不同种植密度对花生茎枝生长及荚果力学特性的影响

丁红，郭庆，戴良香，徐扬，张冠初，秦斐斐，慈敦伟，张智猛，于遒功

(1.山东省农业科学院，山东 济南 250100；2.青岛市农业科学研究院，山东 青岛 266100)

花生是我国重要的经济作物和油料作物，对保障我国油料自给率具有非常重要的作用。提高生产效率是实现花生增产的重要手段。收获是花生生产过程中的重要一环。传统人工收获花生效率低，生产效益也降低。机械化生产具有省时、省工、增效等优点，已成为花生生产发展的重要方向[1，2]。但花生为地下结果作物，机械化收获(以下简称机收)存在荚果摘不净、落果等现象[3]。研究表明，花生机收效果除受机械性能和生态环境因素影响外，还受花生品种的茎枝特性、抗倒性能、果柄强度、结果集中度以及种植密度、产量水平等的影响[4，5]。机收作业中，茎枝是与机械接触的重要部位，其高度、数量、机械强度、延展程度等均直接影响机收效果[6，7]。研究显示，茎秆具有较多干物质积累、机械组织发达且坚韧的花生品种适应机收需求[8，9]。

果柄强度也是评价花生是否适合机收的重要指标之一，其与机收过程中的损失率及收获荚果的带柄率具有显著相关性[10]。已有研究通过综合分析花生荚果的破壳力、含水量、果柄机械特性等筛选出一些果柄强度适于机收的优质花生品种(系)[11，12]。迟晓元等[13]筛选出花育9120、花育35号等10个果柄强度较高、适于机收的优质大花生品种(系)。王传堂等[14]筛选出宇花31号、花育31号、15L36G、吉花11号等10个适合一段式机收的花生新品种(系)。

至今，已有研究多是基于某一花生群体或荚果力学特性进行品种的筛选和评价，而基于不同种植密度对花生茎枝生长、荚果力学特性影响下的综合评价报道较少。为此，本试验选用黄淮海花生产区推广的21个花生品种为材料，研究不同密度对其茎枝生长特性、荚果产量构成、结实范围、荚果力学特性的影响，并在综合评价基础上筛选出茎枝特性优良、果柄强度和荚果破壳力适中的适宜机收品种，为推广机收作业提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

选取黄淮海地区主栽的21个花生品种(表1)为试材。

表1 供试花生品种编号及名称

1.2 试验设计

试验于2021年在位于山东省莱西市的山东省花生研究所试验站进行。每个品种机械起垄覆膜播种于大田中，垄宽85 cm，垄高20 cm。试验设置112 500穴/hm2(D1)、135 000穴/hm2(D2)、180 000穴/hm2(D3)3个密度。每垄2行，行距30 cm，D1、D2、D3处理株距分别为20.9、17.4 cm和13.1 cm。双粒穴播，每个处理重复3次。田间管理措施与一般大田生产保持一致。5日14日播种，9月13日收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 茎枝性状及结实范围 收获后，每个品种均选取6株花生测量主茎高和侧枝长，同时用量角器对第一对侧枝夹角、第三侧枝夹角和第四侧枝夹角进行测量。参考迟晓元等[13]的方法测定夹持状态下的结实范围，对荚果层的厚度和高度进行测定。测定结束后摘取荚果，对营养器官生物量进行测定。

1.3.2 果柄及荚果力学特性 每个花生品种均选取6株长势一致植株，采用HP－200型数显式推拉力计(乐清市艾德堡仪器有限公司)对其第一对侧枝上的5个荚果进行果柄强度测定，记录果柄断裂时的最大拉力值。每个品种随机选取36个成熟饱满的双仁荚果，参考丁红等[15]的方法测定其正压、侧压及立压破壳力，每个方向各测定12个数值。

1.3.3 荚果产量及产量性状 每个品种均测定不同密度下的单株荚果数、单株双仁果数、单株饱果数及单株荚果产量。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用SPSS 19.0软件进行统计分析。表2、表3、表4中数据为21个品种的平均值，其它均为每个品种3个重复的平均值。采用主成分分析法，对3个密度下不同品种的茎枝特性、荚果性状及荚果力学性状相关的17个指标进行分析，并计算每个品种的综合得分，再依据得分对供试品种进行综合评价。

2 结果与分析

2.1 不同种植密度对花生主要茎枝性状的影响

由表2可知，不同种植密度下供试21个花生品种主茎高和侧枝长的变异系数较小，侧枝夹角的变异系数较大。主茎高和侧枝长的变异系数随种植密度的增大而减小，营养器官生物量的变异系数随种植密度的增大而增大。主茎高的均值D2密度下最小，D3密度下最大；侧枝长及营养器官生物量的均值D2密度下最小，D1密度下最大。营养器官生物量的相差幅度最大，D1密度的营养器官生物量比D2密度高25.76%。

表2 不同种植密度对花生主要茎枝特性的影响

主茎与分枝间的角度反映了花生植株所占空间及荚果在土壤中的分布范围，与机收关系密切。不同品种主茎与各侧枝间夹角的变异系数较大，且随种植密度增大呈先增加后降低趋势。平均而言，不同密度下第一对侧枝夹角均最小，其中D1密度下比第三侧枝夹角和第四侧枝夹角分别小4.51%和9.52%，D2密度下比两者分别小7.85%和11.48%，D3密度下比两者分别小13.88%和7.21%。

2.2 不同种植密度对花生产量及其构成因素的影响

由表3可以看出，D1、D2和D3密度下花生产量变化范围分别为22.00～50.50、10.50～29.25 g/株和9.50～36.75 g/株，平均荚果产量分别为35.07、24.40 g/株和25.50 g/株。不同密度下单株荚果产量的变异系数趋势为D3＞D1＞D2，表明D2是参试品种比较适宜的密度。同一密度下各品种的单株荚果数存在较大差异，而同一品种在不同种植密度下的单株荚果数亦存在差异。花生单株荚果数、双仁果数及饱果数均在D1密度下最多，D2密度下最少，且D2和D3密度下三者差异较小。较高的单株荚果数、双仁果数和饱果数是D1密度下单株荚果产量较高的主要因素。

表3 不同种植密度对花生产量及其构成因素的影响

2.3 不同种植密度对花生结实范围及荚果力学特性的影响

花生荚果层高度、荚果层厚度及果柄长度是花生结实范围的主要指标，影响花生机收质量。由表4可以看出，不同密度下花生荚果层高度的变异系数最大，果柄长度的次之，荚果层厚度的最小。D1密度下荚果层高度、荚果层厚度及果柄长度之值最大，且果柄长度随密度增加而缩短。D1、D2和D3密度下果柄强度的平均值分别为9.60、9.14 N和9.06 N，D2密度下果柄强度的变异系数最小。不同密度下菏花11号、花育36号、花育25号、菏花26号、花育9303、菏花20号均具有较高的果柄强度。

表4 不同种植密度对花生结实范围及荚果力学特性的影响

不同花生品种的荚果破壳力存在差异。D1和D2密度下正压破壳力的变异系数均最小，立压破壳力的变异系数均最大；D3密度下侧压破壳力的变异系数最小。不同品种的侧压破壳力＞立压破壳力＞正压破壳力，3个密度下的平均值分别为73.01、57.03 N和44.96 N。

2.4 基于果柄强度的多元线性回归分析

以果柄强度为因变量，通过多元回归分析研究果柄强度与农艺性状、破壳力、结实范围、产量等13个性状(主茎高X1、侧枝长X2、第一对侧枝夹角X3、第三侧枝夹角X4、第四侧枝夹角X5、结果高度X6、结果范围X7、果柄长度X8、营养器官生物量X9、单株荚果产量X10、单株荚果数X11、单株双仁果数X12和单株饱果数X13)之间的相关关系，并采用逐步多元回归方法排除回归系数P＜0.05的自变量，筛选出与果柄强度密切相关的性状。其中，D1密度下多元线性回归方程为Y＝1.63433＋0.88688X6，D2密度下回归方程为Y＝9.10995－0.57657X9＋0.32026X10，D3密度下回归方程为Y＝17.83965＋0.30493X1＋0.15238X4＋0.75057X6。由此表明，主茎高(X1)、第三侧枝夹角(X4)、荚果层高度(X6)、营养器官生物量(X9)和单株荚果产量(X10)是影响果柄强度的主要性状。

2.5 不同花生品种的主成分分析

用花生主茎高、侧枝长、侧枝夹角、结实范围、荚果产量构成因素、果柄强度、破壳力等17个性状对花生品种进行主成分分析，结果如表5所示。选取5个特征值大于1的主成分进行分析，3个密度下5个主成分的累积贡献率分别为76.498%、78.581%和76.988%，可以较好地代替各农艺性状及荚果力学等特性指标对花生品种进行评价和判断。D1密度下第1主成分贡献率最高，为26.064%，载荷数较高的性状为产量相关指标，其中单株荚果数载荷最高，为0.866，其次为单株饱果数，可以认定其为产量因子。第2主成分贡献率为19.939%，侧枝长的载荷数最高，为0.836，其次为主茎高(0.828)，认定第2主成分为农艺性状因子。第3主成分贡献率为12.338%，立压破壳力的载荷数最高，为0.708，认定为荚果力学因子。第4主成分贡献率为10.098%，第一对侧枝夹角的载荷数最高，为0.745，认定为农艺性状因子。第5主成分贡献率为8.059%，侧枝长的载荷数最高，为0.393，第三侧枝夹角次之，认定为农艺性状因子。

表5 3个密度下不同花生品种的主成分分析

D2密度下第1主成分贡献率为33.437%，单株荚果数的载荷数最高(0.868)，认定为产量因子。第2主成分贡献率为14.382%，第四侧枝夹角的载荷数最高，为0.649，认定为农艺性状因子。第3主成分贡献率为12.636%，荚果层高度的载荷数最高(0.639)，认定为结实范围因子。第4主成分贡献率为9.610%，正压破壳力的载荷数最高(0.505)，认定为荚果力学因子。第5主成分贡献率为8.516%，主茎高的载荷数最高，为0.566，认定为农艺性状因子。

D3密度下第1主成分贡献率为32.132%，单株荚果数的载荷数最高，为0.884，认定为产量因子。第2主成分贡献率为14.278%，侧枝长的载荷数最高，为0.795，认定为农艺性状因子。第3主成分贡献率为12.055%，果柄强度的载荷数最高(0.643)，认定为荚果力学因子。第4主成分贡献率为10.977%，立压破壳力的载荷数最高，为0.800，认定为荚果力学因子。第5主成分贡献率为7.546%，正压破壳力的载荷数最高，为0.920，认定为荚果力学因子。

2.6 3个密度下不同花生品种的综合得分分析

根据主成分分析结果，将各成分因子与其权重相乘，继而对各成分乘积进行加和得到综合得分(表6)。各品种综合得分值为品种宜机收潜力值，值越大表明其宜机收潜力越大，反之，宜机收潜力越小。选取3个密度下综合评价值为正值、排序前10位的品种进行综合分析，共筛选出2个密度下排序均位于前10位的宜机收品种9个，分别是花育9120、花育965、花育9510、花育36、花育25、花育9511、花育22、花育50和花育917。

表6 3个密度下花生品种的综合评价值及排序

3 讨论与结论

花生机收除受机械性能和生态环境因素影响外，品种性状、栽培模式和田间管理措施等也会影响花生机收效率[3－5]。花生株型特征、果柄力学特性、结实范围和果壳破壳力等性状对花生机收的落果率和破损率具有重要影响[11－15]。种植密度影响花生的株形结构、分枝特性、结实范围、产量等相关性状[16]。花生的茎枝生长状况是衡量植株健壮的重要指标，与其结实情况密切相关，茎枝数量和高度将影响机收效果。已有研究表明落果率低的花生品种具有株高和分枝适中、茎秆干物质积累较多的特性[8]。本试验中，不同花生品种主茎高和侧枝长的变异系数随种植密度的增大而减小，由此表明，适当增加种植密度有利于消除品种间茎枝特性的差异。

适宜的种植密度促进植株光合产物积累量向生殖器官转移，从而增加花生单株生产率和饱果率[17]。适量增加种植密度有利于单位面积内的果针数、荚果数、饱果数及荚果产量的增加，提高饱果率和出仁率[18]。本试验中，D1、D2、D3密度下花生单株荚果产量平均值分别为35.07、24.40、25.50 g，根据相应密度计算出的产量分别为7 890.75、6 588.00、9 180.00 kg/hm2。由此表明，合理密植能够增加花生产量，这与上述前人的研究结果相一致。

花生收获时，其荚果的脱落特性及破碎程度受花生荚果力学性状的影响。土壤板结条件下，果柄强度低的花生品种其荚果损失率可达5%～35%[19]，但果柄强度过高也会导致较高的荚果带柄率。本试验中，不同密度下参试品种果柄强度的平均值无显著差异，多元回归分析表明主茎高、第三侧枝夹角、荚果层高度、营养器官生物量和单株荚果产量是影响果柄强度的主要性状。本研究显示，3个方向的荚果破壳力中侧压破壳力最大，与前人研究结果相同[11，14]；正压破壳力最小，这可能是花生机收过程中荚果破碎的主要原因。对不同花生品种在3个密度下的农艺性状、产量构成及荚果力学特性的主成分进行综合得分分析，认为花育9120、花育965、花育9510、花育36、花育25、花育9511、花育22、花育50和花育917共9个品种为适宜机收的花生品种。