種植密度與施肥水平對高蛋白大豆泉豆17農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

林文磊，呂美琴，施迎迎，康蓉蓉，曾紅英

(福建省泉州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所, 福建 泉州 362212)

大豆GlycinemaxL.Merr.原產(chǎn)于我國，是我國重要的糧、油、飼兼用型作物，在國民經(jīng)濟(jì)和人民生活中占有重要地位[1-2]。泉豆17系福建省泉州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所培育的高產(chǎn)高蛋白大豆新品種，該品種于2020年通過福建省主要農(nóng)作物品種審定(審定編號：閩審豆20200001)，2021年通過國家主要農(nóng)作物品種審定(審定編號：國審豆20210078)，具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗逆性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。確定泉豆17最佳種植密度和施肥水平，挖掘品種增產(chǎn)潛力，實(shí)現(xiàn)良種良法配套，對今后該品種的高效種植及推廣應(yīng)用具有重要意義。大豆屬于群體產(chǎn)量型作物，產(chǎn)量高低、品質(zhì)好壞受基因型和栽培環(huán)境條件的共同影響[3]。前人研究[4-5]表明，隨著種植密度增加，植株倒伏率顯著提高，不同大豆品種的單產(chǎn)呈現(xiàn)先升后降趨勢，且達(dá)到最高產(chǎn)量時的密度也有差異。大豆根瘤菌雖然具備固氮能力，但在大豆生長前期，根瘤菌固氮能力較弱，仍然需要施用底肥，尤其是在速效氮含量較少的土壤，基肥中加入少量氮肥，可提高速效氮含量，有利于根系及根瘤的生長發(fā)育，促進(jìn)根瘤菌的形成和提高固氮能力，但是基肥中氮肥施用過量反而會抑制根瘤菌的生長，造成固氮酶活性峰值提前、根系早衰[6-7]。宋秀麗[8]研究表明，氮肥能顯著增加大豆株高，促進(jìn)植株干物質(zhì)積累，增加大豆單株莢數(shù)和粒數(shù)，但是，與低氮處理相比，中氮、高氮處理的產(chǎn)量均稍有下降。大豆的品質(zhì)高低與品種、種植環(huán)境密切相關(guān)，有的學(xué)者[9-11]研究表明，不同種植密度對不同大豆品種的蛋白質(zhì)和脂肪含量影響趨勢不同，而有的學(xué)者[12-13]研究表明，隨著種植密度的增加，油分含量呈下降趨勢，隨著施肥量的增加，油分含量先上升后下降。由此可見，合理的種植密度和施肥水平對大豆生長發(fā)育、產(chǎn)量以及大豆品質(zhì)提升均具有重要意義，且不同品種最適宜的種植密度和施肥水平也有差異。目前，泉豆17已在福建省推廣種植，但配套的種植密度和施肥水平研究尚未見報道。本研究以泉豆17為研究對象，通過動態(tài)調(diào)整種植密度及施肥水平，研究該品種農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)的變化規(guī)律，探索泉豆17最適宜的種植密度及施肥水平，為今后該品種的高產(chǎn)栽培及推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在福建省晉江市紫帽鎮(zhèn)紫星村泉州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所紫帽基地大豆試驗(yàn)田進(jìn)行(24°53′N，118°29′E)。試驗(yàn)地土壤為紅黃壤土，前茬作物為玉米，地勢平坦，土壤基礎(chǔ)肥力：有機(jī)質(zhì)17.2 g·kg-1、堿解氮80.6 mg·kg-1、有效磷10.1 mg·kg-1、速效鉀198.4 mg·kg-1、pH值6.9。

1.2 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)以高產(chǎn)高蛋白大豆新品種泉豆17為試驗(yàn)材料。據(jù)2016～2017兩年國家區(qū)試結(jié)果，該品種平均蛋白質(zhì)含量45.60%，平均粗脂肪含量18.81%，蛋脂總和為64.41%。供試肥料為復(fù)合肥(N∶P2O∶K2O=17∶17∶17)，由福建省中挪化肥有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2022年3月進(jìn)行，采用兩因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(表1)，試驗(yàn)因素一為密度處理(萬株·hm-2),分別為12(D1)、18(D2)、24(D3)、30(D4)、36(D5)；因素二為施肥處理(kg·hm-2)，分別為150(F1)、300(F2)、450(F3)、600(F4)、750(F5)，二因素交互作用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。小區(qū)行長6.67 m，行距0.5 m，面積6.67 m2，每個處理3次重復(fù)，共計(jì)75個小區(qū)。不同種植密度與施肥處理組合完全隨機(jī)排列，每穴播種3粒種子，出苗后15 d，按照試驗(yàn)密度設(shè)計(jì)進(jìn)行人工定苗，按公頃施肥水平折算成小區(qū)用量全部作為基肥一次性施入，后期不再進(jìn)行追肥。治蟲不治病，其他田間管理同大田。

表1 兩因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1農(nóng)藝性狀 大豆成熟后(全株有95%的莢變?yōu)槌墒祛伾?，搖動時有響聲的植株達(dá)50%以上)，在每個小區(qū)的中間部位拔取無缺株、連續(xù)的、具有代表性的10個植株，帶回室內(nèi)考種，其余植株全部收獲測產(chǎn)，考種項(xiàng)目有株高、底莢高度、莖粗、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)、單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重，取10個考種數(shù)據(jù)平均值。

1.4.2產(chǎn)量 每個小區(qū)單獨(dú)收獲、脫粒，曬干后稱重，以小區(qū)產(chǎn)量折算成每公頃產(chǎn)量。

1.4.3品質(zhì) 種子脫粒后曬干，使用波通近紅外分析儀DA7250進(jìn)行品質(zhì)測定，測定蛋白質(zhì)及脂肪含量(干基)，每個小區(qū)測定3次取平均值。

1.5數(shù)據(jù)分析 將株高、底莢高度、莖粗、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)歸類為株型性狀，單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重、產(chǎn)量歸類為產(chǎn)量性狀，蛋白質(zhì)含量、脂肪含量歸類為品質(zhì)性狀。使用Excel 2013進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理，用DPSv 7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，利用Duncan法檢驗(yàn)0.05水平上的差異顯著性，并進(jìn)行Pearson雙尾相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 泉豆17的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)差異來源分析

由表2可知，種植密度、施肥水平及其互作對泉豆17的蛋白質(zhì)含量和脂肪含量均無顯著影響(FF0.01，下同)；種植密度和施肥水平對株高、底莢高度、有效分枝數(shù)、單株有效莢數(shù)均有極顯著影響；種植密度對莖粗、主莖節(jié)數(shù)均有極顯著影響，施肥水平對莖粗、主莖節(jié)數(shù)均有顯著影響(P<0.05，下同)；種植密度與施肥水平互作對單株有效莢數(shù)有顯著影響，對株高、底莢高度、莖粗、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù)的影響均不顯著。上述各項(xiàng)指標(biāo)因種植密度與施肥水平不同而產(chǎn)生的變化規(guī)律不盡相同。

表2 種植密度與施肥水平下泉豆17農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)聯(lián)合方差分析(F值)

2.2 種植密度與施肥水平對泉豆17株型性狀的影響規(guī)律分析

2.2.1株高、底莢高度 由表3可知，株高和底莢高度隨種植密度和施肥水平的變化規(guī)律相同，最大值均出現(xiàn)在D5F5處理水平，分別為60.66、10.96 cm，最小值均出現(xiàn)在D1F1處理水平，分別為49.43、8.79 cm。在F1～F5施肥水平條件下，株高和底莢高度均隨著種植密度的增大呈增大的趨勢，同一施肥水平不同密度處理間的株高和底莢高度均存在顯著差異；在D1～D5種植密度條件下，株高和底莢高度均隨施肥水平的提高呈增大的趨勢，且均在F5施肥水平下達(dá)到最大值，同一密度處理不同施肥水平間的株高和底莢高度也均存在顯著差異，說明提高施肥水平有利于大豆植株長高，同時也能提高大豆底莢高度。由表4的相關(guān)性分析可知，種植密度與株高、底莢高度均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.93、0.88，大豆底莢高度與株高也呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.92，這說明大豆的底莢高度也會受株高的影響。

表4 種植密度、施肥水平與泉豆17株型性狀間的相關(guān)性分析

2.2.2莖粗、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝數(shù) 由表3可知，莖粗、主莖節(jié)數(shù)和有效分枝數(shù)的最大值均出現(xiàn)在D1F5處理水平，分別為0.89 cm、12.60節(jié)、4.10個，最小值均出現(xiàn)在D5F1處理水平，分別為0.73 cm、11.40節(jié)、2.10個。在D1～D5種植密度條件下，莖粗、主莖節(jié)數(shù)和有效分枝數(shù)隨著施肥水平的提高總體均呈增大的趨勢，同一種植密度不同施肥水平間的莖粗、主莖節(jié)數(shù)和有效分枝數(shù)均存在顯著差異。莖粗和有效分枝數(shù)在D1、D2低密度條件下最大值均出現(xiàn)在F5施肥處理水平，在D3、D4、D5中高密度條件下，最大值均出現(xiàn)在F4施肥處理水平，說明在低種植密度條件下，增加施肥量可增大植株莖粗、增加有效分枝數(shù)，而中高種植密度條件下，單純增加施肥量并不能增大植株莖粗、增加有效分枝數(shù)；主莖節(jié)數(shù)的最大值均出現(xiàn)在F5施肥處理水平。在F1～F5施肥水平條件下，莖粗、主莖節(jié)數(shù)和有效分枝數(shù)均隨著種植密度的增大總體呈減小趨勢，同一施肥水平不同種植密度間的莖粗、主莖節(jié)數(shù)和有效分枝數(shù)也均存在顯著差異。

2.3 種植密度與施肥水平對泉豆17產(chǎn)量性狀的影響規(guī)律分析

2.3.1單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重 由表5可知，單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重的最大值均出現(xiàn)在D1F5處理水平，分別為49.93個、64.17個、10.44 g，最小值均出現(xiàn)在D5F1處理水平，分別為34.37個、43.43個、6.32 g。在F1～F5施肥水平條件下，單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重均隨著種植密度的增大而逐漸減小，同一施肥水平不同種植密度處理間的單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重均存在顯著差異，說明高種植密度條件不利于大豆單株產(chǎn)量的提升，這是因?yàn)楦呙芏葪l件下群體內(nèi)光照、養(yǎng)分競爭大，遮陰效應(yīng)明顯，單株生長受到抑制。單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重在D1、D2、D3中低密度條件下，均隨著施肥水平的提高而增大，在D4、D5高種植密度條件下，均隨著施肥水平的提高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，最大值均出現(xiàn)在F4施肥水平，說明適當(dāng)提高施肥水平能使大豆單株增產(chǎn)潛力得到更充分的發(fā)揮，但過量施肥會造成大豆單株有效莢數(shù)和單株粒數(shù)減少，反而不利于單株產(chǎn)量的提升，這是因?yàn)槭┓蔬^量會造成大豆徒長，加劇群體內(nèi)遮陰效應(yīng)，不利于大豆單株生長。

表5 種植密度與施肥水平處理對泉豆17產(chǎn)量性狀的影響

2.3.2產(chǎn)量 由表5可知，大豆產(chǎn)量在D4F4處理水平下為最大值2217.40 kg·hm-2，在D1F1處理水平下為最小值1608.24 kg·hm-2。在F1～F5施肥水平下，產(chǎn)量隨種植密度的變化規(guī)律均是D4>D3>D5>D2>D1，中高種植密度D3、D4、D5處理的產(chǎn)量顯著高于低種植密度D1、D2處理；在D1～D5種植密度處理下，大豆產(chǎn)量均隨著施肥水平的提高呈現(xiàn)先增大后略有下降的趨勢。D1～D5種植密度處理在各施肥水平下大豆產(chǎn)量較F1施肥水平的增產(chǎn)比例如圖1所示，其中D4處理的大豆產(chǎn)量隨施肥水平的增產(chǎn)比例最大，F(xiàn)4處理比F1處理增產(chǎn)13.80%，其次為D3處理，D5、D2、D1處理的大豆增產(chǎn)比例均較小且差異不大。說明中高密度D4、D3處理對肥料的利用率比其他處理的高，單純提高種植密度或增加施肥量并不能充分發(fā)揮大豆群體的增產(chǎn)潛力、使大豆產(chǎn)量達(dá)到最大，只有通過合理配置種植密度和施肥水平才能獲得大豆高產(chǎn)。

圖1 產(chǎn)量在不同種植密度水平下隨施肥水平提高的增產(chǎn)比例Fig.1 Proportion of the yield increase with the increase of fertilizer application level under different levels of planting density

2.4 種植密度與施肥水平對泉豆17品質(zhì)性狀的影響分析

由表6可知，蛋白質(zhì)含量和脂肪含量隨著種植密度的變化無明顯規(guī)律，隨著施肥水平的變化也無明顯規(guī)律，蛋白質(zhì)含量在D1F3處理水平下為最大值45.36%，在D5F1處理水平下為最小值45.28%。脂肪含量在D4F3處理水平下為最大值18.60%，在D1F1處理水平下為最小值18.51%。這說明單純通過增加施肥量來提高植株養(yǎng)分供給或者通過減小種植密度來減輕植株間的養(yǎng)分競爭，并不能使大豆蛋白質(zhì)含量和脂肪含量達(dá)到最大值，只有通過合理的肥密配置才能充分發(fā)揮大豆的優(yōu)良品質(zhì)特性。對種植密度和施肥水平與品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，由表7可知，種植密度和施肥水平與蛋白質(zhì)含量均存在一定的負(fù)相關(guān)，與脂肪含量均存在一定的正相關(guān)，種植密度與脂肪含量的相關(guān)性達(dá)顯著性水平，相關(guān)系數(shù)為0.263。

表6 種植密度與施肥水平處理對泉豆17品質(zhì)的影響

表7 種植密度和施肥水平與泉豆17品質(zhì)性狀間的相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

本研究表明，種植密度和施肥水平及其互作對大豆的株型性狀、產(chǎn)量性狀及品質(zhì)性狀的影響各不相同。株高和底莢高度隨著種植密度和施肥水平的提高均呈增大的趨勢，這與前人[14-15]的研究結(jié)果一致。這可能與植物的向光性生長特性有關(guān)，種植密度大時，植株間的遮陰效果與養(yǎng)分競爭加劇，為減輕遮陰造成陽光照射不足的不利影響，植株通過向上生長來獲取更多的陽光直射，以滿足生長所需；底莢高度受光照影響較大，種植密度小時，植株間互相遮陰較輕，可獲得充足的陽光照射，因此底莢高度也較低。提高施肥水平，有利于大豆植株的生長，因而高施肥水平處理下的株高和底莢高度也較高。莖粗、主莖節(jié)數(shù)和有效分枝數(shù)隨著種植密度的增大總體均呈逐漸減小的趨勢，莖粗和有效分枝數(shù)在D1、D2低密度條件下，均隨施肥水平的提高而增大，在D3、D4、D5中高密度條件下，隨著施肥水平的變化呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律，這與前人[16-17]的研究結(jié)果相似。在高種植密度條件下，施肥水平過大時，容易造成植株葉片生長旺盛，植株間的遮陰效果加劇，同時植物的向光性生長加速了株高的增長，消耗了大量養(yǎng)分，莖稈的縱向生長減緩了莖稈的橫向生長，同時植株頂端生長抑制側(cè)枝的生長，因而高種植密度下施肥過量莖粗和有效分枝數(shù)反而減小。主莖節(jié)數(shù)隨著施肥水平的提高而增大，這與前人[18-19]的研究結(jié)果一致。莖粗大小對大豆植株抗倒伏能力至關(guān)重要，莖稈粗壯的植株，抗倒伏能力較強(qiáng)。種植密度越大，莖粗越小，株高越大，有效分枝數(shù)越少，抗倒伏性降低，植株越容易倒伏，最終造成減產(chǎn)，因此適當(dāng)稀植既能使植株株高不至于過大，也能使植株莖稈更粗，從而增強(qiáng)植株的抗倒伏能力，增加有效分枝數(shù)，為大豆高產(chǎn)做好準(zhǔn)備。主莖節(jié)數(shù)不僅是一個表征大豆株型的重要指標(biāo)，同時也是一個表征大豆產(chǎn)量的指標(biāo)，主莖節(jié)數(shù)少的處理較難實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)。有效分枝數(shù)與大豆抗倒伏能力、光合效率和產(chǎn)量均密切相關(guān)，因此，可通過適當(dāng)減小種植密度提高植株的抗倒伏能力和大豆光合效率，從而提高大豆群體產(chǎn)量。

本研究顯示，大豆單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重的最大值均出現(xiàn)在D1F5處理水平，最小值均出現(xiàn)在D5F1處理水平。單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重均隨著種植密度的增大而減小，種植密度大時，植株株高增大，莖稈的生長消耗了地下部吸收的養(yǎng)分和地上部大量的光合產(chǎn)物，與植株的莢果生長爭奪養(yǎng)分，植株單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重均減小。單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重隨施肥水平的變化規(guī)律相同：在D1、D2、D3中低種植密度條件下，均隨著施肥水平的提高而增大，在D4、D5高種植密度條件下，高施肥水平F5對大豆的籽粒生長產(chǎn)生抑制作用，因此均在F4施肥水平處理下達(dá)到最大值，表現(xiàn)為F4>F5>F3>F2>F1。在低種植密度條件下，植株間的養(yǎng)分競爭較小，施肥量過大時會造成植株徒長，葉片生長旺盛，消耗了大量養(yǎng)分，同時對大豆結(jié)莢期和鼓粒期會造成遮陰效果，因而單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重反而減??；而高種植密度條件下，過量施肥量加劇了植株間的遮陰效果，因而單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重的峰值出現(xiàn)在中高施肥水平F4處。本研究中種植密度對單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重的影響的結(jié)果與前人[20-22]的研究結(jié)果一致。

相關(guān)研究表明，大豆產(chǎn)量受內(nèi)在遺傳因素和外在環(huán)境因素的共同影響。不同種植密度對大豆植株生長發(fā)育的影響不同，低密度種植有利于大豆植株個體發(fā)育，單株產(chǎn)量性狀表現(xiàn)充分，但單位面積群體量小，限制了大豆總產(chǎn)量的提升；高密度種植不利于大豆通風(fēng)透光，影響個體充分發(fā)育，同時易導(dǎo)致田間倒伏，雖然群體量大，但仍然無法獲得高產(chǎn)[23]。因此，種植密度過大或過小均無法獲得高產(chǎn)。本研究顯示，在各施肥水平條件下，大豆產(chǎn)量在中高種植密度D3、D4條件下比其他種植密度條件下的大，呈現(xiàn)先升后降的趨勢，這與前人[24-25]的研究結(jié)果一致；在各種植密度條件下，大豆產(chǎn)量均隨著施肥水平的提升呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，與低種植密度相比，D3、D4、D5中高種植密度條件下產(chǎn)量隨施肥水平提升增加比例更大，這說明在中高種植密度條件下對肥料的利用率更高。

本研究顯示，蛋白質(zhì)含量和脂肪含量隨著種植密度和施肥水平的變化均未表現(xiàn)出明顯規(guī)律，種植密度和施肥水平與蛋白質(zhì)含量存在一定的負(fù)相關(guān)，與脂肪含量存在一定的正相關(guān)。種植密度和施肥水平對蛋白質(zhì)含量和脂肪含量的影響規(guī)律有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

D4F4處理下的株高、底莢高度均處于中上水平，莖粗為0.81 cm，比最小值增大10.96%，主莖節(jié)數(shù)適中，單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重雖然均未達(dá)到最大值，但也均處于中等水平，而群體產(chǎn)量達(dá)到最大值2217.40 kg·hm-2，說明在該處理組合下(密度30萬株·hm-2、施肥600 kg·hm-2)，充分發(fā)揮了泉豆17的群體增產(chǎn)潛力。

綜上，本研究認(rèn)為在福建省泉州地區(qū)現(xiàn)有的栽培條件下，泉豆17最適宜的種植密度為30萬株·hm-2，在此種植密度條件下，最佳施肥水平為600 kg·hm-2，該組合下最大產(chǎn)量為2217.40 kg·hm-2。在此栽培條件下，能協(xié)調(diào)好大豆植株間的養(yǎng)分競爭關(guān)系，充分發(fā)揮大豆單株和群體的增產(chǎn)潛力。種植密度和施肥水平影響大豆單株和群體生長的內(nèi)在機(jī)理，有待后續(xù)深入研究。