施钙与覆膜栽培对缺钙红壤花生干物质生产熟相产量构成及品质的影响

王建国1,2,张 昊1,李 林1,3,刘登望1,3,万书波2,王 飞1,卢 山1,郭 峰2

(1.湖南农业大学 农学院,湖南 长沙 410128;2.山东省农业科学院 生物技术研究中心,山东 济南 250100;3.湖南农业大学 旱地作物研究所,湖南 长沙 410128)

摘要为解决南方缺钙红壤旱地花生空壳问题,探明施钙与覆膜对花生干物质生产、熟相、产量构成及品质的影响,以大籽品种湘花2008和南方典型第四纪红土发育的缺钙红壤为材料,设置3个基施钙肥梯度(不施钙、施钙375 kg/hm2、施钙750 kg/hm2,分别标记为Ca0、Ca375、Ca750)和2种栽培方式(露地与覆膜栽培),采用土柱栽培,测定花生净光合速率、叶绿素含量(SPAD值)、熟相、干物质、产量构成因素和品质。结果表明,覆膜栽培提高了花生植株营养器官和生殖器官干物质,而施钙更好地促进了生殖器官生长,提高收获指数,降低根冠比。其中,Ca750-OF、Ca750-PF生殖器官干物质比对照(Ca0-OF)增幅达74.0%,94.3%。增施钙肥,叶片净光合速率在苗期和花针期逐渐升高,但在结荚期、饱果期和成熟期降低。露地栽培处理(OF)叶片SPAD值在苗期:Ca750>Ca375>Ca0;2015年覆膜栽培(PF)叶片SPAD值在苗期、花针期、饱果期、成熟期中施钙处理高于不施钙(Ca0)。成熟期花生单株产量与SPAD值呈一元二次方程曲线关系(y=-0.020x2+1.034x-1.930,R2=0.308**),且极显著相关。Ca0处理生育后期贪青晚熟,植株不能正常衰老;随施钙量增加,花生熟相明显,叶色由青转黄,正常衰老、成熟,产量较高。施钙与覆膜栽培增加了单株总果数、饱果数,提高了出仁率、荚果饱满度、脂肪含量及油亚比,降低了烂果数、空果数、每千克果数,进而提高了荚果产量和改善了品质。

关键词花生;钙;覆膜;干物质;熟相;叶绿素含量;产量

花生对钙需求量高于磷,属于喜钙肥作物。钙是花生需求量高(除氮和钾外)的第三大营养元素[1]。通常不论南方红壤还是北方土壤棕壤,缺钙造成花生空壳、导致减产严重[2-3]。南方花生多栽培于丘岗山区红壤旱土,其中我国红壤总面积218 万km2,占全国土地总面积的 22.7%[4]。南方常年温度高、降雨量大,红壤中有机质、阳离子大量流失,尤其是钙的淋失速率最快[5]

低钙条件下,花生植株矮小,可育花数会减少,烂果、空果增多;严重缺钙时种子的胚芽变黑,荚果不能形成[1,6-7]。施钙肥后,植株叶绿素含量、净光合速率提高,利于碳水化合物的积累[8-10]。钙肥的施用增强了花生植株抗逆性[11-12]、碳氮代谢酶活性[10,13],促进干物质的积累及产量、品质的提高[9-11,13-14]。前人对花生钙素的研究主要集中在黏性棕壤土、砂壤土、砂质壤土、水培溶液等,但有关南方典型酸性缺钙红壤旱地花生熟相和产量构成的研究鲜有报道。

本试验采用大型PVC桶进行灌土作为土柱,以南方典型酸性缺钙红壤为研究对象,研究增施钙肥与覆膜栽培对花生光合速率、熟相、干物质分配、产量及品质的影响,旨在为南方红壤旱地花生高产高效栽培和典型酸性缺钙红壤改良提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验地点位于湖南农业大学耘园试验基地。供试土壤由湖南省浏阳市书院村月光坪运输到试验基地,属于典型的缺钙红壤(表1)[1,15]。供试品种为湘花2008(大籽花生品种),由湖南农业大学李林教授花生研究团队培育。2014年6-10月和2015年5-10月分别开展试验。花生生育期内平均温度分别为24.7,25.4 ℃,降雨量分别为502.1,541.9 mm。供试养分为氧化钙、氯化镁、尿素、磷酸二氢钾。地膜(聚氯乙烯透明膜)厚度为0.008 mm。

表1 供试土壤的养分指标
Tab.1 Soil nutrients index

1.2 试验设计

试验采取PVC土柱栽培法,PVC排水管内径37.5 cm、高70 cm,每桶装干土100 kg [16-17]。PVC桶的切割、封底口、固定及田间摆放同之前论文试验设计[16-17]

试验设置2种栽培方式:覆膜(PF,Plastic film)、露地(对照,OF,Open field);3个基施钙肥梯度:Ca750(熟石灰750 kg/hm2,换算后每桶施用氧化钙9.46 g);Ca375(熟石灰375 kg/hm2,换算后每桶施用氧化钙4.73 g);对照Ca0(未施钙肥)。覆膜栽培采用先播种后覆膜,全程覆膜,花生出苗时打孔引苗。2种栽培方式与3个钙肥梯度组合形成6个处理组合:Ca750-PF、Ca375-PF、Ca0-PF、Ca750-OF、Ca375-OF、Ca0-OF。施肥方法:基施,将磷酸二氢钾8.23 g、六水氯化镁8.50 g、尿素4.02 g及氧化钙与干土混匀,施于土柱表层0~20 cm处,这样可保证基本养分的平衡性。精选花生种子于2014年6月4日、2015年5月20日播种,每个PVC桶中播8粒,出苗后定均匀苗4株。始花期每桶喷施等量硼肥。每个处理播种6桶,成熟期选择长势均匀的4桶取样、收获。花生生育期内进行正常的病虫草害和水分的管理。

1.3 测定项目及方法

植株干物质测定:将花生植株分为营养器官(叶片、茎秆、根系)、生殖器官(果针、果壳、籽仁),再按不同部位分别取样。其中,根系分土层0~20 cm,20~40 cm,40 cm以下分别取样。样品烘干、称重及荚果的测产方法同之前发表论文方法[16]

光合速率:采用美国产LI-6400光合测定系统在2014年主要生育时期(苗期、花生期、结荚期、饱果期、成熟期)选择晴朗无风天气,在10:00-12:00测定倒三叶。

叶绿素含量:利用SPAD-502(日本产)测定。2014年测定成熟期,2015年测定5个生育时期。

花生品质:近红外品质分析仪。

1.4 数据处理

数据整理和作图采用Excel 2003,数据显著性分析采用IBM SPSS Statistics 21软件,并用LSD 法进行差异分析。

2 结果与分析

2.1 施钙与覆膜栽培对缺钙红壤花生农艺性状及干物质生产的影响

施钙与覆膜栽培对花生主茎高、侧枝长无显著影响。覆膜栽培主茎高、侧枝长、2014年分枝数高于露地栽培(表2)。随钙肥用量的增加,分枝数增多。分枝数增多有利于防止花生徒长、倒伏,为高产打下形态基础。

表2 施钙与覆膜栽培对缺钙红壤花生农艺性状的影响
Tab.2 The effects of applying Ca fertilizer and film mulching cultivation on agronomic
traits of peanut in red soil under calcium deficiency

注:不同小写字母表示同一年处理间差异呈显著水平(P<0.05)。表3-6、图1-2同。
Note:Different letters represent significant difference between treatments in the same year at the 5% probability level. The same as Tab.3-6,Fig.1-2.

连续2年试验表明(表3),2014年干物质生产低于2015年,这是由年际间不同气候环境造成的。覆膜栽培提高缺钙红壤旱地花生营养器官(根、茎、叶)、CaO和Ca375生殖器官(果针、果壳、果仁)(P<0.05)干物质(2014年),而施钙显著促进生殖器官的生长。其中,Ca750-OF、Ca750-PF生殖器官干物质相比对照(Ca0-OF)增幅为74.0%,94.3%。随施钙量的增加,收获指数显著提高,而根冠比显著降低。这表明施钙有利于减少根系冗余,形成大的冠层结构,进而收获高产。覆膜对根冠比的影响较小,对收获指数的影响在不同年份有所差异。2014年露地栽培Ca375-OF、Ca750-OF收获指数分别为0.51,0.56,高于其他处理。除去生殖器官,其他指标在年份(Y)与栽培方式(CM)的交互作用间达显著水平。收获指数、根冠比在栽培方式与施钙处理的交互作用间均达显著水平(P<0.05)。

2.2 施钙与覆膜栽培对缺钙红壤花生叶绿素含量及光合速率的影响

通常作物成熟期叶色正常转黄是高产的标志,并非早衰。2014年试验结果显示,成熟期随施钙量的增加,花生叶片中叶绿素含量(SPAD值)逐渐降低(图1)。2015年露地栽培处理(OF)在苗期叶片SPAD值:Ca750>Ca375>Ca0,在饱果期和成熟期:Ca750

表3 施钙与覆膜栽培对缺钙红壤花生干物质及收获指数的影响
Tab.3 The effects of applying Ca fertilizer and film mulching cultivation on dry matter
and harvest index of peanut in red soil under calcium deficiency

注:CM.栽培方式;CaT.施钙处理。
Note:CM. Cultivation methods;CaT. Calcium treatment.

SP.苗期;FPFP.花针期;PSP.结荚期;PFP.饱果期;PMP.成熟期。不同小写字母表示同一时期处理间差异呈显著水平(P<0.05)。图2同。
SP.Seedling phase;FPFP.Flowering and pedicel forming phase;PSP. Pod setting phase;PFP.Pod filling phase;PMP.Pod mature phase.
Different letters represent significant difference between treatments in the same phase at the 5% probability level. The same as Fig.2.

图1 施钙与覆膜栽培对缺钙红壤花生叶绿素含量的影响
Fig.1 The effects of applying Ca fertilizer and film mulching cultivation
on SPAD of peanut in red soil under calcium deficiency

总体来看,露地栽培(OF)、Ca0-PF处理叶片净光合速率在整个生育期呈先降低、再升高、后降低的变化趋势;Ca375-PF、Ca750-PF叶片净光合速率随生育期后延逐渐降低(图2)。苗期Ca750-OF、Ca750-PF净光合速率较高,分别为32.8,32.0 μmol/(m2·s)。随施钙量的增加,叶片净光合速率在苗期和花针期逐渐升高,且Ca750>Ca375>Ca0。结荚期、饱果期和成熟期叶片净光合速率:Ca0> Ca375>Ca750,这与叶绿素含量变化有关。覆膜栽培(PF)净光合速率在花针期高于露地栽培(OF),其他时期差异不明显。

图2 施钙与覆膜栽培对缺钙红壤花生光合速率的影响
Fig.2 The effects of applying Ca fertilizer and film
mulching cultivation on photosynthetic rate
of peanut in red soil under calcium deficiency

2.3 施钙与覆膜栽培对缺钙红壤花生熟相的影响

熟相是指作物成熟期的衰老表现,有正常成熟、早衰和贪青晚熟等熟相之分,实现正常熟相需要协调库、源关系和根冠关系。总体来看,不施钙(Ca0)处理生育后期贪青晚熟,地上部营养物质大量滞留,未流转入荚果,植株不能正常衰老,形成所谓的“老小孩”;随着施钙量增加,花生熟相更为明显,叶色由青转黄,正常衰老、成熟(图3)。本研究条件下,成熟期花生单株产量与叶绿素含量(SPAD值)存在极显著相关关系,二者呈一元二次方程曲线关系。SPAD值为1.9~25.9,随着SPAD值增大,产量随之提高;但在25.9~49.8,随SPAD值增大,产量显著降低(图4)。

2.4 施钙与覆膜栽培对缺钙红壤花生产量构成因素的影响

由表4可知,花生施钙与覆膜栽培提高2014年花生单株总果数、饱果数。2年试验结果取均值,Ca0、Ca375、Ca750单株饱果数分别为2.9,5.5,7.5个。增施钙肥显著降低每千克果数,明显降低(覆膜栽培)处理的烂果和空果数。不施钙处理单株空果数为2.2个,而施钙处理单株空果数为0.7个。说明土壤缺钙是花生空壳的主要因素。

2年试验结果平均总体得施钙与覆膜栽培可提高花生单株产量。其中,Ca750-OF、Ca750-PF单株产量分别为11.85,12.90 g(表5)。增施钙肥显著提高2015年出仁率、荚果饱满度、百仁重及百果重(P<0.05)。Ca750-OF出仁率、荚果饱满度最高为75.7%,73.7%,而Ca375-PF处理的百果重、百仁重最高,分别为146.7,65.6 g。总体来看,施钙增加产量的主要原因是增加了饱果数,提高了出仁率、荚果饱满度、降低烂果、空果数,进而增加了单果重。

图3 施钙与覆膜栽培对缺钙红壤花生熟相的影响
Fig.3 The effects of applying Ca fertilizer and film mulching cultivation on mature
performance of peanut in red soil under calcium deficiency

图4 成熟期单株产量与叶绿素含量相关关系
Fig.4 Correlation between yield and chlorophyll
content of individual plants of peanut
at maturity stage in red soil

2.5 施钙与覆膜栽培对缺钙红壤花生籽仁品质的影响

不同年份对花生品质产生影响较小。施钙栽培提高了花生脂肪、棕榈酸、硬脂酸含量和油亚比(O/L)。其中,脂肪含量以2014年Ca750-OF处理最高(60.6%);而O/L值以2014年Ca375-PF最高,为2.10(表6)。施钙与覆膜降低了亚油酸含量;施钙降低了蛋白质、2014年油酸含量。总之,施钙与覆膜栽培提高了花生含油量、籽仁货架寿命。

表4 施钙与覆膜栽培对缺钙红壤花生荚果性状的影响
Tab.4 The effects of applying Ca fertilizer and film mulching cultivation
on pod traits of peanut in red soil under calcium deficiency

表5 施钙与覆膜栽培对缺钙红壤花生产量构成因素的影响
Tab.5 The effects of applying Ca fertilizer and film mulching cultivation on
yield and its components of peanut in red soil under calcium deficiency

3 讨论

对于花生而言,钙是花生需求量第三大的营养元素,每形成100 kg荚果吸收的钙比磷还多,高达2.0~2.5 kg[1]。钙素参与花生种子萌发、生长分化、形态建成、开花结果等全过程,对其生长发育产生巨大的影响[1,6-8,18]。本研究结果表明,覆膜栽培提高缺钙红壤旱地花生营养器官、生殖器官干物质;而施钙显著促进生殖器官的生长,提高收获指数,但显著降低根冠比(P<0.05)。表明施钙肥有利于减少根系冗余,形成大的冠层结构,进而收获高产。本研究结论与张海平等[8]通过水培法得出的结果类似。但周录英等[9]研究表明,施钙可明显减少分枝数,降低花生主茎高和侧枝长,这同本研究结果存在差异。可能的原因是,由供试土壤、花生品种及环境因素不同引起的。

叶绿素是植物进行光合作用的物质基础,其含量的变化与光合速率的强弱密切相关。本研究得出,施钙提高苗期、花针期及结荚期叶片叶绿素含量、苗期和花针期光合速率,但生育后期降低。这是由于叶片细胞中的叶绿体参与钙的吸收,外加钙离子可以有效地提高叶绿体的光还原活性,保护叶绿体Ca2+-ATPase、Mg2+-ATPase活性[19-20]。严重缺钙条件下,叶片细胞壁扩张,细胞体积增大,甚至会导致细胞结构破坏[20]。此外,缺钙会减少花生苗期叶片下表皮气孔数目,从而影响蒸腾作用和光合作用[21-22]。

表6 施钙与覆膜栽培对缺钙红壤花生籽仁品质的影响
Tab.6 The effects of applying Ca fertilizer and film mulching cultivation on
quality of peanut kernel in red soil under calcium deficiency

熟相是指作物成熟期的衰老表现,对于品种选育、产量估计具有重要意义。有研究表明,覆膜对棉花的早衰无显著影响,但提高了棉花的产量和早熟性[23]。熟相通过影响小麦相对粒重而影响产量,但对产量的影响程度取决于其他产量构成基础因素[24]。本研究条件下,熟相以SPAD值为参考指标,结果得出,不施钙(Ca0)处理生育后期贪青晚熟;随施钙量增加,花生熟相更为明显,正常衰老、成熟,荚果产量较高。这可能是由于增施钙肥促进花生整体的氮素代谢和碳水化合物的转化,将更多的营养物质转移到生殖器官,协调了营养生长与生殖生长之间的关系[1,13,25]。但熟相并不是决定产量的唯一决定因素,因为不同品种有不同的熟相表现,再者外界因素等,如气候环境、土壤质地、施肥量、灌水量等都影响产量的最终形成。本研究中选取样本量相对较小,下一步工作应该加大样本量,选取不同土壤质地不同花生品种熟相深入开展研究。

大量研究表明,施钙明显增加花生荚果产量、改善品质[7,9-13,26]。施钙肥增产的主要原因是降低每千克果数,增加单株结果数,减少烂果、空果,提高出仁率等[9,13]。本研究结果与上述相似,综合2年试验结果得出,施钙与覆膜栽培提高荚果产量、饱果数及荚果饱满度,对花生含油量的提高和籽仁货架寿命的延长有较好的效果。

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Effects of Calcium Fertilizer and Plastic Film Mulching Cultivation on Dry Matter ProductionMaturity PerformanceYield Components and Quality of Peanut in Red Soil under Ca Deficiency

WANG Jianguo1,2,ZHANG Hao1,LI Lin1,3,LIU Dengwang1,3,WAN Shubo2,WANG Fei1,LU Shan1,GUO Feng2

(1.College of Agronomy,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China;2.Biotechnology Research Center,Shandong Academy of Agricultural Sciences,Ji′nan 250100,China;3.Institute of Dry Land Crops,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)

AbstractIn order to solve the problem of unfruitful peanut pods and to explore the effect of calcium application and film mulching on the dry matter production,maturity performance,yield and quality of peanut under Ca deficiency in red soil of Southern China,large seed variety Xianghua 2008 and the typical red soil under calcium deficiency were used as material for the soil column experiment. Three calcium fertilizer gradients and two kinds of cultivation methods(open field and plastic film cultivation)were used in this experiment including no calcium(Ca0),medium calcium fertilizer(Ca375)and high calcium fertilizer(Ca750). The net photosynthetic rate,chlorophyll content,maturity performance,dry matter,yield composition and quality of peanut were studied. The results showed that film mulching cultivation increased the dry matter of vegetative organs and genitals. While calcium application promoted genital growth better and increased harvest index,but reduced the ratio of root to shoot. Compared to Ca0-OF,the genital dry matter of Ca750-OF and Ca750-PF increased 74.0%,94.3%,respectively. The net photosynthetic rate of the leaves was increased gradually at seedling phase and flowering and pedicel forming phase,but it decreased in the late growth period by calcium fertilizer application. The SPAD of open field(OF)at seedling phase was Ca750> Ca375> Ca0. The SPAD of calcium treatment higher than that of the no calcium application treatment(Ca0)under the plastic film cultivation in the whole growth period except pod setting phase. The yield per plant of peanut at maturity presented a quadratic equation curve relation with SPAD value (y=-0.020x2+1.034x-1.930, R2=0.308**), and was significantly correlated. The maturity performance of no calcium application treatment was greedy late,and the plant could not be into normal senescence. With the calcium application increased,maturity performance of peanut became obvious,and leaf color turned green to yellow,so the peanut was normal senescence,mature and had higher yield. The number of total pods and full pods per plant,the kernel rate to pods,plumpness,fat content and the ratio of oleic acid to linoleic acid increased,and the number of rotten,empty pods and pods per kilogram reduced,thus pod yields increased and quality was improved by calcium application and film mulching cultivation.

Key wordsPeanut;Calcium;Plastic film mulching;Dry matter;Maturity performance;Chlorophyll content;Yield

中图分类号S565.01

文献标识码:A

文章编号:1000-7091(2018)04-0131-08

doi10.7668/hbnxb.2018.04.019

收稿日期2018-04-16

基金项目国家科技支撑计划项目(2014BAD11B04);国家花生产业技术体系建设专项(CARS-14-邵阳花生综合试验站);国家自然科学基金面上项目(31671634);湖南省研究生科研创新项目(CX2015B230)

作者简介王建国(1982-),男,山东沂水人,博士,主要从事花生栽培研究。王建国、张昊为同等贡献作者。

通讯作者李 林(1965-),男,湖南邵东人,教授,博士,主要从事花生栽培研究。刘登望(1969-),女,湖南邵东人,教授,硕士,主要从事花生栽培研究。