不同播期對農(nóng)牧交錯帶土豆生長、產(chǎn)量形成和水分利用效率的影響

不同播期對農(nóng)牧交錯帶土豆生長、產(chǎn)量形成和水分利用效率的影響

北方農(nóng)業(yè)交錯帶是連接東部農(nóng)業(yè)地區(qū)和西部牧場的半干旱生態(tài)過渡帶。降水主要集中在6月至8月。年中的降水變化率高。它是最敏感的氣候變化反應區(qū)域之一。氣候變化和變化對農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)區(qū)的影響引起了廣泛的關注。豌豆抗旱耐瘠,適應性強,糧菜飼兼用,又可與糧食作物間、套、混種。分期播種試驗可以分析不同氣象條件對作物生長發(fā)育的影響,已被廣泛用于作物適宜播種期的選擇,關于不同播種期對豌豆生長發(fā)育的研究也有涉及[10,11,12,13,14,15,16,17]。有研究認為,豌豆產(chǎn)量與綠色葉片持續(xù)時間尤其是花后葉面積指數(shù)顯著相關,隨著播期推遲,溫度升高,豌豆生育期縮短,產(chǎn)量降低。Michael等對英格蘭西部飼用豌豆播期研究發(fā)現(xiàn),3月底—4月初播種的豌豆均能在播種后100~120d獲得穩(wěn)定高產(chǎn)。但也有研究表明,不同時間播種的豌豆基本能同時成熟,早播前期溫度低,不利于豌豆出苗和莖稈節(jié)數(shù)形成,但是氣溫上升后即可恢復正常,鮮草產(chǎn)量和千粒重均較高,但若播種過早,落花現(xiàn)象嚴重;播期過晚,豌豆生育期縮短,營養(yǎng)生長不充分,根系差,植株不能正常開花結莢,產(chǎn)量和千粒重降低。目前有關播期研究多集中于小麥、水稻和玉米等大宗糧食作物,作為優(yōu)良飼草,青草產(chǎn)量是衡量豌豆經(jīng)濟價值的主要因素之一,但目前有關豌豆產(chǎn)量的研究多針對其種子而言[11,12,13,15,16,17,18,19,20],鮮有研究詳細分析其莖葉部分對水分的利用情況。本試驗以豌豆為研究對象,探索改變播期對豌豆生育期、形態(tài)指標、鮮(干)草產(chǎn)量形成和水分利用效率的影響,旨在為農(nóng)牧交錯帶豌豆適期播種和高產(chǎn)栽培提供科學依據(jù)。1材料和方法1.1氣候、水文條件試驗于2010年在農(nóng)業(yè)部呼和浩特農(nóng)牧交錯帶生態(tài)環(huán)境重點野外科學觀測試驗站(41°06′N,111°28′E,海拔1756m)進行,試驗站地處內(nèi)蒙古武川縣,氣候?qū)俑珊蛋敫珊荡箨懶詺夂?年平均氣溫2.7℃,0℃以上年積溫平均為2578.5℃,多年平均降雨量為350mm,主要集中在7~8月份,占整個生長季的80%左右,年蒸發(fā)量約是降水量的5倍多,無霜期105d左右,年日照時數(shù)2955h,年總輻射6100MJ/m2,年平均風速3m/s,土壤以栗鈣土為主。1.2第1組患者第54.3試驗采用分期播種方法,共設置5個播期作為處理(4月28日、5月8日、5月18日、5月28日和6月8日),分別用SE、E、M、L和SL表示。隨機區(qū)組排列,3次重復。小區(qū)面積24m2(4m×6m),南北行向。供試豌豆為當?shù)刂饕耘喾N“清水河麻豌豆”,采用條播方式,行距25cm。播前一次施入氮35kg/hm2,磷6kg/hm2,鉀23kg/hm2,其余時間不再做追肥處理。試驗期間,為保證試驗區(qū)內(nèi)豌豆能正常出苗及安全完成整個生育期進程,分別于6月1日(補水量為13.1mm)、6月28日(補水量為38.2mm)和7月26日(補水量為42.4mm)進行人工補水。1.3葉面積、h2及氣象資料采用平行觀測的方法,記錄豌豆各關鍵生育期(出苗、開花、鼓粒和成熟),每隔15d取一次樣,每小區(qū)連續(xù)取樣10株,測定株高、鮮草重,葉面積用便攜式葉面積儀(LI-3000C)測定。分別將豌豆植株根、莖、葉、莢等各部分裝袋,于干燥箱105℃殺青30min后,80℃烘干至恒重,稱干物重。成熟期取3個重復,每個重復收獲1m2,測定莢重、鮮草重、干草重,折算成hm2產(chǎn)量。氣象數(shù)據(jù)來源于武川氣象局,主要觀測項目包括降水量,mm;最高和最低氣溫,℃,等。試驗數(shù)據(jù)用Excel2003和DPSv7.05進行處理和統(tǒng)計分析。2結果與分析2.1出苗至花期及生長由表1可見,SE、E和M播期下豌豆生育期時間差異不顯著,均為120~122d左右,但SL全生育期僅109d。隨播期推遲,豌豆出苗至開花階段降水增多,花芽分化受阻,營養(yǎng)生長期延長,SE處理下出苗至開花需要51d,而L和SL各需要62d。在營養(yǎng)生長期延長的同時,生殖生長期在整個生育期中所占比例隨播期推遲出現(xiàn)不同程度的減少,SE最高達到40%,而SL最低僅占22%,播種期每推遲10d,豌豆開花至成熟時間縮短1~2d,但SL生育后期遭遇霜凍,開花后24d即收獲。2.2播種期對豆形指標的影響2.2.1生長和分離株高生長變化從圖1看出,豌豆苗期生長緩慢,開花后節(jié)間伸長加快,隨播期推遲株高顯著增加。播種至苗后15d,SE、E、M和L處理下平均降雨量僅26.0mm,株高差異不大,平均為8cm,而SL同時段內(nèi)降雨量達到56.5mm,株高達13cm。SE整個生育期內(nèi)株高增加平緩,日平均增長速率0.53cm/d,收獲時僅55cm。M和L株高呈現(xiàn)“慢-快-慢”的增長趨勢,SL株高增長速率顯著高于其余處理(1.5cm/d),收獲時株高達到118cm。7月下旬,SE和E開始鼓粒,株高趨于穩(wěn)定(分別為40和34cm),但由于8月份降水較多(93mm),株高出現(xiàn)二次伸長,收獲時分別達到55和117cm。2.2.2生長和收獲時葉面積從圖2可以看出,豌豆葉面積隨播期推遲增加明顯。分析表明,豌豆最大葉面積與播種至出苗階段氣溫和出苗至開花階段降水量相關系數(shù)分別達到0.97和0.80,SE播種至出苗階段日平均氣溫僅9.6℃,出苗至開花期間降水不足(73.1mm,含人工補水),水熱資源匱乏使葉片發(fā)育受阻。但由于8月份降水充分(93mm),SE和E葉片生長期延長,收獲時葉面積分別達到257.35和442.94cm2/株。隨播期推遲,SL播種至出苗期間平均氣溫達到20.3℃,降水量為45.9mm,盡管出苗至開花階段氣溫已開始降低(19.9℃),降水量(161.3mm)也不如L的高(202.5mm),但收獲時葉面積(768.54cm2/株)比L(645.23cm2/株)增加123.31cm2/株。顯然,豌豆營養(yǎng)生長前期水熱資源充分可彌補后期氣溫降低和水分不足,加上SL營養(yǎng)生長日數(shù)較長(比L延長7d),所以葉面積較高。2.2.3播期延遲對加快下豆莢地上部干物重和比例的影響從圖3(a)可以看出,5個播期地上部積累的干物質(zhì)在8月上旬前無顯著差異(平均為2.29g/株),8月中旬后地上部干物質(zhì)迅速增加。SE和E豌豆在9月上旬成熟,而M處理之后的豌豆(包括M、L和SL)正由營養(yǎng)生長向生殖生長過渡,干物質(zhì)積累速率仍較高(0.13~0.15g/(株·d)),收獲時,SE和E的地上部干物重僅4.69和5.23g/株,而M、L和SL分別達到8.34、8.79和7.12g/株。播期推遲對豌豆地上部同化產(chǎn)物在器官間分配影響較明顯(圖3(b)),收獲時各器官比例大小依次為:莖(30~60%)>葉(20~50%)>根(2~6%),莖、葉所占比例隨播期推遲增加,M、L和SL處理的莖、葉所占比例基本保持在51%和45%左右。7月下旬至8月上旬,SE和E的生長重心由莖葉轉(zhuǎn)移到豆莢,收獲時豆莢部分在整個植株中所占比例分別達到23.4%和10.1%。播期推遲到5月中旬后,豌豆鼓粒期多推遲至8月下旬后,日平均氣溫降至15℃以下,降水量不足50mm,不利于籽粒灌漿,地上部分主要由莖桿和綠色葉片組成(占94%~97%)。2.3不同播期、不同生育期總降水量的變化6月份之前播種,豌豆鮮草和干草產(chǎn)量均隨播期推遲增加(表2),但M和L間無顯著差異,若將播期推遲到6月份,SL的鮮草和干草產(chǎn)量分別比L下降200kg/(hm2·d)(產(chǎn)量間差異不顯著)和190kg/(hm2·d)(產(chǎn)量間差異達極顯著水平)。相關分析表明,豌豆產(chǎn)量(鮮草或干草)均與出苗至開花階段氣象因子的相關性較好,鮮草產(chǎn)量與≥7℃積溫和降水量相關系數(shù)分別達到0.98和0.83,干草產(chǎn)量與日平均氣溫和降水量相關系數(shù)分別達到0.85和0.56。豌豆植株含水量隨播期推遲增加,播期間變幅為61.7%~77.0%(表2),在生育期總降水量無明顯差異的情況下,M播種至開花階段降水量(159.7mm)明顯高于SE(83.7mm)和E(87.9mm),這可能是導致M植株含水量(72.3%)較高的主要原因。相關分析表明,植株含水量與播種至開花階段降水量相關系數(shù)達到0.87,氣溫升高對提高植株含水量也表現(xiàn)出正效應(相關系數(shù)為0.98)。5月下旬是農(nóng)牧交錯帶豌豆播種的分水嶺,即5月28日之前播種,每推遲1d,增產(chǎn)效果平均為47.3(鮮草)和9.0kg/(hm2·d)(干草);5月28日之后播種,每推遲1d,平均減產(chǎn)20.0(鮮草)和19.0kg/(hm2·d)(干草)。農(nóng)業(yè)栽培中,豌豆播種期應安排在5月下旬,即可保證產(chǎn)量又可增加植株含水量,可充分發(fā)揮其作為綠肥作物的優(yōu)良特性。2.4土壤水分利用效率試驗站2010年4月28日—5月8日期間降雨不足,加上早春時節(jié)土壤蒸發(fā)劇烈,4月28日播種時土壤水分含量僅119.9mm。隨著溫度升高,土壤消融,加上5月8日—5月18日期間出現(xiàn)15.1mm降水,5月18日播種時土壤含水量達到187.8mm。從表2可以看出,SE水分利用效率最低,僅為5.05kg/(hm2·mm)(鮮草),主要由于播種至出苗階段僅出現(xiàn)10.6mm降水,開花期0~100cm土壤水分僅9.7cm,水分匱乏限制產(chǎn)量提高。E、M、L和SL的水分利用效率無顯著差異,平均為11.15kg/hm2(鮮草)。SE干草水分利用效率在5個播期中仍最低,僅為1.94kg/(hm2·mm),其次為SL,E、M和L各處理間無顯著差異,平均為3.23kg/(hm2·mm)。3不同季節(jié)和播期對植物生長和水分利用效率的影響豌豆生長發(fā)育受氣候條件影響顯著,播期調(diào)整影響整個生育期及各生育階段內(nèi)的氣象條件,進而影響作物發(fā)育。6月份之前播種,播期對豌豆生育期日數(shù)影響不大,播期每推遲10d,成熟期平均推遲9.7d,張繼君等研究發(fā)現(xiàn),不同時間播種的豌豆成熟期趨于一致,與本研究結論不一致,可能與栽培品種、土壤水分狀況和播種期有關。逄蕾等研究發(fā)現(xiàn),3月下旬—4月上旬播種的豌豆由于生育前期溫度低,降水不足,出苗時間延長,與本研究結果相似。2010年5月中旬前后播種的豌豆生物量明顯較高,與王芳試驗結果相同,但是生育后期氣溫下降較快,遲播的豌豆因貪青而不能正常開花結莢,此結論與前人的研究結果一致。與2009年5月28日播種的豌豆減產(chǎn)不同,2010年同一天播種的豌豆產(chǎn)量相對較高,主要原因在于2010年8—9月降水量比2009年同期偏多近60mm。5月中旬后播種,播期每推遲10d,灌漿期氣溫下降2.1~2.4℃,2010年5月28日和6月8日播種的豌豆鼓粒至成熟階段氣溫降至12.1~14.5℃,低溫影響豆莢中干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運,但可滿足莖葉生長需求,地上部生物量仍得到有效積累。生產(chǎn)實踐中可在豌豆花后盡量延遲收獲,最大程度上利用氣候資源。作為一種優(yōu)良牧草,豌豆種植的重要價值體現(xiàn)在其鮮(干)草產(chǎn)量,而非豆莢部分。農(nóng)牧交錯帶地區(qū)是典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū),降水量季節(jié)分配比年降水總量對豌豆產(chǎn)量影響更大。播種過早,豌豆生育期內(nèi)降水不足且多集中于生育后期,有限