施氮量和种植密度对甘肃省不同生态区大豆农艺性状及产量的影响
张彦军 王兴荣 李玥 李永生 李峰 苟作旺 张恺东 祁旭升
摘要：为了确定甘肃省沿黄灌区、河西绿洲灌区和陇东雨养农业区的大豆最佳施氮量和种植密度，选用陇中黄601、陇中黄602、陇中黄603、汾豆78等4个大豆品种，在3个不同生态区设置4个氮肥水平和4个种植密度，测量株高、有效分枝数等主要农艺性状及产量等指标。结果表明，不同施氮水平和种植密度对大豆农艺性状和产量的影响较大，随着氮肥的增加，大豆株高、有效分枝数、主茎节数、单株荚数、单株粒重、百粒重和产量呈递增的趋势，综合比较得出不同生态区大豆最佳施氮量均为N 90 kg/hm2。随着种植密度的增加，折合产量呈先升高后降低的趋势。会宁县和甘州区的最佳种植密度为16.67 万株/hm2，宁县的最佳种植密度为19.67 万株/hm2。对3个生态区的大豆产量分析表明，河西绿洲灌区的张掖市甘州区适合种植早熟品种陇中黄601，而沿黄灌区的会宁县和陇东雨养农业区的宁县适宜种植中晚熟品种陇中黄603。
关键词：大豆; 施氮量; 种植密度; 生态区;农艺性状; 产量;甘肃省
中图分类号：S565.1 ? ? 文献标志码：A ? ?文章编号：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 ]，与人们生活密不可分。据国家统计局数据，2020年我国大豆产量为 ?1 960万t，播种面积与产量均较2019年有所增加。据海关总署统计，2020年我国累计进口大豆10 033万t，首次超过1亿t，刷新了2017年进口9 553万t记录[2 ]。可见，大豆产需缺口巨大，高度依赖进口。在耕作制度中，大豆也是种养相结合的重要倒茬作物，其根系含有的根瘤菌能固定空气中的氮素，可提高氮肥利用效率。大豆成熟后，叶片自然脱落，能够起到培肥地力的作用。
影响大豆农艺性状及产量的因素诸多，如品种、气候条件、土壤养分、栽培措施等[3 ]，其中高效的栽培措施是大豆高产的基础。氮素是作物生长发育和提高产量必不可少的营养元素之一，合理的施肥量对作物的产量贡献率可达40%～50%[4 ]，不科学的施肥不仅影响作物产量，同时造成肥料浪费及破坏土壤的生态系统和自净能力。大豆属于群体产量作物[5 ]，较对于过度追求单株产量，群体结构对于大豆产量的影响更大，而适当的种植密度是保证合理群体结构的基础[6 - 8 ]，有利于提高大豆叶片的光能利用效率，促进干物质积累，进而提高产量。
甘肃省地域辽阔、生态类型丰富，大豆种植区主要分布于陇东雨养农业区、陇南雨养农业区、河西绿洲灌区、中部沿黄灌区，且存在品种混乱、种植分散、不成规模、管理粗放等问题。针对甘肃省大豆种植栽培过程中存在的问题，我们选用3个甘肃省审定品种（陇中黄601、陇中黄602、陇中黄603）和1个甘肃省区域试验和生产试验对照品种（汾豆78）为试验材料，在甘肃省沿黄灌区（白银）、张掖河西绿洲灌区（张掖）和陇东雨养农业区（庆阳）3个不同生态区，分析不同施氮水平和种植密度对这4个大豆品种农艺性状及产量的影响，以期为甘肃省大豆高产优质栽培技术建立和推广提供依据。
1 ? 材料与方法
1.1 ? 试验材料
供试大豆品种陇中黄601、陇中黄602、陇中黄603由甘肃省农业科学院作物研究所选育并提供[9 - 10 ]，汾豆78由国家农作物种质资源库（甘肃分库）提供。试验于2020年在白银市会宁县、张掖市甘州区、庆阳市宁县同时进行。
1.2 ? 试验区概况
白银市会宁县地处西北内陆，是温带大陆性季风气候，属于沿黄灌区，年平均气温8.7 ℃，年降水量312.8 mm，年均蒸发量 ? 1 728.0 mm，年无霜期173 d，日照时数达 ? ?2 226.6 h;试验地0～20 cm土层含有机质15.62 g/kg、碱解氮81.44 mg/kg、速效磷18.53 mg/kg、速效钾206.97 mg/kg。张掖市甘州区位于河西走廊中部，是我国西北干旱地带典型的绿洲灌溉农业区，气候类型属大陆性中温干旱气候，年平均气温7.1 ℃、≥0 ℃积温3 391 ℃、≥10 ℃积温2 870 ℃，年平均降水量129.0 mm，蒸发量2 047.9 mm，年平均无霜期153 d;试验地0～20 cm土层含有机质18.45 g/kg、碱解氮76.62 mg/kg、速效磷22.76 mg/kg、速效钾244.53 mg/kg。庆阳市宁县位于陇东地区，是典型的温带性大陆季风气候，属于雨养农业区，年均气温为9.0 ℃，年均日照时数为2 369.1 h，无霜期为168.2 d，年均降水量为568.9 mm，且60%发生在7 — 9月，早春容易发生干旱;试验地土壤类型为黄绵土，0～20 cm土層有机质含量为14.43 g/kg、全氮0.99 g/kg、速效磷11.42 mg/kg、速效钾153.83 mg/kg。
1.3 ? 试验方法
1.3.1 ? 施氮量试验 ? 试验设A1（不施氮）、A2（低氮水平，施N 45 kg/hm2）、A3（当地正常施氮水平，施N 90 kg/hm2）、A4（高氮水平，施N 135 kg/hm2）4个水平，小区面积为10 m2，3次重复，随机区组排列，按行长5 m、0.5 m行距、0.12 m株距4行区种植。所有处理均施P2O5 120 kg/hm2，结合播前整地一次性施入。氮肥施用量按不同处理设计用量施用，其中基肥不施氮肥、分枝期追肥50%、花荚期追肥50%。田间管理同当地大田。
1.3.2 ? 种植密度试验 ? 试验设4个处理，分别为B1（14.29万株/hm2）、B2（16.67万株/ hm2）、B3（19.67万株/hm2）、B4（25.00万株/ hm2）。试验随机区组排列，3次重复，小区面积为10 m2（5 m×2 m）。种植分别株距为0.14 m、0.12 m、0.10 m、0.08 m，按5 m行长、0.5 m行距4行区种植。播种前一次性基施N 90 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2。田间管理同当地大田水平。
1.4 ? 测定项目及方法
1.4.1 ? 根瘤指标测定 ? 于大豆苗期、花期、结荚期的晴天9：00 — 10：00时取样，取2株将根系所在的土方区域整体挖出装入尼龙网袋中，用水浸泡后快速洗净根系置于冰盘之上，泥水过钢筛以收集散落的根瘤，迅速剥落洗净后大豆根系上的根瘤，计数根瘤总量，将根瘤表面水分用吸水纸轻轻吸干后用天平称取根瘤重量。
1.4.2 ? 农艺性状 ? 测定成熟后每小区取10株，参照《大豆种质资源描述规范和数据标准》进行株高、分枝数、主茎节数、单株荚数、单株粒重和百粒重等指标的测定[11 ]，以其平均值代表考察性状值。收获全小区植株计产。
1.5 ? 数据分析
采用Excel 2007进行数据整理，利用R软件进行统计分析。
2 ? 结果与分析
2.1 ? 施氮量对大豆农艺性状的影响
从表1可以看出，在甘州区试点，大豆株高、主茎节数普遍高于会宁县试点和宁县试点，而有效分枝、单株荚数、单株粒重、百粒重则相反。这可能是由于在甘州区营养生长阶段时期延长，导致陇中黄602和陇中黄603未能完全成熟造成的，说明甘州区更加适合早熟品种的推广种植。随着施氮量的增加，在3个试验点，大豆的主要农艺性状呈递增的趋势，其中汾豆78（22.41 g）和陇中黄601（27.55 g）百粒重最大值出现在会宁县试点的A4水平，而陇中黄602（28.93 g）和陇中黄603（29.61 g）的百粒重最大值则出现在宁县试点的A4水平，说明氮肥对大豆的生长发育起到至关重要的作用。
2.2 ? 施氮量对大豆产量的影响
不同施氮量对大豆折合产量有着显著影响，对于同一大豆品种而言，折合产量的最大值均出现在A4处理，且均超过了3 300 kg/hm2，其中以陇中黄603最高，达3 811.96 kg/hm2。从图1可以看出，随着施氮量的增加大豆产量呈递增的趋势，A1处理、A2处理下的折合产量与A3处理、A4处理达到显著差异，而A3处理和A4处理之间差异不显著。说明当施氮量达到一定水平后大豆产量增加不显著，由氮肥引起的产量增加达到临界值，若继续增加施氮量会造成氮肥过剩。可见，在分枝期和开花期追施N 90 kg/hm2可以有效提高大豆产量。
2.3 ? 施氮量对根瘤数量和重量的影响
从表2可知，随着施氮量的增加，不同品种的根瘤菌数量和重量均呈递增的趋势;随着生育进程的推进，不同品种的根瘤菌数量和重量同样呈现出递增的趋势。在会宁县试点，陇中黄601和汾豆78的根瘤数量和重量最大，显著高于陇中黄602和陇中黄603;在甘州区试点，陇中黄602和陇中黄603根瘤菌数量和重量非常低，在苗期甚至为0;在宁县试点，4个品种的根瘤菌数量和重量普遍高于其他2个试点，这可能与不同生态区的土壤养分含量和气候因素有关。
2.4 ? 种植密度对大豆农艺性状的影响
从表3可以看出，大豆农艺性状在不同种植密度间差异明显，随着种植密度的增加，不同品种的株高、有效分枝数、主茎节数和百粒重呈递减的趋势，在不同品种间B4处理较B1处理分别降低1.99%～25.57%、21.28%～100%、4.12%～30.51%、3.64%～ 22.98%。在会宁县、甘州区不同品种的单株荚数和单株粒重均随着种植密度的增加呈先升高后降低的趋势，其中会宁县在B2处理下达到最大值，甘州区在B3处理下达到最大值。在宁县不同品种的单株荚数随种植密度的增加呈逐渐降低趋势，以B1处理值最大;单株粒重随种植密度的增加呈逐渐升高趋势，以B4处理值最大。
2.5 ? 种植密度对大豆产量的影响
合理密植是作物高产的基础，大豆产量与种植密度的关系更加紧密。从图2看出，在会宁县试点和甘州区试点，B2处理下不同品种的折合产量最高，与其他处理间达到显著差异，之后随着种植密度的增加产量逐渐降低。在4个处理中，均以B4处理下的4个品种的折合产量最低。在宁县试点，B3处理下4个品种的折合产量均最高，且与其他处理间呈显著差异，而B1处理下各品种的折合产量最低。汾豆78和陇中黄603在B3处理下折合产量分别比B1处理增产87.57%和57.18%。由此可以看出，在会宁县和甘州区灌溉农业地区大豆适宜种植密度为16.67万株/hm2，在宁县雨养农业区大豆最适种植密度为19.67万株/hm2。
3 ? 结论与讨论
合理的施肥不仅能够提高作物产量，同时可以减少肥料浪费及对生态环境的破坏程度。合理施肥能够协调土壤营养供应，促进大豆干物质的积累及根瘤固氮，进而提高大豆产量[12 - 14 ]。本研究发现，在大豆分枝期和开花期随着施氮量的增加，大豆主要农艺性状和产量均呈递增的趋势，当施氮量增加到一定量之后，产量的增加量不显著，这与前人的研究结果相似[15 - 16 ]。氮肥对大豆根瘤菌数量和重量影响较大，施加氮肥可显著增加根瘤菌数量和重量，大豆生殖生长阶段根瘤菌数量和重量显著高于营养生长阶段。说明氮肥是大豆生长发育不可缺少的因素，通过追施氮肥可显著提高大豆产量。分析本试验结果，推荐在陇东雨养农业区、河西绿洲灌区和沿黄灌区的最佳施氮量为N 90 kg/hm2。
适当增加种植密度有利于作物干物质积累分配及产量的增加，而种植密度主要是通过对产量构成因素起作用而影响产量[17 - 18 ]。本研究发现，随着种植密度的增加，大豆的株高、有效分枝数、主茎节数和百粒重均降低，折合产量也表现出先升高后降低，这与吕继龙等[19 ]的研究一致。而在不同的生态区，折合产量最高时的种植密度不同，会宁县和甘州区在种植密度为16.67万株/hm2时折合产量最高，而宁县最高产时的种植密度为19.67万株/hm2，说明应根据不同的生态区选择适宜的种植密度，以实现最高产量。通过对沿黄灌区、河西绿洲灌区和陇东雨养农业区3个生态区的产量比较发现，在河西绿洲灌区张掖市甘州区适合种植早熟品种陇中黄601，而在沿黄灌区会宁县和陇东雨养农业区宁县适宜种植中晚熟品种陇中黄603。
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（本文责编：郑立龙）
