基因型×环境×管理协同优化北美大平原地区油菜生产的关键策略研究

这篇研究通过多地点田间试验，系统评估了播种密度（60/120/180 seeds m-2）、收获方式（直接收割S/C vs 晾晒windrowing）与两种抗裂荚杂交油菜（早熟L233P/晚熟L255PC）的互作效应。研究发现120-180 seeds m-2播种密度配合10%种子含水量时S/C可获得最高产量（提升0.24 Mg ha-1），晚熟品种L255PC在补偿机制和油分含量（485 g kg-1）方面表现更优。研究创新性采用G×E×M框架揭示了次生分枝种子发育是产量形成的关键补偿位点，为北美油菜精准栽培提供了理论依据。

　　

摘要

研究聚焦加拿大草原三省（阿尔伯塔/萨斯喀彻温/马尼托巴）的油菜生产体系，通过2018-2022年五地田间试验，揭示播种密度、杂交种选择和收获方式的协同效应。试验采用双因素设计：两种抗裂荚杂交种（BASF公司InVigor系列早熟L233P与晚熟L255PC）与三种播种密度（60/120/180 seeds m^-2），配合四种收获方式（60%/90%种子变色期windrowing，10%/5%含水量S/C）。结果表明晚熟品种L255PC在120 seeds m^-2密度下S/C产量最高（2.85 Mg ha^-1），较传统windrowing增产8.3%，且油分含量显著提高22 g kg^-1。

材料与方法

试验采用随机区组设计，在Lethbridge（灌溉/雨养）、Lacombe、Indian Head和Brandon四地实施。关键监测指标包括：叶面积指数（LAI）、归一化植被指数（NDVI）、叶绿素含量（Chl），以及从主花序到三级分枝的产量构成要素。采用Piepho环境方差混合模型分析数据，通过因子协方差结构解析G×E×M互作。

结果

1. 产量表现：双晚组合（晚熟种+晚收）呈现显著优势，L255PC在180 seeds m^-2+10%含水量S/C处理下变异系数（CV）最低（46%），较60 seeds m^-2处理稳定性提高19%。

2. 补偿机制：低密度（60 seeds m^-2）促使单株分枝数增加1.5个，但次生分枝种子重量与产量的协方差达1.65，显示其作为关键补偿位点。

3. 收获时机：S/C在10%含水量时较5%含水量增产0.12 Mg ha^-1，但延迟至5%含水量会丧失对windrowing的优势。

讨论

1. 农艺协同：晚熟品种的生育期优势（较L233P延长3.2天）与高密度种植的群体效应形成互补。在Black土壤带（Lacombe），有机质含量7.3%-10.5%条件下，该组合可实现产量潜力最大化。

2. 经济权衡：虽然180 seeds m^-2的种子成本较120 seeds m^-2增加155加元/ha，但产量提升带来的边际收益可达228加元/ha（2023年油菜价格基准）。

3. 气候适应性：在GDD>1500°C的地区（如Brandon），晚熟品种更能利用积温资源，其光能利用率（通过NDVI评估）较早期品种高11%。

结论

研究建立了基于次生分枝发育的油菜产量补偿模型，证实120 seeds m^-2播种密度配合适时S/C（10%含水量）是最优组合。未来研究应关注精准播种技术对群体均匀度的改善效应，以及该模式对后茬作物的遗留影响。