《Agronomy Journal》：Peanut yield and quality not improved by methods to constrain indeterminacy
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最大化营养生长和生物量积累可能无法优化花生（Arachis hypogea L.）生殖过程中的源-库资源配置，导致产量低、养分利用效率低下和籽仁品质下降。本研究旨在探讨机械修剪和除草剂施用对Runner型花生荚果产量和籽仁品质在三种水分水平下的影响。处理包括打
最大化营养生长和生物量积累可能无法优化花生（Arachis hypogea L.）生殖过程中的源-库资源配置，导致产量低、养分利用效率低下和籽仁品质下降。本研究旨在探讨机械修剪和除草剂施用对Runner型花生荚果产量和籽仁品质在三种水分水平下的影响。处理包括打顶修剪与除草剂处理（17 g ai/ha，二氟吡隆（diflufenzopyr，生长素抑制剂）或氟磺胺草醚（acifluorfen，生长素运输抑制剂）），于种植后约90天在乔治亚州Dawson附近施用，时间为2021至2023年。在充分灌溉、部分灌溉（90天后停止灌溉）和非灌溉条件下，于收获时测定荚果产量和籽仁品质（总完好成熟籽仁[TSMK]；其他籽仁[OK]）的主要处理效应。机械修剪在所有灌溉处理和年份中均显著降低产量。相比之下，二氟吡隆和氟磺胺草醚在任何灌溉水平下对产量均无影响。仅在2023年非灌溉条件下，修剪降低了TSMK并增加了OK。除此之外，这些效应在不同年份或灌溉水平间不一致。化学处理对TSMK无影响，仅在2022年一种灌溉制度下OK略有增加。修剪小区在所有年份和灌溉制度下产量持续下降，强烈表明修剪干扰了源容量（光合活性组织损失）和库发育（果针分枝损失）。总体而言，这些生长调控策略未能改善花生产量或籽仁品质。
花生（Arachis hypogaea L.）是全球重要作物之一，兼具食用蛋白和油料来源以及动物饲料营养成分的多重价值。然而，在气候变暖、病虫害压力增加和市场需求波动的背景下，优化花生品质和最大化产量对农民构成挑战。常规农业对肥料、农药和灌溉的依赖逐年增加，成本日益上升。过去十年间，研究人员 increasingly 关注通过机械（修剪、切割和脱叶）、化学（脱叶和选择性除草剂施用）和养分管理等措施调控生长与发育，以促进生殖过程而非营养生长。花生是无限生长的地下结实豆科作物，整个生长季持续开花，营养生长与生殖发育重叠。受精后，雌蕊柄（果针）伸长并穿入土壤，荚果在地下发育。这种生殖策略导致持续的营养生长与发育中的生殖库之间竞争同化物，使源-库平衡成为产量和成熟均匀性的核心决定因素。机械切割或修剪已被用于草本作物以改变冠层发育和资源分配。在花生中，修剪可能通过去除顶端营养组织改变植物激素动态和源-库关系，但由于花生生殖结构沿侧枝在整个生长季发育，修剪也可能去除活跃果针或发育中的生殖位点，导致产量和品质的中性或负效应。一些作物如葡萄和蔓生菜豆从轻度脱叶中获益。在机械改造不可行时，亚致死剂量除草剂施用被用于尝试实现相同结果。含生长调节剂（如生长素、细胞分裂素和赤霉素）的除草剂可被施用以调控生长途径向果实发育方向。低剂量常规除草剂可通过诱导气孔关闭、降低光合速率和减少整体植物蒸腾来降低生理效率和资源利用。植物生长调节剂（PGRs）也被用于通过改变激素信号和资源分配来调控营养和生殖发育。与PGR使用不同，本研究评估了两种可直接改变冠层发育的方法：机械修剪和亚致死除草剂施用。本研究目的是确定在种植后约90天进行机械修剪或亚致死除草剂施用是否能改变源-库关系并改善Runner型花生在充分灌溉、部分灌溉和非灌溉条件下的荚果产量和籽仁品质。尽管这些方法具有潜在益处，但其对花生成熟度和产量特征的具体影响尚未被探索。Runner型花生是无限生殖的。研究人员认为通过冠层修剪的机械切割和非选择性除草剂处理是种植者最容易实施且成本最低的两种替代方案。这导致了以下命题：这些处理下花生的产量指标会更高，提供一种有前景的农艺解决方案以提高花生产量或维持中性产量并改善成熟管理，最终增加种植者的盈利能力和安全性。
研究人员开展了为期3年（2021、2022和2023年）的田间试验，在乔治亚州Dawson以西7 km的Bolton农场进行，土壤类型为细壤质、高岭石型、热性Rhodic Kandiudults（Greenville系列）。试验地点设有架空横向灌溉系统，包含六个独立分区，其中两个分区为非灌溉，四个为灌溉。灌溉分区实行棉花-玉米-花生3年轮作，非灌溉分区实行花生-休耕隔年轮作。所有区域秋季使用圆盘耙、凿式犁、深松凿、田间中耕机等传统耕作设备进行整地。每年春季根据土壤分析施用肥料（磷、钾和石灰）以避免养分限制。Runner型花生品种GA-06G于每年5月1日至15日使用六行真空播种机以20粒/m的密度播种。花生在推荐时间收获，通过荚果中果皮颜色分析确定成熟度，确保在9月12日至25日之间接近TSMK最佳收获期。收获时使用传统挖掘机挖出，并用小型实验性两行花生摘果机收获。每小区花生收集、干燥、称重并处理以确定产量、农民库存等级和籽仁大小分布。本研究中，数据收集自2021-2023年间一个灌溉分区（F区）和一个非灌溉分区（A区）。F区包含三个61 m长的灌溉跨度，包括90天亏缺灌溉跨度和全季灌溉跨度；A区为27.5 m宽×61 m长的非灌溉区域。在每个灌溉跨度内，小区按7×7布局排列（49个小区），包括更大研究中的九个处理。本研究所评估的处理1、7和9分别对应对照、除草剂和机械修剪处理，在每个灌溉条件下重复五次。单个小区宽5.5 m、长6 m，六行作物行距0.91 m，小区间设2.1 m边界。灌溉使用架空喷灌系统，通过安装在25和50 cm土壤深度的土壤水势传感器（MPS-2, ZL6数据记录仪, Meter Group）结合IrrigatorPro花生灌溉调度程序进行调度。当两个传感器平均土壤水势约为?60 kPa时进行灌溉。除草剂处理中，2021年喷施氟磺胺草醚，2022和2023年喷施二氟吡隆。除草剂更换是由于产品可获得性和区域田间试验方案。两种除草剂均以17 g ai/ha施用，在种植后90天（DAP）使用CO2背负式喷雾器施用一次。该施用时间选择与GA-06G盛花期和早期果针起始期重合。机械修剪通过在90 DAP使用手持绿篱修剪机在20 cm高度切割花生茎叶实现，修剪高度选择以保留下部冠层区域。修剪去除的生物量平均为1.98-2.72 t/ha。收获后，花生样品使用高于环境温度8°C但不超过35°C的热风干燥至籽仁含水量约10%。干燥后记录样品荚果重量，取2500 g荚果子样品确定农民库存等级。测定因子包括杂质（FM）、脱壳籽仁（LSK）、TSMK、OK、受损籽仁（DK）百分比以及可见黄曲霉（Aspergillus flavus）的存在与否。最终产量由田间重量减去FM后调整至7%含水量确定。统计分析使用R软件v4.4.3，包括glmmTMB v0.2.0和emmeans v2.0.3包。产量数据经对数转换后使用线性混合模型分析，TSMK和OK数据使用广义线性混合模型分析。模型包含处理、年份及其交互的固定效应。对每个灌溉制度分别拟合统计模型。事后比较采用均值比、z统计量和p值，并使用Tukey校正。
研究结果表明，产量方面，在所有年份和灌溉制度下，修剪处理产量持续较低（p < 0.0001）。对照与除草剂处理在任何年份或灌溉制度下均无显著差异。在非灌溉制度下跨年平均值，对照处理平均产量为917 ± 50 kg/ha，除草剂处理为933 ± 49 kg/ha，修剪处理为632 ± 31 kg/ha。90天亏缺和充分灌溉制度下观察到类似的相对处理差异。TSMK方面，处理×年份交互在灌溉制度内显著，因此按年份呈现结果。在任何年份的灌溉制度内，修剪与除草剂处理之间TSMK无一致差异。2022年充分灌溉下，对照（74.6 ± 0.5%）的TSMK显著低于修剪（76.5 ± 0.5%）（p = 0.01）。2023年非灌溉制度下，修剪处理（68.7 ± 0.8%）的TSMK显著低于对照（71.6 ± 0.8%）（p = 0.03）。除此之外，2021年各灌溉制度下修剪处理间无差异，2022和2023年充分灌溉或90天亏缺灌溉制度内也无显著差异。OK方面，处理×年份交互同样显著。2021年各灌溉制度内任何处理间无显著差异。2022年非灌溉制度下，修剪处理（6.0 ± 0.5%）的OK百分比显著高于除草剂处理（4.3 ± 0.4%）（p = 0.03）。在90天亏缺制度下，修剪处理（3.5 ± 0.4%）的OK均值显著高于对照（2.1 ± 0.2%）（p = 0.004）。除草剂处理（6.3 ± 0.7%）显著高于对照和修剪处理（分别为p < 0.0001和p = 0.0007）。2023年，修剪小区在非灌溉和90天亏缺灌溉制度下OK均值显著较高。
讨论部分指出，在所有3年中，确定性处理间唯一统计显著的差异来自机械修剪小区，即产量的显著降低。生物量和叶片组织的去除可能导致能量潜力下降或植株分枝上荚果形成位点减少。机械减少生物量，尤其是顶端分生组织，可能大幅降低植物维持和支撑足够光合作用和能量生产的能力，这种减少持续导致总产量降低。此外，花生荚果通常由侧枝叶片叶柄下方的果针形成，机械去除这些侧枝导致果针被去除，从而打破了能量可用性与荚果形成之间的协调。除草剂与对照小区间产量相似（相差在45-181 kg/ha以内），表明除草剂在刺激产量或提高花生品质方面没有显著益处。因此，使用推荐除草剂在荚果充实发育阶段（90天）并未降低植物生产力。虽然除草剂施用产生经济成本，但这些结果表明，在无杂草压力的情况下，通过提高产量或品质没有额外投资回报。TSMK和OK的年际变异可能反映了季节性环境条件的差异，包括降雨分布、温度和土壤水分动态。由于处理、灌溉制度和年份之间缺乏规律，去除生物量或化学干扰与花生品质特征之间没有一致或直接的联系。最初假设基于以下逻辑：对花生自然生长周期的人工干扰（无论是通过机械损伤还是化学中断）会向植物发出信号，将生物量分配途径转向生殖努力，理想情况下诱导更确定的成熟时间框架，从而在收获时可能产生更多饱满荚果。这些结果不支持该假设。修剪或除草剂处理可能未精确对齐诱导确定性所需的关键生理窗口，如盛果针起始期或早期荚果膨大期。此外，这些处理是否对激素信号（如生长素再分配或库强度增强）产生实质性影响仍不清楚。购买点在计算向农民支付的总款项时考虑多个变量，包括FM、LSK、完好荚果、TSMK、OK和分离等级。本分析特别考察了TSMK和OK，因为它们对花生单价和购买点市场价值影响最大。虽然没有任何处理以实际经济意义的方式影响这些特征，但非灌溉制度的TSMK和OK平均值统计显著较低。研究表明，生长季缺乏持续水分可导致产量和等级降低，最可能是由于荚果充实减少。此外，充实不良或畸形荚果可导致病虫害压力增加。干旱胁迫还对花生油含量和风味特征产生负面影响。
结论部分，为影响和刺激花生荚果充实和生殖成熟，研究人员测试了化学和物理干扰花生生命周期的方法。提出化学或物理干扰会导致更高产量和/或提高籽仁品质。机械修剪花生冠层导致显著产量损失，且该效应在所有灌溉制度下一致发生。这些处理对籽仁特征也无一致影响，显著差异因年份和灌溉制度而异。尽管机械修剪和化学施用未达到预期的积极结果，但数据显示除草剂在花生生命周期生殖阶段（R4-R5）施用时具有中性效应。重要的是，结果表明在该发育阶段机械修剪因持续产量降低以及可能同时去除营养和生殖结构而不推荐用于花生生产。本研究是持续努力为种植者提供替代生长调控技术的重要一步，这些技术可促进花生荚果生产或增强作物在不断变化的环境和经济气候中的韧性。未来工作应侧重于识别调控无限生长型花生源-库分配的发育窗口和机制。特别是，评估修剪强度和时机以及除草剂化学和应用时机，有助于确定是否可以在不removing活跃光合组织或发育中生殖结构的情况下改变源-库关系。
