張克朝董奇琦霍元元艾 鑫蔣春姬于海秋趙新華*

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院,遼寧 沈陽110866;2.昌圖縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局農(nóng)田建設管理股,遼寧 昌圖112599)

花生是我國主要的油料作物和經(jīng)濟作物,已成為我國出口創(chuàng)匯、發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的重要農(nóng)作物之一,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要地位[1]。 目前,為追求花生生產(chǎn)的經(jīng)濟效益、提高花生產(chǎn)量,生產(chǎn)中普遍存在過量施用化肥、不平衡施肥現(xiàn)象,由此導致的肥料利用率低、環(huán)境污染等問題日益突出。 因此,合理平衡施肥,提高肥料利用率,是發(fā)展花生綠色、高產(chǎn)、高效生產(chǎn)亟待解決的關(guān)鍵問題[2]。

花生是喜鈣作物,對鈣極其敏感,需鈣量約是大豆的2倍、水稻的5倍、小麥的7倍。 當鈣不足時,花生根系細弱,莢果萎縮,空秕果及單仁果比例顯著增大,產(chǎn)量顯著降低,抗氧化保護體系被破壞[3-4]。 鈣不僅是一種營養(yǎng)元素,還作為信號分子參與植物細胞內(nèi)生理生化反應,調(diào)控植物代謝和發(fā)育[5-6]。 據(jù)報道,合理施用鈣肥,不僅可顯著增加花生葉片葉綠素含量,改善光合特性[7-8],而且可增加葉片SOD、POD、CAT 等酶活性和可溶性蛋白的含量[9],進而促進花生生長,提高產(chǎn)量和品質(zhì)。 環(huán)境脅迫下,施鈣肥促進Ca2+結(jié)合鈣調(diào)蛋白(CAM),啟動一系列生理生化過程,提高葉片葉綠素含量、凈光合速率、根系活力,形成細胞的逆境傷害適應機制,進而起到Ca2+調(diào)控的中心作用[10-11]。

目前花生生產(chǎn)中過度注重氮、磷、鉀等大量元素的施用,忽視了中量元素鈣的作用,且對增施鈣肥提高花生產(chǎn)量、促進養(yǎng)分吸收的生理機制尚不明確。 因此本研究在大田條件下,采用3個鈣肥處理,分析了不同鈣肥用量對花生形態(tài)性狀、生理特性、養(yǎng)分吸收與利用和產(chǎn)量的影響,提出促進養(yǎng)分吸收,提高花生產(chǎn)量的合理施鈣量,明確其作用生理機制,為花生合理配施鈣肥提供科學理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

試驗于2017-2018年在沈陽農(nóng)業(yè)大學定位試驗田進行,土壤為棕壤土,堿解氮91.26mg/kg,速效磷10.17mg/kg,速效鉀125.12mg/kg,p H6.5。以遼寧大面積種植的花育22(HY22)和白沙1016(BS1016)為材料,在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上,設3個鈣肥處理,分別為0、75、150kg/hm2,以不施鈣肥為對照。 隨機區(qū)組設計,3次重復。 每小區(qū)行長5.0 m,行距0.6 m,每小區(qū)4行,小區(qū)面積12m2,小壟雙行交錯單粒精播,穴距5.6cm,密度30萬株/hm2。 為防止鈣肥處理間相互影響,小區(qū)四周以PVC板隔開,隔板埋入地下深40 cm 處,地上部保留高15cm。 分 別 于2017-05-12 和2018-05-19 播 種,2017-09-22和2018-09-25收獲。 常規(guī)肥施磷酸二銨和硫酸鉀,用量為150 kg/hm2。 所有肥料均作基肥。 其他田間管理措施按照常規(guī)大田進行。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 植株性狀調(diào)查

2017年和2018年均于苗期、開花下針期、結(jié)莢期和飽果期分別取樣,測定農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量等,2018年對生理特性及養(yǎng)分吸收特性進行了深入分析。 農(nóng)藝性狀:每個處理小區(qū)內(nèi)選取有代表性的植株3株,測定主莖高、第一對側(cè)枝長、分枝數(shù)和根系性狀。 根部性狀:于4個生育時期分別取樣,方法:以整個植株主莖為中心,10cm 為半徑,30cm 深,將完整的根部連土一起取出,用清水將根部沖洗干凈備用。 用根系系統(tǒng)分析儀(EPSON V700)進行掃描,采用WinRHIZO Program(Regent Instruments Inc.,Canada)分析軟件對根系形態(tài)(總根長度、根體積、根表面積、根系平均直徑)等進行分析。

1.2.2 花生干物質(zhì)積累的測定

于4個生育期分別取樣,殺青后于80℃烘干至恒質(zhì)量,測定根、莖、葉、果針和莢果等各器官干物質(zhì)量。 然后將樣品磨碎,裝入自封袋中備用。

1.3 花生生理特性的測定

于結(jié)莢期,選取有代表性植株主莖的倒三葉葉片部分,參照王愛國方法[12]測定SOD 活性,采用愈創(chuàng)木酚法[13]測定POD 活性,采用林植芳方法[14]測定MDA 含量。

1.4 氮、磷、鉀、鈣含量的測定

對結(jié)莢期和飽果期植株各器官粉碎樣品,利用硫酸—過氧化氫消煮進行前處理,采用凱氏定氮法測定氮含量,鉬藍比色法測定磷含量,火焰光度計測定鉀、鈣含量。

1.5 花生產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的測定

收獲前每小區(qū)選取有代表性的植株10株,調(diào)查百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量、單株莢果數(shù)、單株飽果數(shù),測量單株莢果質(zhì)量。 收獲時,每小區(qū)除去邊行,再去掉兩邊0.5 m外植株,取中間2行4.0 m長植株計產(chǎn)。

1.6 肥料利用率計算

1.6.1 氮素利用效率=籽粒產(chǎn)量/成熟期植株吸氮量

1.6.2 氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)籽粒產(chǎn)量/施氮量

1.6.3 鈣肥利用效率=(施鈣區(qū)植株吸氮量-不施鈣區(qū)植株吸鈣量)/施鈣量

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

用Excel 2003、DPS v7.05進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鈣肥不同用量對花生農(nóng)藝性狀的影響

由圖1可以看出,不同施鈣量處理對2個花生品種主莖高和側(cè)枝長的影響作用相似。 隨施鈣量的增加,在生育前期,兩品種的主莖高整體呈現(xiàn)增加趨勢,結(jié)莢期后,兩品種主莖高隨施鈣量增加而降低。 隨施鈣量的增加,在生育前期,兩品種側(cè)枝長整體呈現(xiàn)降低趨勢,其中2017年BS1016側(cè)枝長在開花下針期呈先升后降。 在結(jié)莢期后,兩品種的側(cè)枝長隨施鈣量的增加而增加,施鈣量達150kg/hm2時最大。

圖1 鈣肥不同用量對花生形態(tài)性狀的影響Fig.1 Effect of different dosage of calcium fertilizer on morphological characters of peanut

2.2 鈣肥不同用量對花生根系形態(tài)的影響

2.2.1 根長

表1可知,2017、2018兩年間不同施鈣量處理對2個供試品種總根長影響相似。 增施鈣肥顯著增加了HY22和BS1016的總根長,分別在開花下針期和結(jié)莢期達最大值。 從苗期至結(jié)莢期,HY22的總根長呈增加趨勢,其中增施鈣肥75kg/hm2下顯著高于其他處理,而施鈣肥150kg/hm2下飽果期總根長顯著高于其他處理。 從苗期至結(jié)莢期,增施鈣肥顯著增加了BS1016總根長,且在增施鈣肥150 kg/hm2下總根長顯著高于其他處理,而施鈣肥75kg/hm2下飽果期總根長最長。

2.2.2 根表面積

表2可知,隨施鈣量的增加,生育前期HY22的根表面積呈先增加后降低的趨勢,且在開花下針期時達到最大值。 隨施鈣量的增加,苗期BS1016根表面積逐漸降低,而開花下針期后逐漸增加。 與不施鈣肥相比,增施鈣肥后根表面積均顯著增加,且施鈣量為150kg/hm2根表面積增加最高。

2.2.3 根平均直徑

由表3 可知,隨施鈣量的增加,生育后期HY22的根平均直徑呈顯著降低趨勢,且不施鈣肥處理在結(jié)莢期最大,而增施鈣肥處理在飽果期達最大。 BS1016各處理間根平均直徑差異不顯著。 說明,HY22在幼苗期和結(jié)莢期的根平均直徑對鈣肥反應比較敏感。

2.2.4 根體積

表4可見,從幼苗期到開花下針期,花生根體積逐漸增長且增長速度較快,增施鈣肥處理下的根體積均高于不施鈣肥處理。 在結(jié)莢期,增施鈣肥處理的植株根體積均高于不施鈣肥處理。 其中,HY22在75 kg/hm2鈣肥的處理條件下根體積最高,BS1016在150 kg/hm2鈣肥的處理條件下根體積最高。

表1 鈣肥不同用量對花生總根長的影響Table1 Effect of different dosage of calcium fertilizer on root length in peanut

表2 鈣肥不同用量對花生根表面積的影響Table 2 Effect of different dosage of calcium fertilizer on root surface area of peanut

表3 鈣肥不同用量對花生根平均直徑的影響Table 3 Effect of different dosage of calcium fertilizer on root average diameter dynamic of peanut

表4 鈣肥不同用量對花生總根體積的影響Table 4 Effect of different dosage of calcium fertilizer on root volume of peanut

圖2 鈣肥不同用量對花生總干物質(zhì)積累的影響Fig.2 Effect of different dosage of calcium fertilizer on total dry mass of peanut

2.3 鈣肥不同用量對花生干物質(zhì)積累的影響

由圖2可見,與不施鈣肥處理相比,增施鈣肥處理有利于花生植株干物質(zhì)積累。 在飽果期時,HY22 在75kg/hm2、150kg/hm2處 理 下 植 株 干物質(zhì)積累量比不施鈣肥處理分別提高12.5%、15.2%,而BS1016在150kg/hm2時干物質(zhì)積累最多,說明鈣肥的施用能有效提高花生干物質(zhì)積累量,為增產(chǎn)提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.4 鈣肥不同用量對抗氧化酶活性的影響

由圖3 可知,增施鈣肥后,HY22 和BS1016葉片SOD 的活性有所增強,且兩個花生品種葉片的SOD 活性與鈣肥用量都呈正相關(guān),即隨施鈣量的增加呈升高趨勢。 此外,POD 的活性也呈增加趨勢,并且在75 kg/hm2鈣肥處理條件下活性達到最高,顯著高于其他鈣肥處理;增施鈣肥降低了葉片MDA 含量,其中,HY22 降幅最大,對外源鈣的響應更敏感,然而各鈣肥處理間葉片MDA差異不顯著。 其中,在75 kg/hm2鈣肥處理下,BS1016植株葉片MDA含量的降幅大于150 kg/hm2鈣肥處理。

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圖3 鈣肥不同用量對花生抗氧化酶活性的影響Fig.3 Effects of different dosage of calcium fertilizer on antioxidant enzyme activity of peanut

表5 鈣肥不同用量對花生各器官氮含量的影響Table 5 Effect of different dosage of calcium fertilizer on N content in peanut

2.5 鈣肥不同用量對花生各器官養(yǎng)分含量的影響

2.5.1 對各器官氮含量的影響

表5可見,在結(jié)莢期花生各部位含氮量表現(xiàn)為葉＞莢果＞根＞莖,而飽果期花生各部位含氮量表現(xiàn)為莢果＞葉＞根＞莖。 在飽果期,葉片中氮含量隨鈣肥的增加而減少,但莢果中的氮含量變化并不顯著,HY22葉片氮含量隨著鈣肥的增加而增大。

2.5.2 對各器官磷含量的影響

如表6所示,結(jié)莢期花生各器官的磷含量高于飽果期各器官的磷含量。 增施鈣肥處理下在飽果期HY22的莖中的磷含量顯著高于不施鈣肥處理,且75 kg/hm2鈣肥處理時尤為明顯。

2.5.3 對各器官鉀含量的影響

如表7所示,結(jié)莢期和飽果期兩品種根中鉀含量最低。 從結(jié)莢期到飽果期,莢果的鉀含量有所下降,莖和葉的鉀含量變化不明顯。 但是,在結(jié)莢期,增施鈣肥處理對根和莢果鉀含量的影響較明顯,均達到顯著水平,且75 kg/hm2鈣肥處理下莢果的鉀含量均高于其他處理。 增施鈣肥對飽果期莖的鉀含量影響比較顯著,均達到顯著水平。

2.5.4 對各器官鈣含量的影響

從表8可見,從結(jié)莢期到飽果期,植株根、莖和莢果中鈣含量有增長趨勢,而葉片中鈣含量則呈降低趨勢。 增施鈣肥后,HY22各器官鈣含量均高于不施鈣肥處理,且75 kg/hm2鈣肥處理條件下顯著增加。 而BS1016 增施鈣肥后,各部位含鈣量均高于不施鈣肥的處理。

表6 鈣肥不同用量對花生各器官磷含量的影響Table 6 Effect of different dosage of calcium fertilizer on the content of P in peanut

表7 鈣肥不同用量對花生各器官鉀含量的影響Table 7 Effect of different dosage of calcium fertilizer on the content of K in peanut

表8 鈣肥不同用量對花生各器官鈣含量的影響Table 8 Effect of different dosage of calcium fertilizer on the content of Ca in peanut

2.6 對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表9可見,2017-2018 兩年間,增施鈣肥后顯著增加了兩品種單株飽果數(shù),提高了出仁率,增加了果質(zhì)量和仁質(zhì)量,且在施肥量75kg/hm2處理下達顯著水平。 增施鈣肥處理的花生莢果產(chǎn)量顯著高于不施鈣肥處理,且HY22的產(chǎn)量高于BS1016。 2017年增施鈣肥顯著增加了花生莢果產(chǎn)量,兩品種以中等施肥量75kg/hm2產(chǎn)量最高,比不施鈣肥處理分別顯著高出9.4%和4.7%,而2018年則顯著增加5.3%和6.7%。 可見,施鈣增產(chǎn)的原因主要是增加了單株飽果數(shù),提高了莢果出仁率,增加了果質(zhì)量和仁質(zhì)量。

表9 鈣肥不同用量對花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 9 Efferent of different dosage of calcium fertilizer on yield and yield component of peanut

表10 鈣肥不同用量對花生肥料利用率的影響Table 10 Effect of different dosage of calcium fertilizer on the fertilizer utilization rate of peanut

2.7 對肥料利用率的影響

由表10可知,增施鈣肥提高了花生植株各器官氮素利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力和鈣肥利用率。其中在75kg/hm2處理下,兩個品種的氮素利用效率最高,比不施鈣肥處理分別顯著提高了5%和6%,氮肥偏生產(chǎn)力分別顯著增加了9.41%、26.11%,鈣肥利用率分別顯著增加了5%和3%?？梢?增施鈣肥可以顯著提高花生養(yǎng)分利用效率,從而提高花生產(chǎn)量,為增產(chǎn)、增效提供理論依據(jù)。

3 結(jié)果與討論

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展,合理、高效的施肥技術(shù)已成為直接影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因素。 本研究結(jié)果表明,施鈣能明顯促進HY22和BS1016兩品種的生長發(fā)育,且主要表現(xiàn)在花生主莖高、側(cè)枝長度、總根長、根表面積和根體積的提高,從而提高干物質(zhì)積累,增加單株莢果數(shù)、出仁率、百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量,保證產(chǎn)量。 這與前人研究的合理施用鈣肥能明顯提高花生主莖高、側(cè)枝長、總分枝數(shù)和明顯提高花生產(chǎn)量及品質(zhì)的結(jié)果一致[10,15-16]。 增施鈣肥促進花生生長發(fā)育的原因可能與Ca2+作為信號在植物體內(nèi)調(diào)控作用有關(guān)。 外源施鈣有效促進了花生體內(nèi)碳水化合物的轉(zhuǎn)化和氮素代謝,使更多的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移至生殖器官,避免了氮素過多地在營養(yǎng)器官積累而導致營養(yǎng)體生長過快,協(xié)調(diào)了營養(yǎng)生長與生殖生長之間的關(guān)系[17]。

施鈣除直接影響植株生長發(fā)育外,還能通過調(diào)節(jié)體內(nèi)酶活性來影響植株發(fā)育。 本研究結(jié)果表明,與不施鈣肥相比,增施鈣肥能明顯提高植株葉片的SOD、POD酶活性,同時降低丙二醛含量,且POD的活性和MDA 含量均在75 kg/hm2鈣肥處理條件下活性和降幅最高。 據(jù)前人研究報道,外源鈣提高了花生葉片中保護酶和代謝酶活性,提高花生抗逆能力,改善花生產(chǎn)量和品質(zhì)[18-19]。 與本研究結(jié)果一致,說明增施鈣肥能提高花生的抗逆性。

適量施用鈣肥對植株養(yǎng)分的吸收分配有重要影響,提高植株對營養(yǎng)元素的吸收能力,其中氮、磷、鉀等均與植物生長發(fā)育和脅迫耐受有重要聯(lián)系。 前人研究表明,施鈣促進植株對氮、磷、鉀的吸收能力,增加根系磷含量和葉片鉀含量,促進根系的生長和植株莖稈健壯,產(chǎn)量及經(jīng)濟系數(shù)都有所升高[20]。 本研究結(jié)果表明,增施鈣肥,使得結(jié)莢期HY22根系和莢果氮含量顯著增加,根系和葉片中磷含量顯著增加,而根系鉀含量降低,且對根系和莢果鉀含量影響顯著,施鈣量75kg/hm2最明顯,這與前人研究結(jié)果一致。 隨施鈣量增加,植物體內(nèi)鈣含量也發(fā)生變化。 本試驗表明,鈣在植株體內(nèi)的分布是葉＞莖＞根＞莢果。 莖、根和莢果含鈣量從結(jié)莢期到飽果期呈增長的趨勢。 增施鈣肥明顯增加了花生各器官的含鈣量。 HY22和BS1016增施鈣肥后,各器官含鈣量均高于不施鈣肥的處理,HY22在75 kg/hm2鈣肥處理條件下表現(xiàn)明顯。 可見,增施鈣肥促進了氮從營養(yǎng)器官向生殖器官的轉(zhuǎn)運,對促進籽仁中蛋白質(zhì)的合成和提高品質(zhì)有重要意義。 磷、鉀、鈣含量的增加,促進了花生植株生長發(fā)育,增強了葉片光合作用,進而提高了花生產(chǎn)量[21-22]。

氮素作為植物生長發(fā)育的大量元素之一,氮肥的肥料利用效率可直接影響作物產(chǎn)量提高和品質(zhì)改善。 本研究發(fā)現(xiàn),增施鈣肥明顯提高了氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和鈣肥利用率,施鈣量達75kg/hm2時效果最佳。 以往研究表明,合理配施鈣肥,不僅可以改善花生的形態(tài)性狀,提高產(chǎn)量,還可培肥地力,提高改善土壤養(yǎng)分供應能力,促進氮肥利用率[23-24]。

綜上所述,合理增施鈣肥可有效促進植株地上部發(fā)育和地下根系塑造,同時能活化體內(nèi)酶活代謝反應,最終通過促進營養(yǎng)元素吸收與分配為干物質(zhì)積累和地下產(chǎn)量形成提高物質(zhì)基礎(chǔ)。 且在本試驗條件下,75kg/hm2鈣肥用量對花生生長促進作用最明顯,顯著提高了肥料利用效率。