大豆養(yǎng)分管理研究進(jìn)展與趨勢展望*

蔡姍姍，孫 磊，魏 丹，王 偉，李玉梅，張久明，王 爽，李 艷，高中超

（1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所，哈爾濱 150086； 2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，沈陽110866；3.北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100097）

作為重要的油料和糧食作物，大豆種植面積在我國糧食種植總面積中的占比達(dá)5.6%[1-2]。但目前我國大豆消費(fèi)量的84%依靠進(jìn)口[3]，與其他大豆主產(chǎn)國相比我國大豆單產(chǎn)水平亟需提升。養(yǎng)分供應(yīng)不平衡是限制我國大豆單產(chǎn)提高的瓶頸問題[4]，需要進(jìn)行科學(xué)的大豆養(yǎng)分管理。文中對國內(nèi)外大豆養(yǎng)分研究進(jìn)展與現(xiàn)存問題進(jìn)行了分析，為進(jìn)一步提高我國大豆養(yǎng)分管理水平提出對策。

1 大豆的需肥特性

1.1 氮肥

大豆具有自身固氮作用，許多農(nóng)民在生產(chǎn)中由于未掌握大豆的需肥規(guī)律，對氮肥的施用方法不科學(xué)，導(dǎo)致大豆產(chǎn)量降低[5]。雖然大豆具有生物固氮作用，但在大豆需氮素總量中，由根瘤菌所提供的僅為一半左右。大豆出苗后，根瘤尚未形成，需要從土壤中吸取氮素，氮肥基施可以促進(jìn)大豆的幼苗生長，提升產(chǎn)量[6]。苗期至始花期需要少量的氮素，此時適量補(bǔ)充氮肥有助于大豆生長。在開花期與結(jié)莢期，大豆需氮量高，不能僅靠根瘤菌固氮，需要追加氮肥。在大豆結(jié)莢后至成熟前，以根瘤固氮為主要形式，氮素不足時，大豆的其他部位器官的氮素也可以向豆莢轉(zhuǎn)移。氮肥施用需要適時、適量，氮肥不足會減產(chǎn)，過量施用也會抑制大豆自身生物固氮。

1.2 磷肥

大豆出苗后，直至盛花期之前，需要土壤維持充足的磷素補(bǔ)給。特別是大豆苗期，磷素有利于營養(yǎng)器官的生長，因此前期的磷肥補(bǔ)充最為重要，可在苗期之后持續(xù)維持大豆生長，保障產(chǎn)量。磷素有助于根系與根瘤的生長，顯著提升大豆各項產(chǎn)量指標(biāo)[7]。也有研究顯示，提高土壤磷含量僅在一定范圍內(nèi)可以顯著提高大豆的產(chǎn)量[8]，如果土壤磷含量持續(xù)增加，大豆產(chǎn)量在增加到一定程度后則會降低。

1.3 鉀肥

鉀肥對大豆的生長發(fā)育有著顯著的積極作用，大豆在缺鉀條件下產(chǎn)量會下降[9]。與磷肥相同，鉀肥在適宜的施用量內(nèi)可以提升大豆產(chǎn)量，如果鉀肥施用過量，可能會導(dǎo)致大豆減產(chǎn)[10-11]。

1.4 中微量元素肥料

中微量養(yǎng)分元素在大豆生長過程中的調(diào)控也至關(guān)重要，要注意中、微量元素的補(bǔ)充。鉬元素可以提升大豆氮素代謝效率，提高籽粒蛋白質(zhì)含量，增加大豆根瘤的數(shù)量與體積，進(jìn)而提升大豆固氮能力[12]。硼對大豆光合速率與葉綠素含量的提高均有所助益；錳對大豆氮素吸收與根瘤固氮能力提升都有積極作用[13]。大豆喜硫，與氯化鉀相比，硫酸鉀對大豆品質(zhì)的提升作用更大。鈣素與大豆產(chǎn)量也密切相關(guān)。中、微量元素的補(bǔ)充必不可少，葉施肥、拌種等是目前普遍使用的中微量元素補(bǔ)充方法。

2 農(nóng)田養(yǎng)分管理技術(shù)

農(nóng)田養(yǎng)分管理需要兼顧高產(chǎn)高效、土壤培肥、環(huán)境保護(hù)3個方面，合理的養(yǎng)分調(diào)控能提升中低產(chǎn)田地力、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡、提升作物產(chǎn)量[14-15]。20世紀(jì)80年代末，我國開始有了針對農(nóng)田養(yǎng)分產(chǎn)投效益的分析，指出農(nóng)田養(yǎng)分投入與產(chǎn)出的不平衡，提出建立高效的農(nóng)業(yè)養(yǎng)分循環(huán)系統(tǒng)[16-17]。養(yǎng)分管理概念在20世紀(jì)90年代被提出[18]，其重要性隨之受到越來越多的重視。養(yǎng)分管理是實現(xiàn)高產(chǎn)的關(guān)鍵，目前國內(nèi)外的研究已形成了一系列技術(shù)方法。

2.1 地力分級法

地力分級法首先需要將大豆農(nóng)田按土壤肥力分級，分級標(biāo)準(zhǔn)可依據(jù)土壤普查、試驗測定等結(jié)果；再將分級結(jié)果與數(shù)據(jù)資料、施肥習(xí)慣相結(jié)合，確定不同地力地塊的肥料配比[19]。地力分級法簡單易行、操作性強(qiáng)、群眾接受度高、地域配適性好，但該方法對其他地塊的針對性不強(qiáng)，存在一定的區(qū)域局限性。

2.2 目標(biāo)產(chǎn)量法

目標(biāo)產(chǎn)量法可以以當(dāng)前地塊歷史產(chǎn)量為基礎(chǔ)，結(jié)合目標(biāo)增產(chǎn)率，來最終確定大豆的目標(biāo)產(chǎn)量與目標(biāo)產(chǎn)量下的大量元素需肥量。測定當(dāng)前土壤養(yǎng)分，以估算土壤養(yǎng)分的有效供應(yīng)情況，所得出的養(yǎng)分補(bǔ)充量即為推薦施肥量[20-21]。

2.3 肥料效應(yīng)函數(shù)法

肥料效應(yīng)函數(shù)法以施肥量與產(chǎn)量為基礎(chǔ)，用來衡量肥料增產(chǎn)效應(yīng)的基本規(guī)律。其中，“3414”設(shè)計是當(dāng)前大豆養(yǎng)分管理中應(yīng)用較多的一種方案[22-23]?！?414”試驗方案的試驗處理組合與施肥決策的要求相符[24]，在效應(yīng)函數(shù)分析的基礎(chǔ)上，計算出大豆肥料的優(yōu)化配比與用量[25]。

3 我國大豆養(yǎng)分管理現(xiàn)狀及存在問題

3.1 我國大豆養(yǎng)分管理現(xiàn)狀

我國大豆養(yǎng)分的綜合管理調(diào)控已有了一定的研究成果。測土配方施肥技術(shù)已成為我國大豆生產(chǎn)中一種普遍推廣的養(yǎng)分管理方法，測土施肥下大豆的粒重和產(chǎn)量明顯提高，其經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)出投入也顯著提高[26]。已有研究揭示，NPK的合理配比在大豆的生長發(fā)育中起著重要作用[27]，有機(jī)物料的施入對大豆品質(zhì)與產(chǎn)量均有著改善作用[28]。硼、鉬混合肥較單施硼肥能夠提高大豆油脂含量[29]。中微量元素與大量元素、有機(jī)肥配施提高大豆產(chǎn)量的研究，在國內(nèi)也已有報道[30]。

3.2 我國與國外大豆養(yǎng)分管理的差別

但與其他大豆主產(chǎn)國相比，我國大豆生產(chǎn)中養(yǎng)分利用率低與施用過量等問題仍需要解決，大豆養(yǎng)分管理仍需完善。美國、巴西、阿根廷在大豆生產(chǎn)中，廣泛使用減肥減藥、秸稈還田、輪作、接種根瘤菌等技術(shù)[31]。美國農(nóng)田總氮的增加主要來自于生物固氮和有機(jī)肥，農(nóng)田單位面積的氮素盈余一直保持在較低的水平，從未超過90 kg/hm2，保持著較低的環(huán)境風(fēng)險；而我國的氮肥投入高于作物需求，氮素盈余則是美國的2倍以上[32]。在巴西，玉米-大豆輪作中，玉米收獲后種植大豆時，以秸稈的氮肥效應(yīng)來促進(jìn)根瘤的發(fā)育，土壤不再用氮肥或其他肥料[33]。在阿根廷，約一半的農(nóng)場在大豆生產(chǎn)中每年都接種根瘤菌，剩余大半農(nóng)場每2年接種根瘤菌[34]。

3.3 我國大豆養(yǎng)分管理現(xiàn)存問題

我國農(nóng)戶在大豆種植中，養(yǎng)分管理措施的科學(xué)性仍需提升，養(yǎng)分利用效率低，養(yǎng)分供應(yīng)不足或過量是目前的主要問題。農(nóng)戶普遍認(rèn)為施肥與產(chǎn)量呈絕對相關(guān)的趨勢，化肥施用嚴(yán)重超出大豆生長所需?；蛘哂捎诖蠖咕哂猩锕痰芰?，農(nóng)戶認(rèn)為種植時可以減少或免除氮肥的施用，僅靠大豆自身固氮作用，限制了大豆產(chǎn)量的增加。在施用時間上，也很少遵循大豆生長時期的規(guī)律，基本上以一次性基施為主。不合理的養(yǎng)分管理不僅不利于大豆產(chǎn)量的提高，還造成了肥料浪費(fèi)以及對環(huán)境的威脅。

4 展望

目前國內(nèi)外已有的養(yǎng)分管理技術(shù)方法提供了較為科學(xué)的施肥量、施肥方法等技術(shù)咨詢和指導(dǎo)，在提高大豆產(chǎn)量和養(yǎng)分利用率上都發(fā)揮著指導(dǎo)作用。隨著綠色發(fā)展逐漸成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的主題[35]，我國未來大豆養(yǎng)分管理也應(yīng)側(cè)重環(huán)境效應(yīng)，在大豆高產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)2個方面進(jìn)行協(xié)同調(diào)控。為進(jìn)一步提高我國大豆養(yǎng)分管理水平，今后可加強(qiáng)以下幾方面的研究：

（1）研發(fā)與完善大豆施肥體系。我國大豆種植區(qū)域遼闊，難以給出不同地區(qū)的個性化施肥方案。黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院構(gòu)建的大豆施肥專家系統(tǒng)，可基于地塊分析數(shù)據(jù)與大豆農(nóng)學(xué)效率，利用QUEFTS模型校訂大豆推薦施肥參數(shù)[36]。在缺少測土數(shù)據(jù)的情況下，利用該專家系統(tǒng)可以更方便、快捷的指導(dǎo)不同區(qū)域大豆科學(xué)施肥，提高肥料養(yǎng)分利用效率和大豆產(chǎn)量。當(dāng)前，如何根據(jù)我國種植特點(diǎn)進(jìn)行養(yǎng)分管理和推薦施肥是當(dāng)前的一個重要問題，在已有的研究基礎(chǔ)上，需要在廣大農(nóng)民中進(jìn)一步完善與推廣操作性強(qiáng)、簡單、準(zhǔn)確的施肥指導(dǎo)系統(tǒng)。

（2）建立大豆新型綠色化肥產(chǎn)業(yè)體系。張福鎖院士指出，我國農(nóng)業(yè)已經(jīng)到了綠色智能肥料的新時代，建立化肥產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的機(jī)制及政策支撐體系，研發(fā)綠色低碳、智能高效的綠色智能肥料，是新時代的發(fā)展路徑[37]。在大豆生產(chǎn)中，根據(jù)不同大豆土壤的養(yǎng)分狀況和大豆品種需肥特點(diǎn)，研制針對性專用配方肥料；改進(jìn)肥料制造工藝，以根瘤固氮、氮磷養(yǎng)分的高效利用為核心，創(chuàng)制綠色智能大豆肥料。

（3）調(diào)整大豆種植制度。大豆連作種植在我國廣泛存在，且種植面積最廣的東北地區(qū)最為普遍[38]。連作種植會使土壤肥力惡化，使大豆生長受限[39]。因此，需要因地制宜地調(diào)整大豆種植制度，在輪作周期中考慮其他作物與大豆的養(yǎng)分互補(bǔ)，可減少營養(yǎng)競爭與拮抗，提高大豆養(yǎng)分利用效率。