旱地大豆全膜微壟溝播技術(shù)的肥料效應(yīng)

陳書珍，劉廣才，周德錄，李城德，王錫平 ，李耀輝

(1.甘肅省岷縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，甘肅 岷縣 748400； 2.甘肅省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，甘肅 蘭州 730020；3.甘肅省會寧縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 甘肅 會寧 730799)

大豆(Glycinemax)通稱黃豆,起源于中國，中國各地均有栽培，亦廣泛栽培于世界各地[1]。美國、巴西、阿根廷、中國、印度是世界上大豆主產(chǎn)國[1]。大豆是世界上優(yōu)質(zhì)飼草飼料作物、高蛋白作物、油料作物、食品加工原料以及工業(yè)原料的重要來源[1-2]。大豆蛋白質(zhì)含量一般為40%，高者達50%；大豆含油量一般20%，高者達24%，大豆為世界提供了30%的脂肪和60%的植物蛋白質(zhì)[1]。世界80%以上大豆用于榨油，榨油后的大豆餅粕含有50%左右的蛋白質(zhì)，是優(yōu)質(zhì)的飼料來源[1-2]。大豆脫粒后的秸稈和莢殼也含有較高的蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)，是很好的飼草來源，其營養(yǎng)成分高于麥秸、稻草、谷糠等粗飼料[3-6]。同時，大豆亦是重要的輪作[7]、間作[8]作物，其對培肥地力、提高間作作物水分、養(yǎng)分利用效率具有重要的生態(tài)經(jīng)濟效益。

目前，我國大豆面臨著面積減少、總產(chǎn)不足、單產(chǎn)低、種豆效益低、豆農(nóng)種豆積極性嚴重受挫的現(xiàn)狀[9-10]，全國大豆面積600萬hm2，總產(chǎn)1 200萬 t，而進口大豆突破8 000萬t，自給率不足13%。而大豆面積減少、總產(chǎn)不足的直接原因在于品種退化、耕作管理粗放、栽培技術(shù)落后，特別是旱地大豆面積比重大(約占總面積的70%)、土壤水分利用率和肥料利用率低，導(dǎo)致產(chǎn)量低而不穩(wěn)[9-10]。大豆是關(guān)系國計民生的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性物資，又是最具經(jīng)濟效益的作物，其延長的產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈在農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易領(lǐng)域扮演著舉足輕重的角色。穩(wěn)定面積、提高單產(chǎn)、增加總產(chǎn)是我國大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需要。在耕地資源日趨緊張的情況下，振興我國大豆產(chǎn)業(yè)，提高大豆生產(chǎn)能力依靠增加面積是不現(xiàn)實的，必須改進栽培技術(shù)水平，提高土壤水分利用率和肥料利用率，增加單產(chǎn)，從而實現(xiàn)大豆增產(chǎn)。旱地大豆面積大、單產(chǎn)低，但增產(chǎn)潛力巨大，以往關(guān)于旱地大豆的研究主要集中在露地栽培和半膜覆蓋栽培上，而缺乏對旱地大豆全膜覆蓋下的集雨保墑和肥料高效利用研究?！叭の艤喜ゼ夹g(shù)”是由甘肅省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站在多年研究的基礎(chǔ)上提出的一項旱作大豆等中等密植作物抗旱高產(chǎn)栽培新技術(shù)[11]，其技術(shù)要點是地表微壟集雨、全地面地膜覆蓋保墑、溝播雨水富集疊加利用[11]，能夠?qū)崿F(xiàn)旱地大豆農(nóng)田降水和土壤養(yǎng)分的高效利用和大幅度增產(chǎn)。本研究于2013—2015年連續(xù)3年開展田間試驗研究，以期揭示旱地大豆全膜微壟溝播技術(shù)增產(chǎn)的肥料效應(yīng)。

1　材料與方法

1.1　試驗區(qū)概況及供試土壤

試驗于2013-2015年在甘肅旱作農(nóng)業(yè)區(qū)的會寧縣中川鄉(xiāng)、鎮(zhèn)原縣孟壩鎮(zhèn)、岷縣馬塢鄉(xiāng)(年平均降水量分別為350、450和550 mm)進行，分別代表半干旱偏旱、半干旱、半濕潤偏旱3個降水區(qū)域。試驗區(qū)域海拔1 420-1 982 m，無霜期112～175 d，年平均氣溫6.1～9.2 ℃，日照時數(shù)2 580～3 325 h，≥10 ℃的有效積溫為2 150～3 207 ℃·d，年降水量352～554 mm。土壤類型為黑壚土、黃綿土，土地類型為旱川地、旱塬條田、梯田，前茬作物為玉米(Zeamays)、馬鈴薯(Solanumtuberosum)，耕層土壤有機質(zhì)10.5～15.8 g·kg-1、全氮0.67～0.98 g·kg-1、堿解氮38.1～45.6 mg·kg-1、速效磷14.6～19.9 mg·kg-1、速效鉀129.5～150.1 mg·kg-1。

1.2　試驗設(shè)計

采用栽培模式與施肥水平二因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)兩種栽培模式：露地條播(M1)、全膜微壟溝播(M2)，5個施肥水平：N0P0K0、N0P1K1、N1P0K1、N1P1K0、N1P1K1，N0、P0、K0分別表示不施氮、磷、鉀肥，N1、P1、K1分別表示按標準用量施用氮、磷、鉀肥(即：3個試驗點N1分別為90、120、150 kg·hm-2，P1分別為90、120、150 kg·hm-2，K1分別為30、45、60 kg·hm-2)，共10個處理(表1)。小區(qū)面積6 m×4.5 m，3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。

表1　大豆肥料效應(yīng)試驗處理Table 1　Treatments of fertilizer effect applied to soybean cultivation

1.3　測定項目及數(shù)據(jù)分析

1.3.1肥料利用率與缺肥區(qū)相對產(chǎn)量計算公式

肥料利用率=(完肥區(qū)養(yǎng)分吸收量-缺素區(qū)養(yǎng)分吸收量)/肥料施用量×100%=[(完肥區(qū)產(chǎn)量-缺素區(qū)產(chǎn)量)/100×100 kg產(chǎn)量吸收養(yǎng)分量]/肥料施用量×100%。

每生產(chǎn)100 kg大豆籽粒及其相應(yīng)的莖、葉、莢殼等，從土壤中需要吸收的N、P2O5、K2O量按8.71、2.10、3.49 kg[12]計算。缺素區(qū)相對產(chǎn)量=缺素區(qū)產(chǎn)量/完肥區(qū)產(chǎn)量×100%。

施肥依從度=100%-缺素區(qū)相對產(chǎn)量。

1.3.2料利用效率計算公式

肥料利用效率=(完肥區(qū)產(chǎn)量-缺素區(qū)產(chǎn)量)/施肥量。

1.3.3產(chǎn)投比計算公式

運用鞏固：通過布置新的課堂作業(yè)等形式，要求學(xué)生對所學(xué)習(xí)的新內(nèi)容進行運用鞏固。例如通過課堂作業(yè)，讓學(xué)生了解汽車兒童安全座椅的種類和作用。

產(chǎn)投比=產(chǎn)出/投入=(籽粒產(chǎn)量×籽粒價格+秸稈產(chǎn)量×秸稈價格)/(種子成本+化肥成本+農(nóng)膜成本+農(nóng)藥成本+物化勞動費用)。

1.3.4測產(chǎn)及考種按小區(qū)單收單打，測定生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量，每小區(qū)取5株考種。

1.3.5數(shù)據(jù)處理與分析采用Excel 2007軟件處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用SPSS 17.0軟件進行雙因子方差分析。

2　結(jié)果與分析

2.1　全膜微壟溝播大豆的氮、磷、鉀肥料利用率

全膜微壟溝播大豆氮肥利用率為38.0%～43.9%，平均為41.1%，較露地條播平均提高了7.3個百分點，增長了21.6%；大豆磷肥利用率為23.1%～26.8%，平均為25.0%，較露地條播平均提高了6.7個百分點，增長了36.6%；大豆鉀肥利用率為21.7%～25.7%，平均為23.9%，較露地條播平均提高了4.9個百分點，增長了25.7%(表2)。較露地條播，全膜微壟溝播模式能顯著提高大豆氮、磷、鉀肥料利用率(P<0.05)，特別是在3種肥料中磷肥利用率增幅最高。

從降水區(qū)域看，降水量越少，全膜微壟溝播大豆氮、磷、鉀肥料利用率越高。3個試驗區(qū)年降水量由高到低降低約200 mm，大豆氮肥利用率平均增加了5.9個百分點、磷肥利用率增加3.7個百分點、鉀肥利用率增加了4.0個百分點。表明降水量越少，全膜微壟溝播技術(shù)的水肥耦合效應(yīng)越強，使大豆對土壤養(yǎng)分吸收效果更顯著，肥料利用率更高。

2.2　全膜微壟溝播大豆的氮、磷、鉀肥料利用效率

全膜微壟溝播大豆氮肥利用效率為4.4～5.0 kg·kg-1，平均為4.7 kg·kg-1，較露地條播增加0.8 kg·kg-1，增長了20.5%；大豆磷肥利用效率為11.0～12.8 kg·kg-1，平均為11.9 kg·kg-1，較露地條播增加3.2 kg·kg-1，增長了36.8%；大豆鉀肥利用效率為6.2～7.4 kg·kg-1，平均為6.8 kg·kg-1，較露地條播增加1.3 kg·kg-1，增長的23.6%(表2)。

表2　大豆肥料利用率與肥料利用效率Table 2　Fertilizer use rate and use efficiency of soybean

表中數(shù)據(jù)為2013-2015年的平均值，下表同；表中同列數(shù)字后不同字母表示在相同地點不同處理間差異顯著(P<0.05)，下表同.

The data are means of every treatment in 2013-2015; Different lowercase letters in the same site indicate significant difference among different treatments at the 0.05 level, similarly for the following tables.

不同降水區(qū)域降水量越少，全膜微壟溝播大豆氮、磷、鉀肥料利用效率越高。3個試驗區(qū)年降水量由高到低降低約200 mm，大豆氮肥利用效率增加0.6 kg·kg-1、磷肥利用效率增加1.8 kg·kg-1、鉀肥利用效率增加1.2 kg·kg-1。說明降水量較少情況下，水肥耦合效應(yīng)促進大豆對土壤養(yǎng)分吸收效果更顯著，氮、磷、鉀肥料利用效率提高。

2.3　全膜微壟溝播大豆的產(chǎn)量

不論是完肥區(qū)還是缺素區(qū)，全膜微壟溝播大豆產(chǎn)量均顯著地高于露地條播。3個降水區(qū)域產(chǎn)量平均結(jié)果，完全施肥區(qū)、缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)分別高出露地條播867.1、771.0、555.4、804.0 kg·hm-2，分別增產(chǎn)了47.9%、57.1%、75.0%、51.1%(表3)。

2.4　全膜微壟溝播大豆缺素區(qū)相對產(chǎn)量

全膜微壟溝播大豆缺氮區(qū)相對產(chǎn)量為78.2%～80.3%，平均為79.1%，較露地條播增加4.6個百分點，增長了6.2%；缺磷區(qū)相對產(chǎn)量為45.0%～50.1%，平均為47.3%，較露地條播增加4.3個百分點，增長了10.0%；缺鉀區(qū)相對產(chǎn)量為87.6%～90.4%，平均為88.7%，較露地條播增加1.9個百分點，增長了2.2%(表3)。全膜微壟溝播模式大豆氮、磷、鉀缺素區(qū)相對產(chǎn)量明顯高于露地條播大豆。

不同降水區(qū)域氮、磷、鉀缺素區(qū)相對產(chǎn)量均表現(xiàn)為全膜微壟溝播大豆>露地條播大豆。另外，無論全膜微壟溝播大豆，還是露地條播大豆，均表現(xiàn)為缺鉀區(qū)相對產(chǎn)量>缺氮區(qū)相對產(chǎn)量>缺磷區(qū)相對產(chǎn)量(缺鉀區(qū)相對產(chǎn)量超過85%，缺氮區(qū)相對產(chǎn)量超過70%)。這表明，磷養(yǎng)分是限制大豆生產(chǎn)的最主要因子。

2.5　全膜微壟溝播大豆施肥依從度

全膜微壟溝播大豆氮肥依從度為19.7%～21.8%，平均為20.9%，較露地條播平均減少4.6個百分點，降低了18.0%；磷肥依從度為49.9%～55.0%，平均為52.7%，較露地條播平均減少4.3個百分點，降低了7.5%；鉀肥依從度為9.6%～12.4%，平均為11.3%，較露地條播平均減少1.9個百分點，降低了14.4%(表3)。表明，全膜微壟溝播大豆氮、磷、鉀施肥依從度明顯低于露地條播。

表3　大豆缺素區(qū)相對產(chǎn)量及施肥依從度分析Table 3　Analysis of relative yield and fertilization adherence of soybean on nutrient deficient plots

不同降水區(qū)域氮、磷、鉀施肥依從度均表現(xiàn)為全膜微壟溝播大豆<露地條播大豆；同一栽培模式則表現(xiàn)為：鉀肥依從度<氮肥依從度<磷肥依從度?？梢?，大豆對磷肥的依賴程度最高，氮肥次之，生產(chǎn)上應(yīng)把重施磷肥作為提高旱地大豆產(chǎn)量的重要措施。

2.6　全膜微壟溝播大豆的經(jīng)濟效益

按照2017年初價格，對全膜微壟溝播、露地條播全肥處理(N1P1K1)大豆進行經(jīng)濟效益分析得出(表4)，3個降水區(qū)域全膜微壟溝播大豆產(chǎn)值平均為18 003.3元·hm-2，較露地條播大豆產(chǎn)值平均增加5 826.4元·hm-2；投入平均為7 661.7元·hm-2，較露地條播大豆平均新增生產(chǎn)費用870.0元·hm-2，純收入平均為10 341.6元·hm-2，較露地條播大豆平均增加4 956.5元·hm-2；產(chǎn)投比平均為2.35，較露地條播大豆增加0.56。進一步分析得出，全膜微壟溝播大豆新增產(chǎn)投比(新增產(chǎn)出/新增投入)平均為6.7。這表明，與露地條播技術(shù)相比，全膜微壟溝播大豆經(jīng)濟效益明顯，而露地條播大豆經(jīng)濟效益較低。

3　討論

大豆根瘤有共生固氮作用，根瘤菌能夠?qū)⒖諝庵械姆肿討B(tài)氮經(jīng)固氮酶作用轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮供大豆生長[13]。大豆的氮素營養(yǎng)主要有3個來源，即根瘤菌所固定的氮、土壤中的氮素和施入的氮肥[13]。研究認為，每667 m2大豆根瘤能從空氣中固定3～12 kg的氮素，平均可固氮8 kg左右，相當(dāng)于施用18 kg尿素，其中有2/3左右被大豆當(dāng)季利用，剩余養(yǎng)分可有效供給間作、后茬輪作作物[13]。研究還認為，根瘤菌固定供給大豆的氮素占大豆需氮總量的50%～60%。這就決定了大豆氮素養(yǎng)分來源、施氮量、氮肥效應(yīng)不同于其他作物[14]。

表4　不同區(qū)域不同栽培模式大豆經(jīng)濟效益Table 4　Economic benefits of soybean under different planting modes in different experiment spots

大豆籽粒6.0元·kg-1，秸稈0.60元·kg-1，地膜13.33元·kg-1，純氮4.51元·kg-1，五氧化二磷 6.25元·kg-1，大豆種子7.0元·kg-1，農(nóng)藥20.00元·kg-1，人工費60.0元·天-1。

Soybean grain 6.0 CNY·kg-1, stalk 0.60 CNY·kg-1, plastic film 13.33 CNY·kg-1, pure N 4.51 CNY·kg-1, pure P2O56.25 CNY·kg-1, soybean seeds 7.0 CNY·kg-1, pesticide 20.00 CNY·kg-1, labor cost 60.0 CNY·d-1.

關(guān)于大豆肥料效應(yīng)已有大量研究，以往的研究主要集中在露地栽培。馬庶晗[15]采用“3414”最優(yōu)回歸設(shè)計研究了大豆氮磷鉀肥最佳施用量，結(jié)果得出，大豆最適宜的氮、磷、鉀施用量分別為N 46.41 kg·hm-2、P2O558.42 kg·hm-2、K2O 66.66 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=1∶1.26∶1.44，最佳經(jīng)濟產(chǎn)量為4 129.45 kg·hm-2。孫廣林等[16]采用大量田間肥料回歸試驗研究得出，當(dāng)大豆氮素施用量為30～90 kg·hm-2時，利用率為54.1%～30.4%；當(dāng)大豆磷素施用量為45～135 kg·hm-2時，利用率為20.0%～12.0%；當(dāng)大豆鉀素施用量為45～135 kg·hm-2時，利用率為53.0%～32.0%，表明大豆氮、磷、鉀肥料利用率均隨施肥水平的提高而明顯降低。楊勇和張春芝[17]采用“3414””肥料效應(yīng)試驗研究得出，大豆經(jīng)濟最佳施肥量為N 93.0 kg·hm-2、P2O5147.0 kg·hm-2、K2O 99.0 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=1∶1.58∶1.06。邵彥賓等[18]采用“3414”最優(yōu)回歸設(shè)計研究得出，大豆最適宜的氮、磷、鉀施用量分別為N 55.8、P2O568.08和K2O 34.65 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=1∶1.22∶0.62?？梢姡煌瑓^(qū)域不同栽培方式大豆的最適宜施肥量、氮磷鉀配比差異是比較明顯的，肥料利用率和利用效率等土壤肥料效應(yīng)也差異較大。近年來，由于北方干旱范圍擴大、干旱程度加重，大豆地膜覆蓋栽培技術(shù)特別是全膜覆蓋技術(shù)研究和應(yīng)用不斷興起，全膜覆蓋模式在不斷改進和完善。范榮等[19]采用“3414”回歸設(shè)計研究了旱地全膜覆土穴播大豆肥料效應(yīng)，結(jié)果得出，大豆最適宜的氮、磷、鉀施用量分別為N 98.7、P2O599.71和K2O 82.05 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.99∶0.83，最佳經(jīng)濟產(chǎn)量為2 652.0 kg·hm-2。任亮和任穩(wěn)江[20]采用 “3414”回歸設(shè)計開展了旱地全膜覆土平作穴播大豆田間肥效試驗，結(jié)果表明，大豆最適宜的氮、磷、鉀施用量分別為N 67.05、P2O537.8 和K2O 28.65 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.56∶0.43，經(jīng)濟最佳產(chǎn)量為1 843.5 kg·hm-2。陳其鮮[21]在甘肅隴東旱作區(qū)通過氮、磷、鉀不同配比試驗結(jié)果得出，大豆全膜雙壟溝播最適宜的氮、磷、鉀施用量為每667 m2施N 4.6、P2O54.2和K2O 2.5 kg，N∶P2O5∶K2O=1∶0.91∶0.54。但實踐中發(fā)現(xiàn)，“全膜雙壟溝播”和“全膜覆土穴播”兩種全膜覆蓋模式都有其優(yōu)點和缺點，“全膜雙壟溝播”技術(shù)采用大小雙壟集雨、溝播種植，優(yōu)點是雙壟面集雨效果好、寬窄行種植通風(fēng)透光、采光條件好，適宜玉米等稀植作物[22-24]；缺點是大壟太寬，密度小，不適宜密植作物?！叭じ餐裂úゼ夹g(shù)”優(yōu)點是地膜平鋪有利于密植，適宜小麥等密植作物[25-26]；缺點是集雨保墑效果較差，在稀植作物上應(yīng)用較少。

全膜微壟溝播技術(shù)集雨保墑效果好、通風(fēng)透光，又利于增加密度，適宜大豆、谷子、蔬菜等中等密植作物[11]。關(guān)于大豆“全膜微壟溝播技術(shù)”的增產(chǎn)效果已有研究報道[27-29]。史志峰等[27]研究了覆膜方式對隴東旱地大豆的影響，結(jié)果表明，全膜微壟溝播栽培產(chǎn)量達到3 364.7 kg·hm-2，較露地條播增產(chǎn)47.5%：全膜雙壟溝播、全膜覆土穴播、全膜平鋪穴播產(chǎn)量分別為3 323.0、3 208.4和3 010.5 kg·hm-2，較露地條播分別增產(chǎn)45.7%、40.6%和32.0%。王闖等[28]研究大豆全膜覆蓋覆膜模式的產(chǎn)量效應(yīng)，結(jié)果得出，全膜微壟溝播、全膜雙壟溝播、全膜覆土穴播大豆產(chǎn)量分別為167.7、165.7和154.3 kg·667 m-2，分別較露地條播增產(chǎn)39.2%、38.1%和28.6%。鄧曉奮[29]開展旱地大豆不同起壟覆膜方式試驗研究，結(jié)果表明，全膜微壟溝播栽培方式保墑效果最好，產(chǎn)量達到3 096.9 kg·hm-2，較露地條播增產(chǎn)27.4%：全膜雙壟溝播產(chǎn)量為3 028.1 kg·hm-2，較露地條播增產(chǎn)24.5%。這些研究說明大豆全膜微壟溝播較全膜雙壟溝播、全膜覆土穴播具有明顯的增產(chǎn)效果。但到目前為止，關(guān)于大豆全膜微壟溝播技術(shù)的增產(chǎn)機理特別是肥料效應(yīng)仍未見研究報道。本研究在3個不同降水區(qū)域連續(xù)3年試驗得出，旱地全膜微壟溝播大豆氮、磷、鉀肥料利用率較露地條播分別提高7.3、6.7、4.9個百分點，氮、磷、鉀肥料利用效率較露地條播分別增長了20.5%、36.8%、23.6%，氮、磷、鉀施肥依從度較露地條播分別降低了18.0%、7.5%、14.4%。該技術(shù)能夠大幅度提高大豆肥料利用率和利用效率，實現(xiàn)旱地大豆肥料的高效利用。

4　結(jié)論

1)全膜微壟溝播技術(shù)具有壟面集流、覆蓋保墑和顯著的增溫功能，能有效促進大豆生長發(fā)育，顯著提高旱地大豆氮、磷、鉀肥料利用率。大豆氮、磷、鉀肥料利用率分別達到41.1%、25.0%和23.9%，較露地條播分別提高7.3、6.7和4.9個百分點。2)全膜微壟溝播技術(shù)大豆單位施肥量的增產(chǎn)量大幅度增加，能顯著提高旱地大豆肥料利用效率。全膜微壟溝播大豆氮、磷、鉀肥料利用效率分別達到4.7、11.9和6.8 kg·kg-1，較露地條播分別增長了20.5%、36.8%和23.6%。3)全膜微壟溝播技術(shù)能促進大豆對土壤養(yǎng)分的吸收利用，顯著提高氮、磷、鉀缺素區(qū)大豆的相對產(chǎn)量。大豆氮、磷、鉀缺素區(qū)相對產(chǎn)量分別達到79.1%、47.3%和88.7%，較露地條播分別增加4.6、4.3和1.9個百分點。4)全膜微壟溝播技術(shù)水肥互促效應(yīng)促進了大豆養(yǎng)分的吸收利用，從而降低了氮、磷、鉀施肥依從度。全膜微壟溝播大豆氮、磷、鉀施肥依從度分別為20.9%、52.7%和11.3%，較露地條播分別降低了18.0%、7.5%和14.4%。5)全膜微壟溝播技術(shù)能使旱地大豆大幅度增產(chǎn)，顯著提高大豆的經(jīng)濟效益。全膜微壟溝播大豆產(chǎn)值、純收益分別較露地條播增加5 826.4、4 956.4元·hm-2，產(chǎn)投比達到2.35元·元-1，經(jīng)濟效益顯著。