不同氮鉀水平對(duì)大豆光合生理及產(chǎn)量的影響

譚春燕， 朱星陶， 陳佳琴， 楊春杰， 婁利嬌， 徐 熙， 龔錫震

(貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 油料研究所， 貴州 貴陽 550006)

大豆是中國分布最廣的作物之一，幾乎遍及全國。大豆用途廣泛，可作糧食、油料加工副食品、高效飼料和肥料等。目前大豆生產(chǎn)在全世界范圍內(nèi)都受到普遍的重視。我國大豆種植面積、產(chǎn)量與出口量曾居世界之首，但近些年由于美國、巴西、阿根廷等國家大豆發(fā)展速度遠(yuǎn)超中國，從 1996年起，中國由大豆凈出口國變?yōu)閮暨M(jìn)口國，迫切需要加快我國超高產(chǎn)大豆品種選育[1]與優(yōu)質(zhì)栽培。

貴州農(nóng)民歷來有種植大豆的生產(chǎn)習(xí)慣，多與玉米等作物間作、混作，少數(shù)單作，較少施肥，產(chǎn)量低。施肥對(duì)作物生長發(fā)育極為重要，氮是大豆生長發(fā)育過程中需求量最大的元素，適宜的施氮水平能維持大豆植株良好的營養(yǎng)條件，是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵[2]。高陽等[3]研究表明，施氮可顯著提高大豆植株上部節(jié)間長度、葉柄長度、大豆葉片葉綠素含量和光合速率，增加產(chǎn)量。丁洪等[4]認(rèn)為，大豆施氮可以增加植株的莢數(shù)和粒數(shù)，從而提高產(chǎn)量。管宇等[5-6]發(fā)現(xiàn)，施氮影響大豆株高、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重等性狀。陳懷珠等[7]研究認(rèn)為，氮磷鉀配施影響大豆株高、分枝、莢數(shù)、粒數(shù)和粒重，能不同程度增加大豆產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。孫振寧等[8]研究表明，大豆產(chǎn)量主要受氮肥影響，結(jié)莢數(shù)主要受氮鉀肥影響，而株高主要受氮磷肥影響，百粒重隨施氮量的增加先增加后減少。由此可見，合理施肥能明顯改善大豆生長狀況并提高產(chǎn)量[9]。

近年來貴州也有一些自育新品種通過審批，由于缺乏有針對(duì)性的配套栽培技術(shù)研究，致使貴州大豆生產(chǎn)水平不高。針對(duì)貴州大豆產(chǎn)量低，栽培技術(shù)落后的實(shí)際情況，選用貴州自育大豆品種展開大豆高產(chǎn)的有關(guān)生理特征研究，獲得相關(guān)技術(shù)參數(shù)，可為新品種高產(chǎn)的合理施肥提供應(yīng)用研究基礎(chǔ)，對(duì)發(fā)展貴州大豆產(chǎn)業(yè)具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。鑒于此，設(shè)置氮鉀2因素4水平試驗(yàn)，研究不同氮鉀營養(yǎng)對(duì)大豆光合生理及產(chǎn)量的影響，旨在為貴州省大豆高產(chǎn)栽培合理施肥等提供理論技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2016-2017年在貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所試驗(yàn)地開展。土壤為中性土，基本農(nóng)化性狀為全氮1.642 g/kg，有效氮86.173 mg/kg，全磷0.962 g/kg，有效磷35.847 mg/kg，全鉀15.186 g/kg，有效鉀323.347 mg/kg，有機(jī)質(zhì)9.001 g/kg，pH 7.22。根據(jù)土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)劃分標(biāo)準(zhǔn)，供試土壤有機(jī)質(zhì)含量豐富，全氮含量缺乏，有效氮含量、有效磷含量豐富，有效鉀含量中等。

1.2 供試材料

大豆品種為黔豆7號(hào)，貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所選育，為貴州省當(dāng)前生產(chǎn)主推大豆品種。

1.3 方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 設(shè)置2個(gè)因素，分別為氮肥和鉀肥的不同用量，磷肥用量保持不變(表1)。隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)4次重復(fù)，小區(qū)面積17.5 m2，行長5 m，寬3.5 m。其中3個(gè)重復(fù)作為取樣用，1個(gè)重復(fù)實(shí)收計(jì)產(chǎn)。大豆采用單作模式，于4月17日播種，條播，行距0.4 m，株距0.08 m，每行留苗60株，密度18 295株/667m2。氮磷鉀肥全部作基肥一次性施入。

表1 試驗(yàn)各處理的養(yǎng)分及肥料用量

1.3.2 測定項(xiàng)目 在大豆苗期(V1-2)、分枝期(V5-6)、開花期(R1-2)、結(jié)莢期(R3-4)和鼓粒期(R5-6)用LI-6400光合測定儀測定大豆的光合性能指標(biāo)：光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和葉綠素相對(duì)含量，在晴天上午9：00測量，選取第4片和第6片復(fù)葉，測定時(shí)每個(gè)處理重復(fù)3次，每張葉片測定3次，取平均值為該處理單株的光合指標(biāo)。大豆成熟后按各處理進(jìn)行收獲，每處理每重復(fù)選取10株進(jìn)行常規(guī)考種，測定各處理的實(shí)際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

利用Excel和DPS進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析，試驗(yàn)數(shù)據(jù)取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆光合生理響應(yīng)

2.1.1 光合速率 從圖1看出，各生育期均以處理2和處理5的光合速率最高，分枝期的光合速率分別為21.06 μmol/(m2·s)和21.36 μmol/(m2·s)，結(jié)莢期分別為22.13 μmol/(m2·s)和22.23 μmol/(m2·s)，即在高氮處理下表現(xiàn)出較高的光合速率，這可能是因?yàn)槌渥愕牡梢詽M足葉綠素合成所需，從而能夠獲得較高的光合速率；不同養(yǎng)分處理在各生育期的光合速率表現(xiàn)出一致性，以分枝期和結(jié)莢期的光合速率相對(duì)較高，可能是由于分枝期處于營養(yǎng)旺盛生長期，葉面積增加迅速，光合作用較強(qiáng)，結(jié)莢期處于營養(yǎng)生長和生殖生長共進(jìn)期，需要更多的光合作用來形成籽粒，適應(yīng)大豆生長發(fā)育所需；光合速率高峰期出現(xiàn)在鼓粒期，此后，光合速率有所下降，可能是由于在鼓粒期種子旺盛生長發(fā)育需要大量的光合產(chǎn)物，此需要可能刺激淀粉等同化物從葉肉細(xì)胞中輸出。

從表2看出，不同養(yǎng)分處理下不同生育期的大豆光合速率與產(chǎn)量間呈正相關(guān)關(guān)系，其中，苗期、結(jié)莢期的光合速率均與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(r=0.80)，苗期與鼓粒期顯著正相關(guān)、與結(jié)莢期極顯著正相關(guān)；分枝期與鼓粒期極顯著正相關(guān)。

表2 黔豆 7號(hào)不同生育期光合速率與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)

2.1.2 胞間CO2濃度 作物光合速率與胞間CO2濃度間通常呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但并非絕對(duì)，因還受作物品種、環(huán)境、測定誤差等眾多因素的影響。從圖2看出，胞間CO2濃度以處理6最高，處理4最低，各處理黔豆7號(hào)的胞間CO2濃度在不同生育時(shí)期的表現(xiàn)規(guī)律基本一致，但與光合速率的表現(xiàn)規(guī)律并不完全呈現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系，處理6的光合速率并非最高，處理4的光合速率并非最低，可能是試驗(yàn)環(huán)境所引起的誤差。

從表3看出，不同養(yǎng)分處理下各生育期大豆葉片胞間CO2濃度與產(chǎn)量無顯著相關(guān)性，但各生育期間存在顯著相關(guān)性，苗期與分枝期顯著正相關(guān)，與開花期和結(jié)莢期極顯著正相關(guān)；分枝期與開花期顯著正相關(guān)，與結(jié)莢期和鼓粒期極顯著正相關(guān)；開花期和結(jié)莢期極顯著正相關(guān)；結(jié)莢期和鼓粒期極顯著正相關(guān)。

表3 黔豆 7號(hào)不同生育期胞間 CO2 濃度與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)

2.1.3 蒸騰速率 從圖3看出，不同養(yǎng)分處理下各生育期大豆蒸騰速率變化趨勢一致，通常情況下，蒸騰速率越大，表明呼吸作用越旺盛，植株體內(nèi)水分散失越快。處理2和處理6的蒸騰速率較大，說明大豆體內(nèi)散失水分較快，不利于大豆的生長發(fā)育。分枝期各處理的蒸騰速率均較大，可能是由于正處于營養(yǎng)生長旺盛時(shí)期，葉面積迅速增加的情況下，導(dǎo)致蒸騰作用旺盛的緣故。大豆各生育時(shí)期的蒸騰速率與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系不顯著，但各生育時(shí)期間具有極顯著正相關(guān)關(guān)系(表4)。

表4 黔豆 7號(hào)不同生育期蒸騰速率度與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)

2.1.4 氣孔導(dǎo)度 從圖4看出，處理2和處理6的氣孔導(dǎo)度較大，可以獲得更多的CO2進(jìn)入葉片細(xì)胞內(nèi)提供光合作用原料，但同時(shí)氣孔通道打開，蒸騰作用也會(huì)加大，耗散體內(nèi)水分，得不償失。處理5的光合速率較高，氣孔導(dǎo)度偏低，蒸騰速率也偏低，能獲得較充分的光合作用，產(chǎn)生更多的光合產(chǎn)物，最終獲得高產(chǎn)。大豆各生育時(shí)期的蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系不顯著，但各生育時(shí)期間具有極顯著正相關(guān)關(guān)系(表5)。

表5 黔豆 7號(hào)不同生育期氣孔導(dǎo)度與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)

2.1.5 葉綠素相對(duì)含量 從圖5看出，分枝期處理5的大豆葉綠素相對(duì)含量值較高，其次是處理4，處理2的葉綠素相對(duì)含量最低，分枝期處于營養(yǎng)生長旺盛期，所有營養(yǎng)都集中給大豆植株尤其是葉片的充分生長發(fā)育，養(yǎng)分含量對(duì)大豆葉綠素含量影響較大。方差分析表明，各處理間的大豆葉綠素相對(duì)含量差異極顯著(P=0.001 9)。由此可見，氮雖然是葉綠素合成的必需元素，但也并非氮養(yǎng)分含量越高葉綠素相對(duì)含量就越高。

開花結(jié)莢期處理2的葉綠素相對(duì)含量最高，其次是處理5，處理6的葉綠素相對(duì)含量最低。開花結(jié)莢期是大豆進(jìn)入生殖生長期的重要階段，此時(shí)養(yǎng)分除了供給大豆植株生長外還要提供大豆籽粒形成所需，光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為大豆籽粒形成所需養(yǎng)分。經(jīng)方差分析，開花結(jié)莢期不同養(yǎng)分處理間大豆葉綠素相對(duì)含量差異顯著(P=0.048 6)。

2.2 大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

從表6看出，不同養(yǎng)分處理黔豆7號(hào)各農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因素的差異顯著。株高以處理2最高，為42.5 cm；處理1最低，為37.3 cm，說明株高受氮鉀肥的綜合影響。有效分枝處理4最多，達(dá)2.74個(gè)。處理5的有效莢數(shù)、單株粒重和百粒重均最多，分別為20.35個(gè)、11.65 g和17.61 g。處理3的單株粒數(shù)最多，為75.05個(gè)。說明，不同施肥處理對(duì)大豆的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因素都產(chǎn)生了不同程度的影響。

不同養(yǎng)分處理下大豆產(chǎn)量差異達(dá)顯著水平。處理5的產(chǎn)量最高，為175.31 kg/667m2，其次是處理2，為159.34 kg/667m2；處理1最低，為118.4 kg/667m2。說明在一定程度上施用一定量的氮鉀肥可提高大豆產(chǎn)量，并不是施肥用量越高產(chǎn)量越高，過多增施鉀肥對(duì)產(chǎn)量沒有貢獻(xiàn)。

表6 不同氮鉀處理黔豆 7號(hào)的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量

3 結(jié)論與討論

作物的光合作用是維持作物生長發(fā)育的一個(gè)重要過程，光合作用能力的大小直接關(guān)系到同化產(chǎn)物的積累，對(duì)作物的生長發(fā)育至關(guān)重要。

試驗(yàn)結(jié)果表明，不同養(yǎng)分處理的光合速率在整個(gè)生育期表現(xiàn)出一致性，呈先增后降趨勢，并且以分枝期和結(jié)莢期的光合速率相對(duì)較高，這可能是因?yàn)槌渥愕牡梢詽M足葉綠素合成所需，從而能夠獲得較高的光合速率，這與高陽等[3]研究結(jié)果一致。在大豆生產(chǎn)上可以采取在灌漿鼓粒期灌水、葉面施肥或噴灑生長調(diào)節(jié)劑來延長葉片壽命，增強(qiáng)葉片功能，使光合速率維持在較高水平。進(jìn)入葉片胞間CO2是植物光合作用的反應(yīng)底物，而胞間CO2濃度大小直接反映進(jìn)行光合作用的植物細(xì)胞活性大小。試驗(yàn)各處理大豆胞間CO2濃度在不同生育時(shí)期的表現(xiàn)規(guī)律基本一致，但與光合速率的表現(xiàn)規(guī)律并不完全呈現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系，可能由試驗(yàn)環(huán)境所引起的誤差。不同養(yǎng)分處理下各生育期大豆蒸騰速率變化趨勢一致，說明大豆體內(nèi)散失水分較快，不利于大豆的生長發(fā)育。適當(dāng)?shù)恼趄v速率有利于大豆植株將根系吸收的水分運(yùn)輸?shù)降厣喜糠郑瑫r(shí)在高溫時(shí)還能降低葉片溫度，保持固有的水分供細(xì)胞利用，維持正常的生命活動(dòng)，但蒸騰速率過大，則會(huì)不利于大豆植株正常生長發(fā)育。適宜的氣孔導(dǎo)度有利于控制蒸騰作用的同時(shí)，帶來更多的CO2交換，提供充足的原料進(jìn)行光合作用，增加光合速率，產(chǎn)生更多的光合產(chǎn)物以供大豆生長發(fā)育所需，最終獲得高產(chǎn)。陳東巖等[10-11]研究表明，施氮肥能顯著提高葉片的葉綠素含量，對(duì)大豆不同冠層葉片葉綠素含量均有促進(jìn)作用[2]。試驗(yàn)結(jié)果顯示，黔豆7號(hào)葉綠素相對(duì)含量在分枝期以高氮中鉀處理最高，高氮處理最低；開花結(jié)莢期以高氮處理最高，其次是高氮中鉀處理，中氮高鉀處理最低。說明只有合適的氮鉀配比才能促進(jìn)大豆葉片葉綠素含量的增加，為光合作用提供更多的原料，從而積累更多的光合產(chǎn)物，達(dá)到高產(chǎn)。相關(guān)性分析顯示，不同處理下黔豆7號(hào)的產(chǎn)量與光合速率在苗期和結(jié)莢期呈顯著正相關(guān)，與其他光合性能指標(biāo)間不顯著。

合理施肥可通過促進(jìn)大豆光合作用，增加葉片葉綠素含量和凈光合速，從而合成更多的光合產(chǎn)物來提高大豆產(chǎn)量。試驗(yàn)結(jié)果顯示，高氮中鉀處理黔豆7號(hào)的有效莢數(shù)、單株粒重、百粒重和產(chǎn)量均最多，分別為20.35個(gè)、11.65 g、17.61 g和175.31 kg/667m2，說明在一定程度上施用一定量的氮鉀肥可提高大豆產(chǎn)量，過多增施鉀肥對(duì)產(chǎn)量沒有貢獻(xiàn)。因此，在大豆高產(chǎn)栽培中，不要盲目增施鉀肥用量來提高大豆產(chǎn)量，在現(xiàn)有施肥技術(shù)下增施過量的鉀肥對(duì)大豆的增產(chǎn)效果并不明顯，可以增加一定的氮肥施用量。