不同年份氣象因子對夏大豆生長及產(chǎn)量的影響

任海紅 郭豐輝 劉小榮 任小俊 趙晶云 呂新云 馬俊奎

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)作物研究所，太原 030031）

大豆起源于中國，是世界上重要的油料作物和高蛋白糧飼兼用作物。1996 年我國成為大豆凈進(jìn)口國，之后進(jìn)口數(shù)量持續(xù)增加，2020 年大豆進(jìn)口數(shù)量為1.0033 億t，進(jìn)口大豆數(shù)量占總消費量的84%[1]。面臨人多地少的國情，只有提高單產(chǎn)才能提升我國大豆自給率，降低對進(jìn)口大豆的依存度[2]。

大豆單產(chǎn)及產(chǎn)量構(gòu)成因素的形成不僅取決于品種和栽培措施，而且受到光照時數(shù)、氣溫、降水量等氣象因子的影響[3]。隨著CO2等氣體排放引起的溫室效應(yīng)加劇，全球氣候變暖對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了重要影響[4]。近年來，癥青現(xiàn)象時有發(fā)生[5-7]，嚴(yán)重時甚至造成大豆絕產(chǎn)[8]，成為發(fā)展大豆生產(chǎn)的一大障礙。梁家銘等[9]研究發(fā)現(xiàn)結(jié)莢初期持續(xù)7d 的模擬干熱浪脅迫可導(dǎo)致大豆癥青，可見氣候變化對大豆生產(chǎn)的影響很大[4]，此方面研究主要集中在氣候?qū)Υ蠖蛊骄a(chǎn)量[10]、生育期[11]、品質(zhì)[12]等的影響方面。這些研究以多個大豆材料為研究對象，而研究某一大豆品種對天氣變化的響應(yīng)方面的報道相對較少[13-14]。研究氣象因子對單一大豆品種生長發(fā)育及產(chǎn)量構(gòu)成的影響，更能直觀了解大豆如何應(yīng)對天氣變化，以便在極端天氣來臨之前，采取正確的防控措施，減少自然災(zāi)害對大豆生產(chǎn)造成的損失，具有重要的實踐和指導(dǎo)意義。

本研究于2018-2022 年以冀豆12 為材料，在相同田間管理條件下，同一試驗地輪換種植，調(diào)查大豆生長及產(chǎn)量表現(xiàn)，綜合分析了不同年份生育期間光、溫、水等氣象因子對大豆生長及產(chǎn)量的影響，揭示影響該區(qū)域大豆產(chǎn)量的主要氣象因子，以期遇到極端天氣時，可以及早預(yù)防、減少損失，為大豆高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料冀豆12 號由河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所選育而成[15]，2002 年通過國家審定，現(xiàn)為黃淮海地區(qū)多點鑒定北組對照品種。

1.2 試驗方法2018-2022 年每年6 月下旬將供試材料種植于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)作物研究所汾陽市試驗地。該試驗地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，全年無霜期180d 左右，年平均降水量419.8mm，年平均日照時數(shù)2389.5h，年平均氣溫10.7℃。試驗地土壤為黏壤土。種植密度22.5 萬株/hm2，6 行區(qū)，行距0.5m，株距9cm，小區(qū)面積144m2。同一塊試驗地輪流種植，前茬為玉米，年際間田間管理一致。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 大豆生育期及產(chǎn)量構(gòu)成因素參照《大豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[16]記載播種期、出苗期、開花期、成熟期，并于大豆成熟期隨機選取小區(qū)內(nèi)連續(xù)的10 個植株，對株高、結(jié)莢高度、主莖分枝數(shù)、單株有效莢數(shù)、單株粒重和百粒重進(jìn)行室內(nèi)考種，將小區(qū)植株全部收獲記產(chǎn)。

1.3.2 氣象數(shù)據(jù)月平均氣溫、月總降水量、月總?cè)照諘r數(shù)來源于汾陽市氣象局。

1.3.3 統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)經(jīng)Microsoft Excel 2010 軟件整理，并用SPSS18.0 進(jìn)行相關(guān)性和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫及其對大豆生長的影響從表1 中可知，2018-2022 年6 月平均氣溫為24.4℃，2022 年最高，為25.9℃，年際間變異系數(shù)為3.66%。7 月平均氣溫為24.8℃，2019 年最高，為25.8℃，變異系數(shù)為4.27%。8 月平均氣溫為23.5℃，2018 年最高，為24.8℃，變異系數(shù)為3.62%。9 月平均氣溫為18.0℃，2021 年最高，為19.1℃，變異系數(shù)為4.53%。10 月 平 均 氣 溫10.7℃，2020 年、2021 年 最 高，均為10.8℃，變異系數(shù)為1.03%。從總體上看，2018-2022 年6-10 月年際間月平均氣溫變化不大，變異系數(shù)都低于5%。

表1 2018-2022 年大豆生育期間月平均氣溫

從大豆的整個生育期看，6 月為出苗期，2018-2022 年6 月氣溫較高且變幅不大，氣溫高有利于大豆出苗整齊一致；7 月為苗期，年際間氣溫變幅稍大，氣溫過低過高都不好，合適的氣溫易形成壯苗；8 月為開花結(jié)莢期，氣溫變幅不大，大豆開花授粉的適宜溫度為20～25℃，超過35℃雄蕊就會死亡[17]，易造成落花，當(dāng)?shù)陀?3℃時大豆停止開花；9月為結(jié)莢鼓粒期，遇上持續(xù)高溫和干旱天氣，會使胚珠敗育形成秕莢[18]，此時晝夜溫差大，有利于籽粒充實、增加粒重；10 月為成熟期，2018-2022 年10月氣溫相差不大，對大豆的成熟、收獲較為有利。

2.2 月總降水量及其對大豆生長的影響從表2 中 可 知，2018-2022 年6 月 的 月 總 降 雨 量 平 均為29.2mm，2021 年 最 高，為37.1mm，變 異 系 數(shù) 為30.38%。7 月的月總降雨量平均為112.7mm，2022年最高，為239.5mm，變異系數(shù)為76.48%，變幅較大。8 月的月總降雨量平均為132.7mm，2020 年最高，為226.6mm，變異系數(shù)為59.86%。9 月的月總降雨量平均為63.0mm，2021 年最高，為122.6mm，變異系數(shù)為72.37%，變幅也較大。10 月的月總降雨量平均為70.8mm，2021 年最高，為228.4mm，變異系數(shù)為131.46%，變幅最大。從總體上看，2018-2022 年6-10月份年際間月總降水量變化非常明顯，變異系數(shù)在30.38%～131.46%之間。尤其2021 年10 月遭受暴雨襲擊，降水量遠(yuǎn)高于常年此月份。

表2 2018-2022 年大豆生育期間月總降水量

從大豆的整個生育期看，6 月為出苗期，2018-2022 年6 月的月總降雨量變幅不大，播種前都灌溉澆水，墑情好，對出苗影響不大。7 月為苗期，最多月總降水量為2022 年的239.5mm，但苗期適度干旱利于蹲苗，形成壯苗。開花至鼓粒期是大豆的水分臨界期，8 月為大豆開花結(jié)莢期，2018-2022 年8 月的月總降雨量變幅不太大。開花到結(jié)莢期耗水占總耗水量的22%[19]，相對濕度為70%～90%時[18]，利于開花結(jié)莢，否則易造成落花落莢。9 月為結(jié)莢鼓粒期，2018-2022 年9 月的月總降雨量變幅較大。結(jié)莢到鼓粒期耗水占總耗水量的24.7%[19]，降雨多利于結(jié)莢鼓粒，否則易造成落莢秕粒。10 月為成熟期，2018-2022 年10 月的月總降雨量變幅最大，此時為大豆成熟期，降雨多會造成貪青晚熟，對大豆的成熟、收獲不利。特別是2021 年10 月遭受暴雨襲擊，月總降雨量高達(dá)228.4mm，造成澇害，嚴(yán)重影響大豆成熟。

2.3 月總?cè)照諘r數(shù)及其對大豆生長的影響表3 顯示，2018-2022 年6 月的月總?cè)照諘r數(shù)平均為251.7h，2020 年最高，為337.1h，變異系數(shù)為21.35%。2018-2022 年7 月的月總?cè)照諘r數(shù)平均為233.8h，2020 年最高，為327.8h，變異系數(shù)為23.76%，在5 個月中變幅最大。2018-2022 年8 月的月總?cè)照諘r數(shù)平均為198.4h，2019 年最高，為219.6h，變異系數(shù)為18.56%。2018-2022 年9 月的月總?cè)照諘r數(shù)平均為197.8h，2022 年最高，為240.8h，變異系數(shù)為16.9%。2018-2022 年10 月的月總?cè)照諘r數(shù)平均為171.9h，2018 年最高，為217.4h，變異系數(shù)為16.06%?？傮w上看2018-2022 年 6-10 月的月總?cè)照諘r數(shù)變幅較大，變異系數(shù)為16.06%～23.76%。

表3 2018-2022 年大豆生育期間月總?cè)照諘r數(shù)

從大豆的整個生育期看，6 月為出苗期，2018-2022 年6 月日照時數(shù)變幅較大，但日照時數(shù)對出苗沒有直接影響[19]。7 月為苗期，2018-2022 年7 月日照時數(shù)變幅最大，日照時數(shù)長易形成健壯苗。8 月為開花結(jié)莢期，2018-2022 年8 月日照時數(shù)變幅不大，日照時數(shù)長，光照充足有利于大豆花芽分化，否則易造成落花落莢。2018-2022年9月日照時數(shù)變幅不大，此時為大豆結(jié)莢鼓粒期，日照時數(shù)長利于結(jié)莢鼓粒，否則造成落莢秕粒。10 月為成熟期，2018-2022 年10 月日照時數(shù)變幅最小，此時為大豆成熟期，日照時數(shù)短不利于光合產(chǎn)物的積累，特別是2021 年日照時數(shù)最少，為144.9h，不利于大豆成熟收獲。

2.4 2018-2022 年冀豆12 生長及產(chǎn)量表現(xiàn)

2.4.1 全生育期從表4 可以看出，2018-2022 年冀豆12 全生育期最長可達(dá)112d，最短95d，達(dá)到極顯著水平。5 年間從大豆出苗到開花天數(shù)變化不大，年際間僅1d 之差?？梢姡陂L短主要取決于開花至成熟時間的長短，年際間差異最大可達(dá)18d，達(dá)到極顯著水平，這段時間的長短會隨著氣溫、降水量和日照時數(shù)的變化而變化。

表4 2018-2022 年冀豆12 生育期的影響

2.4.2 產(chǎn)量及重要農(nóng)藝性狀從表5 可以看出，2018-2022 年冀豆12 株高、底莢高度、有效分枝數(shù)、單株有效莢數(shù)、單株粒重、百粒重和產(chǎn)量會隨著不同年份間天氣的變化而變化。單株有效莢數(shù)是影響大豆產(chǎn)量的一個重要因素，表5 中2018-2022 年冀豆12 的單株有效莢數(shù)分別為：27.9 個、43.1 個、39.8 個、23.8 個和34.7 個，年際間差異達(dá)到極顯著水平，單株有效莢數(shù)越多相應(yīng)產(chǎn)量就越高，2018-2022 年冀豆12的每hm2產(chǎn)量分別為2718.0kg、3519.0kg、3376.5kg、2254.5.0kg 和2878.5kg，除2019 年、2020 年之間產(chǎn)量差異不顯著以外，其他年際間存在極顯著差異。百粒重也是影響大豆產(chǎn)量的又一重要因素，百粒重引起的產(chǎn)量波動約占大豆產(chǎn)量的3.1%[20]。百粒重的大小一般由品種本身特性決定，但也受氣溫、降水量和日照時數(shù)等氣象因子的影響[10]。從表5 可 知：2018-2022 年 冀 豆12 的 百 粒 重 分 別為23.1g、24.2g、23.4g、25.0g 和25.0g，2021 年、2022 年百粒重最大。

表5 2018-2022 年冀豆12 產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

2.5 2018-2022年冀豆12農(nóng)藝性狀與生育期月平均氣象因子的相關(guān)性分析大豆生育期間的溫度、降水量、日照時數(shù)對大豆生育期和產(chǎn)量起著重要作用，通過對冀豆12 主要農(nóng)藝性狀與氣象因子相關(guān)性分析（表6）可知，產(chǎn)量與單株粒重、單株有效莢數(shù)呈極顯著正相關(guān)，這與劉正學(xué)等[21]的研究結(jié)果一致。生育期與10 月總?cè)照諘r數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，10 月份正值大豆成熟期，光照充足有利于成熟。百粒重與生育期呈顯著正相關(guān)，這與鄭天琪等[20]的研究結(jié)果相同，說明同一品種，生育期長對百粒重的增加起了一定的作用。從表6 中還發(fā)現(xiàn)，6-10 月份的月總降雨量與當(dāng)月總?cè)照諘r數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，雖然未達(dá)到顯著水平，但可以看出降水量與日照時數(shù)變化是相反的，一般情況下降水量偏少，日照時數(shù)增加；降水量偏多，日照時數(shù)減少，這與李智[10]的結(jié)果是相同的。

表6 冀豆12 農(nóng)藝性狀與生育期氣象因子的相關(guān)性分析

2.6 2018-2022年冀豆12農(nóng)藝性狀與開花前后氣象因子的相關(guān)性分析開花期標(biāo)志著大豆由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長與營養(yǎng)生長并進(jìn)的時期。由表4 可以看出不同年份天氣對大豆?fàn)I養(yǎng)生長進(jìn)程影響不大，主要是對生殖生長產(chǎn)生影響。將氣象因子分為開花前后兩段，從表7 可以看出，開花前氣象因子與產(chǎn)量等性狀相關(guān)性不顯著，開花后氣象因子有的與產(chǎn)量等性狀呈顯著或極顯著相關(guān)。開花后總平均氣溫與單株有效莢數(shù)、單株粒重、產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，也就是太高的溫度對大豆開花結(jié)莢不利，花莢期高溫干旱能造成大豆癥青[9]，甚至絕產(chǎn)[8]。開花后總降雨量與生育期呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，即開花后降雨越多生育期越長。全生育期總降雨量與百粒重呈顯著正相關(guān)關(guān)系，尤其是大豆結(jié)莢鼓粒期需水量最大，但降雨多，光照會減少，適量雨水與充足的光照，才有利于大豆產(chǎn)量的提高。

表7 冀豆12 農(nóng)藝性狀與開花前后氣象因子的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

分析2018-2022 年大豆生育期間的溫度、降水量、日照時數(shù)3 個氣象因子，發(fā)現(xiàn)5 年間平均氣溫變幅不大，變異系數(shù)都低于5%。而降水量與日照時數(shù)變化是相反的，一般情況下降水量偏少，日照時數(shù)增加；降水量偏多，日照時數(shù)減少[10]。只有當(dāng)溫度、降水量、日照時數(shù)的變化與大豆生長發(fā)育的需求一致時，才有利于大豆的生長發(fā)育，實現(xiàn)高產(chǎn)。

3.1 氣象因子對生育期的影響生育期長短主要取決于開花到成熟時間的長短，因此，大豆生長中后期的天氣條件對生育期的影響較大。5 年間，2018年大豆生育期最短，與生育后期降雨量最少，日照時數(shù)最長有關(guān)。2018 年8-10 月降雨量僅103.4mm，日照時數(shù)卻達(dá)到最大595.6h。而2021 年大豆生育期最長，與生育后期降雨量最多，日照時數(shù)最短有關(guān)。2021 年8-10 月降雨量多達(dá)430.4mm，是2018年的4 倍多，日照時數(shù)最少為530.6h，比2018 年少65.0h。因此，大豆生育后期降雨量和日照時數(shù)對生育期長短起關(guān)鍵作用。后期日照時數(shù)少，降雨量多，造成貪青晚熟，非常不利于大豆成熟，進(jìn)而使大豆生育期延長。

3.2 氣象因子對產(chǎn)量性狀的影響對于同一品種，在相同栽培條件下，大豆產(chǎn)量由不同的天氣條件決定。大豆生育期間的氣溫、降水量、日照時數(shù)是影響大豆產(chǎn)量的主要因素，尤其是從開花期到成熟期階段，降水量、日照時數(shù)的影響非常明顯[10]。2019年冀豆12 的產(chǎn)量最高，達(dá)到3519.0kg/hm2，這與當(dāng)年的天氣條件有極大關(guān)系。2019 年8-10 月氣溫51.5℃，5 年中最低；降雨量236.1mm，5 年中排名第4 位，降雨量不多，但每月降雨量比較均勻，沒有出現(xiàn)缺水或雨量過大的現(xiàn)象；日照時數(shù)595.3h，5 年中排第2 位，比第1 位僅低0.3h，而且每月日照時數(shù)比較均勻。日照時數(shù)長，利于葉片光合作用，積累光合產(chǎn)物。2020 年冀豆12 的產(chǎn)量較高，5 年中排第2 位，達(dá) 到3376.5kg/hm2。2020 年8-10 月 氣 溫51.5 ℃，與2019 年相同；降雨量258.9mm，5 年中排第3 位，降雨量不少，但每月間分布不均勻，8 月份降雨量226.6mm，9 月份降雨量28.3mm；日照時數(shù)579.0h，5 年中排第3 位。因此，本地區(qū)冀豆12 獲得豐產(chǎn)的氣候條件大致為：生育期間氣溫101.8℃，總降雨量330.1mm，總?cè)照諘r數(shù)1047.2h。即大豆生長期適宜的氣溫、均勻充足的光照、均勻適中的降雨量，無極端天氣，是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。