棉花-花生轮作模式对花生干物质积累量分配及产量的影响

摘 要：【目的】研究棉花-花生轮作模式下花生干物质积累量分配规律特性。

【方法】以新疆常规连作花生为对照（CK），设置棉花-花生-棉花轮作（CPC处理）、花生-棉花-花生轮作（PCP处理）2个不同的种植模式，在花生苗期、花针期、结荚期、成熟期分别测定花生根、茎、叶和果的干鲜比、干物质积累量等指标。

【结果】花生荚果干重、叶干重与单株生物量间均呈显著正相关。花生全生育期棉花-花生-棉花轮作，花生-棉花-花生轮作的茎、叶、果的干鲜比及干物质积累量均显著高于CK，其中棉花-花生-棉花轮作的百果重、百仁重和产量比CK增加21.17%、35.33%和78.02%；花生-棉花-花生轮作的百果重、百仁重、出仁率和产量比CK分别增加14.68%、6.64%、1.39%和40.54%。棉花-花生-棉花轮作百果重、百仁重均显著高出CK和花生-棉花-花生轮作处理21.42%和35.28%、5.69%和26.08%。

【结论】轮作模式具有加快生育进程的效果，轮作可以显著提高干物质积累量及百果重、百仁重，且有利于花生产量的提高。

关键词：棉花-花生轮作；干物质积累量；产量性状

中图分类号：S562；S344.1"" 文献标志码：A"" 文章编号：1001-4330（2024）07-1648-09

0 引 言

【研究意义】花生是我国重要油料作物之一，在黄河流域、西北内陆地区广泛种植［1］。不同地理区域条件演化出多种花生种植模式，其中豆科类与禾本科作物套作、间作具有协调种间互补作用，对改善土壤质地、优化生态环境具有重要作用［2-4］。【前人研究进展】棉花、马铃薯、黄瓜等作物连作将导致土壤退化、微环境失衡、作物根系活力降低，影响干物质积累量与运输而减产［5-8］。张晓铃等［9］研究指出，连作会降低作物自身的抵抗能力。王根全等［10］研究发现，不同种植模式土壤微生物群落结构差异较大，连作土壤病原菌较多，影响作物高产。牛倩云等［11］分析关于谷子与大豆轮作模式中指出，轮作相比较连作模式可为作物提供优质的外在环境，加速营养物质转运与积累。不同种植模式影响花生的株高、叶面积指数、冠层结构和产量等指标，刘锦涛等［12］研究指出，充分发挥单株优势，促进群体干物质积累是增产高效的重要途径，合理种植有利于作物充分利用光热资源，促进干物质积累与转运。蒯婕等［13］在油菜干物质转运规律的研究中指出，干物质分配率与单株产量存在极显著相关。李猛等［14］指出，种植模式差异改变了玉米的灌浆特性，轮作渐增期玉米干物质积累的持续时间和平均灌浆速率高于常规种植模式。前人研究［15-17］指出，引入新型种植模式有利于提高复种指数，降低病害复发几率。【本研究切入点】生物量积累是衡量群体活力和产能的指标［18］，需分析花生不同种植模式下生理性状等指标差异。【拟解决的关键问题】以新疆常规连作花生为对照（CK），设置棉花-花生-棉花轮作（CPC处理）、花生-棉花-花生轮作（PCP处理）2个不同的种植模式，在花生苗期、花针期、结荚期、成熟期分别测定花生根、茎、叶和果的干鲜比、干物质积累量等指标，

为进一步优化栽培技术手段和提高作物产量提供数据支撑和科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2020年5月至2022年10月在新疆农业科学院安宁渠综合试验场进行（43°95′N，87°46′E），属中温带大陆性干旱气候，灰漠土质，平均气温25.7℃；年均降雨量194 mm。播种前施1.2×104 kg/hm2农家肥及 450 kg/hm2 复合肥（N-P-K 17∶17∶17）用作底肥。氮、磷施用量采用当地最佳施肥量。供试花生品种为花育9610，棉花品种为新陆早50号。棉花、花生后期追肥田间管理与当地高产田保持一致。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验共设3个处理，分别为花生连作（CK），棉花-花生-棉花轮作（记作CPC）、花生-棉花-花生轮作（记作PCP），每个处理重复3次，随机区组排列，每个小区面积21 m2。

1.2.2 测定指标

花生播种方式为起垄覆膜，1膜4行（30 cm+40 cm+30 cm），每穴2粒。 图1

1.2.2.1 干鲜比

于花生苗期、花针期、结荚期、荚果成熟期，在每个小区中选取与整体长势一致的3株花生，分解为根、茎、叶和荚果等器官，并置于烘箱中，设置105℃杀青30 min，85℃烘至恒重，称取各器官干重，并计算干鲜比。

干鲜比=鲜重烘干后干物质重。

1.2.2.2 产量和产量构成因素

花生荚果成熟时，每个小区取6.67m2测产。测定百果重、百仁重、出仁率等产量构成因子。

1.2.2.3 函数模型

将花生干物质积累量进行Logistic 曲线拟合，方程式为y=k1+ae-bx.

式中，y为花生干物质积累生长量的统计值，x为花生生长发育时间（d），k为发育时间无限延长时的终极生长量，a、b为方程参数，e为自然对数的底数。将花生生长发育时间作为自变量，干物质的积累量作为因变量，绘制干物质积累量随时间变化的散点图，并与 Logistic 方程y=k1+ae-bx模型进行拟合，为确定a、b值，将方程进行线性化处理，lnk-yy=lna-bx，令y′=y′=lnk1+ae-bx，转化为y′与x的直线方程。通过回归分析求得b、k值及拟合优度（R2），当R2 （gt;0.7）结果显著时，测定当y″=0和y=0时的3个干物质积累的方程拐点时间分别为t1=lna-1.317k，t2=lnak，t3=lnb+1.317k。将求得的3个发育时间关键节点与实际生长情况结合评价棉花-花生-棉花轮作、CK、花生-棉花-花生轮作3种模式下花生的干物质积累量和生长发育。

1.3 数据处理

采用 Excel 2010进行数据统计，采用RStudio进行单因素方差分析（ANOVA），采用 Origin Pro19.0 进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同处理下花生生长发育过程中各器官干鲜比的变化

研究表明，苗期棉花-花生-棉花轮作和花生-棉花-花生轮作处理，花生根、茎和叶的干鲜比显著高于CK，两者间未达到显著差异水平。在花针期CK处理茎干鲜比显著低于棉花-花生-棉花轮作和花生-棉花-花生轮作，减少了5.43%和6.03%。与花生-棉花-花生轮作相比，叶干鲜比显著高于棉花-花生-棉花轮作和CK，分别增加了9.32%和13.00%。棉花-花生-棉花轮作处理果干鲜比显著高于CK和花生-棉花-花生轮作，分别增加了25.21%和11.63%。在结荚期，花生-棉花-花生轮作茎干鲜比显著高于棉花-花生-棉花轮作和CK，分别增加了6.46%，10.56%，3种种植模式均差异显著。果的干鲜比花生-棉花-花生轮作显著高于CK，增加了28.09%。成熟期中，CK处理叶、果干鲜比显著低于棉花-花生-棉花轮作和花生-棉花-花生轮作，分别减少了42.37%、41.83%、29.68%和33.95%，且棉花-花生-棉花轮作和花生-棉花-花生轮作间差异不显著。图2

2.2 不同种植模式下花生干物质积累量及分配（图3～4）

2.2.1 干物质积累量动态

研究表明，在花生花针期和结荚期，CK的干物质积累量显著低于棉花-花生-棉花和花生-棉花-花生，分别减少了9.80%、21.99%、60.51%和47.82%，棉花-花生-棉花轮作和花生-棉花-花生轮作之间干物质积累量并无显著差异，荚果成熟期CK干物质积累量显著低于棉花-花生-棉花和花生-棉花-花生轮作，分别减少了64.87%和43.24%，且棉花-花生-棉花轮作显著高于花生-棉花-花生轮作，增加了15.10%。

2.2.2 干物质积累量分配特征

研究表明，不同种植模式下，花生根、茎、叶、果在苗期各个时期干物质的分配率存在差异。苗期，棉花-花生-棉花轮作种植模式叶干物质分配率相较于CK和花生-棉花-花生轮作减少10%和9%，CK和花生-棉花-花生轮作2种种植模式茎干物质分配率相同为28%。在花针期，CK和花生-棉花-花生轮作叶干物质分配率同为52%，3种种植模式下花生-棉花-花生轮作根的干物质分配率最小为5%，棉花-花生-棉花轮作根的干物质分配率最大为7%。在花生幼果，棉花-花生-棉花轮作果的干物质分配率最大为5%；CK果干物质分配率最小为2%。在结荚期，棉花-花生-棉花轮作荚果的干物质分配率最小为17%，棉花-花生-棉花轮作种植模式下的干物质分配率相较于CK和花生-棉花-花生轮作分别减少了7%、8%。在荚果成熟期，棉花-花生-棉花轮作叶的干物质分配率占比最高为27%。棉花-花生-棉花轮作和CK 2种种植模式中果的干物质的分配率同为36%。花生-棉花-花生轮作种植模式下果的干物质分配率相较于棉花-花生-棉花轮作和CK减少了2%。

2.3 花生干物质积累 Logistic 参数表现特征

研究表明，花生全生育期干物质的积累符合S型曲线。其中CK、棉花-花生-棉花轮作花生干物质积累速度平缓增加的时期分别为第0～54 d和第0～58 d，花生-棉花-花生轮作种植模式生干物质积累速度平缓增加的时期相较于CK，棉花-花生-棉花轮作缩短了4～8 d。花生-棉花-花生轮作，棉花-花生-棉花轮作花生干物质积累旺盛时期为分别第51～80 d和第59～84 d，旺盛时期分别历时28和24 d，CK种植模式花生干物质积累旺盛时期为第55～88 d，历时32 d，相较于CK和棉花-花生-棉花轮作延后并延长了4～8 d。CK和棉花-花生-棉花轮作最大干物质积累速度分别出现在第71和72 d，花生-棉花-花生轮作种植模式最大干物质积累速度出现在第66 d，相较于CK，棉花-花生-棉花轮作提前了5～6 d。表1，图5

2.4 不同种植模式下对花生产量性状的影响

研究表明，棉花-花生-棉花轮作、CK和花生-棉花-花生轮作种植模式下的花生产量不同，与产量有关的指标百果重、百仁重与出仁率差异显著。其中，棉花-花生-棉花轮作模式下花生的产量最高，为7 421.28 kg/hm2。百果重、百仁重均显著高出CK和花生-棉花-花生轮作处理21.42%和35.28%、5.69%和26.08%。CK模式下花生的产量最低，为4 160.42kg/hm2。3种植模式对产量的表现为花生-棉花-花生轮作gt;棉花-花生-棉花轮作gt;CK。与CK种植模式相比，棉花-花生-棉花轮作种植模式的百果重、百仁重、出仁率，产量分别增加了21.17%、35.33%、4.17%和78.38%；与CK种植模式相比，花生-棉花-花生轮作种植模式的百果重、百仁重、出仁率和产量分别增加了14.72%、6.64%、1.39%和40.54%。花生-棉花-花生轮作与棉花-花生-棉花轮作种植模式相比CK可显著提升百果重、百仁重和出仁率等产量指标，进一步提升了产量。表2

2.5 干物质积累量与产量性状间相关性

研究表明，根的干鲜比与产量及出仁率、百仁重、百果重和果干重呈正相关，相关系数分别为0.86、095、0.99、0.75和0.87。茎的干鲜比与产量、出仁率、百仁重、百果重和果干重呈正相关，与出仁率呈显著正相关，关系系数分别为0.99、1.00、0.98、0.93和0.99。叶的干鲜比与荚果的干鲜比呈负相关，相关系数为0.99。图6

3 讨 论

3.1 不同种植模式下花生干物质积累及分配

干鲜比反映花生植株干物质的积累程度及利用价值，可以用于反映花生干物质积累的情况［19］。干物质积累与花生荚果产量形成有密切关系［20，21］，并且作物产量实质上是通过光合作用直接或间接形成的，取决于光合作用的积累与分配［22］。试验研究表明，3种种植模式下，花生在不同的生育时期总干物质量差异显著。棉花-花生-棉花轮作和花生-棉花-花生轮作均提高了干物质积累量和积累速度。其中，棉花-花生-棉花轮作的干物质积累量最高，3种种植模式的干物质积累总量依次为花生-棉花-花生轮作gt;棉花-花生-棉花轮作gt;CK。在花针期，3种种植模式干物质积累速度表现为花生-棉花-花生轮作gt;棉花-花生-棉花轮作gt; CK。结荚期积累速度表现为棉花-花生-棉花轮作gt;花生-棉花-花生轮作gt;CK。花生-棉花-花生轮作、棉花-花生-棉花轮作2种模式较花生CK干物质积累速率快。

在花生栽培上，前期要促进根叶的生长，中期要扩大绿叶面积，并促进光合产物合理地向荚果转移［23］。研究结果表明，棉花-花生-棉花轮作、CK、花生-棉花-花生轮作在结荚期荚果干物质积累量分别为8.13、7.23和11.07g/株，干物质积累表现为花生-棉花-花生轮作gt;棉花-花生-棉花轮作gt;CK，在荚果成熟期，荚果干物质积累量分别为19.23、12.33和15.9g/株，干物质积累表现为棉花-花生-棉花轮作gt;花生-棉花-花生轮作gt;CK，得出棉花-花生-棉花轮作、花生-棉花-花生轮作种植模式相比CK可以优化干物质的分配及转运规律。

3.2 花生干物质生产 Logistic 参数表现特征

多年连作田影响花生个体生长发育，引起植株矮小，且随着连作年限增加影响加重［24］。研究中，与棉花-花生-棉花轮作、花生-棉花-花生轮作种植模式相比，CK种植的干物质积累时期延后了3～9 d，在CK种植模式下的花生生长发育相对滞后。而花生在棉花-花生-棉花轮作、花生-棉花-花生轮作模式的生长发育进程更快，该2种模式有效缓解了花生生长发育缓慢的问题，与模拟小麦［25］、油菜［26］、水稻［27］等作物轮作缓解花生连作障碍的效果一致，均能显著促进花生生长发育。

在荚果成熟期，花生在棉花-花生-棉花轮作、花生-棉花-花生轮作和CK荚果成熟期的干物质积累量分别为53.41、46.40、34.40g/株，棉花-花生-棉花轮作、花生-棉花-花生轮作种植处理显著提高花生整个生育期的干物质积累量。棉花-花生-棉花轮作，花生-棉花-花生轮作有效加快了花生的生长发育进程并提高了花生干物质积累量。

3.3 不同种植模式下花生干物质积累与产量及产量结构特性

作物生产力与干物质积累量及分配到荚果中的有效干物质紧密相关，是作物高产的重要因素。研究发现，茎的干鲜比与产量，出仁率、百仁重、百果重、果干重呈现正相关，其中与出仁率呈显著正相关关系。花生植株根茎生长越健壮和茂盛，越有利于增加花生营养器官干物质的积累量及荚果生长和产量形成。

4 结 论

4.1

与CK模式相比，棉花-花生-棉花和花生-棉花-花生轮作2种轮作种植模式下的花生的根、茎、叶、荚果的干鲜比增加，轮作种植促进花生植株的生长发育和干物质的积累。

4.2

花生-棉花-花生轮作、棉花-花生-棉花轮作可促进花生干物质积累量与分配，其中棉花-花生-棉花轮作处理下花生干物质积累量迅速，且荚果干物质积累速度最快，积累量最多。棉花-花生-棉花轮作产量为7 421.28 kg/hm2，百果重、百仁重均显著高出CK和花生-棉花-花生轮作处理21.42%和35.28%、5.69%和26.08%。

4.3

与CK比较棉花-花生-棉花轮作、花生-棉花-花生轮作的花生百果重、百仁重、出仁率均有显著提高，花生产量亦增加。Logistics拟合方程拐点轮作种植比连作种植提早3～9 d，轮作提升了花生植株的生长速度。

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Effect of cotton-peanut crop rotation pattern on the distribution

of dry matter accumulation and yield of peanut

GAO Jun1，HOU Xianfei1，MIAO Haocui1，JIA Donghai1，GU Yuanguo1，

WANGH Tianling1，HNU Yi1，CHENG Xiaolu2，LI Qiang1

（1.College of f Biological and Geographical Sciences， Ili Normal University， Yining Xinjiang 835000， China;2." Institute of Agricultural Economics and S amp; T Information， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830091， China）

Abstract：【Objective】 To characterize the dry matter accumulation and distribution pattern of peanut under the cotton peanut rotation pattern.

【Methods】" Using the conventional continuous peanut in Xinjiang as control （CK）， we set up two different cropping patterns， namely， cotton - peanut - cotton rotation （CPC） and peanut - cotton - peanut rotation （PCP）， and measured the dry and fresh ratios of peanut roots， stems， leaves and fruits as well as the amount of dry matter accumulated at the seedling stage， the needle stage， the podding stage and the maturity stage， respectively.

【Results】 There was a significant positive correlation between the dry weight of peanut pods and fruits， the dry weight of leaves and the biomass of a single plant. The dry-to-fresh ratio and dry matter accumulation of stems， leaves and fruits of cotton - peanut - cotton rotation and peanut - cotton - peanut rotation were significantly higher than those of CK during the whole life span of peanut， in which the weight of 100 fruits， 100 kernels and yield of cotton - peanut - cotton rotation increased by 21.17%， 35.33% and 78.02%， respectively compared with CK; and the weight of 100 fruits， 100 kernels， kernel yield and yield of peanut - cotton - peanut rotation increased by 14.68%， 6.64%， 1.39% and 40.54%， respectively compared with those of CK. The 100-fruit weight and 100-kernel weight of cotton - peanut - cotton rotation were significantly higher than those of CK and peanut - cotton - peanut rotation treatments by 21.42% and 35.28%， 5.69% and 26.08%， respectively.

【Conclusion】" It was clearly seen that crop rotation mode achieved the effect of accelerating the fertility process. Crop rotation can significantly increase dry matter accumulation and 100-fruit and 100-kernel weights and is favorable to the improvement of peanut yield.

Key words：cotton-peanut rotation; dry matter accumulation; yield traits

Fund projects：National Key Ramp; D Program Project \"Research， Construction and Application of Green， High Quality， Productive and Efficient Smart Production System for Peanut\" （2022YFD1000105）; National Peanut Industry Technology System （CARS-13）; Oilseed Industry Technology System of Xinjiang Uygur Autonomous Region

Correspondence author：CHEN Xiaolu（1981-）， male， associate professor， Ph.D.，" research direction： breeding and cultivation of oilseed crops and total and control of pests，（E-mail）cxl8109@163.com

LI Qiang （1980-）， male， from Xinjiang， researcher， Ph.D.， research direction： oilseed crop breeding and cultivation， （E-mail）56631189@qq.com

收稿日期（Received）：

2023-11-10

基金项目：

国家重点研发计划项目“花生绿色优质丰产高效智慧生产体系研建和应用”（2022YFD1000105）；国家花生产业技术体系（CARS-13）；新疆维吾尔自治区油料产业技术体系

作者简介：

高君（1996-），女，山东济南人，硕士研究生，研究方向为花生栽培与育种，（E-mail）2287455311@qq.com

通讯作者：

陈晓露（1981-），男，副教授，博士，研究方向为油料作物育种栽培及有害生物防控，（E-mail）cxl8109@163.com

李强（1980-），男，新疆人，研究员，博士，硕士生导师，研究方向为油料作物育种与栽培，（E-mail）56631189@qq.com