種植密度對(duì)晉北區(qū)綠豆農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

殷麗麗, 邢寶龍, 陳曉亮

(1.山西大同大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心, 山西 大同 037009; 2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所, 山西 大同 037008; 3.山西大同大學(xué)醫(yī)學(xué)院, 山西 大同 037009)

綠豆[Vignaradiata(Linn.) Wilczek.]是豆科(Leguminosae)蝶形花亞科(Papilionaceae)菜豆族(Phaseoleae)豇豆屬(Vigna)植物中的一個(gè)栽培豆種。綠豆?fàn)I養(yǎng)豐富，除了富含蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、碳水化合物以及多種維生素和礦物質(zhì)[1]外，還含有多種生物活性物質(zhì)，如生物堿、皂甙和黃酮類化合物等[2]。綠豆也是很好的出口創(chuàng)匯作物，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[3]。

綠豆是晉北地區(qū)主栽的食用豆作物之一，但由于栽培技術(shù)落后，產(chǎn)量水平較低。農(nóng)民在綠豆生產(chǎn)中往往不疏苗、不間苗，種植密度不合理，品種增產(chǎn)潛力難以發(fā)揮[4]。綠豆群體結(jié)構(gòu)受多種因素影響，如栽培密度、生態(tài)環(huán)境、土壤特性等，其中，栽培密度是影響群體結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量的最主要措施。合理密植能保證作物最大限度地利用光能、水分和養(yǎng)分等[5]，可以充分發(fā)揮品種的增產(chǎn)潛力，是協(xié)調(diào)群體和個(gè)體間生長(zhǎng)發(fā)育的重要措施[6-7]。密度過(guò)低時(shí)，植株的通風(fēng)及透光性較好，可充分發(fā)揮個(gè)體的優(yōu)良特性，但個(gè)體效應(yīng)并不能補(bǔ)充群體優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致產(chǎn)量低；密度過(guò)高時(shí)，個(gè)體發(fā)育消弱，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。因此，本研究以晉北地區(qū)綠豆種植面積較大的晉綠豆9號(hào)為供試品種，研究不同密度對(duì)其農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響，為晉北地區(qū)綠豆優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)栽培提供理論指導(dǎo)和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為晉綠豆9號(hào)，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所提供，于2015年通過(guò)山西省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2017年在山西省朔州市毛家皂試驗(yàn)基地(N38°26′，E113°72′)進(jìn)行。該基地海拔1 048 m，年平均氣溫6.0～8.0 ℃，年平均降水量約400 mm，年積溫3 000～3 400 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 300～2 600 h，無(wú)霜期為105～155 d。該基地土壤為沙壤土，土壤肥力中等。

設(shè)置綠豆種植密度(X1)梯度為9萬(wàn)、12萬(wàn)、15萬(wàn)、18萬(wàn)、21萬(wàn)、24萬(wàn)株·hm-2。利用隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為10 m2(2 m×5 m)，每區(qū)4行，播種方式為穴播，共設(shè)3次重復(fù)。播前施用尿素300 kg·hm-2、磷酸二銨150 kg·hm-2作底肥，田間管理同常規(guī)大田生產(chǎn)一致。每個(gè)小區(qū)除去邊株，隨機(jī)取10株進(jìn)行室內(nèi)及田間考種。測(cè)定的農(nóng)藝性狀有株高(X2)、分枝數(shù)(X3)、主莖節(jié)數(shù)(X4)、單株莢數(shù)(X5)，收獲時(shí)測(cè)定單株粒數(shù)(X6)、單株粒重(X7)、千粒重(X8)及產(chǎn)量(Y)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 18.0軟件進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析、通徑分析及模型分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對(duì)綠豆農(nóng)藝性狀的影響

從表1可以看出，隨著種植密度的增加，株高呈先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)種植密度為18萬(wàn)株·hm-2時(shí)，株高最高，顯著高于其他密度(P<0.05)；當(dāng)種植密度為21萬(wàn)株·hm-2時(shí)，株高開(kāi)始下降。主莖節(jié)數(shù)和分枝數(shù)均隨種植密度增加而減少，當(dāng)種植密度為9萬(wàn)株·hm-2時(shí)，分枝數(shù)和主莖節(jié)數(shù)最多，但與12萬(wàn)株·hm-2時(shí)差異不顯著(P>0.05)；當(dāng)種植密度為24萬(wàn)株·hm-2時(shí)，分枝數(shù)和主莖節(jié)數(shù)最少。

2.2 種植密度對(duì)綠豆產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

表2顯示，隨著種植密度的增加，單株莢數(shù)、單株粒數(shù)及單株粒重均呈降低的趨勢(shì)。當(dāng)密度為9萬(wàn)株·hm-2時(shí)，單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重均顯著高于除12萬(wàn)株·hm-2外的其他處理(P<0.05)。千粒重在不同處理間差異不顯著(P>0.05)。隨著種植密度的增加，產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢(shì)。種植密度為15萬(wàn)株·hm-2時(shí)，產(chǎn)量最高，為1 526.58 kg·hm-2，顯著高于其他種植密度下的產(chǎn)量(P<0.05)；當(dāng)種植密度為24萬(wàn)株·hm-2時(shí)，產(chǎn)量最低，為1 081.32 kg·hm-2。

表1 種植密度對(duì)綠豆農(nóng)藝性狀的影響Table 1 Effects of planting density on agronomic traits of mung bean

2.3 不同種植密度下綠豆產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量構(gòu)成因子的相關(guān)性分析

由表3可知，綠豆產(chǎn)量與分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重呈正相關(guān)；產(chǎn)量與分枝數(shù)的相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.82；產(chǎn)量與單株粒重、單株粒數(shù)的相關(guān)性達(dá)到了顯著水平(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為0.63和0.61；而種植密度、株高、千粒重與綠豆產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著(P>0.05)。

2.4 種植密度與綠豆農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的通徑分析

由表4可知，分枝數(shù)、種植密度、單株粒數(shù)對(duì)產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)均是正值。其中，種植密度對(duì)產(chǎn)量的直接作用最大，通徑系數(shù)是3.89；其次是單株粒數(shù)和分枝數(shù)，通徑系數(shù)分別為2.81和1.79。從間接通徑系數(shù)看，分枝數(shù)通過(guò)單株粒數(shù)對(duì)產(chǎn)量所起的間接效應(yīng)為正效應(yīng)，通徑系數(shù)為2.62，而通過(guò)種植密度所起的間接效應(yīng)為負(fù)效應(yīng)，通徑系數(shù)為-3.60；種植密度通過(guò)分枝數(shù)和單株粒數(shù)對(duì)產(chǎn)量所起的效應(yīng)為負(fù)效應(yīng)，通徑系數(shù)分別為-1.66和-2.80；單株粒數(shù)通過(guò)分枝數(shù)對(duì)產(chǎn)量所起的效應(yīng)為正效應(yīng)，通徑系數(shù)為1.67，而通過(guò)種植密度所起的效應(yīng)為負(fù)效應(yīng)，通徑系數(shù)為-3.87。

表2 種植密度對(duì)綠豆產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響Table 2 Effects of planting density on yield and yield components factors of mung bean

表3 綠豆產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量構(gòu)成因子的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of yield with agronomic traits and yield component factors of mung bean

表4 種植密度與綠豆農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的通徑分析Table 4 Path analysis of planting density with agronomic traits, yield and yield component factors of mung bean

2.5 種植密度與綠豆產(chǎn)量關(guān)系的模型分析

通過(guò)綠豆產(chǎn)量和種植密度的曲線模型和參數(shù)估計(jì)值(表5)，共擬合了10種曲線模型(圖1)。其中，二次曲線模型y=b0+b1x+b2x2的Sig.<0.01，決定系數(shù)R2為0.97，F(xiàn)值為42.59，而其他模型中Sig.>0.05，該二次曲線的擬合度遠(yuǎn)高于其他模型。且試驗(yàn)中調(diào)查的產(chǎn)量隨種植密度變化的數(shù)值與該二次曲線基本吻合，因此，產(chǎn)量和種植密度關(guān)系的最佳預(yù)測(cè)模型為二次曲線模型y=b0+b1x+b2x2。將參數(shù)值代入模型中，得到的二次曲線為y=246.23+169.66x-5.67x2。根據(jù)該模型計(jì)算出綠豆的理論種植密度為14.96萬(wàn)株·hm-2，介于適宜密度12萬(wàn)～18萬(wàn)株·hm-2，此時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高，為1 515.37 kg·hm-2。因此，y=246.23+169.66x-5.67x2模型能準(zhǔn)確闡明綠豆產(chǎn)量和密度的關(guān)系。

表5 綠豆產(chǎn)量與種植密度的模型分析Table 5 Model analysis of yield and planting density of mung bean

3 討論

本研究采用小區(qū)試驗(yàn)，對(duì)6種種植密度條件下綠豆的農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量進(jìn)行調(diào)查。利用方差分析、相關(guān)性分析、通徑分析及曲線估計(jì)分析表明，綠豆的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因子受種植密度的影響較顯著。隨著種植密度的增加，晉綠豆9號(hào)的主莖節(jié)數(shù)、分枝數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重和單株莢數(shù)均降低，表明種植密度對(duì)綠豆的光照、通風(fēng)及養(yǎng)分吸收影響較大，從而對(duì)豆莢形成及成熟造成一定影響[8]。這與趙陽(yáng)等[8]、陳劍等[9]、閆鋒等[10]的研究結(jié)果一致。而株高和產(chǎn)量均隨著種植密度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)。千粒重在不同種植密度下差異不顯著，表明千粒重與品種遺傳特性相關(guān)，沒(méi)有表現(xiàn)出種植密度效應(yīng)[11]。當(dāng)種植密度為12萬(wàn)、15萬(wàn)、18萬(wàn)株·hm-2時(shí)，綠豆的產(chǎn)量均較高，因此，12萬(wàn)～18萬(wàn)株·hm-2是晉北地區(qū)綠豆的適宜種植密度。張旭麗等[12]在研究密度對(duì)大豆產(chǎn)量的影響中發(fā)現(xiàn)，隨著密度的增加，產(chǎn)量也呈先升高后降低的趨勢(shì)，在適宜種植密度范圍內(nèi)產(chǎn)量均較高，推測(cè)在適宜種植密度范圍內(nèi)，植株個(gè)體和群體的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)處于協(xié)調(diào)生長(zhǎng)狀態(tài)，從而可獲得高產(chǎn)。

圖1 綠豆產(chǎn)量與種植密度的模型Fig.1 Model of yield and planting density of mung bean

本研究中，綠豆產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量構(gòu)成因子間的相關(guān)性分析表明，綠豆產(chǎn)量與主莖節(jié)數(shù)、分枝數(shù)、單株粒數(shù)、單株莢數(shù)及單株粒重呈正相關(guān)，相關(guān)性較強(qiáng)的是分枝數(shù)、單株粒重和單株粒數(shù)；而與種植密度、株高、千粒重呈負(fù)相關(guān)，且相關(guān)性不顯著。但相關(guān)系數(shù)并不能直接反映各性狀對(duì)綠豆產(chǎn)量的貢獻(xiàn)大小及各性狀之間的相互關(guān)系，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步剖析。因此，本研究以產(chǎn)量為主變量，其他性狀為自變量，采用逐步回歸法進(jìn)行通徑分析，估算出對(duì)產(chǎn)量起決定效應(yīng)的性狀，并將產(chǎn)量與各性狀間的相關(guān)系數(shù)分解為直接和間接作用[13]。本研究共估算出3個(gè)對(duì)產(chǎn)量形成起決定作用的變量，分別為種植密度、分枝數(shù)和單株粒數(shù)，這3個(gè)性狀對(duì)產(chǎn)量的直接作用均為正，且種植密度作用最大，其次是單株粒數(shù)和分枝數(shù)；從間接作用看，單株粒數(shù)和分枝數(shù)通過(guò)種植密度對(duì)產(chǎn)量的影響均為負(fù)值，表明保持合理的種植密度，提高單株粒數(shù)和分枝數(shù)可提高綠豆產(chǎn)量。因此，種植密度是優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)、提高綠豆產(chǎn)量的重要措施。通過(guò)SPSS軟件對(duì)綠豆種植密度和產(chǎn)量關(guān)系進(jìn)行估算的二次曲線方程為y=246.23+169.66x-5.67x2，計(jì)算得到的最適理論種植密度為14.96萬(wàn)株·hm-2，與實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)相吻合。該模型的擬合度也較高，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，適合于晉北地區(qū)及相同生態(tài)區(qū)種植密度和產(chǎn)量關(guān)系的預(yù)算。種植密度在綠豆栽培技術(shù)中至關(guān)重要，本研究闡明了種植密度對(duì)綠豆主要農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量構(gòu)成因子及產(chǎn)量的影響，可為改善晉北地區(qū)綠豆栽培中種植密度不合理現(xiàn)象、提高綠豆產(chǎn)量、增加農(nóng)民收入提供理論指導(dǎo)。