不同覆膜栽培方式下胡麻叶片叶绿素含量、失水速率及产量

Chlorophyll content，water loss rate and yield of flax under different film mulching cultivation methods

摘要

目的 干旱是制约宁南山区胡麻生长和生产的非生物胁迫因子之一。探索适宜宁南旱作农田覆膜栽培胡麻的有效栽培方式，可为解决胡麻栽培过程中的干旱问题及发展胡麻覆膜栽培提供实践和理论依据。 方法 于2021-2023年，以胡麻品种‘宁亚21号’为供试材料，在大田试验条件下，设平膜穴播（FHS）、垄膜沟播（RFS）和露地条播（CK）共3个处理，分析不同覆膜栽培方式对胡麻叶绿素含量、离体叶片失水速率及产量的影响。 结果 连续3年通过3种覆膜栽培的试验结果表明，在不同覆膜栽培条件下，同一年间胡麻叶片叶绿素含量均表现为FHS>RFS>CK，不同年份间不同覆膜栽培条件下的叶绿素含量不同；与CK相比，RFS和FHS的株高、鲜重和干重均高于CK；2021年和2023年的离体叶片失水速率表现为CK>RFS>FHS，而2022年的离体叶片失水速率表现为CK>FHS>RFS；产量均表现为FHS>RFS>CK，2021年FHS的增产幅度最大，其有效分枝数、有效结果数和单株产量均高于其它处理；有效结果数和单株产量均表现为FHS>RFS>CK。与CK相比，FHS和RFS均提高了胡麻叶片的叶绿素含量、产量、有效分枝数和有效结果数，降低了离体叶片的失水速率，且FHS优于RFS，在2021年FHS增产达到了185.7 kg·hm^-2，且增产效果显著。相关性分析表明，离体叶片失水速率与叶绿素含量呈显著负相关，与产量呈极显著负相关；叶绿素含量与产量呈显著正相关。 结论 FHS不仅提高了胡麻叶片的叶绿素含量、产量、有效分枝数和有效结果数，还可以降低离体叶片的失水速率，增强胡麻的抗旱性，因此FHS种植方式是适合宁南旱作农田胡麻生产的有效栽培措施。

Abstract

Objective Drought is one of the abiotic stress factors restricting the growth and production of flax in the mountainous area of southern Ningxia. Exploring effective mulching cultivation methods for flax in the dryland fields of southern Ningxia can provide practical and theoretical support for addressing the drought issues during flax cultivation and promoting mulching cultivation of flax. Methods From 2021 to 2023， the flax variety‘Ningya 21’was used as the experimental material. Under field trial conditions， three mulching cultivation treatments were applied： flat film hole sowing （FHS）， ridge film furrow sowing （RFS） and open field strip sowing （CK）. The effects of different mulching cultivation methods on chlorophyll content， detached leaf water loss rate， and yield were analyzed. Results The results of three consecutive years of experiments under three mulching cultivation conditions showed that， in different mulching cultivation conditions within the same year， the chlorophyll content of flax leaves exhibited the order FHS>RFS>CK. However， the chlorophyll content varied under different mulching cultivation conditions among different years. Compared to CK， both RFS and FHS treatments showed higher plant height， fresh weight， and dry weight. The detached leaf water loss rate in 2021 and 2023 was in the order CK>RFS>FHS， while in 2022， it was CK>FHS>RFS； The yield showed the order FHS>RFS>CK，with the greatest yield increase observed in FHS in 2021，where the effective branch number， effective pod number， and yield per plant were higher than other treatments. The effective pod number and yield per plant showed the order FHS>RFS>CK. Compared to CK， both FHS and RFS increased the chlorophyll content， yield， effective branch number， and effective pod number of flax leaves and reduced the detached leaf water loss rate. FHS outperformed RFS， and in 2021，FHS achieved a significant increase in yield by 185.7 kg·hm^-2. Correlation analysis showed a significant negative correlation between detached leaf water loss rate and chlorophyll content， as well as an extremely significant negative correlation with yield. There was a significant positive correlation between chlorophyll content and yield. Conclusion FHS not only increased the chlorophyll content， yield， effective branch number and effective pod number of flax leaves， but also reduced the water loss rate of detached leaves， enhancing the drought resistance of flax. Therefore， FHS planting method is an effective cultivation measure suitable for flax production in the dryland fields of southern Ningxia.

Graphical abstract

关键词

覆膜方式 / 胡麻 / 离体叶片失水速率 / 产量

Key words

Film mulching / Flax / Detached leaf water loss rate / Grain yield

胡麻作为宁南山区主要的油料作物，在食用油供给中占有重要的地位，其在当地提供食用油、发展区域农业经济和增加农民收入方面具有重要意义。近年来干旱严重制约旱作农业的发展，本地区的胡麻种植以旱作农田为主，因此降水成为胡麻生产的重要制约因素，干旱会对胡麻地上部分干物质的积累及产量的形成造成严重的影响，而农用地膜具有保湿、保温、抗虫、防病、抑制杂草生长等作用，有利于作物生长发育，提高作物产量，提高农业效益^［1］。覆膜栽培在小麦^［2］、玉米^［3］、谷子^［4］、糜子^［5］、青稞^［6］等作物上取得了很好的应用效果。不同覆膜栽培方式在胡麻上的应用也较多，李瑛等^［7］研究表明不同时期全膜穴播下土壤水分相对较高，随着胡麻的生长发育，主根也逐渐增大；刘杰等^［8］研究表明，全膜覆土穴播和膜侧条播均能够促进胡麻根系生长，提高土壤水分含量和胡麻籽粒产量，且全膜覆土穴播效果更优；杨丽等^［9］研究表明，胡麻覆膜栽培优于露地栽培，穴播优于条播，残膜穴播优于揭膜后全膜穴播；党增春等^［10］研究表明平膜穴播可以提高土壤地温，保持土壤水分，促进土壤速效养分的充分释放和有效利用。

目前覆膜栽培对胡麻叶片相关指标的影响研究较少，仅仅是通过不同的试验方法和评价方法对胡麻的抗旱性指标进行筛选及对种质资源进行抗旱评价^［11-16］。本试验通过研究覆膜栽培对胡麻叶绿素含量、离体叶片失水速率及产量的影响，旨在探索适宜宁南旱作农田胡麻生产的有效栽培措施，提高有限降雨的利用率，应对干旱对胡麻生产的影响，为胡麻覆膜栽培产业提供理论依据。

1 材料和方法

1.1　试验地概况

试验在彭阳县长城塬进行，彭阳县位于宁夏回族自治区东南部、六盘山东坡地区，地理位置为106°12′~106°58′ E，35°46′~36°17′ N；年平均气温为7.4~8.5 ℃，无霜期为140~170 d，年降水量为265.7~550.0 mm，且降水量由北向南逐渐增加，属于典型的温带半干旱大陆性季风气候，土壤类型为黄绵土^［17］。2021-2023年期间，4月1日-8月31日的降雨量为199.4、218.2、174.4 mm。

1.2　试验设计

以‘宁亚21号’胡麻（宁夏农林科学院固原分院选育）为供试品种，于2021-2023年连续3年进行试验。小区面积28 m²（4 m×7 m），区距50 cm，试验地周围设保护区。本试验采用随机区组设计，设3个处理，分别为平膜穴播（Flat film hole sowing、FHS）、垄膜沟播（Ridge film furrow sowing、RFS）、露地条播（CK），3次重复。平膜穴播为全覆膜后用点播机进行人工播种，每穴8~10粒，穴距13 cm，行距15 cm；垄膜沟播是垄上覆膜宽40 cm，垄高10 cm，胡麻种植沟宽60 cm，带型比例为1∶1.5，种植胡麻4行，行距15 cm；露地条播是采用条播方式进行播种。田间管理同大田相同。

1.3　测定指标及方法

1.3.1　叶绿素含量的测定

利用叶绿素仪，在开花期每小区测定30株植株叶片叶绿素含量。

1.3.2　离体叶片失水速率测定

开花期每小区分别取30株植株，测量株高、称取单株鲜重、单株叶片鲜重（a）；将其置于空气中24 h后再次称取单株叶片重量（b）；杀青后80 ℃烘干称单株叶片重量（c）；失水速率计算公式如下：

失水速率（%）=（b-c）×100/［（a-c）×24］

1.3.3　室内考种

按试验小区取样，每小区取样30株植株，测定有效分枝数、有效结果数、每果粒数、千粒重、单株产量。

1.3.4　产量测定

成熟后按小区收获单打单收，计算产量。

1.4　统计分析

采用Execel 2010软件对数据进行统计，用DPS软件运用单因素方差分析中的最小显著性差异（LSD）法进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1　不同覆膜栽培方式下胡麻叶绿素含量

叶绿素既是植物光合作用的重要色素，也是衡量植物干旱胁迫的重要指标^［18］。如图1所示，在不同覆膜栽培条件下，同一年间胡麻叶片叶绿素含量均表现为FHS>RFS>CK，不同年份间不同覆膜栽培条件下的叶绿素含量表现为2021年的均高于2022年和2023年，且各处理间差异达到极显著水平，说明FHS条件下胡麻叶片的持绿性更好，更有利于胡麻抗旱。

2.2　不同覆膜栽培方式下胡麻离体叶片的失水速率

图2表明，2021-2023年CK的株高和鲜重、干重均低于RFS和FHS，2023年的鲜重处理间差异显著，2022和2023年的株高处理间差异显著。2021年和2023年离体叶片失水速率表现为CK>RFS>FHS，而2022年的离体叶片失水速率表现为CK>FHS>RFS，处理间具有显著性差异，表明FHS和RFS有利于胡麻的生长和在干旱条件下维持叶片的含水量，降低叶片的萎蔫速度，一定程度上可以缓解胡麻受干旱胁迫的程度。

2.3　不同覆膜栽培方式下胡麻产量及构成因子

由表1~表3可知，不同覆膜栽培模式下，3年产量均表现为FHS>RFS>CK。2021年FHS和RFS分别较CK增产185.7、100.0 kg·hm^-2，且各处理间差异达到极显著水平；2022年FHS和RFS分别较CK增产23.1、11.8 kg·hm^-2，各处理间差异不显著；2023年FHS和RFS分别较CK增产122.6、14.0 kg·hm^-2，各处理间差异不显著；2021年FHS的增产幅度最大，其有效分枝数、有效结果数和单株产量均高于其它处理。有效结果数和单株产量3年均表现为FHS>RFS>CK。方差分析表明，处理、年份、处理×年份差异均不显著。覆膜处理增产的原因主要是提高了胡麻植株的有效结果数和单株产量，其次是提高了有效分枝数。

2.3　叶绿素含量、失水速率与产量及产量构成因子的相关性分析

由表4可见，叶绿素含量与产量、单株产量呈显著正相关，与失水速率呈显著负相关；产量与失水速率呈极显著负相关；失水速率与有效分枝数、有效结果数、每果粒数、单株产量和千粒重均为负相关，表明叶片的含水量对胡麻产量影响极大。

3 讨论

3.1　不同覆膜栽培方式下胡麻叶绿素含量

叶绿素作为植物光合作用的重要色素，也是衡量植物光合生产潜力和植物干旱胁迫的重要指标，对植物生物量生长具有重要作用^［18］。贠民政等^［6］研究表明，地膜覆盖能不同程度提高青稞的叶片叶绿素含量，进而促进光合产物的合成与积累；刁姗等^［19］研究表明，葡萄叶片的总叶绿素含量受干旱胁迫时降低；高亚宁等^［20］在芜菁中的研究结果表明，干旱胁迫能显著降低芜菁叶绿素含量，但是在复水后得到缓解。地膜覆盖具有保墒作用，可以降低土壤水分的无效蒸发，提高水分利用效率，一定程度上可以提高植物的光合势，叶绿素含量的高低直接影响光合作用的强弱以及植物对光能的利用和干物质的积累，进而影响作物产量的提高^{［11， 21-22］}。本研究表明，在覆膜栽培条件下，胡麻叶片的叶绿素含量高于CK，这与前人在青稞^［6］、谷子^［23］等以及春玉米^［24］等上的研究结果一致，而且FHS的产量也高于CK。通过相关性分析发现，叶绿素含量与产量及单株产量均为显著正相关，表明FHS在提高植物叶片叶绿素含量的同时间接提高了作物产量，也提高了作物的抗旱能力。

3.2　不同覆膜栽培方式下胡麻离体叶片的失水速率

离体叶片失水速率反映作物叶片的抗脱水能力，离体叶片失水率越小表明叶片持水能力越强，作物的抗旱性越强^［25-26］。离体叶片失水速率作为评价作物抗旱的一项重要指标，在板栗^［27］、小麦^［2］、花生^［28］、马铃薯^［29］、高粱^［30］等作物上均有应用。本试验结果表明，FHS有利于降低胡麻离体叶片的失水速率；相关性分析发现，失水速率与有效分枝数、有效结果数、每果粒数、单株产量和千粒重均为负相关，表明FHS在降低叶片水分散失、提高胡麻的抗旱能力的同时也对胡麻的增产起到一定的积极作用。

3.3　不同覆膜栽培方式下胡麻产量及构成因子

在干旱半干旱地区，限制作物增产的主要因素之一是土壤水分，因此，利用有限的降水提高旱作农田产量，关键在于如何保持土壤水分，覆膜能很好的改善土壤的水热环境，提高作物产量。张晓娟等^［31］研究表明，覆膜种植明显缩短了糜子生育期，使得糜子产量比露地种植提高了30.44%，而且改善了土壤水热状况；侯慧芝等^［32］研究表明全膜微垄沟穴播提高了春小麦叶片SPAD值和生物量，实现了增产；李维敏等^［33］研究表明宽覆膜有利于玉米提高光合特性，同时提高了玉米籽粒产量；杨丽等^［9］研究表明，覆膜栽培可缩短胡麻生育期、提高出苗率、增加生物干质量和提高产量。在本研究中，FHS和RFS均能提高胡麻的有效分枝数、有效结果数、单株产量以及总产量而且FHS优于RFS和CK，这与前人研究的覆膜栽培能提高作物产量的结果一致。因此在宁南山区种植胡麻采用FHS栽培模式，既能起到抗旱节水增产效果，也能提高水分利用效率，促进作物生长。

4 结论

与CK相比，FHS和RFS均提高了胡麻叶片的叶绿素含量、产量、有效分枝数和有效结果数，降低了离体叶片的失水速率，且FHS优于RFS，在2021年增产达到了185.7 kg·hm^-2，各处理间差异极显著，起到了很好的抗旱增产的作用。因此，FHS种植方式是适合宁南旱作农田胡麻生产的有效栽培措施。

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基金资助

国家特色油料产业技术体系项目(CARS-14-2-28)

宁夏回族自治区重点研发计划项目(2021BBF02020)