不同輪作模式對花生生長及產(chǎn)量的影響

沈悅　劉永惠　梁滿　陳志德　沈一

摘要 輪作是緩解連作障礙和糧油爭地矛盾的重要栽培方式，對于花生生產(chǎn)面積的擴(kuò)大及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本研究采用4種不同的輪作方式，連續(xù)4年觀測了花生的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀、土壤肥力等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)采用輪作模式可以一定程度上緩解花生連年種植帶來的連作障礙：連作春花生第4年有18.13%的干物質(zhì)量和15.56%的產(chǎn)量衰退，但輪作處理中花生農(nóng)藝、產(chǎn)量性狀基本穩(wěn)定；土壤硝態(tài)氮、速效鉀含量在輪作處理中都有較為顯著的提升。雖然春花生生育期較長、在活動積溫上更具優(yōu)勢，但輪作模式能獲得更加穩(wěn)定、可持續(xù)的產(chǎn)量。本研究對于優(yōu)化和推廣糧油輪作栽培提供了參考。

關(guān)鍵詞 花生；輪作模式；農(nóng)藝性狀；產(chǎn)量

中圖分類號 S565.2? ?文獻(xiàn)標(biāo)識號 A

文章編號 1007-7731（2023）08-0034-05

Effects of Different Rotation Patterns on the Growth and Production of Peanut

SHEN Yue? ?LIU Yonghui? ?LIANG Man? ?CHEN Zhide? ?SHEN Yi*

（Institute of Industrial Crops， Jiangsu Academy of Agricultural Sciencess， Nanjing Jiangsu 210014）

Abstract Crop rotation is an important cultivation method to alleviate the obstacles of continuous cropping and the contradiction between grain and oil production， which is of great significance for the expansion and sustainable development of peanut production. In this study， four different rotation modes were selected， and the agronomic characters， yield characters， soil fertility and other indicators of peanut were observed for four consecutive years. It was found that the appropriate rotation mode can alleviate the obstacles caused by continuous planting of peanut. In the fourth year of continuous cropping of spring sowing peanuts， 18.13% of the dry matter quality and 15.56% of the yield declined， but the agronomic and yield traits of peanut were basically stable in the rotation treatment. In addition， the contents of soil nitrate nitrogen and available potassium have been significantly improved in the rotation treatment. Although spring sowing peanut has longer growth period and more advantages in active accumulated temperature， the rotation system can obtain more stable and sustainable output. This study provides a reference for optimizing and popularizing peanut rotation cultivation.

Keywords peanut; rotation system; agronomic trait; yield trait

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)種方式的種植方式。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)地相結(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)耕地和保障糧食安全的重要內(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因素相關(guān)[2]。輪作能調(diào)節(jié)和改善耕作層的物理狀況，不同作物之間的養(yǎng)分吸收，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 hypogaea L.）是我國重要的油料和經(jīng)濟(jì)作物，播種總面積470 萬hm2以上，總產(chǎn)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，常年連作易造成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、產(chǎn)量受到嚴(yán)重影響[6-7]；適當(dāng)?shù)妮喿髂芴岣呒賳伟?、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，例如，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)道大多是基于一年處理的數(shù)據(jù)分析，很少有連續(xù)多年的跟蹤及分析。為此，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個連續(xù)自然年度內(nèi)4種不同的輪作方式對花生生長及產(chǎn)量的影響，以期對區(qū)域內(nèi)糧油輪作栽培的優(yōu)化和推廣提供參考。

1 材料與方法

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，用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1.2萬穴/hm2?；ㄉN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）900 kg/hm2對水噴霧控制雜草，此后視雜草情況進(jìn)行人工拔除；后期用20%花生超生寶600 g/hm2兌水噴施進(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）300 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)及折算畝產(chǎn)?；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 輪作模式對花生生育期的影響

利用2017—2020年試驗(yàn)站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)，采用方差分析法分析春、夏花生全生育期對氣候變化的響應(yīng)規(guī)律（表2）。結(jié)果表明，春花生全生育期（127.50±4.04） d，活動積溫（3 396.00±148.97） ℃；夏花生全生育期（122.67±2.08） d，活動積溫（3 241.67±110.43） ℃。相比之下，春花生生育期較長，活動積溫與夏花生相比有一定優(yōu)勢。

2.2 輪作模式對花生農(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可知，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）。

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 輪作模式對花生干物質(zhì)積累的影響

花生干物質(zhì)積累結(jié)果見表3。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)樽讶矢芍氐臏p少，果殼+籽仁的干重占比更是下降到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。輪作處理中，B處理的干物質(zhì)量較為突出，基本與第1年春花生相當(dāng)；C、D處理中植株干物質(zhì)量都為第1年春花生的88.12%以上，也能在年度間保持穩(wěn)定?？傮w上，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 輪作模式對土壤肥力的影響

本研究于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（34.83 mg/kg、9.10 mg/kg），硝態(tài)氮也有不同程度的提升，證實(shí)適宜的輪作模式對土壤NPK含量和組成有較大的影響，能在一定程度上提高花生對肥料的有效利用。

2.5 輪作模式對花生產(chǎn)量性狀的影響

不同模式花生的產(chǎn)量性狀見表5。由表5可知，春花生的單株結(jié)果數(shù)略優(yōu)于夏花生（23.73、22.36），春花生的平均單產(chǎn)達(dá)4 546.95 kg/hm2，而夏花生為3 934.35 kg/hm2，達(dá)到了顯著水平。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個，單產(chǎn)也僅為3 973.35 kg/hm2，比前3年均產(chǎn)降低15.56%，與農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累的衰退吻合。

不同的輪作處理中，花生的產(chǎn)量較為穩(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），夏花生單產(chǎn)穩(wěn)定在3 900 kg/hm2左右；處理B第3年的春花生仍然達(dá)到4 645.20 kg/hm2，與處理A相比，基本未受連作影響。

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，輪作模式最為經(jīng)濟(jì)有效、農(nóng)民較易采用?；ㄉ诟鞯赜胁煌妮喿髂Ｊ?，基于大面積生產(chǎn)和耕地使用的客觀情況，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有顯著的差異，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的差距。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)重量占比春花生高約2%，可能是基于這個原因。

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]。本次研究中也發(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%）和折合單產(chǎn)（15.56%）。相反，B處理2年3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，花生都有相對穩(wěn)定的農(nóng)藝和產(chǎn)量表現(xiàn)。另外，筆者于2016—2020年也針對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，這對于輪作模式中花生的穩(wěn)產(chǎn)也起到了重要作用。

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，而花生對土壤中難溶性磷化物的利用率較高；花生對氮素吸收量較少，適于供給禾本科作物利用。花生根瘤菌還能固定約225 kg/hm2的氮素，其中約67.5 kg/hm2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┖螅寥老鯌B(tài)氮、速效鉀都有較大程度的提高，證實(shí)輪作模式對土壤養(yǎng)分的有益作用。

研究中表明，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2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態(tài)變化，研究其對花生生長和發(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。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 楊慶媛，陳展圖，信桂新，等.中國耕作制度的歷史演變及當(dāng)前輪作休耕制度的思考[J].西部論壇，2018，28（2）：1-8.

[2] 胡立勇，丁艷鋒.作物栽培學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2019.

[3] 黑杰，李先德，劉吉龍，等.輪作模式對農(nóng)田土壤團(tuán)聚體及碳氮含量的影響[J].中國水土保持科學(xué)，2022，20（3）：126-134.

[4] 張河慶，吳婕，韓帥，等.4種周年輪作模式對耕作層土壤微生物的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2022，38（20）：73-80.

[5] 萬書波.中國花生栽培學(xué)[M].上海：上?？萍汲霭嫔纾?003.

[6] 王興祥，張?zhí)伊?，戴傳?連作花生土壤障礙原因及消除技術(shù)研究進(jìn)展[J].土壤，2010，42（4）：505-512.

[7] 唐朝輝，郭峰，張佳蕾，等.花生連作障礙發(fā)生機(jī)理及其緩解對策研究進(jìn)展[J].花生學(xué)報(bào)，2019，48（1）：66-70.

[8] 姚小東，李孝剛，丁昌峰，等.連作和輪作模式下花生土壤微生物群落不同微域分布特征[J].土壤學(xué)報(bào)，2019，56（4）：975-985.

[9] 唐朝輝，郭峰，張佳蕾，等.甘薯花生輪作對花生生理及產(chǎn)量品質(zhì)的影響[J].中國油料作物學(xué)報(bào)，2020，42（6）：1002-1009.

[10] 龐茹月，王明輝，孔潔，等.湖北省不同花生輪作種植體系碳氮足跡[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2021，32（11）：3997-4003.

[11] 趙慶雷，信彩云，王瑜，等.不同輪作模式對花生病蟲害及產(chǎn)量的影響[J].植物保護(hù)學(xué)報(bào)，2018，45（6）：1321-1327.

[12] 卞能飛，王曉軍，孫東雷，等.水稻—花生輪作對不同花生品種生長發(fā)育、產(chǎn)量和病蟲草害的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（20）：69-71.

[13] 孫秀山，封海勝，萬書波，等.連作花生田主要微生物類群與土壤酶活性變化及其交互作用[J].作物學(xué)報(bào)，2001，27（5）：617-621.

[14] CHEN YAN，BONKOWSKI MICHAEL，SHEN YI，et al. Root ethylene mediates rhizosphere microbial community reconstruction when chemically detecting cyanide produced by neighbouring plants[J]. Microbiome，2020，8（1）：4.

[15] CHEN PIN，HE WEI，SHEN YI，et al. Interspecific neighbor stimulates peanut growth through modulating root endophytic microbial community construction[J]. Frontiers in Plant Science，2022，13：83066.

（責(zé)編：張宏民）

基金項(xiàng)目 國家花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-13）；江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（特糧特經(jīng)）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（JATS[2022]339）。

作者簡介 沈悅（1986—），女，江蘇無錫人，博士，助理研究員。研究方向：花生栽培和分子。

收稿日期 2022-11-26