土壤容重對花生結(jié)莢期氮、磷、鉀、鈣吸收與分配的影響

張亞如，崔潔亞，侯凱旋，張曉軍，王銘倫，王月福

(青島農(nóng)業(yè)大學，山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點實驗室，山東 青島 266109)

花生是我國重要的經(jīng)濟、油料作物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。中國是世界第一花生生產(chǎn)國和消費國，自改革開放以來，花生油和花生仁均處于供求緊平衡狀態(tài)[1]。因此，加強花生高產(chǎn)高效栽培理論與技術(shù)研究，對于提高我國油料自給率，促進花生生產(chǎn)發(fā)展具有重要意義。

近年來，由于農(nóng)業(yè)機械化的普及推廣、化肥施用量增加、有機肥施用量減少、土壤干旱、農(nóng)田管理粗放等，造成土壤緊實板結(jié)、容重增大現(xiàn)象日益突出[2]。如翟振等[3]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黃淮海北部地區(qū)耕層平均厚度為14.74 cm，其中76%的地塊存在犁底層，犁底層分布在15～30 cm，犁底層平均容重在1.54 g/cm3左右。石磊等[4]對陜西省農(nóng)田土壤緊實度現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果表明，陜西省耕層土壤容重平均為1.25 g/cm3，其中陜北耕層土壤容重平均為1.35 g/cm3；全省犁底層土壤容重平均為1.49 g/cm3。土壤容重過高已成為制約我國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。土壤容重是重要的土壤物理性狀，它直接影響著土壤礦質(zhì)元素的運移、通氣狀況及作物根系穿透阻力等因素[5]。因此，土壤容重必然影響作物對礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收利用。一般認為土壤容重增大，土壤水分和氣體含量降低，機械阻力增加，影響根系生長，導致作物對氮、磷等礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收減少，作物產(chǎn)量下降[6]。關(guān)于土壤容重對作物吸收礦質(zhì)養(yǎng)分與分配的影響，在玉米[7-9]、小麥[10-11]、黃瓜[12]、棉花[13]等作物上已有較多研究。但是關(guān)于土壤容重對花生吸收礦質(zhì)養(yǎng)分與分配的影響研究尚少。而花生是唯一地上開花地下結(jié)果的作物，且花生的果針和幼果能夠直接從土壤中直接吸收水分和礦質(zhì)養(yǎng)分。因此，花生對土壤礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收利用與土壤容重關(guān)系更為密切。李向東等[14]研究認為，花生對氮素的吸收高峰在結(jié)莢期，對磷、鉀的吸收高峰在結(jié)莢初期，也就是說花生結(jié)莢期是吸收礦質(zhì)元素的關(guān)鍵時期[15]?；ㄉY(jié)莢期對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收利用及在各器官中的分配狀況，與植株是否正常生長密切相關(guān)[16]。為此，本試驗采用柱栽的方法，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際存在狀況，研究了土壤容重對花生結(jié)莢期氮、磷、鉀、鈣吸收與分配的影響，旨在明確花生生長發(fā)育的適宜土壤容重，為花生高產(chǎn)耕作栽培體系的建立提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗于2016年在青島農(nóng)業(yè)大學膠州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園進行。供試土壤為砂姜黑土，0～20 cm和21～40 cm土層基礎(chǔ)肥力分別為：有機質(zhì)1.02×106，0.89×106mg/kg，堿解氮66.34，58.45 mg/kg，速效磷25.68，22.19 mg/kg，速效鉀72.00，65.50 mg/kg，土壤容重1.3，1.4 g/cm3。供試花生品種為青花7號。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用土柱栽法，土柱用PVC管制成(高43 cm，直徑31 cm，無底)。設(shè)置0～20 cm和21～40 cm土層土壤容重分別為1.2，1.3、1.2，1.4、1.2，1.5、1.3，1.3、1.3，1.4、1.3，1.5 g/cm36個處理，分別用T23、T24、T25、T33、T34、T35表示。預先在大田挖長×寬×深為500 cm×31 cm×40 cm的溝6條，溝間間隔20 cm，挖溝時將0～20 cm和21～40 cm土層土壤分開堆放，風干后過5 mm篩。將備好的PVC管整齊放于溝內(nèi)。土壤含水量10%(易壓實)左右時裝管，根據(jù)土壤容重、PVC管容積及土壤含水量計算各處理所需裝填土量，先裝21～40 cm土層土壤，再裝0～20 cm土層土壤，裝土距管沿3 cm。在裝填0～20 cm土層土壤時，每柱施復合肥(N、P2O5、K2O含量均為1.5×106mg/kg)6 g。每處理15柱，共90柱。裝土后灌足水。5月5日每柱播種4粒，出苗后選留2株健壯苗。其他管理同一般大田生產(chǎn)。

1.3 測定項目與方法

于花生結(jié)莢期(7月29日)取樣。每處理取3管，每管為1個重復。取樣時先將PVC管挖出，于水中浸泡1.5 h后，用水仔細沖洗花生根系。然后按根、莖、葉、果針、果殼、果仁進行分樣，裝于牛皮紙袋中，置于烘箱中105 ℃殺青0.5 h，后75 ℃烘干至恒重，稱量其干物重。粉碎過0.246 mm 篩，用于測定氮、磷、鉀、鈣含量。

含氮量用凱氏定氮法測定。磷、鉀、鈣含量用硝酸和高氯酸聯(lián)合消煮法，等離子體發(fā)射光譜儀測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2010和SAS 9.0軟件，顯著性測驗采用LSD方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤容重對花生結(jié)莢期各器官生物產(chǎn)量的影響

由表1可以看出，在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生葉片、根系、果殼、果仁和果針生物產(chǎn)量均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。在21～40 cm土層土壤容重相同的條件下，0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的葉、根和各器官總生物產(chǎn)量均低于1.3 g/cm3處理。其中葉片、根、果殼和果仁生物產(chǎn)量以T33處理為最高，莖稈、果針以T23處理為最高，但T23 和T33均未達到顯著水平，兩處理各器官生物產(chǎn)量均顯著多于T35處理。各器官總生物產(chǎn)量表現(xiàn)為T33>T23>T34>T24>T35>T25。說明適宜的土壤容重(處理T23和T33)可以顯著增加花生結(jié)莢期各器官生物產(chǎn)量，利于花生的生長。

表1 土壤容重對花生結(jié)莢期各器官生物產(chǎn)量的影響Tab.1 Effects of soil bulk density on biomass yield of various organs during peanut pod bearing stage g/株

注：不同字母表示差異顯著(P<0.05)。表2-5同。

Note：Different letters represent significant difference at 0.05 level.The same as Tab.2-5.

2.2 土壤容重對花生結(jié)莢期各器官氮含量和積累量的影響

由表2可以看出，在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生莖稈、葉片、根系、果殼、果仁和果針含氮量均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。在21～40 cm土層土壤容重相同的條件下，除在21～40 cm土層土壤容重為1.3 g/cm3時，0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的莖稈、根和果針含氮量低于1.3 g/cm3處理外，其他均表現(xiàn)為0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的各器官含氮量高于1.3 g/cm3處理。其中莖稈、根系和果針含氮量以T33處理為最高，葉片、果殼和果仁以T23處理為最高，但T23 和T33除葉片和果殼含氮量差異達顯著水平外，其他均未達到顯著水平，兩處理各器官含氮量均顯著多于T25和T35處理。各器官平均含氮量表現(xiàn)為根>果仁>葉>果針>果殼>莖。

在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生莖稈、葉片、根系、果殼、果仁和果針氮素積累量均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。在21～40 cm土層土壤容重相同的條件下，除在21～40 cm土層土壤容重為1.3 g/cm3時，0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的莖稈、葉、根、果針和果仁含氮量低于1.3 g/cm3處理外，但差異均未達到顯著水平，其他均表現(xiàn)為0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的各器官含氮量高于1.3 g/cm3處理。其中莖稈、葉、根、果針和果仁含氮量以T33處理為最多，果殼以T23處理為最多，但T23 和T33差異均未達顯著水平，兩處理各器官氮素積累量均顯著多于T25和T35處理。單株氮素積累量以T33處理為最多，T23處理次之，兩處理間差異不顯著，但顯著多于其他處理。各器官平均氮素積累量表現(xiàn)為葉>果仁>果殼>莖>根>果針。

上述結(jié)果說明0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理對花生各器官含氮量和氮積累量的影響差異較小，而21～40 cm土層土壤容重過大顯著影響花生各器官含氮量和氮積累量的增加。

表2 土壤容重對花生結(jié)莢期各器官氮含量和積累量的影響Tab.2 Effects of soil bulk density on nitrogen content and accumulation of various organs during peanut pod bearing stage

2.3 土壤容重對花生結(jié)莢期各器官磷含量和積累量的影響

由表3可以看出，在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生莖稈、葉片、根系、果殼、果仁和果針含磷量均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。在21～40 cm土層土壤容重為1.3 g/cm3時，除0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的果針、果殼含磷量顯著低于1.3 g/cm3處理外，其他差異均未達到顯著水平。在21～40 cm土層土壤容重為1.4 g/cm3時，除0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的根系、果殼含磷量顯著高于1.3 g/cm3處理，果針含磷量顯著低于1.3 g/cm3處理外，其他差異均未達到顯著水平。在21～40 cm土層土壤容重為1.5 g/cm3時，0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理各器官含磷量互有高低。各器官平均含磷量表現(xiàn)為根>果仁>果殼>果針>葉>莖。

在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生莖稈、葉片、根系、果殼、果仁和果針磷素積累量均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。在21～40 cm土層土壤容重為1.3 g/cm3時，0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理的各器官磷素積累量差異均未達到顯著水平。在21～40 cm土層土壤容重為1.4 g/cm3時，除0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理的葉、根磷素積累量有顯著性差異外，其他差異均未達到顯著水平。在21～40 cm土層土壤容重為1.5 g/cm3時，0～20 cm 土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理的各器官磷素積累量差異均未達到顯著水平。單株磷素積累量以T33處理為最多，T23處理次之，兩處理間差異不顯著，但顯著多于其他處理。各器官平均磷素積累量表現(xiàn)為葉>果仁>莖>果殼>根>果針。

表3 土壤容重對花生結(jié)莢期各器官磷含量和積累量的影響Tab.3 Effects of soil bulk density on phosphorus content and accumulation of various organs during peanut pod bearing stage

上述結(jié)果說明0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理對花生各器官含磷量和磷積累量的影響差異較小，而21～40 cm土層土壤容重過大顯著影響花生各器官含磷量和磷積累量的增加。

2.4 土壤容重對花生結(jié)莢期各器官鉀含量和積累量的影響

由表4可以看出，在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生莖稈、葉片、根系、果殼、果仁和果針含鉀量均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。在21～40 cm土層土壤容重為1.3 g/cm3時，除0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的果仁和果針含鉀量高于1.3 g/cm3處理外，其他器官(果殼除外)均低于1.3 g/cm3處理，且差異達到顯著水平。在21～40 cm土層土壤容重為1.4，1.5 g/cm3時，0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理各器官含鉀量互有高低。各器官平均含鉀量表現(xiàn)為根>果殼>莖>果仁>果針>葉。

在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生莖稈、葉片、根系、果殼、果仁和果針鉀素積累量均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。在21～40 cm土層土壤容重為1.3 g/cm3時，0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理的各器官鉀素積累量互有高低，但差異均未達到顯著水平。在21～40 cm土層土壤容重為1.4，1.5 g/cm3時，0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理各器官鉀素積累量互有高低。單株鉀素積累量以T33處理為最多，T23處理次之，兩處理間差異不顯著，但顯著多于其他處理。各器官平均鉀素積累量表現(xiàn)為葉>莖>果殼>果仁>根>果針。

上述結(jié)果說明，0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理對花生各器官含鉀量和鉀積累量的影響差異較小，而21～40 cm土層土壤容重過大顯著影響花生各器官含鉀量和鉀積累量的增加。

表4 土壤容重對花生結(jié)莢期各器官鉀含量和積累量的影響Tab.4 Effects of soil bulk density on potassium content and accumulation of various organs during peanut pod bearing stage

2.5 土壤容重對花生結(jié)莢期各器官鈣含量和積累量的影響

由表5可以看出，在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生莖稈、葉片、根系、果殼、果仁和果針含鈣量均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。在21～40 cm土層土壤容重為1.3 g/cm3時，除0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的根系和果針含鈣量與1.3 g/cm3處理差異顯著外，其他器官差異均未達到顯著水平。在21～40 cm土層土壤容重為1.4，1.5 g/cm3時，0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理各器官含鈣量互有高低。各器官平均含鈣量表現(xiàn)為葉片>根>果針>果殼>莖>果仁。

在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生葉片、根系、果殼、果仁和果針鈣素積累量均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。在21～40 cm土層土壤容重相同的條件下，0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理的各器官鈣素積累量互有高低。單株鈣素積累量以T33處理為最多，T23處理次之，兩處理間差異不顯著，但顯著多于其他處理。各器官平均鈣素積累量基本表現(xiàn)為葉>果殼>莖>果仁>根>果針。

上述結(jié)果說明0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理對花生各器官含鈣量和鈣積累量的影響差異較小，而21～40 cm土層土壤容重過大顯著影響花生各器官含鈣量和鈣積累量的增加。

表5 土壤容重對花生結(jié)莢期各器官鈣含量和積累量的影響Tab.5 Effects of soil bulk density on calcium content and accumulation of various organs during peanut pod bearing stage

3 討論與結(jié)論

李潮海等[7]研究發(fā)現(xiàn)下層土壤容重顯著影響玉米對氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的吸收，并以玉米吐絲期表現(xiàn)尤為明顯，氮、磷、鉀積累量均隨著下層土壤容重增加而顯著減少。本試驗結(jié)果也表明，在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生各器官氮、磷、鉀、鈣含量和積累量均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。徐海等[8]研究認為，土壤過于緊實或過于疏松均不利于玉米對鈣素的吸收，玉米苗中全鈣含量以容重1.2 g/cm3處理為最高。孫艷等[12]研究認為，土壤容重1.2 g/cm3時利于黃瓜株高及根系的生長，容重1.4 g/cm3時則利于黃瓜莖增粗、根系吸收養(yǎng)分及增加產(chǎn)量。宋家祥等[13]研究結(jié)果指出，在棉花生育前期，隨土壤容重的增加，土壤速效氮、磷、鉀和棉株吸肥能力逐漸降低。至生育后期，這種趨勢發(fā)生了明顯變化，土壤過于疏松(土壤容重1.0 g/cm3)供肥能力下降，棉株含肥率降低，長勢明顯減弱；土壤過于緊實(土壤容重1.4，1.5 g/cm3)在棉花整個生育期土壤供肥和棉株吸肥能力均處于較低水平，而適宜土壤容重(1.2，1.3 g/cm3)則在棉花整個生育期土壤供肥和棉株吸肥能力均處于較高水平。土壤容重高低對作物吸收礦物質(zhì)元素的影響原因，一是影響土壤氮、磷、鉀等礦質(zhì)營養(yǎng)元素的有效性，供肥能力下降[17]，二是影響作物根系生長和活力[18]，從而影響了地上部養(yǎng)分的累積[19]，本試驗結(jié)果表明，在21～40 cm土層土壤容重相同的條件下，0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理花生各器官氮、磷、鉀、鈣含量和積累量互有高低，并且單株氮、磷、鉀、鈣積累量均以T33處理為最多，T23處理次之，說明0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理對氮、磷、鉀、鈣的吸收積累影響差異較小，也就是說土壤過于疏松對花生吸收積累礦質(zhì)營養(yǎng)元素可能存在不利影響。利于花生吸收積累礦質(zhì)營養(yǎng)元素的土壤容重組合為0～20 cm土層土壤容重1.2～1.3 g/cm3與21～40 cm土層土壤容重1.3 g/cm3左右。李潮海等[7]研究發(fā)現(xiàn)，氮、磷、鉀在玉米生長中心中分配的比例隨著土壤容重增加而降低。王群等[20]研究了不同土壤類型玉米植株養(yǎng)分累積、分配和產(chǎn)量對土壤緊實脅迫的響應，結(jié)果表明，緊實脅迫下潮土、砂姜黑土、黃褐土上玉米養(yǎng)分累積量和分配量以及產(chǎn)量均呈下降趨勢，緊實脅迫下葉片養(yǎng)分分配比例高于莖鞘。降低土壤緊實度增加了各類土壤玉米單株和各器官氮、磷、鉀積累量和玉米產(chǎn)量，其中黃褐土和砂姜黑土增加幅度較大，潮土較小。本研究結(jié)果表明，土壤容重對花生吸收積累氮、磷、鉀、鈣的影響程度存在差異，0～20 cm和21～40 cm不同土層土壤容重組合對N、P、K、Ca的積累量可以產(chǎn)生交互影響。

適宜的土壤容重(處理T23和T33)可以增加花生結(jié)莢期各器官生物產(chǎn)量，各器官總生物產(chǎn)量表現(xiàn)為處理T33>T23>T34>T24>T35>T25。在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，花生各器官氮、磷、鉀、鈣含量和積累量均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。在21～40 cm土層土壤容重相同的條件下，0～20 cm土層土壤容重1.2，1.3 g/cm3處理花生各器官氮、磷、鉀、鈣含量和積累量互有高低。各器官氮、磷、鉀、鈣含量和積累量高低表現(xiàn)不同，含氮量表現(xiàn)為根>果仁>葉>果針>果殼>莖，含磷量表現(xiàn)為根>果仁>果殼>果針>葉>莖，含鉀量表現(xiàn)為根>果殼>莖>果仁>果針>葉，含鈣量表現(xiàn)為葉片>根>果針>果殼>莖>果仁；氮積累量表現(xiàn)為葉>果仁>果殼>莖>根>果針，磷積累量表現(xiàn)為葉>果仁>莖>果殼>根>果針，鉀積累量表現(xiàn)為葉>莖>果殼>果仁>根>果針，鈣積累量表現(xiàn)為葉>果殼>莖>果仁>根>果針。土壤容重對花生氮、磷、鉀、鈣吸收積累的影響程度存在差異；0～20 cm和21～40 cm 不同土層土壤容重組合對N、P、K、Ca的積累量可以產(chǎn)生交互影響。利于花生吸收積累礦質(zhì)營養(yǎng)元素的土壤容重組合為0～20 cm土層土壤容重1.2～1.3 g/cm3與21～40 cm土層土壤容重1.3 g/cm3左右。

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