不同土层土壤容重组合对花生光合特性和干物质积累的影响

张亚如 侯凯旋 崔洁亚 张晓军 王月福 王铭伦 邹晓霞

摘要：為探究土壤容重影响花生生长的作用机制并为花生高产耕作栽培体系的建立提供理论依据，本试验以高产花生品种青花7号为材料，设置0～20 cm土层土壤容重分别为1.2、1.3 g/cm3 2个水平，21～40 cm土层土壤容重分别为1.3、1.4、1.5 g/cm3 3个水平，共组合为6个处理（T23、T24、T25、T33、T34、T35），采用土柱栽培法，研究了不同土层土壤容重组合处理对花生不同生育期光合特性和干物质积累的影响。结果表明，在21～40 cm土层土壤容重相同条件下，0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的单株叶面积、光合速率、根茎叶干物质积累在苗期、荚果干物质积累在花针期均较1.3 g/cm3处理高，其他生育期则均较1.3 g/cm3处理低；在0～20 cm土层土壤容重相同条件下，花生单株叶面积、光合速率、根茎叶荚果干物质积累均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而降低。0～20 cm土层土壤容重为1.2 g/cm3时有利于花生苗期光合特性提高和干物质积累，但不利于花生中后期光合特性提高和干物质积累，21～40 cm土层土壤容重过高则在整个生育期间均不利于光合特性提高和干物质积累。适宜的土壤容重组合T23、T33既利于花生苗期光合特性提高和干物质积累，又利于中后期光合特性提高和干物质积累。

关键词：花生；土层；土壤容重；光合特性；干物质积累

中图分类号：S565.201文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）06-0101-06

Abstract In order to explore the mechanism of soil bulk density on peanut growth and provide theoretical bases for the establishment of high-yield cultivation system of peanut， the high-yield peanut cultivar Qinghua 7 was used as the material in this study. The soil bulk densities were set as 1.2 g/cm3 and 1.3 g/cm3 in 0～20-cm soil layer， and 1.3， 1.4 g/cm3 and 1.5 g/cm3 in 21～40-cm soil layer， which formed 6 treatments （T23，T24，T25，T33，T34，T35） in total. The effects of soil bulk density on the photosynthetic characteristics and dry matter accumulation of peanut were studied using soil column method. The results showed that， under the same bulk density in 21～40-cm soil layer， the leaf area， photosynthetic rate， dry matter accumulation in root， stem and leaf in seedling period and dry matter of pod in pod-pin stage under 1.2 g/cm3 were higher than those under 1.3 g/cm3 in 0～20-cm soil layer， but lower than 1.3 g/cm3 in other periods. Under the same soil bulk density in 0～20-cm soil layer， the leaf area， photosynthetic rate， dry matter accumulation in root， stem， leaf and pod decreased with the increase of soil bulk density in 21～40-cm soil layer. It indicated that， the soil bulk density of 1.2 g/cm3 in 0～20-cm soil layer was beneficial to improve the photosynthetic characteristics and dry matter accumulation of peanut seedlings， but was not conducive to the improvement of photosynthetic characteristics and dry matter accumulation in the middle and late growth stage. Higher soil bulk density in 21～40-cm soil layer was not conducive to the improvement of photosynthetic characteristics and dry matter accumulation in whole growth period. The suitable bulk density combination T23 and T33 were conducive to the improvement of photosynthetic characteristics and dry matter accumulation in seedling， middle and later periods.

Keywords Peanut； Soil layer； Soil bulk density； Photosynthetic characteristics； Dry matter accumulation

土壤容重是土壤主要的物理特性之一，通过影响土壤通气性、持水能力、机械阻力、渗透性、营养物质的迁移和土壤生物学特性等直接影响作物生长发育和生理功能，最终影响作物产量[1]。花生是我国重要的经济和油料作物，地上开花地下结果，其生长发育好坏和产量高低与土壤容重密切相关。因此，研究土壤容重对花生生长发育和产量形成的影响及生理机制，对建立花生高产耕作栽培体系具有重要意义。

近年来，随着农业机械化的普及推广、化肥的大量施用、有机肥用量减少、土壤干旱、不合理灌溉和农田粗放管理等，土壤紧实板结、容重增大现象日益突出。黄淮海北部地区耕层平均厚度14.74 cm，76%的地块存在犁底层，犁底层15～30 cm，平均容重在1.54 g/cm3左右[2]。黄土高原南北样带0～10 cm土层土壤容重最大1.61 g/cm3，平均1.24 g/cm3；10～20 cm最大1.72 g/cm3，平均1.33 g/cm3；20～40 cm 最大1.66 g/cm3，平均1.37 g/cm3[3]。不同土壤类型土壤容重平均值分别为：人为土1.35～1.37 g/cm3、初育土1.39 g/cm3、淋溶土1.28～1.38 g/cm3、铁铝土1.30～1.37 g/cm3、钙层土1.35 g/cm3、盐碱土1.41 g/cm3[4，5]。陕西省农田耕层土壤紧实度为250.0～2 080.0 kPa，平均为781.3 kPa，犁底层紧实度为716.0～5 650.0 kPa，平均为2 900.5 kPa[6]。土壤紧实胁迫已成为制约我国农业可持续发展的关键因素之一。关于土壤紧实胁迫对作物生长发育和产量形成的影响，在黄瓜[7]、玉米[8，9]、小麦[10]、棉花[11]等作物上已有较多研究，但对花生生长发育影响的研究较少。本试验采用土柱栽培法，田间设置不同土层土壤容重组合处理模拟大田不同土层容重的实际存在状况，研究不同土层土壤容重组合对花生光合特性和干物质积累的影响，旨在为花生高产耕作措施的制定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2016、2017年在青岛农业大学胶州现代农业科技示范园进行。供试土壤为砂姜黑土，供试花生品种为青花7号。0～20、21～40 cm土层土壤基础肥力见表1。

1.2 试验设计

采用土柱栽培法，土柱用PVC管制成（高43 cm，直径31 cm，无底）。设置0～20、21～40 cm土层土壤容重分别为T23：1.2、1.3 g/cm3；T24：1.2、1.4 g/cm3；T25：1.2、1.5 g/cm3；T33：1.3、1.3 g/cm3；T34：1.3、1.4 g/cm3；T35：1.3、1.5 g/cm3，共6个处理，每处理15柱。5月5日每柱播种4粒，出苗后选留2株健壮苗。其他管理同一般大田生产。

土柱栽培法操作方法：预先在大田挖长×宽×深为500 cm×31 cm×40 cm的沟6条，沟间间隔20 cm，挖沟时将0～20 cm和21～40 cm土层土壤分开堆放，风干后过5 mm筛。将备好的PVC管整齐放于沟内。土壤含水量10%左右（易压实）时装管，根据土壤容重、PVC管容积及土壤含水量计算各处理所需装填土量，先装21～40 cm土层土壤，再装0～20 cm土层土壤。0～20 cm土层土壤容重为1.2、1.3 g/cm3时相应装填土壤重量分别为19.83、21.48 kg，21～40 cm土层土壤容重1.3、1.4、1.5 g/cm3则为21.48、23.13、24.67 kg。装土需距管沿3 cm，装土后灌足水。在装填0～20 cm土层土壤時，施复合肥（N、P2O5、K2O含量均为15%）6 g。

1.3 测定项目与方法

分别在花生苗期（6月16日）、花针期（7月10日）、结荚期（7月29日）、饱果期（8月22日）、收获期（9月15日）利用AM100型叶面积仪测定叶面积并进行取样测定干物质重。于取样前一天，采用美国产Li-6400便携式光合测定仪测定花生倒3叶的净光合速率（Pn）。

干物质重取样方法：每处理取3管，先将PVC管挖出，于水中浸泡1.5 h后，用水仔细冲洗花生根系。按根、茎、叶、荚果进行分样，装于牛皮纸袋中，置于烘箱中105℃杀青0.5 h，75℃烘干至恒重，称量其干物质重。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行数据处理和作图，利用SAS 9.0数据处理系统LSD法进行统计分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同土层土壤容重组合对花生叶面积的影响

由表2可以看出，两年数据表现规律一致，随着花生生育进程的推进，各处理单株叶面积均呈先增大后减小的趋势，在结荚期达到最大值。在0～20 cm土层土壤容重相同条件下，各时期花生叶面积均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐减小。在21～40 cm土层土壤容重相同时，除苗期0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的叶面积大于1.3 g/cm3 处理外，花针期及其之后各期1.3 g/cm3处理的叶面积均大于1.2 g/cm3 处理。即苗期以T23处理单株叶面积最大，T33处理次之；在花针期及其之后各期，则以T33处理单株叶面积最大，T23处理次之。说明0～20 cm土层土壤容重为1.2 g/cm3时虽然有利于花生苗期叶面积的增大，但不利于中后期叶面积的增大，21～40 cm土层土壤容重过高则在整个生育期间均不利于叶面积的增大，而适宜的土壤容重组合T23、T33既利于花生苗期叶面积的增大，又利于中后期维持较大的叶面积。

2.2 不同土层土壤容重组合对花生功能叶净光合速率的影响

由表3可以看出，兩年数据表现规律一致，随着花生生育进程的推进，各处理功能叶净光合速率均呈先升高后降低趋势，在结荚期达到最大值。在0～20 cm土层土壤容重相同条件下，各时期花生功能叶净光合速率均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐降低。在21～40 cm土层土壤容重相同时，除苗期0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的功能叶净光合速率大于1.3 g/cm3 处理外，花针期及其之后各期1.3 g/cm3处理的功能叶净光合速率均大于1.2 g/cm3 处理。即苗期以T23处理功能叶净光合速率最高，T33处理次之；在花针期及其之后各期，则以T33处理功能叶净光合速率最高，T23处理次之。说明0～20 cm土层土壤容重为1.2 g/cm3时虽然有利于提高花生苗期净光合速率，但不利于中后期净光合速率的提高，21～40 cm土层土壤容重过高则在整个生育期间均不利于净光合速率的提高，而适宜的土壤容重组合T23、T33既利于提高花生苗期净光合速率，又利于维持中后期较高的净光合速率。

2.3 不同土层土壤容重组合对花生根干物质重的影响

由表4可以看出，两年数据表现规律一致，随着花生生育进程的推进，各处理根干物质重均呈先增加后减少的趋势，于结荚期达到最大值。在0～20 cm土层土壤容重相同条件下，各时期根干物质重均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐减少。在21～40 cm土层土壤容重相同时，除苗期0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的根干物质重大于1.3 g/cm3 处理外，花针期及其之后各期1.3 g/cm3处理根干物质重均大于1.2 g/cm3 处理。即苗期以T23处理根干物质重最大，T33处理次之；在花针期及其之后各期，则以T33处理根干物质重最大，T23处理次之。说明0～20 cm土层土壤容重为1.2 g/cm3时虽然有利于花生苗期根生长，但不利于中后期根生长，21～40 cm土层土壤容重过高则在整个生育期间均不利于根生长，而适宜的土壤容重组合T23、T33既利于花生苗期根生长，又利于中期根生长和延缓后期根的衰老。

2.4 不同土层土壤容重组合对花生茎干物质重的影响

由表5可以看出，两年数据表现规律一致，随着花生生育进程的推进，各处理茎干物质重均呈先增加后减少的趋势，于结荚期达到最大值。在0～20 cm土层土壤容重相同的条件下，各时期茎干物质重均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐减少。在21～40 cm土层土壤容重相同时，除苗期0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的茎干物质重大于1.3 g/cm3 处理外，花针期及其之后各期1.3 g/cm3处理茎干物质重均大于1.2 g/cm3 处理。即苗期以T23处理茎干物质重最大，T33处理次之；在花针期及其之后各期，则以T33处理茎干物质重最大，T23处理次之。说明0～20 cm土层土壤容重为1.2 g/cm3时虽然有利于花生苗期茎生长，但不利于中后期茎生长，21～40 cm土层土壤容重过高则在整个生育期间均不利于茎的生长，而适宜的土壤容重组合T23、T33既利于花生苗期茎生长，又利于中后期茎的生长。

2.5 不同土层土壤容重组合对花生叶干物质重的影响

由表6可以看出，两年数据表现规律一致，随着花生生育进程的推进，各处理叶干物质重均呈先增加后减少趋势，于结荚期达到最大值。在0～20 cm土层土壤容重相同条件下，各时期叶干物质重均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐减少。在21～40 cm土层土壤容重相同时，除苗期0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的叶干物质重大于1.3 g/cm3 处理外，花针期及其之后各期1.3 g/cm3处理叶干物质重均大于1.2 g/cm3 处理。即苗期以T23处理叶干物质重最大，T33处理次之；在花针期及其之后各期，则以T33处理叶干物质重最大，T23处理次之。说明0～20 cm土层土壤容重为1.2 g/cm3时虽然有利于花生苗期叶生长，但不利于中后期叶生长，21～40 cm土层土壤容重过高则在整个生育期间均不利于叶生长，而适宜的土壤容重组合T23、T33既利于花生苗期叶生长，又利于中后期叶生长。

2.6 不同土层土壤容重组合对花生荚果干物质重的影响

由表7可以看出，两年数据表现规律一致，随着花生生育进程的推进，各处理荚果干物质重均逐渐增加。在0～20 cm土层土壤容重相同的条件下，各时期荚果干物质重均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐减少。在21～40 cm土层土壤容重相同时，除花针期0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的荚果干物质重大于1.3 g/cm3处理外，结荚期及其之后各期1.3 g/cm3处理荚果干物质重均大于1.2 g/cm3 处理。即花针期以T23处理荚果干物质重最大，T33处理次之；在结荚期及其之后各期，则以T33处理荚果干物质重最大，T23处理次之。说明0～20 cm土层土壤容重为1.2 g/cm3时虽然有利于花生前期荚果生长，但不利于中后期荚果生长，21～40 cm土层土壤容重过高则在整个生育期间均不利于荚果生长，而适宜的土壤容重组合T23、T33既利于花生前期荚果生长，又利于中后期荚果生长。

3 讨论

高容重土壤抑制植物地上部茎叶生长，造成单叶厚度变薄和单株叶面积变小，直接影响光合产物的积累，降低了地上部生物产量[12，13]。研究发现，较低的土壤容重利于氧气扩散，使得玉米根密度、干重增加，光合面积增大，光能利用率高而增产[14]。深松打破犁底层，降低深层土壤容重，可以提高玉米根系活力，增加后期干物质积累和产量[15]。在0～20 cm耕层土壤容重不变情况下，随着下层土壤容重的增加， 玉米叶片光合速率和产量降低，下层土壤容重越大，降幅越大[8]；蚕豆干物质积累与土壤容重呈显著负相关[16]；随着土壤紧实度增加生姜叶片叶绿素含量和光合速率显著下降[17]。

关于高土壤容重影响地上部生长发育的原因，有学者认为与气孔导度、细胞分裂速率、細胞伸展速率和出叶率下降有关，而紧实胁迫严重阻碍了根系生长发育，作物吸收水分和矿质营养的能力降低，对土壤资源利用的下降更进一步导致了地上部生长的下降[18]。刘晚苟等[19]认为高土壤容重使叶片扩展速度降低，减小了最终叶面积，直接影响光合产物积累，是地上部乃至整个植株干物质减小的主要原因。李潮海等[20]认为下层土壤容重增加导致玉米根系生长缓慢，吸收功能减弱，叶片过早衰老，使后期干物质积累减少。本试验结果表明，在21～40 cm土层土壤容重相同条件下，0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的单株叶面积、光合速率、根茎叶在苗期、荚果干物质在花针期均较1.3 g/cm3处理高，其余生育期均较1.3 g/cm3处理低；在0～20 cm土层土壤容重相同条件下，花生单株叶面积、光合速率、根茎叶荚果干物质积累均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而降低。

4 结论

0～20 cm土层土壤容重为1.2 g/cm3时虽然有利于花生前期光合特性提高和干物质积累，但不利于中后期光合特性提高和干物质积累，21～40 cm土层土壤容重过高则在整个生育期间均不利于光合特性提高和干物质积累，而适宜的土壤容重组合T23、T33既利于花生前期光合特性提高和干物质积累，又利于中后期光合特性提高和干物质积累。

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