不同土層土壤容重組合對花生光合特性和干物質(zhì)積累的影響

張亞如 侯凱旋 崔潔亞 張曉軍 王月福 王銘倫 鄒曉霞

摘要：為探究土壤容重影響花生生長的作用機制并為花生高產(chǎn)耕作栽培體系的建立提供理論依據(jù)，本試驗以高產(chǎn)花生品種青花7號為材料，設(shè)置0～20 cm土層土壤容重分別為1.2、1.3 g/cm3 2個水平，21～40 cm土層土壤容重分別為1.3、1.4、1.5 g/cm3 3個水平，共組合為6個處理（T23、T24、T25、T33、T34、T35），采用土柱栽培法，研究了不同土層土壤容重組合處理對花生不同生育期光合特性和干物質(zhì)積累的影響。結(jié)果表明，在21～40 cm土層土壤容重相同條件下，0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的單株葉面積、光合速率、根莖葉干物質(zhì)積累在苗期、莢果干物質(zhì)積累在花針期均較1.3 g/cm3處理高，其他生育期則均較1.3 g/cm3處理低；在0～20 cm土層土壤容重相同條件下，花生單株葉面積、光合速率、根莖葉莢果干物質(zhì)積累均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而降低。0～20 cm土層土壤容重為1.2 g/cm3時有利于花生苗期光合特性提高和干物質(zhì)積累，但不利于花生中后期光合特性提高和干物質(zhì)積累，21～40 cm土層土壤容重過高則在整個生育期間均不利于光合特性提高和干物質(zhì)積累。適宜的土壤容重組合T23、T33既利于花生苗期光合特性提高和干物質(zhì)積累，又利于中后期光合特性提高和干物質(zhì)積累。

關(guān)鍵詞：花生；土層；土壤容重；光合特性；干物質(zhì)積累

中圖分類號：S565.201文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2018）06-0101-06

Abstract In order to explore the mechanism of soil bulk density on peanut growth and provide theoretical bases for the establishment of high-yield cultivation system of peanut， the high-yield peanut cultivar Qinghua 7 was used as the material in this study. The soil bulk densities were set as 1.2 g/cm3 and 1.3 g/cm3 in 0～20-cm soil layer， and 1.3， 1.4 g/cm3 and 1.5 g/cm3 in 21～40-cm soil layer， which formed 6 treatments （T23，T24，T25，T33，T34，T35） in total. The effects of soil bulk density on the photosynthetic characteristics and dry matter accumulation of peanut were studied using soil column method. The results showed that， under the same bulk density in 21～40-cm soil layer， the leaf area， photosynthetic rate， dry matter accumulation in root， stem and leaf in seedling period and dry matter of pod in pod-pin stage under 1.2 g/cm3 were higher than those under 1.3 g/cm3 in 0～20-cm soil layer， but lower than 1.3 g/cm3 in other periods. Under the same soil bulk density in 0～20-cm soil layer， the leaf area， photosynthetic rate， dry matter accumulation in root， stem， leaf and pod decreased with the increase of soil bulk density in 21～40-cm soil layer. It indicated that， the soil bulk density of 1.2 g/cm3 in 0～20-cm soil layer was beneficial to improve the photosynthetic characteristics and dry matter accumulation of peanut seedlings， but was not conducive to the improvement of photosynthetic characteristics and dry matter accumulation in the middle and late growth stage. Higher soil bulk density in 21～40-cm soil layer was not conducive to the improvement of photosynthetic characteristics and dry matter accumulation in whole growth period. The suitable bulk density combination T23 and T33 were conducive to the improvement of photosynthetic characteristics and dry matter accumulation in seedling， middle and later periods.

Keywords Peanut； Soil layer； Soil bulk density； Photosynthetic characteristics； Dry matter accumulation

土壤容重是土壤主要的物理特性之一，通過影響土壤通氣性、持水能力、機械阻力、滲透性、營養(yǎng)物質(zhì)的遷移和土壤生物學(xué)特性等直接影響作物生長發(fā)育和生理功能，最終影響作物產(chǎn)量[1]。花生是我國重要的經(jīng)濟和油料作物，地上開花地下結(jié)果，其生長發(fā)育好壞和產(chǎn)量高低與土壤容重密切相關(guān)。因此，研究土壤容重對花生生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響及生理機制，對建立花生高產(chǎn)耕作栽培體系具有重要意義。

近年來，隨著農(nóng)業(yè)機械化的普及推廣、化肥的大量施用、有機肥用量減少、土壤干旱、不合理灌溉和農(nóng)田粗放管理等，土壤緊實板結(jié)、容重增大現(xiàn)象日益突出。黃淮海北部地區(qū)耕層平均厚度14.74 cm，76%的地塊存在犁底層，犁底層15～30 cm，平均容重在1.54 g/cm3左右[2]。黃土高原南北樣帶0～10 cm土層土壤容重最大1.61 g/cm3，平均1.24 g/cm3；10～20 cm最大1.72 g/cm3，平均1.33 g/cm3；20～40 cm 最大1.66 g/cm3，平均1.37 g/cm3[3]。不同土壤類型土壤容重平均值分別為：人為土1.35～1.37 g/cm3、初育土1.39 g/cm3、淋溶土1.28～1.38 g/cm3、鐵鋁土1.30～1.37 g/cm3、鈣層土1.35 g/cm3、鹽堿土1.41 g/cm3[4，5]。陜西省農(nóng)田耕層土壤緊實度為250.0～2 080.0 kPa，平均為781.3 kPa，犁底層緊實度為716.0～5 650.0 kPa，平均為2 900.5 kPa[6]。土壤緊實脅迫已成為制約我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。關(guān)于土壤緊實脅迫對作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響，在黃瓜[7]、玉米[8，9]、小麥[10]、棉花[11]等作物上已有較多研究，但對花生生長發(fā)育影響的研究較少。本試驗采用土柱栽培法，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際存在狀況，研究不同土層土壤容重組合對花生光合特性和干物質(zhì)積累的影響，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 供試材料

試驗于2016、2017年在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)膠州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園進行。供試土壤為砂姜黑土，供試花生品種為青花7號。0～20、21～40 cm土層土壤基礎(chǔ)肥力見表1。

1.2 試驗設(shè)計

采用土柱栽培法，土柱用PVC管制成（高43 cm，直徑31 cm，無底）。設(shè)置0～20、21～40 cm土層土壤容重分別為T23：1.2、1.3 g/cm3；T24：1.2、1.4 g/cm3；T25：1.2、1.5 g/cm3；T33：1.3、1.3 g/cm3；T34：1.3、1.4 g/cm3；T35：1.3、1.5 g/cm3，共6個處理，每處理15柱。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)。

土柱栽培法操作方法：預(yù)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%左右（易壓實）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。0～20 cm土層土壤容重為1.2、1.3 g/cm3時相應(yīng)裝填土壤重量分別為19.83、21.48 kg，21～40 cm土層土壤容重1.3、1.4、1.5 g/cm3則為21.48、23.13、24.67 kg。裝土需距管沿3 cm，裝土后灌足水。在裝填0～20 cm土層土壤時，施復(fù)合肥（N、P2O5、K2O含量均為15%）6 g。

1.3 測定項目與方法

分別在花生苗期（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）利用AM100型葉面積儀測定葉面積并進行取樣測定干物質(zhì)重。于取樣前一天，采用美國產(chǎn)Li-6400便攜式光合測定儀測定花生倒3葉的凈光合速率（Pn）。

干物質(zhì)重取樣方法：每處理取3管，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。按根、莖、葉、莢果進行分樣，裝于牛皮紙袋中，置于烘箱中105℃殺青0.5 h，75℃烘干至恒重，稱量其干物質(zhì)重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理和作圖，利用SAS 9.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)LSD法進行統(tǒng)計分析和差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土層土壤容重組合對花生葉面積的影響

由表2可以看出，兩年數(shù)據(jù)表現(xiàn)規(guī)律一致，隨著花生生育進程的推進，各處理單株葉面積均呈先增大后減小的趨勢，在結(jié)莢期達到最大值。在0～20 cm土層土壤容重相同條件下，各時期花生葉面積均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸減小。在21～40 cm土層土壤容重相同時，除苗期0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的葉面積大于1.3 g/cm3 處理外，花針期及其之后各期1.3 g/cm3處理的葉面積均大于1.2 g/cm3 處理。即苗期以T23處理單株葉面積最大，T33處理次之；在花針期及其之后各期，則以T33處理單株葉面積最大，T23處理次之。說明0～20 cm土層土壤容重為1.2 g/cm3時雖然有利于花生苗期葉面積的增大，但不利于中后期葉面積的增大，21～40 cm土層土壤容重過高則在整個生育期間均不利于葉面積的增大，而適宜的土壤容重組合T23、T33既利于花生苗期葉面積的增大，又利于中后期維持較大的葉面積。

2.2 不同土層土壤容重組合對花生功能葉凈光合速率的影響

由表3可以看出，兩年數(shù)據(jù)表現(xiàn)規(guī)律一致，隨著花生生育進程的推進，各處理功能葉凈光合速率均呈先升高后降低趨勢，在結(jié)莢期達到最大值。在0～20 cm土層土壤容重相同條件下，各時期花生功能葉凈光合速率均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸降低。在21～40 cm土層土壤容重相同時，除苗期0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的功能葉凈光合速率大于1.3 g/cm3 處理外，花針期及其之后各期1.3 g/cm3處理的功能葉凈光合速率均大于1.2 g/cm3 處理。即苗期以T23處理功能葉凈光合速率最高，T33處理次之；在花針期及其之后各期，則以T33處理功能葉凈光合速率最高，T23處理次之。說明0～20 cm土層土壤容重為1.2 g/cm3時雖然有利于提高花生苗期凈光合速率，但不利于中后期凈光合速率的提高，21～40 cm土層土壤容重過高則在整個生育期間均不利于凈光合速率的提高，而適宜的土壤容重組合T23、T33既利于提高花生苗期凈光合速率，又利于維持中后期較高的凈光合速率。

2.3 不同土層土壤容重組合對花生根干物質(zhì)重的影響

由表4可以看出，兩年數(shù)據(jù)表現(xiàn)規(guī)律一致，隨著花生生育進程的推進，各處理根干物質(zhì)重均呈先增加后減少的趨勢，于結(jié)莢期達到最大值。在0～20 cm土層土壤容重相同條件下，各時期根干物質(zhì)重均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸減少。在21～40 cm土層土壤容重相同時，除苗期0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的根干物質(zhì)重大于1.3 g/cm3 處理外，花針期及其之后各期1.3 g/cm3處理根干物質(zhì)重均大于1.2 g/cm3 處理。即苗期以T23處理根干物質(zhì)重最大，T33處理次之；在花針期及其之后各期，則以T33處理根干物質(zhì)重最大，T23處理次之。說明0～20 cm土層土壤容重為1.2 g/cm3時雖然有利于花生苗期根生長，但不利于中后期根生長，21～40 cm土層土壤容重過高則在整個生育期間均不利于根生長，而適宜的土壤容重組合T23、T33既利于花生苗期根生長，又利于中期根生長和延緩后期根的衰老。

2.4 不同土層土壤容重組合對花生莖干物質(zhì)重的影響

由表5可以看出，兩年數(shù)據(jù)表現(xiàn)規(guī)律一致，隨著花生生育進程的推進，各處理莖干物質(zhì)重均呈先增加后減少的趨勢，于結(jié)莢期達到最大值。在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，各時期莖干物質(zhì)重均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸減少。在21～40 cm土層土壤容重相同時，除苗期0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的莖干物質(zhì)重大于1.3 g/cm3 處理外，花針期及其之后各期1.3 g/cm3處理莖干物質(zhì)重均大于1.2 g/cm3 處理。即苗期以T23處理莖干物質(zhì)重最大，T33處理次之；在花針期及其之后各期，則以T33處理莖干物質(zhì)重最大，T23處理次之。說明0～20 cm土層土壤容重為1.2 g/cm3時雖然有利于花生苗期莖生長，但不利于中后期莖生長，21～40 cm土層土壤容重過高則在整個生育期間均不利于莖的生長，而適宜的土壤容重組合T23、T33既利于花生苗期莖生長，又利于中后期莖的生長。

2.5 不同土層土壤容重組合對花生葉干物質(zhì)重的影響

由表6可以看出，兩年數(shù)據(jù)表現(xiàn)規(guī)律一致，隨著花生生育進程的推進，各處理葉干物質(zhì)重均呈先增加后減少趨勢，于結(jié)莢期達到最大值。在0～20 cm土層土壤容重相同條件下，各時期葉干物質(zhì)重均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸減少。在21～40 cm土層土壤容重相同時，除苗期0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的葉干物質(zhì)重大于1.3 g/cm3 處理外，花針期及其之后各期1.3 g/cm3處理葉干物質(zhì)重均大于1.2 g/cm3 處理。即苗期以T23處理葉干物質(zhì)重最大，T33處理次之；在花針期及其之后各期，則以T33處理葉干物質(zhì)重最大，T23處理次之。說明0～20 cm土層土壤容重為1.2 g/cm3時雖然有利于花生苗期葉生長，但不利于中后期葉生長，21～40 cm土層土壤容重過高則在整個生育期間均不利于葉生長，而適宜的土壤容重組合T23、T33既利于花生苗期葉生長，又利于中后期葉生長。

2.6 不同土層土壤容重組合對花生莢果干物質(zhì)重的影響

由表7可以看出，兩年數(shù)據(jù)表現(xiàn)規(guī)律一致，隨著花生生育進程的推進，各處理莢果干物質(zhì)重均逐漸增加。在0～20 cm土層土壤容重相同的條件下，各時期莢果干物質(zhì)重均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而逐漸減少。在21～40 cm土層土壤容重相同時，除花針期0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的莢果干物質(zhì)重大于1.3 g/cm3處理外，結(jié)莢期及其之后各期1.3 g/cm3處理莢果干物質(zhì)重均大于1.2 g/cm3 處理。即花針期以T23處理莢果干物質(zhì)重最大，T33處理次之；在結(jié)莢期及其之后各期，則以T33處理莢果干物質(zhì)重最大，T23處理次之。說明0～20 cm土層土壤容重為1.2 g/cm3時雖然有利于花生前期莢果生長，但不利于中后期莢果生長，21～40 cm土層土壤容重過高則在整個生育期間均不利于莢果生長，而適宜的土壤容重組合T23、T33既利于花生前期莢果生長，又利于中后期莢果生長。

3 討論

高容重土壤抑制植物地上部莖葉生長，造成單葉厚度變薄和單株葉面積變小，直接影響光合產(chǎn)物的積累，降低了地上部生物產(chǎn)量[12，13]。研究發(fā)現(xiàn)，較低的土壤容重利于氧氣擴散，使得玉米根密度、干重增加，光合面積增大，光能利用率高而增產(chǎn)[14]。深松打破犁底層，降低深層土壤容重，可以提高玉米根系活力，增加后期干物質(zhì)積累和產(chǎn)量[15]。在0～20 cm耕層土壤容重不變情況下，隨著下層土壤容重的增加， 玉米葉片光合速率和產(chǎn)量降低，下層土壤容重越大，降幅越大[8]；蠶豆干物質(zhì)積累與土壤容重呈顯著負相關(guān)[16]；隨著土壤緊實度增加生姜葉片葉綠素含量和光合速率顯著下降[17]。

關(guān)于高土壤容重影響地上部生長發(fā)育的原因，有學(xué)者認為與氣孔導(dǎo)度、細胞分裂速率、細胞伸展速率和出葉率下降有關(guān)，而緊實脅迫嚴重阻礙了根系生長發(fā)育，作物吸收水分和礦質(zhì)營養(yǎng)的能力降低，對土壤資源利用的下降更進一步導(dǎo)致了地上部生長的下降[18]。劉晚茍等[19]認為高土壤容重使葉片擴展速度降低，減小了最終葉面積，直接影響光合產(chǎn)物積累，是地上部乃至整個植株干物質(zhì)減小的主要原因。李潮海等[20]認為下層土壤容重增加導(dǎo)致玉米根系生長緩慢，吸收功能減弱，葉片過早衰老，使后期干物質(zhì)積累減少。本試驗結(jié)果表明，在21～40 cm土層土壤容重相同條件下，0～20 cm土層土壤容重1.2 g/cm3處理的單株葉面積、光合速率、根莖葉在苗期、莢果干物質(zhì)在花針期均較1.3 g/cm3處理高，其余生育期均較1.3 g/cm3處理低；在0～20 cm土層土壤容重相同條件下，花生單株葉面積、光合速率、根莖葉莢果干物質(zhì)積累均隨著21～40 cm土層土壤容重的增大而降低。

4 結(jié)論

0～20 cm土層土壤容重為1.2 g/cm3時雖然有利于花生前期光合特性提高和干物質(zhì)積累，但不利于中后期光合特性提高和干物質(zhì)積累，21～40 cm土層土壤容重過高則在整個生育期間均不利于光合特性提高和干物質(zhì)積累，而適宜的土壤容重組合T23、T33既利于花生前期光合特性提高和干物質(zhì)積累，又利于中后期光合特性提高和干物質(zhì)積累。

參 考 文 獻：

[1] 楊世琦， 吳會軍， 韓瑞蕓，等. 農(nóng)田土壤緊實度研究進展[J]. 土壤通報， 2016， 47（1）：226-232.

[2] 翟振， 李玉義， 逄煥成，等. 黃淮海北部農(nóng)田犁底層現(xiàn)狀及其特征[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2016， 49（12）：2322-2332.

[3] 易小波， 邵明安， 趙春雷，等. 黃土高原南北樣帶不同土層土壤容重變異分析與模擬[J]. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報， 2017， 48（4）：198-205.

[4] 柴華， 何念鵬. 中國土壤容重特征及其對區(qū)域碳貯量估算的意義[J]. 生態(tài)學(xué)報， 2016， 36（13）：3903-3910.

[5] 韓光中， 王德彩， 謝賢健. 中國主要土壤類型的土壤容重傳遞函數(shù)研究[J]. 土壤學(xué)報， 2016， 53（1）：93-102.

[6] 石磊， 王娟鈴， 許明祥，等. 陜西省農(nóng)田土壤緊實度空間變異及其影響因素[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2016， 25（5）：770-778.

[7] 孫艷， 王益權(quán)， 仝瑞強. 土壤緊實脅迫對黃瓜葉片光合作用及葉綠素熒光參數(shù)的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報， 2009， 15（3）：638-642.

[8] 王群， 李潮海， 郝四平，等. 下層土壤容重對玉米生育后期光合特性和產(chǎn)量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2008， 19（4）：787-793.

[9] 鄭存德， 依艷麗， 張大庚，等. 土壤容重對高產(chǎn)玉米根系生長的影響及調(diào)控研究[J]. 華北農(nóng)學(xué)報， 2012， 27（3）：142-149.

[10]李志洪， 王淑華. 土壤容重對土壤物理性狀和小麥生長的影響[J]. 土壤通報， 2000， 31（2）：55-57.

[11]宋家祥， 莊恒揚，陳后慶，等. 不同土壤緊實度對棉花根系生長的影響[J]. 作物學(xué)報， 1997， 23（6）：719-726.

[12]Buttery B R， Tan C S， Drury C F， et al. The effects of soil compaction， soil moisture and soil type on growth and nodulation of soybean and common bean[J]. Canadian Journal of Plant Science， 1998， 78：571-576.

[13]Atwell B J. The effect of soil compaction on wheat during early tillering I.growth， development and root structure [J]. New Phytologist， 1990， 115（1）：29-35.

[14]梁宗鎖， 康紹忠， 石培澤，等. 隔溝交替灌溉對玉米根系分布和產(chǎn)量的影響及其節(jié)水效益[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2000， 33（6）：26-32.

[15]孟慶秋， 謝佳貴，胡會軍，等. 土壤深松對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響[J]. 東北農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2000， 25（2）：25-28.

[16]南志標， 趙紅洋， 聶斌. 黃土高原土壤緊實度對蠶豆生長的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2002， 13（8）：935-938.

[17]尚慶文， 孔祥波， 王玉霞，等. 土壤緊實度對生姜植株衰老的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2008， 19（4）：782-786.

[18]Sadras V O， OLeary G J， Roget D K. Crop responses to compacted soil： capture and efficiency in the use of water and radiation[J]. Field Crops Research， 2005， 91（2/3）：131-148.

[19]劉晚茍， 山侖. 不同土壤水分條件下容重對玉米生長的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2003， 14（11）：1906-1910.

[20]李潮海， 趙霞， 王群，等. 下層土壤容重對玉米生育后期葉片衰老的生理效應(yīng)[J]. 玉米科學(xué)， 2007， 15（2）：61-63.