华南地区不同粒数穴播方式对花生籽仁发育的影响

董永龙尉 婧张佳蕾陈婷婷曾瑞儿王鑫悦王蕾迪万书波*张 雷*

(1.华南农业大学农学院,广东 广州 510642; 2.山东农业科学院生物技术中心,山东 济南 250100)

花生是我国重要的油料和经济作物。我国花生平均年产量约1450万t[1],远不能满足国际市场需求。花生的持续增产对保障我国食用油脂安全具有重要意义[2]。改进栽培技术是提高花生产量的重要途径,目前花生生产仍采用传统的双粒穴播栽培模式,而一穴双株或三株之间过窄的株距易造成植株间对有限的光、热、肥、水资源的竞争[3],个体发育受限制,生育中、后期群体环境恶化,导致叶片过早衰老,影响花生产量的进一步提高[4-5]。此外,常规双粒穴播用种量占花生总产的10%左右。用种投入资金占农资投入量的40%～50%[6]。单粒精播技术在节种20%的情况下仍能增产约10%[7]。在提高花生产量的情况下,又能减少种子用量可达到提高经济效益的目的。

王才斌等[8]认为,在高产条件下,将一穴双粒种植改为单粒种植可充分发挥单株生产力,更有利于提高单位面积产量。冯烨等[9]研究表明,单粒精播可充分发挥花生植株生产潜力,增加荚果干物质积累。籽仁的发育状况是影响花生单位面积产量的重要因素。通过研究不同种植模式与密度的籽仁发育状况,为花生高产、优质栽培提供参考。

双粒或三粒穴播,较单粒精播可有效减少缺苗断垄的发生,但双株之间过窄的株距及较大的播种密度易造成植株间竞争加剧,密度是影响花生群体产量的关键因素,在保证花生高密度前提下,要减轻株间竞争,保证结实范围不重叠,根系尽量不交叉。研究表明单粒精播模式下,密度过高或过低都会降低单位面积产量[5]。通过研究籽仁发育状况,探讨单粒精播播种模式最适宜播种密度。

目前,有关花生不同时期籽仁脂肪含量及脂肪酸组分变化已经进行了研究[10-12],但针对不同播种模式与密度处理不同时期荚果和籽仁干鲜质量变化规律的研究鲜见相关报道。因此,本研究通过分析不同种植模式与密度条件下的荚果和籽仁发育动态和产量及其构成因素的动态变化,同时结合籽仁发育过程脂肪和蛋白质含量的动态变化进行描述,探究不同种植模式和单粒精播不同密度下花生籽仁发育的动态过程。

1 材料与方法

1.1 试验材料和设计

供试花生品种为花育22号(HY22)和花育39号(HY39),于2019年在广东省广州市华南农业大学教学科研基地的高产田中进行。试验田为地势平坦、灌排良好、土壤肥沃的壤土高产田,前茬作物为红薯。3月15日播种,7月20日收获,全生育期125 d左右。起垄栽培,垄距85 cm,垄面宽55 cm,垄高20 cm,垄上播种两行,垄上小行距30cm,播深4 cm。试验设单粒、双粒和三粒穴播3种种植模式。单粒穴播(S1)株距8cm,每穴1粒,种植密度19617株/667m2;单粒精播(S2)株距10cm,每穴1粒,种植密度15694株/667 m2;单粒精播(S3)株距12cm,每穴1粒,种植密度13078株/667 m2。双粒穴播(CK)穴距20cm,每穴两粒,种植密度9808穴/667 m2;双粒穴播(D1)穴距16cm,每穴两粒,种植密度7847穴/667 m2。三粒穴播(T)穴距20cm,每穴三粒,种植密度7847穴/667 m2,共6种不同的处理,3次重复,共18个小区。各处理施肥水平相同,肥料基施,N肥用尿素,P 肥用过磷酸钙,K肥用硫酸钾(氮、磷、钾之比为12∶17∶17)。其他田间管理措施同高产田。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 荚果、籽仁鲜质量和干质量动态发育调查

自花生进入开花期,标记刚接触土壤的果针,分别在果针入土后17、24、31、38、45、52、59、66d挑选长势相同的双仁果10个,每次称量3个,三次重复。之后剥开取其中长势相同的籽仁,每次称量5颗,三次重复。然后自然风干称质量,每次称量5颗,三次重复。

1.2.2 籽仁动态品质测定

采用近红外谷物分析仪(DA 7250, Botong,Sweden)测定籽仁粗脂肪、粗蛋白及油酸干基含量。

1.2.3 产量构成因素测定

各处理收获后,考察单株结果数、百果质量、百仁质量及出仁率。每处理随机选择10株测产,并换算成单位面积产量。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2010处理数据,IBM SPSS Statistics 24进行相关性分析,Origin 9.0作图。

2 结果与分析

2.1 不同播种模式对花生荚果鲜质量动态变化的影响

由图1可知,各处理花生荚果鲜质量变化呈“快—慢”增长的趋势。果针入土17～66d期间,两品种荚果鲜质量变化趋势基本一致。单粒精播种植模式的荚果鲜质量明显高于双粒和三粒穴播。

果针入土后38d前是不同处理荚果鲜质量积累速率差异最大的时期。果针入土31d达最大值,此后基本不变。31d前两品种的S1,S2,S3处理荚果鲜物质累积速率分别为0.072、0.077、0.079g/d和0.109、0.117、0.123g/d,相比CK分别快9.17%、16.48%、19.17%和4.43%、12.12%、18.21%,均达显著水平。不同密度单粒精播的三个处理随种植密度的增加,荚果鲜物质积累速率减慢。果针入土66d,两品种荚果鲜质量S1、S2、S3分别为2.25、2.40、2.45g和3.67、3.86、3.92g,随着种植密度的增加收获期荚果鲜质量下降。收获期S2和S3荚果鲜质量均显著高于双粒和三粒穴播;且HY22号的荚果鲜质量明显高于HY39。单粒精播在果针入土后,由于株间距离大、竞争小,荚果鲜物质动态发育状况明显优于双粒和三粒穴播;同时,播种密度的降低也有利于荚果鲜物质累积。

2.2 不同播种模式对花生籽仁鲜质量动态变化的影响

由图2可知,各处理花生籽仁鲜质量变化呈“快—慢”增长的趋势,与荚果鲜质量的动态变化趋势基本一致。不同播种模式有明显差异。整体上来说,单粒精播相对于双粒和三粒穴播有明显优势。

HY39和HY22在果针入土17～38 d,是籽仁鲜物质快速积累的阶段。果针入土38d之前是不同处理间籽仁鲜质量差异最大的时期。单粒精播的籽仁鲜质量增加速度明显快于双粒和三粒穴播;52d后,不同处理间籽仁鲜质量均缓慢增加;单粒精播种植模式籽仁鲜物质累积优于双粒和三粒穴播。果针入土66d,两品种籽仁鲜质量单粒精播(S1,S2,S3)分别比鲜质量最低的三粒穴播(T)提高2.91%、7.06%、10.72%和16.17%、21.37%、27.73%。单粒精播种植模式不同密度处理种植密度增加,收获期籽仁鲜质量增加。S2和S3处理的籽仁鲜质量最大,均显著高于传统的CK和T处理;且HY22的籽仁鲜质量明显高于HY39。单粒精播在果针入土后,由于植株间竞争小,导致籽仁在前期的发育明显高于双粒和三粒穴播;同时,播种密度的降低也有利于籽仁鲜物质累积。

图2 不同播种模式对花生籽仁鲜质量动态变化的影响Fig.2 Effect of different sowing modes on fresh mass of peanut kernel during development

2.3 不同播种模式对花生籽仁干质量动态变化的影响

由图3可知,籽仁干物质积累总体呈现“慢—快—慢”增长的趋势。籽仁形成初期(果针入土17d)至果针入土24d籽仁干物质积累缓慢。果针入土24d籽仁干物质积累迅速增加,一直持续到饱果期(果针入土52d),之后缓慢积累。

果针入土17d,不同处理之间的干物质积累量差异较小,随着生育进程的推进,HY39从果针入土24d开始,不同处理的花生籽仁干物质累积差异明显,其中S2和S3处理均明显优于其他处理,而HY22在整个籽仁发育时期,其干物质累积差异较小。总体上看,收获期籽仁干物质量最大的处理均是S2和S3处理,单粒精播种植模式下密度增加则籽仁干质量增加,表明单粒精播下花生籽仁干物质积累均优于双粒和三粒穴播,同时,播种密度的降低也有利于籽仁干物质累积。

图3 不同播种模式对花生籽仁干质量动态变化的影响Fig.3 Effect of different sowing modes on dry mass of peanut kernel during development

2.4 不同播种模式对花生籽仁品质动态变化的影响

2.4.1 不同播种模式对花生籽仁脂肪含量动态变化的影响

由图4可知,花生籽仁脂肪含量在籽仁发育中呈“慢—快—慢”的增长趋势。单粒精播种植模式脂肪含量显著高于双粒和三粒穴播。果针入土24～45d,两花生品种脂肪含量均迅速增加,HY39和HY22单粒精播种植模式S1、S2、S3处理脂肪含量分别提升11.3%、10.2%、10.1%和8.7%、9.3%、9.0%,比CK处理分别快19.95%、8.48%、7.49%和17.82%、25.39%、23.00%,均达到显著水平;单粒精播不同密度的三个处理S2和S3脂肪含量最高,籽仁脂肪含量随着种植密度的增加而增加。果针入土38d,HY39的增加速率明显高于HY22,但累计速率均降低。不同处理间比较发现,两个品种均以S2和S3处理的籽仁脂肪含量最高,表明低密度单粒精播种植模式有利于籽仁发育过程中脂肪含量的累积。

图4 不同播种模式对花生籽仁脂肪含量动态变化的影响Fig.4 Effect of different sowing modes on fat content in peanut kernel during development

2.4.2 不同播种模式对花生籽仁粗蛋白含量动态变化的影响

由图5可知,花生籽仁蛋白质含量随着籽仁的发育呈现“快—慢”的减少趋势。果针入土后的前38 d,蛋白质含量均迅速减少。果针入土52d后,蛋白质含量缓慢减少,HY39和HY22蛋白质含量的变化趋势大致相同。从不同处理上看,果针入土17d单粒精播S2和S3蛋白质含量最多;收获期单粒精播种植模式蛋白质含量明显低于传统双粒或三粒穴播。不同密度单粒精播S1、S2、S3蛋白质含量分别为21.13%、20.45%、20.46%和20.63%、19.11%、18.49%,随着密度的增加而增加。表明低密度单粒精播种植模式促进籽仁发育过程中蛋白质含量的下降,导致蛋白质含量下降。

表1 不同播种模式对花生产量和产量构成因素的影响Table 1 Effect of different sowing modes on yield and yield components of peanut

2.5 不同播种模式对花生产量和产量构成因素的影响

由表1可知,单粒精播处理的单株结果数、百果质量、百仁质量和荚果产量均显著高于双粒穴播和三粒穴播,其中S2处理的单株结果数和荚果产量最高,比双粒穴播(CK)和三粒穴播(T)分别提高了25.00%、33.98%和97.74%、41.61%;S2、S3单株结果数、百果质量、百仁质量和荚果产量都显著高于S1,单粒精播种植密度增加则产量及其构成因素减少,但相比较下S2的荚果产量则显著高于S3。

不同品种间其变化趋势基本一致。HY39的百果质量和百仁质量明显低于HY22,这与试验设计时考虑到大粒和小粒花生品种的发育过程有关。说明改双粒或三粒穴播为单粒精播,同时要结合适宜的密度才能最大限度提高产量。

3 讨论与结论

花生荚果的发育过程大致可分为两个阶段。第一个阶段为自果针入土大约一个月,在此期间荚果鲜质量迅速增加到最大[13]。本试验研究发现,果针下针后的前31 d,主要为荚果的果壳增大为主,鲜质量也迅速增加,籽仁的发育稍晚于果壳,荚果形成后10 d内为籽仁发育最快的时间,以后则以稳定的速度增大。第二阶段则是自果针入土一个月至成熟。这个阶段荚果鲜质量基本不变,主要表现为籽粒饱满,籽粒干质量迅速增加[14]。这个阶段果壳逐渐变薄[15-16],而荚果内皮逐渐变干[17]。本试验研究发现,果针入土31 d至成熟荚果鲜质量基本不变,主要表现为籽仁充实,荚果鲜质量不再增大,籽仁干质量迅速增加。这与禹山林等[18]的结论一致。

由此可见,荚果形成的第一个阶段(自果针入土一个月前)是关键时期,该时期决定花生籽仁的发育状况,是影响最终产量的重要因素。本研究结果表明,不同的种植模式下,单粒精播种植模式在果针入土后,由于株间距离大、竞争小,前期的荚果发育状况显著优于双粒或三粒穴播;为之后籽仁发育建立优势。花育39号和花育22号单粒精播种植模式相比于双粒或三粒穴播对荚果和籽仁鲜质量增加有着明显的促进作用。单粒精播因为荚果发育空间充足,竞争小,相比于双粒或三粒穴播,更有利于荚果的体积膨大以及鲜质量增大。这与张佳蕾[19]等研究结果一致。花生籽仁干物质积累的过程中总体呈现“慢—快—慢”增长的趋势。籽仁快速发育时期(果针入土24～52 d)由于荚果发育优势,单粒精播种植模式籽仁快速发育时期显著优于双粒或三粒穴播。成熟期单粒精播籽仁S2和S3干物质质量明显优于传统的双粒或三粒穴播,说明单粒精播种植模式可以促进籽仁干物质积累。

籽仁脂肪含量变化过程基本可以划分为初始积累、快速积累和稳定积累三个阶段,脂肪积累主要集中在前两个阶段[20]。李宝龙等[21]研究也表明,随着花生籽仁的发育成熟,脂肪酸总量在不断持续增加,越是发育饱满的籽仁,脂肪酸含量越高。本试验研究发现,随着籽仁不断成熟,粗脂肪含量总体呈现“慢—快—慢”的增长趋势,与前人研究结果一致。蛋白质含量呈现“快—慢”的减少趋势。花生籽仁的蛋白质含量和粗脂肪含量呈负相关。单粒精播脂肪含量显著高于双粒或三粒穴播,而蛋白质含量显著低于双粒或三粒穴播。说明单粒精播种植模式在籽仁发育过程中对脂肪积累有促进作用,而对蛋白质积累有抑制作用,种植密度越低越显著。一些研究者认为种植模式和密度对花生仁的蛋白质和脂肪含量没有显著影响[22-23],与本研究结果不同,这可能与试验中设定的不同品种和不同密度范围有关,种植密度对花生品质影响的机理有待进一步深入研究。

种植密度的差异会影响植物对自然资源如光照、温度等的竞争强度,最终影响生产力,密度决定个体对地下水肥资源和生长空间的竞争强度,进而影响各器官的形态结构,高密度使个体空间变小,光合能力降低[24-25]。本试验对单粒精播模式下密度对花生荚果发育、籽仁发育、品质变化因素进行综合分析,结果表明在一定密度范围内,荚果的鲜质量、籽仁的鲜干质量、脂肪含量均随密度的增加而降低,且在高密度下籽仁的发育会受到抑制。种植密度过高会抑制籽仁发育,而密度过低则减少其单位面积株数,导致降低单位面积产量。因此,研究发现,单粒精播播种模式下中密度不但可以促进籽仁发育,同时可以增加单位面积株数,进而提高产量。

花生单位面积产量由种植密度、单株结果数、和果质量三个因素构成[26]。荚果和籽仁的发育状况很大程度决定荚果饱满率和果质量。本试验研究发现,从荚果产量分析,花育39号和花育22号各处理间均表现为中密度单粒精播处理花生产量最高,这与梁晓艳等[27]研究结果一致。原因在于合理的播种模式及适宜的种植密度充分发挥了花生的单株生产力,充分发挥了荚果和籽仁的发育潜能,最适的栽培密度能够显著提高花生的产量[28]。本试验研究表明单粒精播的条件下的百果质量、百仁质量和出仁率均显著高于双粒穴播和三粒穴播。因为单粒精播处理下,籽仁发育动态状况优于双粒或三粒穴播,导致单粒精播籽仁的干物质量和品质含量明显优于传统的双粒或三粒穴播,进而百果质量、百仁质量和出仁率均显著高于双粒穴播和三粒穴播。

综上所述,在华南地区单粒精播下花生在荚果发育、品质和产量都显著优于传统的双粒穴播和三粒穴播,其最合适的单粒精播种植密度为每667m2播种15694穴,即株距为10cm的单粒精播模式。采取适宜密度的单粒精播栽培模式,在一定程度上可以改善花生品质和产量及其构成因素,创新了花生的播种模式,这是一项提高花生经济效益的实用技术,为花生产业节约成本和增效技术的研究提供了理论依据。