硅對連作花生根系生長發育?土壤酶活性?產量和品質的影響

摘要為探明硅緩解障礙機理及最佳施用量，研究了5種施硅肥量（0、15、30、45、60kg/hm2）對連作條件下根系的干物質積累、形態、土壤酶活性、產量和品質的影響。結果表明，與對照相比，F3、F4、F5處理顯著促進根系干物質量的積累及長度、直徑、表面積、體積的增加，并減少生育后期的衰退；F4、F5處理顯著提高了根系土壤中α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、過氧化氫酶、纖維素酶、酸性磷酸單酯酶的活性和花生的脂肪、油酸含量及產量，其中F4處理花生莢果產量最高，達4763.05kg/hm2。綜上，硅肥能提高根系土壤酶活性，促進根系生長和干物質積累，提升連作花生產量和品質，在該研究條件下，45kg/hm2為最佳硅肥施用量。

關鍵詞硅肥；連作花生；根系生長；土壤酶活性；產量；品質

中圖分類號S565.2"文獻標識碼A"文章編號0517-6611（2024）24-0123-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.24.028

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

EffectsofSilicononRootGrowth，SoilEnzymeActivity，YieldandQualityof"PeanutUnderContinuous"Cropping

CHENLei，HEQun-ling，ZHANGFeng-yeetal

（ShangqiuAcademyofAgricultureandForestrySciences，Shangqiu，Henan"476000）

AbstractToexploretherelieveobstaclemechanismandtheoptimalapplicationamountofsilicon，theeffectoffivesiliconapplicationamount（0，15，30，45，60kg/hm2）treatmentsonrootdrymatteraccumulation，rootmorphology，soilenzymeactivity，yieldandqualityofrootsundercontinuouscroppingconditionswerestudied.TheresultsshowedthatcomparedwithF1（CK），F3，F4，andF5treatmentsignificantlypromotedtheaccumulationdrymassandincreasedlength，diameter，surfaceareaandvolumeofroot，andthenreducedthedeclineinthelaterreproductiveperiod;F4，F5treatmentsignificantlyincreasedtheactivityofα-glucosidase，β-glucosidase，hydrogenperoxidase，cellobiohyrolase，acidphosphataseofrootsoilandthefat，oleicacidcontent，yieldofpeanut，amongF4showedthehighest，whichreached4763.05kg/hm2.Insummary，theapplicationofsiliconfertilizercouldincreasesoilenzymeactivity，promoterootgrowth，andimprovetheyieldandqualityofpeanutundercontinuouscropping.Theoptimalsiliconfertilizerapplicationamountsuitableforhigherpeanutproductionincurrentstudywas45kg/hm2.

KeywordsSilicon;Peanutundercontinuouscropping;Rootgrowth;Soilenzymeactivity;Yield;Quality

河南省花生種植面積約為133.33萬hm2，莢果產量超過500萬t，均居全國第一位，但花生連年種植造成根系分泌物、腐解物等化感物質自毒^［1-2］、土壤微生物群落結構和營養元素失衡^［3-5］、土壤酶活性改變^［6］等，導致花生根部病害加重，根系發育不足^［7］，降低花生葉面積系數、光合性能和抗氧化酶活性^［8-9］，最終花生產量和品質難以維穩。硅被認為除氮、磷、鉀外，作物生長必需的第四大營養元素^［10］，研究發現施用硅肥能改善作物根系土壤環境^［11］，提高作物根系活力^［12-13］，利于作物根系的生長發育^［14-15］，最終有效提升作物的產量和品質^［16］，然而硅對連作花生的根系及周邊土壤酶活性的研究未見報道，筆者開展硅對連作花生根系干物質量、形態、土壤酶活性、莢果產量和籽仁品質的影響，初步探明硅在促進根系發育和提高土壤酶活性等方面的作用，旨在為連作花生高產穩產提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試品種為商花11號，施用肥料為SiO2含量不低于27%的水溶性顆粒硅肥，由英國植康肥業有限公司生產。

1.2試驗地概況

試驗在商丘市農林科學院雙八鎮試驗基地進行，連作4年。土壤為兩合土，含有機質13.1g/kg，速效氮50.4mg/kg，速效鉀49.5mg/kg，速效磷22.7mg/kg，有效硅175mg/kg，pH7.5。施用三元復合肥（N-P2O5-K2O：13-16-17）375kg/hm2作為基肥。

1.3試驗設計

設置5個施硅用量處理，分別為F1（0kg/hm2）、F2（15kg/hm2）、F3（30kg/hm2）、F4（45kg/hm2）和F5（60kg/hm2）。田間試驗采用隨機區組設計，重復3次，起壟種植。小區長6.67m，寬2.40m，6行區，穴距16.67cm，每穴2粒。于5月25日播種，9月20日收獲考種。

1.4測定項目與方法

1.4.1根系形態和干物質。

取樣時期分別為出苗后20、40、60、80、100d。①根系形態。每小區選取有代表性的3穴（6株）花生，采用田間挖取剖面法，將帶有土塊的根系挖出，在流水條件下沖凈，挑選形態最為相近的3株根系，用EPSONPerfectionV850對取樣根系進行掃描，用萬深LA-S植物根系分析系統處理圖像，獲得花生根系長度、表面積、體積、直徑。②根系干物質量。將測過根系形態的根裝進網袋，在烘箱105℃條件下殺青30min，然后80℃恒溫烘干、稱重。

1.4.2土壤酶活性。

在花生收獲前15 d，取花生根系土，采用改進的Marx等^［17］的熒光微孔板檢測技術測定土壤α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、纖維素酶、酸性磷酸單酯酶活性。采用高錳酸鉀滴定法測定土壤過氧化氫酶活性^［18］。

1.4.3品質。

利用波通DA7250無損近紅外線品質測定儀測定脂肪、蛋白質、油酸和亞油酸含量。

1.4.4莢果產量。

將每個處理小區的莢果單獨收獲，莢果含水量降至7%左右后稱重量。

1.5數據處理

圖表繪制和數據處理采用WPS2016和DPSv18.10，差異顯著性采用LSD方法分析（P＜0.05）。

2結果與分析

2.1硅肥對連作花生根系干物質量的影響

從圖1可以看出，隨施硅量增加，整體上根系干物質量積累增加。出苗后20d，施硅處理根系干物質量均顯著大于F1（CK），F3、F4、F5處理間無顯著差異；出苗后40d，F4、F5處理間差異不顯著，顯著大于F3處理；出苗后60、80d，F2與F1（CK）處理間無顯著差異；出苗后100d，各處理根系干物質分別下降50.30%、41.62%、40.46%、40.38%和39.85%，施硅各處理的干物質量顯著大于F1（CK）處理。說明施用硅肥能顯著提高根系干物質量，減緩生育后期根系干物質的消耗，施量過低不利于生育中期干物質積累，F4與F5處理間差異不顯著且效果較佳。

2.2硅肥對連作花生根系形態的影響

2.2.1硅肥對根系長度的影響。

從圖2可以看出，隨施硅量增加，整體上根系長度增加，出苗后20、40、60d，F4處理根系長度最長且與F5差異不顯著，均顯著大于其他處理，施硅處理均顯著大于F1（CK）；出苗后80、100d，F2與F1（CK）處理間差異不顯著；出苗后100d，各處理根系長度分別減小25.88、25.25、18.78、22.13和19.99cm；說明施硅能促進花生根系伸長生長，減少后期根系衰退，施用量不低于30kg/hm2（F3），顯著促進花生根系長度伸長，F4與F5處理間差異不顯著且效果較佳。

2.2.2硅肥對根系平均直徑的影響。

從圖3可以看出，隨著生育期推進，花生根系平均直徑增加，出苗后40～60d，根系平均直徑增速最快，出苗后80d達到最高。隨施硅量增加，整體上根系平均直徑增加，出苗后20、40d，F5處理根系平均直徑最長且與F4差異不顯著，F3與F4處理差異不顯著；出苗后60、80d，F4處理根系平均直徑最長且與F5差異不顯著，F3與F5處理差異不顯著；出苗后100d，各處理根系平均直徑分別減小0.24、0.23、0.18、0.17和0.16mm，其中F4、F5處理均顯著大于F3。說明施硅有利于增加根系直徑，延緩生育后期衰退，F4與F5處理間差異不顯著且效果較佳。

2.2.3硅肥對根系表面積的影響。

從圖4可以看出，隨施硅量增加，整體上根系表面積增加，F4與F5處理間差異不顯著。出苗后20、40d，施硅處理根系表面積均顯著大于F1（CK），F3處理顯著小于F4和F5；出苗后60、80、100d，F2與F1（CK）無顯著差異；出苗后100d，各處理根系表面積分別減少21.47、21.30、17.43、18.93和18.67cm2。說明施硅有利于促進根系表面積增加，延緩生育后期表面積減小，施用量不少于30kg/hm2（F3），能顯著增加根系表面積，F4與F5處理間差異不顯著且效果較佳。

2.2.4硅肥對根系體積的影響。

從圖5可以看出，隨施硅量增加，花生根系體積整體上呈增加趨勢，F4、F5處理間差異不顯著，且顯著大于F3處理。出苗后20、40d，施硅各處理均顯著大于F1（CK）；在出苗后60、80d，F2處理與F1（CK）差異不顯著；出苗后80d根系體積達到最大，出苗后100d，各處理根系體積分別減少0.67、0.66、0.61、0.60和0.61cm3，施硅各處理均顯著大于F1（CK）。說明施硅利于增加連作花生根系體積，減少后期衰退，其中F4與F5處理差異不顯著且效果較佳。

2.3硅肥對連作花生根系土壤酶活性的影響

從表1可以看出，隨施硅量增加，土壤中α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、纖維素酶、酸性磷酸單酯酶、過氧化氫酶的活性整體呈增加趨勢，與對照F1（CK）相比，分別增加了4.38%～21.29%、1.26%～18.31%、7.42%～27.29%、5.42%～13.27%和2.84%～13.58%，其中F4、F5處理表現最佳且差異不顯著。說明施硅有利于促進連作土壤中營養元素轉化和緩解連作土壤中過氧化氫的毒害。

2.4硅肥對連作花生產量和品質的影響

從表2可以看出，隨施硅量增加，花生籽仁脂肪和油酸含量整體呈增加趨勢，其中F3、F4、F5處理均顯著大于F1（CK），且處理間差異不顯著；亞油酸含量逐漸減少，其中F3、F4、F5處理間差異不顯著，均顯著小于F1（CK），說明施硅能顯著提高連作花生籽仁脂肪含量和油亞比；花生籽仁蛋白質含量呈增加趨勢，但增加不顯著。F4處理莢果產量最高，達4763.05kg/hm2，與F5處理莢果產量差異不顯著，均顯著高于F1（CK）處理，兩者分別比F1（CK）增產10.43%、8.85%，另外T3處理莢果產量也顯著高于F1（CK）處理。說明施硅有利于提高連作花生的莢果產量，硅肥施用量應不小于45kg/hm2。

3結論與討論

根系是作物吸收土壤中水分、養分最重要的器官^［19］，花生根系發育是否良好直接影響地上部生長發育^［20］，是花生取得高產的關鍵因素^［21］，而連作直接導致作物根系生長發育不良。該研究結果表明，施硅有利于促進連作花生根系干物質的積累和總根長、總表面積、總體積、平均直徑的增加，這與前人研究結果相似，呂劍等^［22］研究表明根施硅增加了連作基質下黃瓜幼苗根系的體積、主根長度及地下部干物質量；趙鑫等^［23］研究發現施硅顯著增加低鐵脅迫下番茄幼苗地下部鮮重；姚昕等^［24］研究發現施硅能顯著提高花生根表面積、根體積、根鮮重，改善了花生根系的生長發育。該研究發現施硅處理在生育后期（出苗后100 d）根系各性狀指標衰退較小，有利于延緩連作花生后期群體早衰。

連作作物根系分泌的化感物質，會降低根系土壤酶活性，進而影響作物對土壤中養分物質的吸收^［25-27］，土壤酶是一種生物催化劑，能夠參與催化土壤各類生物化學反應，其活性能直接反映土壤的肥力情況^［28-29］。該研究表明，α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶在施硅量30～60 kg/hm2時，纖維素酶、酸性磷酸單酯酶在施硅量15～60 kg/hm2時，酶活性顯著大于對照，說明硅有利于連作花生土壤中糖苷酶、纖維素酶和磷酸酶活性的提高，促進土壤中葡萄糖的水解、纖維素的分解和有機磷的分解與轉化，與前人研究的硅能提高作物根系中參與養分循環酶活性觀點基本一致^［30-32］。該研究施硅顯著提高了土壤中過氧化氫酶活性，這與董敬娜等^［33］和呂海龍等^［34］研究結果一致，說明硅有利于提高連作花生土壤中過氧化氫酶活性，加速土壤中過氧化氫的分解，提高土壤生物化學過程中的氧化還原能力，促進作物的生長發育。

研究表明施硅能有效提高作物品質^［35-36］，該研究表明，施硅顯著提高了花生籽仁的脂肪和油酸含量，同時顯著降低亞油酸含量，促進蛋白質含量的提升，這與侯文通等^［37］和范小玉等^［38］在花生上的研究結果基本一致，與常春榮等^［39］研究的硅對南方花生脂肪影響不顯著的觀點不一致，這可能是由于試驗花生品種或土壤條件差異較大所導致；施硅量在30～60 kg/hm2，能顯著增加莢果產量，其中施硅量為45 kg/hm2時，莢果產量最高，達4 763.05 kg/hm2，與施硅量60 kg/hm2處理間的莢果產量差異不顯著，所以施硅量在45～60 kg/hm2較為適宜。由于土壤類型、肥力、氣候、作物生育特點和施硅肥類型的差異，提高作物產量適宜施硅量研究結果不同，但研究表明超過一定施硅量后，產量出現不顯著增加或下降的結果^{［38，40-41］}。

綜上所述，硅肥能通過提高土壤酶活性，促進根系的干物質量積累和生長，緩解連作對花生生長發育的障礙，進而提高花生產量和品質。

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