5 種元素對大豆生長和產量的影響

劉 博，衛 玲，肖俊紅，楊海峰，段學艷

（山西省農業科學院小麥研究所，山西臨汾041000）

大豆是我國規定需要進行新品種審定的5 種農作物之一[1]。大豆籽粒含有大量蛋白和脂肪，且具備一些特殊保健功能，主要用在榨油、食用、飼用、種用4 個方面，需求旺盛[2]。我國是大豆原產國，但從1996 年開始淪為大豆凈進口國，特別是在加入世貿組織后，進口量和對外依存度顯著增加。目前，我國大豆凈進口量比初始進口量已增加百倍以上。2016 年開始，隨著我國鼓勵大豆種植一系列政策的落實，大豆生產緩慢恢復。2018 年，我國大豆種植面積為845.1 萬hm2，產量為1 583 萬t，進口量為8 803 萬t，全年產量僅占進口量的17.98%，進口量前3 位依次是巴西、美國和阿根廷[3]。從國內大豆供給平衡和食品安全角度考慮，必須通過政策、科技等多種措施聯合應用，實現大豆產量提高、供給總體平衡、安全性可控。作物營養管理對大豆單產提高十分重要。

本試驗研究了大量元素和微量元素肥料對大豆生長和產量的影響，旨在提高肥料利用率，減少肥料浪費，減輕農業面源污染，節本增效。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試大豆品種為山西省審定品種晉豆37 號，該品種為亞有限結莢習性，植株80～100 cm，有效分枝2～3 個，單株莢數50～70 個，葉披針型，白花，棕毛，橢圓黃色種子，黑臍，百粒質量20 g 左右。

試驗用肥料為尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀、硫酸鋅、純品硼。

1.2 試驗地概況

試驗在山西省農業科學院小麥研究所所內試驗基地進行。土壤為壤土，基本理化性狀為：速效氮21.64 mg/kg、有效磷5.51 mg/kg、速效鉀289 mg/kg、pH 值8.2。

1.3 試驗設計

表1 試驗中肥料及用量

試驗設5 因素，分別為：N（X1）、P2O5（X2）、K2O（X3）、硫酸鋅（X4）、純品硼（X5）。使用二次正交旋轉組合設計，共36 個處理（小區面積13 m2）。大量元素作基肥，苗前一次性施入，2 種微肥配成相應的質量分數水溶液500 g 在初花期噴施。各肥料水平和用量列于表1。使用SPSS 進行試驗設計。

1.4 測定項目及方法

大豆成熟后，從小區中間（排除邊際效應）隨機連續選取10 株大豆進行考種，按小區收割并測產。考種方法按照國家大豆區試記錄標準進行。

1.5 數據分析

數據統計分析使用SPSS 軟件進行。

2 結果與分析

2.1 不同肥料對結莢高度的影響

在α＝0.05 顯著水平下，剔除不顯著項后，簡化后的結莢高度回歸方程為：Y＝12.88－1.08X22＋0.99X1X3－1.24X2X3，當5 種元素分別為-2，1，-2，-2，-2 水平時，結莢高度為18.23 cm。由圖1 可知，磷肥和結莢高度呈極顯著二次函數關系。此外，氮鉀互作和結莢高度呈顯著正相關，磷鉀互作和結莢高度呈極顯著負相關。

2.2 不同肥料對主莖節數的影響

在α＝0.05 顯著水平下，剔除不顯著項后，簡化后的主莖節數回歸方程為：Y＝16.61＋0.44X2，5 種元素分別為-2，2，-2，-2，-2 水平時，主莖節數為17.49。由圖2 可知，磷肥和主莖節數呈顯著正相關。

2.3 不同肥料對有效分枝數的影響

在α＝0.05 顯著水平下，剔除不顯著項后，簡化后的有效分枝數回歸方程為：Y＝2.13－0.26X5－0.31X1X5，5 種元素分別為2，-2，-2，-2，-2 水平時，有效分枝數為3.9。從圖3 可以看出，硼肥與有效分枝數呈顯著負相關，氮硼互作與有效分枝數呈顯著負相關。

2.4 不同肥料對有效莢數的影響

在α＝0.05 顯著水平下，剔除不顯著項后，簡化后的有效莢數回歸方程為：Y＝60.01＋4.74X2－7.21X1X5，5 種元素分別為-2，2，-2，-2，2 水平時，有效莢數為98.34。由圖4 可知，磷肥與有效莢數呈顯著正相關，氮硼互作與有效莢數呈顯著負相關。

2.5 不同肥料對無效莢數的影響

在α＝0.05 顯著水平下，剔除不顯著項后，簡化后的回歸方程為：Y＝1.79＋0.35X2X5－0.38X3X4，5 種元素分別為-2，-2，-2，2，-2 水平時，無效莢數為4.69。磷硼互作與無效莢數呈顯著正相關，鉀鋅互作與無效莢數呈負相關。

2.6 不同肥料對單株粒數的影響

在α＝0.05 顯著水平下，剔除不顯著項后，簡化后的回歸方程為：Y＝124.05－17.63X1X5，5 種元素分別為-2，-2，-2，-2，2 水平時，單株粒數為194.55。單株粒數與氮硼互作呈極顯著負相關。

2.7 不同肥料對單株粒質量的影響

在α＝0.05 顯著水平下，剔除不顯著項后，簡化后的回歸方程為：Y＝26.42－3.80X1X5，5 種元素分別為-2，-2，-2，-2，2 水平時，單株粒質量為41.62 g。單株粒質量與氮硼互作呈極顯著負相關。

2.8 不同肥料對百粒質量的影響

在α＝0.05 顯著水平下，剔除不顯著項后，5 種肥料及其互作對百粒質量影響差異均不顯著，百粒質量穩定在21.3 g。

2.9 最大經濟效益分析

按大豆4 元/kg、N 4.78 元/kg、P2O57.29 元/kg、K2O 8 元/kg、鋅肥306 元/kg、硼肥222.2 元/kg 計算最大經濟效益，N 28.20 kg/hm2、P2O5106.65 kg/hm2、K2O 106.84 kg/hm2、鋅肥0%、硼肥0.4%時，產量為2 854.04 kg/hm2，產值為11 416.17 元/hm2，除去肥料成本后最大效益為9 648.31 元/hm2。

2.10 單因子效應分析

單因子效應數據除以各自最大值，獲得歸一化x 軸坐標值，進行單因子效應分析。結果顯示，在本研究條件下，磷、硼、鋅肥3 種肥料對產量存在從大到小的正向效應。氮肥、鉀肥與產量之間表現為拋物線關系（圖5），在具體應用中表現為，在一定用量氮肥條件下，產量最高，在一定用量鉀肥條件下，產量最低。

2.11 兩因子互作效應分析

選取了互作效益較大的2 組元素進行分析。由圖6 可知，本研究中，單因素看，產量隨磷增加而增加，隨氮增加呈先增加后減少。在互作情況下，氮磷均最低時，產量最低；但氮磷均最高時，產量不是最高的，是較復雜的曲面關系。

從圖7 可以看出，在本研究中，單因素看，產量隨磷增加而增加，隨鉀增加呈先減少后增加。在互作情況下，氮磷均最低時，產量不是最低；氮磷均最高時，產量也不是最高的，產量與磷肥是較復雜的曲面關系。

3 結論與討論

大量元素研究方面，前人對不同地區、不同品種間大量元素與大豆生長關系進行了多項報道。不同試驗條件下的肥料效應和最佳用量結果有差異。湖南農業科學院有研究表明，尿素用量在37.5～150 kg/hm2時，隨施氮肥水平的提高，株高、莖粗、主莖節數、主莖莢數、分枝莢數、單株粒數和粒質量增加，產量增加[4]。隨施氮肥水平的提高，苜蓿干草產量和粗蛋白含量呈先增加后降低的變化[5]。施氮也能顯著增加小麥低肥力田塊產量[6]。就氮素吸收和分布而言，大豆苗期至初花期以肥料氮為主，初花期至結莢初期根瘤固氮逐漸轉為主體[7]。在黑龍江鶴山研究表明，對大豆產量影響從大到小為氮＞磷＞鉀，氮是影響大豆產量的主導因子。氮和鉀是影響結莢數主導因子，結莢數隨著施氮量和施鉀量的增加而不斷增加，結莢數最多時用量分別為180，60 kg/hm2。氮和磷是株高主導影響因子，株高隨著施氮量的增加呈先增加后減小，但隨施磷量逐漸增加，株高最高是施氮和施磷分別為100，120 kg/hm2。百粒質量隨施氮量的增加呈先增加后減少[8]。但廣西農業科學院研究表明，對大豆產量影響為磷＞氮＞鉀，且互作效應為氮磷＞磷鉀＞氮鉀[9]。在黑龍江省大慶市（安達）、綏化市等耕作區研究表明，鉀是影響大豆產量的主要養分限制因子，磷對大豆的蛋白質和蛋脂總和含量影響最大，氮對大豆的脂肪含量影響最大[10]。對不同大豆基因型研究結果表明，施氮對新大豆1 號增產作用不明顯，但對黑農40有較好的增產作用[11]。氮肥運籌通過增加單株莢數、單株粒數、單株粒質量和百粒質量提高套作大豆產量[12]。營養生長2 期（V2）、生殖生長1 期（R1）和生殖生長3 期（R3）不同施氮量處理，均可顯著促進大豆生物量和產量增加。而生殖生長5 期（R5）各施氮處理與對照相比生物量和產量差異不顯著。不同生育時期均以施氮量225 kg/hm2的生物量和產量最高。R1 期是決定大豆固氮能力和產量的關鍵時期[13]。營養生長5 期（V5）葉面施氮有利于葉綠素含量及莖干物質積累量增加，R5 期葉面施氮有利于籽粒干物質積累[14]。開花期施氮肥增產的重要原因是促進上部節葉片生長，增加群體葉面積指數，并延長開花期和結莢期，增加上部節花數、莢數和腔數，超高產大豆田適宜施氮量為90 kg/hm2左右[15]。曾科等[16]研究表明，與施氮肥不種植作物（對照）相比，種大豆使土壤有效氮含量顯著降低53.48%，無機氮含量顯著降低85.41%，水解有機氮含量顯著增加1.41 倍。與種棉花、玉米、高粱相比，大豆處理銨態氮肥硝化率降幅最大，氮肥利用率最高，達52.01%。說明豆科較非豆類作物，更需要氮元素，抑制土壤硝化作用能力更強，對土壤銨態氮利用效率更高。氮肥對大豆生長發育具有重要作用，與傳統觀念中大豆可以固氮，氮肥對大豆不重要的觀點大相徑庭。磷鉀肥對大豆也有重要作用。心土層施用磷肥可提高大豆產量，推薦磷用量60 kg/hm2，施磷過低或過高均不利于大豆產量增加[17]。隨著施磷量的增加，大豆根系指標及干物質質量呈單峰曲線變化。施磷可以促進根長、根表面積、根瘤數增加，有利于干物質積累，在瘠薄缺磷土壤上進行亞表層磷培肥，最佳施磷處理為120 kg/hm2，對大豆高產意義重要[18]。噴施磷酸二氫鉀后，大豆株高、主莖節數、總莢數、單株粒數及百粒質量均明顯高于對照[19]。

微量元素研究方面，對鋅元素研究表明，在一定條件下，鋅對大豆產量具有顯著影響[20]。15 mg/kg 鋅處理顯著提高了大豆根和葉片的生物量、葉綠素a含量、葉綠素b 含量、類胡蘿卜素含量、Zn 含量、耐性指數、轉運指數[21]。吳拓等[22]研究表明，鋅增加大豆蛋白質含量顯著，但增產效果不佳；硼能顯著增產和增加含油量。馬紅敏[23]研究表明，適量施鋅有利于大豆地上部生長，根系吸收，光合作用增強及氮代謝，可激活保護性酶活性，降低丙二醛和脯氨酸含量，增強清除氧自由基能力，延緩植株衰老，顯著提高大豆的產量和品質。硼是作物生長發育和產量形成所必需的微量營養元素，在維持植物細胞壁和細胞膜等方面有著重要的作用[24]。國外研究表明，硼在生殖生長2 期（R2）和生殖生長4 期（R4）應用效果較好，單施硼1.0～1.5 kg/hm2時大豆可獲得較高產量[25-26]。硼、磷對大豆生長影響及其交互作用在成熟期表現更明顯，改善硼供應有利于提高磷高效基因型大豆的產量[27]。

本試驗條件下，單因子效應分析表明，磷、硼、鋅肥3 種肥料對產量存在從大到小的正向效應，氮、鉀肥與產量之間表現為拋物線關系。兩因子互作效應分析顯示，氮磷互作、磷鉀互作與產量存在較復雜曲面關系。本研究結果與前人研究基本一致，但具體最佳用量有所不同，可能是試點和參試品種不同造成的。有報道顯示，山西省大豆平均單產領先于全國平均水平，但種植成本持續增長，2013 年比2004 年增長了163.07%，各構成部分中，人工成本的增加最為明顯。通過提高種子品質、減少農藥、人工等投入量，可以有效提高大豆種植凈利潤[28]。本研究條件下，大豆生產應適當調低氮肥，重視磷肥、鉀肥和硼肥應用，達到增產增效。今后應重視深入解析肥料對大豆生長和產量影響的原理和機制。