不同輪作模式對花生生長及產量的影響

沈 悅 劉永惠 梁 滿 陳志德 沈 一

（江蘇省農業科學院經濟作物研究所，江蘇南京 210014）

輪作是指在一定年限內、同一塊地上有順序地輪換種植不同作物，或者采用不同復種方式的種植模式。我國早在西周及春秋時期就有休耕、輪作的種植模式，強調用地與養地的結合[1]。當前，我國農業生產面臨耕地資源透支和連作障礙等問題，如何促進耕地地力的有效恢復并加以高效利用，是保護耕地和糧食安全的重要內容，而探索和實行新時代高質量的輪作休耕模式是必然選擇之一[2]。

作物連作障礙現象比較普遍，通常認為與植物化感物質的自毒、土壤理化特性的惡化、土壤單類養分的缺失、土壤微生物群落的失衡等相關[2]。輪作能調節和改善耕作層的物理狀況，協調不同作物之間養分吸收的局限性，優化土壤理化結構和養分含量[3]；同時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，為植物生長構建健康的微生物環境[4]。

花生（Arachis hypogaeaL．）是我國重要的油料和經濟作物，近年來播種面積470 萬hm2以上，總產量近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市場。近年來，我國花生單產常年在3.7～3.8 t/hm2，除高產品種選育外，連作也是制約我國花生持續增產的一項不可忽視的因素[5]。

花生是典型的不耐重茬作物，常年連作有利于病原真菌在根表的定殖，從而抑制了有益細菌的生長，造成土傳病害加劇，使其產量受到嚴重影響[6-7]；適當的輪作能促進假單胞菌、白地霉等有益菌的生長，減輕花生的病害、提高莢果產量[8]。花生有較多輪作模式的研究報道，花生-甘薯的輪作模式，能使花生干物質積累量增加，莢果產量提高14.4%[9]；油菜-花生輪作較花生單作單位凈現值碳排放和氮排放分別降低19.6%和30.8%，可實現高產高效與低碳氮排放的協同效益[10]；水旱輪作更有利于對花生果腐病、葉斑病和蠐螬的防控，花生產量結構明顯優化，根瘤菌數量顯著提高[11-12]。但現有研究報道多是基于一年處理的數據分析，很少有連續多年的跟蹤研究及分析。本研究從農藝性狀、干物質量、產量和土壤NPK 含量等方面，詳細研究了4 個連續自然年度內、4 種不同的輪作方式對花生生長及產量的影響，期望對區域內糧油輪作栽培的優化和推廣提供參考。

1 材料

1.1 試驗材料

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 試驗設計及方法

試驗于2017—2020 年在江蘇省農科院六合試驗基地進行。隨機區組設計，3次重復，小區長16 m，寬4.25 m。具體處理設置見表1。

春、夏花生種植前，45%高效復合肥（15-15-15）600 kg/hm2作基肥，起壟種植，壟距0.85 m，每小區5壟，每壟種2行，每穴播2粒，穴距20 cm，種植密度約12 萬穴/hm2。花生種子用60%吡蟲啉FS+40%萎銹·福美雙進行包衣后播種；播后苗前用禾耐斯（乙草胺）60 mL對水噴霧控制雜草，此后視雜草情況進行人工拔除；后期用20%花生超生寶40 g/hm2對水噴施進行化控。

玉米用45%高效復合肥（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，拔節期另施45%高效復合肥（15-15-15）20 kg/hm2，其余按照當地大面積生產要求進行管理。

為使各處理外施肥料一致，花生、玉米收獲后，統一加施45%高效復合肥（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月上旬進行撒播，種子用量225 kg/hm2，其余按照當地大面積生產要求進行管理。

花生收獲前，每個小區選5 穴（10 株）進行考種，考察性狀包括株高、側枝長、主莖綠葉數等農藝性狀及單株果數；莢果曬干后測定百果重和百仁重，計算出仁率；按小區收獲后稱重統計及折算產量。花生成熟期取樣后105 ℃殺青30 min，80 ℃烘至恒質量，測定莖、葉、果柄等不同組織的生物干物質量。小麥播種或冬閑前取各處理土壤樣進行NPK測定。

1.3 數據統計與分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 輪作模式對花生生育期的影響

春、夏花生播種、收獲時間及積溫數據見表2。春花生全生育期127.50±0.71 d，活動積溫3 396.00±57.98 ℃；夏花生全生育期122.67±2.08 d，活動積溫3 241.67±110.43 ℃。春花生生育期較長，活動積溫與夏花生相比有一定優勢。

2.2 輪作模式對花生農藝性狀的影響

不同處理中春、夏花生主要農藝性狀見圖1。由圖1得知，由于生育期和積溫的不同，春花生總體營養生長比夏花生充分，如主莖高（42.45 cm/41.51 cm），側枝長（51.10 cm/49.11 cm）和主莖綠葉數（27.58/25.63）。

圖1 不同輪作處理下花生主莖高、側枝長、主莖綠葉數

具體分析，春花生連作處理中，第2年農藝性狀基本保持穩定，第3 年有所衰退，第4 年更是極顯著衰退，主莖高和側枝長與前3 年平均相比分別下降12.01%和16.43%。輪作處理中，B 處理營養生長相對較好，側枝長及主莖綠葉數與第1 年春花生基本相當；C、D處理中3個農藝性狀指標都為第1年春花生的87.83%以上，且基本能在年度間保持穩定。

2.3 輪作模式對花生干物質積累的影響

從表3可以看出，春花生連作第2、3年干物質量基本保持恒定，但第4年總干物質積累顯著減少，比前3年平均減少18.13%，主要原因為籽仁干重減少，果殼+籽仁的干重占比下降到70%以下；當然，除去第4 年數據之外，春花生單株總生物量（49.75 g）與夏花生（44.78 g）相比，還是有顯著優勢。

表3 不同處理花生單株干物質積累測定

輪作處理中，B處理的干物質量較為突出，基本與第一年春花生相當；C、D處理中植株干物質量都為第一年春花生的88.12%以上，也能在年度間保持穩定。

另外，總體夏花生果殼+籽仁的干物質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花生生殖生長。

2.4 輪作模式對土壤肥力的影響

于2018—2020年小麥播種或冬閑前，連續3年測定了花生連作和輪作中的土壤NPK含量（表4）。硝態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氮含量近4倍，速效鉀也有不同程度的提升，證實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。

表4 花生輪、間作土壤NPK含量測定

2.5 輪作模式對花生產量性狀的影響

不同模式花生的產量性狀見表5。春花生的單株結果數略優于夏花生，春花生的平均產量達4.55 t/hm2，而夏花生為3.93 t/hm2，達到了顯著差異水平。但連作處理中，第4 年出現較為嚴重的產量衰退，單株結果數下降至19.60，產量為3.97 t/hm2，比前3 年均產降低約15.56%，與農藝性狀、干物質積累的衰退吻合。

表5 不同輪作處理下花生產量性狀結果

不同的輪作處理中，花生的產量相對穩定。如大面積生產中常用的冬小麥-夏花生逐年輪作模式（處理C），夏花生產量介于3.89～4.05 t/hm2之間，變化幅度較小；B處理第3年春花生產量為4.65 t/hm2，與第一年春花生單產相比無統計學差異。

3 討論

花生連作障礙主要機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、施用有機肥和花生專用肥、改進土壤耕翻技術等都可以一定程度上緩解花生連作障礙。其中輪作模式最經濟有效，農民較易采用。花生在各地有不同的輪作模式，基于大面積生產和耕地使用的客觀情況，建議黃淮海產區大面積推行花生-小麥的周年輪作制度，以解決糧油爭地矛盾。

花生不同生態類型品種的生育期及所需積溫存在顯著差異，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，造成最后產量與春花生相比有一定差距。雖然夏花生產量形成期較短，但只要保持后期葉片正常光合作用，夏花生干物質向莢果分配的比率更高[5]。我們也發現夏花生果殼+籽仁的干物質重量占比比春花生高約2%，可能是基于這個原因。

春花生雖然產量高，但其播種較早，不適宜與小麥、油菜等冬季作物進行輪作，而連年種植春花生易產生嚴重的連作障礙。有研究指出，花生連作5年，主莖高度最低降低12.5%，莢果產量降低33.5%，土壤和根際的真菌數量顯著增加，細菌和放線菌數量顯著減少[13]。本研究中也發現，春花生連作到第4年，花生不同農藝性狀和產量都有不同程度的下降，如主莖高（12.01%）、側枝長（16.43%）、單株結果數（21.19%）、百果重（5.41%）和折合產量（15.56%）。相反，B處理兩年三熟的“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，花生都有相對穩定的農藝和產量表現。另外，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，進行了葉斑病、網斑病、銹病等主要病害消長規律的調查，發現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產也起到重要作用。

普遍認為，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 可遺留于土壤中[5]。本研究中我們也發現，采取適當的輪作措施后，土壤硝態氮、速效鉀都有較大程度的提高，證實輪作模式對土壤養分的有益作用。

此外，在其他研究中發現，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，繼而促進土壤有效養分的積累和乙烯等植物激素的合成，達到兩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變化，研究其對花生生長和發育的影響機理，也能為花生輪作生產模式的應用和推廣提供更完整的數據支撐。