不同落果特性花生品种子房柄力学性能的研究

孙雅文，邹晓霞，相云秋，张晓军，王月福，王铭伦

(青岛农业大学山东省旱作农业技术重点实验室，山东 青岛 266109)



不同落果特性花生品种子房柄力学性能的研究

孙雅文，邹晓霞，相云秋，张晓军，王月福，王铭伦*

(青岛农业大学山东省旱作农业技术重点实验室，山东 青岛 266109)

在田间试验条件下，系统研究了不同落果特性花生品种荚果不同成熟度时子房柄和不同含水量时子房柄的力学性能。研究结果表明：不易落果品种潍花13号(W13)和潍花32号(W32)荚果不同成熟度时子房柄与荚果间、子房柄与花序轴间的断裂拉力显著高于易落果品种潍花6号(W6)和潍花11号(W11)；不同含水量的子房柄，其与荚果间、与花序轴间的断裂拉力，不易落果品种显著大于易落果品种。随着子房柄含水量的降低，子房柄断裂拉力呈先增大后减少的趋势，在含水量为30%时断裂拉力最大；在荚果成熟度为75%时子房柄断裂拉力最大。

花生；落果特性；子房柄；力学性能；断裂拉力

花生是我国重要的油料作物和经济作物，在国民经济和对外贸易中具有重要作用[1]。收获是花生生产中的重要环节，传统收获需要人工挖掘、抖土、捡拾、摘果等工序，劳动力投入多、劳动强度大、生产效率低，随着种植规模的扩大和产业的发展，对机械化收获的需求日益紧迫。机械化收获可大幅度降低劳动力投入、提高作业效率、降低收获成本。近年来，机械化收获虽然得到初步发展，同时也存在一定问题，一方面是由于机械装备自身的质量与性能不稳定、适应性差等[2]，造成果土分离差、损失率高等[3]；另一方面是不同花生品种子房柄强度、结果深度、结果集中程度等也影响机械收获质量。花生子房柄强度是影响机械化收获的重要农艺性状之一。子房柄韧性和抗拉能力强，与荚果结合力强，成熟后荚果不易脱落，更适合机械化收获[4-6]。

有关花生子房柄的力学性能研究较少，沈一等研究表明，不同花生品种子房柄强度存在一定差异[7]；关萌等研究了花生子房柄抗拉强度、质量含水率与田间晾晒时间的关系[8-10]；吴琪[11]等对多个花生品种果柄强度的研究表明，果柄强度是影响花生机械化收获的重要农艺性状。花生子房柄力学性能的研究尚未见报道，本研究旨在明确不同落果特性花生品种子房柄力学性能的差异，为筛选和选育子房柄强度大、不易落果、适合机械化收获的品种提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在青岛农业大学莱阳校区农学与植物保护学院试验站进行。供试花生品种为山东省潍坊市农业科学研究院选育的不易落果品种潍花13号和潍花32号，易落果品种潍花6号和潍花11号，分别以W13、W32、W6和W11表示。

1.2 试验设计

每个花生品种为1个处理(小区)，进行随机区组设计，重复3次。每小区4行，行长10m，行距45cm，株距10cm，小区面积为18m2。5月7日播种，田间管理同生产大田。

1.3 测定项目与方法

在不同品种小区内，于饱果期，取不同成熟度(籽仁饱满程度为25%、50%、75%、100%)和成熟荚果，均包括子房柄和所连花序轴。将成熟荚果所连的子房柄和花序轴置于电热恒温鼓风干燥箱中进行不同程度的干燥(60°C)，以子房柄含水量为标准，在预备试验的基础上，通过控制干燥时间获得含水量分别为50%、40%、30%、20%、10%的样品。用深圳新三思材料检测有限公司生产的CMT4503型微机控制电子万能试验机测定上述样品子房柄与荚果间水平、垂直、斜向(45°角)断裂拉力和子房柄与花序轴间垂直断裂拉力。

1.4 数据处理

数据、图表处理在Excel 2013下进行，统计及差异显著性分析采用DPS数据处理系统。

2 结果与分析

2.1 不同落果特性花生品种荚果不同成熟度时子房柄的力学特性

2.1.1 子房柄与荚果间的断裂拉力

① 水平断裂拉力。子房柄与荚果间水平方向断裂拉力大小决定着花生收获时荚果带柄率以及落果率。图1-a可见，四个花生品种子房柄与荚果间水平断裂拉力大小随荚果的成熟呈先增大、后略减少的趋势，成熟度为75%时水平断裂拉力最大。不易落果品种子房柄与荚果间水平断裂拉力显著大于易落果品种，同类品种内差异不明显。在荚果成熟度为25%、50%、75%和100%时测定，不易落果品种W32的子房柄与荚果水平断裂拉力分别为0.87kg、0.99kg、1.20kg和1.16kg，较易落果品种W11的0.58kg、0.64kg、0.80kg和0.75kg分别增加0.29kg、0.35kg、0.40kg和0.41kg，增加50.0%、53.9%、49.4%、和53.9%，差异均达显著水平。

② 垂直断裂拉力。子房柄连结着荚果与花序轴，其力学性能是影响机械化收获与落果特性的重要因素。不同落果特性花生品种荚果不同成熟度子房柄与荚果间垂直断裂拉力的变化与水平断裂拉力的变化相似，不易落果品种垂直断裂拉力显著大于易落果品种。在荚果成熟度为25%时，四个品种间垂直断裂拉力差异不明显，随荚果的充实饱满，品种间差异明显。在荚果成熟度为50%、75%和100%时，不易落果品种W32垂直断裂拉力分别为0.65kg、0.84kg和0.69kg，较易落果品种W11的0.59kg、0.70kg和0.55kg分别增加10.11%、20.86%和24.55%，差异均达到显著水平(图1-b)。

③ 斜向断裂拉力。如图1-c所示，不易落果品种子房柄与荚果间斜向断裂拉力明显大于易落果品种。在荚果成熟度为25%、50%、75%和100%时，不易落果品种W32的斜向断裂拉力分别为0.6kg、0.83kg、0.92kg和0.89kg，较易落果品种W11分别增加9.29%、10.49%、21.73%和22.18%。差异均达到显著水平。可见不同落果特性花生品种斜向断裂拉力与水平及垂直断裂拉力变化趋势一致。

图1 不同落果特性品种荚果不同成熟度时子房柄与荚果间断裂拉力Fig.1 The tension rupture test between gynophore and pod among peanut varieties with different peanut-drop characteristics during different maturities of peanut pods

图2 不同落果特性品种荚果不同成熟度时子房柄与花序轴间的断裂拉力Fig.2 The tension rupture test between gynophores and rachis among peanut varieties with different peanut-drop characteristics during different maturities of peanut pods

2.1.2 子房柄与花序轴间的断裂拉力

随着荚果成熟，不同落果特性花生品种子房柄与花序轴间断裂拉力表现出和子房柄与荚果间断裂拉力相似的变化趋势。不易落果品种子房柄与花序轴间断裂拉力明显大于易落果品种，同类品种内差异较小。荚果成熟度为25%、50%、75%和100%时，不易落果品种W32子房柄与花序轴间断裂拉力分别为0.60kg、0.75kg、0.91kg和0.78kg，较易落果品种W11的0.54kg、0.63kg、0.72kg和0.70kg分别增加8.94%、16.37%、20.51%和10.97% (图2)。

2.2 不同落果特性花生品种不同含水量子房柄的力学特性

2.2.1 子房柄与荚果间的断裂拉力

① 水平断裂拉力。图3-a可见，不同落果特性花生品种子房柄在新鲜状态时(含水量为50%)与荚果间水平断裂拉力较小，随子房柄含水量的降低而增大，在含水量为30%时达到最大，以后快速下降。不易落果品种子房柄与荚果间水平断裂拉力明显大于易落果品种，同类品种内差异较小。子房柄含水量为50%时，不易落果品种W32断裂拉力为1.09kg，较W11的0.95kg大14.16%；子房柄含水量30%时，W32的断裂拉力为1.20kg，较W11的1.10kg大9.24%；子房柄含水量降至10%，此时子房柄强度低、易断裂，W32的水平断裂拉力仍较W11大9.35%，差异均达到显著水平。

② 垂直断裂拉力。不同落果特性花生品种不同含水量子房柄与荚果间垂直断裂拉力的变化趋势与水平断裂拉力相似，不易落果品种垂直断裂拉力显著大于易落果品种，同类品种内差异较小。子房柄含水量50%、30%、10%时，不易落果品种W32的垂直断裂拉力分别为0.66kg、1.10kg和0.68kg，较W11的0.54kg、0.80kg和0.51kg，分别增大22.22%、38.28%和33.33%(图3-b)，差异均达到显著水平。

图3 不同落果特性品种不同含水量时子房柄与荚果间断裂拉力Fig.3 The tension rupture test between gynophores and pods among peanut varieties with different peanut-drop characteristics under different water content of gynophores

③ 斜向断裂拉力。图3-c所示，随着子房柄含水量降低，不易落果品种子房柄与荚果间斜向断裂拉力明显大于易落果品种，且与水平及垂直断裂拉力变化趋势一致。在子房柄含水量分别为50%、40%、30%、20%和10%时，不易落果品种W32子房柄与荚果间斜向断裂拉力分别为0.93 kg、1.02kg、1.08kg、0.99kg和0.92kg，较易落果品种W11的0.83kg、0.88kg、0.98kg、0.89kg和0.78kg分别增加11.20%、16.73%、10.92%、10.92%和17.02%，差异均达到显著水平。

2.2.2 子房柄与花序轴间的断裂拉力

随着子房柄含水量的降低，不同落果特性花生品种子房柄与花序轴间断裂拉力均呈先增加后降低的变化趋势。不易落果品种断裂拉力明显大于易落果品种。在含水量为50%时，W32的断裂拉力为0.73kg，较W11的0.70kg增加4.11%；在含水量为30%断裂拉力最大时，W32的断裂拉力为0.84kg，较W11、W6的0.75kg、0.80kg分别增加11.06%、5.02%；子房柄含水量降至10%时，W32的断裂拉力为0.71kg，较W11的0.66kg增加7.58%(图4)。两类品种子房柄与花序轴间断裂拉力的变化和子房柄与荚果间的变化相似。

图4 不同落果特性品种不同含水量时子房柄与花序轴间的断裂拉力Fig.4 The tension rupture test between gynophores and rachis among peanut varieties with different peanut-drop characteristics under different water content of gynophores

3 讨论与结论

花生与其他作物不同，其有地上开花地下结果的特性[12-13]。由于荚果和土壤的紧密结合，在收获作业的起拔和果土分离过程中，易导致子房柄断裂、荚果脱落，因此花生落果特性普遍存在，落果势必影响花生产量。在花生收获过程中，影响荚果脱落的因素很多，土壤质地[14]、收获时期、收获方式、品种落果特性等[15]均可影响荚果脱落。随着花生生产实体种植面积不断增加，人工收获劳动强度大、生产效率低的问题日益突出，收获机械化已成为花生生产的发展方向[16-17]。

然而，机械化收获易造成荚果脱落，又不便于复收，导致产量损失，因此迫切需要不易落果品种。本研究结果表明，不易落果品种的子房柄强度等明显优于易落果品种，势必会减少收获作业中的落果数量；不同落果特性的花生品种均在荚果成熟度为75%、子房柄含水量30%时，子房柄强度最大，荚果不易脱落。在花生生产上为减少落果的发生，现阶段可选用丰产性好且不易落果品种，未来应着眼于选育丰产性好、品质优、子房柄强度大的品种，特别应重视选育荚果成熟时仍保持较高的子房柄强度、并且伴随着荚果的成熟子房柄脱水较快、荚果成熟时含水量为30%左右的品种。不同落果特性花生品种子房柄强度存在明显差异，不易落果品种机械组织发达、子房柄强度大、子房柄与荚果和花序轴连接力强。在生产中，通过选用和选育子房柄强度大的品种，减少田间落果和产量损失是可行的。

[1] 万书波,封海胜,张建成. 打造强势花生产业，参与国际竞争[J].花生学报,2003,32(2):5-10.

[2] 尚书旗,刘曙光,王方艳,等. 花生生产机械的应用现状与进展分析[J]. 花生学报,2003(增刊):509-517.

[3] 李鹍鹏,栾雪雁. 我国花生机械化生产发展问题与对策研究[J].农业装备与车辆工程,2012(8):18-20.

[4] 胡志超,陈有庆,王海鸥,等.我国花生田间机械化生产技术路线[J].中国农机化,2011(4):32-37.

[5] Yang R B, Xu Y F, Liang J, et al. Tests and analyses of mechanical properties of peanut roof, stem and nut node in mechanical harvest[J].Transactions of the CSAE,2009,25 (9):127-132.

[6] Li X Z, Yang R B, Shang S Q. Test and analysis of the ginger's mechanics performance[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research, 2008 (4):155-157.

[7] 沈一,刘永惠，陈志德.不同花生品种(系)子房柄断裂拉力强度测试和荚果主要性状调查[J].江苏农业科学,2012,40(10):82.

[8] 关萌,沈永哲,高连兴,等.花生起挖晾晒后的子房柄机械特性[J]. 农业工程学报，2014,30(2)：87-93.

[9] 王芬娥,黄高宝,郭维俊,等.小麦茎秆力学性能与微观结构研究[J]. 农业机械学报,2009(5):92-95.

[10] 陈晓光.小麦茎秆特征与倒伏的关系及调控研究[D]. 泰安:山东农业大学,2011.

[11] 吴琪,曹广英,王云云,等. 26个花生品种果柄强度研究[J]. 山东农业科学,2016(4):47-49.

[12] 王紫千.花生入地结果的机理是什么[J]. 河南农业科学, 1988(7):33-34.

[13] 潘瑞炽,陈惜吟,罗蕴秀. 花生入地结荚原因的研究[J]. 植物生理学报,1983(2):109-116.

[14] 贾立华,赵长星,王月福,等.不同质地土壤对花生根系生长、分布和产量的影响[J]. 植物生态学报,2013(7):684-690.

[15] 李培德.花生品种比较试验及主要性状相关性分析[J]. 福建农业科技,2013(9):11-15.

[16] 沈庆彬,唐洪杰,陈香艳,等.花生收获机械的应用与发展[J].农业科技通讯,2013(5):214-215.

[17] 尚书旗,王方艳,刘曙光,等.花生收获机械的研究现状与发展趋势[J].农业工程学报,2004(1):20-25.

The Research on Gynophores' Mechanical Properties of Peanut Varieties with Different Peanut-dropping Characteristics

SUN Ya-wen, ZOU Xiao-xia, XIANG Yun-qiu, ZHANG Xiao-jun, WANG Yue-fu, WANG Ming-lun*

(Shandong Provincial Key Laboratory of Dryland Farming Technology, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China)

We systematically studied the gynophores' mechanical properties of different characteristics of peanut-drop different gynophores' water content and different gynophores' maturity under field experimental conditions. The results showed that the uneasy-dropping peanut varieties of Weihua32 and Weihua13 is significantly higher than the easy-dropping peanut varieties of Weihua6 and Weihua11 in the tension rupture test between gynophores and pods, gynophores and rachis under different peanuts' maturities. The uneasy-dropping peanut varieties is significantly higher than the easy-dropping peanut varieties in the tension rupture test between gynophores and pods, gynophores and rachis under different water content of gynophores. With the water content of gynophores decreased, the tension rupture of gynophores increased before they are reduced. The tension rupture is the largest under 30% water content of gynophores under 75% maturity of peanut pods.

peanut; characteristics of peanut-dropping; gynophores; mechanical properties; tension rupture

10.14001/j.issn.1002-4093.2017.01.006

2017-02-08

科技部“十二五”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-东北区栽培)；山东省高校优秀科研创新团队建设项目(6212n2)；山东省现代农业产业技术体系花生产业创新团队建设项目(SDAIT-05-04-05)

孙雅文(1991-)，女，山东烟台人，青岛农业大学在读硕士研究生，主要从事花生栽培生理研究。

*通讯作者：王铭伦(1958-)，男，教授，主要从事花生栽培理论与技术研究。E-mail: mlwang@qau.edu.cn

S565.2; Q66

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