不同種植密度對花生莖枝生長及莢果力學(xué)特性的影響

丁紅，郭慶，戴良香，徐揚，張冠初，秦斐斐，慈敦偉，張智猛，于遒功

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 濟南 250100；2.青島市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 青島 266100)

花生是我國重要的經(jīng)濟作物和油料作物，對保障我國油料自給率具有非常重要的作用。提高生產(chǎn)效率是實現(xiàn)花生增產(chǎn)的重要手段。收獲是花生生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)。傳統(tǒng)人工收獲花生效率低，生產(chǎn)效益也降低。機械化生產(chǎn)具有省時、省工、增效等優(yōu)點，已成為花生生產(chǎn)發(fā)展的重要方向[1，2]。但花生為地下結(jié)果作物，機械化收獲(以下簡稱機收)存在莢果摘不凈、落果等現(xiàn)象[3]。研究表明，花生機收效果除受機械性能和生態(tài)環(huán)境因素影響外，還受花生品種的莖枝特性、抗倒性能、果柄強度、結(jié)果集中度以及種植密度、產(chǎn)量水平等的影響[4，5]。機收作業(yè)中，莖枝是與機械接觸的重要部位，其高度、數(shù)量、機械強度、延展程度等均直接影響機收效果[6，7]。研究顯示，莖稈具有較多干物質(zhì)積累、機械組織發(fā)達且堅韌的花生品種適應(yīng)機收需求[8，9]。

果柄強度也是評價花生是否適合機收的重要指標(biāo)之一，其與機收過程中的損失率及收獲莢果的帶柄率具有顯著相關(guān)性[10]。已有研究通過綜合分析花生莢果的破殼力、含水量、果柄機械特性等篩選出一些果柄強度適于機收的優(yōu)質(zhì)花生品種(系)[11，12]。遲曉元等[13]篩選出花育9120、花育35號等10個果柄強度較高、適于機收的優(yōu)質(zhì)大花生品種(系)。王傳堂等[14]篩選出宇花31號、花育31號、15L36G、吉花11號等10個適合一段式機收的花生新品種(系)。

至今，已有研究多是基于某一花生群體或莢果力學(xué)特性進行品種的篩選和評價，而基于不同種植密度對花生莖枝生長、莢果力學(xué)特性影響下的綜合評價報道較少。為此，本試驗選用黃淮?；ㄉa(chǎn)區(qū)推廣的21個花生品種為材料，研究不同密度對其莖枝生長特性、莢果產(chǎn)量構(gòu)成、結(jié)實范圍、莢果力學(xué)特性的影響，并在綜合評價基礎(chǔ)上篩選出莖枝特性優(yōu)良、果柄強度和莢果破殼力適中的適宜機收品種，為推廣機收作業(yè)提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選取黃淮海地區(qū)主栽的21個花生品種(表1)為試材。

表1 供試花生品種編號及名稱

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2021年在位于山東省萊西市的山東省花生研究所試驗站進行。每個品種機械起壟覆膜播種于大田中，壟寬85 cm，壟高20 cm。試驗設(shè)置112 500穴/hm2(D1)、135 000穴/hm2(D2)、180 000穴/hm2(D3)3個密度。每壟2行，行距30 cm，D1、D2、D3處理株距分別為20.9、17.4 cm和13.1 cm。雙粒穴播，每個處理重復(fù)3次。田間管理措施與一般大田生產(chǎn)保持一致。5日14日播種，9月13日收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 莖枝性狀及結(jié)實范圍 收獲后，每個品種均選取6株花生測量主莖高和側(cè)枝長，同時用量角器對第一對側(cè)枝夾角、第三側(cè)枝夾角和第四側(cè)枝夾角進行測量。參考遲曉元等[13]的方法測定夾持狀態(tài)下的結(jié)實范圍，對莢果層的厚度和高度進行測定。測定結(jié)束后摘取莢果，對營養(yǎng)器官生物量進行測定。

1.3.2 果柄及莢果力學(xué)特性 每個花生品種均選取6株長勢一致植株，采用HP－200型數(shù)顯式推拉力計(樂清市艾德堡儀器有限公司)對其第一對側(cè)枝上的5個莢果進行果柄強度測定，記錄果柄斷裂時的最大拉力值。每個品種隨機選取36個成熟飽滿的雙仁莢果，參考丁紅等[15]的方法測定其正壓、側(cè)壓及立壓破殼力，每個方向各測定12個數(shù)值。

1.3.3 莢果產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀 每個品種均測定不同密度下的單株莢果數(shù)、單株雙仁果數(shù)、單株飽果數(shù)及單株莢果產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析。表2、表3、表4中數(shù)據(jù)為21個品種的平均值，其它均為每個品種3個重復(fù)的平均值。采用主成分分析法，對3個密度下不同品種的莖枝特性、莢果性狀及莢果力學(xué)性狀相關(guān)的17個指標(biāo)進行分析，并計算每個品種的綜合得分，再依據(jù)得分對供試品種進行綜合評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植密度對花生主要莖枝性狀的影響

由表2可知，不同種植密度下供試21個花生品種主莖高和側(cè)枝長的變異系數(shù)較小，側(cè)枝夾角的變異系數(shù)較大。主莖高和側(cè)枝長的變異系數(shù)隨種植密度的增大而減小，營養(yǎng)器官生物量的變異系數(shù)隨種植密度的增大而增大。主莖高的均值D2密度下最小，D3密度下最大；側(cè)枝長及營養(yǎng)器官生物量的均值D2密度下最小，D1密度下最大。營養(yǎng)器官生物量的相差幅度最大，D1密度的營養(yǎng)器官生物量比D2密度高25.76%。

表2 不同種植密度對花生主要莖枝特性的影響

主莖與分枝間的角度反映了花生植株所占空間及莢果在土壤中的分布范圍，與機收關(guān)系密切。不同品種主莖與各側(cè)枝間夾角的變異系數(shù)較大，且隨種植密度增大呈先增加后降低趨勢。平均而言，不同密度下第一對側(cè)枝夾角均最小，其中D1密度下比第三側(cè)枝夾角和第四側(cè)枝夾角分別小4.51%和9.52%，D2密度下比兩者分別小7.85%和11.48%，D3密度下比兩者分別小13.88%和7.21%。

2.2 不同種植密度對花生產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表3可以看出，D1、D2和D3密度下花生產(chǎn)量變化范圍分別為22.00～50.50、10.50～29.25 g/株和9.50～36.75 g/株，平均莢果產(chǎn)量分別為35.07、24.40 g/株和25.50 g/株。不同密度下單株莢果產(chǎn)量的變異系數(shù)趨勢為D3＞D1＞D2，表明D2是參試品種比較適宜的密度。同一密度下各品種的單株莢果數(shù)存在較大差異，而同一品種在不同種植密度下的單株莢果數(shù)亦存在差異?；ㄉ鷨沃昵v果數(shù)、雙仁果數(shù)及飽果數(shù)均在D1密度下最多，D2密度下最少，且D2和D3密度下三者差異較小。較高的單株莢果數(shù)、雙仁果數(shù)和飽果數(shù)是D1密度下單株莢果產(chǎn)量較高的主要因素。

表3 不同種植密度對花生產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.3 不同種植密度對花生結(jié)實范圍及莢果力學(xué)特性的影響

花生莢果層高度、莢果層厚度及果柄長度是花生結(jié)實范圍的主要指標(biāo)，影響花生機收質(zhì)量。由表4可以看出，不同密度下花生莢果層高度的變異系數(shù)最大，果柄長度的次之，莢果層厚度的最小。D1密度下莢果層高度、莢果層厚度及果柄長度之值最大，且果柄長度隨密度增加而縮短。D1、D2和D3密度下果柄強度的平均值分別為9.60、9.14 N和9.06 N，D2密度下果柄強度的變異系數(shù)最小。不同密度下菏花11號、花育36號、花育25號、菏花26號、花育9303、菏花20號均具有較高的果柄強度。

表4 不同種植密度對花生結(jié)實范圍及莢果力學(xué)特性的影響

不同花生品種的莢果破殼力存在差異。D1和D2密度下正壓破殼力的變異系數(shù)均最小，立壓破殼力的變異系數(shù)均最大；D3密度下側(cè)壓破殼力的變異系數(shù)最小。不同品種的側(cè)壓破殼力＞立壓破殼力＞正壓破殼力，3個密度下的平均值分別為73.01、57.03 N和44.96 N。

2.4 基于果柄強度的多元線性回歸分析

以果柄強度為因變量，通過多元回歸分析研究果柄強度與農(nóng)藝性狀、破殼力、結(jié)實范圍、產(chǎn)量等13個性狀(主莖高X1、側(cè)枝長X2、第一對側(cè)枝夾角X3、第三側(cè)枝夾角X4、第四側(cè)枝夾角X5、結(jié)果高度X6、結(jié)果范圍X7、果柄長度X8、營養(yǎng)器官生物量X9、單株莢果產(chǎn)量X10、單株莢果數(shù)X11、單株雙仁果數(shù)X12和單株飽果數(shù)X13)之間的相關(guān)關(guān)系，并采用逐步多元回歸方法排除回歸系數(shù)P＜0.05的自變量，篩選出與果柄強度密切相關(guān)的性狀。其中，D1密度下多元線性回歸方程為Y＝1.63433＋0.88688X6，D2密度下回歸方程為Y＝9.10995－0.57657X9＋0.32026X10，D3密度下回歸方程為Y＝17.83965＋0.30493X1＋0.15238X4＋0.75057X6。由此表明，主莖高(X1)、第三側(cè)枝夾角(X4)、莢果層高度(X6)、營養(yǎng)器官生物量(X9)和單株莢果產(chǎn)量(X10)是影響果柄強度的主要性狀。

2.5 不同花生品種的主成分分析

用花生主莖高、側(cè)枝長、側(cè)枝夾角、結(jié)實范圍、莢果產(chǎn)量構(gòu)成因素、果柄強度、破殼力等17個性狀對花生品種進行主成分分析，結(jié)果如表5所示。選取5個特征值大于1的主成分進行分析，3個密度下5個主成分的累積貢獻率分別為76.498%、78.581%和76.988%，可以較好地代替各農(nóng)藝性狀及莢果力學(xué)等特性指標(biāo)對花生品種進行評價和判斷。D1密度下第1主成分貢獻率最高，為26.064%，載荷數(shù)較高的性狀為產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)，其中單株莢果數(shù)載荷最高，為0.866，其次為單株飽果數(shù)，可以認定其為產(chǎn)量因子。第2主成分貢獻率為19.939%，側(cè)枝長的載荷數(shù)最高，為0.836，其次為主莖高(0.828)，認定第2主成分為農(nóng)藝性狀因子。第3主成分貢獻率為12.338%，立壓破殼力的載荷數(shù)最高，為0.708，認定為莢果力學(xué)因子。第4主成分貢獻率為10.098%，第一對側(cè)枝夾角的載荷數(shù)最高，為0.745，認定為農(nóng)藝性狀因子。第5主成分貢獻率為8.059%，側(cè)枝長的載荷數(shù)最高，為0.393，第三側(cè)枝夾角次之，認定為農(nóng)藝性狀因子。

表5 3個密度下不同花生品種的主成分分析

D2密度下第1主成分貢獻率為33.437%，單株莢果數(shù)的載荷數(shù)最高(0.868)，認定為產(chǎn)量因子。第2主成分貢獻率為14.382%，第四側(cè)枝夾角的載荷數(shù)最高，為0.649，認定為農(nóng)藝性狀因子。第3主成分貢獻率為12.636%，莢果層高度的載荷數(shù)最高(0.639)，認定為結(jié)實范圍因子。第4主成分貢獻率為9.610%，正壓破殼力的載荷數(shù)最高(0.505)，認定為莢果力學(xué)因子。第5主成分貢獻率為8.516%，主莖高的載荷數(shù)最高，為0.566，認定為農(nóng)藝性狀因子。

D3密度下第1主成分貢獻率為32.132%，單株莢果數(shù)的載荷數(shù)最高，為0.884，認定為產(chǎn)量因子。第2主成分貢獻率為14.278%，側(cè)枝長的載荷數(shù)最高，為0.795，認定為農(nóng)藝性狀因子。第3主成分貢獻率為12.055%，果柄強度的載荷數(shù)最高(0.643)，認定為莢果力學(xué)因子。第4主成分貢獻率為10.977%，立壓破殼力的載荷數(shù)最高，為0.800，認定為莢果力學(xué)因子。第5主成分貢獻率為7.546%，正壓破殼力的載荷數(shù)最高，為0.920，認定為莢果力學(xué)因子。

2.6 3個密度下不同花生品種的綜合得分分析

根據(jù)主成分分析結(jié)果，將各成分因子與其權(quán)重相乘，繼而對各成分乘積進行加和得到綜合得分(表6)。各品種綜合得分值為品種宜機收潛力值，值越大表明其宜機收潛力越大，反之，宜機收潛力越小。選取3個密度下綜合評價值為正值、排序前10位的品種進行綜合分析，共篩選出2個密度下排序均位于前10位的宜機收品種9個，分別是花育9120、花育965、花育9510、花育36、花育25、花育9511、花育22、花育50和花育917。

表6 3個密度下花生品種的綜合評價值及排序

3 討論與結(jié)論

花生機收除受機械性能和生態(tài)環(huán)境因素影響外，品種性狀、栽培模式和田間管理措施等也會影響花生機收效率[3－5]。花生株型特征、果柄力學(xué)特性、結(jié)實范圍和果殼破殼力等性狀對花生機收的落果率和破損率具有重要影響[11－15]。種植密度影響花生的株形結(jié)構(gòu)、分枝特性、結(jié)實范圍、產(chǎn)量等相關(guān)性狀[16]?；ㄉ那o枝生長狀況是衡量植株健壯的重要指標(biāo)，與其結(jié)實情況密切相關(guān)，莖枝數(shù)量和高度將影響機收效果。已有研究表明落果率低的花生品種具有株高和分枝適中、莖稈干物質(zhì)積累較多的特性[8]。本試驗中，不同花生品種主莖高和側(cè)枝長的變異系數(shù)隨種植密度的增大而減小，由此表明，適當(dāng)增加種植密度有利于消除品種間莖枝特性的差異。

適宜的種植密度促進植株光合產(chǎn)物積累量向生殖器官轉(zhuǎn)移，從而增加花生單株生產(chǎn)率和飽果率[17]。適量增加種植密度有利于單位面積內(nèi)的果針數(shù)、莢果數(shù)、飽果數(shù)及莢果產(chǎn)量的增加，提高飽果率和出仁率[18]。本試驗中，D1、D2、D3密度下花生單株莢果產(chǎn)量平均值分別為35.07、24.40、25.50 g，根據(jù)相應(yīng)密度計算出的產(chǎn)量分別為7 890.75、6 588.00、9 180.00 kg/hm2。由此表明，合理密植能夠增加花生產(chǎn)量，這與上述前人的研究結(jié)果相一致。

花生收獲時，其莢果的脫落特性及破碎程度受花生莢果力學(xué)性狀的影響。土壤板結(jié)條件下，果柄強度低的花生品種其莢果損失率可達5%～35%[19]，但果柄強度過高也會導(dǎo)致較高的莢果帶柄率。本試驗中，不同密度下參試品種果柄強度的平均值無顯著差異，多元回歸分析表明主莖高、第三側(cè)枝夾角、莢果層高度、營養(yǎng)器官生物量和單株莢果產(chǎn)量是影響果柄強度的主要性狀。本研究顯示，3個方向的莢果破殼力中側(cè)壓破殼力最大，與前人研究結(jié)果相同[11，14]；正壓破殼力最小，這可能是花生機收過程中莢果破碎的主要原因。對不同花生品種在3個密度下的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量構(gòu)成及莢果力學(xué)特性的主成分進行綜合得分分析，認為花育9120、花育965、花育9510、花育36、花育25、花育9511、花育22、花育50和花育917共9個品種為適宜機收的花生品種。