大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對土壤肥力及大豆產(chǎn)量的影響

摘要：通過研究大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對大豆干物質(zhì)積累、株高、單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、產(chǎn)量及土壤肥力的影響，為黑龍江省大豆單產(chǎn)提升提供高效施肥方案。2022年和2023年選用中龍豆120和黑農(nóng)81這2個大豆品種為試驗材料，采用6種施肥措施處理，分別為T1（常規(guī)施肥：尿素25 kg/hm2、磷酸二胺150 kg/hm2、硫酸鉀 50 kg/hm2）、T2（常規(guī)施肥+新美洲星拌種劑拌種+噴施新美洲星作物生長抗逆免疫劑）、T3（常規(guī)施肥+ARC微生物菌劑）、T4（常規(guī)施肥+十方生物菌劑拌種+噴施十方生物菌肥）、T5（常規(guī)肥減半施+硫代硫酸銨灌施）、T6（常規(guī)施肥+噴施富硒肥），對比研究大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對土壤肥力及大豆產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，在大豆-玉米輪作模式下，T3處理大豆的干物質(zhì)積累量、株高、單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、產(chǎn)量及土壤肥力均高于其他處理（P<0.05）。2022年，與T1處理相比，T3處理中龍豆120的產(chǎn)量提高了20.96%，達(dá)到了（3 056.7±69.3） kg/hm2；黑農(nóng)81的產(chǎn)量提高了23.82%，達(dá)到了（2 893.3±56.2） kg/hm2。2023年，與T1處理相比，T3處理中龍豆120的產(chǎn)量提高了21.44%，達(dá)到了（3 053.3±62.1） kg/hm2；黑農(nóng)81的產(chǎn)量提高了22.03%，達(dá)到了（2 839.3±41.8） kg/hm2。說明在大豆—玉米輪作模式下，常規(guī)施肥+ARC微生物菌劑的施肥措施，可顯著提高土壤肥力及大豆的產(chǎn)量，是大豆單產(chǎn)提升一種較好的高效施肥方案。

關(guān)鍵詞：大豆；施肥措施；大豆—玉米輪作；干物質(zhì)；產(chǎn)量；土壤肥力

中圖分類號：S344.1；S513.06；S565.106 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）16-0110-07

大豆是我國重要的糧油飼兼用作物［1］。近年來，隨著人們生活水平的提高和畜牧業(yè)的快速發(fā)展，我國對大豆的需求日益增加，為滿足人民需求，我國大豆進(jìn)口量持續(xù)攀升，目前已超過1億t/年，對外依存度連續(xù)多年超過85%，大豆供給安全面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)［2-3］。因此，2019年中央一號文件提出了實施大豆振興計劃，2022年的中央一號文件提出了大力實施擴大大豆種植面積、挖掘大豆單產(chǎn)潛力的大豆產(chǎn)能提升工程。大豆具有固氮作用，可培肥地力，玉米根系發(fā)達(dá)、吸肥力強，易消耗地力，大豆和玉米合理輪作、互相換茬可以減少地力消耗，提高產(chǎn)量。張陽等的研究表明，大豆—玉米輪作模式下大豆產(chǎn)量可提高10.05%［4］。劉慧等在黑龍江省北安市的試驗結(jié)果表明，大豆—玉米輪作后大豆產(chǎn)量可增加10～15 kg/667 m2，玉米產(chǎn)量可提高5%～10%［5］。黑龍江省是我國大豆和玉米的主產(chǎn)區(qū)，播種面積大、分布范圍廣，具備輪作基礎(chǔ)與條件，已成為黑龍江省主推的輪作模式之一［6-7］。此外，大量研究結(jié)果表明，化肥在糧食增產(chǎn)中的貢獻(xiàn)率高達(dá) 40%～50%，在我國人口眾多、耕地資源不足的條件下，通過改進(jìn)施肥技術(shù)，實現(xiàn)作物高產(chǎn)有著重要意義［8-17］。本研究連續(xù)2年選用2個大豆品種，采用6種施肥措施處理，對比研究大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對大豆干物質(zhì)積累、株高、單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、產(chǎn)量及土壤肥力的影響，以期為黑龍江省大豆單產(chǎn)提升提供高效施肥方案。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本試驗在哈爾濱市道外區(qū)民主鄉(xiāng)黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院國家現(xiàn)代管理示范園區(qū)內(nèi)（126°51′E，45°51′N）進(jìn)行，試驗地地勢平坦，海拔151 m，耕層土壤為黑土，屬于半濕潤溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫3.6 ℃，年有效積溫為2 800～3 000 ℃，年平均降水量500 mm，年平均無霜期140～150 d。試驗地2022年和2023年5—9月平均氣溫與降水量情況由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所氣象與生理研究室提供，詳見圖1。

1.2 試驗材料

本試驗所用大豆品種為中龍豆120和黑農(nóng)81；玉米品種為德美亞1號。

中龍豆120：黑審豆20220004。在適應(yīng)區(qū)出苗至成熟生育期120 d左右，需≥10 ℃活動積溫2 400 ℃左右。該品種為亞有限結(jié)莢習(xí)性。品質(zhì)分析結(jié)果顯示，粗蛋白質(zhì)含量為39.02%，粗脂肪含量為20.51%。

黑農(nóng)81：黑審豆2018002。在適應(yīng)區(qū)出苗至成熟生育期125 d左右，需≥10 ℃活動積溫2 600 ℃左右。該品種為亞有限結(jié)莢習(xí)性。品質(zhì)分析結(jié)果顯示，粗蛋白質(zhì)含量為38.78%，粗脂肪含量為22.18%。

德美亞1號：冀審玉2014034。在適宜種植區(qū)生育日數(shù)110 d左右，從出苗到成熟需活動積溫 2 100 ℃ 左右。半收斂株型。粗蛋白含量為 9.06%～9.11%，粗脂肪含量為4.17%～5.17%，淀粉含量為72.28%～74.12%，賴氨酸含量為0.24%～0.29%。

尿素：總氮含量≥46.4%。由中國石油天然氣股份有限公司大慶石油分公司生產(chǎn)并提供。

磷酸二胺：總養(yǎng)分（N+P2O5）含量≥64.0%，N、P2O5、K2O的含量分別為18%、46%、0。由云南云天化股份有限公司生產(chǎn)并提供。

硫酸鉀：K2O含量≥52.0%、Cl含量≤1.5%、S含量≥17.0%。由唐山三孚鉀肥有限公司生產(chǎn)并提供。

十方生物菌劑：地衣芽孢桿菌、釀酒酵母、棘孢木霉、黑曲霉，有效活菌數(shù)≥5×107 CFU/g。由北京十方技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)并提供。

十方生物菌肥：十方大豆專用肥2號。由北京十方技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)并提供。

富硒肥：奧可富生物活性硒營養(yǎng)液，腐殖酸含量≥30 g/L，N+P2O5+K2O含量≥200 g/L，Se含量≥3 g/L，S含量≤30 g/L，Cl含量≤30 g/L，Na含量≤30 g/L，Hg含量≤5 mg/L，As含量≤10 mg/kg，Cd含量≤10 mg/kg，Pb含量≤50 mg/kg，Cr含量≤50 mg/kg，水不溶物含量≤50 g/L，pH值5～8。由黑龍江天輝奧創(chuàng)農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)并提供。

硫代硫酸銨液體肥：硫代硫酸銨含量56%～60%，由武漢康正科技有限公司生產(chǎn)并提供。

新美洲星拌種劑（水劑30 mL/袋，有機質(zhì)含量≥30 g/L，水不溶物含量≤20 g/L，pH值6.0～6.8）、新美洲星作物生長抗逆免疫劑（水劑 30 mL/袋，有機質(zhì)含量≥30 g/L，水不溶物含量≤20 g/L，pH值6.0～6.8）均由安徽省神農(nóng)農(nóng)業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn)并提供。

ARC微生物菌劑由李培武院士團隊研發(fā)，河北金土生物科技股份有限公司生產(chǎn)并提供。

1.3 試驗方法

試驗設(shè)置6種施肥措施處理，分別為T1（常規(guī)施肥：施尿素25 kg/hm2、磷酸二胺150 kg/hm2、硫酸鉀50 kg/hm2）、T2（常規(guī)施肥+新美洲星拌種劑拌種+噴施新美洲星作物生長抗逆免疫劑：美洲星原液按照6 ∶1 000的比例拌種，適當(dāng)添加水分，一般1 kg種子加水3 mL，拌勻于室內(nèi)晾干后播種；花期和鼓粒期葉面噴施新美洲星作物生長抗逆免疫劑1 500 mL/hm2）、T3（常規(guī)施肥+ARC微生物菌劑：常規(guī)肥與ARC微生物菌劑60 kg/hm2，兩者混勻后播種時一次性施入）、T4（常規(guī)施肥+十方生物菌劑拌種+噴施十方生物菌肥：十方生物菌劑用水稀釋10倍進(jìn)行拌種；十方生物菌劑與水按1 ∶10的比例，加入容器，保持溫度32～38 ℃，遮蓋容器口，適當(dāng)透氣，避光放置10 h以上后與十方大豆專用肥2號按1 ∶5的比例混勻，按機械作業(yè)所需水量兌水?dāng)噭蚝笕~面噴施，十方生物菌劑用量1.5 kg/hm2，十方大豆專用肥2號用量7.5 L/hm2）、T5（常規(guī)肥減半施+硫代硫酸銨灌施：常規(guī)肥減半施及開花期到鼓粒期每半個月在大豆苗的側(cè)面土壤表面灌施1次硫代硫酸銨，硫代硫酸銨每次用量37.5 kg/hm2）、T6（常規(guī)施肥+噴施富硒肥：常規(guī)施肥及苗期、花期、結(jié)莢期噴施富硒肥，富硒肥每次用量1 kg/hm2，按機械作業(yè)所需水量兌水?dāng)噭蚝笕~面噴施）。采用小區(qū)試驗，每個小區(qū)8行，行長10 m，行距0.65 m，每個處理3次重復(fù)。播種及田間管理參照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)大豆種植方式。

1.4 指標(biāo)測定

干物質(zhì)測定：在分枝期、鼓粒期，每個小區(qū)分別隨機選擇3株大豆植株（每個處理9株），將每株子葉節(jié)往上部分分別裝袋置入烘箱，經(jīng)105 ℃殺青 30 min，再將烘箱溫度調(diào)至65 ℃烘干至恒重后，稱重計單株干物質(zhì)量。

產(chǎn)量相關(guān)性狀測定：在大豆成熟期每個小區(qū)分別隨機選取3株（每個處理9株）進(jìn)行考種即分別測定株高、單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)。

產(chǎn)量測定：大豆成熟后每小區(qū)從中間4行隨機選取2 m2進(jìn)行收獲，脫粒晾干后稱量籽粒總重量，并折合公頃產(chǎn)量。

土壤全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)的含量測定：在分枝期、鼓粒期，每個小區(qū)采取5點取樣法進(jìn)行取樣，每個小區(qū)所采集的土樣混成一個土樣（每個處理3次重復(fù)），取樣深度為20 cm。將樣品帶回實驗室按HTYF-DT4 精誠華泰土壤養(yǎng)分測定儀說明進(jìn)行全氮含量、堿解氮含量、速效磷含量等相關(guān)指標(biāo)測定。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0進(jìn)行方差分析，并進(jìn)行Duncans檢驗，用Excel軟件制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對土壤肥力的影響

由表1可知，2022年和2023年試驗中，在大豆分枝期和鼓粒期2個不同生育時期，不同施肥措施對土壤養(yǎng)分的影響不同。其中，T3處理中土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量均顯著高于其他處理（P<0.05）。2022年，與T1處理相比，T3處理在黑農(nóng)81分枝期和鼓粒期土壤有機質(zhì)含量分別提高38.46%和15.90%，全氮含量分別提高13.04%和10.65%，堿解氮含量分別提高了17.36%和15.79%，速效磷含量分別高33.85%和48.94%，速效鉀含量分別提高26.27%和11.17%；在中龍豆120分枝期和鼓粒期土壤有機質(zhì)含量分別提高44.81%和39.02%，全氮含量分別提高12.27%和12.43%，堿解氮含量分別提高16.25%和19.10%，速效磷含量分別提高33.15%和45.34%，速效鉀含量分別提高23.81%和13.03%。2023年，與T1處理相比，T3處理在黑農(nóng)81分枝期和鼓粒期土壤有機質(zhì)含量分別提高38.05%和28.06%，全氮含量分別提高15.63%和11.45%，堿解氮含量分別提高17.77%和19.58%，速效磷含量分別提高31.53%和49.73%，速效鉀含量分別提高26.32%和12.66%；中龍豆120分枝期和鼓粒期土壤有機質(zhì)含量分別提高38.58%和38.87%，全氮含量分別提高12.20%和13.25%，堿解氮含量分別提高17.11%和20.24%，速效磷含量分別提高了33.41%和42.24%，速效鉀含量分別提高23.44%和12.58%。

2.2 大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對大豆干物質(zhì)積累的影響

由表2可知，2022年和2023年試驗中，在大豆分枝期和鼓粒期這2個不同生育時期，不同施肥措施對大豆干物質(zhì)積累的影響不同。其中，T3處理的大豆干物質(zhì)積累高于其他處理，多數(shù)差異達(dá)顯著水平。2022年，與T1處理相比，T3處理黑農(nóng)81在分枝期和鼓粒期的干物質(zhì)量分別提高了16.84%和38.58%；中龍豆120在分枝期和鼓粒期干物質(zhì)量分別提高20.29%和38.43%。2023年，與T1處理相比，T3處理黑農(nóng)81在分枝期和鼓粒期干物質(zhì)量分別提高20.77%和38.22%；中龍豆120在分枝期和鼓粒期干物質(zhì)量分別提高24.79%和38.74%。

2.3 大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對大豆產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀的影響

由表3可知，2022年和2023年試驗中，不同施肥措施對大豆產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀的影響不同。其中，T3處理的大豆株高、單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)均顯著高于其他處理。2022年，與T1處理相比，T3處理黑農(nóng)81的株高增加24.86%，單株有效莢數(shù)增多了57.83%，單株粒數(shù)增加26.56%；中龍豆120的株高增加15.42%，單株有效莢數(shù)增加40.00%，單株粒數(shù)增加28.52%。2023年，與T1處理相比，T3處理黑農(nóng)81的株高增加19.73%，單株有效莢數(shù)增多了56.25%，單株粒數(shù)增加24.60%；中龍豆120的株高增加18.72%，單株有效莢數(shù)增加31.06%，單株粒數(shù)增加29.06%。

2.4 大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對大豆產(chǎn)量的影響

由表4可知，2022年和2023年試驗中，不同施肥措施對大豆產(chǎn)量的影響不同。其中，T3處理的大豆產(chǎn)量顯著高于其他處理。2022年，與T1處理相比，T3處理黑農(nóng)81的產(chǎn)量提高了23.82%，達(dá)到了（2 893.3±56.2）kg/hm2；中龍豆120的產(chǎn)量提高了20.96%，達(dá)到了（3 056.7±69.3）kg/hm2；2023年，與T1處理相比，T3處理黑農(nóng)81的產(chǎn)量提高22.03%，達(dá)到了（2 839.3±41.8）kg/hm2；中龍豆120的產(chǎn)量提高了21.44%，達(dá)到了（3 053.3±62.1）kg/hm2。

3 討論與結(jié)論

大豆是僅次于小麥、玉米、水稻、大麥的第五大糧食作物，在其生長過程中需肥量較多，合理施肥是提高其產(chǎn)量和品質(zhì)的必要措施［18-20］。黑龍江省是我國大豆和玉米的主產(chǎn)區(qū)，大豆—玉米輪作是黑龍江省主推的輪作模式之一，因此研究大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對土壤肥力以及大豆產(chǎn)量的影響具有重要的現(xiàn)實意義。微生物菌劑在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，具有提高農(nóng)作物產(chǎn)量、提高肥料利用效率、改善土壤養(yǎng)分供應(yīng)性能等重要作用［21-22］。殷碧秋等的研究表明，在蒜—椒輪作模式下增施20 kg/667 m2的液體微生物菌劑，不僅可減少15%的追肥量，而且辣椒的產(chǎn)量及品質(zhì)均顯著提升［23］。陳芳等研究發(fā)現(xiàn)，微生物菌劑對小麥生長發(fā)育有促進(jìn)作用，對小麥產(chǎn)量有增產(chǎn)效果［24］。候婷婷等研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合微生物菌劑能促進(jìn)大豆的生長發(fā)育與產(chǎn)量提升［25］。盧翔等研發(fā)的解淀粉芽孢桿菌FZB42能夠增強作物的抗病能力并促進(jìn)植物生長［26］。何嘉等研究發(fā)現(xiàn)，微生物菌劑對土壤養(yǎng)分含量、枸杞植株的生長發(fā)育及產(chǎn)量方面有明顯的促進(jìn)作用［27］。羅希榕等研究發(fā)現(xiàn)，7種微生物菌劑對連作辣椒的根系微生物數(shù)量影響較大，均能減少土壤真菌的數(shù)量，增加土壤放線菌和細(xì)菌的數(shù)量［28］。張雯等的研究結(jié)果表明，與常規(guī)水肥處理相比，施用微生物菌劑顯著促進(jìn)了土壤中有機質(zhì)和氮素含量的提高，在適當(dāng)?shù)氖褂脳l件下能夠顯著提高大棚黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)［29］。宋琪等也提出微生物菌劑能夠提高酶活性和肥料利用率，促進(jìn)作物生長，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)［22］。韓華雯等研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合菌種接種劑+半量磷肥處理的苜蓿生長效果最佳，其苜蓿株高和產(chǎn)量分別較對照增加9.00%和11.98%；采用復(fù)合菌劑替代半量化肥，紫花苜蓿的干草產(chǎn)量、粗蛋白含量和脂肪含量分別較對照提高10.6%、16.4%和4.2%［30］。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料所李培武院士團隊首創(chuàng)了花生提質(zhì)固氮減損增產(chǎn)ARC耦合技術(shù)，發(fā)明出ARC微生物菌劑，實現(xiàn)了源頭阻控黃曲霉毒素與同步提高生物固氮。2020—2022年連續(xù)3年在全國花生主產(chǎn)區(qū)示范應(yīng)用，示范點與對照相比花生結(jié)瘤時間顯著提前，結(jié)瘤數(shù)量顯著增多，結(jié)瘤與固氮時間明顯延長，花生產(chǎn)量顯著提高。本研究連續(xù)2年選用2個大豆品種，采用6種施肥措施處理，對比研究大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對大豆干物質(zhì)積累、株高、單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、產(chǎn)量及土壤肥力的影響。結(jié)果顯示，采用常規(guī)施肥+ARC微生物菌劑的施肥措施，在大豆分枝期和鼓粒期，土壤中有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量均顯著高于其他處理，這可能是因為ARC微生物菌劑中含有大量的有益生物菌，施入土壤后，有益生物菌得到快速繁殖，很快在土壤中形成了群體優(yōu)勢，加速了秸稈的腐爛，提高了土壤中有機物質(zhì)的含量。有益生物菌還對土壤中被固定的且不能被植物直接吸收利用的氮、磷、鉀進(jìn)行分解，將其變成了能直接被植物吸收利用的堿解氮、速效磷和速效鉀。此外，ARC微生物菌劑還可以誘發(fā)促進(jìn)土著根瘤菌與大豆作物共生結(jié)瘤固氮，空氣中大量的氮被固定。采用常規(guī)施 肥+ARC微生物菌劑的施肥措施，大豆不同發(fā)育時期干物質(zhì)的積累量、株高、單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、產(chǎn)量均高于其他處理，其中2022年與常規(guī)施肥措施相比，T3處理黑農(nóng)81的產(chǎn)量提高了23.82%，達(dá)到了（2 893.3±56.2）kg/hm2；中龍豆120的產(chǎn)量提高20.96%，達(dá)到（3 056.7±69.3）kg/hm2。2023年與常規(guī)施肥措施相比，T3處理黑農(nóng)81的產(chǎn)量提高22.03%，達(dá)到（2 839.3±41.8）kg/hm2；中龍豆120的產(chǎn)量提高21.44%，達(dá)到（3 053.3±62.1）kg/hm2。這可能是因為ARC微生物菌劑施入土壤提高了土壤肥力，促進(jìn)了大豆的生長發(fā)育。

綜上，本研究認(rèn)為，在大豆—玉米輪作模式下，采用常規(guī)施肥+ARC微生物菌劑的施肥措施，可顯著提高土壤肥力及大豆產(chǎn)量，是大豆單產(chǎn)提升的一種較好的高效施肥方案。

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基金項目：黑龍江省“揭榜掛帥”科技攻關(guān)項目（編號：2021ZXJ05B011-02）。

作者簡介：梁文衛(wèi)（1984—），男，山西運城人，博士，助理研究員，主要從事大豆育種及栽培技術(shù)研究。E-mail：liangwenwei5@163.com。

通信作者：畢影東，博士，研究員，主要從事大豆育種及栽培技術(shù)研究。E-mail：ydbi308@163.com。