不同耕作方式对花生生理特性、产量及品质的影响

杨坚群，甄晓宇，栗鑫鑫，刘兆新，刘 妍，姚 远，杨东清，李向东

(山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室，山东 泰安 271018)

连作障碍是常见的栽培问题，缓解连作障碍是提高作物产量和品质的重要方式之一[1-2]。花生作为典型不耐连作作物，多年连作会限制花生的生长发育，减弱光合作用，阻碍干物质积累，降低植物营养水平，增加病虫害发生几率[3-7]。缓解花生连作障碍的措施主要有轮作换茬、翻转深耕、土壤消毒、合理施肥和选用耐连作品种等[8]。近年来，随着农业供给侧结构性改革的推进，调减玉米种植面积，使玉米花生间作迅速发展起来[9]。经研究表明玉米花生间作有显著的综合优势，合理作物群体的空间搭配，改善田间小气候，提高水分和光能利用效率，改善群体营养元素的吸收利用，提高复种指数和土地利用效率等[10-13]。前人对缓解连作障碍的研究多集中在轮作换茬，但通过玉米花生间作方式缓解连作障碍鲜有报道。

本试验在多年花生连作地上，以多年连作花生(DDH)为对照，通过两年玉米花生间作种植(TJZ)和两年玉米花生轮作种植(TLY)，探究不同耕作方式花生的生长发育、生理生态特性及产量品质的对比，以期为缓解连作花生障碍提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验在山东农业大学农学实验站多年连作花生试验田进行，试验地为沙壤土，土壤基本地力：有机质含量20.7g/kg、全氮含量1.57g/kg、碱解氮含量89.26mg/kg、速效磷含量62.15mg/kg、速效钾含量98.1mg/kg。供试花生是大花生品种山花108、玉米高产品种山农206。设置两年(2015-2016)玉米花生2:4间作种植(TJZ)、两年玉米花生轮作(TLY)和多年花生连作(DDH)三种处理，2017年花生单作种植。花生种植密度为1.5×105穴/hm2，每穴两粒，行距30cm，穴距20cm，每年均补施复合肥(15-15-15)750kg/hm2。试验采取随机区组设计，小区面积10×8=80m2，重复3次。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 植株性状考察

于花生的四个生育时期(花针期、结荚期、饱果期、收获期)在每小区中选取具有代表性的3株植株，即每个处理共9株，考察植株性状、干物质重。

1.2.2 净光合速率(Pn)测定

分别在花针期、结荚期、饱果期和收获期，选择晴朗无风天，于上午9:00-11:00用美国产Li-6400XT型便携式光合仪进行测定。

1.2.3 光合及生理特性测定

叶绿素含量测定采用Arnon(1949)法[14]，叶面积指数采用打孔称重法测定，根系活力测定采用TTC还原法测定[15]。

1.2.4 产量及构成因素

收获时每个处理选取代表性植株15株，调查单株结果数，饱果数、秕果数和幼果数。采用小区测产，小区面积6.67m2，重复三次。刨收、摘取、去杂、晾晒，调查荚果产量、籽仁产量、千克果数以及出仁率。

1.2.5 籽仁品质

随机选取饱满一致的籽仁进行品质指标测定。凯氏定氮法[16]测定蛋白质含量，索氏提取法[17]测定粗脂肪含量，日本岛津GC-2010气相色谱仪分析[18]脂肪酸组分。

1.3 数据处理

采用Excel 2003和SigmaPlot 12.5软件进行数据统计分析和作图，采用DPS 7.05软件利用LSD法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同耕作方式对花生生理特性的影响

2.1.1 主茎高和侧枝长

主茎高和侧枝长是反映花生生长发育的重要指标。由图1可知，与DDH处理相比，TJZ处理显著提高了不同生育时期的花生主茎高和侧枝长；TLY处理显著提高了结荚期、饱果期和收获期的主茎高和侧枝长。说明花生间作玉米和轮作玉米较连作均能提高花生主茎高和侧枝长，促进花生生长发育。

2.1.2 叶片净光合速率和叶绿素含量

光合作用是作物产量形成的关键，是农业生产的基础，功能叶片的净光合速率是作物光合特性的关键指标，一般认为，较高的光合速率积累的光合产物较多，产量相对较高。图2可知，花生不同生育时期的净光合速率呈现先升高后降低的趋势，且三种处理的叶片净光合速率均呈现TJZ>TLY>DDH，其中TJZ处理在花针期和结荚期高于TLY处理。与DDH处理相比，TJZ处理与TLY处理的叶片净光合速率分别提高了11.80%和4.11%。

叶绿素含量与叶片净光合速率指标相似，在不同生育时期呈现先升高后降低的趋势，且三种处理的叶绿素含量呈现TJZ>TLY>DDH并均达到显著差异水平，与DDH处理相比，TJZ处理与TLY处理的叶绿素含量分别提高了15.45%和7.49%(图2)。说明花生间作玉米和轮作玉米均能提高花生叶片净光合速率和叶绿素含量，有利于光合产物的积累，有利于缓解花生连作障碍。

图1 不同耕作方式对花生主茎高和侧枝长的影响 Fig. 1 Effect of different cropping modes on main stem height and lateral branch length of peanut

图2 不同耕作方式对花生净光合速率和叶绿素含量的影响 Fig. 2 Effect of different cropping modes on the photosynthetic rate and chlorophyll content of peanut

2.1.3 叶面积指数

叶面积指数是反映作物群体生长发育的重要指标。由图3可以看出，在花生的整个生育时期叶面积指数呈现先增加后降低的抛物线趋势，在结荚期达到最大值。在结荚期、饱果期和收获期叶面积指数呈现TJZ>TLY>DDH且均达到显著性差异。说明花生间作玉米和轮作玉米相较连作均能提高叶面积指数，为提高作物光合作用奠定基础。

2.1.4 根系活力

根系活力是花生对养分和水分吸收效率的体现，直接影响花生生长发育以及产量的形成。由图4可知，与DDH处理相比，TJZ处理与TLY处理的根系活力分别提高了22.72%和21.01%，TJZ处理与TLY处理之间无明显差异。表明花生间作玉米和轮作玉米均能提高根系活力，提高花生水肥吸收，缓解连作障碍。

2.1.5 干物质积累量

干物质积累量是花生生长发育的重要指标，是产量形成的物质基础。由图5可知，TJZ处理和TLY处理的干物质积累量在花生不同生育时期均显著高于DDH处理。其中以饱果期为例，TJZ处理与TLY处理干物质积累量和干物质分配比例相似，均是果>叶>茎>根，生殖生长>营养生长，花生生长良好。而DDH处理是叶>果>茎>根，营养生长>生殖生长，生育期延迟，花生生长缓慢。说明花生间作玉米和轮作玉米均有利于干物质积累与分配，利于缓解连作障碍。

图3不同耕作方式对花生叶面积指数的影响

Fig.3Effectofdifferentcroppingmodesontheleafareaindex(LAI)ofpeanut

图4不同耕作方式对花生根系活力的影响

Fig.4Effectofdifferentcroppingmodesontherootvigorofpeanut

图5 不同耕作方式对花生干物质积累的影响 Fig. 5 Effect of different cropping modes on the dry matter accumulation of peanut

2.2 不同耕作方式对花生产量及产量构成因素的影响

表1可看出，与DDH处理相比，TJZ处理和TLY处理均显著提高了花生的荚果产量和籽仁产量。TJZ处理提高了15.09%的荚果产量和19.21%的籽仁产量，TLY处理提高了13.55%的荚果产量和15.91%的籽仁产量。千克果数和千克仁数与产量呈相反趋势，DDH处理高于TJZ处理和TLY处理。TJZ处理和TLY处理较DDH处理出仁率分别提高了2.53和1.47个百分点，单株结果数分别增加了2.8个和0.86个。综合来看，花生间作玉米和轮作玉米的荚果产量和籽仁产量均高于连作，出仁率和单株结果数也高于连作。

2.3 不同耕作方式对花生籽仁品质的影响

表2可知，与DDH处理相比，TJZ处理和TLY处理均显著提高了花生蛋白质含量和粗脂肪含量。其中蛋白质提高了11.11%和5.53%，粗脂肪提高了1.62%和3.00%，TJZ处理的蛋白质含量高于TLY处理，而粗脂肪含量低于TLY处理。脂肪酸组分是花生油脂营养价值的重要指标，油酸/亚油酸(O/L)比值不仅是营养价值体现，还关乎花生制品能否长期储存，由表3可知，花生酸和花生烯酸相对含量无显著差异。棕榈酸和二十四烷酸相对含量TJZ处理和TLY处理均高于DDH处理。油酸相对含量呈现DDH>TJZ>TLY，亚油酸相对含量呈现TLY>TJZ>DDH且各处理之间达到显著差异水平；而O/L值呈现DDH>TLY>TJZ。综合来看，花生间作玉米和轮作玉米较连作均提高了花生品质。

表1 不同耕作方式对花生产量及产量构成因素的影响

注：同一列中标以不同字母的值表示不同处理间在p<0.05水平上差异显著，LSD 数据统计。下同。

Note: Values within a column followed by different letters are significantly different atp<0.05, on the basic of LSD test. The same as below.

表2 不同耕作方式对花生籽仁品质的影响

表3 不同耕作方式对花生籽仁脂肪酸组分的影响

3 讨 论

多年连作会阻碍花生主茎高和侧枝长的生长，导致植株矮小、发育缓慢，而间套作和轮作都是缓解连作障碍的重要方法[19-21]。有研究表明，水稻花生轮作种植增加花生主茎高和侧枝长，显著改善地上部生长发育[22]。本研究表明玉米花生间作和轮作两种耕作方式均能促进春花生主茎高和侧枝长的生长进而缓解连作花生的营养生长不良问题。叶片净光合速率和叶绿素含量是植物光合作用的关键指标，而叶面积指数是反映作物群体光合的重要指标，三者大小能够反映植株光合生产能力的强弱[23-24]。稻参轮作系统中太子参的叶绿素含量及净光合速率均显著高于连作处理[25]，桑树与苜蓿间作发现桑树的株高、生物量及光合作用等指标均高于单作处理[26]。

本试验研究表明叶片净光合速率、叶绿素含量和叶面积指数均呈现TJZ>TLY>DDH且达到显著差异水平。TJZ处理和TLY处理均能显著增加花生干物质的积累，促进饱果期干物质向荚果分配，提高荚果产量。根是作物吸收水分和矿质养分的重要器官，其活力大小直接影响花生的形态建成[27]。连作高粱相比玉米高粱轮作根系生长受到了抑制，根系活力下降，根系生物量、根系表面积、根体积仅为轮作的61.5%，84.4%，73.8%[28]。本研究中，与DDH处理相比，TJZ处理，TLY处理分别提高了22.72%和21.01%根系活力。利于花生水肥的吸收，促进植株生长发育。

花生种植最终目的是提高产量和改善品质。研究表明连作导致花生单株结果数减少，出仁率、产量下降[29]。同时连作易导致花生籽仁可溶性糖、油脂、蛋白质和脂肪酸等成分比例失调，降低花生品质[30]。轮作玉米后大豆增产26.89%[31]，前茬作物为小麦、菠菜、油菜、水萝卜时，花生荚果产量分别比连作增加25.10%、14.20%、17.00%、21.20%[32]。本试验中，玉米花生间作和轮作的花生荚果和籽仁产量均显著高于连作，玉米花生间作和轮作的花生出仁率和单株结果数也高于连作。花生中的蛋白质和脂肪含量是衡量花生品质的主要指标，本试验中TJZ处理和TLY处理较DDH处理显著提高了花生蛋白质含量和粗脂肪含量，其中蛋白质含量分别提高了11.11%和5.53%，粗脂肪含量分别提高了1.62%和3.00%。二者相比，玉米花生间作尤其提高蛋白质含量而玉米花生轮作尤其提高粗脂肪含量。在本试验条件下，综合生理特性和产量品质特性可看出，玉米花生间作和玉米花生轮作两种的耕作方式均有利于缓解花生连作障碍。