钙肥对不同类型土壤上花生根系形态、氮素吸收积累及产量的影响

么传训于宏郭峰王建国

(1.高唐县农业农村局，山东 高唐 252800；2.山东省农业科学院农作物种质资源研究所，山东 济南 250100)

花生属于喜钙作物，钙离子(Ca2＋)参与花生种子萌发、生长分化、开花结果、产量及品质形成全过程[1]，同时起稳定细胞壁、参与第二信使传递、参与渗透调节和酶促调节作用[2，3]。然而我国花生产区受气候影响严重，降雨量大、温度高，钙素大量流失，从而导致土壤酸化缺钙[4]。缺钙影响荚果发育，易产生空壳现象，造成产量降低甚至绝收，严重影响经济效益[1，5，6]。有研究发现露地栽培条件下，增施钙肥处理与未增施钙肥相比，花生总根系长度、根系表面积、根系体积均有所提高[7]。施钙可促进干物质积累，增加饱果数和百果重进而提高荚果产量[8]。施钙有利于增强根瘤菌固氮能力[9]，提高南方酸性缺钙红壤的pH值，有利于促进钙肥与氮、磷、钾的协同吸收[10]。然而外源钙肥对不同类型土壤上花生根瘤生长、氮素吸收与积累的影响鲜有报道。本试验旨在研究施钙对不同类型土壤上花生生长发育、氮素吸收与积累的影响，为花生高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及材料

试验于2019—2020年在山东省农业科学院饮马泉试验基地进行。2019、2020年花生生育期内降雨量、平均气温分别为447.5 mm、25.2℃和482.7 mm、24.5℃。试验所用土壤理化性状见表1。供试花生品种为花育25号。棕壤取自山东省农业科学院饮马泉试验基地，红壤取自湖南省浏阳市普迹镇书院村月光坪组土地。

表1 盆栽土壤理化性状

1.2 试验设计及方法

采用盆栽试验法，选用红壤(R)和棕壤(Z)，设置不施钙对照(CK)和基施氧化钙600 kg/hm2(Ca)两个处理，分别记为ZCK、ZCa、RCK、RCa。盆内外径38 cm，高30 cm，装土量约30 kg。氧化钙用量为5.00 g/盆；氮肥为尿素(N 46.7%)，用量为2.13 g/盆；磷钾肥为磷酸二氢钾(P2O552%、K2O 34%)，用量为2.00 g/盆。

所有肥料均一次性基施。播种前7天，将肥料施入0~15 cm土层，灌水。每处理20盆，每盆播4粒花生种子，出苗后定苗2株。2019年4月30日播种，9月1日收获；2020年5月19日播种，9月24日收获。两年试验用土来源相同，同一个盆每年更换新土。水分、病虫害等采用常规田间管理。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 根系形态测定 苗期、结荚期，将盆内花生根系完整取出，带回室内冲洗干净后置于冰箱备用。采用EPSON Scan扫描仪扫描花生根系，扫描后保存图像，采用WinRHIZO根系分析系统对根系扫描图像进行根系总长、根系表面积、根系体积等分析。

1.3.2 根瘤数量和鲜重测定 苗期、结荚期每处理选取代表性植株6株，整株取出后将根瘤摘下，统计根瘤个数，并称鲜重。

1.3.3 植株各器官氮素积累量和分配率测定 分别于苗期、结荚期、成熟期取样，每处理取6株，将植株分为根、茎、叶、果针和果五部分，置于烘箱105℃杀青30 min、85℃烘干至恒重后称重。之后将烘干样品粉碎，采用H2SO4－H2O2消煮法，利用AA3型流动分析仪测定各器官全氮含量。

植株各器官氮素积累量(mg/株)＝植株各器官生物量×植株各器官氮素含量；植株氮素分配率(%)＝植株各器官氮素积累量/植株氮素积累量×100。

1.3.4 产量测定 收获时每处理取20株，记录果数，剔除虫、芽、烂果，重复3次。荚果晾晒干后称重，统计饱果数、秕果数，测定百果重、百仁重。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel进行数据整理与作图，用SPSS统计软件分析数据，采用LSD法进行显著性分析(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 施钙对不同生育期花生根系形态的影响

由表2可知，两种土壤增施钙肥后不同生育期花生根系各指标(根系直径和苗期红壤根系总长除外)显著增加。其中结荚期花生根系总长、根系表面积、根系体积表现为，棕壤施钙处理较对照分别显著增加55.1%、50.8%、50.0%，红壤施钙处理较对照分别显著增加30.6%、25.9、21.4%。总体来看，增施钙肥显著促进结荚期花生根系的生长。

表2 增施钙肥对花生不同生育期根系形态的影响(2020年)

2.2 施钙对花生根瘤数目及鲜重的影响

由图1看出，棕壤和红壤增施钙肥后花生结荚期根瘤数均显著增加，根瘤数两年平均较对照分别增加82.4、70.6个/株，根瘤鲜重分别增加60.0%、26.7%。总体来看，增施钙肥两种土壤上花生结荚期根瘤数量和根瘤鲜重增加，并且棕壤效果更好。

图1 施钙对花生根瘤数目及鲜重的影响(两年平均值)

2.3 施钙对花生不同器官氮素积累量的影响

由图2可知，棕壤和红壤施钙后，花生苗期、结荚期、成熟期不同器官的氮素积累量均明显提高。棕壤施钙处理成熟期花生叶和荚果中氮素积累量两年平均较对照(ZCK)分别提高31.2%和60.0%；红壤增施钙肥后，花生叶和荚果中氮素积累量两年平均较对照(RCK)分别增加25.9%和57.3%。总体来看，两种土壤增施钙肥均有利于花生对氮素的吸收累积。

图2 施钙对花生不同器官氮积累的影响

2.4 施钙对花生不同器官氮素分配的影响

试验结果(图3)表明，两种土壤增施钙肥后，花生苗期、结荚期、成熟期不同器官的氮素分配变化规律基本一致，根、茎、叶、果针氮素分配率均有所下降，荚果氮素分配率增加。两种土壤上成熟期花生茎部氮素分配率下降最为明显，棕壤与红壤两年平均较对照分别下降25.2%、20.5%；花生荚果氮素分配率较对照分别提高6.5%、6.6%。总体来看，增施钙肥促进了氮素向生殖器官(荚果)分配。

图3 2019—2020年施钙对花生不同器官氮素分配的影响

2.5 施钙对花生产量及其性状的影响

由表3可知，棕壤增施钙肥后花生产量两年平均较对照增加28.8%，花生百果重、百仁重、出仁率略有增加，单株饱果数平均增加27.2%；2020年单株秕果数降低21.2%，收获指数增加10.9%。红壤增施钙肥后花生产量两年平均较对照增加46.0%；花生百果重、百仁重、出仁率略有增加；单株饱果数平均增加41.9%，单株秕果数平均增加7.7%；收获指数两年平均增加9.3%。总体来看，增施钙肥显著提高花生产量，且红壤施钙效果优于棕壤。

表3 增施钙肥对花生产量及产量性状的影响

3 讨论

3.1 施钙对花生根系形态以及根瘤生长的影响

本研究表明增施钙肥促进了两种类型土壤上花生根系的生长发育，根系总长、根系表面积、根系体积显著增加。这与王建国等[7]在不同钙肥梯度与覆膜促进低钙红壤花生根系发育的研究结果一致。刘颖等[11]研究表明，在一定氮肥用量基础上增施钙肥可增加花生根长、根系表面积、根系体积，为花生的生长发育提供强大的根系，进而促进花生产量的提高。增施钙肥后两种类型土壤上花生苗期和结荚期根瘤数量变化规律一致，均呈增加趋势。张琴等[12]研究表明，低pH值下Ca2＋能促进苜蓿根瘤与其宿主之间的识别，使苜蓿结瘤提前、结瘤率提高。本研究中，棕壤的试验结果优于红壤，这是因为红壤土显酸性，钙肥对酸性土壤进行改良而未完全被植物吸收的结果[13]。

3.2 施钙对花生不同器官氮素积累和分配的影响

由于钙素参与的维茨尔效应可以促进植株对氮素的吸收，所以外源钙肥与氮素的积累量呈极显著正相关，施钙是调节花生氮素积累分配的重要手段[8]。前人研究表明，施硝酸钙可促进花生对氮素营养的吸收及向“库”中运输与转化[14]。施钙处理后，花生生殖器官氮素积累量和分配率提高，氮素吸收率提高[15，16]。刘颖等[11]研究表明，钙和氮互作下生殖器官和营养器官氮素积累量增加，其中生殖器官分配比例为68.0%~69.3%，表明更多的氮素分配到生殖器官。史晓龙等[17]研究表明，适宜的钙肥用量可显著促进盐胁迫下花生养分吸收和积累，提高花生成熟期荚果中氮的分配比率。本研究中增施钙肥后花生不同器官氮素积累和分配变化规律一致，花生植株氮素积累显著提高，荚果氮素分配率提升。这表明增施钙肥促进了氮素从“源”到“库”中的运输。

3.3 施钙显著提高花生产量

史晓龙等[17]研究表明盐胁迫下施用钙肥150.0 kg/hm2，花生荚果产量提高21.5%。Rogers[18]研究发现，棕壤增施钙肥675.0 kg/hm2，花生产量提高405.0~675.0 kg/hm2。山东酸性土壤上施用钙肥210.0 kg/hm2，花生产量增幅最大[5]。湖南酸性红壤(pH值4.6)施钙量为750.0 kg/hm2时，花生荚果和籽仁产量显著提高[19]。本试验中，两年两种类型土壤增施钙肥花生产量均显著提高，且棕壤上增幅小于红壤。出现差异的主要原因可能是棕壤中有效钙含量显著高于红壤；另一方面施钙在一定程度上提高酸性土壤的pH值[20]、有机质含量[21]，从而营造一个良好生态环境供植物生长[9]。产量构成因素中总果数、百果重是获得高产的重要因素。增钙促进饱果数增加、提高百果重，这是维持花生高产的重要保障。

4 结论

两年试验结果表明，增施钙肥显著增加棕壤和红壤上结荚期花生根系总长、根系表面积和根系体积，显著提高花生根瘤数量及其鲜重。施钙处理后不同器官氮素积累量明显增加，增施钙肥显著提高花生荚果产量，增加单株饱果数、百果重、出仁率和收获指数。总之，增施钙肥是促进花生根系生长和提高产量的重要途径。