不同輪作模式對(duì)花生生長及產(chǎn)量的影響

沈 悅 劉永惠 梁 滿 陳志德 沈 一

（江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，江蘇南京 210014）

輪作是指在一定年限內(nèi)、同一塊地上有順序地輪換種植不同作物，或者采用不同復(fù)種方式的種植模式。我國早在西周及春秋時(shí)期就有休耕、輪作的種植模式，強(qiáng)調(diào)用地與養(yǎng)地的結(jié)合[1]。當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨耕地資源透支和連作障礙等問題，如何促進(jìn)耕地地力的有效恢復(fù)并加以高效利用，是保護(hù)耕地和糧食安全的重要內(nèi)容，而探索和實(shí)行新時(shí)代高質(zhì)量的輪作休耕模式是必然選擇之一[2]。

作物連作障礙現(xiàn)象比較普遍，通常認(rèn)為與植物化感物質(zhì)的自毒、土壤理化特性的惡化、土壤單類養(yǎng)分的缺失、土壤微生物群落的失衡等相關(guān)[2]。輪作能調(diào)節(jié)和改善耕作層的物理狀況，協(xié)調(diào)不同作物之間養(yǎng)分吸收的局限性，優(yōu)化土壤理化結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分含量[3]；同時(shí)能打破單一物種特有的病原菌周期、保持根系微生物的生物量和多樣性，為植物生長構(gòu)建健康的微生物環(huán)境[4]。

花生（Arachis hypogaeaL．）是我國重要的油料和經(jīng)濟(jì)作物，近年來播種面積470 萬hm2以上，總產(chǎn)量近1 800 萬t，是我國植物食用油安全供給的重要保障，也通過不同加工方式豐富了各類消費(fèi)市場。近年來，我國花生單產(chǎn)常年在3.7～3.8 t/hm2，除高產(chǎn)品種選育外，連作也是制約我國花生持續(xù)增產(chǎn)的一項(xiàng)不可忽視的因素[5]。

花生是典型的不耐重茬作物，常年連作有利于病原真菌在根表的定殖，從而抑制了有益細(xì)菌的生長，造成土傳病害加劇，使其產(chǎn)量受到嚴(yán)重影響[6-7]；適當(dāng)?shù)妮喿髂艽龠M(jìn)假單胞菌、白地霉等有益菌的生長，減輕花生的病害、提高莢果產(chǎn)量[8]?；ㄉ休^多輪作模式的研究報(bào)道，花生-甘薯的輪作模式，能使花生干物質(zhì)積累量增加，莢果產(chǎn)量提高14.4%[9]；油菜-花生輪作較花生單作單位凈現(xiàn)值碳排放和氮排放分別降低19.6%和30.8%，可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效與低碳氮排放的協(xié)同效益[10]；水旱輪作更有利于對(duì)花生果腐病、葉斑病和蠐螬的防控，花生產(chǎn)量結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)化，根瘤菌數(shù)量顯著提高[11-12]。但現(xiàn)有研究報(bào)道多是基于一年處理的數(shù)據(jù)分析，很少有連續(xù)多年的跟蹤研究及分析。本研究從農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)量、產(chǎn)量和土壤NPK 含量等方面，詳細(xì)研究了4 個(gè)連續(xù)自然年度內(nèi)、4 種不同的輪作方式對(duì)花生生長及產(chǎn)量的影響，期望對(duì)區(qū)域內(nèi)糧油輪作栽培的優(yōu)化和推廣提供參考。

1 材料

1.1 試驗(yàn)材料

供試花生品種為中花16，小麥、玉米品種為本院糧食作物研究所提供的寧麥21和蘇玉20。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

試驗(yàn)于2017—2020 年在江蘇省農(nóng)科院六合試驗(yàn)基地進(jìn)行。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)長16 m，寬4.25 m。具體處理設(shè)置見表1。

春、夏花生種植前，45%高效復(fù)合肥（15-15-15）600 kg/hm2作基肥，起壟種植，壟距0.85 m，每小區(qū)5壟，每壟種2行，每穴播2粒，穴距20 cm，種植密度約12 萬穴/hm2。花生種子用60%吡蟲啉FS+40%萎銹·福美雙進(jìn)行包衣后播種；播后苗前用禾耐斯（乙草胺）60 mL對(duì)水噴霧控制雜草，此后視雜草情況進(jìn)行人工拔除；后期用20%花生超生寶40 g/hm2對(duì)水噴施進(jìn)行化控。

玉米用45%高效復(fù)合肥（15-15-15）300 kg/hm2作基肥，起壟種植，壟距0.85 m，每壟種1 行，每穴播種2 粒定苗留1 株，穴距25 cm，種植密度約6 萬株/hm2，拔節(jié)期另施45%高效復(fù)合肥（15-15-15）20 kg/hm2，其余按照當(dāng)?shù)卮竺娣e生產(chǎn)要求進(jìn)行管理。

為使各處理外施肥料一致，花生、玉米收獲后，統(tǒng)一加施45%高效復(fù)合肥（15-15-15）300 kg/hm2，冬天按處理栽種小麥或閑置。小麥于10 月底至11月上旬進(jìn)行撒播，種子用量225 kg/hm2，其余按照當(dāng)?shù)卮竺娣e生產(chǎn)要求進(jìn)行管理。

花生收獲前，每個(gè)小區(qū)選5 穴（10 株）進(jìn)行考種，考察性狀包括株高、側(cè)枝長、主莖綠葉數(shù)等農(nóng)藝性狀及單株果數(shù)；莢果曬干后測定百果重和百仁重，計(jì)算出仁率；按小區(qū)收獲后稱重統(tǒng)計(jì)及折算產(chǎn)量?；ㄉ墒炱谌雍?05 ℃殺青30 min，80 ℃烘至恒質(zhì)量，測定莖、葉、果柄等不同組織的生物干物質(zhì)量。小麥播種或冬閑前取各處理土壤樣進(jìn)行NPK測定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 輪作模式對(duì)花生生育期的影響

春、夏花生播種、收獲時(shí)間及積溫?cái)?shù)據(jù)見表2。春花生全生育期127.50±0.71 d，活動(dòng)積溫3 396.00±57.98 ℃；夏花生全生育期122.67±2.08 d，活動(dòng)積溫3 241.67±110.43 ℃。春花生生育期較長，活動(dòng)積溫與夏花生相比有一定優(yōu)勢。

2.2 輪作模式對(duì)花生農(nóng)藝性狀的影響

不同處理中春、夏花生主要農(nóng)藝性狀見圖1。由圖1得知，由于生育期和積溫的不同，春花生總體營養(yǎng)生長比夏花生充分，如主莖高（42.45 cm/41.51 cm），側(cè)枝長（51.10 cm/49.11 cm）和主莖綠葉數(shù)（27.58/25.63）。

圖1 不同輪作處理下花生主莖高、側(cè)枝長、主莖綠葉數(shù)

具體分析，春花生連作處理中，第2年農(nóng)藝性狀基本保持穩(wěn)定，第3 年有所衰退，第4 年更是極顯著衰退，主莖高和側(cè)枝長與前3 年平均相比分別下降12.01%和16.43%。輪作處理中，B 處理營養(yǎng)生長相對(duì)較好，側(cè)枝長及主莖綠葉數(shù)與第1 年春花生基本相當(dāng)；C、D處理中3個(gè)農(nóng)藝性狀指標(biāo)都為第1年春花生的87.83%以上，且基本能在年度間保持穩(wěn)定。

2.3 輪作模式對(duì)花生干物質(zhì)積累的影響

從表3可以看出，春花生連作第2、3年干物質(zhì)量基本保持恒定，但第4年總干物質(zhì)積累顯著減少，比前3年平均減少18.13%，主要原因?yàn)樽讶矢芍販p少，果殼+籽仁的干重占比下降到70%以下；當(dāng)然，除去第4 年數(shù)據(jù)之外，春花生單株總生物量（49.75 g）與夏花生（44.78 g）相比，還是有顯著優(yōu)勢。

表3 不同處理花生單株干物質(zhì)積累測定

輪作處理中，B處理的干物質(zhì)量較為突出，基本與第一年春花生相當(dāng)；C、D處理中植株干物質(zhì)量都為第一年春花生的88.12%以上，也能在年度間保持穩(wěn)定。

另外，總體夏花生果殼+籽仁的干物質(zhì)重量占比比春花生高約2%（74.38%、76.20%），較短的生育期可能更利于促進(jìn)花生生殖生長。

2.4 輪作模式對(duì)土壤肥力的影響

于2018—2020年小麥播種或冬閑前，連續(xù)3年測定了花生連作和輪作中的土壤NPK含量（表4）。硝態(tài)氮是旱地作物利用外源氮的主要形式，在施肥相同、輪作處理多種一季小麥的前提下，輪作仍能提高土壤中硝態(tài)氮含量近4倍，速效鉀也有不同程度的提升，證實(shí)適宜的輪作模式對(duì)土壤NPK含量和組成有較大的影 響，能在一定程度上提高花生對(duì)肥料的有效利用。

表4 花生輪、間作土壤NPK含量測定

2.5 輪作模式對(duì)花生產(chǎn)量性狀的影響

不同模式花生的產(chǎn)量性狀見表5。春花生的單株結(jié)果數(shù)略優(yōu)于夏花生，春花生的平均產(chǎn)量達(dá)4.55 t/hm2，而夏花生為3.93 t/hm2，達(dá)到了顯著差異水平。但連作處理中，第4 年出現(xiàn)較為嚴(yán)重的產(chǎn)量衰退，單株結(jié)果數(shù)下降至19.60，產(chǎn)量為3.97 t/hm2，比前3 年均產(chǎn)降低約15.56%，與農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累的衰退吻合。

表5 不同輪作處理下花生產(chǎn)量性狀結(jié)果

不同的輪作處理中，花生的產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定。如大面積生產(chǎn)中常用的冬小麥-夏花生逐年輪作模式（處理C），夏花生產(chǎn)量介于3.89～4.05 t/hm2之間，變化幅度較小；B處理第3年春花生產(chǎn)量為4.65 t/hm2，與第一年春花生單產(chǎn)相比無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

3 討論

花生連作障礙主要機(jī)理有作物化感的自毒作用、土壤酶活的改變、土壤微生物群落的失衡及土壤養(yǎng)分的失衡[6]，采取適宜的輪間套作模式、施用微生物制劑、施用有機(jī)肥和花生專用肥、改進(jìn)土壤耕翻技術(shù)等都可以一定程度上緩解花生連作障礙。其中輪作模式最經(jīng)濟(jì)有效，農(nóng)民較易采用?；ㄉ诟鞯赜胁煌妮喿髂Ｊ剑诖竺娣e生產(chǎn)和耕地使用的客觀情況，建議黃淮海產(chǎn)區(qū)大面積推行花生-小麥的周年輪作制度，以解決糧油爭地矛盾。

花生不同生態(tài)類型品種的生育期及所需積溫存在顯著差異，珍珠豆型品種生育期126～127 d，所需總積溫（3 147.12±263.16）℃，相比較來說，夏花生生育期較短、積溫較少，差異主要集中在播種至始花期及飽果成熟期，造成最后產(chǎn)量與春花生相比有一定差距。雖然夏花生產(chǎn)量形成期較短，但只要保持后期葉片正常光合作用，夏花生干物質(zhì)向莢果分配的比率更高[5]。我們也發(fā)現(xiàn)夏花生果殼+籽仁的干物質(zhì)重量占比比春花生高約2%，可能是基于這個(gè)原因。

春花生雖然產(chǎn)量高，但其播種較早，不適宜與小麥、油菜等冬季作物進(jìn)行輪作，而連年種植春花生易產(chǎn)生嚴(yán)重的連作障礙。有研究指出，花生連作5年，主莖高度最低降低12.5%，莢果產(chǎn)量降低33.5%，土壤和根際的真菌數(shù)量顯著增加，細(xì)菌和放線菌數(shù)量顯著減少[13]。本研究中也發(fā)現(xiàn)，春花生連作到第4年，花生不同農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量都有不同程度的下降，如主莖高（12.01%）、側(cè)枝長（16.43%）、單株結(jié)果數(shù)（21.19%）、百果重（5.41%）和折合產(chǎn)量（15.56%）。相反，B處理兩年三熟的“春花生—冬小麥—夏玉米—春花生”模式，及不同的夏花生輪作處理中，花生都有相對(duì)穩(wěn)定的農(nóng)藝和產(chǎn)量表現(xiàn)。另外，于2016—2020年也針對(duì)逐年春花生種植和花生-小麥周年輪作2 種種植模式，進(jìn)行了葉斑病、網(wǎng)斑病、銹病等主要病害消長規(guī)律的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)各種病害在輪作模式下都有不同程度的減輕，這對(duì)于輪作模式中花生的穩(wěn)產(chǎn)也起到重要作用。

普遍認(rèn)為，花生與禾本科作物輪作可以充分利用地力：如小麥根系只能吸收易溶性磷化物，而花生對(duì)土壤中難溶性磷化物的利用率較高；花生對(duì)氮素吸收量較少，適于供給禾本科作物利用?；ㄉ鼍€能固定約225 kg/hm2的氮素，其中約67.5 kg 可遺留于土壤中[5]。本研究中我們也發(fā)現(xiàn)，采取適當(dāng)?shù)妮喿鞔胧┖?，土壤硝態(tài)氮、速效鉀都有較大程度的提高，證實(shí)輪作模式對(duì)土壤養(yǎng)分的有益作用。

此外，在其他研究中發(fā)現(xiàn)，花生與木薯[14]、花生與玉米[15]的間作體系中，花生根際土壤的微生物種群會(huì)受到相鄰作物的影響，繼而促進(jìn)土壤有效養(yǎng)分的積累和乙烯等植物激素的合成，達(dá)到兩種間作作物互促生長的效果。逐年跟蹤和分析不同的輪作模式中花生土壤菌群的組成和動(dòng)態(tài)變化，研究其對(duì)花生生長和發(fā)育的影響機(jī)理，也能為花生輪作生產(chǎn)模式的應(yīng)用和推廣提供更完整的數(shù)據(jù)支撐。