陳小姝，趙躍，郭峰，李美君，高華援，劉海龍，呂永超，寧洽，李春雨，孫曉蘋(píng)，張志民，王飛

（1.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花生研究所，吉林公主嶺 136100；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物種質(zhì)資源研究所，山東濟(jì)南 250100；3.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)植物研究所，吉林 公主嶺 136105）

花生（Arachis hypogaea）是我國(guó)重要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物，2019年全國(guó)花生種植面積450.84萬(wàn)hm2，居世界第2位，產(chǎn)量達(dá)1757.27萬(wàn)t，居世界第1位［1］。我國(guó)花生種植區(qū)域廣，由北向南跨越寒溫帶、溫帶、亞熱帶和熱帶的廣大地區(qū)，南北跨度超過(guò)34個(gè)緯度，東西跨越58個(gè)經(jīng)度［2］。而花生特有的地上開(kāi)花地下結(jié)果的生物學(xué)特性導(dǎo)致機(jī)械化收獲水平低，生產(chǎn)成本高。目前，花生收獲方式有人工收獲、分段式收獲和聯(lián)合收獲，但收獲、摘果和脫殼等環(huán)節(jié)均適合機(jī)械化的品種少，導(dǎo)致品種特性與機(jī)械無(wú)法相適應(yīng)，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合進(jìn)程較慢。

花生莢果力學(xué)特性主要包括果柄抗拉能力、果殼耐壓能力和莢果成熟度等?；ㄉv果依靠果柄與植株相連。果柄通常因抗拉能力不夠而斷裂，造成較大的落埋果損失［2］，同時(shí)果柄強(qiáng)度對(duì)后期機(jī)械化摘果也有較大影響。無(wú)論人工收獲還是機(jī)械收獲，都要求花生品種具有落果率低、莢果不易開(kāi)裂或破碎的特性，這就要求適合機(jī)收品種的果柄和莢果具有較強(qiáng)的抗沖擊力［3］。王傳堂等［3］對(duì)57個(gè)花生品種（系）的果柄強(qiáng)度和鮮莢果不同方向的果殼強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定，提出適合鮮花生機(jī)械化收獲的普通型花生品種的技術(shù)指標(biāo)，即果柄強(qiáng)度不低于5 N且果殼強(qiáng)度不低于1.26 kN。沈一等［4］對(duì)100個(gè)花生品種（系）進(jìn)行果柄拉力的測(cè)試與分析，發(fā)現(xiàn)不同來(lái)源材料間果柄強(qiáng)度有一定的差異，莢果的其它性狀如果嘴、果腰等與果柄強(qiáng)度間有一定的關(guān)系。隋榮娟等［5］以魯南地區(qū)主栽品種豐花1號(hào)和魯花11為研究對(duì)象，對(duì)不同成熟度下花生秧蔓-果柄節(jié)點(diǎn)、果柄-莢果節(jié)點(diǎn)的抗拉性能進(jìn)行測(cè)試與分析，發(fā)現(xiàn)秧蔓-果柄節(jié)點(diǎn)的抗拉性能高于果柄-莢果節(jié)點(diǎn)，且隨著成熟度的增加，兩者之間的差值變大。遲曉元等［6］對(duì)92個(gè)花生品種（系）的果柄強(qiáng)度和莢果壓縮破殼力進(jìn)行測(cè)定和分析，發(fā)現(xiàn)秧-柄節(jié)點(diǎn)的果柄強(qiáng)度大于果-柄節(jié)點(diǎn)，莢果側(cè)壓破殼力＞正壓＞立壓。王傳堂等［7］對(duì)6個(gè)高油酸夏花生新品種（系）機(jī)械收獲特性的研究結(jié)果表明，3個(gè)方向（豎向、側(cè)向、臥向）的果殼強(qiáng)度以側(cè)向強(qiáng)度為最大，臥向次之。

目前，吉林省花生種植面積達(dá)26.7萬(wàn)hm2，以區(qū)域性大面積種植為主，機(jī)械化種植、收獲程度較高，但不同的花生品種其莢果特性也不盡相同，應(yīng)篩選或培育果柄粗壯有力、耐熟、抗拉能力強(qiáng)、果殼破殼能力較低的花生品種以適應(yīng)機(jī)械化作業(yè)，提高機(jī)械化水平，降低生產(chǎn)成本。為此，針對(duì)吉林省花生機(jī)械化收獲采用“機(jī)械挖掘+撿拾聯(lián)合收獲”模式的技術(shù)要求，本研究對(duì)22個(gè)花生品種（系）的果殼力學(xué)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定及分析，以期篩選出適合吉林花生產(chǎn)區(qū)機(jī)械化收獲、摘果的花生品種。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021年在吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田（公主嶺市：43°31′N，124°49′E）進(jìn)行。供試花生品種（系）共22個(gè)（表1），分別來(lái)自于河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所、山東省花生研究所、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所、濮陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、錦州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、徐州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、濰坊市農(nóng)業(yè)科學(xué)院和吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花生研究所。

表1 供試花生品種（系）名稱和類型

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 花生果柄強(qiáng)度測(cè)定 于9月7日人工收獲后，測(cè)定結(jié)果范圍（第一對(duì)側(cè)枝與主莖交匯點(diǎn)至最遠(yuǎn)結(jié)實(shí)節(jié)位處的距離），收獲第1天（收獲當(dāng)日）至第5天每天采用HLD（HP-500，樂(lè)清市艾德堡儀器有限公司）立式推拉力計(jì)測(cè)量每株花生植株第一對(duì)側(cè)枝上成熟飽滿莢果的果柄強(qiáng)度（花生秧蔓-果柄節(jié)點(diǎn)和莢果-果柄節(jié)點(diǎn)）。測(cè)量時(shí)，用夾子夾住莢果中部與拉力計(jì)相連，垂直向上緩慢拉動(dòng)拉力計(jì)直至果柄斷裂，記錄最大拉力值［8］，將測(cè)出的果柄強(qiáng)度數(shù)值分為4級(jí)［9］：低（5.69～8.44 N）、中（＞8.44～13.96 N）、高（＞13.96～16.72 N）和極高（＞16.72 N）。每個(gè)品種重復(fù)測(cè)定15次。

1.2.2 花生果柄含水率測(cè)定 將連續(xù)測(cè)量5天并每天拉斷后的果柄剪碎，稱鮮重，然后放置在烘箱內(nèi)105℃烘干稱重，計(jì)算果柄含水率。

1.2.3 花生果殼強(qiáng)度測(cè)定 各參試品種（系）均分別取成熟飽滿的雙仁莢果，采用HLD（HP-500）立式推拉力計(jì)做壓縮破殼試驗(yàn)，測(cè)定正面、豎立面、側(cè)面（圖1）的果殼強(qiáng)度（即莢果壓縮力）。隨壓力增大莢果變形，并逐漸破裂［10］，記錄壓力峰值和壓力峰值對(duì)應(yīng)的位移值。每個(gè)品種（系）各方向重復(fù)測(cè)定15次。

圖1 從3個(gè)不同方向測(cè)定果殼強(qiáng)度

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析使用Microsoft Excel 2007和DPS軟件，采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 22個(gè)花生品種（系）的果柄強(qiáng)度分析

由表2可以看出，22個(gè)花生品種（系）的結(jié)實(shí)范圍在5.42～14.30 cm之間，平均值為9.63 cm。其中，15個(gè)花生品種（系）的結(jié)實(shí)范圍在8～12 cm之間，冀農(nóng)花15號(hào)、天府32、H20-187的結(jié)實(shí)范圍大于12 cm，大幅高于皖花12、徐1313、冀農(nóng)花6號(hào)和花育9621，后者結(jié)實(shí)更為集中。

表2 22個(gè)花生品種（系）的結(jié)實(shí)范圍、果柄強(qiáng)度和果柄含水率

收獲當(dāng)日至第5天，22個(gè)花生品種（系）的果柄含水率均值從67%降為24%，其總趨勢(shì)隨著收獲天數(shù)的增加而降低，而致收獲后果柄強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度增加；果柄強(qiáng)度差別較大，拉力均值變幅為7.92～1 4.64 N。

收獲第5天，WH2188莢果-果柄的拉力最大，為18.20 N，大幅高于花育9623、冀農(nóng)花15號(hào)、湘花254、H20-187和豫花9327；WH2188秧蔓-果柄的拉力為17.71 N，大幅高于H20-126、H20-127、H20-187、花育9623、開(kāi)農(nóng)308、天府32、湘花254和豫花9327。

收獲第1天至第5天，22個(gè)花生品種（系）的莢果-果柄拉力平均值分別為10.74、10.72、9.02、10.56、7.92 N，秧蔓-果柄拉力平均值分別為13.29、13.65、12.71、14.64、10.33 N，顯示拉力總趨勢(shì)為先下降再升高又下降，第4天時(shí)秧蔓-果柄的拉力最大，且秧蔓-果柄的拉力大于莢果-果柄的拉力。

2.2 22個(gè)花生品種（系）的果柄強(qiáng)度等級(jí)分析

由表3可知，22個(gè)花生品種（系）的果柄強(qiáng)度從收獲當(dāng)日到第5天，每一天的拉力等級(jí)范圍都有變化。

表3 22個(gè)花生品種（系）的果柄強(qiáng)度分級(jí)

對(duì)莢果-果柄的拉力等級(jí)分析可知，18WH2007、H20-126、阜花38、吉花11號(hào)、開(kāi)農(nóng)308和徐1313第1至第5天拉力等級(jí)都在中級(jí)范圍（＞8.44～13.96 N）；H20-187和湘花254的拉力等級(jí)第1至第4天在中級(jí)范圍，第5天為低級(jí)（5.69～8.44 N）；皖花12、冀農(nóng)花6號(hào)的拉力等級(jí)第1至第4天在中級(jí)范圍，第5天為高級(jí)（＞13.96～16.72 N）；極高范圍（＞16.72 N）有3個(gè)品種，分別為冀農(nóng)花15號(hào)第3天、豫花9327第4天、WH2188第5天。

對(duì)秧蔓-果柄的拉力等級(jí)分析可知，H20-127收獲后第1至第5天拉力等級(jí)都在中級(jí)范圍；H20-126、H20-127、H20-187、花育9623、開(kāi)農(nóng)308、天府32、豫花9327和湘花254第5天拉力等級(jí)均在中級(jí)范圍；18WH2007、吉花11號(hào)、吉花20、冀花2011、冀農(nóng)花15號(hào)、冀農(nóng)花6號(hào)、泉花22、山花34、皖花12和遠(yuǎn)雜9307第5天拉力等級(jí)均在高級(jí)范圍；皖花12和湘花254第3天拉力等級(jí)達(dá)到極高范圍，冀農(nóng)花15號(hào)和冀農(nóng)花6號(hào)第4天達(dá)到極高范圍，WH2188、阜花38、花育9621和徐1313第5天達(dá)到極高范圍。

2.3 22個(gè)花生品種（系）的果殼強(qiáng)度分析

22個(gè)花生品種（系）莢果立面、側(cè)面、正面3個(gè)方向的果殼強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。其中，立壓果殼強(qiáng)度均值最小的是花育9621（28.29 N），最大的是皖花12（58.38 N）。皖花12、吉花20、H20-187、泉花22和阜花38的立壓果殼強(qiáng)度均值（45.99～58.38 N）顯著或極顯著高于冀花2011、H20-127、花育9623、天府32和花育9621（28.29～30.74 N），其余花生品種（系）間立壓果殼強(qiáng)度均值無(wú)顯著差異。

表4 22個(gè)花生品種（系）的果殼強(qiáng)度 （N）

側(cè)壓果殼強(qiáng)度均值變幅為50.70（豫花9327）～90.41 N（徐1313）。其中徐1313、阜花38、皖花12、冀農(nóng)花15號(hào)和冀農(nóng)花6號(hào)的側(cè)壓果殼強(qiáng)度均值（74.38～90.41 N）顯著或極顯著高于H20-127（55.34 N）、花育9621（55.22 N）、冀花2011（53.43）、開(kāi)農(nóng)308（52.86 N）和豫花9327（50.70 N），其余花生品種（系）間均值無(wú)顯著差異。所有花生品種（系）的側(cè)壓果殼強(qiáng)度均值都高于50 N。

正壓果殼強(qiáng)度均值都低于65 N，其中均值最高的H20-187（64.39 N）顯著或極顯著高于其它花生品種（系），正壓果殼強(qiáng)度最低的是冀花2011（24.21 N），極差為40.18 N。H20-187、皖花12、阜花38、冀農(nóng)花15號(hào)和湘花254的正壓果殼強(qiáng)度均值（54.13～64.39 N）顯著或極顯著高于豫花9327、18WH2007、天府32、吉花20、遠(yuǎn)雜9307、H20-127和冀花2011（24.21～37.59 N）。

H20-187的正壓果殼強(qiáng)度＞側(cè)壓果殼強(qiáng)度＞立壓果殼強(qiáng)度，冀花2011和吉花20的側(cè)壓果殼強(qiáng)度＞立壓果殼強(qiáng)度＞正壓果殼強(qiáng)度，皖花12、吉花11號(hào)、徐1313等其它19個(gè)品種（系）的側(cè)壓果殼強(qiáng)度＞正壓果殼強(qiáng)度＞立壓果殼強(qiáng)度。

對(duì)果殼開(kāi)裂后的壓力位移值進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果（表5）顯示，立壓位移值均值按高到低排序前5位的是H20-187、皖花12、山花34、H20-127和阜花38（2.59～5.00 mm），顯著或極顯著高于泉花22（1.52 mm）和湘花254（1.46 mm）。H20-187立壓位移值為5.00 mm，極顯著高于其它21個(gè)花生品種（系）。

表5 22個(gè)花生品種（系）的果殼壓力位移值 （mm）

側(cè)壓位移值均值從大到小位列前9位的是遠(yuǎn)雜9307、花育9623、冀農(nóng)花6號(hào)、阜花38、冀農(nóng)花15號(hào)、開(kāi)農(nóng)308、豫花9327、H20-187和徐1313，變幅為4.69～5.79 mm，顯著或極顯著高于山花34、H20-126、湘花254、18WH2007和泉花22。

正壓位移值均值H20-187最大，為5.05 mm，泉花22最小，為2.08 mm。H20-187、開(kāi)農(nóng)308、花育9623、阜花38、天府32和遠(yuǎn)雜9307正壓位移值極顯著高于WH2188、H20-126、冀花2011和泉花22。

除天府32、H20-187正壓位移值最大外，其它20個(gè)品種（系）側(cè)壓位移值均最大；除H20-127、H20-187、皖花12外，其余品種（系）均為立壓位移值最小。

2.4 花生果柄強(qiáng)度、果柄含水率、結(jié)實(shí)范圍和果殼強(qiáng)度指標(biāo)間的相關(guān)性分析

由表6可見(jiàn)，花生果柄含水率、結(jié)實(shí)范圍與其它指標(biāo)間無(wú)顯著相關(guān)性。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（莢果-果柄、秧蔓-果柄）的果柄強(qiáng)度間顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.4200。3個(gè)方向的果殼強(qiáng)度之間有一定的相關(guān)性，其中正壓果殼強(qiáng)度與立壓果殼強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.6100。果殼強(qiáng)度與壓力位移值也有一定的相關(guān)性，其中側(cè)壓果殼強(qiáng)度與側(cè)壓位移值呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.5000；正壓果殼強(qiáng)度、立壓果殼強(qiáng)度與立壓位移值呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.6000、0.5600。正壓位移值與側(cè)壓位移值、立壓位移值呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.5800、0.6000。

表6 果柄強(qiáng)度指標(biāo)、果柄含水率、結(jié)實(shí)范圍、果殼強(qiáng)度和果殼壓力位移值間的相關(guān)系數(shù)

3 討論與結(jié)論

目前，花生種植面積和產(chǎn)量逐年增加，對(duì)機(jī)械化適宜性好的花生品種需求增多。機(jī)收時(shí)希望花生品種具有落果率低、莢果不易開(kāi)裂或破碎的特性，機(jī)械化摘果時(shí)則希望花生莢果-果柄間拉力小，果殼強(qiáng)度更耐機(jī)械沖擊不開(kāi)裂。為了減少作業(yè)功耗，收獲機(jī)械的挖掘鏟一般深入土層約12 cm鏟斷花生主根并疏松土壤，而超出該范圍的部分花生莢果將直接埋于未疏松土壤，造成埋果損失［2］。本研究的22個(gè)花生品種（系）中有19個(gè)結(jié)實(shí)范圍小于12 cm。為了便于機(jī)收，應(yīng)培育和推廣結(jié)果范圍更集中的花生品種。

收獲第1天至第5天，22個(gè)花生品種（系）的莢果-果柄拉力要小于秧蔓-果柄拉力，符合抗拉伸強(qiáng)度“秧-柄節(jié)點(diǎn)＞果-柄節(jié)點(diǎn)”的順序，與前人研究結(jié)果相同［6，8，11-13］。從收獲當(dāng)日到第5天，隨著果柄含水量逐漸降低，18WH2007、H20-187、花育9623、湘花254、天府32和豫花9327的莢果-果柄拉力降低，花育9621、花育9623、冀花2011、冀農(nóng)花15號(hào)、天府32、徐1313和遠(yuǎn)雜9307的秧蔓-果柄拉力會(huì)增大。種植機(jī)收花生，選擇果柄強(qiáng)度大的品種，可在一定程度上降低收獲時(shí)的落埋果損失，而機(jī)械化摘果時(shí)，應(yīng)選擇秧蔓-果柄拉力大于莢果-果柄拉力的品種，且莢果-果柄拉力要低于收獲前期，這樣可加快機(jī)械摘果速度。

機(jī)械摘果時(shí)，花生既受到拉力也受到壓力，其多面的可承受力大小是影響莢果完整性及籽仁破碎率的主要原因。本研究對(duì)花生莢果正面、側(cè)面和立面的壓力測(cè)定結(jié)果顯示，21個(gè)花生品種（系）的果殼強(qiáng)度側(cè)壓時(shí)最高，這與前人的研究結(jié)果一致［6，11-14］。果殼壓力位移值的結(jié)果與果殼強(qiáng)度結(jié)果基本一致：擠壓花生莢果時(shí)，側(cè)面承受壓力更大，位移值也相對(duì)較高，19個(gè)花生品種（系）的側(cè)壓位移值較高。同時(shí)位移值也與花生籽仁大小和飽滿程度有關(guān)，花生籽仁越大，位移值越小。剝殼時(shí)花生果殼破殼變形量增大，會(huì)增加剝殼難度，影響生產(chǎn)效率，同時(shí)容易造成花生籽仁破損。凌軒等［15］對(duì)花生摘果測(cè)力系統(tǒng)研制時(shí)發(fā)現(xiàn)，引起鮮莢果破裂的力較大，約為摘果力的10倍左右，且隨收獲時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，這也與本試驗(yàn)結(jié)果一致。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)選擇果殼強(qiáng)度大、位移值小的花生品種種植。

根據(jù)結(jié)實(shí)范圍、果柄強(qiáng)度和果殼強(qiáng)度等相關(guān)指標(biāo)，本研究從供試22個(gè)花生品種（系）中篩選出8個(gè)適合于機(jī)械化收獲的花生品種：18WH2007、H20-126、H20-127、阜花38、吉花20、開(kāi)農(nóng)308、豫花9327和遠(yuǎn)雜9307；篩選出11個(gè)適合于機(jī)械化摘果的花生品種：18WH2007、H20-127、WH2188、阜花38、花育9621、吉花11號(hào)、吉花20、冀花2011、山花34、徐1313和遠(yuǎn)雜9307；選出5個(gè)適合機(jī)械化聯(lián)合收獲的花生品種（系）：18WH2007、H20-127、阜花38、吉花20、遠(yuǎn)雜9307。