施氮量和種植密度對甘肅省不同生態(tài)區(qū)大豆農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

張彥軍 王興榮 李玥 李永生 李峰 茍作旺 張愷東 祁旭升

摘要：為了確定甘肅省沿黃灌區(qū)、河西綠洲灌區(qū)和隴東雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)的大豆最佳施氮量和種植密度，選用隴中黃601、隴中黃602、隴中黃603、汾豆78等4個(gè)大豆品種，在3個(gè)不同生態(tài)區(qū)設(shè)置4個(gè)氮肥水平和4個(gè)種植密度，測量株高、有效分枝數(shù)等主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量等指標(biāo)。結(jié)果表明，不同施氮水平和種植密度對大豆農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響較大，隨著氮肥的增加，大豆株高、有效分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒重、百粒重和產(chǎn)量呈遞增的趨勢，綜合比較得出不同生態(tài)區(qū)大豆最佳施氮量均為N 90 kg/hm2。隨著種植密度的增加，折合產(chǎn)量呈先升高后降低的趨勢。會寧縣和甘州區(qū)的最佳種植密度為16.67 萬株/hm2，寧縣的最佳種植密度為19.67 萬株/hm2。對3個(gè)生態(tài)區(qū)的大豆產(chǎn)量分析表明，河西綠洲灌區(qū)的張掖市甘州區(qū)適合種植早熟品種隴中黃601，而沿黃灌區(qū)的會寧縣和隴東雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)的寧縣適宜種植中晚熟品種隴中黃603。

關(guān)鍵詞：大豆; 施氮量; 種植密度; 生態(tài)區(qū);農(nóng)藝性狀; 產(chǎn)量;甘肅省

中圖分類號：S565.1 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?文章編號：1001-1463（2021）07-0014-10

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.07.004

Abstract：In order to determine the suitable nitrogen application rate and planting density of soybeans in Irrigation Area along the Yellow River，Hexi Oasis Irrigation Area and Longdong Rainfed Agricultural Area in Gansu Province， four soybean cultivars were selected， four nitrogen fertilizer levels and four planting densities were set in three different ecological regions， and the plant height， effective branch number of main agronomic characteristics and plot yield were measured. The results showed that different nitrogen application levels and planting densities has greater effect on soybean agronomic characteristics and yield. Plant height， number of effective branches， number of main stem nodes， pod number per plant， yield per plant， 100-seed weight and yield was increased with the increase of nitrogen fertilizer. Comprehensive comparison of soyhean in different ecological areas， the suitable nitrogen application rate was 90 kg/hm2 pure nitrogen. The yield of the plot raised and then fell with the increase of planting density. The best planting density in Huining County and Ganzhou District was 166，700 plants/hm2， and the best planting density in Ning County was 196，700 plants/hm2. Through the analysis of the yield of the three ecological regions， it is shown that the early-maturing variety Longzhonghuang 601 was suitable for planting in Ganzhou District， while the mid-late-maturing variety Longzhonghuang 603 was suitable for planting in Huining County and Ning County.

Key words：Soybean;Nitrogen application;Density;Ecological areas;Agronomic characteristics;Yield;Gansu Province

大豆是世界上重要的油料作物和植物蛋白及飼料原料[1 ]，與人們生活密不可分。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2020年我國大豆產(chǎn)量為 ?1 960萬t，播種面積與產(chǎn)量均較2019年有所增加。據(jù)海關(guān)總署統(tǒng)計(jì)，2020年我國累計(jì)進(jìn)口大豆10 033萬t，首次超過1億t，刷新了2017年進(jìn)口9 553萬t記錄[2 ]?？梢?，大豆產(chǎn)需缺口巨大，高度依賴進(jìn)口。在耕作制度中，大豆也是種養(yǎng)相結(jié)合的重要倒茬作物，其根系含有的根瘤菌能固定空氣中的氮素，可提高氮肥利用效率。大豆成熟后，葉片自然脫落，能夠起到培肥地力的作用。

影響大豆農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的因素諸多，如品種、氣候條件、土壤養(yǎng)分、栽培措施等[3 ]，其中高效的栽培措施是大豆高產(chǎn)的基礎(chǔ)。氮素是作物生長發(fā)育和提高產(chǎn)量必不可少的營養(yǎng)元素之一，合理的施肥量對作物的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率可達(dá)40%～50%[4 ]，不科學(xué)的施肥不僅影響作物產(chǎn)量，同時(shí)造成肥料浪費(fèi)及破壞土壤的生態(tài)系統(tǒng)和自凈能力。大豆屬于群體產(chǎn)量作物[5 ]，較對于過度追求單株產(chǎn)量，群體結(jié)構(gòu)對于大豆產(chǎn)量的影響更大，而適當(dāng)?shù)姆N植密度是保證合理群體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)[6 - 8 ]，有利于提高大豆葉片的光能利用效率，促進(jìn)干物質(zhì)積累，進(jìn)而提高產(chǎn)量。

甘肅省地域遼闊、生態(tài)類型豐富，大豆種植區(qū)主要分布于隴東雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)、隴南雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)、河西綠洲灌區(qū)、中部沿黃灌區(qū)，且存在品種混亂、種植分散、不成規(guī)模、管理粗放等問題。針對甘肅省大豆種植栽培過程中存在的問題，我們選用3個(gè)甘肅省審定品種（隴中黃601、隴中黃602、隴中黃603）和1個(gè)甘肅省區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)對照品種（汾豆78）為試驗(yàn)材料，在甘肅省沿黃灌區(qū)（白銀）、張掖河西綠洲灌區(qū)（張掖）和隴東雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)（慶陽）3個(gè)不同生態(tài)區(qū)，分析不同施氮水平和種植密度對這4個(gè)大豆品種農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響，以期為甘肅省大豆高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)建立和推廣提供依據(jù)。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 試驗(yàn)材料

供試大豆品種隴中黃601、隴中黃602、隴中黃603由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所選育并提供[9 - 10 ]，汾豆78由國家農(nóng)作物種質(zhì)資源庫（甘肅分庫）提供。試驗(yàn)于2020年在白銀市會寧縣、張掖市甘州區(qū)、慶陽市寧縣同時(shí)進(jìn)行。

1.2 ? 試驗(yàn)區(qū)概況

白銀市會寧縣地處西北內(nèi)陸，是溫帶大陸性季風(fēng)氣候，屬于沿黃灌區(qū)，年平均氣溫8.7 ℃，年降水量312.8 mm，年均蒸發(fā)量 ? 1 728.0 mm，年無霜期173 d，日照時(shí)數(shù)達(dá) ? ?2 226.6 h;試驗(yàn)地0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)15.62 g/kg、堿解氮81.44 mg/kg、速效磷18.53 mg/kg、速效鉀206.97 mg/kg。張掖市甘州區(qū)位于河西走廊中部，是我國西北干旱地帶典型的綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，氣候類型屬大陸性中溫干旱氣候，年平均氣溫7.1 ℃、≥0 ℃積溫3 391 ℃、≥10 ℃積溫2 870 ℃，年平均降水量129.0 mm，蒸發(fā)量2 047.9 mm，年平均無霜期153 d;試驗(yàn)地0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)18.45 g/kg、堿解氮76.62 mg/kg、速效磷22.76 mg/kg、速效鉀244.53 mg/kg。慶陽市寧縣位于隴東地區(qū)，是典型的溫帶性大陸季風(fēng)氣候，屬于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，年均氣溫為9.0 ℃，年均日照時(shí)數(shù)為2 369.1 h，無霜期為168.2 d，年均降水量為568.9 mm，且60%發(fā)生在7 — 9月，早春容易發(fā)生干旱;試驗(yàn)地土壤類型為黃綿土，0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量為14.43 g/kg、全氮0.99 g/kg、速效磷11.42 mg/kg、速效鉀153.83 mg/kg。

1.3 ? 試驗(yàn)方法

1.3.1 ? 施氮量試驗(yàn) ? 試驗(yàn)設(shè)A1（不施氮）、A2（低氮水平，施N 45 kg/hm2）、A3（當(dāng)?shù)卣Ｊ┑剑㎞ 90 kg/hm2）、A4（高氮水平，施N 135 kg/hm2）4個(gè)水平，小區(qū)面積為10 m2，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，按行長5 m、0.5 m行距、0.12 m株距4行區(qū)種植。所有處理均施P2O5 120 kg/hm2，結(jié)合播前整地一次性施入。氮肥施用量按不同處理設(shè)計(jì)用量施用，其中基肥不施氮肥、分枝期追肥50%、花莢期追肥50%。田間管理同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.3.2 ? 種植密度試驗(yàn) ? 試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為B1（14.29萬株/hm2）、B2（16.67萬株/ hm2）、B3（19.67萬株/hm2）、B4（25.00萬株/ hm2）。試驗(yàn)隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積為10 m2（5 m×2 m）。種植分別株距為0.14 m、0.12 m、0.10 m、0.08 m，按5 m行長、0.5 m行距4行區(qū)種植。播種前一次性基施N 90 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2。田間管理同當(dāng)?shù)卮筇锼健?/p>

1.4 ? 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1 ? 根瘤指標(biāo)測定 ? 于大豆苗期、花期、結(jié)莢期的晴天9：00 — 10：00時(shí)取樣，取2株將根系所在的土方區(qū)域整體挖出裝入尼龍網(wǎng)袋中，用水浸泡后快速洗凈根系置于冰盤之上，泥水過鋼篩以收集散落的根瘤，迅速剝落洗凈后大豆根系上的根瘤，計(jì)數(shù)根瘤總量，將根瘤表面水分用吸水紙輕輕吸干后用天平稱取根瘤重量。

1.4.2 ? 農(nóng)藝性狀 ? 測定成熟后每小區(qū)取10株，參照《大豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行株高、分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒重和百粒重等指標(biāo)的測定[11 ]，以其平均值代表考察性狀值。收獲全小區(qū)植株計(jì)產(chǎn)。

1.5 ? 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用R軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 ? 結(jié)果與分析

2.1 ? 施氮量對大豆農(nóng)藝性狀的影響

從表1可以看出，在甘州區(qū)試點(diǎn)，大豆株高、主莖節(jié)數(shù)普遍高于會寧縣試點(diǎn)和寧縣試點(diǎn)，而有效分枝、單株莢數(shù)、單株粒重、百粒重則相反。這可能是由于在甘州區(qū)營養(yǎng)生長階段時(shí)期延長，導(dǎo)致隴中黃602和隴中黃603未能完全成熟造成的，說明甘州區(qū)更加適合早熟品種的推廣種植。隨著施氮量的增加，在3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，大豆的主要農(nóng)藝性狀呈遞增的趨勢，其中汾豆78（22.41 g）和隴中黃601（27.55 g）百粒重最大值出現(xiàn)在會寧縣試點(diǎn)的A4水平，而隴中黃602（28.93 g）和隴中黃603（29.61 g）的百粒重最大值則出現(xiàn)在寧縣試點(diǎn)的A4水平，說明氮肥對大豆的生長發(fā)育起到至關(guān)重要的作用。

2.2 ? 施氮量對大豆產(chǎn)量的影響

不同施氮量對大豆折合產(chǎn)量有著顯著影響，對于同一大豆品種而言，折合產(chǎn)量的最大值均出現(xiàn)在A4處理，且均超過了3 300 kg/hm2，其中以隴中黃603最高，達(dá)3 811.96 kg/hm2。從圖1可以看出，隨著施氮量的增加大豆產(chǎn)量呈遞增的趨勢，A1處理、A2處理下的折合產(chǎn)量與A3處理、A4處理達(dá)到顯著差異，而A3處理和A4處理之間差異不顯著。說明當(dāng)施氮量達(dá)到一定水平后大豆產(chǎn)量增加不顯著，由氮肥引起的產(chǎn)量增加達(dá)到臨界值，若繼續(xù)增加施氮量會造成氮肥過剩?？梢?，在分枝期和開花期追施N 90 kg/hm2可以有效提高大豆產(chǎn)量。

2.3 ? 施氮量對根瘤數(shù)量和重量的影響

從表2可知，隨著施氮量的增加，不同品種的根瘤菌數(shù)量和重量均呈遞增的趨勢;隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，不同品種的根瘤菌數(shù)量和重量同樣呈現(xiàn)出遞增的趨勢。在會寧縣試點(diǎn)，隴中黃601和汾豆78的根瘤數(shù)量和重量最大，顯著高于隴中黃602和隴中黃603;在甘州區(qū)試點(diǎn)，隴中黃602和隴中黃603根瘤菌數(shù)量和重量非常低，在苗期甚至為0;在寧縣試點(diǎn)，4個(gè)品種的根瘤菌數(shù)量和重量普遍高于其他2個(gè)試點(diǎn)，這可能與不同生態(tài)區(qū)的土壤養(yǎng)分含量和氣候因素有關(guān)。

2.4 ? 種植密度對大豆農(nóng)藝性狀的影響

從表3可以看出，大豆農(nóng)藝性狀在不同種植密度間差異明顯，隨著種植密度的增加，不同品種的株高、有效分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)和百粒重呈遞減的趨勢，在不同品種間B4處理較B1處理分別降低1.99%～25.57%、21.28%～100%、4.12%～30.51%、3.64%～ 22.98%。在會寧縣、甘州區(qū)不同品種的單株莢數(shù)和單株粒重均隨著種植密度的增加呈先升高后降低的趨勢，其中會寧縣在B2處理下達(dá)到最大值，甘州區(qū)在B3處理下達(dá)到最大值。在寧縣不同品種的單株莢數(shù)隨種植密度的增加呈逐漸降低趨勢，以B1處理值最大;單株粒重隨種植密度的增加呈逐漸升高趨勢，以B4處理值最大。

2.5 ? 種植密度對大豆產(chǎn)量的影響

合理密植是作物高產(chǎn)的基礎(chǔ)，大豆產(chǎn)量與種植密度的關(guān)系更加緊密。從圖2看出，在會寧縣試點(diǎn)和甘州區(qū)試點(diǎn)，B2處理下不同品種的折合產(chǎn)量最高，與其他處理間達(dá)到顯著差異，之后隨著種植密度的增加產(chǎn)量逐漸降低。在4個(gè)處理中，均以B4處理下的4個(gè)品種的折合產(chǎn)量最低。在寧縣試點(diǎn)，B3處理下4個(gè)品種的折合產(chǎn)量均最高，且與其他處理間呈顯著差異，而B1處理下各品種的折合產(chǎn)量最低。汾豆78和隴中黃603在B3處理下折合產(chǎn)量分別比B1處理增產(chǎn)87.57%和57.18%。由此可以看出，在會寧縣和甘州區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)地區(qū)大豆適宜種植密度為16.67萬株/hm2，在寧縣雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)大豆最適種植密度為19.67萬株/hm2。

3 ? 結(jié)論與討論

合理的施肥不僅能夠提高作物產(chǎn)量，同時(shí)可以減少肥料浪費(fèi)及對生態(tài)環(huán)境的破壞程度。合理施肥能夠協(xié)調(diào)土壤營養(yǎng)供應(yīng)，促進(jìn)大豆干物質(zhì)的積累及根瘤固氮，進(jìn)而提高大豆產(chǎn)量[12 - 14 ]。本研究發(fā)現(xiàn)，在大豆分枝期和開花期隨著施氮量的增加，大豆主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量均呈遞增的趨勢，當(dāng)施氮量增加到一定量之后，產(chǎn)量的增加量不顯著，這與前人的研究結(jié)果相似[15 - 16 ]。氮肥對大豆根瘤菌數(shù)量和重量影響較大，施加氮肥可顯著增加根瘤菌數(shù)量和重量，大豆生殖生長階段根瘤菌數(shù)量和重量顯著高于營養(yǎng)生長階段。說明氮肥是大豆生長發(fā)育不可缺少的因素，通過追施氮肥可顯著提高大豆產(chǎn)量。分析本試驗(yàn)結(jié)果，推薦在隴東雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)、河西綠洲灌區(qū)和沿黃灌區(qū)的最佳施氮量為N 90 kg/hm2。

適當(dāng)增加種植密度有利于作物干物質(zhì)積累分配及產(chǎn)量的增加，而種植密度主要是通過對產(chǎn)量構(gòu)成因素起作用而影響產(chǎn)量[17 - 18 ]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著種植密度的增加，大豆的株高、有效分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)和百粒重均降低，折合產(chǎn)量也表現(xiàn)出先升高后降低，這與呂繼龍等[19 ]的研究一致。而在不同的生態(tài)區(qū)，折合產(chǎn)量最高時(shí)的種植密度不同，會寧縣和甘州區(qū)在種植密度為16.67萬株/hm2時(shí)折合產(chǎn)量最高，而寧縣最高產(chǎn)時(shí)的種植密度為19.67萬株/hm2，說明應(yīng)根據(jù)不同的生態(tài)區(qū)選擇適宜的種植密度，以實(shí)現(xiàn)最高產(chǎn)量。通過對沿黃灌區(qū)、河西綠洲灌區(qū)和隴東雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)3個(gè)生態(tài)區(qū)的產(chǎn)量比較發(fā)現(xiàn)，在河西綠洲灌區(qū)張掖市甘州區(qū)適合種植早熟品種隴中黃601，而在沿黃灌區(qū)會寧縣和隴東雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)寧縣適宜種植中晚熟品種隴中黃603。

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（本文責(zé)編：鄭立龍）