Use of Unmanned Aerial System (UAS) Phenotyping to Predict Pod and Seed Yield in Organic Peanuts

Peanut (Arachis hypogaea L.) is a highly nutritious food that is an excellent source of protein and is associated with increased coronary health, lower risk of type-2 diabetes, lower risk of breast cancer and a healthy profile of inflammatory biomarkers. The domestic demand for organic peanuts has significantly increased, requiring new breeding efforts to develop peanut varieties adapted to the organic farming system. The use of unmanned aerial system (UAS) has gained scientific attention because of the ability to generate high-throughput phenotypic data. However, it has not been fully investigated for phenotyping agronomic traits of organic peanuts. Peanuts are beneficial for cardio system protection and are widely used. Within the U.S., peanuts are grown in 11 states on roughly 600,000 hectares and averaging 4500 kg/ha. This study’s objective was to test the accuracy of UAS data in the phenotyping pod and seed yield of organic peanuts. UAS data was collected from a field plot with 20 Spanish peanut breeding lines on July 07, 2021 and September 27, 2021. The study was a randomized complete block design (RCBD) with 3 blocks. Twenty-five vegetation indices (VIs) were calculated. The analysis of variance showed significant genotypic effects on all 25 vegetation indices for both flights (p < 0.05). The vegetation index Red edge (RE) from the first flight was the most significantly correlated with both pod (r = 0.44) and seed yield (r = 0.64). These results can be used to further advance organic peanut breeding efforts with high-throughput data collection.

地膜覆盖对夏直播垄作花生的温度效应和产量的影响

为探究地膜覆盖对夏直播垄作花生的温度效应,以及对花生生长发育和产量的影响,以露地为对照,研究了普通白膜、降解黑膜处理下土壤温度的动态变化以及对花生主要经济性状和产量的影响,并探讨温度效应与气温的关系。结果表明,普通白膜覆盖提高了土下10 cm的日最低温度和日平均温度,降低土下10 cm的日最高温度;降解黑膜覆盖降低土下10 cm的日最低温度,增加土下10 cm的日最高温度和日平均温度。不同气温区间普通白膜处理土下10 cm最低温度均值高于土表1.8~3.2℃,降解黑膜则低0.7~2.0℃;普通白膜处理土下10 cm最高温度均值低于土表1.6~6.0℃,降解黑膜则高3.1~6.3℃。土表和土下10 cm平均温度均值随气温升高而增加,不同气温区间对土表和土下10 cm平均温度均值的影响不同,普通白膜和降解黑膜间也有差异。地膜覆盖的增温效应促进了植株的生长发育,整体上有利于单株叶面积和植株干质量的增加,但生长后期有早衰现象。地膜覆盖对花生主要经济性状的影响不显著,普通白膜、降解黑膜和露地种植的花生产量分别为4286、4247和4028 kg/hm^(2),差异不显著。此外,地膜覆盖对花生根瘤数量也有影响。本研究对夏直播垄作花生高产栽培及地膜覆盖技术的应用具有指导意义。

最佳养分管理下我国花生磷需求特征

评价花生荚果产量和植株磷素需求,为高产花生的施肥管理提供理论指导。收集1990—2021年我国主要花生种植区的大量田间试验数据集(n=265),以评估在最佳施肥管理下花生的磷吸收特征。结果表明,在整个数据集中,平均花生荚果产量和收获指数(HI)分别为4642 kg/hm^(2)和0.54。花生荚果对磷(P)的平均需求量为6.45 kg/t。在<3、3~<4、4~<5、5~6和>6 t/hm^(2)5个荚果产量范围内,磷素吸收和HI均随荚果产量的增加而增加。磷需求量随着产量的增加而增加,这归因于在荚果产量高的情况下,秸秆磷的过量吸收。

施氮部位对花生生长、氮素积累和产量的影响

本研究旨在探索结荚层和根系层施氮对花生生长、氮素积累和产量的影响。通过模拟大田试验,在花针期采用相同氮素施用条件下,比较了不同施肥方式的效果。结果表明,在结荚期,结荚层施肥比对照处理的株高和第一对侧枝长显著提高12%和9%以上;与对照相比,结荚层和根系层施肥均可以提高花生总果针数,其中2022年结荚层比根系层处理的总果针数重显著提高了5.97%;在饱果成熟期,结荚层施肥比对照处理的株高显著提高10%以上;与对照相比,结荚层和根系层施肥均可以提高花生第一对侧枝长和总果针数;结荚层和根系层施肥处理的根、茎、叶、果针、荚果等干物质积累量和氮素积累量均比对照处理显著提高;与对照组相比,结荚层施肥处理单株果重、单株果数、饱果数、百果重比对照组普遍提高20%以上;结荚层施肥植株单株果重和单株果数均显著高于根系层施肥15%以上。综上,本研究证明,在结荚层追施氮肥有利于花生生长、氮素积累和提高花生产量。

旱盐复合胁迫对花生荚果发育特性、产量和品质的影响

本研究以花育36号和花育20号为供试花生品种,设置T1(对照)、T2(结荚期中度干旱)、T3(2.0‰盐胁迫)、T4(2.0‰盐胁迫+结荚期中度干旱)4个处理,探究干旱盐碱胁迫环境对不同花生品种荚果发育特性、产量和品质的影响。结果表明:(1)各胁迫处理导致花生主茎高、侧枝长、荚果数均显著减少,旱盐复合胁迫处理对结果数影响较大,花育36号和花育20号其较对照分别减少了37.49%和47.26%。(2)各胁迫处理均导致荚果体积增长速率降低。荚果干物质累积量变化趋势均可用Logistic方程很好拟合,相关系数均达0.835 9以上,各胁迫处理使荚果最大生长速率出现的时间(t_(m))延迟,干旱胁迫下荚果干物质积累的最大速率(v_(max))升高,而盐胁迫及旱盐复合胁迫则使其降低。旱盐复合胁迫对荚果体积和干物质量的增长影响较大。(3)始花后20~75 d各处理籽仁蛋白质和脂肪含量变化均呈不断升高的趋势,干旱胁迫提高了蛋白质含量的增长速率,对脂肪含量的增长速率影响较小;旱盐复合胁迫对蛋白质和脂肪含量的抑制作用大于盐胁迫,两品种的降幅分别为52.09%、18.51%和56.74%、19.82%。(4)各胁迫处理均使花生产量显著降低,旱盐复合胁迫降幅较大,两品种分别为41.36%和45.48%。不同胁迫处理对籽仁品质影响不同,干旱胁迫提高了蛋白质含量,盐胁迫及旱盐复合胁迫致蛋白质和脂肪含量显著降低,旱盐复合胁迫下两品种降幅分别为24.64%、21.43%和30.99%、28.25%。本试验结果可为盐碱地花生生产中水分管理、高产稳产及提质增效提供理论依据。

施钙量对花生荚果不同发育时期光合产物分配的影响

【目的】探究施钙对荚果发育过程中光合产物在花生植株各部位分配的影响,以明确钙肥促进花生生长和产量形成的机理。【方法】以‘湘花55号’为供试花生品种进行低钙土壤盆栽试验。CaO施用量设置4个水平:0、75、150和300 kg/hm^(2),分别记为Ca0、Ca75、Ca150、Ca300。在花生荚果幼果期、膨大期、定型期、籽仁充实期,采用^(13)C-Na_(2)CO_(3)和H2SO4溶液(1 mol/L)反应获得^(13)C-CO_(2)(300~350 mg/kg)的方法,对花生光合产物进行^(13)C标记。于花生收获期取样,测定各部位干物质积累量、^(13)C丰度和产量。【结果】施钙量提升花生植株干物质积累的效果显著,与Ca0相比,Ca75处理显著提高根、茎干物质积累量,Ca150处理分别显著提高叶、果针、籽仁、果壳和全株干物质积累量12.43%、33.60%、34.35%、11.91%和14.82%。施钙影响着花生荚果产量、出仁率和饱果率,但不影响双仁果率,荚果产量以Ca150处理最高,较Ca0处理显著提升了10.5%。Ca0、Ca75、Ca300处理下籽仁δ^(13)C丰度在籽仁充实期达到最高,而Ca150处理在荚果膨大期最高。随着荚果期延长,各处理花生整株^(13)C积累量先增后降,在荚果膨大期达到最高,然后降低;Ca150花生整株^(13)C积累量显著高于其他处理。随着生育时期的推进,各施钙处理的^(13)C在花生籽仁中的分配比例均呈增加趋势,在籽仁充实期的分配比例可高达41.0%(Ca0)~48.3%(Ca75)。籽仁^(13)C分配比例随施钙量的增加而增加,中低施钙量(75~150 kg/hm^(2))处理有利于协调根、果针的^(13)C向籽粒转运,而高施钙量(150~300 kg/hm^(2))有利于促进叶、果壳^(13)C向籽粒转运。【结论】适宜施钙量可调控^(13)C在花生植株中的分配和积累,显著提升光合^(13)C向花生籽仁中的分配比例,为产量提升奠定基础。本研究条件下,获得最高生产效益的适宜施钙量为CaO 150 kg/hm^(2)。

花生不同种植方式对田间土壤微环境和产量的影响

在大田条件下,采用随机区组设计了春播覆膜(CBFM)、春播露地(CBLD)、麦田套种(MT)、麦田露地(MTLD)、夏播覆膜(XBFM)和夏播露地(XBLD)6种花生种植方式。研究了不同种植方式对花生田间土壤物理性状、土壤微生物量碳、活跃微生物量、土壤呼吸及花生产量的影响。结果表明,花生不同种植方式对土壤微环境和花生产量具有明显影响。花生春播覆膜和麦田套种种植提高了土壤孔隙度、毛管和非毛管孔隙度,增加了细菌和放线菌数,降低了土壤容重和真菌数,提高了土壤微生物量碳、活跃微生物量及土壤呼吸速率,有利于土壤养分的分解和有效化;花生覆膜种植可明显增加荚果产量,春花生覆膜的增产作用大于夏花生覆膜,麦田套种的花生产量最低。因此,在一年一熟的春花生产区应以覆膜种植方式为主;在小麦花生一年两熟的花生产区,可以推广收麦后直播花生的种植方式。

连作对花生幼苗生理特性及荚果产量的影响

池栽条件下研究了连作对花生幼苗生理特性及荚果产量的影响,结果表明,连作不仅影响植株干物质的积累,同时改变干物质的分配,根冠比增加;连作花生的叶面积、光合速率、叶绿素含量显著降低;连作同时影响磷、钾营养的吸收,但对其在植株中的分配影响不大;花生连作植株主茎高降低,单株结果数减少,荚果产量降低。增施磷钾肥,有利于花生连作的解除。

生物降解膜对土壤物理性状及花生荚果产量的影响

在大田条件下,以普通地膜PE膜为对照,比较了2017BS、M2351、C2三种生物降解膜覆盖对土壤物理性状及花生荚果产量的影响。结果表明,花生生长发育前期(7月中上旬)各降解膜覆盖下的土壤温度和水分含量均高于露地栽培,表现为M2351 <2017BS <C2,但均低于普通地膜处理;7月下旬至9月中旬花生收获降解膜的地温与露栽地温相近。花生成熟期,降解膜2017BS处理花生荚果产量显著低于普通地膜处理,减产24. 9%,但在土壤中残存量少,降解效果好;降解膜C2荚果产量与普通膜相近,但降解效果较差,收获期残留量远大于其他降解膜;降解膜M2351的荚果产量略低于普通膜处理,但降解效果好。综上所述,降解膜M2351可以增温保墒,保障花生荚果产量基本不降低,成熟期残留少,降解效果好,是一种较为适宜的降解膜,但今后尚需增加膜的韧性和弹性。

不同产量水平花生群体特征研究

为探讨花生增产途径,本文以"日花2号"花生品种为材料,在大田条件下比较了一般产量(FY)、区域高产(RHY)和试验高产(EHY)三个不同产量水平下的花生群体特征,结果表明,与两高产水平相比,一般产量水平(FY)花生群体的叶面积系数(LAI)、叶片氮浓度和粒叶比均较低,结荚后干物质累积比例小;生育后期营养体干重降低快,荚果增重慢,成熟期的单位面积果数和双仁果数低,因此群体源库数量不足是低产花生产量的主要限制因素,增大源强度是由一般产量水平提升到区域高产的主要途径;而两高产田花生群体特征相比,区域高产田(RHY)的最大LAI和试验高产田花生相当,但区域高产田LAI高值持续期短,饱果期氮累积和荚果增长速率慢,成熟期双仁果率低,加强生育中后期的营养调控,延长LAI高值持续期是区域高产变试验高产的主攻方向。

珍珠豆型花生产量和含油率遗传特性的双列分析

本文采用完全双列杂交对4×4杂种一代产量和含油率遗传特性进行研究,结果表明:单株果重和含油率两性状均受加性和显性遗传效应的控制,加性遗传效应较显性重要,此外,含油率可能还受上位性遗传效应的控制。单株果重和含油率的平均显性变为部分显性,亲本中控制两性状的隐性等位基因较显性基因多。高产呈显性,高油为隐性。控制果重和含油率的显性基因组数分别为3组和1组。含油率与产量和产量构成性状呈显著负相关,而与株高,侧枝长,总分枝数,有效分校数和主茎青叶数等农艺性状无关,表明试图通过容易辨认的农艺性状的间接选择来提高含油率是较困难的。

不同肥料配施对酸性土钙素活化及花生产量和品质的影响

为了揭示增施钙肥和不同肥料配施对沿海地区酸性土钙素增量及活化效应,于2015—2016年设置单施无机肥(CK_1)、无机肥/熟石灰配施(T_1)、无机肥—有机肥配施(CK_2)、无机肥—有机肥—熟石灰配施(T_2)、无机肥—有机肥—微生物肥配施(CK_3)、无机肥—有机肥—微生物肥—熟石灰配施(T_3)6个处理,研究了不同肥料配施对酸性土有效钙含量、花生植株性状、荚果产量和籽仁品质的影响。结果表明:CK_2和CK_3均在一定程度上提高酸性土中水溶性钙和交换性钙含量,0—20cm水溶性钙含量各生育期平均分别比CK_1提高48.13%和66.50%,交换性钙含量分别提高39.12%和60.88%。增施钙肥处理(T_1、T_2和T_3)能显著增加水溶性钙和交换性钙含量,但_T1处理对有效钙含量增加较少,而T_2和T_3处理增加幅度较大,其中T_3处理0—20cm水溶性钙和交换性钙含量各生育期平均比CK_3提高1.63,1.74倍,说明钙肥与有机肥和微生物肥配施能显著提高酸性土钙素活化度。不同肥料配施均提高了酸性土花生的主茎高、分枝数、主茎绿叶数、单株干物质重、叶面积指数和实收株数,增加了单株结果数和荚果饱满度,显著提高了荚果产量,并提高了蛋白质、总氨基酸和脂肪含量以及O/L值。其中T_3处理分别比CK_3、T_2、CK_2、T_1和CK_1增产14.38%,4.99%,18.31%,25.65%和52.52%,增产幅度最大,其籽仁品质也最优。增施钙肥并与有机肥和微生物肥配施能显著提高酸性土钙素活化度、有效钙含量、荚果产量和籽仁品质。

测土配方施肥对花生生长和养分吸收的影响

[目的]为测土配方施肥技术的推广提供科学依据。[方法]以鲁花8号为材料,设5个不同施肥处理,在固镇县进行示范试验研究。[结果]与大配方处理Ⅰ(T2)和传统施肥(T5)相比,小调整处理(T4)的荚果干重分别增加了7.51%、10.98%,总生物量干重分别增加了3.72%、8.37%;小调整处理(T4)荚果产量最大,大配方Ⅱ处理(T3)产量次之。与传统施肥(T5)相比,小调整处理(T4)和大配方处理Ⅱ(T3)的荚果产量分别增加10.98%和8.01%;小调整处理(T4)的花生荚果N、K吸收量占总养分吸收量的比例最大,分别为87.31%和45.56%。[结论]小调整施肥效果最好,而大配方Ⅱ施肥易于推广。

生物降解膜对花生农艺性状和荚果产量的影响

为解决地膜"白色污染"问题,大田条件下,以普通地膜为对照,比较了4种生物降解膜覆盖对花生农艺性状及荚果产量的影响。结果表明,与普通地膜相比,生物降解膜A和B覆盖处理花生出叶速度放缓、侧枝数减少、荚果饱满度下降、产量降低;C1和C2膜覆盖处理,叶龄数、侧枝数干物质累积及荚果产量和普通地膜覆盖处理差异不显著;4种生物膜的降解效果比较,C2膜7月初花生盛花期开始出现裂纹,8月初进入开裂期,而其他降解膜几乎没有降解。由以上可看出,C2膜生物降解性比较好且花生荚果产量比对照不降低,为较适宜的降解膜。

栽培方式对夏直播花生产量和品质的影响

选用早熟型大花生品系365-1为试验材料,研究地膜覆盖、秸秆还田、免耕对夏直播花生产量和品质的影响。结果表明,地膜覆盖栽培提高了籽仁棕榈酸、油酸、亚油酸、蛋氨酸、苯丙氨酸含量和花生单株结果数,降低了千克果数,并显著提高了产量。秸秆还田提高了籽仁的粗脂肪、蛋氨酸、苯丙氨酸含量和花生双仁果率、单果重,对提高产量有一定作用。免耕栽培对花生产量提高和品质改善不利。本试验条件下,秸秆还田结合地膜覆盖处理荚果产量最高,且花生籽仁的蛋白质含量和粗脂肪含量有所提高;免耕秸秆覆盖栽培作为保护性耕作方式,较秸秆还田露地栽培增产4.71%,粗脂肪含量最高,具有一定推广价值。

专用叶面肥对花生生长、光合及产量的影响

花生结荚期施用花生专用叶面肥，能增加叶片的厚度，提高叶绿素含量，加快叶片的光合速率，促使叶片中的同化物向荚果运输和积累，从而加强了荚果的生长发育，使结荚率、百果重、百仁重增加，出仁率提高，花生增产１８．５％。其作用效果优于高美施通用型叶面肥。

吡效隆对花生光合作用及产量的影响

花生结荚期施用０．１～１０ｍｇ／Ｌ吡效隆（４ＰＵ３０）溶液，能增加叶片的厚度，提高叶片叶绿素含量和光合速率，促使叶片中的同化物向荚果运输和积累增多，从而促进了荚果生长和发育，使结荚率、饱果率以及百果重和百仁重增加，最终使单株荚果产量增产１２６％左右，吡效隆的最适浓度为１ｍｇ／Ｌ。

花生钙营养效应及其与磷协同吸收特征

为了挖掘土壤耕作对花生钙素的供应能力,基于三个典型棕壤土大田耕作试验,研究了免耕、浅耕、深耕和深松下花生钙营养效应及其与磷协同吸收特征。结果表明:(1)深耕和浅耕花生荚果及植株地上部(茎、叶、针)的钙吸收量比免耕和深松增加12.8%~41.8%。(2)耕作措施下土壤钙供给与植株钙吸收并非呈直线关系,土壤交换性钙低于临界值2.7g/kg时,植株钙吸收量随着土壤交换性钙增加而显著增加。(3)花生对钙(Ca^(2+))与磷(H_2PO_4^-/HPO_4^(2-))吸收呈显著正相关关系,且荚果钙与磷的协同吸收效应大于植株地上部分。(4)花生钙吸收量每增加10kg/hm^2,荚果产量增加610kg/hm^2,粗蛋白增加108kg/hm^2。总之,通过耕翻20~30cm措施可维持适宜的土壤交换性钙含量,有利于花生对钙磷的协同吸收,促进花生产量、品质的提高。

生育后期干旱胁迫与施氮量对花生产量及氮素吸收利用的影响

为明确生育后期水分胁迫下施氮对花生产量、氮素吸收及氮肥利用效率的影响,以花育25号为材料,采用双因素试验设计,通过防雨棚土柱试验研究了不同水氮处理对花生氮素吸收、分配、产量及氮肥利用率的影响。在荚果充实期设置水分条件分别为充足灌水(W 0)、轻度干旱胁迫(W 1)和中度干旱胁迫(W 2),设置5个施氮(N)水平,即0kg·hm^-2(N0)、45kg·hm^-2(N1)、90kg·hm^-2(N2)、135kg·hm^-2(N3)和180kg·hm^-2(N4)。结果表明,W1N2处理下花生经济产量、全株生物量、籽仁和全株氮素积累量均达最大值。与其它氮肥处理相比,同一水分条件下适量施氮(N 2)处理增加花生产量,提高收获指数。花生各器官中来自于15N原子标记的肥料中的15N原子百分比随施氮量的增加而显著增加,但增加幅度不同。正常供水和轻度干旱胁迫条件下花生植株氮肥利用率随施氮量的增加先增加后降低,而中度干旱胁迫下氮肥利用率随施氮量的增加而降低。本试验条件下,W1N2处理(轻度干旱胁迫和施氮90 kg·hm^-2)处理下花生干物质与氮素积累量适宜,氮素向生殖器官分配比例和氮肥利用率较高。

荚播和化学调节对花生生理特性和产量的影响

大田试验研究了荚播及化学调节(TS303、PDJ和它们的混合物浸种和花针期喷施)对花生某些生理特性和产量性状的影响.结果表明:荚播花生花针期生理活性强,但极显著减少花生的成苗率和实收株数而导致减产.TS303及较低浓度的PDJ都能促进花生幼苗生长,增加叶面积指数,提高净光合速率和根系活力,而较高浓度的PDJ促进同化物质的转移,二者有加成和互补效应,单独和混合使用都能显著增加花生产量.