楊堅(jiān)群，甄曉宇，栗鑫鑫，劉兆新，劉 妍，姚 遠(yuǎn)，楊東清，李向東

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安 271018)

連作障礙是常見的栽培問題，緩解連作障礙是提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要方式之一[1-2]?；ㄉ鳛榈湫筒荒瓦B作作物，多年連作會限制花生的生長發(fā)育，減弱光合作用，阻礙干物質(zhì)積累，降低植物營養(yǎng)水平，增加病蟲害發(fā)生幾率[3-7]。緩解花生連作障礙的措施主要有輪作換茬、翻轉(zhuǎn)深耕、土壤消毒、合理施肥和選用耐連作品種等[8]。近年來，隨著農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的推進(jìn)，調(diào)減玉米種植面積，使玉米花生間作迅速發(fā)展起來[9]。經(jīng)研究表明玉米花生間作有顯著的綜合優(yōu)勢，合理作物群體的空間搭配，改善田間小氣候，提高水分和光能利用效率，改善群體營養(yǎng)元素的吸收利用，提高復(fù)種指數(shù)和土地利用效率等[10-13]。前人對緩解連作障礙的研究多集中在輪作換茬，但通過玉米花生間作方式緩解連作障礙鮮有報(bào)道。

本試驗(yàn)在多年花生連作地上，以多年連作花生(DDH)為對照，通過兩年玉米花生間作種植(TJZ)和兩年玉米花生輪作種植(TLY)，探究不同耕作方式花生的生長發(fā)育、生理生態(tài)特性及產(chǎn)量品質(zhì)的對比，以期為緩解連作花生障礙提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)實(shí)驗(yàn)站多年連作花生試驗(yàn)田進(jìn)行，試驗(yàn)地為沙壤土，土壤基本地力：有機(jī)質(zhì)含量20.7g/kg、全氮含量1.57g/kg、堿解氮含量89.26mg/kg、速效磷含量62.15mg/kg、速效鉀含量98.1mg/kg。供試花生是大花生品種山花108、玉米高產(chǎn)品種山農(nóng)206。設(shè)置兩年(2015-2016)玉米花生2:4間作種植(TJZ)、兩年玉米花生輪作(TLY)和多年花生連作(DDH)三種處理，2017年花生單作種植?；ㄉN植密度為1.5×105穴/hm2，每穴兩粒，行距30cm，穴距20cm，每年均補(bǔ)施復(fù)合肥(15-15-15)750kg/hm2。試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積10×8=80m2，重復(fù)3次。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

1.2.1 植株性狀考察

于花生的四個(gè)生育時(shí)期(花針期、結(jié)莢期、飽果期、收獲期)在每小區(qū)中選取具有代表性的3株植株，即每個(gè)處理共9株，考察植株性狀、干物質(zhì)重。

1.2.2 凈光合速率(Pn)測定

分別在花針期、結(jié)莢期、飽果期和收獲期，選擇晴朗無風(fēng)天，于上午9:00-11:00用美國產(chǎn)Li-6400XT型便攜式光合儀進(jìn)行測定。

1.2.3 光合及生理特性測定

葉綠素含量測定采用Arnon(1949)法[14]，葉面積指數(shù)采用打孔稱重法測定，根系活力測定采用TTC還原法測定[15]。

1.2.4 產(chǎn)量及構(gòu)成因素

收獲時(shí)每個(gè)處理選取代表性植株15株，調(diào)查單株結(jié)果數(shù)，飽果數(shù)、秕果數(shù)和幼果數(shù)。采用小區(qū)測產(chǎn)，小區(qū)面積6.67m2，重復(fù)三次。刨收、摘取、去雜、晾曬，調(diào)查莢果產(chǎn)量、籽仁產(chǎn)量、千克果數(shù)以及出仁率。

1.2.5 籽仁品質(zhì)

隨機(jī)選取飽滿一致的籽仁進(jìn)行品質(zhì)指標(biāo)測定。凱氏定氮法[16]測定蛋白質(zhì)含量，索氏提取法[17]測定粗脂肪含量，日本島津GC-2010氣相色譜儀分析[18]脂肪酸組分。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和SigmaPlot 12.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和作圖，采用DPS 7.05軟件利用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式對花生生理特性的影響

2.1.1 主莖高和側(cè)枝長

主莖高和側(cè)枝長是反映花生生長發(fā)育的重要指標(biāo)。由圖1可知，與DDH處理相比，TJZ處理顯著提高了不同生育時(shí)期的花生主莖高和側(cè)枝長；TLY處理顯著提高了結(jié)莢期、飽果期和收獲期的主莖高和側(cè)枝長。說明花生間作玉米和輪作玉米較連作均能提高花生主莖高和側(cè)枝長，促進(jìn)花生生長發(fā)育。

2.1.2 葉片凈光合速率和葉綠素含量

光合作用是作物產(chǎn)量形成的關(guān)鍵，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，功能葉片的凈光合速率是作物光合特性的關(guān)鍵指標(biāo)，一般認(rèn)為，較高的光合速率積累的光合產(chǎn)物較多，產(chǎn)量相對較高。圖2可知，花生不同生育時(shí)期的凈光合速率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，且三種處理的葉片凈光合速率均呈現(xiàn)TJZ>TLY>DDH，其中TJZ處理在花針期和結(jié)莢期高于TLY處理。與DDH處理相比，TJZ處理與TLY處理的葉片凈光合速率分別提高了11.80%和4.11%。

葉綠素含量與葉片凈光合速率指標(biāo)相似，在不同生育時(shí)期呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，且三種處理的葉綠素含量呈現(xiàn)TJZ>TLY>DDH并均達(dá)到顯著差異水平，與DDH處理相比，TJZ處理與TLY處理的葉綠素含量分別提高了15.45%和7.49%(圖2)。說明花生間作玉米和輪作玉米均能提高花生葉片凈光合速率和葉綠素含量，有利于光合產(chǎn)物的積累，有利于緩解花生連作障礙。

圖1 不同耕作方式對花生主莖高和側(cè)枝長的影響 Fig. 1 Effect of different cropping modes on main stem height and lateral branch length of peanut

圖2 不同耕作方式對花生凈光合速率和葉綠素含量的影響 Fig. 2 Effect of different cropping modes on the photosynthetic rate and chlorophyll content of peanut

2.1.3 葉面積指數(shù)

葉面積指數(shù)是反映作物群體生長發(fā)育的重要指標(biāo)。由圖3可以看出，在花生的整個(gè)生育時(shí)期葉面積指數(shù)呈現(xiàn)先增加后降低的拋物線趨勢，在結(jié)莢期達(dá)到最大值。在結(jié)莢期、飽果期和收獲期葉面積指數(shù)呈現(xiàn)TJZ>TLY>DDH且均達(dá)到顯著性差異。說明花生間作玉米和輪作玉米相較連作均能提高葉面積指數(shù)，為提高作物光合作用奠定基礎(chǔ)。

2.1.4 根系活力

根系活力是花生對養(yǎng)分和水分吸收效率的體現(xiàn)，直接影響花生生長發(fā)育以及產(chǎn)量的形成。由圖4可知，與DDH處理相比，TJZ處理與TLY處理的根系活力分別提高了22.72%和21.01%，TJZ處理與TLY處理之間無明顯差異。表明花生間作玉米和輪作玉米均能提高根系活力，提高花生水肥吸收，緩解連作障礙。

2.1.5 干物質(zhì)積累量

干物質(zhì)積累量是花生生長發(fā)育的重要指標(biāo)，是產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。由圖5可知，TJZ處理和TLY處理的干物質(zhì)積累量在花生不同生育時(shí)期均顯著高于DDH處理。其中以飽果期為例，TJZ處理與TLY處理干物質(zhì)積累量和干物質(zhì)分配比例相似，均是果>葉>莖>根，生殖生長>營養(yǎng)生長，花生生長良好。而DDH處理是葉>果>莖>根，營養(yǎng)生長>生殖生長，生育期延遲，花生生長緩慢。說明花生間作玉米和輪作玉米均有利于干物質(zhì)積累與分配，利于緩解連作障礙。

圖3不同耕作方式對花生葉面積指數(shù)的影響

Fig.3Effectofdifferentcroppingmodesontheleafareaindex(LAI)ofpeanut

圖4不同耕作方式對花生根系活力的影響

Fig.4Effectofdifferentcroppingmodesontherootvigorofpeanut

圖5 不同耕作方式對花生干物質(zhì)積累的影響 Fig. 5 Effect of different cropping modes on the dry matter accumulation of peanut

2.2 不同耕作方式對花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

表1可看出，與DDH處理相比，TJZ處理和TLY處理均顯著提高了花生的莢果產(chǎn)量和籽仁產(chǎn)量。TJZ處理提高了15.09%的莢果產(chǎn)量和19.21%的籽仁產(chǎn)量，TLY處理提高了13.55%的莢果產(chǎn)量和15.91%的籽仁產(chǎn)量。千克果數(shù)和千克仁數(shù)與產(chǎn)量呈相反趨勢，DDH處理高于TJZ處理和TLY處理。TJZ處理和TLY處理較DDH處理出仁率分別提高了2.53和1.47個(gè)百分點(diǎn)，單株結(jié)果數(shù)分別增加了2.8個(gè)和0.86個(gè)。綜合來看，花生間作玉米和輪作玉米的莢果產(chǎn)量和籽仁產(chǎn)量均高于連作，出仁率和單株結(jié)果數(shù)也高于連作。

2.3 不同耕作方式對花生籽仁品質(zhì)的影響

表2可知，與DDH處理相比，TJZ處理和TLY處理均顯著提高了花生蛋白質(zhì)含量和粗脂肪含量。其中蛋白質(zhì)提高了11.11%和5.53%，粗脂肪提高了1.62%和3.00%，TJZ處理的蛋白質(zhì)含量高于TLY處理，而粗脂肪含量低于TLY處理。脂肪酸組分是花生油脂營養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)，油酸/亞油酸(O/L)比值不僅是營養(yǎng)價(jià)值體現(xiàn)，還關(guān)乎花生制品能否長期儲存，由表3可知，花生酸和花生烯酸相對含量無顯著差異。棕櫚酸和二十四烷酸相對含量TJZ處理和TLY處理均高于DDH處理。油酸相對含量呈現(xiàn)DDH>TJZ>TLY，亞油酸相對含量呈現(xiàn)TLY>TJZ>DDH且各處理之間達(dá)到顯著差異水平；而O/L值呈現(xiàn)DDH>TLY>TJZ。綜合來看，花生間作玉米和輪作玉米較連作均提高了花生品質(zhì)。

表1 不同耕作方式對花生產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

注：同一列中標(biāo)以不同字母的值表示不同處理間在p<0.05水平上差異顯著，LSD 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。下同。

Note: Values within a column followed by different letters are significantly different atp<0.05, on the basic of LSD test. The same as below.

表2 不同耕作方式對花生籽仁品質(zhì)的影響

表3 不同耕作方式對花生籽仁脂肪酸組分的影響

3 討 論

多年連作會阻礙花生主莖高和側(cè)枝長的生長，導(dǎo)致植株矮小、發(fā)育緩慢，而間套作和輪作都是緩解連作障礙的重要方法[19-21]。有研究表明，水稻花生輪作種植增加花生主莖高和側(cè)枝長，顯著改善地上部生長發(fā)育[22]。本研究表明玉米花生間作和輪作兩種耕作方式均能促進(jìn)春花生主莖高和側(cè)枝長的生長進(jìn)而緩解連作花生的營養(yǎng)生長不良問題。葉片凈光合速率和葉綠素含量是植物光合作用的關(guān)鍵指標(biāo)，而葉面積指數(shù)是反映作物群體光合的重要指標(biāo)，三者大小能夠反映植株光合生產(chǎn)能力的強(qiáng)弱[23-24]。稻參輪作系統(tǒng)中太子參的葉綠素含量及凈光合速率均顯著高于連作處理[25]，桑樹與苜蓿間作發(fā)現(xiàn)桑樹的株高、生物量及光合作用等指標(biāo)均高于單作處理[26]。

本試驗(yàn)研究表明葉片凈光合速率、葉綠素含量和葉面積指數(shù)均呈現(xiàn)TJZ>TLY>DDH且達(dá)到顯著差異水平。TJZ處理和TLY處理均能顯著增加花生干物質(zhì)的積累，促進(jìn)飽果期干物質(zhì)向莢果分配，提高莢果產(chǎn)量。根是作物吸收水分和礦質(zhì)養(yǎng)分的重要器官，其活力大小直接影響花生的形態(tài)建成[27]。連作高粱相比玉米高粱輪作根系生長受到了抑制，根系活力下降，根系生物量、根系表面積、根體積僅為輪作的61.5%，84.4%，73.8%[28]。本研究中，與DDH處理相比，TJZ處理，TLY處理分別提高了22.72%和21.01%根系活力。利于花生水肥的吸收，促進(jìn)植株生長發(fā)育。

花生種植最終目的是提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)。研究表明連作導(dǎo)致花生單株結(jié)果數(shù)減少，出仁率、產(chǎn)量下降[29]。同時(shí)連作易導(dǎo)致花生籽仁可溶性糖、油脂、蛋白質(zhì)和脂肪酸等成分比例失調(diào)，降低花生品質(zhì)[30]。輪作玉米后大豆增產(chǎn)26.89%[31]，前茬作物為小麥、菠菜、油菜、水蘿卜時(shí)，花生莢果產(chǎn)量分別比連作增加25.10%、14.20%、17.00%、21.20%[32]。本試驗(yàn)中，玉米花生間作和輪作的花生莢果和籽仁產(chǎn)量均顯著高于連作，玉米花生間作和輪作的花生出仁率和單株結(jié)果數(shù)也高于連作。花生中的蛋白質(zhì)和脂肪含量是衡量花生品質(zhì)的主要指標(biāo)，本試驗(yàn)中TJZ處理和TLY處理較DDH處理顯著提高了花生蛋白質(zhì)含量和粗脂肪含量，其中蛋白質(zhì)含量分別提高了11.11%和5.53%，粗脂肪含量分別提高了1.62%和3.00%。二者相比，玉米花生間作尤其提高蛋白質(zhì)含量而玉米花生輪作尤其提高粗脂肪含量。在本試驗(yàn)條件下，綜合生理特性和產(chǎn)量品質(zhì)特性可看出，玉米花生間作和玉米花生輪作兩種的耕作方式均有利于緩解花生連作障礙。