保水劑對大豆農藝性狀及產量的影響

李方舟，張海生，王 軍，古曉紅，楊婷婷

（山西農業大學農學院，山西太原030031）

大豆在我國既是經濟作物又是油料作物，其產量和品質嚴重影響著國民收入和人民的生活水平。同時大豆又是一種高需水量的作物，在生育期受到干旱脅迫影響正常生長，最終造成產量和品質下降[1]。黃淮海地區是大豆的主產區，但黃淮海地區干旱少雨，水資源匱乏[2]，干旱發生頻率高，持續時間長，波及范圍大，對我國大豆產業有嚴重影響。因此，研究大豆抗旱性具有重要作用。

保水劑是一種不溶于水、吸水易膨脹、交聯密度很低的高分子化合物[3]，保水劑能夠增強土壤吸水性能，能夠吸收是自身重量400～1 000倍的去離子水[4]，而且還能夠緩慢釋放水分，在農作物需要時把水分釋放出來[5]，供作物吸收利用[6]，能夠提高作物抗旱能力[7-9]。因此，保水劑在干旱地區農業種植應用中效果明顯，并被多國重視[10-11]。提文祥[12]通過研究保水劑和化肥混施對大豆產量和土壤速效養分的影響，認為保水劑能有效提高大豆產量。牛育華等[13]研究認為，用保水劑處理大豆種子，能有效解決出苗率低等問題，使大豆增產3.9%～23.1%。陸海燕等[14]研究認為，保水劑能提高大豆過氧化氫酶活性、抗壞血酸過氧化物酶活性及還原型谷胱甘肽含量，降低丙二醛含量和脯氨酸含量，減輕干旱對大豆造成的傷害。王志玉等[15]利用保水劑對大豆包衣處理，結果表明，包衣處理后能提高大豆出苗率。李中陽等[16]研究認為，保水劑能夠提高小麥水分利用效率。陳謇等[17]對丘陵地區玉米進行了研究，認為施用農用保水劑能提高玉米產量，還有一定的抗旱保濕作用。SILBERBUSH等[18-19]用保水劑結合滴灌、噴灌技術對玉米、卷心菜進行灌溉，比單純用水灌溉效果好。劉紀霜等[20]研究認為，保水劑可改善土壤理化性狀，進而提高作物產量。前人在保水劑研究方面主要集中在種子包衣處理及直接對產量分析，而在山西干旱地區溝施保水劑，探究雨養田大豆生理指標及農藝性狀和產量關系鮮有報道。

本研究通過分析不同梯度保水劑對大豆生理指標、農藝性狀及產量的影響，明確了最佳保水劑用量，彌補雨養田在保水劑條件下生理指標、農藝性狀、產量關系的空白，對大豆旱作栽培條件下高產有一定指導作用。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試大豆品種為晉豆47號，由山西省農業科學院經濟作物研究所選育，該品種具有出苗率高、對水分敏感等特性。

保水劑為任丘市輝達化工有限公司生產的鉀鹽型農林抗旱保水劑。

1.2 試驗地概況

試驗于2019年在山西省晉中市東陽鎮山西省農業科學院試驗基地（東經112.6°，北緯37.5°）進行。該地海拔800m，年平均氣溫9.8℃，降雨量418～483 mm，年日照時數2 662 h，無霜期158 d。土壤類型為壤土，肥力較低，耕層0～20 cm的有機質含量為15.43 g/kg，堿解氮含量為45.24 mg/kg，速效鉀含量為107.21 mg/kg，速效磷含量為10.25 mg/kg。

1.3 試驗方法

大豆整個生育期不澆水。采用隨機區組設計，試驗設6個保水劑處理，分別為0（CK）、15.0（A1）、22.5（A2）、30.0（A3）、37.5（A4）、45.0 kg/hm2（A5），3次重復，每個小區長3 m、寬2 m。播前用冷水浸泡種子5 h，點播，大豆行距50 cm，株距20 cm。播后開溝條施保水劑。

1.4 測定項目及方法

在大豆鼓粒期，用TYS-3N植物營養測定儀測定大豆主莖上倒2功能葉片葉綠素含量。用烘干法測定對應葉片含水率。用TZS-1便攜式土壤水分測定儀測量0～30 cm土壤含水量。收獲時，每小區取中間2行隨機抽取15株考種，測定其株高、有效分枝數、主莖節數、有效莢數、單莢粒數、百粒質量，全部收獲植株脫粒計產，折算公頃產量。

1.5 數據分析

采用SPSS 19.0對6個梯度保水劑的生理指標和農藝性狀進行方差分析，對產量與生理指標和農藝性狀進行相關分析、逐步多元回歸分析、通徑分析，Excel 2007作圖。

2 結果與分析

2.1 氣候條件與近5 a比較

生育期內溫度和降水量影響大豆生長態勢，由圖1可知，在5—9月整個生育期內，氣溫都高于近5 a平均氣溫，2019年平均氣溫22.22℃，近5 a平均氣溫20.76℃，溫度高出1.46℃；2019年平均降水量50.32 mm，近5 a平均降水量62.88 mm，降水量下降12.56 mm。2019年5月沒有降雨，溫度比常年高1.70℃，導致大豆苗期嚴重缺水，植株營養生長不良；2019年7月比近5 a降雨量少16.10 mm，溫度比近5 a平均高1.20℃，7月正值大豆開花期，嚴重影響了大豆開花數量和質量；2019年8月比近5 a降雨量少39.00 mm，溫度比近5 a平均高0.70℃，8月為大豆結莢鼓粒期，氣溫和降雨量異常，影響大豆結莢鼓粒。因此，2019年保水劑試驗對研究高溫干旱條件下大豆的生長發育具有一定的代表意義。

2.2 不同梯度保水劑對大豆生理指標的影響

通過對不同保水劑處理下3個生理指標分析，從表1可以看出，在各處理中，A3土壤容積含水率最高，A4次之，對照最小，A1、A2、A3、A4與對照相比都達到顯著水平（P＜0.05），其中，A3土壤容積含水率比對照高2.06%。葉片含水率表現由高到低依次為A3＞A4＞A2＞A5＞A1＞CK，其中，A2、A3、A4、A5與對照差異顯著（P＜0.05），A3的葉片含水率最大，比對照提高6.52%。A3的SPAD值最大，與其他處理都達到顯著水平（P＜0.05），對照的SPAD值最小，為40.57，與A2、A3、A4差異顯著（P＜0.05）。

表1 不同梯度保水劑對生理指標的影響

2.3 不同梯度保水劑對大豆農藝性狀的影響

從表2可以看出，不同梯度保水劑大豆株高依次為：A4＞A1＞A3＞A5＞A2＞CK，對照與A4差異顯著（P＜0.05），與其他梯度株高不顯著。而對照有效分枝數與A3差異顯著（P＜0.05），A3比對照平均多1.8個有效分枝。A4主莖節數最多，然后依次為A1、A3、A5、A2，對照最少，與A1、A3、A4、A5差異顯著（P＜0.05）。有效莢數從高到低依次為：A3、A4、A5、A2、A1、CK，CK與A2、A3、A4、A5差異達到顯著水平（P＜0.05）。A3單莢粒數最多，為2.63個，A4單莢粒數為2.53個，二者都與對照差異顯著（P＜0.05）。A4百粒質量最大，對照最小，對照與其他處理的百粒質量差異都達到顯著水平（P＜0.05）。

表2 不同梯度保水劑對農藝性狀的影響

2.4 不同梯度保水劑對大豆產量的影響

從圖2可以看出，6個保水劑梯度的產量從大到小依次為A3＞A4＞A5＞A2＞A1＞CK，A1～A5產量均比對照高，并且都達到了顯著水平（P＜0.05）；A3產量最大，為3.98 t/hm2，比對照提高了49.1%，其次為A4，為3.81 t/hm2，A5產量為3.38 t/hm2，A2產量為3.36 t/hm2，A1產量為3.16 t/hm2，A4、A5、A2、A1處理產量分別比對照提高了42.7%、26.6%、5.9%、18.4%。

2.5 不同生理指標及農藝性狀與產量相關性分析

通過分析不同生理指標及農藝性狀與產量相關性，由表3可知，在鼓粒期測定的生理指標中，土壤容積含水率、葉片含水率與產量關系達到極顯著水平，相關系數分別為0.842、0.713，而SPAD值與產量未達到顯著水平，可能原因是不同梯度保水劑處理造成的土壤水分及植株含水量差異影響產量。而在農藝性狀中，對產量影響達到極顯著水平的農藝性狀依次為有效莢數、單莢粒數、有效分枝數，達到顯著水平的農藝性狀為主莖節數、株高，百粒質量與產量未達到顯著水平，說明在使用保水劑條件下產量構成因素中，有效莢數、單莢粒數對產量的影響較大。

表3 生理指標及農藝性狀與產量相關性分析

2.6 產量模型的構建

通過對不同生理指標及農藝性狀與產量進行逐步多元線性回歸分析，得到回歸方程：Y＝0.155X1＋0.121X2＋0.05X3－2.563（R2＝0.898）（X1為有效分枝數，X2為百粒質量，X3為有效莢數），3個農藝性狀的偏回歸系數顯著性均小于0.05，說明產量主要受這3個農藝性狀的相互影響。

通過逐步回歸方程對各生理指標及農藝性狀進行通徑分析，其中，直接效應最大的是有效莢數，直接效應為0.748，有效分枝數的直接效應次之，為0.294，百粒質量的直接效應最小，為0.269，其間接效應合計-0.032，說明對產量影響最大的農藝性狀為有效莢數，百粒質量通過其他生理指標及農藝性狀對產量影響比較大。

表4 農藝性狀與產量的通徑分析

3 討論

干旱嚴重制約著山西省農業的發展，抗旱節水已成為山西省農業未來發展的重要舉措。施用保水劑是近年來重要的一種抗旱節水技術，具有廣闊的應用前景[21]。2019年5—9月，本試驗地降水量比常年低，溫度比常年高，而本試驗大豆在整個生育期內不灌溉，為大豆保水劑研究提供了必要的條件，具有一定的指導意義。

3.1 不同梯度保水劑對大豆性狀指標影響

本研究選用鼓粒期的土壤容積含水率、葉片含水率、SPAD值3個生理指標和成熟期的株高、有效分枝數、主莖節數、有效莢數、單莢粒數、百粒質量6個農藝性狀進行分析，因為鼓粒期的3個生理指標累積了大豆苗期、開花結莢期的相關影響，而成熟期的6個農藝性狀累積了大豆整個生育期的影響因素，因此，選擇以上9個參數具有一定的代表意義。通過分析不同梯度保水劑條件下各生理指標及農藝性狀的關系及產量高低，施用保水劑的效果都比對照好。蒙彩芳等[22]研究表明，施用抗旱劑可使大豆株高、分枝數、單株粒數、百粒質量、產量增加，而保水劑是抗旱劑的一種，這與本研究結果相一致。本研究通過綜合分析認為，對大豆效果最好的保水劑使用量為30 kg/hm2，可能是土壤容積含水率達到了最適狀態，保證了土壤有最佳含水量，更好地供應植株生長，導致植株各項生理指標達到最佳狀態，進而導致產量也最高。呂美琴[23]對秋植大豆溝施保水劑效果進行了研究，指出施用保水劑大豆的產量、有效莢數、單株粒質量、百粒質量都比對照高，與本研究結果一致，同時指出保水劑施用量為90 kg/hm2效果最好，與本研究結果不同，可能是因為大豆生長期的氣溫、降水量、土壤養分和保水劑類型不一樣所導致。

3.2 產量與生理指標及農藝性狀的關系

大豆的各項生理指標及農藝性狀制約著產量的高低。本研究發現，土壤容積含水率、葉片含水率、有效分枝數、有效莢數、單莢粒數與產量關系達到正極顯著水平，株高和主莖節數與產量呈顯著正相關。王彩潔等[24]對大豆產量和農學參數進行了相關與主成分分析認為，大豆產量主要決定于有效莢數、單株莢數和單株粒數，本研究與該結論不同，但有效莢數、單株莢數和單株粒數與本研究中的有效莢數和單莢粒數實質上沒有太大區別。韓秉進等[25]研究認為，大豆產量與單株粒數、有效莢數極顯著相關，與本研究結果一致。曹鵬鵬等[26]對大豆農藝性狀和產量進行相關分析后指出，百粒質量、主莖節數與產量都呈負相關，與本研究有所不同，本研究中產量與百粒質量、主莖節數呈正相關關系，可能是因為所處環境和品種選擇不一致。大豆的各項生理指標及農藝性狀都會相互影響，它們之間的影響直接關系著產量的高低，只有在一定環境條件下，通過不同栽培措施找到各項生理指標及農藝性狀最優配置，才能最大限度地發揮大豆產量的增長潛力。

3.3 生理指標對產量的評價

本研究通過建立逐步回歸模型和通徑分析，篩選出有效莢數、有效分枝數、百粒質量3個生理指標共同對產量起作用。吳雨珊等[27]等通過對產量與農藝性狀通徑分析認為，對產量綜合效應排序為分枝粒質量＞有效莢數＞主莖節數＞營養生長期＞每莢粒數＞株高＞百粒質量，與本研究結果有差異，可能是大豆種植方式不同，但都在通徑分析中認為有效莢數、百粒質量對產量起作用。汪寶卿等[28]研究認為，每莢粒數、有效莢數、株高和單株粒質量對產量的通徑系數較大，與本研究篩選的共同農學參數為有效莢數，韓秉進等[29]通過對大豆產量與農學參數逐步回歸分析認為，提高大豆產量應首先考慮增加大豆有效莢數，與本研究中有效莢數在通徑分析中作用最大相一致。在一定環境下，通過研究分析，篩選出個別對大豆產量影響大的性狀指標，并進行改進，才能夠顯著快捷地提高產量。

本研究只是針對一個大豆品種在一個地區進行了1 a的研究，有一定的局限性。今后可在多個地區用多個品種做多年相關研究，探究保水劑對大豆的影響，來完善本研究結果。

4 結論

本研究結果表明，在不同梯度保水劑下不同生理指標及農藝性狀呈現顯著差異；15.0、22.5、30.0、37.5、45.0 kg/hm2這5個保水劑處理都比對照產量高，30.0 kg/hm2保水劑產量最高；對產量進行相關分析，有效莢數、單莢粒數對產量的影響較大。通過建立逐步回歸模型和通徑分析，得出有效莢數、有效分枝數、百粒質量共同對產量起作用。