<0.05), 隨著間作程度的增加油菜單株產量也隨之增加, 同時在秸稈覆蓋下表現的更為明顯。無秸稈覆蓋時, 部分間作和完全間作的油菜單株產量分別比單作時提高59.13%和49.91%; 有秸稈覆蓋時, 部分間作和完全間作的油菜單株產量分別比單作時提高50.91%和72.06%。

圖4 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜含油量、蛋白質和硫苷含量的影響(2015–2016)

R: 油菜單作+無秸稈覆蓋; AR: 紫云英油菜間作+無秸稈覆蓋; SR: 油菜單作+秸稈覆蓋; SAR: 紫云英油菜間作+秸稈覆蓋。圖柱上不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

R: rape monoculture + no straw mulching; AR: rape intercropping with Chinese milk vetch + no straw mulching; SR: rape monoculture + straw mulching; SAR: rape intercropping with Chinese milk vetch + straw mulching. Bars superscripted by different letters are significantly different at<0.05.

表2 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜脂肪酸的影響(2015–2016)

標以不同字母的值在0.05水平上差異顯著。

R: rape monoculture + no straw mulching; AR: rape intercropping with Chinese milk vetch + no straw mulching; SR: rape monoculture + straw mulching; SAR: rape intercropping with Chinese milk vetch + straw mulching. Values followed by different letters are significantly different at<0.05.

由圖6可知, 在間作紫云英和秸稈覆蓋的共同作用下, 油菜群體產量顯著高于油菜單作(<0.05)。其中, 單作油菜的產量為2059.65 kg hm–2, 間作紫云英的油菜產量為2271.75 kg hm–2, 比油菜單作提高了10.30%; 秸稈覆蓋下油菜產量為2331.45 kg hm–2, 比油菜單作提高了13.20%; 間作紫云英和秸稈覆蓋共同作用下油菜產量為2886.75 kg hm–2, 比油菜單作提高了40.16%。

2.7 油菜產量與農藝性狀、根系形態的相關分析

由表3可知, 油菜單株產量與各農藝性狀之間呈正相關, 其中與株高呈顯著相關(<0.05), 與其他農藝性狀呈極顯著相關(<0.01)。同時, 油菜單株產量與總根表面積、平均根系直徑、總根體積的正相關性較大, 與總根長、根尖數、分枝數和交叉數的相關性較小, 其中與總根表面積呈顯著相關(<0.05), 與總根體積呈極顯著相關(<0.01)。

2.8 油菜各性狀的灰色關聯評判

由表4可知, 通過對油菜產量有顯著相關或極顯著相關的農藝性狀和根系形態進行灰色評判分析發現, 不同處理間的灰色綜合評判值為NS>PS> NT>PT>FS>FT, 總體規律表現為間作優于單作, 秸稈覆蓋優于無秸稈覆蓋。說明間作紫云英和秸稈覆蓋的條件下可以使油菜農藝性狀和根系形態更接近最優狀態。

圖5 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜單株產量的影響(2014–2015)

F: 完全隔根; P: 部分隔根; N: 不隔根; T: 無秸稈覆蓋; S: 秸稈覆蓋。圖柱上不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

F: full root separation with plastic film; P: partial root separation with nylon nets; N: no root separation; T: no straw mulching; S: straw mulching. Bars superscripted by different letters are significantly different at<0.05.

圖6 間作紫云英和秸稈覆蓋對油菜群體產量的影響(2015–2016)

R: 油菜單作+無秸稈覆蓋; AR: 紫云英油菜間作+無秸稈覆蓋; SR: 油菜單作+秸稈覆蓋; SAR: 紫云英油菜間作+秸稈覆蓋。圖柱上不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

R: rape monoculture + no straw mulching; AR: rape intercropping with Chinese milk vetch + no straw mulching; SR: rape monoculture + straw mulching; SAR: rape intercropping with Chinese milk vetch + straw mulching. Bars superscribed by different letters are significantly different at<0.05.

表3 油菜單株產量與農藝性狀、根系形態的相關系數

*和**分別表 示在0.05和0.01水平上差異顯著。

*and**denote significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

表4 不同處理間油菜農藝性狀、根系形態的灰色評判分析

FT: 完全隔根+無秸稈覆蓋; FS: 完全隔根+秸稈覆蓋; PT: 部分隔根+無秸稈覆蓋; PS: 部分隔根+秸稈覆蓋; NT: 不隔根+無秸稈覆蓋; NS: 不隔根+秸稈覆蓋。

FT: full root separation with plastic film + no straw mulching; FS: full root separation with plastic film + straw mulching; PT: partial root separation with nylon nets + no straw mulching; PS: partial root separation with nylon nets + straw mulching; NT: no root separation + no straw mulching; NS: no root separation + straw mulching; DA: degree of association; WC: weight coefficient. PH: plant height; DRB: diameter of root crown; LN: leaf number; SLN: sessile leaf number; PEBN: primary effective branch number; SEBN: secondary effective branch number; NPP: number of pods per plant; TRS: total root surfarea; TRV: total root volume.

3 討論

豆科作物與蕓薹屬作物間作可以提高作物產量的穩定性, 增加作物氮素吸收和水分利用效率[15-16]。具體到豆科作物與油菜間作, 也的確可以提高其產量, 肖靖秀等[17]通過研究蠶豆與油菜的間作系統, 發現間作可以提高油菜產量15.6%~44.5%, 而且提高了油菜地上部氮的吸收, 同時出現明顯的邊行效應, 這主要是源于油菜對光熱資源的競爭優勢以及根系互作的促進作用[18]。本研究表明, 紫云英與油菜間作明顯改善了油菜的生長狀況, 使油菜增產, 這與一些學者的研究結果一致[8,10]。

從紫云英與油菜的間作優勢和種間競爭力來看,油菜的競爭力強于紫云英, 油菜是優勢作物, 紫云英處于劣勢[10]。間作優勢的作物生態基礎主要有兩個方面, 一是地上部光、熱資源的充分利用, 二是地下部水分和養分資源的充分利用[19-20]。由此, 對油菜和紫云英間作來講, 一方面兩者生態位互補拓寬了資源和養分利用的空間[21], 油菜的莖直立, 地上部高大舒展, 相比草本綠肥紫云英更能充分接受光溫等資源, 同時油菜是直根系, 紫云英是須根系, 二者結合也能更充分利用土壤養分資源; 另一方面根系分泌物等之間的相互作用也可能是間作紫云英促進油菜生長的原因之一[21]。對于油菜間作系統而言, 覆蓋作物對生化物質(可溶性組分、纖維素、半纖維素、木質素和灰分等)的殘留、土壤水分含量或者小氣候等因素產生影響[22], 這些因素對礦化作用的控制很重要, 也會影響油菜的生長。本研究還發現, 在紫云英間作油菜的同時, 秸稈覆蓋可以進一步提高油菜的增產幅度。目前的研究已經表明秸稈覆蓋對油菜的營養生長和生殖生長有顯著促進作用, 可顯著提高油菜的株高, 增加分枝數和花序數, 進而增加油菜產量[3]。趙小蓉等在成都平原區兩熟制稻田(油菜)研究發現, 秸稈覆蓋措施有利于提高油菜產量, 而且免耕覆蓋的增產效果更明顯, 并發現土壤含水率的提高是油菜增產的主要原因[2]。因此, 從間作和秸稈覆蓋兩個因素來看, 間作紫云英可能主要通過根系互作產生根系分泌物來促進油菜生長發育[23], 秸稈覆蓋則可能主要通過改善土壤水分、調節土壤溫度和增加作物水分利用效率來促進油菜生長發育[24-25]。

從本研究油菜生長的角度來看, 紫云英和秸稈覆蓋促進油菜增產的原因則主要是提高了油菜的光合作用強度, 提高了油菜的干物質積累, 改善了油菜農藝性狀, 改善了油菜根系形態, 尤其是增加了總根表面積和總根體積。光合作用強度的提高為油菜干物質的積累奠定了基礎, 最終表現為生殖生長階段油菜農藝性狀的改善; 同時, 油菜根系形態的改善, 尤其是總根表面積和總根體積增加, 則直接促進了作物對土壤養分的吸收。

總體來看, 本研究主要探討間作和秸稈覆蓋的當季生產效應, 而且主要集中在作物的產量性狀上, 在今后的研究中需要進一步向其他方面深入, 比如, 間作紫云英產生的何種根系分泌物對油菜生長產生影響, 間作紫云英和秸稈覆蓋是如何影響油菜對土壤養分的吸收利用的, 間作紫云英和秸稈覆蓋對后季作物的效應, 紫云英是否適合覆蓋還田以及紫云英覆蓋還田的效應, 等等。

4 結論

間作紫云英和秸稈覆蓋可以改善油菜的根頸粗、葉片數、有效分枝數和單株角果數等農藝性狀, 并通過提高油菜根系總根長、總根體積、總根表面積和平均根系直徑等來改善油菜根系形態。間作紫云英和秸稈覆蓋提高了油菜苗期光合作用強度, 顯著增加了蕾薹期和開花期的根、莖、葉的生物量積累, 改善了油菜農藝性狀, 增加了油菜總根表面積和總根體積, 提高了油菜單株產量和群體產量, 但對油菜品質的影響較小。在西南地區旱地, 間作紫云英是提高油菜產量的可行途徑, 且結合秸稈覆蓋的生產效益更明顯。

[1] 中華人民共和國國家統計局. 中國統計年鑒. 北京: 中國統計出版社, 2016 National Bureau of Statistics of the People’s Republic of China. China Statistical Yearbook. Beijing: China Statistics Press, 2016 (in Chinese)

[2] 趙小蓉, 蒲波, 李浩, 王昌桃, 趙燮京. 秸稈覆蓋栽培對油菜土壤含水率和產量的影響. 西南農業學報, 2010, 23: 354–358 Zhao X R, Pu B, Li H, Wang C T, Zhao X J. Effect of straw covering farming on oilseed rape yield and soil water content under rice-oilseed rape cropping system., 2010, 23: 354–358 (in Chinese with English abstract)

[3] 薛蘭蘭, Shakeel A A, 劉曉建, 鄒聰明, 胡小東, 張云蘭, 王龍昌. 秸稈覆蓋對土壤養分和油菜生長發育的影響. 農機化研究, 2011, (2): 110–115 Xue L L, Shakeel A A, Liu X J, Zou C M, Hu X D, Zhang Y L, Wang L C. Effect of straw mulch conservative cultivation on growth, yield and soil nutrients of rapeseed ()., 2011, (2): 110–115 (in Chinese with English abstract)

[4] 蔣聲和. 開辟油源的良好途徑——綠肥田間作油菜. 農業科學通訊, 1955, (10): 567–568 Jiang S H. A good way of opening the oil resources—green manure intercropping with rape., 1955, (10): 567–568 (in Chinese)

[5] 江西省農業科學院. 油菜、紫云英混播試驗初步報告. 湖北農業科學, 1957, (5): 310–312 Jiangxi Academy of Agricultural Sciences. A preliminary test report of rape mixed with Chinese milk vetch., 1957, (5): 310–312 (in Chinese)

[6] 李中棟. 江西省油菜與紫云英間作、混作的經驗. 中國農業科學, 1957, (7): 382–384 Li Z D. The experience of rape intercropping with Chinese milk vetch in Jiangxi province., 1957, (7): 382–384 (in Chinese)

[7] 耿成杰. 湖北省油料作物學會舉行油菜豆科綠肥混種間作學術討論會. 土壤通報, 1963, (6): 59 Geng C J. A seminar of rape intercropping with leguminous green manure—The oil crop science society of Hubei province., 1963, (6): 59 (in Chinese)

[8] 周可金, 邢君, 博毓紅, 桑亞松, 吳社蘭, 宋國良. 油菜與紫云英間混作系統的生理生態效應.應用生態學報, 2005, 16(8): 1477–1481 Zhou K J, Xing J, Bo Y H, Sang Y S, Wu S L, Song G L. Physiological and ecological effects of inter- and mixed cropping rape with milk vetch., 2005, 16: 1477–1481 (in Chinese with English abstract)

[9] 吳社蘭, 周可金. 油菜與紫云英混作系統的密度效應研究. 作物雜志, 2008, (2): 57–59 Wu S L, Zhou K J. Effect of plant density of mixcropping system between rape and milk vetch., 2008, (2): 57–59 (in Chinese with English abstract)

[10] 宋莉, 韓上, 席瑩瑩, 魯劍巍, 吳禮樹, 曹衛東, 耿明健. 間作對油菜和紫云英生長及產量的影響. 中國油料作物學報, 2014, 36: 231–237 Song L, Han S, Xi Y Y, Lu J W, Wu L S, Cao W D, Geng M J. Effects of intercropping on growth and yield of rape and Chinese milk vetch., 2014, 36: 231–237 (in Chinese with English abstract)

[11] 曹衛東, 黃鴻翔. 關于我國恢復和發展綠肥若干問題的思考. 中國土壤與肥料, 2009, (4): 1–3 Cao W D, Huang H X. Ideas on restoration and development of green manures in China., 2009, (4): 1–3 (in Chinese with English abstract)

[12] Sang Y K, Chang H L, Jessie G, Pil J K. Contribution of winter cover crop amendments on global warming potential in rice paddy soil during cultivation., 2013, 366: 273–286

[13] 周泉, 王龍昌, 熊瑛, 張賽, 杜娟, 趙琳璐. 綠肥間作和秸稈覆蓋對冬季油菜根際土壤有機碳及土壤呼吸的影響. 環境科學, 2016, 37: 1114–1120 Zhou Q, Wang L C, Xiong Y, Zhang S, Du J, Zhao L L. Effects of green manure intercropping and straw mulching on winter rape rhizosphere soil organic carbon and soil respiration., 2016, 37: 1114–1120 (in Chinese with English abstract)

[14] Jeromela A M, Miki? A M, Vuji? S, ?upina B, Krsti? D, Dimitrijevi? A, Vasiljevi? S, Mihailovi? V, Cveji? S, Miladinovi? D. Potential of Legume-Brassica intercrops for forage production and green manure: encouragements from a temperate southeast European environment., 2017, 8: 312

[15] Banik P, Sasmal T, Ghosal P K, Bagchi D K. Evaluation of mustard (var. Toria) and legume intercropping under 1:1 and 2:1 row replacement series systems., 2000, 185: 9–14

[16] Devi K N, Shamurailatpam D, Singh T B, Athokpam H S, Singh N B, Singh N G, Singh L N, Singh A D, Chanu O P, Singh S R, Devi K P, Devi L S. Performance of lentil (M.) and mustard (L.) intercropping under rainfed conditions., 2014, 8: 284–289

[17] 肖靖秀, 湯利, 鄭毅. 氮肥用量對油菜蠶豆間作系統作物產量及養分吸收的影響. 植物營養與肥料學報, 2011, 17: 1468–1473 Xiao J X, Tang L, Zheng Y. Effects of N fertilization on yield and nutrient absorption in rape and faba bean intercropping system., 2011, 17: 1468–1473 (in Chinese with English abstract)

[18] Cadoux S, Sauzet G, Valantin-Morison M, Pontet C, Champoli-vier L, Robert C, Lieven J, Flénet F, Mangenot O, Fauvin P, Landé N. Intercropping frost-sensitive legume crops with winter oilseed rape reduces weed competition, insect damage, and improves nitrogen use efficiency., 2015, 22(3): D302

[19] 王秋杰, 曹一平, 張福鎖, 王興仁. 間套作研究中的統計分析方法. 植物營養與肥料學報, 1998, 4: 176–182 Wang Q J, Cao Y P, Zhang F S, Wang X R. The statiatical analysis methods in intercropping researches., 1998, 4: 176–182 (in Chinese with English abstract)

[20] 廖桂平, 官春云. 不同播期對不同基因型油菜產量特性的影響. 應用生態學報, 2001, 12: 853–858Liao G P, Guan C Y. Effect of seeding date on yield characteristics of different rapeseed () genotypes., 2001, 12: 853–858 (in Chinese with English abstract)

[21] 趙秉強, 張福鎖, 李增嘉. 間套作條件下作物根系數量與活性的空間分布及變化規律研究: II. 間作早春玉米根系數量與活性的空間分布及變化規律. 作物學報, 2001, 27: 974–980 Zhao B Q, Zhang F S, Li Z J. Vertical distribution and its change of root quantity & activity of crops in the “winter wheat early spring maize/summer maize” cropping system: II. The vertical distribution and its changes of root quantity & activity of the early spring inter-plant., 2001, 27: 974–980 (in Chinese with English abstract)

[22] Coppens F, Garnier P, Findeling A, Merckx R, Recous S. Decomposition of mulched versus incorporated crop residues: modelling with PASTIS clarifies interactions between residue quality and location., 2007, 39: 2339–2350

[23] Zhang X Q, Huang G Q, Bian X M, Zhao Q G. Effects of nitrogen fertilization and root interaction on the agronomic traits of intercropped maize, and the quantity of microorganisms and activity of enzymes in the rhizosphere., 2013, 368: 407–417

[24] 趙聚寶, 梅旭榮, 薛軍紅, 鐘兆站, 張天佑. 秸稈覆蓋對旱地作物水分利用效率的影響. 中國農業科學, 1996, 29(2): 59–66 Zhao J B, Mei X R, Xue J H, Zhong Z Z, Zhang T Y. The effect of straw mulch on crop water use efficiency in dryland., 1996, 29(2): 59–66 (in Chinese with English abstract)

[25] 李靜靜, 李從鋒, 李連祿, 丁在松, 趙明. 苗帶深松條件下秸稈覆蓋對春玉米土壤水溫及產量的影響. 作物學報, 2014, 40: 1787–1796 Li J J, Li C F, Li L L, Ding Z S, Zhao M. Effect of straw mulching on soil temperature, soil moisture and spring maize yield under seedling strip subsoiling., 2014, 40: 1787–1796 (in Chinese with English abstract)

Influences of Rape Intercropping with Chinese Milk Vetch and Straw Mulching on Productive Benefits in Dryland of Southwest China

ZHOU Quan1,2, WANG Long-Chang1,*, MA Shu-Min1, ZHANG Xiao-Duan1, XING Yi1, and ZHANG Sai1

1College of Agronomy and Biotechnology, Southwest University / Key Laboratory of Eco-environments in Three Gorges Reservoir Region, Ministry of Education / Engineering Research Center of South Upland Agriculture, Ministry of Education, Chongqing 400716, China;2Research Center on Ecological Sciences, Jiangxi Agricultural University / Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Genetic Breeding, Ministry of Education, Nanchang 330045, Jiangxi, China

In dryland of the southwest of China, the eco-environment of farmland is extremely fragile, and the application of green manure is not enough. The seasonal drought is a key factor limiting the rape production. In order to improve rape yield and explore the application method of green manure, we compared the effects of intercropping and straw mulching on photosynthetic characteristics, agronomic traits, biomass, root morphology, rapeseed quality and yield. Intercropping Chinese milk vetch and straw mulching substantially improved the agronomic traits (diameter of root crown, leaf number, effective branch number and number of pods per plant), the root morphology (total root length, total root volume, total root surfarea and average root diameter), and the biomass of root, stem and leaf at stem elongation, flowering and podding stages of rape. At the same time, it also increased the photosynthetic rate at seeding stage. Water use efficiency in intercropping treatment and straw mulching treatment was increased by 31.12% and 39.89% as compared with rape monoculture. In addition, treatments of intercropping, straw mulching and intercropping with straw mulching significantly increased rape yield by 10.30%, 13.20%, and 40.16% as compared with rape monoculture. Our findings revealed that intercropping Chinese milk vetch and straw mulching are helpful to improve the agronomic trait, biomass and root morphology, resulting in yield increase in rape.

green manure; intercropping; root interaction; root morphology; rape yield

2017-05-15;

2017-11-21;

2017-12-11.

10.3724/SP.J.1006.2018.00431

本研究由國家公益性行業(農業)科研專項(201503127)和國家自然科學基金項目(31271673)資助。

This study was supported by the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201503127) and the National Natural Science Foundation of China (31271673).

Corresponding author王龍昌, E-mail: wanglc2003@163.com

E-mail: zhouquanyilang@163.com

http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20171211.0849.008.html