土壤容重对花生结荚期氮、磷、钾、钙吸收与分配的影响

张亚如，崔洁亚，侯凯旋，张晓军，王铭伦，王月福

(青岛农业大学，山东省旱作农业技术重点实验室，山东 青岛 266109)

花生是我国重要的经济、油料作物，在农业生产中占有重要地位。中国是世界第一花生生产国和消费国，自改革开放以来，花生油和花生仁均处于供求紧平衡状态[1]。因此，加强花生高产高效栽培理论与技术研究，对于提高我国油料自给率，促进花生生产发展具有重要意义。

近年来，由于农业机械化的普及推广、化肥施用量增加、有机肥施用量减少、土壤干旱、农田管理粗放等，造成土壤紧实板结、容重增大现象日益突出[2]。如翟振等[3]调查发现，黄淮海北部地区耕层平均厚度为14.74 cm，其中76%的地块存在犁底层，犁底层分布在15～30 cm，犁底层平均容重在1.54 g/cm3左右。石磊等[4]对陕西省农田土壤紧实度现状调查结果表明，陕西省耕层土壤容重平均为1.25 g/cm3，其中陕北耕层土壤容重平均为1.35 g/cm3；全省犁底层土壤容重平均为1.49 g/cm3。土壤容重过高已成为制约我国农业持续发展的关键因素之一。土壤容重是重要的土壤物理性状，它直接影响着土壤矿质元素的运移、通气状况及作物根系穿透阻力等因素[5]。因此，土壤容重必然影响作物对矿质营养元素的吸收利用。一般认为土壤容重增大，土壤水分和气体含量降低，机械阻力增加，影响根系生长，导致作物对氮、磷等矿质营养元素的吸收减少，作物产量下降[6]。关于土壤容重对作物吸收矿质养分与分配的影响，在玉米[7-9]、小麦[10-11]、黄瓜[12]、棉花[13]等作物上已有较多研究。但是关于土壤容重对花生吸收矿质养分与分配的影响研究尚少。而花生是唯一地上开花地下结果的作物，且花生的果针和幼果能够直接从土壤中直接吸收水分和矿质养分。因此，花生对土壤矿质养分的吸收利用与土壤容重关系更为密切。李向东等[14]研究认为，花生对氮素的吸收高峰在结荚期，对磷、钾的吸收高峰在结荚初期，也就是说花生结荚期是吸收矿质元素的关键时期[15]。花生结荚期对矿质养分的吸收利用及在各器官中的分配状况，与植株是否正常生长密切相关[16]。为此，本试验采用柱栽的方法，设置不同土层土壤容重组合处理，模拟大田不同土层容重的实际存在状况，研究了土壤容重对花生结荚期氮、磷、钾、钙吸收与分配的影响，旨在明确花生生长发育的适宜土壤容重，为花生高产耕作栽培体系的建立提供依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

试验于2016年在青岛农业大学胶州现代农业科技示范园进行。供试土壤为砂姜黑土，0～20 cm和21～40 cm土层基础肥力分别为：有机质1.02×106，0.89×106mg/kg，碱解氮66.34，58.45 mg/kg，速效磷25.68，22.19 mg/kg，速效钾72.00，65.50 mg/kg，土壤容重1.3，1.4 g/cm3。供试花生品种为青花7号。

1.2 试验设计

试验采用土柱栽法，土柱用PVC管制成(高43 cm，直径31 cm，无底)。设置0～20 cm和21～40 cm土层土壤容重分别为1.2，1.3、1.2，1.4、1.2，1.5、1.3，1.3、1.3，1.4、1.3，1.5 g/cm36个处理，分别用T23、T24、T25、T33、T34、T35表示。预先在大田挖长×宽×深为500 cm×31 cm×40 cm的沟6条，沟间间隔20 cm，挖沟时将0～20 cm和21～40 cm土层土壤分开堆放，风干后过5 mm筛。将备好的PVC管整齐放于沟内。土壤含水量10%(易压实)左右时装管，根据土壤容重、PVC管容积及土壤含水量计算各处理所需装填土量，先装21～40 cm土层土壤，再装0～20 cm土层土壤，装土距管沿3 cm。在装填0～20 cm土层土壤时，每柱施复合肥(N、P2O5、K2O含量均为1.5×106mg/kg)6 g。每处理15柱，共90柱。装土后灌足水。5月5日每柱播种4粒，出苗后选留2株健壮苗。其他管理同一般大田生产。

1.3 测定项目与方法

于花生结荚期(7月29日)取样。每处理取3管，每管为1个重复。取样时先将PVC管挖出，于水中浸泡1.5 h后，用水仔细冲洗花生根系。然后按根、茎、叶、果针、果壳、果仁进行分样，装于牛皮纸袋中，置于烘箱中105 ℃杀青0.5 h，后75 ℃烘干至恒重，称量其干物重。粉碎过0.246 mm 筛，用于测定氮、磷、钾、钙含量。

含氮量用凯氏定氮法测定。磷、钾、钙含量用硝酸和高氯酸联合消煮法，等离子体发射光谱仪测定。

1.4 数据分析

数据处理采用Microsoft Excel 2010和SAS 9.0软件，显著性测验采用LSD方法。

2 结果与分析

2.1 土壤容重对花生结荚期各器官生物产量的影响

由表1可以看出，在0～20 cm土层土壤容重相同的条件下，花生叶片、根系、果壳、果仁和果针生物产量均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐降低。在21～40 cm土层土壤容重相同的条件下，0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的叶、根和各器官总生物产量均低于1.3 g/cm3处理。其中叶片、根、果壳和果仁生物产量以T33处理为最高，茎秆、果针以T23处理为最高，但T23 和T33均未达到显著水平，两处理各器官生物产量均显著多于T35处理。各器官总生物产量表现为T33>T23>T34>T24>T35>T25。说明适宜的土壤容重(处理T23和T33)可以显著增加花生结荚期各器官生物产量，利于花生的生长。

表1 土壤容重对花生结荚期各器官生物产量的影响Tab.1 Effects of soil bulk density on biomass yield of various organs during peanut pod bearing stage g/株

注：不同字母表示差异显著(P<0.05)。表2-5同。

Note：Different letters represent significant difference at 0.05 level.The same as Tab.2-5.

2.2 土壤容重对花生结荚期各器官氮含量和积累量的影响

由表2可以看出，在0～20 cm土层土壤容重相同的条件下，花生茎秆、叶片、根系、果壳、果仁和果针含氮量均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐降低。在21～40 cm土层土壤容重相同的条件下，除在21～40 cm土层土壤容重为1.3 g/cm3时，0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的茎秆、根和果针含氮量低于1.3 g/cm3处理外，其他均表现为0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的各器官含氮量高于1.3 g/cm3处理。其中茎秆、根系和果针含氮量以T33处理为最高，叶片、果壳和果仁以T23处理为最高，但T23 和T33除叶片和果壳含氮量差异达显著水平外，其他均未达到显著水平，两处理各器官含氮量均显著多于T25和T35处理。各器官平均含氮量表现为根>果仁>叶>果针>果壳>茎。

在0～20 cm土层土壤容重相同的条件下，花生茎秆、叶片、根系、果壳、果仁和果针氮素积累量均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐降低。在21～40 cm土层土壤容重相同的条件下，除在21～40 cm土层土壤容重为1.3 g/cm3时，0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的茎秆、叶、根、果针和果仁含氮量低于1.3 g/cm3处理外，但差异均未达到显著水平，其他均表现为0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的各器官含氮量高于1.3 g/cm3处理。其中茎秆、叶、根、果针和果仁含氮量以T33处理为最多，果壳以T23处理为最多，但T23 和T33差异均未达显著水平，两处理各器官氮素积累量均显著多于T25和T35处理。单株氮素积累量以T33处理为最多，T23处理次之，两处理间差异不显著，但显著多于其他处理。各器官平均氮素积累量表现为叶>果仁>果壳>茎>根>果针。

上述结果说明0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理对花生各器官含氮量和氮积累量的影响差异较小，而21～40 cm土层土壤容重过大显著影响花生各器官含氮量和氮积累量的增加。

表2 土壤容重对花生结荚期各器官氮含量和积累量的影响Tab.2 Effects of soil bulk density on nitrogen content and accumulation of various organs during peanut pod bearing stage

2.3 土壤容重对花生结荚期各器官磷含量和积累量的影响

由表3可以看出，在0～20 cm土层土壤容重相同的条件下，花生茎秆、叶片、根系、果壳、果仁和果针含磷量均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐降低。在21～40 cm土层土壤容重为1.3 g/cm3时，除0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的果针、果壳含磷量显著低于1.3 g/cm3处理外，其他差异均未达到显著水平。在21～40 cm土层土壤容重为1.4 g/cm3时，除0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的根系、果壳含磷量显著高于1.3 g/cm3处理，果针含磷量显著低于1.3 g/cm3处理外，其他差异均未达到显著水平。在21～40 cm土层土壤容重为1.5 g/cm3时，0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理各器官含磷量互有高低。各器官平均含磷量表现为根>果仁>果壳>果针>叶>茎。

在0～20 cm土层土壤容重相同的条件下，花生茎秆、叶片、根系、果壳、果仁和果针磷素积累量均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐降低。在21～40 cm土层土壤容重为1.3 g/cm3时，0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理的各器官磷素积累量差异均未达到显著水平。在21～40 cm土层土壤容重为1.4 g/cm3时，除0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理的叶、根磷素积累量有显著性差异外，其他差异均未达到显著水平。在21～40 cm土层土壤容重为1.5 g/cm3时，0～20 cm 土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理的各器官磷素积累量差异均未达到显著水平。单株磷素积累量以T33处理为最多，T23处理次之，两处理间差异不显著，但显著多于其他处理。各器官平均磷素积累量表现为叶>果仁>茎>果壳>根>果针。

表3 土壤容重对花生结荚期各器官磷含量和积累量的影响Tab.3 Effects of soil bulk density on phosphorus content and accumulation of various organs during peanut pod bearing stage

上述结果说明0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理对花生各器官含磷量和磷积累量的影响差异较小，而21～40 cm土层土壤容重过大显著影响花生各器官含磷量和磷积累量的增加。

2.4 土壤容重对花生结荚期各器官钾含量和积累量的影响

由表4可以看出，在0～20 cm土层土壤容重相同的条件下，花生茎秆、叶片、根系、果壳、果仁和果针含钾量均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐降低。在21～40 cm土层土壤容重为1.3 g/cm3时，除0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的果仁和果针含钾量高于1.3 g/cm3处理外，其他器官(果壳除外)均低于1.3 g/cm3处理，且差异达到显著水平。在21～40 cm土层土壤容重为1.4，1.5 g/cm3时，0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理各器官含钾量互有高低。各器官平均含钾量表现为根>果壳>茎>果仁>果针>叶。

在0～20 cm土层土壤容重相同的条件下，花生茎秆、叶片、根系、果壳、果仁和果针钾素积累量均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐降低。在21～40 cm土层土壤容重为1.3 g/cm3时，0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理的各器官钾素积累量互有高低，但差异均未达到显著水平。在21～40 cm土层土壤容重为1.4，1.5 g/cm3时，0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理各器官钾素积累量互有高低。单株钾素积累量以T33处理为最多，T23处理次之，两处理间差异不显著，但显著多于其他处理。各器官平均钾素积累量表现为叶>茎>果壳>果仁>根>果针。

上述结果说明，0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理对花生各器官含钾量和钾积累量的影响差异较小，而21～40 cm土层土壤容重过大显著影响花生各器官含钾量和钾积累量的增加。

表4 土壤容重对花生结荚期各器官钾含量和积累量的影响Tab.4 Effects of soil bulk density on potassium content and accumulation of various organs during peanut pod bearing stage

2.5 土壤容重对花生结荚期各器官钙含量和积累量的影响

由表5可以看出，在0～20 cm土层土壤容重相同的条件下，花生茎秆、叶片、根系、果壳、果仁和果针含钙量均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐降低。在21～40 cm土层土壤容重为1.3 g/cm3时，除0～20 cm土层土壤容重1.2 g/cm3处理的根系和果针含钙量与1.3 g/cm3处理差异显著外，其他器官差异均未达到显著水平。在21～40 cm土层土壤容重为1.4，1.5 g/cm3时，0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理各器官含钙量互有高低。各器官平均含钙量表现为叶片>根>果针>果壳>茎>果仁。

在0～20 cm土层土壤容重相同的条件下，花生叶片、根系、果壳、果仁和果针钙素积累量均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐降低。在21～40 cm土层土壤容重相同的条件下，0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理的各器官钙素积累量互有高低。单株钙素积累量以T33处理为最多，T23处理次之，两处理间差异不显著，但显著多于其他处理。各器官平均钙素积累量基本表现为叶>果壳>茎>果仁>根>果针。

上述结果说明0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理对花生各器官含钙量和钙积累量的影响差异较小，而21～40 cm土层土壤容重过大显著影响花生各器官含钙量和钙积累量的增加。

表5 土壤容重对花生结荚期各器官钙含量和积累量的影响Tab.5 Effects of soil bulk density on calcium content and accumulation of various organs during peanut pod bearing stage

3 讨论与结论

李潮海等[7]研究发现下层土壤容重显著影响玉米对氮、磷、钾等营养元素的吸收，并以玉米吐丝期表现尤为明显，氮、磷、钾积累量均随着下层土壤容重增加而显著减少。本试验结果也表明，在0～20 cm土层土壤容重相同的条件下，花生各器官氮、磷、钾、钙含量和积累量均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐降低。徐海等[8]研究认为，土壤过于紧实或过于疏松均不利于玉米对钙素的吸收，玉米苗中全钙含量以容重1.2 g/cm3处理为最高。孙艳等[12]研究认为，土壤容重1.2 g/cm3时利于黄瓜株高及根系的生长，容重1.4 g/cm3时则利于黄瓜茎增粗、根系吸收养分及增加产量。宋家祥等[13]研究结果指出，在棉花生育前期，随土壤容重的增加，土壤速效氮、磷、钾和棉株吸肥能力逐渐降低。至生育后期，这种趋势发生了明显变化，土壤过于疏松(土壤容重1.0 g/cm3)供肥能力下降，棉株含肥率降低，长势明显减弱；土壤过于紧实(土壤容重1.4，1.5 g/cm3)在棉花整个生育期土壤供肥和棉株吸肥能力均处于较低水平，而适宜土壤容重(1.2，1.3 g/cm3)则在棉花整个生育期土壤供肥和棉株吸肥能力均处于较高水平。土壤容重高低对作物吸收矿物质元素的影响原因，一是影响土壤氮、磷、钾等矿质营养元素的有效性，供肥能力下降[17]，二是影响作物根系生长和活力[18]，从而影响了地上部养分的累积[19]，本试验结果表明，在21～40 cm土层土壤容重相同的条件下，0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理花生各器官氮、磷、钾、钙含量和积累量互有高低，并且单株氮、磷、钾、钙积累量均以T33处理为最多，T23处理次之，说明0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理对氮、磷、钾、钙的吸收积累影响差异较小，也就是说土壤过于疏松对花生吸收积累矿质营养元素可能存在不利影响。利于花生吸收积累矿质营养元素的土壤容重组合为0～20 cm土层土壤容重1.2～1.3 g/cm3与21～40 cm土层土壤容重1.3 g/cm3左右。李潮海等[7]研究发现，氮、磷、钾在玉米生长中心中分配的比例随着土壤容重增加而降低。王群等[20]研究了不同土壤类型玉米植株养分累积、分配和产量对土壤紧实胁迫的响应，结果表明，紧实胁迫下潮土、砂姜黑土、黄褐土上玉米养分累积量和分配量以及产量均呈下降趋势，紧实胁迫下叶片养分分配比例高于茎鞘。降低土壤紧实度增加了各类土壤玉米单株和各器官氮、磷、钾积累量和玉米产量，其中黄褐土和砂姜黑土增加幅度较大，潮土较小。本研究结果表明，土壤容重对花生吸收积累氮、磷、钾、钙的影响程度存在差异，0～20 cm和21～40 cm不同土层土壤容重组合对N、P、K、Ca的积累量可以产生交互影响。

适宜的土壤容重(处理T23和T33)可以增加花生结荚期各器官生物产量，各器官总生物产量表现为处理T33>T23>T34>T24>T35>T25。在0～20 cm土层土壤容重相同的条件下，花生各器官氮、磷、钾、钙含量和积累量均随着21～40 cm土层土壤容重的增大而逐渐降低。在21～40 cm土层土壤容重相同的条件下，0～20 cm土层土壤容重1.2，1.3 g/cm3处理花生各器官氮、磷、钾、钙含量和积累量互有高低。各器官氮、磷、钾、钙含量和积累量高低表现不同，含氮量表现为根>果仁>叶>果针>果壳>茎，含磷量表现为根>果仁>果壳>果针>叶>茎，含钾量表现为根>果壳>茎>果仁>果针>叶，含钙量表现为叶片>根>果针>果壳>茎>果仁；氮积累量表现为叶>果仁>果壳>茎>根>果针，磷积累量表现为叶>果仁>茎>果壳>根>果针，钾积累量表现为叶>茎>果壳>果仁>根>果针，钙积累量表现为叶>果壳>茎>果仁>根>果针。土壤容重对花生氮、磷、钾、钙吸收积累的影响程度存在差异；0～20 cm和21～40 cm 不同土层土壤容重组合对N、P、K、Ca的积累量可以产生交互影响。利于花生吸收积累矿质营养元素的土壤容重组合为0～20 cm土层土壤容重1.2～1.3 g/cm3与21～40 cm土层土壤容重1.3 g/cm3左右。

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