適宜機械化種植的花生高產品種篩選與評價

丁 紅張冠初許 靜修明霞徐 揚郭 慶張智猛*于遒功

(1.山東省農業科學院,山東 濟南 250100;2.威海市乳山市果茶蠶工作站,山東 乳山 264500;3.青島市農業科學院,山東 青島 266100)

花生是我國重要的經濟作物和油料作物,在國民經濟的發展中舉足輕重。近年來,由于人工等生產成本的增加,提高花生機械化生產水平變得尤為重要,機械化可提高花生生產的作業效率和品質,對提高花生種植效益,降低勞動強度和成本具有重要意義。花生具有典型的“地上開花,地下結果”特征。傳統的花生收獲和脫殼主要靠人工,收獲環節用工占全過程的1/3以上,作業成本占整個生產成本50%以上[1]。花生機械化收獲受土壤特性和自身生長特性的影響,存在落果率高和雜質高等問題,反而增加了人工撿拾莢果和去雜的成本[2]。花生的品種特性是影響機械化收獲效果的主要因素。在收獲作業中,莖枝是與機械接觸的重要部位,因受基因型和環境條件的影響,其數量、高度、機械強度等均直接影響機械收獲品質[3-4]。

研究表明莖稈干物質積累多、機械組織發達、莖稈堅韌的花生品種可滿足機械化收獲的需求[5-6]。花生果柄強度特性與機械化收獲過程中的損失率和收獲莢果的帶柄率具有顯著相關性,并且影響莢果的商品性和后續的機械化脫殼[7]。已有學者對包含果柄含水量、莢果成熟度、果柄機械特性等方面開展了相關研究,篩選出一些果柄強度適于機械化收獲的優質花生品種(系)[8-13]。花生莢殼破裂特性影響花生收獲時的破損率,魯清等研究認為花生莢果的破裂力主要來源于橫向擠壓[14]。已有的研究多是基于某一花生群體進行的篩選和評價,或僅基于莢果力學的評價,對莢果力學和機械作業品質綜合評價的報道較少。本研究對黃淮海地區生產上推廣的品種進行綜合評價,篩選出結果范圍集中、果柄強度和莢果破殼力適中的花生品種,為推廣和培育適于機械化種植的花生品種提供了材料基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選取黃淮海地區主栽的18個花生品種進行種植,分別為花育25號(HY25)、菏花11號(HH11)、花育22號(HY22)、花育9120(HY9120)、花育50號(HY50)、花 育39 號(HY39)、花 育9510(HY9510)、冀農花6 號(JNH6)、菏 花20 號(HH20)、花育958(HY958)、花育36號(HY36)、花育917(HY917)、花育60號(HY60)、花育9303(HY9303)、青花6號(QH6)、花育51號(HY51)、花育965(HY965)和菏花26號(HH26)。試驗材料在山東省招遠市畢郭鎮官地村種植,機械起壟覆膜播種,壟寬85 cm,壟高20 cm。每壟2行,穴距20cm,地膜覆蓋栽培。田間管理與一般大田生產保持一致。2021年5日14日播種,9月13日采用花生挖掘機挖掘收獲。

1.2 測定方法

1.2.1 農藝性狀

收獲后,每品種選取8株測量主莖高和側枝長。同時對夾持狀態下莢果層的厚度和高度進行測定,測定過程參考遲曉元等[12]的方法。摘取莢果后進行營養器官生物量的測定。

1.2.2 果柄及莢果力學特性

每個品種選取4株長勢一致的花生植株,每株選取第一對側枝上的5個莢果進行果柄及果柄強度測定。果柄長度為莢果果柄著生點到莖著生點的距離。采用HP-200 型數顯式推拉力計(樂清市艾德堡儀器有限公司)對所測定莢果進行果柄強度的測定。記錄果柄斷裂的部位(莖處或莢果處)及果柄斷裂時的最大拉力值。

每個品種隨機選取36個成熟飽滿的雙仁莢果,測定花生的莢果破殼力。破殼力指標主要包括正壓(果嘴朝下放置)、側壓(果嘴朝外側放)和立壓(莢果站立放置)。將莢果放置在立式推拉力測試臺上,緩慢壓下推力計,直至莢果破裂,記錄莢果破裂時的力。每個方向各得到12個測定值。

1.2.3 莢果產量及產量性狀

每個品種的莢果摘下風干后,測定單株結果數、單株雙仁果數、單株飽果數及單株莢果產量。

1.2.4 機械作業品質測定

播種后,參考劉敏基等[15]的方法對不同花生品種的播種穴粒合格率和雙穴率進行測定。收獲時,花生挖掘機(4HW-2(800),商丘市志鴻機械設備有限公司)挖掘后,參考許靜等[16]的方法進行地面落果率、埋果率、總損失率及帶土率的測定。

1.3 數據處理

試驗數據采用SPSS 19.0軟件進行統計分析,通過主成分分析方法對不同品種農藝性狀、莢果性狀及莢果力學性狀相關的15個指標,以及機械作業品質相關指標進行主成分分析,并利用主成分分析的權重計算出每個品種的綜合得分,依據得分對供試品種進行綜合評價。

2 結果與分析

2.1 不同花生品種的農藝性狀特性

18個供試品種的農藝性狀特性中,變異系數大小為營養器官生物量(20.09%)＞莢果層高度(15.33%)＞主莖高(9.53%)＞側枝長(7.71%)＞莢果層厚度(7.48%)。變異系數越大,其受品種和栽培措施的影響越大(表1)。主莖高的變化范圍為42.75～61.25 cm,其中花育9510的主莖高最大,為主莖高最小的青花6號的1.43倍。側枝長平均值為54.72 cm,最大值來自花育60號,為62.63 cm,最小值亦來自青花6號,最大值為最小值的1.34 倍(圖1A)。18 個品種中,花育9120的營養器官生物量最高,為29.05 g,青花6號最低,最大值與最小值相差1.17倍,波動范圍為平均值的131.80%(圖1B)。莢果層高度和莢果層厚度反映了花生莢果的結實范圍集中程度。莢果層高度平均值11.73 cm,花育9510莢果層高度16.25 cm,為最大值,花育958莢果層高度9.25 cm,為最小值。冀農花6 號和花育60 號的莢果層厚度最大,為13.00 cm,花育39號莢果層厚度最小,為10.00 cm,最大值為最小值的1.30倍,表明18個供試花生品種的莢果層厚度比較相近 (圖1C)。

表1 不同花生品種農藝性狀特性的平均值和變異系數Table 1 The average value and coefficient of variation of agronomic characteristics for different peanut varieties

圖1 不同花生品種的農藝性狀特性Fig.1 The agronomic characteristics of different peanut varieties

2.2 不同花生品種的產量及產量構成因素

18個品種的單株產量及產量構成因素的變異系數較高,變異系數大小為單株雙仁果數(23.13%)＞單株飽果數(17.18%)＞單株莢果產量(17.02%)＞單株莢果數(16.75%)(表2)。單株莢果數的平均值為26.94個,變化范圍為20.00～37.50個。花育917的單株雙仁果數最大,為22.75個,花育25最低,為11.13個,18個品種的單株雙仁果數標準差為3.60。單株飽果數最大的是花育917,為31.63個,花育36號單株飽果數最小,為16.38個,最大值是最小值的1.93倍(圖2A)。花育50、花育917及花育965具有較高的單株莢果產量,每株莢果產量在40 g以上。花育917的單株莢果產量最高(48.88 g),比單株莢果產量最低的花育39號(26.82 g)高82.25%(圖2B)。由產量構成因素分析,較高的單株雙仁果數和飽果數是取得較高單株產量的基礎。

表2 不同花生品種的產量及產量構成因素的均值和變異系數Table 2 The average value and coefficient of variation of yield and yield components for different peanut varieties

圖2 不同花生品種的產量及產量構成因素Fig.2 The yield and yield components of different peanut varieties

2.3 不同花生品種的果柄和莢果力學特性

18個花生品種的果柄強度變異廣泛,均值變幅為6.68～16.29 N(表3)。已有研究表明,根據拉力值大小可以將花生果柄強度分為低(5.69～8.44 N),中(8.45～13.96 N),高(13.97～16.72 N),極高(＞16.72 N) 四個等級[7]。18 個花生品種中33.33%的品種果柄強度為高,55.56%的品種果柄強度為中等,僅花育39(6.46 N)和花育51(6.68 N)的果柄強度為低(圖3A)。花生果柄的長度在不同品種之間存在一定差異。18個花生品種的果柄長度均值為5.49 cm,其中花育22號品種的果柄長度最長,為6.95 cm,花育965品種的果柄長度最短,為3.88 cm。花生莢果從植株上脫落,主要有兩個位置,即秧—柄脫落和果—柄脫落,其中果—柄脫落不帶果柄,亦稱果處脫落。對18個花生品種的果處脫落百分比進行測定,冀農花6號、花育958、花育9303和青花6號等4個品種的果處脫落百分比為100%,花育50的果處脫落比最低,僅為55%。

通過對18個品種的正壓、立壓和側壓破殼力進行測量,發現花生品種的莢果破殼力具有廣泛的變異(圖3D)。其中,側壓破殼力最大,均值60.36 N,變幅在45.03～98.56 N之間;其次是立壓破殼力,均值46.95 N,變幅在29.57～64.52 N之間;正壓破殼力最小,均值44.08 N,18個品種的變異系數相對較小,變幅在33.33～54.71 N之間 (表3)。

潞新礦區內變形較大且較難控制的巷道基本都是實體煤掘進巷道，掘進過程中均出現煤炮頻繁、煤體自行片冒、迸射等強烈礦壓顯現現象。沖擊性載荷是造成潞新礦區巷道掘進成形困難和變形量大的主要原因，而沖擊性載荷的根源則主要包括高應力、煤巖體的儲能特性及結構特性。

圖3 不同花生品種的果柄和莢果力學特性Fig.3 The mechanical properties of peg and pod of different peanut varieties

表3 不同花生品種的果柄和莢果力學特性Table 3 The average value and coefficient of variation of mechanical properties of peg and pod for different peanut varieties

2.4 花生品種不同性狀的相關性分析

對不同花生品種農藝性狀、莢果構成因素及莢果力學特性等性狀間的相關性進行分析(圖4)。相關系數結果顯示果柄強度與營養器官生物量、莢果層高度、果柄長度及立壓破殼力呈顯著或極顯著正相關,與雙仁果數和側壓破殼力呈顯著負相關。單株莢果產量與單株莢果數、單株雙仁果數、單株飽果數均呈極顯著正相關,且與單株莢果數間的相關系數最大,為0.84,表明單株莢果數是花生產量構成的重要因素。莢果層高度和主莖高、側枝長及果柄長度呈顯著正相關,莢果層厚度與側壓破殼壓力呈顯著負相關,與其他性狀均呈正相關。果處脫落百分比與其他性狀均無顯著相關性。由此表明,花生莢果的力學特性是所有性狀綜合作用的結果。

圖4 花生品種不同性狀的相關性分析Fig.4 The correlation analysis of different characters of peanut varieties

2.5 不同花生品種農藝性狀及莢果力學性狀的主成分分析

花生品種農藝性狀、產量構成和莢果力學特性的主成分矩陣反映了主要性狀指標對此主成分負荷的相對大小和作用方向,即該指標對主成分的影響程度,也稱為指標在主成分上的載荷。對主莖高、莢果構成因素、果柄強度、破殼力、結實范圍等15個性狀進行花生的主成分分析如表4所示,共有5個主成分的特征根大于1,累計貢獻率達84.48%,可較好地代替農藝性狀及莢果力學等特性對花生品種進行評價和判斷。第1主成分貢獻率最高,為31.47%,載荷數較高的性狀為產量相關指標,其中莢果數載荷最高為0.95,其次為飽果數,可以認定其為產量因子。第2主成分貢獻率為24.21%,立壓破殼力的載荷數最高為0.76,其次為果柄強度為0.68,認定第2主成分為莢果力學因子。第3主成分的貢獻率為13.92%,側枝長最高為0.76,主莖高次之,為0.65,認定第3主成分為農藝性狀因子。第4主成分和第5主成分的貢獻率分別為8.50%和7.46%,載荷數最高的性狀分別為正壓破殼力和果處脫落百分率。由此表明,第2主成分、第4主成分及第5主成分為花生莢果力學因子。

表4 不同花生品種農藝性狀、產量因素及莢果力學特性的主成分分析Table 4 The principal component analysis of agronomic characters,yield factors and pod mechanical properties of different peanut varieties

2.6 基于主成分分析的花生品種綜合評價

2.6.1 基于農藝性狀、產量因素及莢果力學特性的主成分得分

表5可知,供試的18個花生品種,第1主成分產量因子得分最高的是花育917,其次為花育965。第2主成分因子得分最高的是菏花11號,花育60次之。第3主成分農藝性狀因子得分最高的是花育51,其次為花育917;第4主成分得分最高的是花育9510,花育965次之;第5主成分得分最高為冀農花6號,青花6號次之。綜合得分為正數,得分較高的品種為花育917、花育60、花育958、花育50、菏花11、花育965、花育9510和花育51號。

表5 不同花生品種農藝性狀、產量因素及莢果力學特性各主成分得分及綜合得分Table 5 The principal component scores and comprehensive scores of agronomic characters,yield factors and pod mechanical properties of different peanut varieties

2.6.2 基于小區產量、播種品質和挖掘機作業品質的主成分得分評價

進一步對小區產量、播種品質和挖掘機作業品質等7個性狀進行主成分分析,計算出7個性狀的特征根、相應的特征值和特征根的累計貢獻率,根據特征值大于1 的標準,選取前4 個主成分,累計貢獻率達81.63%,可以概括出7個性狀的絕大部分信息 (表6)。

表6 不同花生品種播種品質及挖掘機作業品質的主成分分析Table 6 The principal component analysis of sowing quality and excavator operation quality of different peanut varieties

根據各主成分的系數和權重進行不同品種機械作業的綜合得分計算 (表7)。綜合得分為正數,得分較高的品種依次為花育9120、花育9303、菏花11號、花育60號、菏花20號、花育50號、花育25號、花育917、花育965和花育51號。選取基于不同品種農藝性狀、產量構成及莢果力學特性的主成分分析綜合得分和基于機械作業品質主成分分析綜合得分排名靠前的品種,認為花育917、花育60號、花育50號、菏花11號、花育965和花育51號為適宜機械化生產的花生品種。

表7 不同花生品種播種品質及機械作業品質各主成分得分及綜合得分Table 7 Theprincipal component scores and comprehensive scores of sowing quality and excavator operation quality of different peanut varieties

2.7 基于果柄強度的多元線性回歸分析

為進一步探究果柄強度與主莖高、莢果數、果處脫落百分率、破殼力、結實范圍等15個性狀之間的相關關系,以果柄強度為因變量,其余14個性狀為自變量進行多元回歸分析。采用逐步多元回歸方法排除回歸系數不顯著的自變量,篩選出與果柄強度均值關聯密切的重要性狀,得到回歸方程:Y=9.768+0.150X4-0.406X6+0.500X9-0.047X14,可看出單株莢果質量(X4)、單株雙仁果數(X6)、莢果層厚度(X9)、側壓破殼力(X14)是影響果柄強度的主要性狀。

3 結論和討論

花生的莖枝生長狀況是衡量植株健壯的重要指標,與其結果情況密切相關。花生機械化收獲除受機械性能和生態環境影響外[6],莖稈特性、抗倒性能、果柄強度、結果集中范圍等也是影響機械化收獲效果的重要因素[3,17]。花生機械收獲作業中,莖枝數量和高度會影響機械收獲效果。張甜等[5]研究表明不易落果花生品種株高和分枝適中,莖稈干物質積累多。本研究中18個品種的主莖高和側枝長的變異系數較小,表明其主要受品種自身影響。根據主成分綜合得分篩選得到的6個花生品種的主莖高和側枝長適中,具有適合機械化收獲的品種莖枝特性。

花生莢果力學性狀影響收獲時莢果的脫落特性及破碎程度。有研究表明,果柄強度偏低的品種在土壤板結條件下莢果損失率可達5%～35%[18],但果柄強度過高會導致莢果帶柄率高,影響莢果的商品性。按照果柄強度四級標準,供試18個品種中僅2 個品種的果柄強度較低,有16個品種的果柄強度處于中等以上水平,其中6個品種的果柄強度屬于高水平。本研究發現3個方向的莢果破殼力中的側壓破殼力最大,與前人研究結果相同[7];正壓破殼力最小,這可能是花生機械收獲過程中莢果破碎的主要原因。

通過回歸分析表明單株莢果質量、單株雙仁果數、莢果層厚度及側壓破殼力是影響果柄強度的主要性狀。通過不同品種農藝性狀、產量構成及莢果力學特性的主成分分析綜合得分和基于機械作業品質主成分分析綜合得分,認為花育917、花育60、花育50、菏花11、花育965和花育51這6個品種為適宜機械化生產的花生品種。