黃小雙,李海峰,胡西旦·買買提,熱西旦·阿木提,劉志剛,任紅松,石書(shū)兵,張 雨
(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,烏魯木齊 830052;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院吐魯番農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,新疆吐魯番 838000;3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)場(chǎng),烏魯木齊 830052;4.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物研究所,北京 100081 )
【研究意義】花生是我國(guó)廣泛種植的大宗農(nóng)作物[1]。新疆林果業(yè)的發(fā)展,林間有相當(dāng)面積耕地有待高效利用[2]?;ㄉ仓臧?抗旱性較好[3]、耐踩踏性突出,具有很強(qiáng)的生物固氮能力,為間作的植物作物提供了氮素營(yíng)養(yǎng)保障[4],并且花生在我國(guó)一些主產(chǎn)區(qū)常與其他作物套播種植[5],因此種植花生是林間間作可選擇的作物之一,果樹(shù)間作花生不僅能有效利用土地、光熱資源,還能使新疆花生種植產(chǎn)業(yè)、種植規(guī)模和林下經(jīng)濟(jì)得到提升[6]。因此,研究不同果樹(shù)間作花生生長(zhǎng)發(fā)育與葉片生理特性的影響,對(duì)新疆林果間作下花生高產(chǎn)高效栽培具有重要意義?!厩叭搜芯窟M(jìn)展】新疆南疆喀什、和田、阿克蘇等地有紅棗和核桃地間作花生模式[7],晉西黃土區(qū)蘋果-花生間作[8],花生生長(zhǎng)發(fā)育受間作果樹(shù)樹(shù)體大小,郁閉強(qiáng)度等因素對(duì)花生造成不同程度的影響[9]。林果(特別是幼齡林果地)間作花生具有經(jīng)濟(jì)收益高、比較優(yōu)勢(shì)強(qiáng)、用地養(yǎng)地相結(jié)合的諸多優(yōu)勢(shì)[10],采用林果間作花生的種植模式,可顯著增加林果單位面積的效益,是新疆大面積幼齡杏、葡萄、棗等初建果園的可選的間作模式?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】新疆吐魯番林果種植面積5.5×104hm2,林下耕地可高效利用。目前,關(guān)于新疆林果間作花生的相關(guān)栽培配套措施鮮有報(bào)道。需研究不同果樹(shù)間作下花生生長(zhǎng)發(fā)育、葉片生理特性及產(chǎn)量的影響?!緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】在田間條件下,選擇托克遜常規(guī)花生品種,采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì),研究杏、紅棗和葡萄3種果樹(shù)下間作花生對(duì)花生生長(zhǎng)發(fā)育以及相關(guān)生理指標(biāo)及產(chǎn)量的影響,測(cè)定分析花生農(nóng)藝性狀、葉片可溶性蛋白質(zhì)丙二醛及抗衰老酶含量和產(chǎn)量性狀,篩選出花生適宜的間作模式,為新疆林果間作花生綠色高產(chǎn)高效栽培技術(shù)的發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
田間試驗(yàn)于2021年4~9月分別在新疆吐魯番市托克遜縣新院子園藝場(chǎng)( N 42°78',E 88°61')和新疆吐魯番市高昌區(qū)紅星片區(qū)老城區(qū)東門村( N43°01',E89°16')進(jìn)行。托克遜縣試驗(yàn)地屬典型大陸性暖溫帶荒漠氣候,年均氣溫15.1℃,全年平均日照時(shí)數(shù)3 134.9 h,降水量5.7 mm,蒸發(fā)量3 171.4 mm,無(wú)霜期可達(dá)219 d;高昌區(qū)試驗(yàn)地為暖溫帶大陸性干旱荒漠氣候,年均氣溫13.9℃,全年平均日照時(shí)數(shù)約3 200 h,降水量約16 mm,蒸發(fā)量3 000 mm,無(wú)霜期可達(dá)210 d左右。
試驗(yàn)田土壤質(zhì)地為沙壤土,施肥前進(jìn)行土壤采樣檢測(cè)土壤基礎(chǔ)肥力。葡萄地土壤養(yǎng)分含量中有機(jī)質(zhì)11.4 g/kg,pH值8.17,水溶性鹽分2.6 g/kg,水解性氮48.1 mg/kg,有效磷19.1 mg/kg,速效鉀89 mg/kg;杏樹(shù)地土壤養(yǎng)分含量中有機(jī)質(zhì)15.6 g/kg,pH值8.5,水溶性鹽分1.0 g/kg,水解性氮43.5 mg/kg,有效磷11.0 mg/kg,速效鉀79 mg/kg;棗樹(shù)地土壤養(yǎng)分含量中有機(jī)質(zhì)19.8 g/kg,pH值8.26,水溶性鹽分0.8 g/kg,水解性氮47.3 mg/kg,有效磷16.2 mg/kg,速效鉀85 mg/kg;供試材料為托克遜縣常規(guī)花生品種魯花9號(hào)。
間作前,先清除林地雜草、挖凈茅草等,對(duì)林地進(jìn)行翻耕、耙碎,開(kāi)挖竹節(jié)溝并對(duì)各小區(qū)進(jìn)行等量施肥,為復(fù)合肥450 kg/hm2、鈣鎂磷肥300 kg/hm2。間作密度以各作物生長(zhǎng)后能覆蓋地表為宜。試驗(yàn)期間采用正常的周年撫育管理措施,適時(shí)澆水施肥,定期防治病蟲(chóng)害。
1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
田間試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì),設(shè)置3種不同果樹(shù)間作花生模式作為處理:處理A1:杏樹(shù)-花生間作模式,杏樹(shù)樹(shù)齡8年,果樹(shù)間株距3 m,行距5 m,樹(shù)冠中等,合理修剪,行間花生種植6行;處理A2:棗樹(shù)-花生間作模式,樹(shù)齡13年,果樹(shù)間株距2 m,行距3 m,樹(shù)冠較大,生長(zhǎng)期未修剪,行間花生種植4行;處理A3:葡萄樹(shù)-花生間作模式,樹(shù)齡10年,葡萄株距1.2 m,行距5 m,主蔓長(zhǎng)4 m左右,修剪管理粗放,距溝底部30 cm斜坡處種植,花生人工播種單行種植。3種種植模式處理每個(gè)小區(qū)面積30 m2,每個(gè)處理3次重復(fù),并設(shè)置用于生理指標(biāo)采樣的“采樣區(qū)”?;ㄉN子人工穴播,每穴2粒,四周設(shè)置保護(hù)行。水肥管理按照常規(guī)栽培,均為不覆膜大水漫灌種植。表1
表1 試驗(yàn)處理
1.2.2 測(cè)定指標(biāo)
各處理分別于苗期、開(kāi)花下針期、結(jié)莢期、飽果期、成熟期取10株植株考察主莖高、側(cè)枝長(zhǎng)、分枝數(shù)等農(nóng)藝性狀。成熟期按小區(qū)取樣考種,每小區(qū)中連續(xù)取10株,將植株放入紗網(wǎng)袋中,于陰涼處風(fēng)干至恒重后考種,考種項(xiàng)目:單株結(jié)果數(shù)、單仁果、雙仁果、秕果、蟲(chóng)蛀果、爛果、飽果數(shù)、單株產(chǎn)量。
于開(kāi)花期、下針期、結(jié)莢期、收獲期4個(gè)時(shí)期每個(gè)處理選取5株長(zhǎng)勢(shì)一致具有代表性的花生植株,取主莖倒三葉鮮樣,用蒸餾水洗凈并用濾紙吸干水分后液氮速凍,于-70°低溫冰箱內(nèi)保存,供測(cè)定相關(guān)生理指標(biāo)。可溶性蛋白質(zhì)含量、丙二醛(MDA)含量、長(zhǎng)氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性的測(cè)定,均參照李合生的方法[11]。
用Excel 2007軟件制作表示動(dòng)態(tài)分析圖,SPSS19.0分析軟件分析差異性(LSD分析)。
研究表明,不同果樹(shù)間作在不同生育期顯著影響花生主莖高、分枝數(shù)和莖粗(P<0.05),苗期至花針期時(shí),處理A3(葡萄花生間作)花生的主莖高生長(zhǎng)速率(生長(zhǎng)標(biāo)化曲線的斜率)最快,到花針期時(shí)主莖高增長(zhǎng)了68%,杏樹(shù)間作下花生的主莖高生長(zhǎng)速率較為緩慢,處理A1(杏花生間作)花生的主莖高度較其他處理分別低了78%、60%,各處理間差異顯著(P<0.05),處理A1主莖高生長(zhǎng)緩慢的同時(shí),其分枝數(shù)與莖粗卻顯著高于A2(棗花生間作)、A3處理,較其他處理均提高了31%。從結(jié)莢期至飽果期,處理A1的主莖高生長(zhǎng)速率開(kāi)始增加并達(dá)到峰值,增幅為58%,結(jié)莢期以后,此時(shí)各處理間分枝數(shù)與莖粗存在較大差異,處理A2的分枝數(shù)保持為4個(gè)一直不變,各處理間莖粗處于穩(wěn)定增長(zhǎng);植株達(dá)到成熟期時(shí),各處理間的主莖高A2處理為最大值,A1處理為最小值分別為68.9和50.9 cm,A1處理分枝數(shù)與莖粗為最大值分別為11.6個(gè)/株,6.04 mm,A2處理為最小值分別為4個(gè)/株,3.78 mm;A3處理側(cè)枝長(zhǎng)顯著高于其他處理,分別高了7.8%和5.9%(P<0.05)。表2
表2 不同果樹(shù)間作下花生農(nóng)藝性狀的變化
2.2.1 不同果樹(shù)間作花生對(duì)花生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的影響
研究表明,處理A1(杏-花生間作)、A2(棗-花生間作)隨著生育期的推進(jìn),花生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì),而A3(葡萄-花生間作)處理卻呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)。處理A1、A2在花期時(shí)葉片可溶性蛋白質(zhì)含量達(dá)到峰值,依次為1.353和1.028 g/L,而處理A3此時(shí)卻是葉片可溶性蛋白質(zhì)含量最低值,為0.68 g/L,各處理間差異顯著(P<0.05)。處理A3葉片的可溶性蛋白質(zhì)含量在成熟期有顯著提升,與處理A1和A2相比存在29%和26%的差異,此時(shí)可溶性蛋白質(zhì)含量為1.088 g/L,與各處理相比均呈顯著差異(P<0.05)。圖1
圖1 不同果樹(shù)間作下花生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量變化
2.2.2 不同果樹(shù)間作花生對(duì)花生葉片MDA含量的影響
研究表明,花生葉片的丙二醛(MDA)含量在不同果樹(shù)間作模式下,隨著生育期的推進(jìn),整體均呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)?;ㄆ诤拖箩樒诟魈幚砣~片的丙二醛含量增長(zhǎng)緩慢,隨著葉片的衰老,不同果樹(shù)間作下花生葉片丙二醛的含量在結(jié)莢期時(shí)差距變大,結(jié)莢期時(shí)處理A1花生葉片的丙二醛含量急劇增長(zhǎng)并且達(dá)到峰值為6.68 μmol/(g·FW),處理A2、A3的數(shù)值均顯著低于A1處理,依次為4.71和2.33 μmol/(g·FW),與處理A1相比存在29%和65%的差異,且各處理之間均呈顯著差異(P<0.05)。成熟期時(shí)處理A2、A3葉片的丙二醛含量達(dá)到峰值分別為5.56和5.27 μmol/(g·FW),相比處理A1,處理A3增長(zhǎng)了56%,處理A2次之增長(zhǎng)了15%,各處理間葉片丙二醛含量差異不顯著(P<0.05)。圖2
圖2 不同果樹(shù)間作下花生葉片MDA含量變化
2.2.3 不同果樹(shù)間作花生對(duì)花生葉片CAT含量的影響
研究表明,花生葉片過(guò)氧化氫酶(CAT)的活性在不同果樹(shù)間作下,隨著生育時(shí)期的推進(jìn)整體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),各處理在不同時(shí)期花生葉片的CAT活性之間存在差異。下針期時(shí),A1、A2、A3處理CAT酶活性均達(dá)到最大值,分別為4.64、7.27和10.06 U/(mg·FW·min),各處理間均表現(xiàn)為顯著差異(P<0.05)。經(jīng)過(guò)下針期至結(jié)莢期的生長(zhǎng),處理A3花生葉片CAT酶活性降低的了62%,數(shù)值為3.84 U/(mg·FW·min),降幅最大,處理A1和A2的數(shù)值分別降低了22%和43%,A1降幅最小,各處理間花生葉片CAT酶活性表現(xiàn)差異不顯著。成熟期時(shí),各處理間CAT酶活性差異增大,處理A1、A3分別降低了13%和53%,而A2處理增加20%,各處理間均呈現(xiàn)顯著差異(P<0.05)。圖3
圖3 不同果樹(shù)間作下花生葉片CAT活性變化
2.2.4 不同果樹(shù)間作花生對(duì)花生葉片SOD含量的影響
研究表明,花生葉片超氧化物歧化酶(SOD)的活性在不同果樹(shù)間作下,隨著生育時(shí)期的推進(jìn)整體呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì),各處理在不同時(shí)期花生葉片的SOD活性之間存在差異,并且降幅各有不同?;ㄆ跁r(shí)處理A1、A2、A3葉片SOD活性達(dá)到最大值,依次為638.87、471.69和644.84 U/(g·FW·min),A2處理SOD活性最低,與A1和A3處理均呈顯著差異(P<0.05)。下針期與結(jié)莢期時(shí),各處理之間葉片SOD酶活性均表現(xiàn)顯著差異。成熟期時(shí)各處理均達(dá)到最低值,處理A2降幅最大,處理A1次之,最小為處理A3,分別降低了80%、45%和27%,各處理葉片SOD酶活性表現(xiàn)顯著差異(P<0.05)。A2處理SOD酶活性顯著低于其他處理。圖4
圖4 不同果樹(shù)間作下花生葉片SOD活性變化
2.2.5 不同果樹(shù)間作花生對(duì)花生葉片POD含量的影響
研究表明,花生葉片過(guò)氧化物酶(POD)含量隨著生育期的推進(jìn),差異各有不同,從不同間作果樹(shù)來(lái)看,處理A1(杏-花生)葉片POD活性呈先升高后降低的趨勢(shì),在下針期達(dá)到最大值106.84 U/(g·FW·min)后,開(kāi)始波動(dòng)式下降。處理A2(棗-花生)葉片POD活性呈逐漸升高的趨勢(shì),這可能與棗樹(shù)遮陰造成花生生育期推后的原因。處理A3(葡萄-花生)葉片POD活性呈逐漸降低趨勢(shì),花期時(shí)達(dá)到峰值,峰值為73.61 U/(g·FW·min)。隨著葉片逐漸進(jìn)入衰老狀態(tài),在結(jié)莢期與成熟期葉片POD酶活性出現(xiàn)波動(dòng)式降低的現(xiàn)象。圖5
圖5 不同果樹(shù)間作下花生葉片POD的活性變化
研究表明,不同果樹(shù)間作花生顯著影響花生產(chǎn)量性狀的單株結(jié)果數(shù)、雙仁果數(shù)、飽果數(shù)以及單株產(chǎn)量(P<0.05),但是對(duì)單仁果數(shù)、秕果數(shù)、蟲(chóng)蛀果樹(shù)和爛果數(shù)無(wú)明顯影響。處理A1(杏-花生套作)各產(chǎn)量性狀總體優(yōu)于處理A2(棗-花生套種)和A3(葡萄-花生套種)。處理A1單株結(jié)果數(shù)43.33個(gè)顯著高于其他處理,相較A2和A3處理單株結(jié)果數(shù)分別高出55%和32%;處理A1的飽果數(shù)達(dá)到39.67個(gè),處理A3達(dá)到24.67個(gè),A2處理最少僅僅只有18個(gè);A1處理達(dá)到116.23g,相較于A2和A3處理分別高出60%和46%。表3
表3 不同果樹(shù)間作下花生產(chǎn)量性狀變化
3.1花生的農(nóng)藝性狀可以直觀地反映花生的發(fā)育狀況,主莖高、側(cè)枝長(zhǎng)、分枝數(shù)等是易觀測(cè)的性狀指標(biāo)[12]。研究表明,不同品種、不同樹(shù)齡的林果間作花生,由于果樹(shù)樹(shù)冠大小和根系深淺等方面的差異,其對(duì)花生的遮光程度[13],肥水利用、生長(zhǎng)溫濕度[14]生育進(jìn)程等有不同的影響,其中光照的影響較大。研究得出,棗樹(shù)間作花生植株徒長(zhǎng),花生地上部分長(zhǎng)高且細(xì)弱,地下部分根系淺且毛細(xì)根少,生育期明顯推后,而杏樹(shù)間作花生模式下,主莖高、側(cè)枝長(zhǎng)均低于棗、葡萄間作花生模式,而分枝數(shù)、莖粗均高于其他兩種花生間作模式,各處理間主莖高與分枝數(shù)和莖粗成反比,分枝數(shù)與莖粗成正比。與于伯成[15]、高世杰[16]的研究結(jié)論一致。
3.2植物衰老的第一步主要是可溶性蛋白的降解,同時(shí)也標(biāo)志著葉片中各類酶活性的降低,可溶性蛋白質(zhì)含量是葉片衰老與否的重要生理指標(biāo)之一[17],而MDA含量也被用來(lái)衡量膜脂過(guò)氧化的程度和植物受到脅迫的影響[18]。隨著生育期的推進(jìn),果樹(shù)枝繁葉茂影響了花生葉片的光合作用,花生生長(zhǎng)的環(huán)境逐漸變?yōu)楣庹諟p弱、溫度降低和濕度增加,一定程度的遮陰造成花生體內(nèi)自由基的大量積累,導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化低級(jí)產(chǎn)物MDA含量的增加[18],影響了花生葉片正常的生理活動(dòng)。研究結(jié)果表明,MDA含量的上升與體內(nèi)蛋白質(zhì)含量的下降呈負(fù)相關(guān),隨著花生葉片的衰老過(guò)氧化物MDA等氧化物含量就越高,對(duì)膜的流動(dòng)性和通透性越差,與Malik等[19]研究結(jié)果基本一致。
3.3過(guò)氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)作為抗衰老的葉片保護(hù)酶,具有提高植物清理活性氧等植物自由基的能力[20]。棗樹(shù)葉片在衰老過(guò)程中SOD和POD活性均呈逐漸下降的規(guī)律[21]。研究得出,杏、葡萄間作花生下針期后CAT、SOD與POD酶活性總體呈逐漸降低的趨勢(shì),而棗樹(shù)間作花生開(kāi)花期開(kāi)始POD酶活性逐漸上升,SOD酶活性在迅速降低,是由于一定程度的遮陰,會(huì)造成植物保護(hù)酶活性迅速降低或升高的生理代謝紊亂現(xiàn)象,與Padnda[22]李應(yīng)旺[23]等研究結(jié)論基本一致。
3.4在帶狀間作種植模式進(jìn)行的當(dāng)中,間作花生處于光照劣勢(shì),導(dǎo)致光照成為花生正常生長(zhǎng),單株果數(shù)和出仁率主要因素之一[24]。遮陰環(huán)境對(duì)植物產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀都有著重要的影響,植株進(jìn)行遮光處理后,植株的產(chǎn)量會(huì)隨之降低[25]。蔭蔽性與作物的產(chǎn)量關(guān)系密切?;ㄉ漠a(chǎn)量會(huì)在光合作用的影響下產(chǎn)生更多的變化?;ㄉ艿接衩渍陉幮Ч绊?進(jìn)一步制約了花生在完全條件下的成長(zhǎng),導(dǎo)致其單株果數(shù)和出仁率降低,產(chǎn)量也隨之減少[24]。杏樹(shù)花生間作下花生單株結(jié)果數(shù)較棗樹(shù)花生間作高出兩倍有余,單株產(chǎn)量杏樹(shù)花生間作較棗樹(shù)間作和葡萄間作高,最高單株產(chǎn)量為116.23 g,葡萄間作和棗樹(shù)間作產(chǎn)量顯著低于杏樹(shù)花生間作,是由于棗樹(shù)與葡萄樹(shù)樹(shù)冠樹(shù)體較大,遮陰度高,對(duì)花生的產(chǎn)量造成較大影響,導(dǎo)致花生的各產(chǎn)量指標(biāo)及產(chǎn)量下降。
4.1不同果樹(shù)間作花生,果樹(shù)樹(shù)齡、樹(shù)冠遮陰和行間距對(duì)花生農(nóng)藝性狀有較大的影響,其中遮陰下的花生的株高顯著增加,分枝數(shù)減少,莖粗顯著降低。各處理主莖高表現(xiàn)為A2>A3>A1,分別為68.90、58.60和50.90 cm,A1處理分枝數(shù)與莖粗為最大值分別為11.6個(gè)/株,6.04 mm,A3處理側(cè)枝長(zhǎng)顯著高于其他處理,分別高了7.8%和5.9%。在科學(xué)修剪的前提下,選擇樹(shù)冠、樹(shù)齡和株行距適宜的林果與花生間作,有利于花生的生長(zhǎng)發(fā)育。
4.2不同果樹(shù)下間作的花生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量和MDA含量在各個(gè)生育期有著明顯區(qū)別,花期與結(jié)莢期時(shí),杏樹(shù)間作花生可溶性蛋白質(zhì)含量最高,而葉片MDA含量較低,花期時(shí),花生葉片可溶性蛋白質(zhì)含量達(dá)到峰值,各處理的表現(xiàn)為A1>A2>A3,分別為1.353、1.028和0.68 g/L,葡萄花生間作可溶性蛋白質(zhì)含量最低,此時(shí)相對(duì)應(yīng)得葉片MDA含量最高,隨著葉片的衰老,間作花生葉片MDA含量顯著增加,可溶性蛋含量顯著降低。
4.3在相應(yīng)的光照條件下,不同果樹(shù)間作下花生生育期后期葉片SOD、CAT和POD酶活性整體保持逐漸下降的趨勢(shì)。成熟期時(shí),各處理間CAT和SOD酶活性差異增大,處理A1、A3的CAT活性分別降低了13%和53%,而A2處理增加20%,SOD活性分別降低了80%、45%和27%,各處理間表現(xiàn)顯著差異。杏、葡萄間作花生隨生育期延長(zhǎng)緩慢降低,杏和葡萄間作花生模式較適宜花生的生長(zhǎng)發(fā)育;樹(shù)齡大、遮陰嚴(yán)重果樹(shù)不適宜間作花生。
4.4在不同果樹(shù)間作花生中,水肥管理一致的情況下遮陰程度成為影響花生產(chǎn)量的主要因素之一,其中杏樹(shù)樹(shù)齡較小,郁閉度較低,繼而杏樹(shù)間作花生產(chǎn)量最高。棗樹(shù)間作花生產(chǎn)量最低。不同果樹(shù)中杏樹(shù)更適宜與花生間作,對(duì)花生產(chǎn)量影響較小。