適宜機(jī)械化種植的花生高產(chǎn)品種篩選與評(píng)價(jià)

丁 紅張冠初許 靜修明霞徐 揚(yáng)郭 慶張智猛*于遒功

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,山東 濟(jì)南 250100;2.威海市乳山市果茶蠶工作站,山東 乳山 264500;3.青島市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,山東 青島 266100)

花生是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物和油料作物,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中舉足輕重。近年來(lái),由于人工等生產(chǎn)成本的增加,提高花生機(jī)械化生產(chǎn)水平變得尤為重要,機(jī)械化可提高花生生產(chǎn)的作業(yè)效率和品質(zhì),對(duì)提高花生種植效益,降低勞動(dòng)強(qiáng)度和成本具有重要意義。花生具有典型的“地上開(kāi)花,地下結(jié)果”特征。傳統(tǒng)的花生收獲和脫殼主要靠人工,收獲環(huán)節(jié)用工占全過(guò)程的1/3以上,作業(yè)成本占整個(gè)生產(chǎn)成本50%以上[1]?；ㄉ鷻C(jī)械化收獲受土壤特性和自身生長(zhǎng)特性的影響,存在落果率高和雜質(zhì)高等問(wèn)題,反而增加了人工撿拾莢果和去雜的成本[2]?；ㄉ钠贩N特性是影響機(jī)械化收獲效果的主要因素。在收獲作業(yè)中,莖枝是與機(jī)械接觸的重要部位,因受基因型和環(huán)境條件的影響,其數(shù)量、高度、機(jī)械強(qiáng)度等均直接影響機(jī)械收獲品質(zhì)[3-4]。

研究表明莖稈干物質(zhì)積累多、機(jī)械組織發(fā)達(dá)、莖稈堅(jiān)韌的花生品種可滿足機(jī)械化收獲的需求[5-6]?；ㄉ鷱?qiáng)度特性與機(jī)械化收獲過(guò)程中的損失率和收獲莢果的帶柄率具有顯著相關(guān)性,并且影響莢果的商品性和后續(xù)的機(jī)械化脫殼[7]。已有學(xué)者對(duì)包含果柄含水量、莢果成熟度、果柄機(jī)械特性等方面開(kāi)展了相關(guān)研究,篩選出一些果柄強(qiáng)度適于機(jī)械化收獲的優(yōu)質(zhì)花生品種(系)[8-13]?；ㄉv殼破裂特性影響花生收獲時(shí)的破損率,魯清等研究認(rèn)為花生莢果的破裂力主要來(lái)源于橫向擠壓[14]。已有的研究多是基于某一花生群體進(jìn)行的篩選和評(píng)價(jià),或僅基于莢果力學(xué)的評(píng)價(jià),對(duì)莢果力學(xué)和機(jī)械作業(yè)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的報(bào)道較少。本研究對(duì)黃淮海地區(qū)生產(chǎn)上推廣的品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),篩選出結(jié)果范圍集中、果柄強(qiáng)度和莢果破殼力適中的花生品種,為推廣和培育適于機(jī)械化種植的花生品種提供了材料基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選取黃淮海地區(qū)主栽的18個(gè)花生品種進(jìn)行種植,分別為花育25號(hào)(HY25)、菏花11號(hào)(HH11)、花育22號(hào)(HY22)、花育9120(HY9120)、花育50號(hào)(HY50)、花 育39 號(hào)(HY39)、花 育9510(HY9510)、冀農(nóng)花6 號(hào)(JNH6)、菏 花20 號(hào)(HH20)、花育958(HY958)、花育36號(hào)(HY36)、花育917(HY917)、花育60號(hào)(HY60)、花育9303(HY9303)、青花6號(hào)(QH6)、花育51號(hào)(HY51)、花育965(HY965)和菏花26號(hào)(HH26)。試驗(yàn)材料在山東省招遠(yuǎn)市畢郭鎮(zhèn)官地村種植,機(jī)械起壟覆膜播種,壟寬85 cm,壟高20 cm。每壟2行,穴距20cm,地膜覆蓋栽培。田間管理與一般大田生產(chǎn)保持一致。2021年5日14日播種,9月13日采用花生挖掘機(jī)挖掘收獲。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 農(nóng)藝性狀

收獲后,每品種選取8株測(cè)量主莖高和側(cè)枝長(zhǎng)。同時(shí)對(duì)夾持狀態(tài)下莢果層的厚度和高度進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定過(guò)程參考遲曉元等[12]的方法。摘取莢果后進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)器官生物量的測(cè)定。

1.2.2 果柄及莢果力學(xué)特性

每個(gè)品種選取4株長(zhǎng)勢(shì)一致的花生植株,每株選取第一對(duì)側(cè)枝上的5個(gè)莢果進(jìn)行果柄及果柄強(qiáng)度測(cè)定。果柄長(zhǎng)度為莢果果柄著生點(diǎn)到莖著生點(diǎn)的距離。采用HP-200 型數(shù)顯式推拉力計(jì)(樂(lè)清市艾德堡儀器有限公司)對(duì)所測(cè)定莢果進(jìn)行果柄強(qiáng)度的測(cè)定。記錄果柄斷裂的部位(莖處或莢果處)及果柄斷裂時(shí)的最大拉力值。

每個(gè)品種隨機(jī)選取36個(gè)成熟飽滿的雙仁莢果,測(cè)定花生的莢果破殼力。破殼力指標(biāo)主要包括正壓(果嘴朝下放置)、側(cè)壓(果嘴朝外側(cè)放)和立壓(莢果站立放置)。將莢果放置在立式推拉力測(cè)試臺(tái)上,緩慢壓下推力計(jì),直至莢果破裂,記錄莢果破裂時(shí)的力。每個(gè)方向各得到12個(gè)測(cè)定值。

1.2.3 莢果產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀

每個(gè)品種的莢果摘下風(fēng)干后,測(cè)定單株結(jié)果數(shù)、單株雙仁果數(shù)、單株飽果數(shù)及單株莢果產(chǎn)量。

1.2.4 機(jī)械作業(yè)品質(zhì)測(cè)定

播種后,參考劉敏基等[15]的方法對(duì)不同花生品種的播種穴粒合格率和雙穴率進(jìn)行測(cè)定。收獲時(shí),花生挖掘機(jī)(4HW-2(800),商丘市志鴻機(jī)械設(shè)備有限公司)挖掘后,參考許靜等[16]的方法進(jìn)行地面落果率、埋果率、總損失率及帶土率的測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,通過(guò)主成分分析方法對(duì)不同品種農(nóng)藝性狀、莢果性狀及莢果力學(xué)性狀相關(guān)的15個(gè)指標(biāo),以及機(jī)械作業(yè)品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,并利用主成分分析的權(quán)重計(jì)算出每個(gè)品種的綜合得分,依據(jù)得分對(duì)供試品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同花生品種的農(nóng)藝性狀特性

18個(gè)供試品種的農(nóng)藝性狀特性中,變異系數(shù)大小為營(yíng)養(yǎng)器官生物量(20.09%)＞莢果層高度(15.33%)＞主莖高(9.53%)＞側(cè)枝長(zhǎng)(7.71%)＞莢果層厚度(7.48%)。變異系數(shù)越大,其受品種和栽培措施的影響越大(表1)。主莖高的變化范圍為42.75～61.25 cm,其中花育9510的主莖高最大,為主莖高最小的青花6號(hào)的1.43倍。側(cè)枝長(zhǎng)平均值為54.72 cm,最大值來(lái)自花育60號(hào),為62.63 cm,最小值亦來(lái)自青花6號(hào),最大值為最小值的1.34 倍(圖1A)。18 個(gè)品種中,花育9120的營(yíng)養(yǎng)器官生物量最高,為29.05 g,青花6號(hào)最低,最大值與最小值相差1.17倍,波動(dòng)范圍為平均值的131.80%(圖1B)。莢果層高度和莢果層厚度反映了花生莢果的結(jié)實(shí)范圍集中程度。莢果層高度平均值11.73 cm,花育9510莢果層高度16.25 cm,為最大值,花育958莢果層高度9.25 cm,為最小值。冀農(nóng)花6 號(hào)和花育60 號(hào)的莢果層厚度最大,為13.00 cm,花育39號(hào)莢果層厚度最小,為10.00 cm,最大值為最小值的1.30倍,表明18個(gè)供試花生品種的莢果層厚度比較相近 (圖1C)。

表1 不同花生品種農(nóng)藝性狀特性的平均值和變異系數(shù)Table 1 The average value and coefficient of variation of agronomic characteristics for different peanut varieties

圖1 不同花生品種的農(nóng)藝性狀特性Fig.1 The agronomic characteristics of different peanut varieties

2.2 不同花生品種的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

18個(gè)品種的單株產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的變異系數(shù)較高,變異系數(shù)大小為單株雙仁果數(shù)(23.13%)＞單株飽果數(shù)(17.18%)＞單株莢果產(chǎn)量(17.02%)＞單株莢果數(shù)(16.75%)(表2)。單株莢果數(shù)的平均值為26.94個(gè),變化范圍為20.00～37.50個(gè)。花育917的單株雙仁果數(shù)最大,為22.75個(gè),花育25最低,為11.13個(gè),18個(gè)品種的單株雙仁果數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差為3.60。單株飽果數(shù)最大的是花育917,為31.63個(gè),花育36號(hào)單株飽果數(shù)最小,為16.38個(gè),最大值是最小值的1.93倍(圖2A)?；ㄓ?0、花育917及花育965具有較高的單株莢果產(chǎn)量,每株莢果產(chǎn)量在40 g以上。花育917的單株莢果產(chǎn)量最高(48.88 g),比單株莢果產(chǎn)量最低的花育39號(hào)(26.82 g)高82.25%(圖2B)。由產(chǎn)量構(gòu)成因素分析,較高的單株雙仁果數(shù)和飽果數(shù)是取得較高單株產(chǎn)量的基礎(chǔ)。

表2 不同花生品種的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的均值和變異系數(shù)Table 2 The average value and coefficient of variation of yield and yield components for different peanut varieties

圖2 不同花生品種的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Fig.2 The yield and yield components of different peanut varieties

2.3 不同花生品種的果柄和莢果力學(xué)特性

18個(gè)花生品種的果柄強(qiáng)度變異廣泛,均值變幅為6.68～16.29 N(表3)。已有研究表明,根據(jù)拉力值大小可以將花生果柄強(qiáng)度分為低(5.69～8.44 N),中(8.45～13.96 N),高(13.97～16.72 N),極高(＞16.72 N) 四個(gè)等級(jí)[7]。18 個(gè)花生品種中33.33%的品種果柄強(qiáng)度為高,55.56%的品種果柄強(qiáng)度為中等,僅花育39(6.46 N)和花育51(6.68 N)的果柄強(qiáng)度為低(圖3A)。花生果柄的長(zhǎng)度在不同品種之間存在一定差異。18個(gè)花生品種的果柄長(zhǎng)度均值為5.49 cm,其中花育22號(hào)品種的果柄長(zhǎng)度最長(zhǎng),為6.95 cm,花育965品種的果柄長(zhǎng)度最短,為3.88 cm。花生莢果從植株上脫落,主要有兩個(gè)位置,即秧—柄脫落和果—柄脫落,其中果—柄脫落不帶果柄,亦稱果處脫落。對(duì)18個(gè)花生品種的果處脫落百分比進(jìn)行測(cè)定,冀農(nóng)花6號(hào)、花育958、花育9303和青花6號(hào)等4個(gè)品種的果處脫落百分比為100%,花育50的果處脫落比最低,僅為55%。

通過(guò)對(duì)18個(gè)品種的正壓、立壓和側(cè)壓破殼力進(jìn)行測(cè)量,發(fā)現(xiàn)花生品種的莢果破殼力具有廣泛的變異(圖3D)。其中,側(cè)壓破殼力最大,均值60.36 N,變幅在45.03～98.56 N之間;其次是立壓破殼力,均值46.95 N,變幅在29.57～64.52 N之間;正壓破殼力最小,均值44.08 N,18個(gè)品種的變異系數(shù)相對(duì)較小,變幅在33.33～54.71 N之間 (表3)。

潞新礦區(qū)內(nèi)變形較大且較難控制的巷道基本都是實(shí)體煤掘進(jìn)巷道，掘進(jìn)過(guò)程中均出現(xiàn)煤炮頻繁、煤體自行片冒、迸射等強(qiáng)烈礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象。沖擊性載荷是造成潞新礦區(qū)巷道掘進(jìn)成形困難和變形量大的主要原因，而沖擊性載荷的根源則主要包括高應(yīng)力、煤巖體的儲(chǔ)能特性及結(jié)構(gòu)特性。

圖3 不同花生品種的果柄和莢果力學(xué)特性Fig.3 The mechanical properties of peg and pod of different peanut varieties

表3 不同花生品種的果柄和莢果力學(xué)特性Table 3 The average value and coefficient of variation of mechanical properties of peg and pod for different peanut varieties

2.4 花生品種不同性狀的相關(guān)性分析

對(duì)不同花生品種農(nóng)藝性狀、莢果構(gòu)成因素及莢果力學(xué)特性等性狀間的相關(guān)性進(jìn)行分析(圖4)。相關(guān)系數(shù)結(jié)果顯示果柄強(qiáng)度與營(yíng)養(yǎng)器官生物量、莢果層高度、果柄長(zhǎng)度及立壓破殼力呈顯著或極顯著正相關(guān),與雙仁果數(shù)和側(cè)壓破殼力呈顯著負(fù)相關(guān)。單株莢果產(chǎn)量與單株莢果數(shù)、單株雙仁果數(shù)、單株飽果數(shù)均呈極顯著正相關(guān),且與單株莢果數(shù)間的相關(guān)系數(shù)最大,為0.84,表明單株莢果數(shù)是花生產(chǎn)量構(gòu)成的重要因素。莢果層高度和主莖高、側(cè)枝長(zhǎng)及果柄長(zhǎng)度呈顯著正相關(guān),莢果層厚度與側(cè)壓破殼壓力呈顯著負(fù)相關(guān),與其他性狀均呈正相關(guān)。果處脫落百分比與其他性狀均無(wú)顯著相關(guān)性。由此表明,花生莢果的力學(xué)特性是所有性狀綜合作用的結(jié)果。

圖4 花生品種不同性狀的相關(guān)性分析Fig.4 The correlation analysis of different characters of peanut varieties

2.5 不同花生品種農(nóng)藝性狀及莢果力學(xué)性狀的主成分分析

花生品種農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量構(gòu)成和莢果力學(xué)特性的主成分矩陣反映了主要性狀指標(biāo)對(duì)此主成分負(fù)荷的相對(duì)大小和作用方向,即該指標(biāo)對(duì)主成分的影響程度,也稱為指標(biāo)在主成分上的載荷。對(duì)主莖高、莢果構(gòu)成因素、果柄強(qiáng)度、破殼力、結(jié)實(shí)范圍等15個(gè)性狀進(jìn)行花生的主成分分析如表4所示,共有5個(gè)主成分的特征根大于1,累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)84.48%,可較好地代替農(nóng)藝性狀及莢果力學(xué)等特性對(duì)花生品種進(jìn)行評(píng)價(jià)和判斷。第1主成分貢獻(xiàn)率最高,為31.47%,載荷數(shù)較高的性狀為產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo),其中莢果數(shù)載荷最高為0.95,其次為飽果數(shù),可以認(rèn)定其為產(chǎn)量因子。第2主成分貢獻(xiàn)率為24.21%,立壓破殼力的載荷數(shù)最高為0.76,其次為果柄強(qiáng)度為0.68,認(rèn)定第2主成分為莢果力學(xué)因子。第3主成分的貢獻(xiàn)率為13.92%,側(cè)枝長(zhǎng)最高為0.76,主莖高次之,為0.65,認(rèn)定第3主成分為農(nóng)藝性狀因子。第4主成分和第5主成分的貢獻(xiàn)率分別為8.50%和7.46%,載荷數(shù)最高的性狀分別為正壓破殼力和果處脫落百分率。由此表明,第2主成分、第4主成分及第5主成分為花生莢果力學(xué)因子。

表4 不同花生品種農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量因素及莢果力學(xué)特性的主成分分析Table 4 The principal component analysis of agronomic characters,yield factors and pod mechanical properties of different peanut varieties

2.6 基于主成分分析的花生品種綜合評(píng)價(jià)

2.6.1 基于農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量因素及莢果力學(xué)特性的主成分得分

表5可知,供試的18個(gè)花生品種,第1主成分產(chǎn)量因子得分最高的是花育917,其次為花育965。第2主成分因子得分最高的是菏花11號(hào),花育60次之。第3主成分農(nóng)藝性狀因子得分最高的是花育51,其次為花育917;第4主成分得分最高的是花育9510,花育965次之;第5主成分得分最高為冀農(nóng)花6號(hào),青花6號(hào)次之。綜合得分為正數(shù),得分較高的品種為花育917、花育60、花育958、花育50、菏花11、花育965、花育9510和花育51號(hào)。

表5 不同花生品種農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量因素及莢果力學(xué)特性各主成分得分及綜合得分Table 5 The principal component scores and comprehensive scores of agronomic characters,yield factors and pod mechanical properties of different peanut varieties

2.6.2 基于小區(qū)產(chǎn)量、播種品質(zhì)和挖掘機(jī)作業(yè)品質(zhì)的主成分得分評(píng)價(jià)

進(jìn)一步對(duì)小區(qū)產(chǎn)量、播種品質(zhì)和挖掘機(jī)作業(yè)品質(zhì)等7個(gè)性狀進(jìn)行主成分分析,計(jì)算出7個(gè)性狀的特征根、相應(yīng)的特征值和特征根的累計(jì)貢獻(xiàn)率,根據(jù)特征值大于1 的標(biāo)準(zhǔn),選取前4 個(gè)主成分,累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)81.63%,可以概括出7個(gè)性狀的絕大部分信息 (表6)。

表6 不同花生品種播種品質(zhì)及挖掘機(jī)作業(yè)品質(zhì)的主成分分析Table 6 The principal component analysis of sowing quality and excavator operation quality of different peanut varieties

根據(jù)各主成分的系數(shù)和權(quán)重進(jìn)行不同品種機(jī)械作業(yè)的綜合得分計(jì)算 (表7)。綜合得分為正數(shù),得分較高的品種依次為花育9120、花育9303、菏花11號(hào)、花育60號(hào)、菏花20號(hào)、花育50號(hào)、花育25號(hào)、花育917、花育965和花育51號(hào)。選取基于不同品種農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量構(gòu)成及莢果力學(xué)特性的主成分分析綜合得分和基于機(jī)械作業(yè)品質(zhì)主成分分析綜合得分排名靠前的品種,認(rèn)為花育917、花育60號(hào)、花育50號(hào)、菏花11號(hào)、花育965和花育51號(hào)為適宜機(jī)械化生產(chǎn)的花生品種。

表7 不同花生品種播種品質(zhì)及機(jī)械作業(yè)品質(zhì)各主成分得分及綜合得分Table 7 Theprincipal component scores and comprehensive scores of sowing quality and excavator operation quality of different peanut varieties

2.7 基于果柄強(qiáng)度的多元線性回歸分析

為進(jìn)一步探究果柄強(qiáng)度與主莖高、莢果數(shù)、果處脫落百分率、破殼力、結(jié)實(shí)范圍等15個(gè)性狀之間的相關(guān)關(guān)系,以果柄強(qiáng)度為因變量,其余14個(gè)性狀為自變量進(jìn)行多元回歸分析。采用逐步多元回歸方法排除回歸系數(shù)不顯著的自變量,篩選出與果柄強(qiáng)度均值關(guān)聯(lián)密切的重要性狀,得到回歸方程:Y=9.768+0.150X4-0.406X6+0.500X9-0.047X14,可看出單株莢果質(zhì)量(X4)、單株雙仁果數(shù)(X6)、莢果層厚度(X9)、側(cè)壓破殼力(X14)是影響果柄強(qiáng)度的主要性狀。

3 結(jié)論和討論

花生的莖枝生長(zhǎng)狀況是衡量植株健壯的重要指標(biāo),與其結(jié)果情況密切相關(guān)?；ㄉ鷻C(jī)械化收獲除受機(jī)械性能和生態(tài)環(huán)境影響外[6],莖稈特性、抗倒性能、果柄強(qiáng)度、結(jié)果集中范圍等也是影響機(jī)械化收獲效果的重要因素[3,17]?；ㄉ鷻C(jī)械收獲作業(yè)中,莖枝數(shù)量和高度會(huì)影響機(jī)械收獲效果。張?zhí)鸬萚5]研究表明不易落果花生品種株高和分枝適中,莖稈干物質(zhì)積累多。本研究中18個(gè)品種的主莖高和側(cè)枝長(zhǎng)的變異系數(shù)較小,表明其主要受品種自身影響。根據(jù)主成分綜合得分篩選得到的6個(gè)花生品種的主莖高和側(cè)枝長(zhǎng)適中,具有適合機(jī)械化收獲的品種莖枝特性。

花生莢果力學(xué)性狀影響收獲時(shí)莢果的脫落特性及破碎程度。有研究表明,果柄強(qiáng)度偏低的品種在土壤板結(jié)條件下莢果損失率可達(dá)5%～35%[18],但果柄強(qiáng)度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致莢果帶柄率高,影響莢果的商品性。按照果柄強(qiáng)度四級(jí)標(biāo)準(zhǔn),供試18個(gè)品種中僅2 個(gè)品種的果柄強(qiáng)度較低,有16個(gè)品種的果柄強(qiáng)度處于中等以上水平,其中6個(gè)品種的果柄強(qiáng)度屬于高水平。本研究發(fā)現(xiàn)3個(gè)方向的莢果破殼力中的側(cè)壓破殼力最大,與前人研究結(jié)果相同[7];正壓破殼力最小,這可能是花生機(jī)械收獲過(guò)程中莢果破碎的主要原因。

通過(guò)回歸分析表明單株莢果質(zhì)量、單株雙仁果數(shù)、莢果層厚度及側(cè)壓破殼力是影響果柄強(qiáng)度的主要性狀。通過(guò)不同品種農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量構(gòu)成及莢果力學(xué)特性的主成分分析綜合得分和基于機(jī)械作業(yè)品質(zhì)主成分分析綜合得分,認(rèn)為花育917、花育60、花育50、菏花11、花育965和花育51這6個(gè)品種為適宜機(jī)械化生產(chǎn)的花生品種。