水分胁迫和斜发沸石应用对花生产量及水分利用的影响

夏桂敏，姚珍珠，王淑君，李永发，迟道才

(沈阳农业大学水利学院， 辽宁 沈阳 110161)

花生(ArachishypogaeaLinn) 是我国主要的油料作物和重要的经济作物，其生产发展对于增加我国蛋白质及食用植物油的供给具有重要的作用[1-4]。花生是较耐旱耐寒的经济作物，也是发展旱作农业、充分开发利用旱薄地资源的理想作物。但由于我国花生主要种植在干旱、半干旱地区，地域降雨量偏少、降雨集中和季节性干旱，使得花生在不同生育阶段，常常会受到干旱胁迫的影响[5]。据统计，常年我国70%的花生受到不同程度干旱胁迫的影响，花生减产占全国总产量的20%以上，且使花生品质降低，黄曲霉毒素污染严重[6-7]。因此，干旱成为限制和危害花生生产种植的最大因素之一[8]。

斜发沸石作为一种良好的非金属节水材料，将其运用在农业生产中除了能够提高土壤物理特性外，还能够暂时缓解土壤水分胁迫，降低生长时期植物萎蔫的风险[9]。但如何科学地将其结合土壤水分胁迫，施用在花生生产实践并发挥其节水保肥的功效，缓解水分胁迫对花生造成的减产损失，对我国花生节水生产具有重要的现实意义。已有研究结果表明，沸石是一种具有三维晶体结构的水合硅铝酸盐，能够非破坏性改变其构成元素来可逆性吸收和释放水分。魏江生对人工沸石在干旱地区农业开发中的作用研究时，发现土壤中加入沸石，可使土壤有效水含量和有效雨量增大，从而减少灌溉水量[10]。曹晓燕总结天然沸石的应用得出，砂质土壤施入沸石可增加其持水能力，减缓土壤水分的无效损失，利于作物对水分吸收[11]。Xiubin研究斜发沸石应用对黄土渗透及截留影响得出，斜发沸石能够提高耕土层保水能力，减少地表径流损失，保护土壤不受侵蚀[12]；斜发沸石除了直接影响土壤含水量之外，其缓释水分特征能够改善水分胁迫条件下植物生长环境，减缓干旱对植物生长的有害损伤。Zahedi研究斜发沸石的施用对菜籽抗氧化酶活性的影响，发现土壤施入斜发沸石能够提高土壤水分蓄存能力，减缓土壤水分胁迫，进而降低抗氧化酶活性[13];Reza对大豆进行水分胁迫条件下沸石和牛粪施用的试验得出，沸石和牛粪的施用提高土壤相对含水量，缓解叶片细胞相应酶活性，进而改善大豆水分胁迫条件下生长环境[9]。Majid Gholamhoseini研究沸石堆肥对向日葵产量及养分流失的影响发现，沙壤土中施用沸石和堆肥能够减少氮肥流失，提高向日葵的氮肥利用率，同时增加向日葵产量[14]。He等研究在沙壤土中添加斜发沸石修复剂后，增加了土壤表面积和离子交换能力，进而提高了土壤的含水量和养分含量[15]。但大多数针对斜发沸石运用在农业生产中的研究，并没有具体分析水分胁迫和斜发沸石应用对花生产量及水分利用的影响规律。为此，本文以花生为材料，进行了盆栽试验，以便进一步深入探讨水分胁迫和斜发沸石施用对花生产量的影响规律及其调节花生水分利用效率的机制，以期为斜发沸石在花生生产实践的运用提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

试验于2015年5—10月在辽宁省农科院作物抗旱栽培模拟试验场内进行，试验场设有自动遮雨棚。试验采用盆栽覆膜种植方式，盆高30 cm，上、下内径分别为26 cm和18 cm。试验采用耕层0～30 cm的表层土，土壤类型为褐土，土壤质地为砂壤土，0～30 cm土壤田间持水量为32%(体积含水量)，土壤容重为1.4 g·cm-3。试验前将土壤进行风干，2 mm过筛后装盆，每盆装风干土20 kg，其风干土含水量2.66%。种植前，对盆进行灌水，使土壤含水量达到田间持水量的70%。将36 g(折合大田为1.5 t·hm-2)斜发沸石同表土进行混合后，将9.54 g N-P-K复合肥(折合大田600 kg·hm-2)穴施于盆内，距离种穴水平7 cm。选取饱满一致的种子3粒穴播，每盆一穴。出苗后间苗，每盆剩余1株。

1.1 试验处理

试验采用裂区试验设计，共设两个变量因子：土壤水分胁迫(W)和斜发沸石(Z)，花生需水关键期(即花针期和结荚期)土壤水分胁迫(W)设为主区，设3个水平：土壤相对含水量为田间持水量的55%±5%(重度胁迫W1)、65%±5%(中度胁迫W2)和75%±5%(轻度胁迫W3)，其它生育期均保持田间持水量75%±5%；斜发沸石(Z)设为裂区，设2个水平：Z1(无斜发沸石)和Z2(斜发沸石施用量36 g·盆-1)。试验期间通过确定土壤含水率达田间持水率时盆的总重，用称重法控制土壤水分上下限，灌水量根据盆内土壤含水率分别达到相应田间持水率的上下限百分数时的总重量之差确定。试验共设6个处理，每个处理3次重复，具体试验处理布置见表1。

表1 试验处理

Table 1 Treatment arrangement

试验处理Treatments土壤含水量/%Soilmoisturecontent沸石/(g·盆-1)Zeolite/(g·plot-1)重度水分胁迫(W1)Severewaterstress中度水分胁迫(W2)Moderatewaterstress轻度水分胁迫(W3)Mildwaterstress无沸石(Z1)Noclinoptilolite55%±5%θf0.00施沸石(Z2)Clinoptilolite55%±5%θf36.00无沸石(Z1)Noclinoptilolite65%±5%θf0.00施沸石(Z2)Clinoptilolite65%±5%θf36.00无沸石(Z1)Noclinoptilolite75%±5%θf0.00施沸石(Z2)Clinoptilolite75%±5%θf36.00

注：θf为田间持水率. Note:θfis the field holding capacity.

1.2 观测指标与测定方法

1.2.1 耗水量与灌水量 每日6∶00—7∶00定时用电子天平秤称重，两日称重之差即耗水量。计算各处理花生逐日耗水量，低于相应的下限后根据计算值灌水至相应的上限。计算并记录每日的耗水量与灌水量。

1.2.2 产量 生育后期对每个处理单株花生进行单产单收，准确记录每个处理花生的单株果数和有效果数，并测定每个处理的籽仁重，最后计算每个处理的饱果率和出仁率。

1.2.3 花生干物质积累量 收获期对每个处理单株花生进行根和地上部株体分离，称重。然后分别置于烘箱中于105℃杀青30 min后，于80℃烘干至恒重，恒温干燥器中冷却至室温，称重记数。

1.3 数据分析

用SAS(version 9.4; SAS Insititute, Cary, N.C., USA)对结果进行统计分析。每个取样日期的数据进行单独分析，平均数用Duncan多重检验法(DMRT)进行处理间的多重检验。

2 结果与分析

2.1 不同土壤水分胁迫和斜发沸石应用对花生地上部干重、根干重及根冠比的影响

不同水分胁迫(W)和斜发沸石水平(Z)花生地上部干重、根干重及根冠比经方差分析得到表2所示的结果。由表2可知，W对花生地上部干重、根干重及根冠比均有极显著影响，Z对地上部干重具有极显著影响，对根干重影响显著，但对根冠比影响不显著，Z×W交互作用显著影响地上部干重(表2)。

表2 不同水分胁迫和斜发沸石处理下花生 地上部干重、根干重及根冠比方差分析 Table 2 Analysis of variance of ground dry weight, root dry weight and root to shoot ratio of peanut under different water stress and clinoptilolite

注：表中数值表示各主因子和交互因子方差分析的F值，且*和**分别表示在P<0.05和P<0.01水平上差异显著。Rep表示区组因素。

Note: The values areFvalues of the variance analysis for each main factor and interaction factor, meanwhile *and** were significantly different atP<0.05 andP<0.01 probability level, respectively. Rep indicates block factor.

不同水分胁迫、斜发沸石水平及两者交互效应下花生地上部干重的平均值列于表3。由表3可知，水分胁迫极显著降低花生地上部干重。相比W3，W1和W2水平花生地上部干重分别降低24.00%和10.60%；随着斜发沸石的施入，花生地上部干重极显著提高了7.74%；水分胁迫和斜发沸石交互效应分析可得W3Z2，W3Z1和W2Z2花生地上部干重较大，且三者间无显著性差异，说明W2Z2可实现对花生地上部干重影响较小的情况下达到节水的目标。

表3 不同水分胁迫、斜发沸石处理及两者交互 效应花生地上部干重的平均值 Table 3 Mean ground dry weight of peanut under the combinations of different water stress and clinoptilolite and interaction effect among them

注：表中数据为平均值±标准差；不同字母表示P<0.05水平上差异显著。

Note: Satistics on the chart are made of average value ± standard deviation, while different lowercase letters significant atP<0.05 level.

不同水分胁迫和施入斜发沸石条件下花生平均根干重见图1。由图1可知，随着水分胁迫的增加，根干重显著减小，W1比W3减小45.41%，差异显著，W2比W3减小14.59%，差异不显著；施加斜发沸石根干重增加了5.91%。

图1 水分胁迫和斜发沸石对花生根干重的影响

Fig.1 Effects of water stress and clinoptilolite on root weight of peanut

不同水分胁迫对花生根冠比的影响如图2所示。由图2可知，水分胁迫程度愈大，花生根冠比愈小。W1比W3降低40%，差异显著；W2和W3花生根冠比分别为0.04和0.05，差异未达显著水平。

图2 水分胁迫对花生根冠比的影响

Fig.2 Effect of water stress on root to shoot ratio of peanut

2.2 不同土壤水分胁迫和斜发沸石应用对花生产量及产量构成因素的影响

不同水分胁迫(W)和斜发沸石水平(Z)下花生荚果产量经过裂区试验方差分析得到表4结果。从表4可知，W对花生产量的影响极显著；Z、Z*W交互作用显著影响花生的产量。Rep的显著水平为0.3714，远远大于0.05，说明试验处理的三个重复间差异较小，本试验结论稳定可靠。

表4 花生产量方差分析 Table 4 Variance analysis results for the yield of peanut

不同水分胁迫处理(W)和斜发沸石水平(Z)花生实际产量如图3所示。由图3可知，水分胁迫显著降低花生产量。其中，重度水分胁迫(W1)和中度水分胁迫(W2)花生产量相比轻度水分胁迫(W3)分别降低39.71%和7.69%。说明水分胁迫程度愈大，花生减产愈严重。施入斜发沸石花生产量提高11.52%。利用DMRT检验法对水分胁迫(W)和斜发沸石(Z)交互效应不同水平进行比较，其结果如图4所示。由图4可知：花生产量最佳组合为W3Z2(43.28±1.88 g)和W2Z2(42.37±1.04 g)，且数值上W2Z2比W3Z1花生产量降低2.10%，差异不显著。说明斜发沸石的施用能够弥补水分胁迫造成花生的减产。施加斜发沸石在中度水分胁迫条件下增产幅度达到最大，其值为25.65%，其次为重度水分胁迫下12.23%，最后为轻度水分胁迫10.38%。

图3 不同水分胁迫和斜发沸石处理花生产量 Fig.3 Peanut yield under different water stress and clinoptilolite

图4 水分胁迫和斜发沸石交互效应对花生产量的影响 Fig.4 Effects of the interaction of water stress and clinoptilolite on peanut yield表5 不同处理下花生产量性状方差分析 Table 5 Variance analysis results for the yield components of peanut

表6 不同处理对花生产量性状的影响 Table 6 Influence on peanut yield components under different treatments

注：表中数据为平均值±标准差；且每个因素不同大写字母表示P<0.05水平下显著，不同小写字母表示P<0.01水平下显著。

Note： data are shown in average value±standard deviation; capital and lowercase letters indicate significance at 0.05 and 0.01 level of probability, respetively.

对产量性状进行方差分析可知，不同水分胁迫对花生籽仁重、单株果数和饱果数均极显著影响，对饱果率具有显著影响，而水分胁迫对出仁率影响不显著(表5)。斜发沸石的施用极显著影响花生籽仁重，显著影响饱果率和出仁率。同时，利用DMRT检验法对水分胁迫和斜发沸石两个主效应不同水平进行比较，其结果如表6所示。由表可知：(1) 花生籽仁重随水分胁迫程度的增加而减少，且相比W3，W1和W2花生籽仁重分别降低43.27%和12.53%，水平间差异显著；花生单株果数和饱果数也随水分胁迫程度增加而减少，但W2同W3差异不显著；花生饱果率W2水平最大为85.41%。(2) 施加斜发沸石显著增加花生籽仁重、饱果率和出仁率，分别提高了6.77%、8.11%和2.89%。

通过比较花生理论产量和产量构成指标间相关系数，如表7，可以得到花生实际产量同籽仁重、单株果数和饱果数极显著正相关，同饱果率显著正相关性，同出仁率呈负相关。综合方差分析和相关分析结果可得，产量各构成指标对产量的影响从大到小排列依次为：籽仁重、饱果率、单株果数、饱果数、出仁率。由此结合水分胁迫和斜发沸石交互效应对花生产量构成各指标的影响，W2Z2处理花生获得最佳产量构成。

表7 花生理论产量和产量性状的相关性 Table 7 Correlation coefficients among peanut theoretical yield and yield components

注：*和**分别表示在0.05和0.01水平上显著相关。

Note: * and ** indicate significant relevant at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

2.3 不同土壤水分胁迫和斜发沸石应用对花生灌水量及水分利用效率的影响

不同水分胁迫和斜发沸石应用处理花生灌水量和水分利用效率方差分析结果如表8所示。由表8可知，水分胁迫对花生产量及水分利用效率影响极显著；斜发沸石的施用显著影响花生产量及水分利用效率，对花生灌水量影响不显著；水分胁迫和斜发沸石的交互效应仅对花生产量具有显著影响。

对两个主效应运用DMRT进行两因素不同水平间差异显著性分析得到表9。由表9可知，施用斜发沸石能够极显著提高花生产量，因其对花生灌水量影响不显著，最终显著提高花生水分利用效率，Z1比Z2水分利用效率提高15.52%，差异显著；不同水分胁迫对花生水分利用效率影响不同。中度水分胁迫(W2)花生水分利用效率最大(1.50±0.21 g·L-1)，其次为轻度(W3)和重度水分胁迫(W1)，其值分别为1.42±0.08 g·L-1和1.18±0.13 g·L-1，另外W2比W1、W3花生水分利用效率分别提高了25%和13.51%。随着水分胁迫程度不断加重，花生灌水量不断减少，即W3>W2>W1，且W1比W2、W3分别减少3.68 L和8.08 L灌水量。

表8 花生产量、灌水量及水分利用效率裂区方差分析 Table 8 Variance analysis results for yield, irrigation amount and water use efficiency of peanut

注：表中数值表示各主因子和交互因子方差分析的F值; *和**分别表示在P<0.05和P<0.01水平上差异显著。

Note: the values are F values of the variance analysis for each main factor and interaction factor; * and ** were significantly different atP<0.05 andP<0.01 level.

表9 不同处理对花生水分利用效率的影响 Table 9 Influence on average peanut water use efficiency under different treatments

3 讨 论

3.1 不同水分胁迫和斜发沸石应用对花生地上部干重、根干重及根冠比的影响

为了说明不同水分胁迫和斜发沸石对花生地上部干物质、根干重及根冠比的影响，根据三者的方差分析(表2)可知，花生地上部干重随着水分胁迫的增加而极显著降低，重度和中度水分胁迫下花生地上部干重分别为28.03±3.29 g和32.97±0.89 g，分别比轻度水分胁迫花生地上部干重(36.88±0.34 g)降低24.00%和10.60%。斜发沸石的施入极显著提高花生地上部干重，提高幅度达7.74%，说明斜发沸石能够缓解水分胁迫。同时，两者交互效应分析结果可知W3Z1、W3Z2和W2Z2三个处理花生地上部干重最佳，但考虑增加幅度，推选W2Z2为获取地上部干重最优处理。根系作为植物吸收水分和养分的主要器官，也是最早感受土壤干旱的器官，根干重的大小侧面反映花生吸收水分和养分能力大小。由图1可知，水分胁迫显著降低花生根干重，相比轻度水分胁迫，重度水分胁迫花生根干重减少了45.41%，差异显著，而中度水分胁迫减小了14.59%，差异不显著。花生根干重在施加斜发沸石后增加了5.91%，说明斜发沸石可能通过自身缓释肥及自身所含有特殊结构沸石水的释放，调节土壤水分胁迫以此减缓水分胁迫对花生根干重的影响。同时，根冠比受水分胁迫的影响规律与根干重相同，而施加斜发沸石对其无显著影响，可能后期复水刺激花生植株干旱补偿机制所致。综上所述，为实现花生节水高产的生产目标，需要获取适宜的地上部干重作为指标来预测最佳产量，由此推荐中度水分胁迫和施加斜发沸石处理组合获取最佳地上部干重、根干重及根冠比。

3.2 不同水分胁迫和斜发沸石应用对花生产量及产量性状的影响

为了说明不同水分胁迫和斜发沸石对花生产量的影响，根据花生产量的方差分析(表4)和DMRT分析结果(表5)可知，花生产量因施用斜发沸石而增加，且施加斜发沸石比不施加斜发沸石花生产量提高11.52%。随着水分胁迫程度不断减轻，花生产量不断提高；轻度水分胁迫相比重度、中度水分胁迫花生产量提高39.71%和7.69%。随着斜发沸石的施用，极大缓解水分胁迫对花生的减产效应，由图4可知，斜发沸石的应用提高花生水分胁迫条件下的产量，且中度水分胁迫花生产量增加了25.65%，达到增产幅度最大值，而轻度水分胁迫花生增产最少，仅提高10.38%，该结果同陈涛涛[16]研究基于斜发沸石水氮耦合对水稻产量影响结论一致。另外，作为与花生产量极相关的籽仁重，随着水分胁迫程度的增大而减少，相比轻度水分胁迫，重度和中度水分胁迫花生籽仁重分别降低了43.27%和12.53%，由此减轻水分胁迫对花生籽仁重的损失效应是提高花生产量的关键。斜发沸石的施用显著提高了花生籽仁量，其值达6.77%；其次为饱果率和出仁率，分别提高了8.11%、2.89%。因此，花生生产中施加斜发沸石能够缓解水分胁迫对花生产量带来的影响。同时，水分胁迫和斜发沸石交互效应分析表明，W2Z2处理能够获得最佳花生产量，且该条件下花生增产幅度最大，考虑产量构成因素同样推荐W2Z2处理获得最佳产量构成。研究表明，沸石能够作为土壤水分控制器缓慢释放和吸收水分子，以此来防止根病变和缓解干旱周期[12]，改善作物受到水分胁迫时生长状况，降低水分胁迫对产量的减少。陈涛涛等研究施用斜发沸石水氮耦合效应对水稻产量影响得出，斜发沸石结合能量调控灌溉能够从本质上缓解氮肥流失，提高土壤截留释水能力，最终提高水稻产量[16]。周宝库研究发现沸石与化肥混施，在等量的化肥中，施加沸石比不施加沸石，能使玉米、水稻、大豆的产量分别提高7.1%～11.8%、8.6%～11.4%、6.5%～12.8%[17]。Kavoosi研究得出水稻生产中施用10 t·hm-2斜发沸石能显著增加水稻产量[20]。综上所述，中度水分胁迫和斜发沸石施用能够极大缓解水分胁迫对花生带来的减产效应，获得最佳产量及产量构成。

3.3 不同土壤水分胁迫和斜发沸石应用对花生灌水量及水分利用效率的影响

不同水分胁迫和斜发沸石对花生全生育期灌水量及水分利用效率的影响不同。由表8可知，花生全生育灌水量仅受水分胁迫的显著影响，且由表9可知水分胁迫愈大，花生全生育期灌水量愈少，灌水量减少幅度最大可达27.80%；而斜发沸石对花生全生育期灌水量影响较小。虽然全生育期灌水量是花生生产栽培中人们所关注的一个直接关联节水目标的重要指标，但是水分利用效率更能反映花生节水增产生产目标实现的关键指标。由方差分析(表8)和显著性检验(表9)可知，中度水分胁迫花生水分利用效率均最高，其值分别为1.50±0.21 g·L-1，其次为轻度水分胁迫(1.42±0.08 g·L-1)，最低为重度水分胁迫(1.18±0.13 g·L-1)；施用斜发沸石处理，花生水分利用效率为2.01±0.26 g·L-1，提高了36.49%，说明斜发沸石的施用可以弥补水分胁迫对花生带来的影响。水分胁迫和斜发沸石交互效应对花生水分利用效率影响虽然不显著，但从数值上W2Z2处理花生水分利用效率最大，其值为1.68±0.09 g·L-1，说明中度水分胁迫下，斜发沸石的补偿效应发挥最佳；轻度水分胁迫下斜发沸石的应用降低花生对水分利用效率，原因可能由于斜发沸石的施用改善花生生长环境，借其较强的阳离子交换能力为花生提供生长所需的营养物质，导致其奢侈蒸腾较强，降低水分利用的效率。作物生产中，评估其水分生产效率已经量化为作物实际产量和水分消耗的比值[21]，水分胁迫对花生产量和耗水量的影响均极显著，水分胁迫程度愈大花生减产愈严重，消耗水量愈少，但水分利用效率并不一定与其呈正相关，只有适度水分胁迫才能够调节使花生对水分利用效率最大化；斜发沸石施入土壤能够促进土壤机构合理化，改善土壤物理性质，益于固氮微生物和豆科植物固氮菌的固氮作用发挥正效应[22]，另外，斜发沸石自身所含有少量自由结构水分子，随着外界环境变化能够自由释放和吸附，由此中度水分胁迫和斜发沸石的应用花生对土壤中水分的利用效率最高。

由于本试验是在滑动遮雨棚下进行的盆栽试验，不可避免地忽略气象条件及花生生长环境局限性对试验结果的影响，笔者正在对其进行测坑和大田相关系统试验研究以排除其他因素影响；另外本文中的试验结果由一年盆栽试验数据分析所得，尚需进行进一步试验。

4 结 论

需水关键期不同水分胁迫显著降低花生产量，而土壤中施用斜发沸石能够减缓该时期干旱对花生产量的负面影响，且中度水分胁迫条件下施入斜发沸石花生增产25.65%，增产潜力最大；另外，斜发沸石的施用，能够减少花生生长时期无效水损失，提高花生对水分的利用效率，且中度水分胁迫和斜发沸石应用花生的水分利用效率数值上最高，其值为1.68±0.09 g·L-1。由此推荐中度水分胁迫和施用斜发沸石作为实现花生节水增产目标的最优组合。

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