追施磷肥對大豆產(chǎn)量及養(yǎng)分富集特性的影響

孫銘婕,諸葛玉平,婁燕宏,王 會,關 瑞,韓 飛,宋付朋,王婷婷

(土肥資源高效利用國家工程實驗室/山東農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院,山東 泰安 271018)

磷是植物體內(nèi)許多重要化合物(如核酸、磷脂、植素和磷酸腺苷)的組分,是植物生長發(fā)育必不可缺的營養(yǎng)元素,是作物增產(chǎn)的主要限制因子之一[1]。磷以多種途徑參與植物體內(nèi)的生理代謝過程,例如,磷素與莖中碳水化合物的轉化有關,成熟過程中很多有機化合物和某些酶都需要足夠的磷素。同時,磷素在提高植物抗逆性方面也具有十分重要的作用,施用磷肥可以增加大豆植株的抗旱、抗倒伏性,增加植株對礦物質元素的吸收利用,促進干物質積累和產(chǎn)量形成。大豆是喜磷作物,對缺磷反應比較敏感,故大豆生育期應注意重施磷肥。在土壤缺磷的情況下,大豆的結瘤和固氮能力均受到限制,會導致大豆減產(chǎn)[2]。目前大豆產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分含量普遍不足,農(nóng)民很少對大豆追施磷肥,土壤養(yǎng)分不足已成為限制大豆產(chǎn)量提高的主要原因。我國土壤通常不缺磷,但磷肥的利用率普遍很低,通常情況下當季利用率只有5%～20%[3-4],所以,在大豆開花前后,施用磷肥或者根外追施磷肥對促進其有機物質的轉運及提早成熟,增加粒重,提高產(chǎn)量均有作用[5-7]。

大豆是我國當前供求矛盾最為突出的糧油兼用作物,是人們生活中最重要的植物蛋白來源；作為原產(chǎn)于我國的古老作物,大豆已有5000多年的栽培歷史[8]。自20世紀90年代以來,我國大豆需求不斷增長,而大豆生產(chǎn)發(fā)展比較緩慢,已成為全球最大的大豆進口國。若我國大豆生產(chǎn)繼續(xù)停滯不前,則會對我國食物安全體系構成極大的威脅[9]。自新中國成立以來,大豆育種工作發(fā)展較快,黃淮海大豆品種經(jīng)歷了5次更新?lián)Q代,選育出了超高產(chǎn)、高蛋白、高油等優(yōu)質品種,但缺乏相應的高效施肥技術[10-13]。雖然迄今在大豆磷素養(yǎng)分方面也開展了部分研究工作,但是主要集中在產(chǎn)量上,而對其養(yǎng)分富集特性的研究較少[14-16]。筆者以齊黃34大豆為試驗材料,設置不同用量的追施磷肥處理,研究了追施磷肥對大豆的產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀、氮磷鉀養(yǎng)分富集特性及土壤養(yǎng)分含量變化的影響,確定了大豆生產(chǎn)的最佳追施磷肥量,以期為大豆的高效栽培提供理論依據(jù)。

1　材料和方法

1.1　試驗材料

供試大豆品種為齊黃34。供試磷肥品種為過磷酸鈣。土壤類型為褐土,土壤養(yǎng)分含量為全氮1.02 g/kg,堿解氮55.69 mg/kg,速效磷18.50 mg/kg,速效鉀118.61 mg/kg,有機質15.00 g/kg。

1.2　試驗設計

田間試驗于2015～2016年在山東省濟寧市汶上縣軍屯鄉(xiāng)豐澤農(nóng)業(yè)科技有限公司種植基地進行,分別于2015年6月10日和2016年6月8日播種,播種時未施底肥,播種量為90 kg/hm2,采用機械播種,行距56 cm。試驗設置5個磷肥施用量,于花莢期將磷肥均勻撒施。每個處理3次重復,采用完全隨機區(qū)組設計，小區(qū)面積28 m2。不同處理的肥料施用量見表1。

表1　不同處理的肥料施用量

于大豆收獲期(2015年10月2日和2016年9月28日)調查各小區(qū)大豆植株的農(nóng)藝性狀(株高、莖粗、結莢高度),并進行小區(qū)測產(chǎn)；然后采集植物樣品帶回實驗室,進行考種(單株產(chǎn)量、單株莢數(shù)、植株生物量、百粒重等),并將鮮樣分器官(莖、莢皮、籽粒)在80～90 ℃烘箱中鼓風烘15～30 min,然后降溫至60～70 ℃烘干至恒重,粉碎后測定氮、磷、鉀含量。采用凱氏法測定植物氮含量,用釩鉬黃比色法測定磷含量,用火焰光度計法[18]測定鉀含量。

1.3　數(shù)據(jù)處理

相關磷肥利用率指標的計算公式如下:磷肥農(nóng)學利用率=(施磷區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量)/施磷量；磷肥表觀利用率(%)=(施磷區(qū)磷積累量-空白區(qū)磷積累量)/施磷量×100。

本文中所有試驗數(shù)據(jù)均為兩年試驗的平均值。采用Excel 2007和SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析；通過ANOVA方差分析及Duncan氏差異顯著性檢驗,比較不同處理間在0.05水平上的差異顯著性。

2　結果與分析

2.1　追施磷肥對大豆農(nóng)藝性狀的影響

從表2可以看出，除大豆莖粗和分枝個數(shù)不受追施磷肥的影響外,株高、結莢高度、主莖節(jié)數(shù)等農(nóng)藝性狀都受到了不同程度的影響。具體來說：P3處理的株高和主莖節(jié)數(shù)顯著大于P0(對照)處理,株高提高了11.12%,主莖節(jié)數(shù)提高了10.30%,而P1、P2、P4處理的株高和主莖節(jié)數(shù)與P0差異不顯著;P3處理的株高顯著大于P4處理，提高了9.72%,而與其他追施磷肥處理間差異不顯著；追施磷肥顯著提高了大豆的結莢高度,提高幅度為19.91%～27.89%。

表2　不同用量追施磷肥處理對大豆農(nóng)藝性狀的影響

注:同一列數(shù)據(jù)后的不同字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。

2.2　追施磷肥對大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素的影響

由表3可知，不同追施磷肥處理對大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素均有不同程度的影響。P3、P4處理的單株莢數(shù)顯著高于P0、P1和P2處理的,而P1、P2處理的單株莢數(shù)與P0差異不顯著。追施磷肥處理(P1、P2、P3、P4)較對照P0顯著提高了植株生物量,提高幅度分別為13.53%、19.05%、31.79%、36.98%;各處理間大豆的百粒重差異不顯著。追施磷肥處理P1、P2、P3、P4顯著提高了單株產(chǎn)量,與P0相比,分別提高了13.16%、37.50%、41.08%、30.31%；P2、P3、P4處理間單株產(chǎn)量差異不顯著,但均顯著高于P1處理的。除P1處理外的各追施磷肥處理均顯著提高了大豆產(chǎn)量,P2、P3、P4處理的產(chǎn)量較P0分別增加了14.05%、24.92%、15.15%,且P3處理的大豆產(chǎn)量顯著高于P2、P4處理的。上述結果表明,追施磷肥能夠有效地提高大豆的單株莢數(shù)、植株生物量和單株產(chǎn)量,進而提高產(chǎn)量,且P3處理的增產(chǎn)效果最好。

表3　不同用量追施磷肥處理對大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構成因素的影響

2.3　大豆主要性狀間的相關性分析

相關性分析結果(表4)表明：在主莖節(jié)數(shù)與單株莢數(shù)間、單株莢數(shù)與產(chǎn)量間均存在極顯著正相關(P<0.01);在莖粗與單株產(chǎn)量間、結莢高度與分枝數(shù)間、單株產(chǎn)量與產(chǎn)量間、主莖節(jié)數(shù)與產(chǎn)量間均存在顯著正相關(P<0.05);而在其他性狀間的相關性均未達到顯著性水平。因此,提高大豆的主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株產(chǎn)量均可以提高大豆產(chǎn)量。

2.4　追施磷肥對大豆養(yǎng)分富集特性的影響

由圖1可以看出：除P4處理外,其他各追施磷肥處理大豆籽粒中的氮含量均顯著高于對照P0的,以P3的提高幅度最大，P2次之；P4處理大豆莢皮中的氮含量顯著高于對照P0的,而其他各追施磷肥處理的莢皮中的氮含量均顯著低于P0的；各追施磷肥處理大豆莖中的氮含量均顯著高于P0的,但在各磷肥追施處理間莖中氮含量的差異未達到顯著水平。上述結果表明隨著追施磷肥量的提高,大豆籽粒中的全氮含量逐漸提高,但磷肥施用量過大則不利于氮在籽粒中的積累。在P0中，大豆籽粒中含氮量占植株整體含氮量的72.13%,莢皮中含氮量占17.01%,莖中含氮量占10.86；在P3處理中，籽粒中含氮量增加至最高，其占植株整體含氮量的比例達到80.37%,而莢皮中含氮量所占比例降低至7.96%,莖中含氮量所占比例略升至11.68%；在P4處理中，籽粒中含氮量占植株整體含氮量的比例只有68.35%。因此,適量追施磷肥能促進大豆對氮的吸收及向籽粒中的富集,但磷肥追施量過高會使氮素在籽粒中富集的效果降低。

表4　大豆主要性狀間的相關系數(shù)

注:“**”表示相關性達到極顯著水平(P<0.01);“*”表示相關性達到顯著水平(P<0.05)。

同一圖例中的不同字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。圖1　大豆植株各器官中的氮含量

由圖2可見：P4處理的大豆籽粒中磷含量顯著高于對照P0的,但其他3個追施磷肥處理與對照間大豆籽粒中的磷含量差異均不顯著；除P4處理外,各追施磷肥處理大豆莢皮中的磷含量均顯著高于對照的；各處理大豆莖內(nèi)的磷含量表現(xiàn)為P4>P3>P0>P2>P1；在P0處理中籽粒中磷占植株全磷含量的45.09%,莢皮中磷含量占30.33%,莖中磷含量占24.57%；在P2、P4處理中，籽粒中磷含量所占比例略有增加,分別為45.3%、46.21%。表明追施磷肥能促進大豆植株對磷的吸收,增加植株中磷的含量；追施磷肥對大豆籽粒和莢皮中磷的積累有促進作用。

圖3顯示：追施磷肥對大豆籽粒中鉀含量的影響較為顯著，其中P3、P4處理的大豆籽粒鉀含量均顯著高于對照的,但在各追施磷肥處理間籽粒鉀含量差異不顯著；各追施磷肥處理大豆莢皮和莖中鉀含量與P0的差異均不顯著。表明追施較大量的磷肥有利于鉀素在大豆籽粒中的富集，但追施磷肥對鉀素在大豆莢皮和莖中的積累沒有影響。

圖2　大豆植株各器官中的磷含量

圖3　大豆植株各器官中的鉀含量

2.5　追施磷肥對大豆磷肥利用率的影響

肥料利用率主要取決于作物的養(yǎng)分吸收能力和土壤、肥料供應養(yǎng)分的能力[19]。從表5可以看出,大豆追施磷肥處理的磷肥農(nóng)學利用率和磷肥表觀利用率均隨著追施磷肥量的增加而增加,以P3處理最高；追施磷肥量超過112.5 kg/hm2后,磷肥利用率降低；處理P2、P3的磷肥農(nóng)學利用率和表觀利用率較P4處理分別增加了85.47%、119.38%和8.91、11.67個百分點。結果表明,追施適量磷肥能提高磷肥利用率,但施用過多磷肥造成了磷素的流失,降低了磷肥的利用率。

表5　不同追施磷肥處理的大豆磷肥利用率

3　討論

追施磷肥可以顯著促進大豆根系生長及根瘤的形成,促進物質轉化和積累,增加干物質積累,為大豆高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供有利條件[20]。本研究印證了這一結果,追施磷肥提高了大豆產(chǎn)量,對產(chǎn)量構成因素也有提高的作用。但過量施用磷肥反而會導致大豆增產(chǎn)效果下降,這與徐海東等[21]在棉花上的研究結果一致。同時,追施磷肥有效提高了大豆的株高,這一結果與磷肥施用對辣木和大豆的影響研究結果[22-23]一致。

磷作為植物體內(nèi)能量轉移的物質,能夠活化體內(nèi)蛋白質,調控植物體的整個代謝過程,影響?zhàn)B分元素在植物體內(nèi)的運移[24]。本研究表明,追施磷肥能促進大豆對氮的吸收及向籽粒中的富集,但磷肥使用量過高時氮素在籽粒中富集的比例降低。這與吳書平等得出的研究結果“籽粒養(yǎng)分含量隨追施磷肥量的增加而增加,增加到一定水平后下降”[2]一致。追施磷肥能促進植株對磷的吸收,增加植株中磷的含量。在各追施磷肥處理中,大豆莖內(nèi)的磷含量隨著追施的磷肥量的增加而提高。這可能是磷的正常供應有利于細胞分裂、增殖的緣故。這與中國農(nóng)科院土壤所試驗證實的研究結果“在施用氮肥或氮鉀肥的基礎上增施磷肥對不同作物都有不同程度的增產(chǎn)效應”[25]一致,而與丁洪等得出的“大豆籽粒粗蛋白含量隨施磷肥量的增加而降低”[26]相反,這可能是由大豆品種及土壤中有效磷含量不同導致的。

4　結論

追施磷肥有利于大豆產(chǎn)量的提高,當追施量為112.5 kg/hm2時,增產(chǎn)效果最為顯著,產(chǎn)量達到4609.68 kg/hm2,較對照提高了24.92%。

追施磷肥有利于大豆農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構成因素的提高,當追施量為112.5 kg/hm2時,株高較對照提高了11.12%,結莢高度提高了27.89%,主莖節(jié)數(shù)提高了10.30%,單株莢數(shù)提高了4.70%,單株產(chǎn)量提高了41.08%。相關性分析結果表明,提高大豆主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株產(chǎn)量均可以提高大豆產(chǎn)量。

追施磷肥還可以促進大豆對氮磷鉀的吸收及向籽粒中的轉移,當追施磷肥量為112.5 kg/hm2時,氮、磷在籽粒中的比例最高,鉀在籽粒中的比例也較高;追施磷肥量增加能提高磷肥的農(nóng)學利用率,當追施量為112.5 kg/hm2時磷肥利用率最高(農(nóng)學利用率為44.38 kg/kg,表觀利用率為26.65%)。

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