5 种元素对大豆生长和产量的影响

刘 博，卫 玲，肖俊红，杨海峰，段学艳

（山西省农业科学院小麦研究所，山西临汾041000）

大豆是我国规定需要进行新品种审定的5 种农作物之一[1]。大豆籽粒含有大量蛋白和脂肪，且具备一些特殊保健功能，主要用在榨油、食用、饲用、种用4 个方面，需求旺盛[2]。我国是大豆原产国，但从1996 年开始沦为大豆净进口国，特别是在加入世贸组织后，进口量和对外依存度显著增加。目前，我国大豆净进口量比初始进口量已增加百倍以上。2016 年开始，随着我国鼓励大豆种植一系列政策的落实，大豆生产缓慢恢复。2018 年，我国大豆种植面积为845.1 万hm2，产量为1 583 万t，进口量为8 803 万t，全年产量仅占进口量的17.98%，进口量前3 位依次是巴西、美国和阿根廷[3]。从国内大豆供给平衡和食品安全角度考虑，必须通过政策、科技等多种措施联合应用，实现大豆产量提高、供给总体平衡、安全性可控。作物营养管理对大豆单产提高十分重要。

本试验研究了大量元素和微量元素肥料对大豆生长和产量的影响，旨在提高肥料利用率，减少肥料浪费，减轻农业面源污染，节本增效。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试大豆品种为山西省审定品种晋豆37 号，该品种为亚有限结荚习性，植株80～100 cm，有效分枝2～3 个，单株荚数50～70 个，叶披针型，白花，棕毛，椭圆黄色种子，黑脐，百粒质量20 g 左右。

试验用肥料为尿素、过磷酸钙、硫酸钾、硫酸锌、纯品硼。

1.2 试验地概况

试验在山西省农业科学院小麦研究所所内试验基地进行。土壤为壤土，基本理化性状为：速效氮21.64 mg/kg、有效磷5.51 mg/kg、速效钾289 mg/kg、pH 值8.2。

1.3 试验设计

表1 试验中肥料及用量

试验设5 因素，分别为：N（X1）、P2O5（X2）、K2O（X3）、硫酸锌（X4）、纯品硼（X5）。使用二次正交旋转组合设计，共36 个处理（小区面积13 m2）。大量元素作基肥，苗前一次性施入，2 种微肥配成相应的质量分数水溶液500 g 在初花期喷施。各肥料水平和用量列于表1。使用SPSS 进行试验设计。

1.4 测定项目及方法

大豆成熟后，从小区中间（排除边际效应）随机连续选取10 株大豆进行考种，按小区收割并测产。考种方法按照国家大豆区试记录标准进行。

1.5 数据分析

数据统计分析使用SPSS 软件进行。

2 结果与分析

2.1 不同肥料对结荚高度的影响

在α＝0.05 显著水平下，剔除不显著项后，简化后的结荚高度回归方程为：Y＝12.88－1.08X22＋0.99X1X3－1.24X2X3，当5 种元素分别为-2，1，-2，-2，-2 水平时，结荚高度为18.23 cm。由图1 可知，磷肥和结荚高度呈极显著二次函数关系。此外，氮钾互作和结荚高度呈显著正相关，磷钾互作和结荚高度呈极显著负相关。

2.2 不同肥料对主茎节数的影响

在α＝0.05 显著水平下，剔除不显著项后，简化后的主茎节数回归方程为：Y＝16.61＋0.44X2，5 种元素分别为-2，2，-2，-2，-2 水平时，主茎节数为17.49。由图2 可知，磷肥和主茎节数呈显著正相关。

2.3 不同肥料对有效分枝数的影响

在α＝0.05 显著水平下，剔除不显著项后，简化后的有效分枝数回归方程为：Y＝2.13－0.26X5－0.31X1X5，5 种元素分别为2，-2，-2，-2，-2 水平时，有效分枝数为3.9。从图3 可以看出，硼肥与有效分枝数呈显著负相关，氮硼互作与有效分枝数呈显著负相关。

2.4 不同肥料对有效荚数的影响

在α＝0.05 显著水平下，剔除不显著项后，简化后的有效荚数回归方程为：Y＝60.01＋4.74X2－7.21X1X5，5 种元素分别为-2，2，-2，-2，2 水平时，有效荚数为98.34。由图4 可知，磷肥与有效荚数呈显著正相关，氮硼互作与有效荚数呈显著负相关。

2.5 不同肥料对无效荚数的影响

在α＝0.05 显著水平下，剔除不显著项后，简化后的回归方程为：Y＝1.79＋0.35X2X5－0.38X3X4，5 种元素分别为-2，-2，-2，2，-2 水平时，无效荚数为4.69。磷硼互作与无效荚数呈显著正相关，钾锌互作与无效荚数呈负相关。

2.6 不同肥料对单株粒数的影响

在α＝0.05 显著水平下，剔除不显著项后，简化后的回归方程为：Y＝124.05－17.63X1X5，5 种元素分别为-2，-2，-2，-2，2 水平时，单株粒数为194.55。单株粒数与氮硼互作呈极显著负相关。

2.7 不同肥料对单株粒质量的影响

在α＝0.05 显著水平下，剔除不显著项后，简化后的回归方程为：Y＝26.42－3.80X1X5，5 种元素分别为-2，-2，-2，-2，2 水平时，单株粒质量为41.62 g。单株粒质量与氮硼互作呈极显著负相关。

2.8 不同肥料对百粒质量的影响

在α＝0.05 显著水平下，剔除不显著项后，5 种肥料及其互作对百粒质量影响差异均不显著，百粒质量稳定在21.3 g。

2.9 最大经济效益分析

按大豆4 元/kg、N 4.78 元/kg、P2O57.29 元/kg、K2O 8 元/kg、锌肥306 元/kg、硼肥222.2 元/kg 计算最大经济效益，N 28.20 kg/hm2、P2O5106.65 kg/hm2、K2O 106.84 kg/hm2、锌肥0%、硼肥0.4%时，产量为2 854.04 kg/hm2，产值为11 416.17 元/hm2，除去肥料成本后最大效益为9 648.31 元/hm2。

2.10 单因子效应分析

单因子效应数据除以各自最大值，获得归一化x 轴坐标值，进行单因子效应分析。结果显示，在本研究条件下，磷、硼、锌肥3 种肥料对产量存在从大到小的正向效应。氮肥、钾肥与产量之间表现为抛物线关系（图5），在具体应用中表现为，在一定用量氮肥条件下，产量最高，在一定用量钾肥条件下，产量最低。

2.11 两因子互作效应分析

选取了互作效益较大的2 组元素进行分析。由图6 可知，本研究中，单因素看，产量随磷增加而增加，随氮增加呈先增加后减少。在互作情况下，氮磷均最低时，产量最低；但氮磷均最高时，产量不是最高的，是较复杂的曲面关系。

从图7 可以看出，在本研究中，单因素看，产量随磷增加而增加，随钾增加呈先减少后增加。在互作情况下，氮磷均最低时，产量不是最低；氮磷均最高时，产量也不是最高的，产量与磷肥是较复杂的曲面关系。

3 结论与讨论

大量元素研究方面，前人对不同地区、不同品种间大量元素与大豆生长关系进行了多项报道。不同试验条件下的肥料效应和最佳用量结果有差异。湖南农业科学院有研究表明，尿素用量在37.5～150 kg/hm2时，随施氮肥水平的提高，株高、茎粗、主茎节数、主茎荚数、分枝荚数、单株粒数和粒质量增加，产量增加[4]。随施氮肥水平的提高，苜蓿干草产量和粗蛋白含量呈先增加后降低的变化[5]。施氮也能显著增加小麦低肥力田块产量[6]。就氮素吸收和分布而言，大豆苗期至初花期以肥料氮为主，初花期至结荚初期根瘤固氮逐渐转为主体[7]。在黑龙江鹤山研究表明，对大豆产量影响从大到小为氮＞磷＞钾，氮是影响大豆产量的主导因子。氮和钾是影响结荚数主导因子，结荚数随着施氮量和施钾量的增加而不断增加，结荚数最多时用量分别为180，60 kg/hm2。氮和磷是株高主导影响因子，株高随着施氮量的增加呈先增加后减小，但随施磷量逐渐增加，株高最高是施氮和施磷分别为100，120 kg/hm2。百粒质量随施氮量的增加呈先增加后减少[8]。但广西农业科学院研究表明，对大豆产量影响为磷＞氮＞钾，且互作效应为氮磷＞磷钾＞氮钾[9]。在黑龙江省大庆市（安达）、绥化市等耕作区研究表明，钾是影响大豆产量的主要养分限制因子，磷对大豆的蛋白质和蛋脂总和含量影响最大，氮对大豆的脂肪含量影响最大[10]。对不同大豆基因型研究结果表明，施氮对新大豆1 号增产作用不明显，但对黑农40有较好的增产作用[11]。氮肥运筹通过增加单株荚数、单株粒数、单株粒质量和百粒质量提高套作大豆产量[12]。营养生长2 期（V2）、生殖生长1 期（R1）和生殖生长3 期（R3）不同施氮量处理，均可显著促进大豆生物量和产量增加。而生殖生长5 期（R5）各施氮处理与对照相比生物量和产量差异不显著。不同生育时期均以施氮量225 kg/hm2的生物量和产量最高。R1 期是决定大豆固氮能力和产量的关键时期[13]。营养生长5 期（V5）叶面施氮有利于叶绿素含量及茎干物质积累量增加，R5 期叶面施氮有利于籽粒干物质积累[14]。开花期施氮肥增产的重要原因是促进上部节叶片生长，增加群体叶面积指数，并延长开花期和结荚期，增加上部节花数、荚数和腔数，超高产大豆田适宜施氮量为90 kg/hm2左右[15]。曾科等[16]研究表明，与施氮肥不种植作物（对照）相比，种大豆使土壤有效氮含量显著降低53.48%，无机氮含量显著降低85.41%，水解有机氮含量显著增加1.41 倍。与种棉花、玉米、高粱相比，大豆处理铵态氮肥硝化率降幅最大，氮肥利用率最高，达52.01%。说明豆科较非豆类作物，更需要氮元素，抑制土壤硝化作用能力更强，对土壤铵态氮利用效率更高。氮肥对大豆生长发育具有重要作用，与传统观念中大豆可以固氮，氮肥对大豆不重要的观点大相径庭。磷钾肥对大豆也有重要作用。心土层施用磷肥可提高大豆产量，推荐磷用量60 kg/hm2，施磷过低或过高均不利于大豆产量增加[17]。随着施磷量的增加，大豆根系指标及干物质质量呈单峰曲线变化。施磷可以促进根长、根表面积、根瘤数增加，有利于干物质积累，在瘠薄缺磷土壤上进行亚表层磷培肥，最佳施磷处理为120 kg/hm2，对大豆高产意义重要[18]。喷施磷酸二氢钾后，大豆株高、主茎节数、总荚数、单株粒数及百粒质量均明显高于对照[19]。

微量元素研究方面，对锌元素研究表明，在一定条件下，锌对大豆产量具有显著影响[20]。15 mg/kg 锌处理显著提高了大豆根和叶片的生物量、叶绿素a含量、叶绿素b 含量、类胡萝卜素含量、Zn 含量、耐性指数、转运指数[21]。吴拓等[22]研究表明，锌增加大豆蛋白质含量显著，但增产效果不佳；硼能显著增产和增加含油量。马红敏[23]研究表明，适量施锌有利于大豆地上部生长，根系吸收，光合作用增强及氮代谢，可激活保护性酶活性，降低丙二醛和脯氨酸含量，增强清除氧自由基能力，延缓植株衰老，显著提高大豆的产量和品质。硼是作物生长发育和产量形成所必需的微量营养元素，在维持植物细胞壁和细胞膜等方面有着重要的作用[24]。国外研究表明，硼在生殖生长2 期（R2）和生殖生长4 期（R4）应用效果较好，单施硼1.0～1.5 kg/hm2时大豆可获得较高产量[25-26]。硼、磷对大豆生长影响及其交互作用在成熟期表现更明显，改善硼供应有利于提高磷高效基因型大豆的产量[27]。

本试验条件下，单因子效应分析表明，磷、硼、锌肥3 种肥料对产量存在从大到小的正向效应，氮、钾肥与产量之间表现为抛物线关系。两因子互作效应分析显示，氮磷互作、磷钾互作与产量存在较复杂曲面关系。本研究结果与前人研究基本一致，但具体最佳用量有所不同，可能是试点和参试品种不同造成的。有报道显示，山西省大豆平均单产领先于全国平均水平，但种植成本持续增长，2013 年比2004 年增长了163.07%，各构成部分中，人工成本的增加最为明显。通过提高种子品质、减少农药、人工等投入量，可以有效提高大豆种植净利润[28]。本研究条件下，大豆生产应适当调低氮肥，重视磷肥、钾肥和硼肥应用，达到增产增效。今后应重视深入解析肥料对大豆生长和产量影响的原理和机制。