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我国花生优质高效栽培技术研究进展与展望

2018-03-04王凯吴正锋郑亚萍沈浦于天一郑永美孙学武王才斌

山东农业科学 2018年12期
关键词:花生优质高效

王凯 吴正锋 郑亚萍 沈浦 于天一 郑永美 孙学武 王才斌

摘要:花生是我国重要的油料作物和经济作物之一。花生栽培实践中,利用现代科技手段稳定产量提高品质同时,节约全过程生产资料以实现花生生产的可持续发展,是当前优质高效栽培技术的主要方面。本文结合近些年来花生栽培领域的研究成果和部分地区先进经验,阐明优质高效栽培的实施效果和机制机理,并对花生优质高效栽培技术的难点及未来方向进行了展望。

关键词:花生;优质;高效;栽培;可持续发展

中图分类号:S565.2文献标识号:A文章编号:1001-4942(2018)12-0138-06

Abstract Peanut (Arachis hypogaea L.) is one of the important oil and economic crops in China. In peanut cultivation practice, modern scientific and technological means are used to obtain the high yield and quality, simultaneously saving the production materials for the whole process to realize the sustainable development of peanut production, which is the key of the current high-efficiency and high-quality cultivation technology. Based on the recent research achievements in the field of peanut cultivation and advanced experiences in some areas, we clarified the implementation effects and mechanisms of high-efficiency and high-quality cultivation and made the prospect of its difficulty and future direction in this paper.

Keywords Peanut; High quality; High efficiency; Cultivation; Sustainable development

花生是我國重要的油料和经济作物,全国种植面积在470万公顷左右,年产1 700万吨左右,每年可以提供约300万吨油脂、大量的蛋白质及其制品,以及丰富的维生素B2/A/D/E及钙、铁等营养[1-3]。随着人口的不断增加,粮食需求越来越大,资源开采加大,可利用耕地减少,后备耕地储量紧缺,对包括花生在内的粮油作物的可持续发展构成了严峻挑战[4-6]。传统农业粗放式管理使得这种矛盾愈发凸显,水肥药等生产资料浪费严重、利用效率低下。花生生产中,过量施用化肥会造成田间土壤板结、肥力退化等问题;而过量施用农药会带来农药残留,影响花生品质和安全[7,8]。与此同时,机械化程度不高已成为制约花生规模化生产的主要因素,且随着农村劳动力的加快转移,农业劳动力成本逐年增高[9]。因此,在生产过程中如何实现花生产量品质效率的协同,在有限的土地资源上保证花生的产量品质、实现花生生产可持续发展,正成为花生栽培的难点和重点,因地制宜、发展适合当地特色的花生优质高效栽培技术则显得愈发重要。

前人在花生优质高效栽培方面取得很多重要进展,本文从播种技术、水肥技术、轻简化栽培技术、绿色防控技术、多熟制以及改良技术等方面对花生优质高效栽培技术加以总结,综述部分地区的先进经验,以期促进优质高效栽培技术的改良与发展。

1 优质高效栽培的内涵与意义

花生的优质体现在两个方面,一个是提升花生营养品质,如蛋白质、脂肪酸等营养物质含量增加,另一个是减少生产过程中的污染,如通过绿色防控措施,减少化学农药施用及残留,进而生产出绿色优质花生。花生的高效栽培不仅在于提高花生的产量和资源利用率,同时还要降低人力成本的支出,进一步提高农民收入,借助机械化等轻简化栽培手段,减少农民的劳作强度,实现花生轻简高效栽培。同时,还需要对于障碍性土壤进行改良,扩大有效耕地面积和提高耕地质量。

当前农业依靠资源消耗的粗放经营方式没有根本改变,环境污染和生态退化的趋势尚未有效遏制,绿色优质农产品和生态产品供给还不能满足人民群众日益增长的需求。对于花生生产来说,需要加强农业绿色生态、提质增效技术研发应用,实现花生由增产导向转向提质导向。事实上,优质高效农业是我国进入发展社会主义商品经济时期农业产业自身的一次革命,是改造传统农业、实现农业现代化的必由之路。

2 花生优质高效栽培技术研究进展

2.1 单粒精播技术

花生单粒精播技术是通过少群体壮个体,在搭配高产品种条件下,适当稀植培育健壮个体,提高单株生产潜力,进而提高群体质量和经济系数,有效解决花生生产中存在的花多不齐、针多不实、果多不饱等问题,实现花生增产增效的目标[10]。发展花生单粒精播,可减少用种量20%~30%,增产5%~10%,经济效益增加10%~15%,达到节种、增产和高效的结果。冯烨等[11]以花育22为材料,证实单粒精播可保证花生根系生长优势,促进根系的干物质积累。单粒精播技术可提高花生个体的农艺性状,其生长前期的主茎、侧枝、根冠比、叶面积指数等农艺指标明显优于双粒穴播,从而实现花生增产增效[12]。

农艺性状提高的同时,也促进花生对地下养分的吸收,转移到荚果的氮磷钾等营养成分增加。梁晓艳等[13,14]研究表明,与对照组双粒穴播相比,在合理密植下,单粒精播的花生荚果氮磷钾分配系数增加,每公顷22.5万穴可增产8.1%。究其原因而言,一方面,单粒精播技术提高了花生的叶面积指数等农艺性状[15];另一方面,它协调了地上部同地下部、群体与个体之间的关系,使得花生冠层微环境得以优化,促进花生对地上光能的吸收[11]。此外,单粒精播通过控制酶的活性调控代谢水平,延缓衰老周期,使得花生有更长的周期去积累干物质,提高荚果产量[16]。可见,花生单粒精播技术,提高了花生用于干物质积累的能量获取,进而提高荚果产量品质,使得高产品种的生产潜力得以释放。

2.2 水肥一体化技术

水肥一体化技术把施肥同灌溉结合起来,在提高水肥利用率同时,避免水分、肥料过量造成的资源浪费、环境污染等问题。水肥一体化可以节约水资源,相比传统灌溉,利用以色列补偿式灌溉技术减少水分的渗透损失,减少用水量50%~70%,提高水的利用率到75%,并有助于花生产量增加[17]。这对于水资源贫瘠的土地种植花生尤为重要。例如,在河北改良砂壤土的试验中,冀花13号花生采用水肥一体化栽培技术在减少化肥用量40%的基础上,产量增加17.19%[18]。

另一方面,在不同生育时期肥料对作物产量影响不同,特别是水分敏感期的干旱胁迫,制约花生正常的代谢调节,降低酶活性,可造成25%以上的减产效应[19]。水肥一体化可以按照花生水肥需要周期,多次施肥,精确控制化肥用量。王立峰[20]研究表明,滴灌条件下分期施肥,对比传统的一次性施肥,提高茎叶含氮量分别为8.3%~24.7%和4.5%~19.5%,提高地上部氮素累积6.0%~40.0%,氮肥利用率提高70%~120%,同时花生的饱果率、饱仁率、出仁率均有所增加。水肥一体化还可以实现大量营养元素与中微量营养元素的适宜混配及合理供应。花生不同生长时期,利用水肥一体化结合新型配方肥,可以促进肥效协同效应,达到减少化肥用量、提高花生脂肪和蛋白质等指标品质的目的[21,22]。此外,还可通过输送管道供给适宜种类和浓度的农药,实现水肥药一体化施用,减少农药的残留,促进花生品质提升和生态安全。

2.3 新型肥料替代传统化肥

新型肥料别于传统、常规肥料,在传统肥料基础上拓展了功能,更新了形态、制造材料及应用方式等[23,24]。新型肥料具有高效化、复合化和长效化等特点,其优越性体现在能够改良土壤理化性质,提高花生产量和品质,对花生抗寒、抗旱、抗瘠薄和抗盐碱等有积极的促进作用。研究表明,新型肥料能够显著增加肥效,例如商品化有机肥料有助于改善土壤板结情况。而单纯施用无机肥料,会破坏土壤团聚体,引起土壤板结,土壤>0.25 mm水稳性大团聚体含量显著减少,团聚体破坏率提高9.4%~16.6%,平均重量直径减少0.15~0.18 mm[25]。商品化有机肥既有无机肥料为花生提供营养基础的功能,又有有机肥促进微生物生活、提高酶活性的作用。相对传统无机肥,施用商品化有机肥后细菌、放线菌和真菌数量全生育期平均值分别提高114.9%、49.0%和29.0%,土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性及土壤呼吸速率显著提高,对于土壤肥力、花生产量提高效果明显[26]。缓控释肥实现了肥效与花生生长周期的协同,减少对花生结瘤的抑制作用,提高花生產量。与一次性施肥相比,控释肥料处理增加荚果产量2.5%~10.8%,增加生物量1.3%~6.9%,氮、磷、钾当季利用率分别提高3.9%~15.8%、0.6%~4.2%和2.6%~14.2%,花生粗蛋白和粗脂肪指标也有一定提升[27]。

新型肥料还包括增值肥料,即在传统肥料基础上加入海藻类、腐植酸类、氨基酸类等增效剂,用以改良土壤理化性质,使作物增产增效。田间试验表明,使用生物炭和炭基复合肥,能够改良土壤pH,提高有机碳和氮含量,起到类似秸秆还田的作用[28]。海藻肥和多效唑搭配施用,可以克服单施多效唑在增产同时花生籽粒品质降低的弊端,达到优质高产[29]。腐植酸类肥料对植物生长有明显的刺激作用[30]。水溶肥是传统肥料的变体,把花生需要的养分搭配在液体或固体水溶的肥料里,可以用于叶面施肥、水肥一体化等;而搭配保水剂等的功能性肥料也可用来改良土壤理化性状,增强花生抗旱保水性。因此,新型肥料不仅有传统肥料提供作物生理营养基础的功能,还可以保护土壤结构,改良土壤理化性质,提高肥效,实现花生栽培可持续发展。

2.4 机械化轻简栽培技术

机械化普及率低已成为制约花生生产发展和产业成长的主要“瓶颈”,研发适宜的花生机械及配套栽培技术是花生栽培研究的热点问题[9]。从花生生产技术发展的趋势来看,需要实现投入精准化、管理轻简化、操作规范化、作业机械化。这其中,实现从播种到收获流程中以机械取代人力,是省时省力的高效栽培方向。机械化轻简栽培技术可降低人工作业误差,通过机械播种收获可以实现统一标准、规范化栽培生产,还具有采收及时、效率高的突出优点,利于扩大规模种植。此外,机械化减少人力投入,相应减少生产成本,且一些机械采收摘净率可达到95%以上,相应提高花生产量效率[31]。事实上,花生种植在相当多的地区还是传统劳动密集型农业,机械化轻简栽培技术有着传统人力密集型农业无法比拟的优势,是未来优质高效栽培的必由之路。

2.5 绿色防控技术

采用绿色防控技术,可大大减少化学农药使用量,降低农产品农药残留量,提高花生的品质和竞争力,实现生产可持续性。花生田间实践中,基于有害昆虫生理习性的趋光性等,以杀虫灯诱捕害虫;针对鼠类喜欢在障碍物边缘活动的习性等,利用TBS技术即捕鼠器和围栏系统防治鼠害[32];同时,利用生物间的相互作用开展生物防治,比如利用荚际微生物的拮抗作用来防治花生黄曲霉素[33],减少黄曲霉对花生的侵染,提高花生品质状况。可以利用昆虫信息素或引诱剂以诱杀害虫,如利用性诱剂防治花生田暗黑鳃金龟,这些相比传统化学农药,具有高效无污染的特点[34]。在常规防控技术之外建立花生叶斑病、锈病、病毒病及蚜虫的数据模型,研究花生病虫发展动态及与源库指标的关系,能够为病虫害防治提供预测预报服务,降低农药使用强度,提升花生产品质量[35]。还可建立智能化预防体系,综合运用物理化学生物防治技术对症下药,对减少农药残留、提高花生品质、实现优质高效栽培具有重要意义。

2.6 粮油多熟栽培技术

采用轮作倒茬、间套种等粮油多熟栽培方式,可有效破除花生连作障碍,减轻病虫害,提高土壤肥力,促进花生品质提升[36]。研究表明,在沙质浅脚田上采用花生—水稻/小麦轮作方式,可显著提高土壤肥力,使其有机质含量从1.2%增加到1.6%,全氮从0.08%增加到0.09%,全磷从0.05%增加到0.07%,全钾从0.59%增加到0.67%,也减少花生病虫连续侵害的威胁[37]。对于不适宜轮作制度地区,间(套)作在减少花生田连作不利影响的同时可提高土地效益。玉米/花生间作可以改良花生的铁黄化现象,通过间作效应,补充花生需要的铁营养,促进叶绿素的生成,增强对弱光的吸收能力,进而提高光合作用,增加花生产量[38,39]。玉米/花生间作能够改善玉米和花生根区的营养(如磷素)状况,间作的根际效应有利于玉米从土壤中获得更多的营养元素[40]。另外,郭峰等[41]研究表明,花生小麦套作提高了苗期和饱果期的光合色素含量,延长花期,使得群体光合利用率提高,进而提高土地整体效益。花生与玉米、小麦等其它作物间(套)作,还可影响粉砂粒、粉粒和粘粒比例状况,改善土壤的物理性状,提高土壤防风蚀能力[42]

2.7 障碍性土壤改良技术

对酸化、盐碱、贫瘠、沙化、干旱等障碍性花生田土壤进行改良,有助于提高土壤肥力,改善花生生长环境及产量品质[43-48]。陈雯雯等[49]研究表明,以菇渣及菇渣搭配熟牛粪处理可以显著缓解土壤酸化,有利于土壤微生物生活,提高部分酶活性,促进花生生长发育,提高单株结果能力,进而提高产量。在酸性土壤施用钙肥,有助于提高相关代谢酶活性,增加花生荚果产量,例如每公顷花生田添加钙肥210 kg和420 kg,相对不施用钙肥的对照处理分别增产26.9%和21.6%,品质指标中赖氨酸、总氨基酸含量和油酸/亚油酸(O/L)比值也有明显提升[50]。在盐碱胁迫条件下,叶绿素易受到破坏,影响花生叶片的光合作用,从而使干物质积累减少、产量降低。采用黄绿木霉T1010改良盐碱地,可以提高花生叶片叶绿素含量,促进花生光合作用,降低盐碱胁迫对花生危害,使每公顷花生产量从2 725 kg提高到3 780 kg,提高38.7%[51]。

对于贫瘠土壤的改良,可采用深耕深松措施,同时搭配秸秆还田。有研究证明,深耕后下部土层土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别提高33.0%、4.0%、7.4%和5.4%,秸秆还田后土壤磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性分别提高8.2%、12.7%和4.2%。在河南省两个生态区进行2年定位试验表明,深耕能够提高不同质地土壤的肥力,土壤全氮、有效磷和速效钾含量在壤土上分别增加3.4%~14.2%,在粘土上分别增加3.9%~8.6%;深耕条件下,秸秆还田后土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量在壤土上分别增加3.0%~13.8%,在粘土上分别增加1.6%~20.2%[52]。沙化土壤保水性差,不能保证花生生长正常的需水。秸秆还田可以有效改良沙质土壤团粒结构、容重,提升土壤的持水能力,改良土壤水分特征的基础[53],保证花生正常生长的需水,即秸秆还田有利于提高花生产量品质。对于干旱花生田,采用节水滴灌技术及施用保水剂等措施,能够有效缓解土壤墒情,促进花生生长发育。同时,施用沼液等液态肥料,在提高土壤水分同时,可以有效提高土壤养分库,增加土壤有机质和活性有机质含量。沼液化肥配施处理比不施肥单株饱果数显著提高26.3%~31.6%,百粒重增加9.1%~42.4%,花生产量和品质显著提高[54]。可见,采取适宜的改良障碍性土壤措施,在提升田间土壤生产力同时也可促进花生优质高效的实现。

3 展望

近年来,我国花生种植面积稳步增加、产量稳步提升,其在油料作物中的地位也愈加重要。基于当前科技进步、社会经济发展和市场需求,花生栽培技术提升亟需加强,尤其是对高效优质栽培技术的改进还需持续发展。结合花生栽培技术发展需求及前景提出以下展望。

3.1 解决花生优质高效机制问题

目前研究中尚有许多需要解决的机制问题,一个是花生品质形成的机理及与环境的作用机制问题尚不明确,另一个是以花生营养高效为核心的栽培技术体系尚未建立完善。与此同时,花生栽培过程中,还需要解决好个体与群体生长协调的问题,土壤改良与养分供给协调的问题,以及病虫防控与综合治理协调的问题。

3.2 破解优质高效与高产之间的矛盾

产量、品质、效率三者之间相互影响相互制约,提高花生产量的过程中,易造成生产效率下降、品质降低。破解三者矛盾的关键在于制定合理的花生目標产量,在合理发挥产量潜力和稳产的前提下,改进栽培技术,提升花生品质和效率,实现产量、效益、环境、产品安全协调统一的理想农业生产模式。

3.3 优质高效栽培的未来前景

优质高效栽培对过去和当前花生生产起到很大作用,但随着人们生活水平的提高,食品安全意识的提升,未来花生及其制品应当符合更高层次的营养健康要求,栽培生产过程包括两个重要方面:一是进一步实现绿色优质生产,消除农药残留、黄曲霉毒素污染和重金属污染等;二是加快满足生产者对减少劳动力的诉求,实现全程机械化轻简栽培,从而达到高效生产、优质产出和营养安全的目标。

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