鈣肥對不同類型土壤上花生根系形態、氮素吸收積累及產量的影響

么傳訓于宏郭峰王建國

(1.高唐縣農業農村局，山東 高唐 252800；2.山東省農業科學院農作物種質資源研究所，山東 濟南 250100)

花生屬于喜鈣作物，鈣離子(Ca2＋)參與花生種子萌發、生長分化、開花結果、產量及品質形成全過程[1]，同時起穩定細胞壁、參與第二信使傳遞、參與滲透調節和酶促調節作用[2，3]。然而我國花生產區受氣候影響嚴重，降雨量大、溫度高，鈣素大量流失，從而導致土壤酸化缺鈣[4]。缺鈣影響莢果發育，易產生空殼現象，造成產量降低甚至絕收，嚴重影響經濟效益[1，5，6]。有研究發現露地栽培條件下，增施鈣肥處理與未增施鈣肥相比，花生總根系長度、根系表面積、根系體積均有所提高[7]。施鈣可促進干物質積累，增加飽果數和百果重進而提高莢果產量[8]。施鈣有利于增強根瘤菌固氮能力[9]，提高南方酸性缺鈣紅壤的pH值，有利于促進鈣肥與氮、磷、鉀的協同吸收[10]。然而外源鈣肥對不同類型土壤上花生根瘤生長、氮素吸收與積累的影響鮮有報道。本試驗旨在研究施鈣對不同類型土壤上花生生長發育、氮素吸收與積累的影響，為花生高產栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及材料

試驗于2019—2020年在山東省農業科學院飲馬泉試驗基地進行。2019、2020年花生生育期內降雨量、平均氣溫分別為447.5 mm、25.2℃和482.7 mm、24.5℃。試驗所用土壤理化性狀見表1。供試花生品種為花育25號。棕壤取自山東省農業科學院飲馬泉試驗基地，紅壤取自湖南省瀏陽市普跡鎮書院村月光坪組土地。

表1 盆栽土壤理化性狀

1.2 試驗設計及方法

采用盆栽試驗法，選用紅壤(R)和棕壤(Z)，設置不施鈣對照(CK)和基施氧化鈣600 kg/hm2(Ca)兩個處理，分別記為ZCK、ZCa、RCK、RCa。盆內外徑38 cm，高30 cm，裝土量約30 kg。氧化鈣用量為5.00 g/盆；氮肥為尿素(N 46.7%)，用量為2.13 g/盆；磷鉀肥為磷酸二氫鉀(P2O552%、K2O 34%)，用量為2.00 g/盆。

所有肥料均一次性基施。播種前7天，將肥料施入0~15 cm土層，灌水。每處理20盆，每盆播4粒花生種子，出苗后定苗2株。2019年4月30日播種，9月1日收獲；2020年5月19日播種，9月24日收獲。兩年試驗用土來源相同，同一個盆每年更換新土。水分、病蟲害等采用常規田間管理。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 根系形態測定 苗期、結莢期，將盆內花生根系完整取出，帶回室內沖洗干凈后置于冰箱備用。采用EPSON Scan掃描儀掃描花生根系，掃描后保存圖像，采用WinRHIZO根系分析系統對根系掃描圖像進行根系總長、根系表面積、根系體積等分析。

1.3.2 根瘤數量和鮮重測定 苗期、結莢期每處理選取代表性植株6株，整株取出后將根瘤摘下，統計根瘤個數，并稱鮮重。

1.3.3 植株各器官氮素積累量和分配率測定 分別于苗期、結莢期、成熟期取樣，每處理取6株，將植株分為根、莖、葉、果針和果五部分，置于烘箱105℃殺青30 min、85℃烘干至恒重后稱重。之后將烘干樣品粉碎，采用H2SO4－H2O2消煮法，利用AA3型流動分析儀測定各器官全氮含量。

植株各器官氮素積累量(mg/株)＝植株各器官生物量×植株各器官氮素含量；植株氮素分配率(%)＝植株各器官氮素積累量/植株氮素積累量×100。

1.3.4 產量測定 收獲時每處理取20株，記錄果數，剔除蟲、芽、爛果，重復3次。莢果晾曬干后稱重，統計飽果數、秕果數，測定百果重、百仁重。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel進行數據整理與作圖，用SPSS統計軟件分析數據，采用LSD法進行顯著性分析(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 施鈣對不同生育期花生根系形態的影響

由表2可知，兩種土壤增施鈣肥后不同生育期花生根系各指標(根系直徑和苗期紅壤根系總長除外)顯著增加。其中結莢期花生根系總長、根系表面積、根系體積表現為，棕壤施鈣處理較對照分別顯著增加55.1%、50.8%、50.0%，紅壤施鈣處理較對照分別顯著增加30.6%、25.9、21.4%。總體來看，增施鈣肥顯著促進結莢期花生根系的生長。

表2 增施鈣肥對花生不同生育期根系形態的影響(2020年)

2.2 施鈣對花生根瘤數目及鮮重的影響

由圖1看出，棕壤和紅壤增施鈣肥后花生結莢期根瘤數均顯著增加，根瘤數兩年平均較對照分別增加82.4、70.6個/株，根瘤鮮重分別增加60.0%、26.7%。總體來看，增施鈣肥兩種土壤上花生結莢期根瘤數量和根瘤鮮重增加，并且棕壤效果更好。

圖1 施鈣對花生根瘤數目及鮮重的影響(兩年平均值)

2.3 施鈣對花生不同器官氮素積累量的影響

由圖2可知，棕壤和紅壤施鈣后，花生苗期、結莢期、成熟期不同器官的氮素積累量均明顯提高。棕壤施鈣處理成熟期花生葉和莢果中氮素積累量兩年平均較對照(ZCK)分別提高31.2%和60.0%；紅壤增施鈣肥后，花生葉和莢果中氮素積累量兩年平均較對照(RCK)分別增加25.9%和57.3%。總體來看，兩種土壤增施鈣肥均有利于花生對氮素的吸收累積。

圖2 施鈣對花生不同器官氮積累的影響

2.4 施鈣對花生不同器官氮素分配的影響

試驗結果(圖3)表明，兩種土壤增施鈣肥后，花生苗期、結莢期、成熟期不同器官的氮素分配變化規律基本一致，根、莖、葉、果針氮素分配率均有所下降，莢果氮素分配率增加。兩種土壤上成熟期花生莖部氮素分配率下降最為明顯，棕壤與紅壤兩年平均較對照分別下降25.2%、20.5%；花生莢果氮素分配率較對照分別提高6.5%、6.6%。總體來看，增施鈣肥促進了氮素向生殖器官(莢果)分配。

圖3 2019—2020年施鈣對花生不同器官氮素分配的影響

2.5 施鈣對花生產量及其性狀的影響

由表3可知，棕壤增施鈣肥后花生產量兩年平均較對照增加28.8%，花生百果重、百仁重、出仁率略有增加，單株飽果數平均增加27.2%；2020年單株秕果數降低21.2%，收獲指數增加10.9%。紅壤增施鈣肥后花生產量兩年平均較對照增加46.0%；花生百果重、百仁重、出仁率略有增加；單株飽果數平均增加41.9%，單株秕果數平均增加7.7%；收獲指數兩年平均增加9.3%。總體來看，增施鈣肥顯著提高花生產量，且紅壤施鈣效果優于棕壤。

表3 增施鈣肥對花生產量及產量性狀的影響

3 討論

3.1 施鈣對花生根系形態以及根瘤生長的影響

本研究表明增施鈣肥促進了兩種類型土壤上花生根系的生長發育，根系總長、根系表面積、根系體積顯著增加。這與王建國等[7]在不同鈣肥梯度與覆膜促進低鈣紅壤花生根系發育的研究結果一致。劉穎等[11]研究表明，在一定氮肥用量基礎上增施鈣肥可增加花生根長、根系表面積、根系體積，為花生的生長發育提供強大的根系，進而促進花生產量的提高。增施鈣肥后兩種類型土壤上花生苗期和結莢期根瘤數量變化規律一致，均呈增加趨勢。張琴等[12]研究表明，低pH值下Ca2＋能促進苜蓿根瘤與其宿主之間的識別，使苜蓿結瘤提前、結瘤率提高。本研究中，棕壤的試驗結果優于紅壤，這是因為紅壤土顯酸性，鈣肥對酸性土壤進行改良而未完全被植物吸收的結果[13]。

3.2 施鈣對花生不同器官氮素積累和分配的影響

由于鈣素參與的維茨爾效應可以促進植株對氮素的吸收，所以外源鈣肥與氮素的積累量呈極顯著正相關，施鈣是調節花生氮素積累分配的重要手段[8]。前人研究表明，施硝酸鈣可促進花生對氮素營養的吸收及向“庫”中運輸與轉化[14]。施鈣處理后，花生生殖器官氮素積累量和分配率提高，氮素吸收率提高[15，16]。劉穎等[11]研究表明，鈣和氮互作下生殖器官和營養器官氮素積累量增加，其中生殖器官分配比例為68.0%~69.3%，表明更多的氮素分配到生殖器官。史曉龍等[17]研究表明，適宜的鈣肥用量可顯著促進鹽脅迫下花生養分吸收和積累，提高花生成熟期莢果中氮的分配比率。本研究中增施鈣肥后花生不同器官氮素積累和分配變化規律一致，花生植株氮素積累顯著提高，莢果氮素分配率提升。這表明增施鈣肥促進了氮素從“源”到“庫”中的運輸。

3.3 施鈣顯著提高花生產量

史曉龍等[17]研究表明鹽脅迫下施用鈣肥150.0 kg/hm2，花生莢果產量提高21.5%。Rogers[18]研究發現，棕壤增施鈣肥675.0 kg/hm2，花生產量提高405.0~675.0 kg/hm2。山東酸性土壤上施用鈣肥210.0 kg/hm2，花生產量增幅最大[5]。湖南酸性紅壤(pH值4.6)施鈣量為750.0 kg/hm2時，花生莢果和籽仁產量顯著提高[19]。本試驗中，兩年兩種類型土壤增施鈣肥花生產量均顯著提高，且棕壤上增幅小于紅壤。出現差異的主要原因可能是棕壤中有效鈣含量顯著高于紅壤；另一方面施鈣在一定程度上提高酸性土壤的pH值[20]、有機質含量[21]，從而營造一個良好生態環境供植物生長[9]。產量構成因素中總果數、百果重是獲得高產的重要因素。增鈣促進飽果數增加、提高百果重，這是維持花生高產的重要保障。

4 結論

兩年試驗結果表明，增施鈣肥顯著增加棕壤和紅壤上結莢期花生根系總長、根系表面積和根系體積，顯著提高花生根瘤數量及其鮮重。施鈣處理后不同器官氮素積累量明顯增加，增施鈣肥顯著提高花生莢果產量，增加單株飽果數、百果重、出仁率和收獲指數。總之，增施鈣肥是促進花生根系生長和提高產量的重要途徑。