2023, Vol. 50文章信息
引用本文 |
基金项目
- 国家重点研发计划项目(2022YFD2300100)
作者简介
- 陈小姝(1982—)，博士，研究员，现任职吉林省农业科学院花生研究所副所长，花生栽培与耕作研究团队首席专家，主要研究方向为花生高产栽培理论技术。近5年主持和参与花生类国家自然科学基金、国家重点研发计划、省部级项目等11项；以第一或通讯作者在国内外期刊发表学术论文18篇，副主编或参编著作3部；获吉林省科技进步二等奖2项、“吉林省首届科技工作者创新创业大赛”三等奖1项；授权专利4项，软件著作权11项；育成花生新品种7个；主持制定吉林省地方标准2部、参与制定中华人民共和国农业行业标准1部；现为吉林省植物病理学会理事，吉林省品种审定专业委员会(特色作物专业)委员，国际种业科学家联合体会员，“科创中国”花生产业服务团专家，吉林省D类人才。陈小姝(1982—)，女，博士，研究员，研究方向为花生高产栽培，E-mail：13944940275@163.com.
通讯作者
- 高华援(1964—)，男，硕士，研究员，研究方向为花生栽培与育种，E-mail：ghy6413@163.com.
文章历史
- 收稿日期：2023-05-26
【研究意义】花生(Arachis hypogaea L.)是世界上重要的油料和经济作物，尤其在发展中国家其可作为重要的植物油和蛋白质来源[1]。2020年我国花生总产量和产油量分别达到了1 799万t和302万t，均创历史新高[2]。目前，吉林省花生年种植面积约26.7万hm2左右，是2000年初的6.2倍，总产由2001年的14.60万t提高到2020年的79.2万t，提高了5.4倍，使吉林省成为全国10个10万hm2以上花生主产省(区)之一[3]。吉林省花生主产区主要分布在西部、中部地区，多以干旱和半干旱生态区为主[4]，生产上常见的种植模式为等行距种植模式、大垄双行种植模式，大多采取每穴2粒、3粒或多粒的种植方式，不仅造成植株空间分布和发育差异，而且用种量过大，影响花生种植收益。生产上花生播种密度普遍偏小，难以进一步提升产量，目前吉林省花生平均单产在3 299.67 kg/hm2，比全国平均单产3 658.0 kg/hm2低9.8%[5]。花生是无限开花作物，具有花期长、花量大和单株生产潜力高等特性[6]，通过研究大垄双行种植密度对花生群体结构和产量的影响，建立花生合理的群体结构，可以充分发挥植株个体的增产潜力，缓解群体与个体矛盾，挖掘高产栽培的有效模式，探索花生节本降耗栽培的有效途径。
【前人研究进展】适宜的种植方式和密度可构建合理的群体结构，提高作物单产水平。在传统花生产区，科研工作者系统研究了密度对花生植株、产量等相关性状的影响。陈雷等[7]以“商花43”为研究材料，发现随密度增加，单粒精播百果质量、百仁质量、饱果率、出仁率整体上呈增加趋势，22.5万穴/hm2、27.0万穴/hm2处理产量显著大于双粒播对照(18.0万穴/hm2)，分别比对照节约用种37.5%、25.0%。张新宏[8]研究发现，单粒播种模式下，‘四粒红’花生随着种植密度增加，产量呈先增加后下降趋势。郭陞垚等[9]以‘泉花551’为试验材料，发现在单粒播种条件下，花生株高、干物质积累、叶面积指数及光合势与种植密度呈正相关态势；单株分枝数、结果枝数、荚果数、单株生产力和叶绿素含量与种植密度呈负相关态势。黄志鹏等[10]研究发现，桂花系列花生品种在单粒精播条件下，荚果产量随着种植密度的增大而增加，且高密度处理(穴距10 cm)均显著大于低密度处理(穴距20 cm)。【本研究切入点】种植密度是限制花生产量提升的主要制约因素。生产上习惯60~65 cm单垄种植，种植密度21万~22万株/hm2，株距14 cm左右[11]，大垄双行种植时，株距为15 cm[12]，且每穴2~3粒种子，用种量较大。本试验以常规大田种植密度为对照，采用大垄双行种植+ 单粒播种，研究密度对花生群体结构和产量的影响，以期找到合理种植密度，构建高产花生群体，指导花生生产，实现吉林省花生单产水平持续提高。【拟解决的关键问题】本研究解决了在花生高产栽培实践中，资源投入与合理利用、群体与个体之间不协调等问题，改花生一穴双粒或多粒播为单粒播，节约种子用种量，改单垄等行距种植为大垄双行，提高土地利用率，合理利用资源、降低成本，实现安全优质高产。
1 材料与方法 1.1 试验地概况试验在吉林省公主岭市吉林省农业科学院试验田(43°31'N，124°49'E)开展, 公主岭市属中温带湿润地区大陆性季风气候，四季分明，年平均气温5.6℃，年平均降水量594.8 mm，无霜期144 d。试验田土壤为淡黑钙土，地势平坦，地力均匀一致，土壤基本肥力：土壤pH值6.36，有机质28.4 mg/kg，水解性氮79.56 mg/kg, 速效磷66.9 mg/kg，速效钾246.0 mg/kg。
1.2 试验设计供试材料为半匍匐型多粒型花生品种‘四粒红’和直立型珍珠豆型花生品种‘吉花26’，大垄(90 cm)双行种植模式，单粒播种，每个品种按表 1的不同种植密度种植，以单垄(60 cm)双粒播种(11.93万穴/hm2，即23.86万株/hm2)为对照，采用随机区组排列，重复3次。
试验田按750.00 kg/hm2花生专用复合肥一次性作底肥施入，秋翻后耙地起垄，早春镇压提墒，大垄双行垄宽90 cm，行长5 m，行距30 cm，单粒播种，每个小区2垄，小区面积9 m2。对照单垄垄宽60 cm，每垄1行，双粒播种，每个小区3垄，行长5 m，小区面积9 m2。2022年5月17日，按各设计密度播种。播种后选晴朗无风天气，喷施封闭除草剂，生育期内人工除草，按需防治病虫害，以高产田进行管理，9月10日收获。
1.3 测定项目及方法1.3.1 出苗率 在播种后10 d每天记录出苗数，分别统计播种后10、15、20、25、30 d的出苗数，计算出苗率。
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1.3.2 植株性状 在苗期、开花下针期、结荚期和收获期各处理选取5穴生长一致的植株，测定主茎高、侧枝长、分枝数等指标。
1.3.3 叶绿素SPAD值 使用日产SPAD-502叶绿素仪测定花生主茎的倒三功能叶SPAD值。
1.3.4 干物质积累 分别于花生花针期、结荚期、成熟期每个处理选取代表性植株10株，分成地上(茎和叶)和地下(根、果针和荚果)两部分，105 ℃杀青1 h，80 ℃烘至恒质量，计算干物质积累。
1.3.5 收获期测产及产量性状 收获时每个处理中各选取10株长势一致的花生进行考种，调查单株荚果数、单株生产力、百果质量、百仁质量等产量指标，并常规测产。
1.4 数据统计与分析采用Excel 2010进行数据统计分析，用DPS软件数据处理系统进行数据方差分析(Duncan新复极差法)。
2 结果与分析 2.1 不同种植密度对花生出苗率的影响由表 2、表 3可知，由于花生类型不同，出苗和齐苗的时间也略有不同，播种后10 d，‘吉花26’没有出苗，而‘四粒红’在M1、M2和M3密度下均已开始出苗；播种后15 d，‘四粒红’和‘吉花26’单垄种植模式(CK)的出苗率均显著高于大垄双行模式，分别为64.79%(极显著)、14.57%；播种后20 d，‘吉花26’在M2密度下的出苗率极显著高于其他模式，为43%，‘四粒红’CK的出苗率最高、为82.16%；播种后25 d，‘吉花26’在M3密度下出苗率最高、为88.02%，极显著高于其他密度，‘四粒红’除M1密度外，其余密度出苗率在90% 以上，且在M3密度下出苗率最高、为100%，极显著高于其他密度；播种后30 d，吉花26在M2、M3、M4和M5密度下出苗率在90% 以上，且M3密度下出苗率最高、为100%，极显著高于其他密度。‘吉花26’不同种植密度出苗率依次为M3＞M5＞M4＞M2＞M6＞CK＞M1，‘四粒红’不同密度出苗率依次为M3＞M4＞M2＞M5＞CK＞M6＞M1。
2.2 不同种植密度对花生植株性状的影响
由图 1可知，种植模式对‘吉花26’的主茎高及侧枝长具有显著的影响，且主茎高和侧枝长的生长趋势一致。在花生不同的生长时期，大垄双行种植模式的主茎高和侧枝长均显著高于单垄种植模式(CK)。随着种植密度的降低，主茎高和侧枝长逐渐增高，在苗期和开花下针期，M5密度下主茎高和侧枝长最高，苗期的主茎高和侧枝长分别为4.22、3.76 cm，开花下针期的主茎高和侧枝长分别为11.5、14.1 cm(图 1)。结荚期随着种植密度的降低，主茎高和侧枝长逐渐增高，M4密度、M5密度和M6密度显著高于其他处理，M6密度的主茎高和侧枝长最高，分别为25.84、27.76 cm。花生成熟期以后，M5密度的主茎高和侧枝长极显著高于其他处理，分别为32.24、35.15 cm。
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| 图 1 ‘吉花26’不同种植密度的主茎高(A)和侧枝长(B) Fig. 1 Main stem height(A) and lateral branch length(B) of' Jihua26' under different densities |
由图 2可知，‘四粒红’在花生苗期主茎高和侧枝长无显著性差异，主茎高在3.02~3.84 cm，侧枝长在2.68~3.34 cm；在开花下针期，CK模式下的主茎高和侧枝长显著高于大垄双行种植模式，分别为24.08、24.3 cm；而在花生生长后期，大垄双行种植模式下的主茎高和侧枝长极显著高于CK；在结荚期和成熟期M5密度下主茎高和侧枝长显著高于其他密度，结荚期的主茎高和侧枝长50.24、53.9 cm，成熟期的主茎高和侧枝长分别为68.36、78.66 cm，且随着种植密度的降低呈现先升高又降低的趋势。
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| 图 2 ‘四粒红’不同种植密度的主茎高(A)和侧枝长(B) Fig. 2 Main stem height(A) and lateral branch length(B) of' Silihong' under different densities |
2.3 不同种植密度对花生功能叶SPAD值的影响
由表 4可知，在开花下针期，‘吉花26’主茎的倒三功能叶SPAD值随种植密度的降低呈先升后降又升趋势；在结荚期，‘吉花26’主茎的倒三功能叶SPAD值随种植密度的降低呈先升后降趋势，‘吉花26’在M4密度下最高、为50.17；在成熟期，‘吉花26’各处理间差异不显著。
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由表 5可知，在开花下针期，‘四粒红’主茎的倒三功能叶SPAD值随种植密度的降低呈先降后升又降趋势，在M1密度下SPAD值最高、为37.67；在结荚期，‘四粒红’主茎的倒三功能叶SPAD值随种植密度的降低呈先升后降的趋势，‘四粒红’在M3密度下最高、为38.58；在成熟期，除M4密度下其SPAD值较高外，‘四粒红’其他处理间差异不显著，在花生生长后期适宜的密度可以增强花生通风透光条件，提高花生叶片中的叶绿素。
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2.4 不同种植密度对花生干物质积累的影响
由图 3、图 4可知，两种类型的花生品种，花生地上部分干物质积累从开花下针期开始迅速增多，花生地下部分干物质积累从结荚期开始迅速增多。‘吉花26’随着密度的降低，干物质积累量呈现先升高后降低的趋势，且在所有时期单粒播种的不同密度处理均高于CK；在开花下针期，‘吉花26’的地上和地下干物质积累量在M5密度下极显著高于其他处理，分别为10.67、1.41 g；在结荚期和成熟期，‘吉花26’的地上和地下干物质积累量在M5密度下显著高于其他处理，结荚期分别为20.05、10.84 g，成熟期分别为23.07、32.66 g。
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| 图 3 ‘吉花26’不同种植密度的地上干物质积累(A)和地下干物质积累(B) Fig. 3 Dry matter of above-ground(A) and underground(B) of' Jihua26' under different densities |
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| 图 4 ‘四粒红’不同种植密度的地上干物质积累(A)和地下干物质积累(B) Fig. 4 Dry matter of above-ground(A) and underground(B) of' Silihong' under different densities |
在花生生育后期(结荚期和成熟期)，‘四粒红’随着密度的降低，干物质积累量呈现逐渐升高的趋势，单粒播种的不同密度处理均高于CK；在开花下针期，‘四粒红’的地上干物质积累量在M4密度下极显著高于其他处理为11.36 g，地下干物质积累量无显著性差异；在结荚期，M6密度的地上和地下干物质积累量显著高于其他处理，分别为29.48、11.39 g；在成熟期，M6密度的地上干物质积累量显著高于其他处理、为91.98 g，M5密度的地下干物质积累量显著高于其他处理、为23.14 g。
2.5 不同种植密度对花生产量及其构成因素的影响由表 6、表 7可知，随着种植密度的降低，两试验品种的单株结果数、单株生产力、百果质量和产量均呈先升高后降低的趋势，‘吉花26’在M4密度下最高，‘四粒红’在M5密度下最高；密度对两花生品种出仁率的影响均未达到显著水平，数值的高低则因品种不同存在一定差异，‘吉花26’出仁率在68.47%~75.94%，‘四粒红’的出仁率在61.55%~70.12%。
在一定范围内，随种植密度的降低，两试验品种的花生荚果产量不断提高，‘吉花26’在M4时产量达到最高、为7 956.67 kg/hm2，‘四粒红’在M5时产量最高、为4 790.73 kg/hm2，分别比对照增产96.14%、65.42%；两试验品种在不同种植密度下的产量均高于CK，‘吉花26’产量提高33.36%~96.14%，‘四粒红’产量提高25.71%~65.42%。不同的种植密度对花生产量构成因素具有较大影响，选择合理的种植密度，有利于提高产量。
3 讨论在增大种植密度后，成苗率的高低成为决定高产的主要因素。不同播种密度对花生出苗率有一定影响，李玉芳等[13]发现，湖南高产优质花生品种‘湘花2008’随着单粒精播密度增加，其出苗率呈下降趋势，以M1(15万株/hm2)出苗率最高，M3(21万株/hm2)最低，高密度在一定程度上降低了种子出苗率，这与本研究结果相似。选用不同花生类型，出苗和齐苗的时间也略有不同，杨富军等[3]选用直立型花生品种‘吉花4号’和‘吉花19’进行试验，发现其出苗率随种植密度的增加均未表现出明显变化规律，出苗率和保苗率均在96.00% 以上，峰值出现在密度13.50万穴/hm2，且低密度处理的保苗情况好于高密度。本研究选用半匍匐型品种‘四粒红’和直立型品种‘吉花26’，出苗时间上‘四粒红’早于‘吉花26’这可能与花生品种不同的生育期有关，且两个品种均在M3密度下(24.67万株/hm2)出苗率最高，达100%。
种植模式决定作物群体结构，不同的垄距与株距会造成温光等生态条件的差异，从而导致产量和养分吸收的不同[14]。本研究应用大垄双行种植模式，与常规60 cm垄相比，土地利用率提高了33%，在与CK保持相同种植株数条件下，大垄双行种植模式产量显著提高，‘吉花26’在M3密度下的产量比CK提高了39.11%，‘四粒红’在M3密度下的产量比CK提高了31.34%。
目前，花生生产多以双粒穴播为主，虽能保证出苗率，但存在用种量大、支出成本高等弊端，且同穴双株会造成植株间竞争，个体发育受限，单株增产潜力难以实现，从而影响花生高产目标，适合的单粒播种密度可以缓解花生个体与群体的矛盾，改善地上部和地下部的干物质积累动态，促进荚果产量的提高[15-21]。本研究发现，单粒播种条件下花生主茎高和侧枝长、SPAD值、干物质积累都高于双粒播，尤其到花生生长后期，趋势更为明显。两个品种不同密度下的单粒播产量均高于双粒播，最高比对照高90% 以上。
适宜的株行距是构建花生合理群体结构、提高产量的重要栽培措施[22-25]，根据植株侧枝生长的姿态、株型指数，可以把花生分为3种株型：蔓生型、半蔓生型和直立型，种植密度对不同株型的花生品种的群体质量影响不同，蔓生型花生品种，个体产量潜力大，适于稀植；直立型花生品种，株型紧凑，适合密植[26-28]。本研究结果表明，在大垄双行种植模式下，直立型花生‘吉花26’主茎高和侧枝长随密度的减少而逐渐增高，在结荚期和成熟期M6密度最高，若密度过稀会导致直立型花生发生徒长现象；而半蔓生型‘四粒红’随着种植密度的降低呈现先升高又降低的趋势，稀植为半蔓生型花生提供了生长空间。
无论是直立型花生品种还是半蔓生型花生品种，在大垄双行种植模式下，产量都随着密度降低逐渐升高达到适宜密度后略微降低，这与品种类型有密切关系，在实际生产中，要根据花生品种类型来选择适宜的播种密度。
本研究以大垄双行+ 单粒播种为试验切入点，除对照为双粒播种外，全部用单粒播种处理，后续试验中将设置单、双粒不同密度的对比研究，以增加研究的科学性和完整性。
4 结论大垄双行种植模式下各生长时期的直立型花生主茎高和侧枝长均显著高于对照，而半蔓生型花生则随着种植密度的降低呈现先升高又降低的趋势。结荚期两品种功能叶的SPAD值均随种植密度的降低先升后降，表明花生生长后期适宜的密度利于花生通风透光，提高其叶片中的叶绿素。两品种地上部干物质积累均从开花下针期开始迅速积累，地下部干物质积累均从结荚期开始迅速积累。M5密度下，‘吉花26’在结荚期和成熟期其地上、地下干物质积累量分别为20.05、10.84 g和23.07、32.66 g，‘四粒红’地下干物质积累量显著高于其他处理、为23.14 g；M6密度下，‘四粒红’在结荚期其地上和地下干物质积累量显著高于其他处理，分别为29.48 g和11.39 g，在成熟期其地上干物质积累量显著高于其他处理、为91.98 g。两品种的荚果产量随种植密度的降低而不断升高，达到峰值(适宜密度)后下降，‘吉花26’在M4下达到最高、为7 956.67 kg/hm2，‘四粒红’在M5下产量最高、为4 790.73 kg/hm2，分别比对照增产96.14%、65.42%，表明种植密度对花生产量构成因素具有较大影响。综上，应用大垄双行+ 单粒播种种植模式可提高土地利用率、增加花生株高、SPAD值、干物质积累及产量，且半蔓生型花生品种以M5密度最佳，直立型花生品种以M4密度最佳。
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(责任编辑 马春敏)