王建國，張 昊，李 林，3，劉登望，3，萬書波，王 飛，盧 山，郭 峰

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 生物技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250100;3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 旱地作物研究所，湖南 長沙 410128)

花生對鈣需求量高于磷，屬于喜鈣肥作物。鈣是花生需求量高(除氮和鉀外)的第三大營養(yǎng)元素[1]。通常不論南方紅壤還是北方土壤棕壤，缺鈣造成花生空殼、導(dǎo)致減產(chǎn)嚴(yán)重[2-3]。南方花生多栽培于丘崗山區(qū)紅壤旱土，其中我國紅壤總面積218 萬km2，占全國土地總面積的 22.7%[4]。南方常年溫度高、降雨量大，紅壤中有機質(zhì)、陽離子大量流失，尤其是鈣的淋失速率最快[5]。

低鈣條件下，花生植株矮小，可育花數(shù)會減少，爛果、空果增多；嚴(yán)重缺鈣時種子的胚芽變黑，莢果不能形成[1，6-7]。施鈣肥后，植株葉綠素含量、凈光合速率提高，利于碳水化合物的積累[8-10]。鈣肥的施用增強了花生植株抗逆性[11-12]、碳氮代謝酶活性[10，13]，促進(jìn)干物質(zhì)的積累及產(chǎn)量、品質(zhì)的提高[9-11，13-14]。前人對花生鈣素的研究主要集中在黏性棕壤土、砂壤土、砂質(zhì)壤土、水培溶液等，但有關(guān)南方典型酸性缺鈣紅壤旱地花生熟相和產(chǎn)量構(gòu)成的研究鮮有報道。

本試驗采用大型PVC桶進(jìn)行灌土作為土柱，以南方典型酸性缺鈣紅壤為研究對象，研究增施鈣肥與覆膜栽培對花生光合速率、熟相、干物質(zhì)分配、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，旨在為南方紅壤旱地花生高產(chǎn)高效栽培和典型酸性缺鈣紅壤改良提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗地點位于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園試驗基地。供試土壤由湖南省瀏陽市書院村月光坪運輸?shù)皆囼灮?，屬于典型的缺鈣紅壤(表1)[1，15]。供試品種為湘花2008(大籽花生品種)，由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)李林教授花生研究團(tuán)隊培育。2014年6-10月和2015年5-10月分別開展試驗?；ㄉ趦?nèi)平均溫度分別為24.7，25.4 ℃，降雨量分別為502.1，541.9 mm。供試養(yǎng)分為氧化鈣、氯化鎂、尿素、磷酸二氫鉀。地膜(聚氯乙烯透明膜)厚度為0.008 mm。

表1 供試土壤的養(yǎng)分指標(biāo)Tab.1 Soil nutrients index

1.2 試驗設(shè)計

試驗采取PVC土柱栽培法，PVC排水管內(nèi)徑37.5 cm、高70 cm，每桶裝干土100 kg[16-17]。PVC桶的切割、封底口、固定及田間擺放同之前論文試驗設(shè)計[16-17]。

試驗設(shè)置2種栽培方式：覆膜(PF，Plastic film)、露地(對照，OF，Open field)；3個基施鈣肥梯度：Ca750(熟石灰750 kg/hm2，換算后每桶施用氧化鈣9.46 g)；Ca375(熟石灰375 kg/hm2，換算后每桶施用氧化鈣4.73 g)；對照Ca0(未施鈣肥)。覆膜栽培采用先播種后覆膜，全程覆膜，花生出苗時打孔引苗。2種栽培方式與3個鈣肥梯度組合形成6個處理組合：Ca750-PF、Ca375-PF、Ca0-PF、Ca750-OF、Ca375-OF、Ca0-OF。施肥方法：基施，將磷酸二氫鉀8.23 g、六水氯化鎂8.50 g、尿素4.02 g及氧化鈣與干土混勻，施于土柱表層0～20 cm處，這樣可保證基本養(yǎng)分的平衡性。精選花生種子于2014年6月4日、2015年5月20日播種，每個PVC桶中播8粒，出苗后定均勻苗4株。始花期每桶噴施等量硼肥。每個處理播種6桶，成熟期選擇長勢均勻的4桶取樣、收獲?；ㄉ趦?nèi)進(jìn)行正常的病蟲草害和水分的管理。

1.3 測定項目及方法

植株干物質(zhì)測定：將花生植株分為營養(yǎng)器官(葉片、莖稈、根系)、生殖器官(果針、果殼、籽仁)，再按不同部位分別取樣。其中，根系分土層0～20 cm，20～40 cm，40 cm以下分別取樣。樣品烘干、稱重及莢果的測產(chǎn)方法同之前發(fā)表論文方法[16]。

光合速率：采用美國產(chǎn)LI-6400光合測定系統(tǒng)在2014年主要生育時期(苗期、花生期、結(jié)莢期、飽果期、成熟期)選擇晴朗無風(fēng)天氣，在10：00-12：00測定倒三葉。

葉綠素含量：利用SPAD-502(日本產(chǎn))測定。2014年測定成熟期，2015年測定5個生育時期。

花生品質(zhì)：近紅外品質(zhì)分析儀。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)整理和作圖采用Excel 2003，數(shù)據(jù)顯著性分析采用IBM SPSS Statistics 21軟件，并用LSD 法進(jìn)行差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施鈣與覆膜栽培對缺鈣紅壤花生農(nóng)藝性狀及干物質(zhì)生產(chǎn)的影響

施鈣與覆膜栽培對花生主莖高、側(cè)枝長無顯著影響。覆膜栽培主莖高、側(cè)枝長、2014年分枝數(shù)高于露地栽培(表2)。隨鈣肥用量的增加，分枝數(shù)增多。分枝數(shù)增多有利于防止花生徒長、倒伏，為高產(chǎn)打下形態(tài)基礎(chǔ)。

表2 施鈣與覆膜栽培對缺鈣紅壤花生農(nóng)藝性狀的影響Tab.2 The effects of applying Ca fertilizer and film mulching cultivation on agronomic traits of peanut in red soil under calcium deficiency

注：不同小寫字母表示同一年處理間差異呈顯著水平(P<0.05)。表3-6、圖1-2同。
Note：Different letters represent significant difference between treatments in the same year at the 5% probability level. The same as Tab.3-6，F(xiàn)ig.1-2.

連續(xù)2年試驗表明(表3)，2014年干物質(zhì)生產(chǎn)低于2015年，這是由年際間不同氣候環(huán)境造成的。覆膜栽培提高缺鈣紅壤旱地花生營養(yǎng)器官(根、莖、葉)、CaO和Ca375生殖器官(果針、果殼、果仁)(P<0.05)干物質(zhì)(2014年)，而施鈣顯著促進(jìn)生殖器官的生長。其中，Ca750-OF、Ca750-PF生殖器官干物質(zhì)相比對照(Ca0-OF)增幅為74.0%，94.3%。隨施鈣量的增加，收獲指數(shù)顯著提高，而根冠比顯著降低。這表明施鈣有利于減少根系冗余，形成大的冠層結(jié)構(gòu)，進(jìn)而收獲高產(chǎn)。覆膜對根冠比的影響較小，對收獲指數(shù)的影響在不同年份有所差異。2014年露地栽培Ca375-OF、Ca750-OF收獲指數(shù)分別為0.51，0.56，高于其他處理。除去生殖器官，其他指標(biāo)在年份(Y)與栽培方式(CM)的交互作用間達(dá)顯著水平。收獲指數(shù)、根冠比在栽培方式與施鈣處理的交互作用間均達(dá)顯著水平(P<0.05)。

2.2 施鈣與覆膜栽培對缺鈣紅壤花生葉綠素含量及光合速率的影響

通常作物成熟期葉色正常轉(zhuǎn)黃是高產(chǎn)的標(biāo)志，并非早衰。2014年試驗結(jié)果顯示，成熟期隨施鈣量的增加，花生葉片中葉綠素含量(SPAD值)逐漸降低(圖1)。2015年露地栽培處理(OF)在苗期葉片SPAD值：Ca750>Ca375>Ca0，在飽果期和成熟期：Ca750

表3 施鈣與覆膜栽培對缺鈣紅壤花生干物質(zhì)及收獲指數(shù)的影響Tab.3 The effects of applying Ca fertilizer and film mulching cultivation on dry matter and harvest index of peanut in red soil under calcium deficiency

注：CM.栽培方式；CaT.施鈣處理。
Note：CM. Cultivation methods；CaT. Calcium treatment.

SP.苗期；FPFP.花針期；PSP.結(jié)莢期；PFP.飽果期；PMP.成熟期。不同小寫字母表示同一時期處理間差異呈顯著水平(P<0.05)。圖2同。SP.Seedling phase；FPFP.Flowering and pedicel forming phase；PSP. Pod setting phase；PFP.Pod filling phase；PMP.Pod mature phase. Different letters represent significant difference between treatments in the same phase at the 5% probability level. The same as Fig.2.

總體來看，露地栽培(OF)、Ca0-PF處理葉片凈光合速率在整個生育期呈先降低、再升高、后降低的變化趨勢；Ca375-PF、Ca750-PF葉片凈光合速率隨生育期后延逐漸降低(圖2)。苗期Ca750-OF、Ca750-PF凈光合速率較高，分別為32.8，32.0 μmol/(m2·s)。隨施鈣量的增加，葉片凈光合速率在苗期和花針期逐漸升高，且Ca750>Ca375>Ca0。結(jié)莢期、飽果期和成熟期葉片凈光合速率：Ca0> Ca375>Ca750，這與葉綠素含量變化有關(guān)。覆膜栽培(PF)凈光合速率在花針期高于露地栽培(OF)，其他時期差異不明顯。

圖2 施鈣與覆膜栽培對缺鈣紅壤花生光合速率的影響Fig.2 The effects of applying Ca fertilizer and filmmulching cultivation on photosynthetic rateof peanut in red soil under calcium deficiency

2.3 施鈣與覆膜栽培對缺鈣紅壤花生熟相的影響

熟相是指作物成熟期的衰老表現(xiàn)，有正常成熟、早衰和貪青晚熟等熟相之分，實現(xiàn)正常熟相需要協(xié)調(diào)庫、源關(guān)系和根冠關(guān)系?？傮w來看，不施鈣(Ca0)處理生育后期貪青晚熟，地上部營養(yǎng)物質(zhì)大量滯留，未流轉(zhuǎn)入莢果，植株不能正常衰老，形成所謂的“老小孩”；隨著施鈣量增加，花生熟相更為明顯，葉色由青轉(zhuǎn)黃，正常衰老、成熟(圖3)。本研究條件下，成熟期花生單株產(chǎn)量與葉綠素含量(SPAD值)存在極顯著相關(guān)關(guān)系，二者呈一元二次方程曲線關(guān)系。SPAD值為1.9～25.9，隨著SPAD值增大，產(chǎn)量隨之提高；但在25.9～49.8，隨SPAD值增大，產(chǎn)量顯著降低(圖4)。

2.4 施鈣與覆膜栽培對缺鈣紅壤花生產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表4可知，花生施鈣與覆膜栽培提高2014年花生單株總果數(shù)、飽果數(shù)。2年試驗結(jié)果取均值，Ca0、Ca375、Ca750單株飽果數(shù)分別為2.9，5.5，7.5個。增施鈣肥顯著降低每千克果數(shù)，明顯降低(覆膜栽培)處理的爛果和空果數(shù)。不施鈣處理單株空果數(shù)為2.2個，而施鈣處理單株空果數(shù)為0.7個。說明土壤缺鈣是花生空殼的主要因素。

2年試驗結(jié)果平均總體得施鈣與覆膜栽培可提高花生單株產(chǎn)量。其中，Ca750-OF、Ca750-PF單株產(chǎn)量分別為11.85，12.90 g(表5)。增施鈣肥顯著提高2015年出仁率、莢果飽滿度、百仁重及百果重(P<0.05)。Ca750-OF出仁率、莢果飽滿度最高為75.7%，73.7%，而Ca375-PF處理的百果重、百仁重最高，分別為146.7，65.6 g。總體來看，施鈣增加產(chǎn)量的主要原因是增加了飽果數(shù)，提高了出仁率、莢果飽滿度、降低爛果、空果數(shù)，進(jìn)而增加了單果重。

圖3 施鈣與覆膜栽培對缺鈣紅壤花生熟相的影響Fig.3 The effects of applying Ca fertilizer and film mulching cultivation on matureperformance of peanut in red soil under calcium deficiency

圖4 成熟期單株產(chǎn)量與葉綠素含量相關(guān)關(guān)系Fig.4 Correlation between yield and chlorophyllcontent of individual plants of peanutat maturity stage in red soil

2.5 施鈣與覆膜栽培對缺鈣紅壤花生籽仁品質(zhì)的影響

不同年份對花生品質(zhì)產(chǎn)生影響較小。施鈣栽培提高了花生脂肪、棕櫚酸、硬脂酸含量和油亞比(O/L)。其中，脂肪含量以2014年Ca750-OF處理最高(60.6%)；而O/L值以2014年Ca375-PF最高，為2.10(表6)。施鈣與覆膜降低了亞油酸含量；施鈣降低了蛋白質(zhì)、2014年油酸含量?？傊?，施鈣與覆膜栽培提高了花生含油量、籽仁貨架壽命。

表4 施鈣與覆膜栽培對缺鈣紅壤花生莢果性狀的影響Tab.4 The effects of applying Ca fertilizer and film mulching cultivation on pod traits of peanut in red soil under calcium deficiency

表5 施鈣與覆膜栽培對缺鈣紅壤花生產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Tab.5 The effects of applying Ca fertilizer and film mulching cultivation on yield and its components of peanut in red soil under calcium deficiency

3 討論

對于花生而言，鈣是花生需求量第三大的營養(yǎng)元素，每形成100 kg莢果吸收的鈣比磷還多，高達(dá)2.0～2.5 kg[1]。鈣素參與花生種子萌發(fā)、生長分化、形態(tài)建成、開花結(jié)果等全過程，對其生長發(fā)育產(chǎn)生巨大的影響[1，6-8，18]。本研究結(jié)果表明，覆膜栽培提高缺鈣紅壤旱地花生營養(yǎng)器官、生殖器官干物質(zhì)；而施鈣顯著促進(jìn)生殖器官的生長，提高收獲指數(shù)，但顯著降低根冠比(P<0.05)。表明施鈣肥有利于減少根系冗余，形成大的冠層結(jié)構(gòu)，進(jìn)而收獲高產(chǎn)。本研究結(jié)論與張海平等[8]通過水培法得出的結(jié)果類似。但周錄英等[9]研究表明，施鈣可明顯減少分枝數(shù)，降低花生主莖高和側(cè)枝長，這同本研究結(jié)果存在差異?？赡艿脑蚴牵晒┰囃寥?、花生品種及環(huán)境因素不同引起的。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量的變化與光合速率的強弱密切相關(guān)。本研究得出，施鈣提高苗期、花針期及結(jié)莢期葉片葉綠素含量、苗期和花針期光合速率，但生育后期降低。這是由于葉片細(xì)胞中的葉綠體參與鈣的吸收，外加鈣離子可以有效地提高葉綠體的光還原活性，保護(hù)葉綠體Ca2+-ATPase、Mg2+-ATPase活性[19-20]。嚴(yán)重缺鈣條件下，葉片細(xì)胞壁擴張，細(xì)胞體積增大，甚至?xí)?dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞[20]。此外，缺鈣會減少花生苗期葉片下表皮氣孔數(shù)目，從而影響蒸騰作用和光合作用[21-22]。

表6 施鈣與覆膜栽培對缺鈣紅壤花生籽仁品質(zhì)的影響Tab.6 The effects of applying Ca fertilizer and film mulching cultivation on quality of peanut kernel in red soil under calcium deficiency

熟相是指作物成熟期的衰老表現(xiàn)，對于品種選育、產(chǎn)量估計具有重要意義。有研究表明，覆膜對棉花的早衰無顯著影響，但提高了棉花的產(chǎn)量和早熟性[23]。熟相通過影響小麥相對粒重而影響產(chǎn)量，但對產(chǎn)量的影響程度取決于其他產(chǎn)量構(gòu)成基礎(chǔ)因素[24]。本研究條件下，熟相以SPAD值為參考指標(biāo)，結(jié)果得出，不施鈣(Ca0)處理生育后期貪青晚熟；隨施鈣量增加，花生熟相更為明顯，正常衰老、成熟，莢果產(chǎn)量較高。這可能是由于增施鈣肥促進(jìn)花生整體的氮素代謝和碳水化合物的轉(zhuǎn)化，將更多的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移到生殖器官，協(xié)調(diào)了營養(yǎng)生長與生殖生長之間的關(guān)系[1，13，25]。但熟相并不是決定產(chǎn)量的唯一決定因素，因為不同品種有不同的熟相表現(xiàn)，再者外界因素等，如氣候環(huán)境、土壤質(zhì)地、施肥量、灌水量等都影響產(chǎn)量的最終形成。本研究中選取樣本量相對較小，下一步工作應(yīng)該加大樣本量，選取不同土壤質(zhì)地不同花生品種熟相深入開展研究。

大量研究表明，施鈣明顯增加花生莢果產(chǎn)量、改善品質(zhì)[7，9-13，26]。施鈣肥增產(chǎn)的主要原因是降低每千克果數(shù)，增加單株結(jié)果數(shù)，減少爛果、空果，提高出仁率等[9，13]。本研究結(jié)果與上述相似，綜合2年試驗結(jié)果得出，施鈣與覆膜栽培提高莢果產(chǎn)量、飽果數(shù)及莢果飽滿度，對花生含油量的提高和籽仁貨架壽命的延長有較好的效果。