不同土層土壤容重組合對(duì)花生衰老特性及產(chǎn)量的影響

張亞如，侯凱旋，崔潔亞，張曉軍，王銘倫，王月福

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266109)

不同土層土壤容重組合對(duì)花生衰老特性及產(chǎn)量的影響

張亞如，侯凱旋，崔潔亞，張曉軍，王銘倫，王月福*

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266109)

確定花生生長(zhǎng)所需的適宜土壤緊實(shí)度，為花生高產(chǎn)耕作栽培體系的建立提供理論依據(jù)。以高產(chǎn)花生品種青花7號(hào)為材料，采用柱栽試驗(yàn)，設(shè)置上層(0～20 cm)土壤容重分別為1.2 g/cm3和1.3 g/cm32個(gè)水平，下層(21～40 cm)土壤容重分別為1.3、1.4、1.5 g/cm33個(gè)水平，研究了不同土層土壤容重組合對(duì)花生衰老特性及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，0～20cm土層土壤容重一致時(shí)，20～40 cm土層土壤容重增加，花生葉片葉綠素含量和可溶性蛋白含量減少，超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化物酶(POD)活性減小，丙二醛(MDA)含量增加，莢果產(chǎn)量降低；21～40 cm土層土壤容重一致時(shí)，0～20 cm土層土壤容重為1.3 g/cm3時(shí)花生葉片葉綠素含量、可溶性蛋白含量、SOD、POD活性在花生生育中后期均高于土壤容重為1.2 g/cm3處理，MDA含量則低于土壤容重1.2 g/cm3處理。說(shuō)明0～20 cm土層土壤容重過(guò)低和20～40 cm土層土壤容重過(guò)高均易引起花生早衰，降低莢果產(chǎn)量，適宜的的土壤容重組合可以延緩花生衰老，提高莢果產(chǎn)量。

花生；衰老；產(chǎn)量；不同土層；容重

花生是世界五大油料作物之一，也是貿(mào)易量最大的作為兼具榨油和食用的經(jīng)濟(jì)作物，在世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)產(chǎn)品加工貿(mào)易中占有重要地位。目前，全世界有100多個(gè)國(guó)家種植花生，每年種植面積在22000khm2以上，總產(chǎn)量超過(guò)36000kt[1]?；ㄉ视椭?4.27%～58.26%，僅次于芝麻，而高于大豆、油菜和棉籽[2]。因此，加強(qiáng)花生高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培理論與技術(shù)研究，對(duì)于促進(jìn)花生生產(chǎn)發(fā)展，提高我國(guó)油料自給率具有重要意義。

作物葉片生長(zhǎng)到一定階段就會(huì)出現(xiàn)衰老，即使在滿(mǎn)足營(yíng)養(yǎng)條件且無(wú)明顯環(huán)境脅迫時(shí)，葉片衰老仍會(huì)自然發(fā)生[3]。因生物或非生物脅迫引起的作物葉片早衰，可導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降50%，是世界范圍內(nèi)糧食產(chǎn)量損失的首要原因[4]。因此，探究延緩葉片衰老的措施、提高作物產(chǎn)量已引起重視。李潮海[5]等認(rèn)為，葉片過(guò)早衰老，使后期干物質(zhì)積累減少，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。王曉云[6]等研究表明，施氮延緩了花生葉綠素的降解， 提高了活性氧清除酶類(lèi)的活性，降低了膜脂過(guò)氧化程度，具有延緩葉片衰老的作用。研究認(rèn)為提高葉片SOD、POD 活性可以降低葉片膜脂過(guò)氧化程度，促進(jìn)花生地上部生長(zhǎng)，可以緩解脅迫對(duì)花生的傷害，提高花生產(chǎn)量[7-8]。因此，通過(guò)探究花生葉片衰老的內(nèi)在機(jī)制，適當(dāng)延緩花生葉片衰老進(jìn)程，對(duì)于增加花生后期干物質(zhì)積累、提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)具有重要作用。

土壤容重是土壤主要的物理特性之一，其影響著土壤通氣性、機(jī)械阻力[9]、滲透性[10]和土壤生物學(xué)特性[11]，進(jìn)而直接影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育和生理功能，也間接影響著葉片的生長(zhǎng)與衰老，最終影響作物產(chǎn)量。關(guān)于土壤容重對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量影響的研究，多集中在根系生長(zhǎng)、活力及分布方面[12-14]，且多是研究整個(gè)土層相同的土壤容重[12,15]或僅研究下層土壤容重對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響[13-14]，而在大田中土壤容重一般多隨著土層的加深逐漸增大，但是關(guān)于上下土層土壤容重組合對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響研究鮮見(jiàn)報(bào)道?；ㄉ鷮儆诘厣祥_(kāi)花地下結(jié)果的作物，其生長(zhǎng)發(fā)育的好壞和產(chǎn)量高低應(yīng)與土壤緊實(shí)度的關(guān)系較為密切。因此，本試驗(yàn)采用柱栽方法，在田間設(shè)置不同土層土壤容重組合處理，模擬大田不同土層容重的實(shí)際存在狀況，研究了不同土層土壤容重組合對(duì)花生衰老特性及產(chǎn)量的影響，旨在為花生高產(chǎn)耕作措施的制定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年5-9月在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)膠州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園進(jìn)行。供試土壤為砂姜黑土，試驗(yàn)用土為試驗(yàn)田表層(0～20 cm與20～40 cm)土壤，不同土層基礎(chǔ)肥力見(jiàn)表1。供試品種為青花7號(hào)。

表1 不同土層基礎(chǔ)肥力

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用柱栽法，試驗(yàn)用柱為PVC管(高43 cm，直徑31 cm)，無(wú)底。先在大田挖深40 cm、寬31 cm、長(zhǎng)500 cm的溝6條，每條溝間隔20 cm，挖溝時(shí)將0～20 cm和20～40 cm土層土分開(kāi)堆放。0～20 cm和20～40 cm土層土風(fēng)干后過(guò)5 mm篩，土壤風(fēng)干至含水量為10%時(shí)裝柱(易壓實(shí))。將準(zhǔn)備好的PVC管整齊放于溝內(nèi)，先裝20～40 cm土層土，再裝0～20 cm土層土。試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理，分別用T23、T24、T25、T33、T34、T35表示，各處理不同土層土壤容重見(jiàn)表2。

根據(jù)土壤容重、柱容積及土壤含水量計(jì)算各處理所需土壤，0～20cm土層土壤容重1.2g/cm3和1.3g/cm3裝填土壤重分別為19.83kg和21.48g，20～40cm土層土壤容重1.3g/cm3、1.4g/cm3和1.5 g/cm3裝填土壤分別為21.48kg、23.13g和24.67kg，裝土距離PVC管沿3cm。土壤容重1.2g/cm3處理用5000cm3珍珠巖與土混合后裝填(所用珍珠巖為膨脹珍珠巖，密度為0.08g/cm3)。容重大的處理采用人工壓實(shí)的辦法裝填。在裝填0～20cm土層土?xí)r，每柱施復(fù)合肥(N、P2O5、K2O含量均為15%) 6 g。每處理15柱，共90柱。處理完畢后，灌足水。選均勻飽滿(mǎn)的種子于5月5日播種，每柱播4粒，出苗后，選留2株健壯苗，其他管理同一般大田生產(chǎn)。

表2 不同處理容重組合(g/cm3)

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

分別在苗期(6月16日)、花針期(7月10日)、結(jié)莢期(7月29日)、飽果期(8月22日)、收獲期(9月15日)取樣測(cè)定主莖倒三葉葉綠素、可溶性蛋白質(zhì)含量和SOD、POD活性及MDA含量。每次各處理取3柱，每柱為1個(gè)重復(fù)。

用日產(chǎn)SPAD-502葉綠素計(jì)測(cè)定葉片葉綠素含量。可溶性蛋白含量用考馬斯亮蘭比色法[16]測(cè)定；SOD活性用NBT光化還原法[17]測(cè)定；POD 活性用愈創(chuàng)木酚氧化法[18]測(cè)定；MDA含量用硫代巴比妥酸法[17]測(cè)定。收獲期將莢果自然風(fēng)干，調(diào)查有效莢果數(shù)，測(cè)定莢果產(chǎn)量、籽仁產(chǎn)量，計(jì)算出仁率。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)、圖表處理在Microsoft Excel 軟件下進(jìn)行，統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)在SAS 9.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)LSD下進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土層土壤容重組合對(duì)花生功能葉葉綠素含量變化的影響

由表3可以看出，隨著花生生育進(jìn)程的推進(jìn)，各處理花生功能葉葉綠素SPAD值均呈單峰曲線變化，先升高后下降，于結(jié)莢期(7月29日)達(dá)到最大值。在苗期以T23處理的葉綠素SPAD值最高，T33處理次之，但兩者差異不顯著，兩者均顯著高于其他處理。在花針期及其之后各期，均以T33處理的葉綠素SPAD值最高，T23處理次之，但兩者差異不顯著，處理T33顯著高于處理T34和處理T35。在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生功能葉葉綠素SPAD值均隨著20～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。說(shuō)明0～20 cm土層土壤容重過(guò)低(1.2 g/cm3)雖然有利于苗期葉片葉綠素含量的提高，但不利于中后期葉片葉綠素含量的提高，20～40 cm土層土壤容重過(guò)高則在整個(gè)生育期間均不利于葉片葉綠素含量的提高，適宜的土壤容重組合可以延緩葉片葉綠素含量的下降。

2.2 不同土層土壤容重組合對(duì)花生功能葉可溶性蛋白含量變化的影響

表3 不同土層土壤容重組合對(duì)花生葉片葉綠素含量變化的影響

注：不同字母表示差異顯著(p<0.05)。下同。

Note： Different letters represent significant difference at 0.05 level. The same as in following tables.

由表4可看出，各處理花生葉片可溶性蛋白均以苗期較高，隨生育進(jìn)程推進(jìn)而逐漸降低。在苗期和花針期以T23處理的可溶性蛋白含量最高，T33處理次之，處理T23與處理T33均顯著高于處理T34及處理T35，但兩者差異不顯著。在結(jié)莢期和飽果期，均以T33處理的可溶性蛋白含量最高，T23處理次之，但兩者差異不顯著，兩者有時(shí)顯著高于其他處理。在0～20cm土層土壤容重相同的條件下，花生功能葉可溶性蛋白含量均隨著20～40cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。說(shuō)明0～20cm土層土壤容重過(guò)低(1.2g/cm3)雖然有利于中前期葉片可溶性蛋白含量的提高，但不利于中后期葉片可溶性蛋白含量的提高，20～40cm土層土壤容重過(guò)高則在整個(gè)生育期間均不利于葉片可溶性蛋白含量的提高，適宜的土壤容重組合可以延緩葉片可溶性蛋白含量的下降。

表4 不同土層土壤容重組合對(duì)花生功能葉可溶性蛋白含量變化的影響

2.3 不同土層土壤容重組合對(duì)花生功能葉SOD活性變化的影響

由表5可以看出，各處理花生功能葉SOD活性均隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈單峰曲線變化，于結(jié)莢期(7月29日)達(dá)到峰值后開(kāi)始降低。在苗期和花針期以T23處理的SOD活性最高，T33處理次之，但兩者差異不顯著，處理T23和處理T33均顯著高于處理T24、T25。在結(jié)莢期和飽果期，以T33處理的SOD活性最高，T23處理次之，兩者差異不顯著，均顯著高于其他處理。在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生功能葉SOD活性均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。說(shuō)明0～20 cm土層土壤容重過(guò)低(1.2g/cm3)雖然有利于中前期葉片SOD活性的提高，但不利于中后期葉片SOD活性的提高，20～40 cm土層土壤容重過(guò)高則在整個(gè)生育期間均不利于葉片SOD活性的提高，適宜的土壤容重組合可以延緩葉片SOD活性的下降。

表5 不同土層土壤容重組合對(duì)花生功能葉SOD活性變化的影響

2.4 不同土層土壤容重組合對(duì)花生功能葉POD活性變化的影響

由表6可以看出，各處理花生功能葉POD活性均隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈單峰曲線變化，于結(jié)莢期(7月29日)達(dá)到峰值后開(kāi)始降低。在苗期和花針期以T23處理的POD活性最高，T33處理次之，但兩者差異不顯著，兩者有時(shí)顯著高于其他處理。在結(jié)莢期和飽果期，以T33處理的POD活性最高，T23處理次之，但兩者差異不顯著，處理T33顯著高于處理T25和處理T35。在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生功能葉POD活性均隨著20～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。說(shuō)明0～20 cm土層土壤容重過(guò)低(1.2 g/cm3)雖然有利于中前期葉片POD活性的提高，但不利于中后期葉片POD活性的提高，20～40 cm土層土壤容重過(guò)高則在整個(gè)生育期間均不利于葉片POD活性的提高，適宜的土壤容重組合可以延緩葉片POD活性的下降。

2.5 不同土層土壤容重組合對(duì)花生功能葉MDA含量變化的影響

表7可看出，各處理花生功能葉MDA含量均隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈逐漸增加的變化趨勢(shì)。在各期均以T33處理的MDA含量最低，T23處理次之，但兩者差異不顯著，兩者有時(shí)顯著低于其他處理。在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生功能葉MDA含量均隨著20～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸升高。說(shuō)明20～40 cm土層土壤容重過(guò)高導(dǎo)致功能葉MDA含量升高，適宜的土壤容重組合可以延緩花生葉片MDA含量的升高。

2.6 不同土層土壤容重組合對(duì)花生產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

表8可看出，花生莢果產(chǎn)量、籽仁產(chǎn)量、有效莢果數(shù)和出仁率均以T33處理為最高，其次為T(mén)23處理，在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生莢果產(chǎn)量、籽仁產(chǎn)量、有效莢果數(shù)和出仁率均隨著20～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低，處理間差異達(dá)到顯著水平。20～40 cm土層土壤容重一致時(shí)，0～20 cm土層土壤容重1.3 g/cm3處理的莢果產(chǎn)量、有效莢果數(shù)、出仁率和籽仁產(chǎn)量均相應(yīng)高于1.2g/cm3處理。說(shuō)明0～20cm土層土壤容重過(guò)低(1.2 g/cm3)和20～40 cm土層土壤容重過(guò)高均不利于花生產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的提高，適宜的土壤容重組合可以顯著提高莢果產(chǎn)量、有效莢果數(shù)、出仁率和籽仁產(chǎn)量。

表6 不同土層土壤容重組合對(duì)花生功能葉POD活性變化的影響

表7 不同土層土壤容重組合對(duì)花生葉片MDA含量變化的影響

3 討論與結(jié)論

土壤緊實(shí)度是衡量土壤緊實(shí)程度的指標(biāo)，一般用容重表示[15]。作物葉片可溶性蛋白含量越高，葉片羧化能力越強(qiáng)，光合能力越強(qiáng)。葉綠素含量的提高有利于光合物質(zhì)生產(chǎn)能力的改善，促進(jìn)小麥的生長(zhǎng)發(fā)育[19]。王德玉等[20]指出土壤緊實(shí)脅迫條件下，葉片氮代謝顯著受阻，可溶性蛋白含量大幅度下降，光合能力減弱。

李潮海等[9]認(rèn)為，下層土壤容重越大，SOD活性越小，MDA含量越高。尚慶文等[21]研究認(rèn)為隨緊實(shí)度增加葉綠素含量和光合速率呈下降趨勢(shì)，葉綠素含量及光合速率分別降低19.0%和17.9%，而葉片MDA含量則隨緊實(shí)度增加而升高，二者分別提高57.2%和26.3%。本試驗(yàn)結(jié)果表明，0～20 cm土層土壤容重一致時(shí)，21～40 cm土層土壤容重越大，SOD、POD活性越小，MDA 含量越高；21～40 cm土層土壤容重相同時(shí)，結(jié)莢期和飽果期0～20 cm土層土壤容重為1.3g/cm3處理較1.2 g/cm3處理的葉片SOD、POD活性較高，MDA 含量較低。說(shuō)明0～20 cm土層土壤容重過(guò)低和21～40 cm土層土壤容重過(guò)高均易引起花生早衰。這可能由于下層土壤容重過(guò)大，通氣差，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和供應(yīng)慢，根系生長(zhǎng)緩慢，吸收功能減弱，葉片過(guò)早衰老[4]。說(shuō)明只有適宜的土壤容重組合，才能使葉片具有良好的生理功能，延緩葉片衰老。

王群等[22]研究認(rèn)為，在耕層(0～20 cm)土壤容重不變情況下，隨著下層土壤容重的增加，葉片光合速率和產(chǎn)量降低，下層土壤容重越大，降幅越大。李志洪[23]研究發(fā)現(xiàn)，適宜的土壤容重范圍能促進(jìn)小麥生長(zhǎng)，提高生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。在土壤容重增大的情況下，土壤水分和氣體含量降低，機(jī)械阻力增加，延緩作物根系生長(zhǎng)，對(duì)N、P 等營(yíng)養(yǎng)元素吸收相應(yīng)減少，作物產(chǎn)量下降[24]。李潮海等[5]研究認(rèn)為，下層土壤容重增加導(dǎo)致玉米根系生長(zhǎng)緩慢，吸收功能減弱，葉片過(guò)早衰老，使后期干物質(zhì)積累減少，產(chǎn)量下降。緊實(shí)度不僅影響產(chǎn)量，而且對(duì)作物產(chǎn)量構(gòu)成因素影響效果也不同。賀明榮[25]指出，隨土壤緊實(shí)度增加，小麥分蘗成穗率顯著降低，使單位面積穗數(shù)和籽粒產(chǎn)量降低。當(dāng)植株受到緊實(shí)脅迫時(shí)，會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)細(xì)胞中活性氧大量積累從而對(duì)細(xì)胞造成傷害。逆境脅迫通常會(huì)造成葉片抗氧化酶活性降低、MDA含量升高，使葉片衰老而降低光合速率，最終導(dǎo)致減產(chǎn)[26]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，上層土壤容重一致時(shí)，下層土壤容重越大，花生產(chǎn)量及其構(gòu)成因素降低幅度越大；下層土壤容重一致時(shí)，上層土壤容重為1.3 g/cm3的花生產(chǎn)量及其構(gòu)成因素高于容重為1.2 g/cm3的處理。

綜合本試驗(yàn)結(jié)果和前期研究結(jié)果可看出，0～20cm土層土壤容重一致時(shí)，隨著下層土壤容重增加，根系生長(zhǎng)緩慢[5]，進(jìn)而導(dǎo)致葉片衰老加劇，作物產(chǎn)量降低。因此，找出不同土層的最佳土壤容重組合，對(duì)于花生高產(chǎn)有重要意義。關(guān)于更高與更低土壤容重組合對(duì)花生的影響尚需進(jìn)一步研究。

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EffectsofSoilBulkDensityofDifferentSoilLayersontheCharacteristicsofPeanutSenescenceandYield

ZHANG Ya-ru, HOU Kai-xuan, CUI Jie-ya, ZHANG Xiao-jun, WANG Ming-lun, WANG Yue-fu*

(ShandongKeyLab.ofDrylandFarmingTechnology,QingdaoAgr.Univ,Qingdao266109,China)

The suitable soil compaction for peanut growth was determined, which provided the theoretical basis for the establishment of high-yield peanut cultivation system. With high-yield peanut variety Qinghua7 as the material, using column-planting experiment, setting 2 levels of the soil bulk density of the upper layer (0-20 cm) as 1.2 g/cm3and 1.3 g/cm3, and 3 levels of the soil bulk density of the lower layer (21-40 cm) as 1.3 g/cm3, 1.4 g/cm3, 1.5 g/cm3, and the effects of soil bulk density on the characteristics of peanut senescence and yield were studied with different soil layers. The results showed that when soil bulk density in 0-20 cm soil layer was uniform, soil bulk density increased, chlorophyll content and soluble protein content decreased, while activities of superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POD) decreased, the content of Malondialdehyde (MDA) increased and pod yield decreased. When the soil bulk density of 21-40 cm soil layer was the same, and the soil bulk density of 0-20 cm soil layer was 1.3 g/cm3, the content of soluble protein, SOD and POD activities at the middle and late growth stages of peanut growth were higher than those treatments of the soil bulk density as 1.2 g/cm3, and the MDA content was lower than the treatment of the soil bulk density as 1.2 g/cm3. The results showed that the much lower soil bulk density of 0-20 cm soil layer and the much higher soil bulk density of 21-40 cm soil layer could lead to premature senescence of peanut and decrease pod yield. Proper soil bulk density could delay peanut senescence and increase pod yield.

peanut; senescence; yield; different soil layers; bulk density

10.14001/j.issn.1002-4093.2017.03.005

S152.5; Q945.48

A

2017-06-24

山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(2016ZDJS10A02)；山東省花生現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(SDAIT-04-05)；國(guó)家花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-14)；山東省農(nóng)業(yè)良種工程項(xiàng)目

張亞如(1989-)，女，山東單縣人，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在讀碩士，主要從事花生栽培生理研究。

*通訊作者：王月福，教授，博士，主要從事花生高產(chǎn)栽培理論與技術(shù)研究。E-mail: wangyuefu01@163.com