水分脅迫和斜發沸石應用對花生產量及水分利用的影響

夏桂敏，姚珍珠，王淑君，李永發，遲道才

(沈陽農業大學水利學院， 遼寧 沈陽 110161)

花生(ArachishypogaeaLinn) 是我國主要的油料作物和重要的經濟作物，其生產發展對于增加我國蛋白質及食用植物油的供給具有重要的作用[1-4]。花生是較耐旱耐寒的經濟作物，也是發展旱作農業、充分開發利用旱薄地資源的理想作物。但由于我國花生主要種植在干旱、半干旱地區，地域降雨量偏少、降雨集中和季節性干旱，使得花生在不同生育階段，常常會受到干旱脅迫的影響[5]。據統計，常年我國70%的花生受到不同程度干旱脅迫的影響，花生減產占全國總產量的20%以上，且使花生品質降低，黃曲霉毒素污染嚴重[6-7]。因此，干旱成為限制和危害花生生產種植的最大因素之一[8]。

斜發沸石作為一種良好的非金屬節水材料，將其運用在農業生產中除了能夠提高土壤物理特性外，還能夠暫時緩解土壤水分脅迫，降低生長時期植物萎蔫的風險[9]。但如何科學地將其結合土壤水分脅迫，施用在花生生產實踐并發揮其節水保肥的功效，緩解水分脅迫對花生造成的減產損失，對我國花生節水生產具有重要的現實意義。已有研究結果表明，沸石是一種具有三維晶體結構的水合硅鋁酸鹽，能夠非破壞性改變其構成元素來可逆性吸收和釋放水分。魏江生對人工沸石在干旱地區農業開發中的作用研究時，發現土壤中加入沸石，可使土壤有效水含量和有效雨量增大，從而減少灌溉水量[10]。曹曉燕總結天然沸石的應用得出，砂質土壤施入沸石可增加其持水能力，減緩土壤水分的無效損失，利于作物對水分吸收[11]。Xiubin研究斜發沸石應用對黃土滲透及截留影響得出，斜發沸石能夠提高耕土層保水能力，減少地表徑流損失，保護土壤不受侵蝕[12]；斜發沸石除了直接影響土壤含水量之外，其緩釋水分特征能夠改善水分脅迫條件下植物生長環境，減緩干旱對植物生長的有害損傷。Zahedi研究斜發沸石的施用對菜籽抗氧化酶活性的影響，發現土壤施入斜發沸石能夠提高土壤水分蓄存能力，減緩土壤水分脅迫，進而降低抗氧化酶活性[13];Reza對大豆進行水分脅迫條件下沸石和牛糞施用的試驗得出，沸石和牛糞的施用提高土壤相對含水量，緩解葉片細胞相應酶活性，進而改善大豆水分脅迫條件下生長環境[9]。Majid Gholamhoseini研究沸石堆肥對向日葵產量及養分流失的影響發現，沙壤土中施用沸石和堆肥能夠減少氮肥流失，提高向日葵的氮肥利用率，同時增加向日葵產量[14]。He等研究在沙壤土中添加斜發沸石修復劑后，增加了土壤表面積和離子交換能力，進而提高了土壤的含水量和養分含量[15]。但大多數針對斜發沸石運用在農業生產中的研究，并沒有具體分析水分脅迫和斜發沸石應用對花生產量及水分利用的影響規律。為此，本文以花生為材料，進行了盆栽試驗，以便進一步深入探討水分脅迫和斜發沸石施用對花生產量的影響規律及其調節花生水分利用效率的機制，以期為斜發沸石在花生生產實踐的運用提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

試驗于2015年5—10月在遼寧省農科院作物抗旱栽培模擬試驗場內進行，試驗場設有自動遮雨棚。試驗采用盆栽覆膜種植方式，盆高30 cm，上、下內徑分別為26 cm和18 cm。試驗采用耕層0～30 cm的表層土，土壤類型為褐土，土壤質地為砂壤土，0～30 cm土壤田間持水量為32%(體積含水量)，土壤容重為1.4 g·cm-3。試驗前將土壤進行風干，2 mm過篩后裝盆，每盆裝風干土20 kg，其風干土含水量2.66%。種植前，對盆進行灌水，使土壤含水量達到田間持水量的70%。將36 g(折合大田為1.5 t·hm-2)斜發沸石同表土進行混合后，將9.54 g N-P-K復合肥(折合大田600 kg·hm-2)穴施于盆內，距離種穴水平7 cm。選取飽滿一致的種子3粒穴播，每盆一穴。出苗后間苗，每盆剩余1株。

1.1 試驗處理

試驗采用裂區試驗設計，共設兩個變量因子：土壤水分脅迫(W)和斜發沸石(Z)，花生需水關鍵期(即花針期和結莢期)土壤水分脅迫(W)設為主區，設3個水平：土壤相對含水量為田間持水量的55%±5%(重度脅迫W1)、65%±5%(中度脅迫W2)和75%±5%(輕度脅迫W3)，其它生育期均保持田間持水量75%±5%；斜發沸石(Z)設為裂區，設2個水平：Z1(無斜發沸石)和Z2(斜發沸石施用量36 g·盆-1)。試驗期間通過確定土壤含水率達田間持水率時盆的總重，用稱重法控制土壤水分上下限，灌水量根據盆內土壤含水率分別達到相應田間持水率的上下限百分數時的總重量之差確定。試驗共設6個處理，每個處理3次重復，具體試驗處理布置見表1。

表1 試驗處理

Table 1 Treatment arrangement

試驗處理Treatments土壤含水量/%Soilmoisturecontent沸石/(g·盆-1)Zeolite/(g·plot-1)重度水分脅迫(W1)Severewaterstress中度水分脅迫(W2)Moderatewaterstress輕度水分脅迫(W3)Mildwaterstress無沸石(Z1)Noclinoptilolite55%±5%θf0.00施沸石(Z2)Clinoptilolite55%±5%θf36.00無沸石(Z1)Noclinoptilolite65%±5%θf0.00施沸石(Z2)Clinoptilolite65%±5%θf36.00無沸石(Z1)Noclinoptilolite75%±5%θf0.00施沸石(Z2)Clinoptilolite75%±5%θf36.00

注：θf為田間持水率. Note:θfis the field holding capacity.

1.2 觀測指標與測定方法

1.2.1 耗水量與灌水量 每日6∶00—7∶00定時用電子天平秤稱重，兩日稱重之差即耗水量。計算各處理花生逐日耗水量，低于相應的下限后根據計算值灌水至相應的上限。計算并記錄每日的耗水量與灌水量。

1.2.2 產量 生育后期對每個處理單株花生進行單產單收，準確記錄每個處理花生的單株果數和有效果數，并測定每個處理的籽仁重，最后計算每個處理的飽果率和出仁率。

1.2.3 花生干物質積累量 收獲期對每個處理單株花生進行根和地上部株體分離，稱重。然后分別置于烘箱中于105℃殺青30 min后，于80℃烘干至恒重，恒溫干燥器中冷卻至室溫，稱重記數。

1.3 數據分析

用SAS(version 9.4; SAS Insititute, Cary, N.C., USA)對結果進行統計分析。每個取樣日期的數據進行單獨分析，平均數用Duncan多重檢驗法(DMRT)進行處理間的多重檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同土壤水分脅迫和斜發沸石應用對花生地上部干重、根干重及根冠比的影響

不同水分脅迫(W)和斜發沸石水平(Z)花生地上部干重、根干重及根冠比經方差分析得到表2所示的結果。由表2可知，W對花生地上部干重、根干重及根冠比均有極顯著影響，Z對地上部干重具有極顯著影響，對根干重影響顯著，但對根冠比影響不顯著，Z×W交互作用顯著影響地上部干重(表2)。

表2 不同水分脅迫和斜發沸石處理下花生 地上部干重、根干重及根冠比方差分析 Table 2 Analysis of variance of ground dry weight, root dry weight and root to shoot ratio of peanut under different water stress and clinoptilolite

注：表中數值表示各主因子和交互因子方差分析的F值，且*和**分別表示在P<0.05和P<0.01水平上差異顯著。Rep表示區組因素。

Note: The values areFvalues of the variance analysis for each main factor and interaction factor, meanwhile *and** were significantly different atP<0.05 andP<0.01 probability level, respectively. Rep indicates block factor.

不同水分脅迫、斜發沸石水平及兩者交互效應下花生地上部干重的平均值列于表3。由表3可知，水分脅迫極顯著降低花生地上部干重。相比W3，W1和W2水平花生地上部干重分別降低24.00%和10.60%；隨著斜發沸石的施入，花生地上部干重極顯著提高了7.74%；水分脅迫和斜發沸石交互效應分析可得W3Z2，W3Z1和W2Z2花生地上部干重較大，且三者間無顯著性差異，說明W2Z2可實現對花生地上部干重影響較小的情況下達到節水的目標。

表3 不同水分脅迫、斜發沸石處理及兩者交互 效應花生地上部干重的平均值 Table 3 Mean ground dry weight of peanut under the combinations of different water stress and clinoptilolite and interaction effect among them

注：表中數據為平均值±標準差；不同字母表示P<0.05水平上差異顯著。

Note: Satistics on the chart are made of average value ± standard deviation, while different lowercase letters significant atP<0.05 level.

不同水分脅迫和施入斜發沸石條件下花生平均根干重見圖1。由圖1可知，隨著水分脅迫的增加，根干重顯著減小，W1比W3減小45.41%，差異顯著，W2比W3減小14.59%，差異不顯著；施加斜發沸石根干重增加了5.91%。

圖1 水分脅迫和斜發沸石對花生根干重的影響

Fig.1 Effects of water stress and clinoptilolite on root weight of peanut

不同水分脅迫對花生根冠比的影響如圖2所示。由圖2可知，水分脅迫程度愈大，花生根冠比愈小。W1比W3降低40%，差異顯著；W2和W3花生根冠比分別為0.04和0.05，差異未達顯著水平。

圖2 水分脅迫對花生根冠比的影響

Fig.2 Effect of water stress on root to shoot ratio of peanut

2.2 不同土壤水分脅迫和斜發沸石應用對花生產量及產量構成因素的影響

不同水分脅迫(W)和斜發沸石水平(Z)下花生莢果產量經過裂區試驗方差分析得到表4結果。從表4可知，W對花生產量的影響極顯著；Z、Z*W交互作用顯著影響花生的產量。Rep的顯著水平為0.3714，遠遠大于0.05，說明試驗處理的三個重復間差異較小，本試驗結論穩定可靠。

表4 花生產量方差分析 Table 4 Variance analysis results for the yield of peanut

不同水分脅迫處理(W)和斜發沸石水平(Z)花生實際產量如圖3所示。由圖3可知，水分脅迫顯著降低花生產量。其中，重度水分脅迫(W1)和中度水分脅迫(W2)花生產量相比輕度水分脅迫(W3)分別降低39.71%和7.69%。說明水分脅迫程度愈大，花生減產愈嚴重。施入斜發沸石花生產量提高11.52%。利用DMRT檢驗法對水分脅迫(W)和斜發沸石(Z)交互效應不同水平進行比較，其結果如圖4所示。由圖4可知：花生產量最佳組合為W3Z2(43.28±1.88 g)和W2Z2(42.37±1.04 g)，且數值上W2Z2比W3Z1花生產量降低2.10%，差異不顯著。說明斜發沸石的施用能夠彌補水分脅迫造成花生的減產。施加斜發沸石在中度水分脅迫條件下增產幅度達到最大，其值為25.65%，其次為重度水分脅迫下12.23%，最后為輕度水分脅迫10.38%。

圖3 不同水分脅迫和斜發沸石處理花生產量 Fig.3 Peanut yield under different water stress and clinoptilolite

圖4 水分脅迫和斜發沸石交互效應對花生產量的影響 Fig.4 Effects of the interaction of water stress and clinoptilolite on peanut yield表5 不同處理下花生產量性狀方差分析 Table 5 Variance analysis results for the yield components of peanut

表6 不同處理對花生產量性狀的影響 Table 6 Influence on peanut yield components under different treatments

注：表中數據為平均值±標準差；且每個因素不同大寫字母表示P<0.05水平下顯著，不同小寫字母表示P<0.01水平下顯著。

Note： data are shown in average value±standard deviation; capital and lowercase letters indicate significance at 0.05 and 0.01 level of probability, respetively.

對產量性狀進行方差分析可知，不同水分脅迫對花生籽仁重、單株果數和飽果數均極顯著影響，對飽果率具有顯著影響，而水分脅迫對出仁率影響不顯著(表5)。斜發沸石的施用極顯著影響花生籽仁重，顯著影響飽果率和出仁率。同時，利用DMRT檢驗法對水分脅迫和斜發沸石兩個主效應不同水平進行比較，其結果如表6所示。由表可知：(1) 花生籽仁重隨水分脅迫程度的增加而減少，且相比W3，W1和W2花生籽仁重分別降低43.27%和12.53%，水平間差異顯著；花生單株果數和飽果數也隨水分脅迫程度增加而減少，但W2同W3差異不顯著；花生飽果率W2水平最大為85.41%。(2) 施加斜發沸石顯著增加花生籽仁重、飽果率和出仁率，分別提高了6.77%、8.11%和2.89%。

通過比較花生理論產量和產量構成指標間相關系數，如表7，可以得到花生實際產量同籽仁重、單株果數和飽果數極顯著正相關，同飽果率顯著正相關性，同出仁率呈負相關。綜合方差分析和相關分析結果可得，產量各構成指標對產量的影響從大到小排列依次為：籽仁重、飽果率、單株果數、飽果數、出仁率。由此結合水分脅迫和斜發沸石交互效應對花生產量構成各指標的影響，W2Z2處理花生獲得最佳產量構成。

表7 花生理論產量和產量性狀的相關性 Table 7 Correlation coefficients among peanut theoretical yield and yield components

注：*和**分別表示在0.05和0.01水平上顯著相關。

Note: * and ** indicate significant relevant at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

2.3 不同土壤水分脅迫和斜發沸石應用對花生灌水量及水分利用效率的影響

不同水分脅迫和斜發沸石應用處理花生灌水量和水分利用效率方差分析結果如表8所示。由表8可知，水分脅迫對花生產量及水分利用效率影響極顯著；斜發沸石的施用顯著影響花生產量及水分利用效率，對花生灌水量影響不顯著；水分脅迫和斜發沸石的交互效應僅對花生產量具有顯著影響。

對兩個主效應運用DMRT進行兩因素不同水平間差異顯著性分析得到表9。由表9可知，施用斜發沸石能夠極顯著提高花生產量，因其對花生灌水量影響不顯著，最終顯著提高花生水分利用效率，Z1比Z2水分利用效率提高15.52%，差異顯著；不同水分脅迫對花生水分利用效率影響不同。中度水分脅迫(W2)花生水分利用效率最大(1.50±0.21 g·L-1)，其次為輕度(W3)和重度水分脅迫(W1)，其值分別為1.42±0.08 g·L-1和1.18±0.13 g·L-1，另外W2比W1、W3花生水分利用效率分別提高了25%和13.51%。隨著水分脅迫程度不斷加重，花生灌水量不斷減少，即W3>W2>W1，且W1比W2、W3分別減少3.68 L和8.08 L灌水量。

表8 花生產量、灌水量及水分利用效率裂區方差分析 Table 8 Variance analysis results for yield, irrigation amount and water use efficiency of peanut

注：表中數值表示各主因子和交互因子方差分析的F值; *和**分別表示在P<0.05和P<0.01水平上差異顯著。

Note: the values are F values of the variance analysis for each main factor and interaction factor; * and ** were significantly different atP<0.05 andP<0.01 level.

表9 不同處理對花生水分利用效率的影響 Table 9 Influence on average peanut water use efficiency under different treatments

3 討 論

3.1 不同水分脅迫和斜發沸石應用對花生地上部干重、根干重及根冠比的影響

為了說明不同水分脅迫和斜發沸石對花生地上部干物質、根干重及根冠比的影響，根據三者的方差分析(表2)可知，花生地上部干重隨著水分脅迫的增加而極顯著降低，重度和中度水分脅迫下花生地上部干重分別為28.03±3.29 g和32.97±0.89 g，分別比輕度水分脅迫花生地上部干重(36.88±0.34 g)降低24.00%和10.60%。斜發沸石的施入極顯著提高花生地上部干重，提高幅度達7.74%，說明斜發沸石能夠緩解水分脅迫。同時，兩者交互效應分析結果可知W3Z1、W3Z2和W2Z2三個處理花生地上部干重最佳，但考慮增加幅度，推選W2Z2為獲取地上部干重最優處理。根系作為植物吸收水分和養分的主要器官，也是最早感受土壤干旱的器官，根干重的大小側面反映花生吸收水分和養分能力大小。由圖1可知，水分脅迫顯著降低花生根干重，相比輕度水分脅迫，重度水分脅迫花生根干重減少了45.41%，差異顯著，而中度水分脅迫減小了14.59%，差異不顯著。花生根干重在施加斜發沸石后增加了5.91%，說明斜發沸石可能通過自身緩釋肥及自身所含有特殊結構沸石水的釋放，調節土壤水分脅迫以此減緩水分脅迫對花生根干重的影響。同時，根冠比受水分脅迫的影響規律與根干重相同，而施加斜發沸石對其無顯著影響，可能后期復水刺激花生植株干旱補償機制所致。綜上所述，為實現花生節水高產的生產目標，需要獲取適宜的地上部干重作為指標來預測最佳產量，由此推薦中度水分脅迫和施加斜發沸石處理組合獲取最佳地上部干重、根干重及根冠比。

3.2 不同水分脅迫和斜發沸石應用對花生產量及產量性狀的影響

為了說明不同水分脅迫和斜發沸石對花生產量的影響，根據花生產量的方差分析(表4)和DMRT分析結果(表5)可知，花生產量因施用斜發沸石而增加，且施加斜發沸石比不施加斜發沸石花生產量提高11.52%。隨著水分脅迫程度不斷減輕，花生產量不斷提高；輕度水分脅迫相比重度、中度水分脅迫花生產量提高39.71%和7.69%。隨著斜發沸石的施用，極大緩解水分脅迫對花生的減產效應，由圖4可知，斜發沸石的應用提高花生水分脅迫條件下的產量，且中度水分脅迫花生產量增加了25.65%，達到增產幅度最大值，而輕度水分脅迫花生增產最少，僅提高10.38%，該結果同陳濤濤[16]研究基于斜發沸石水氮耦合對水稻產量影響結論一致。另外，作為與花生產量極相關的籽仁重，隨著水分脅迫程度的增大而減少，相比輕度水分脅迫，重度和中度水分脅迫花生籽仁重分別降低了43.27%和12.53%，由此減輕水分脅迫對花生籽仁重的損失效應是提高花生產量的關鍵。斜發沸石的施用顯著提高了花生籽仁量，其值達6.77%；其次為飽果率和出仁率，分別提高了8.11%、2.89%。因此，花生生產中施加斜發沸石能夠緩解水分脅迫對花生產量帶來的影響。同時，水分脅迫和斜發沸石交互效應分析表明，W2Z2處理能夠獲得最佳花生產量，且該條件下花生增產幅度最大，考慮產量構成因素同樣推薦W2Z2處理獲得最佳產量構成。研究表明，沸石能夠作為土壤水分控制器緩慢釋放和吸收水分子，以此來防止根病變和緩解干旱周期[12]，改善作物受到水分脅迫時生長狀況，降低水分脅迫對產量的減少。陳濤濤等研究施用斜發沸石水氮耦合效應對水稻產量影響得出，斜發沸石結合能量調控灌溉能夠從本質上緩解氮肥流失，提高土壤截留釋水能力，最終提高水稻產量[16]。周寶庫研究發現沸石與化肥混施，在等量的化肥中，施加沸石比不施加沸石，能使玉米、水稻、大豆的產量分別提高7.1%～11.8%、8.6%～11.4%、6.5%～12.8%[17]。Kavoosi研究得出水稻生產中施用10 t·hm-2斜發沸石能顯著增加水稻產量[20]。綜上所述，中度水分脅迫和斜發沸石施用能夠極大緩解水分脅迫對花生帶來的減產效應，獲得最佳產量及產量構成。

3.3 不同土壤水分脅迫和斜發沸石應用對花生灌水量及水分利用效率的影響

不同水分脅迫和斜發沸石對花生全生育期灌水量及水分利用效率的影響不同。由表8可知，花生全生育灌水量僅受水分脅迫的顯著影響，且由表9可知水分脅迫愈大，花生全生育期灌水量愈少，灌水量減少幅度最大可達27.80%；而斜發沸石對花生全生育期灌水量影響較小。雖然全生育期灌水量是花生生產栽培中人們所關注的一個直接關聯節水目標的重要指標，但是水分利用效率更能反映花生節水增產生產目標實現的關鍵指標。由方差分析(表8)和顯著性檢驗(表9)可知，中度水分脅迫花生水分利用效率均最高，其值分別為1.50±0.21 g·L-1，其次為輕度水分脅迫(1.42±0.08 g·L-1)，最低為重度水分脅迫(1.18±0.13 g·L-1)；施用斜發沸石處理，花生水分利用效率為2.01±0.26 g·L-1，提高了36.49%，說明斜發沸石的施用可以彌補水分脅迫對花生帶來的影響。水分脅迫和斜發沸石交互效應對花生水分利用效率影響雖然不顯著，但從數值上W2Z2處理花生水分利用效率最大，其值為1.68±0.09 g·L-1，說明中度水分脅迫下，斜發沸石的補償效應發揮最佳；輕度水分脅迫下斜發沸石的應用降低花生對水分利用效率，原因可能由于斜發沸石的施用改善花生生長環境，借其較強的陽離子交換能力為花生提供生長所需的營養物質，導致其奢侈蒸騰較強，降低水分利用的效率。作物生產中，評估其水分生產效率已經量化為作物實際產量和水分消耗的比值[21]，水分脅迫對花生產量和耗水量的影響均極顯著，水分脅迫程度愈大花生減產愈嚴重，消耗水量愈少，但水分利用效率并不一定與其呈正相關，只有適度水分脅迫才能夠調節使花生對水分利用效率最大化；斜發沸石施入土壤能夠促進土壤機構合理化，改善土壤物理性質，益于固氮微生物和豆科植物固氮菌的固氮作用發揮正效應[22]，另外，斜發沸石自身所含有少量自由結構水分子，隨著外界環境變化能夠自由釋放和吸附，由此中度水分脅迫和斜發沸石的應用花生對土壤中水分的利用效率最高。

由于本試驗是在滑動遮雨棚下進行的盆栽試驗，不可避免地忽略氣象條件及花生生長環境局限性對試驗結果的影響，筆者正在對其進行測坑和大田相關系統試驗研究以排除其他因素影響；另外本文中的試驗結果由一年盆栽試驗數據分析所得，尚需進行進一步試驗。

4 結 論

需水關鍵期不同水分脅迫顯著降低花生產量，而土壤中施用斜發沸石能夠減緩該時期干旱對花生產量的負面影響，且中度水分脅迫條件下施入斜發沸石花生增產25.65%，增產潛力最大；另外，斜發沸石的施用，能夠減少花生生長時期無效水損失，提高花生對水分的利用效率，且中度水分脅迫和斜發沸石應用花生的水分利用效率數值上最高，其值為1.68±0.09 g·L-1。由此推薦中度水分脅迫和施用斜發沸石作為實現花生節水增產目標的最優組合。

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