不同保水剂用量对花生发育及氮素积累的影响

张 俊，郝 西，朱亚娟，臧秀旺，刘 娟，张佳蕾，张 曼，崔亚男，汤丰收*，董文召

(1.河南省农业科学院经济作物研究所,河南 郑州450002；2.驻马店市农业科学院,河南 驻马店463000；3.山东省农业科学院生物技术研究中心,山东济南250100)

花生是我国重要的油料作物和经济作物,年均总产约占油料作物总产的48%[1]。全国约有70%的花生种植在瘠薄的干旱半干旱地区或河流古道、滩涂沙地,多为土壤颗粒粗、有机质含量低,保水保肥能力较差的砂质土壤[2],花生长势较弱,后期易脱肥早衰,导致产量低而不稳、种植效益低,产量水平多在3000kg/hm2左右。

花生虽然耐旱性较强,但长期少雨、季节性干旱仍是限制花生产量提高的重要生态因子[3]。除引起减产外,干旱导致品质下降,碘值升高,黄曲霉毒素污染加重,胚发育受阻,种子发芽率降低,病虫害发生加重,并且显著降低花生的固氮能力,限制其培肥地力的作用。

土壤保水剂是具有超强吸水和保水能力的高分子聚合物,是土壤的良好胶结剂,能改善土壤结构,促进团粒的形成[4-5],调节土壤水、热、气状况,提高作物水肥利用率,从而达到节水增产的目的[6]。关于保水剂的研究已有大量报道,主要集中在马铃薯、小麦、园林树木等应用保水剂种类[7-8]、施用方法[9-10]等,而关于保水剂对花生根系及氮素积累等的研究较少。本研究拟通过盆栽试验,探明不同保水剂施用量对花生生长发育及产量品质的影响,以确定旱薄地花生施用土壤保水剂的适宜用量,为促进旱作区花生高效用水提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年在河南省农业科学院原阳试验基地进行,供试花生品种为豫花9326,由河南省农业科学院经济作物研究所育成；保水剂品牌为“长绿”,颗粒状,p H 7.10。

1.2 试验方法

试验采用防雨棚下盆栽砂培种植,设5个保水剂施用量(0、15、30、45、60kg/hm2),施用方法为基施。每盆留苗1棵,每处理播种50盆。各处理均足墒播种,5月15日播种,9月12日收获期。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤保水能力测定

采用托普TZS-II型土壤水分速测仪每2d测1次各处理0～10cm土壤水分含量。

1.3.2 叶片叶绿素含量及净光合速率测定

于花生齐苗后,每隔20d,选择各处理长势均匀的植株5株,用万深叶面积仪测定倒三叶叶面积,用LI-6400光合仪测定倒三叶净光合速率。

1.3.3 植株性状测定

花生齐苗后,每隔20d,选择各长势均匀的植株5株,调查主茎高、侧枝长等。后于105℃杀青,之后75℃烘至恒质量,调查干物质积累量。

1.3.4 根系形态测定

花生齐苗后,每隔20d,选择各处理长势均匀的植株5株,完整挖出后冲洗干净,用WinRHIZO根系扫描系统分析根系形态参数。

1.3.5 氮含量测定

收获后将各器官分开,用格哈特VAP50S全自动凯氏定氮仪测定各器官氮素含量。

1.3.6 产量品质测定

收获晾干后调查单株生产力,并测定品质。

1.3.7 数据处理

用Excel和DPS(Data Processing System)对试验数据进行统计分析及作图。

2 结果与分析

2.1 不同保水剂施用量对土壤保水能力的影响

施用保水剂可有效保持土壤含水量(图1),土壤保水能力随保水剂用量的增加而提高。不施保水剂处理,20 d后,土壤含水量降至20%,施用保水剂后,土壤含水量均在30%以上,其中施用保水剂45kg/hm2、60kg/hm2处理含水量均保持在40%以上。至40d后,施用保水剂45kg/hm2、60kg/hm2两处理含水量均在25%以上,表现出较好的保水能力,且45kg/hm2、60kg/hm2两处理保水能力差异不显著。

2.2 不同保水剂施用量对叶面积和光合速率影响

从图2、图3可以看出,施用保水剂,可提高功能叶片的叶面积和净光合速率,且叶面积和净光合速率随保水剂施用量的增加而增大。

随生育进程的推进,叶面积在60～80 d达到最大值,之后至收获,叶面积略有下降,各处理功能叶片叶面积比对照分别增加4.40%、8.08%、12.08%、15.40%。至120d时,施用保水剂60kg/hm2处理保水效果最显著,叶面积较对照增加19.27%；施用保水剂45kg/hm2处理效果次之,较对照增加了18.50%,二者效果差异不显著。

施用保水剂提高了叶片的净光合速率,整个生育期内,施用保水剂处理叶片净光合速率均高于不施保水剂对照,此规律在前期和后期效果更明显,40d时,施用保水剂后功能叶净光合速率平均为28.31μmol·m-1·s-1,对照功能叶净光合速率为21.42μmol·m-1·s-1,其中施用保水剂60kg/hm2净光合速率为30.85μmol·m-1·s-1,施用保水剂45kg/hm2净光合速率为29.32μmol·m-1·s-1；120d时,施用保水剂后功能叶净光合速率平均为27.05μmol·m-1·s-1,对照功能叶净光合速率为19.85μmol·m-1·s-1,其中施用保水剂60kg/hm2净光合速率为28.88μmol·m-1·s-1,施用保水剂45kg/hm2净光合速率为28.31μmol·m-1·s-1。

图1 不同处理对土壤含水量的影响Fig.1 Effect of different treatments on soil moisture content

图2 不同处理对叶面积的影响Fig.2 Effect of different treatments on leaf area

图3 不同处理对叶片净光合速率的影响Fig.3 Effect of different treatments on leaf net photosynthetic rate

2.3 不同保水剂施用量对根系发育的影响

土壤含水量的不同,影响了根系的发育,在根长、根表面积、根体积、根尖数等方面均有所体现。根系发育不同在根尖数上表现最为明显,进而影响了根长、根体积和根表面积(图4)。

生育期的前60d,为花生根系发育最快的时期,80～120d,根系发育相对较缓。施用保水剂60kg/hm2处理的根系最为发达,45kg/hm2处理次之,不施保水剂处理的根系最弱。至收获期,施用保水剂60kg/hm2处理的花生根长、根表面积、根体积、根尖数分别较对照(0kg/hm2)增加了56.88%、35.83%、32.37%、35.56%；施用保水剂45kg/hm2处理的根长、根表面积、根体积、根尖数分别较对照(0kg/hm2)增加48.98%、23.88%、24.21%、28.59%。

2.4 不同保水剂施用量对植株发育的影响

施用保水剂后,植株主茎高、侧枝长均有不同程度增加(图5)。施用保水剂60kg/hm2处理的主茎高、侧枝长分别较对照(0kg/hm2)增加了22.61%、21.54%。

图4 不同处理对根系形态的影响Fig.4 Effect of different treatments on root morphology

图5 不同处理对植株形态的影响Fig.5 Effect of different treatments on plant morphology

施用保水剂,提高了土壤含水量,各器官对水分的吸收量亦增加,且促进了器官生长及干物质积累。随施用保水剂量的增加,各器官含水量和干物质积累量增加(图6、图7)。收获期,施用保水剂60kg/hm2处理,叶、根的含水量、干物质积累分别较对照提高22.62%、19.54%、41.10%、33.08%；施用保水剂45kg/hm2分别较对照提高17.01%、13.00%、27.29%、23.14%。

图6 不同处理对器官含水量的影响Fig.6 Effect of different treatments on organ water content

图7 不同处理对器官干物质积累的影响Fig.7 Effect of different treatments on organ dry matter accumulation

2.5 保水剂施用量对不同器官氮含量的影响

表1可见,不同器官中比较,氮主要在籽仁和叶中积累,在果壳和茎中最少。施用保水剂促进了氮素的积累,各器官表现一致,其中在根、茎、籽仁中的增幅较大,在果针中的增幅较小。施用保水剂60kg/hm2对氮含量增幅效果最显著,其中籽仁、茎、果针含氮量较对照分别提高52.97%、45.59%和11.53%；施用保水剂45kg/hm2对氮含量增幅效果次之,其中籽仁、茎、果针含氮量较对照分别提高47.81%、41.22%、9.45%。

表1 不同处理对花生各器官氮含量的影响/%Table 1 Effect of different treatments on nitrogen content of peanut organs

2.6 不同保水剂施用量对花生产量、品质的影响

表2可见,施用保水剂后,单株结果数和单株生产力增加,其中施用60kg/hm2和45kg/hm2两处理较对照单株结果数、单株生产力分别增加5.45个、34.45%和3.53个、29.26%。施用量在0～15kg/hm2时单株生产力增幅最大(15%),施用量提高到45～60kg/hm2时,单株生产力增幅最小(5%)。脂肪、蛋白及油酸含量随保水剂施用量的增加而增加,而亚油酸含量随保水剂用量的增加而减少。

表2 不同处理对花生产量及品质的影响Table 2 Effect of different treatments on yield and quality of peanut

3 讨 论

我国主要花生产区多位于旱作地区,虽然地膜覆盖技术可起到较好的增温保墒和增产效果[11-12],但塑料地膜的连续使用易造成“白色污染”,导致生态环境的恶化。保水剂因其较高的吸水和保水能力,符合节水农业绿色发展的要求,已在园艺、林业、农业等多学科和马铃薯、玉米、小麦等多作物上进行了研究与应用[13-18],部分结果表明,施用保水剂可促进茎叶等营养器官的生长,还可促进作物产量和水分利用率的提高。

本研究表明,旱薄地花生种植中,施用保水剂可有效改善花生生育期内土壤水分状况,减缓土壤水分散失,长效保持土壤适宜含水量,从而促进植株生长,增强叶片功能,提高器官氮积累量及产量。保水剂的施用效果随用量的增加而增加,当保水剂施用量从15kg/hm2提高到45kg/hm2时,增幅显著,但施用量从45kg/hm2增加到60kg/hm2时,增幅减弱,因此建议旱薄地花生的保水剂施用量为45 kg/hm2。

4 结 论

本研究中,施用保水剂可促进植株生长,增强叶片功能,提高器官氮积累量及产量,当保水剂施用量在45～60kg/hm2时,对单株结果数、单株生产力等提高效果最好,且按照降低投入的原则,旱薄地花生的保水剂施用量为45 kg/hm2。