干旱胁迫下施钾水平对油菜生长特性、籽粒品质和钾素利用的影响

  【目的】  探究长期干旱胁迫下不同施钾水平对油菜生长、籽粒品质、钾素利用的影响,旨在明确不同钾肥水平下油菜通过调节生长和营养分配应对干旱胁迫的机制,为油菜抗旱栽培提供科学依据。  【方法】  以抗旱油菜品种油研57和干旱敏感品种川油36为试验材料,采用盆栽土培试验,每盆装风干土10 kg,设置K₂O施用量0、80和160 mg/kg土3个水平,并于花期开始控制土壤水分保持45%～50%最大田间持水量直至油菜收获,分别记为DK0、DK80、DK160,以施K₂O 80 mg/kg土,全生育期保持65%最大田间持水量作为对照,记为CK,对比不同施钾水平下油菜生长、产量、籽粒品质和钾素利用特征的差异。  【结果】  干旱胁迫严重抑制油菜生长,与DK0处理相比,两个油菜品种在DK80和DK160处理下根干重、总根长、根表面积、干物重和籽粒产量均显著增加。干旱胁迫导致油菜品质降低,与DK0处理相比,DK80和DK160处理下油研57籽粒油酸含量显著增加且芥酸含量显著降低。干旱胁迫引起油菜叶片早衰,花期早衰落叶钾分配比例显著增加并呈DK160 > DK80 > DK0的趋势 (P < 0.05),角果皮和茎钾分配比例大幅降低并呈DK160 < DK80 < DK0 (P < 0.05) 的趋势,导致油菜钾素利用效率显著降低。与川油36相比,抗旱品种油研57根、茎和角果皮维持较高钾分配比例,表现出更高的钾素利用效率,在干旱缺钾条件下籽粒产量和油酸含量显著高于川油36。  【结论】  干旱胁迫导致油菜根系生长受抑制,叶片早衰,进而影响产量和菜籽油品质。增施钾肥可在一定程度上缓解干旱的不利影响,提高钾素在叶片中的分配率,提高油菜籽粒中油酸含量并降低芥酸含量,从而提高籽粒品质。由于干旱胁迫引起油菜叶片早衰,大量钾素随叶片脱落未被再利用导致钾素利用效率降低。     

干旱胁迫和钾肥对油菜苗期生物量和水分利用特征的影响

以西南地区广泛种植的8个油菜品种为材料,研究不同水分和钾肥处理对油菜苗期生长和水分利用特征的影响。结果表明,与正常水分处理(W2)相比,干旱处理(W1)严重抑制油菜苗期生长,生物量在干旱期和复水期分别降低了43.7%和36.3%;干旱胁迫下提高钾肥水平显著促进了油菜生物量的提高(P0.05),油菜生物量在干旱和复水期较低钾处理分别提高了16.1%和11.9%。与W2处理相比,W1处理的水分利用效率在干旱期和复水期分别下降了8.0%和17.8%,差异达显著水平(P0.05);与低钾水平相比,干旱胁迫下提高钾肥水平可促进水分利用效率的提高,在干旱期和复水期分别提高了14.3%和6.4%,在干旱期差异达显著水平(P0.05)。水分利用效率与蒸腾效率呈极显著正相关,与蒸发/蒸腾比呈极显著负相关(P0.01)。干旱胁迫下,油菜蒸腾效率显著提高,而蒸发蒸腾量显著降低(P0.05),其中蒸腾量在干旱期和复水期分别下降了60.9%和35.3%,蒸发/蒸腾比大幅度提高,大部分的水分通过蒸发散失而非植株利用,导致水分利用效率降低。干旱胁迫下钾肥利用效率降低,钾吸收量减少;提高钾肥的施用水平,钾肥利用效率降低,但钾吸收量提高。对W1处理的各生理指标进行主成分分析,可提取出2个主成分,油研10、油研57和油研817具有较高的综合得分,在干旱胁迫下具有较大生物量、水分利用效率、蒸腾量、钾肥利用效率和钾吸收量,表现出较强的抗旱性。     

不同覆盖类型下减量施肥对油菜产量及水肥利用效率影响

为了探讨覆盖与缓释肥(节水节肥)技术对西南旱地油菜生长及水肥利用效率的影响,设置了由3种栽培模式(传统平作栽培、秸秆覆盖和沟垄集雨节水栽培)和3种施肥模式(习惯施肥、减施缓释肥、不施肥)组成的双因素大田定位试验,比较分析2a不同降水年型下覆盖与缓释肥技术对油菜生长的调控效应。结果表明,2016-2017年苗期降水异常偏多,2017-2018年偏少。苗期降水异常偏多对油菜生长的影响大于季节性干旱,2017-2018年苗期根冠比2016-2017平均增加83.55%。多雨年型(2016-2017)下产量及其构成值均低于季节性干旱年型(2017-2018)。单一的节水技术在季节性干旱发生时无显著的增产效应。季节性干旱和降水异常偏多均会影响油菜品质,且多雨会进一步降低了含油量及某些脂肪酸含量;干旱对脂肪酸构成影响更大。2 a节水节肥处理总耗水量均较习惯栽培加传统施肥显著减少,节水节肥处理水分利用效率较习惯栽培加传统施肥高8%～40%,并显著增加肥料利用效率。综上,单一的节水或节肥技术难以满足西南旱地油菜生产面临的复杂环境,通过秸秆覆盖和沟垄集雨与缓释肥集成的双节技术,能适宜不同降水年型下的油菜生产并兼顾环境效应,缓解生育期降水异常对作物生长的影响,实现节本增效的目标。     

生物炭与化肥配施对紫色土肥力与微生物特征及油菜产量品质的影响

研究不同梯度的生物炭与常规施肥、减量施肥相配合对紫色土肥力与微生物特征及油菜产量品质的影响,为实际生产中制定生物炭与化肥的配施方案提供理论参考。依托西南地区特有的紫色土,采用裂区试验设计,试验处理包括:B₀F₁ (不施生物炭+减量肥)、B₀F₂(不施生物炭+全量肥)、B₁F₁(低量生物炭+减量肥)、B₁F₂(低量生物炭+全量肥)、B₂F₁(高量生物炭+减量肥)、B₂F₂(高量生物炭+全量肥)。结果表明:生物炭改良后的土壤全碳、全氮、全钾、阳离子交换量(CEC)、pH显著高于B₀处理,且F₁各土壤肥力指标水平与F₂相近。生物炭的输入提升了土壤微生物Shannon多样性指数(H)、Simpson 优势度指数(D)、碳源利用丰富度指数(S),促进了根际微生物对糖类、氨基酸类、羧酸类、聚合物类、酚酸类碳源的利用程度。生物炭有效提高了油菜产量,在F₁水平下,生物炭的施用显著降低籽粒中芥酸、硫苷、亚麻酸的含量,提升了高油酸、油酸、黄籽度水平。冗余分析(RDA)结果显示,对油菜品质指标的重要性排序为:全钾>全碳>全氮>全磷>CEC>pH。其中,全钾、全碳、全氮、全磷对籽粒品质有显著影响(P<0.05)。总之,生物炭与化肥联合施用可显著改善土壤肥力状况,提升土壤微生物活性,促进了微生物对碳源的利用程度。生物炭的施用量以35 t·hm^-2为宜,可有效弥补化肥减量后的养分亏缺,促进油菜增产和籽粒品质的改良。     

干旱缺钾对油菜内源激素、光合作用和叶绿素荧光特性的影响

为了解钾肥对抗旱的生理影响，以抗旱性不同的两个油菜品种川油36（敏感）和油研57（耐旱）为材料，采用水培试验，调查干旱缺钾对油菜内源激素、光合作用和叶绿素荧光特性的影响。设置缺钾（0.01 mmol/L K₂SO₄）和正常钾肥（1.0 mmol/L K₂SO₄）两个梯度，加入7%的PEG6000模拟干旱，分别记为LK和NK处理。结果发现，干旱胁迫严重抑制油菜生长，不同钾肥水平对油菜生长和激素水平影响显著，与NK处理相比，LK处理下油菜生物量和叶片吲哚乙酸（IAA）、细胞分裂素（CTK）和油菜素内酯（BR）含量显著降低，而脱落酸（ABA）含量显著增加。干旱胁迫下钾肥水平对油菜光合作用影响显著，与NK相比，LK处理下油菜净光合速率、气孔导度、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶（RuBP羧化酶）活性、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）活性均显著降低。干旱胁迫下光系统I（PSI）P700最大变化（Pm）和光下P700最大变化（Pm'）显著降低，LK处理下Pm'显著低于NK处理，而PSI受体侧限制非光化学量子产量[Y(NA)]显著高于NK处理。干旱胁迫导致光系统II（PSII）最大光化学量子产量（Fv/Fm）显著降低，与NK处理相比，LK处理下Fv/Fm和PSII调节性能量耗散[Y(NPQ)]显著降低，然而非调节性能量耗散[Y(NO)]显著增加。LK处理下抗旱品种油研57叶片IAA含量、CTK含量、叶绿素含量、净光合速率和Fv/Fm显著高于川油36，表现出更高的生物量。综上，干旱缺钾会诱导ABA积累，抑制生长促进类激素IAA、CTK和BR的合成，抑制油菜生长。干旱缺钾条件下，RuBP羧化酶和PEPC酶活性显著降低，同时PSI受体侧过度还原，PSII调节性能量耗散减弱，非调节性能量耗散量子产量增加，造成PSI和PSII活性下降，导致油菜光合作用降低并限制油菜生长。