不同配施肥措施對濱海鹽堿地大豆生長和產量的影響

摘要：針對濱海鹽堿地土地肥力不足和鹽堿脅迫的問題，探究不同肥料配施對鹽堿地種植大豆群體動態、產量及產量構成要素的影響。2022年以大豆品種東營1為供試材料，分別設置5個施肥處理（CK，不施任何肥料；F，僅施加復合肥；FM，復合肥配施有機肥；FB，復合肥配施微生物菌劑；FMB，復合肥配施有機肥和微生物菌劑）。結果表明：（1）FM、FB、FMB處理均顯著提高大豆的株高、莖粗、葉面積指數、干物質量，FM、FMB處理對大豆群體動態的影響顯著高于F、CK處理，但FM、FMB處理之間無顯著差異。與F處理相比，FB處理除了株高，其他群體動態指標無顯著差異。（2）所有配施肥料處理中，產量構成因素無顯著差異，但FM、FMB處理產量達到2 896.59、3 091.95 kg/hm2，與其他處理差異顯著。（3）大豆產量構成因素間關聯度大小表現為單株莢數＞株高＞單株粒質量＞百粒質量，其中單株莢數、株高是影響大豆產量的關鍵因素。（4）FM、FB、FMB處理對大豆產量的貢獻分別達18%、9%、24%，對大豆莢數的貢獻率為13%、6%、15%。（5）利用主成分分析方法探究大豆產量的構成因素，配施微生物菌劑的FB、FMB處理聚集性較好，組間相似性較高，CK、F處理與其他處理間相對分散對立，與其他處理差異明顯。本研究結果表明，配施有機肥和微生物菌劑的施肥模式可以為大豆帶來高產和穩產，并減少鹽堿地分布不均勻帶來的危害。

關鍵詞：鹽堿地；大豆；有機肥；微生物菌劑；產量；群體動態

中圖分類號：S565.106.2 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）22-0053-08

土壤鹽漬化是制約部分農田生產的關鍵因素。由于鹽分過多，全球25%的灌溉土地的作物生產力下降［1］。對鹽堿地進行整治，使閑置土地用于農業生產是十分必要的。隨著土地利用強度的急劇增加，大量的森林、草地、濕地被開墾為耕地，使得原有植被和土壤結構遭到破壞，水土流失、土地荒漠化、鹽堿化等問題日益嚴重［2］。我國的鹽堿地分布在23個省（市、區）的平原、盆地和沿海地區，面積約 3 600萬hm2［3］。土壤鹽堿化造成的直接經濟損失高達25億元/年，嚴重影響國家的經濟繁榮［4-5］。大豆是我國重要的糧食作物和經濟作物，常用來榨取豆油、釀制醬油和提取蛋白質等［6］。栽培大豆屬于中度耐鹽植物，在鹽堿地種植大豆需要滿足其正常生長所需的營養，當生長土壤中鹽含量超過 5 dS/m 時，大豆生長就會受到嚴重損害［7］。施肥會增加土壤的鹽分濃度，在制定鹽堿農田的施肥率時應考慮這一點。合理施肥以挖掘鹽堿地大豆的產量潛力，對于穩定糧食生產至關重要。

鹽堿地的鹽分可以通過種植耐鹽植物的方式吸收。研究表明，將耐鹽植物分別種在輕度和重度鹽堿地上，1年后耕層土壤的含鹽量下降幅度為10%～20%［8］。大豆耐受高鹽堿性土壤、水澇、干旱等逆境，在土地肥力管理、氮素固定、土壤改良方面具有重要作用。在濱海鹽堿地高效生態農業的可持續發展中，大豆被認為是一種良好的選擇［9］。野生大豆不僅能夠在鹽堿土壤中生長，還能夠通過與多種土壤微生物的共生作用來固定大氣中的氮［10-11］，減少氮肥的投入，從而防止土地進一步鹽堿化。隨著研究的不斷發展，更多的耐鹽堿大豆品種被選育出，大豆產量得以提高［12］。

有機肥、微生物菌劑與化肥的平衡施用，可提升鹽堿地的地力和作物產量。大量研究表明，施用有機肥料對鹽堿土壤的改善效果顯著，通過促進形成大粒徑土壤團聚體的方式，提高土壤的結構和質量，促進土壤空氣流通，降低土壤pH值，優化根際微生物群落結構，使鹽堿、板結土壤恢復活力，最終提高作物生產力［13-15］。微生物菌劑中的有利菌群可緩解鹽堿條件對大豆的不利影響，例如蠟狀芽孢桿菌可以抑制鹽堿地對根瘤菌結瘤的影響［16］。內生根真菌能在鹽和干旱脅迫下改善不同種類植物的生長，有利于鹽堿地大豆的生長和耐鹽性；耐鹽植物根際促生菌的應用可有效提高植物對鹽堿脅迫的耐受性，在提高大豆耐鹽堿性和促進堿性土壤作物健康成長方面具有重要作用［17］。本試驗在河北省濱海區鹽堿地設置有機肥、微生物菌劑配施復合肥與習慣施肥、不施肥措施，研究不同施肥處理對耐鹽堿大豆生長情況、干物質積累量、土壤含水率動態變化及產量的影響，以期為開發利用濱海鹽堿地提供科學依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2022年6—9月在河北省黃驊市常郭鎮李子扎村的濱海鹽堿地試驗田進行，地理位置為117°15′E、38°16′N，海拔7 m。年均風速4.2 m/s，年均日照時數2 755 h，年均無霜期194 d，年均氣溫 12.1 ℃；年均降水量627 mm，夏季約占75%，易出現“春旱夏澇秋吊”的現象。試驗土壤的基礎性質見表1。2022年大豆生育期內的主要氣象要素變化見圖1。

1.2 供試材料

供試大豆品種為東營1。供試肥料：復合肥（N、P2O5、K2O分別含15%、30%、8%）、氨基酸型有機肥、復合微生物菌劑。

1.3 試驗設計

于2022年6月16日播種，共分為4個生育期：盛花期、盛莢期、鼓粒期、成熟期，總生育周期為 112 d。采用隨機區組設計，以點播方式進行播種，行距50 cm，株距9 cm。播種前，底肥施復合肥 375 kg/hm2，旱作雨養，只在過度干旱或者盛莢期進行適當灌水。

試驗設置：對照CK，不施加任何肥料；F處理，只施加復合肥，為當地常規施肥；FM處理，施加氨基酸型有機肥1萬 kg/hm2，和復合肥一起底施；FB處理，施加微生物有機菌肥20 kg/hm2，兌水噴施于試驗地，和復合肥一起作為基肥使用；FMB處理，將微生物有機菌肥20 kg/hm2和氨基酸型有機肥 1萬 kg/hm2 一起施入試驗地，和復合肥一起作為基肥使用。試驗共5個處理，每個處理重復3次，隨機布置15個試驗小區，小區面積為9 m2（3 m×3 m），小區之間留出1 m保護帶。

1.4 測定內容及方法

1.4.1 大豆生長指標的測定

（1）株高測定。在大豆生育期間，隨機選擇5株代表性大豆作為測量株高的樣本，每株編號，在不同生育期標記株高的變化，用精度為1 mm鋼卷尺測量大豆從地面至大豆標記生長點的距離。

（2）莖粗測定。在大豆不同生育期選取標記植株主莖，用精度為0.01 mm的游標卡尺測量地面以上 2 cm 的主莖直徑，每次測量位置固定。

（3）葉面積指數測定。在大豆不同生育期，用葉面積儀（Yaxin-1241）測定葉片面積。葉面積指數（LAI）采用下式計算：

[JZ]LAI=[SX（]LA×NPPAPFA[SX）]。

式中：NPPA為單位面積株數，本試驗NPPA=13株；PFA為單位土地面積，本試驗PFA=1 m2；LA為單株所有綠色葉片累加得到的面積，m2。

1.4.2 大豆干物質量和產量的測定

（1）干物質量測定。在大豆4個生育期采集大豆植株樣品，盛莢期植株樣品分為葉片、莖、豆莢3個部分，鼓粒期和成熟期分為葉片、莖、莢殼、籽粒4個部分。將植物樣品置于烘箱中，105 ℃條件下殺青30 min，并在70 ℃條件下持續烘干直至質量穩定。用精度為0.01 g的電子天平稱量各部分干物質量。

（2）大豆產量。大豆成熟后每個小區隨機選取2個面積為1 m2的樣方進行測產，每個處理取平均值后折算成1 hm2的產量，并選取標記的5株樣本測定單株莢數、單莢粒質量和百粒質量。

1.4.3 肥料貢獻率

CK沒有使用化肥、有機肥和微生物菌劑，其大豆產量主要依賴于土壤自身肥力，因此將CK的產量設為固定值。肥料對大豆產量的貢獻率為：

式中；Y0表示CK的大豆產量；Y1表示F處理的大豆產量；Y2表示FM處理的大豆產量；Y3表示FB處理的大豆產量；Y4表示FMB處理的大豆產量。

1.5 數據處理與分析

使用Microsoft Excel 2022進行表格數據整理，使用Origin 2023進行生理指標柱狀圖、肥料貢獻率圖和主效應分析圖的繪制，使用SPSS 27.0軟件進行圖表單因素顯著性分析和關聯度分析。

2 結果與分析

2.1 不同肥料對大豆群體動態的影響

2.1.1 株高

由圖2-a可知，不同肥料條件下，大豆的株高隨著生育進程的推進逐漸增長。在各個生育期內FMB處理的株高均最高，其增長率在盛花期至盛莢期可達到238.3%，且在盛莢期與其他4個處理存在明顯差異。隨后FMB處理大豆株高增長速度變緩，在盛莢期至鼓粒期、鼓粒期至成熟期的增長率分別為18.7%、8.8%，與FM處理無顯著差異。FB處理在盛花期對大豆株高起促進作用；在生育后期，FM、FMB處理對大豆株高影響更加明顯，二者之間無顯著差異，但與其他處理差異顯著。

以上結果說明，有機肥和微生物菌劑的施用有效提高了大豆株高。在成熟期，FMB處理株高最高達 90 cm，同FM處理無顯著差異。

2.1.2 莖粗

由圖2-b可知，隨著生育進程的推進，不同處理的大豆莖粗增長速度差異明顯。在盛花期，FMB處理莖粗最大，與其余各處理間差異顯著。在盛花期至盛莢期，大豆莖粗顯著增長，盛莢期大豆的莖粗約為盛花期的 1.56～1.82倍。隨后大豆莖粗長勢變緩。在成熟期，FM、FMB處理之間無顯著差別，但與CK、F處理差異顯著。由此可知，有機肥是提高莖粗的主要因素，微生物菌劑則起到加快莖粗增長的效果。

2.1.3 葉面積指數

由圖2-c可知，在大豆整個生育期內，葉面積指數呈先增后降的變化趨勢，在盛莢期和鼓粒期大豆葉面積指數達到頂峰，為之后豆莢的生長提供了有利條件。增速最快的時期同樣發生在盛花期到盛莢期之間，不同處理的葉面積指數增長率可達160.3%～282.4%；盛莢期FMB處理的葉面積指數最大，為5.20，而CK的葉面積指數最小，為3.18，各處理之間存在顯著差異。在鼓粒期，除FMB處理的葉面積指數比盛莢期有輕微增長外，其他各處理的葉面積指數均減少，FMB處理與FM處理之間無顯著差異，但和其余處理存在顯著性差異。成熟期各處理的葉面積指數相較于鼓粒期均下降，FB、FM、FMB處理之間差異不顯著。各處理在成熟期相較于鼓粒期葉面積指數所呈現的下降幅度為16.1%、24.8%、22.5%、25.0%、29.2%，FMB處理的葉面積指數下降幅度最大。施加有機肥可以有效增加和保持葉面積指數，微生物菌劑在成熟期保持葉面積指數的能力無法體現。

2.1.4 干物質積累

干物質積累和籽粒中的干物質分配對產量具有顯著影響。大豆生育期間，干物質積累量呈先增后減的趨勢，在鼓粒期達到峰值，此后，由于葉片黃化、脫落和莢果脫落等因素，干物質積累量逐漸降低，這與前人的研究結果［18］相似。由表2可知，不同處理對大豆生長各時期干物質積累總量及速度均產生較大影響。在盛花期，FM處理的干物質積累總量最高水平，CK的該指標最低，并且二者之間差異顯著。在盛莢期，FMB處理的干物質積累量快速增加。在鼓粒期，所有處理達到干物質積累量的最大值。FM、FMB處理的干物質積累量均超過了12 000 kg/hm2，FMB處理較FB處理高21.01%，較CK、F處理高63.75%、33.24%。成熟期，FM處理的干物質積累量達到最大值，與FMB處理之間無顯著性差異，但與CK、F、FB處理存在顯著差異。在盛花期，FM、FB、FMB處理之間差異并不明顯；然而在盛莢期以后，含有有機肥的處理（FM、FMB）具有較高的干物質積累速率，因此干物質總量也相對較大。

2.2 不同施肥處理對大豆產量及其構成因素的影響和相關性分析

2.2.1 不同施肥處理對大豆產量和產量構成因素的影響

通過對大豆產量及其產量構成因素進行方差分析（表3）可知，不同處理對大豆產量和產量構成因素的影響不同。單株莢數和單株粒質量在不同處理下顯著性表現一致，FM、FB、FMB處理和CK之間差異顯著，F處理與其余處理無顯著性差異；FMB處理的單株莢數、單株粒質量比CK增加36.52%、55.93%。百粒質量受施肥處理的影響明顯，各施肥處理的百粒質量均顯著高于CK，FMB處理的百粒質量顯著高于F處理，FM、FB處理與F、FMB處理之間差異均不顯著。施加有機肥和微生物菌劑可以進一步提高大豆的百粒質量。不同處理之間的產量差異顯著，FMB處理的產量顯著高于CK、F、FB處理，但與FM處理無顯著差異。FMB處理的大豆產量比CK、F處理分別增加56.00%、30.89%，FB處理的產量比CK、F處理分別增加31.56%、10.38%。有機肥和微生物菌劑對大豆在鹽堿地的生長均起到促進作用。

2.2.2 大豆產量與其構成因素的相關性

對原始數據進行標準化處理，計算出對應的關聯度（表4），關聯度反映不同施肥處理下各產量構成因素對大豆產量的貢獻。不同施肥處理下，株高、單株莢數、單株粒質量、百粒質量、產量的關聯度分別為0.850、0.853、0.843、0.842，相互的關聯大小表示為單株莢數＞株高＞單株粒質量＞百粒質量，其中單株莢數、株高都是影響大豆產量的關鍵因素。

2.3 不同處理對大豆產量及其構成因素的影響

由圖3-a可看出，施用復合肥、復合肥配施有機肥和微生物菌劑的處理方法對大豆產量的影響存在差異。在CK中，大豆產量完全依賴于土壤自身的養分含量。若將CK的產量設為基準值，與CK相比，F處理對大豆產量的提高貢獻為20%。FM處理的大豆產量增加534.27 kg/hm2，對大豆產量的貢獻為18%；FB處理的大豆產量增加 245.20 kg/hm2，對大豆產量的貢獻為9%；FMB處理增產量為 729.63 kg/hm2，對大豆產量的貢獻為24%。整體上，FMB處理對大豆產量的貢獻率占主導地位，比FM、FB處理多6、15百分點。

由圖3-b可看出，F、FM處理對大豆莢數的貢獻為13%；FB處理較FM處理對大豆莢數的貢獻少7百分點；FMB處理對大豆莢數的貢獻為15%。相比于配施有機肥的處理，增施微生物菌劑對大豆單株莢數的貢獻增加并不明顯。隨著同時配施有機肥和微生物菌劑，土壤的貢獻率呈逐漸下降的趨勢，但對復合肥貢獻率的影響不明顯。FM、FB、FMB處理對單株莢數的貢獻率分別為13%、6%、15%。

2.4 不同處理大豆產量構成因素的主成分分析

大豆產量構成因素PCA分析顯示，不同處理的產量構成要素呈現各自聚類，樣品間距離近代表差異小，距離遠代表差異明顯（圖4）。CK、F處理的產量構成要素相對獨立且分散，說明與其他處理相比差異較大。FM處理分布聚集性不高，FB、FMB處理有較高的聚集性，說明施加微生物菌劑處理的組間相似度較高，產量構成因素較為穩定。不同處理的大豆產量構成要素的區別主要體現在PC1上，以上結果能充分反映不同處理大豆產量構成因素的總體特征和組間差異。

3 討論

3.1 不同肥料施加對大豆株高、莖粗和葉面積指數的影響

有研究表明，配施有機肥和微生物菌劑效果顯著，主要體現在大豆植株的性狀優化度和促進生長發育方面［19-21］。本試驗中，FB處理促大豆生長的效果優于F處理，在生育前期有加快大豆生長的作用，但差異不顯著；添加有機肥顯著影響大豆各個時期的生長狀況，更加有利于大豆的生長。FMB處理和FM處理差異并不明顯，說明有機肥對大豆生長起主導作用，微生物菌劑隨著生育期的推進，對大豆的影響不斷減弱。本試驗中，株高和莖粗的整體變化趨勢基本一致，盛花期至盛莢期增長速度較快，鼓粒期之后基本停止生長（圖2），這與前人的研究［22］基本一致；葉面積指數基本都在盛莢期達到頂峰，往后不斷減小，這主要是由于盛莢期之后，大豆對葉片的養分供應逐漸停止，致使葉片枯黃脫落。FMB處理的葉面積指數在鼓粒期有輕微提升，這可能是由于微生物菌劑與有機肥一起施用，增強了大豆的生長活性。有機肥增加土壤肥力、改善土壤結構，并提供大豆所需養分；微生物菌劑降低病害發生和增強大豆的抗逆性，延長生育中期葉片的壽命，這一過程可以擴大功能葉的面積，有利于植株光合產物的形成，實現大豆產量增加［23］。

3.2 不同肥料施加對大豆產量和產量構成要素的影響

本研究表明，各施肥處理可有效提高大豆產量，這與以往研究結果［24-26］相同。在化肥施用過程中混入有機肥和微生物菌劑，能夠促進有機肥中的有機酸更有效地釋放，提高微生物數量并加速其代謝活性，提高土壤中叢枝菌根的豐度，通過增強宿主的抗氧化酶活性、水分利用效率、生物量等，增加植物抗逆能力，促進大豆對化肥和水分的吸收和利用，從而充分滿足大豆在生長發育各個階段所需的營養物質，進而有利于大豆產量的提高［27-29］。另外，長期施用化肥與有機肥，可以促進土壤團聚體的生成，并提高土壤孔隙度比例，改善耕層土壤結構，增加鹽堿地中的有機碳和全氮含量；在大量施用有機肥情況下，這種促進效果更為顯著［30-31］。此外，大量施用有機肥還間接對大豆生長發育及產量產生積極影響［32-33］。Zaid等的研究表明，與未施肥處理相比，復合肥和有機肥的配施使大豆的生物量、產量分別提高128%、73%；根瘤菌的接種對大豆的單株根瘤數、單株莢數、生物量和籽粒產量有顯著影響［34］。Hati等的研究表明，連續3年施用農家肥和有機肥，與未施肥料的對照相比，大豆產量、水分利用效率分別提高103%、76%［25］。Yuniarti等的研究表明，在黏性偏鹽堿的土壤種植大豆，微生物有機肥對植株高度、根長度、根瘤數量、飽滿豆莢數量有更高的生長響應，大豆產量從1.57 t/hm2提高到 1.81 t/hm2［35］。有機肥、微生物菌的品種和數量以及試驗地點的差異，導致不同試驗中化肥配施有機肥和微生物菌的效果不同。

化肥配施有機肥和微生物菌劑，同樣會影響大豆單株莢數、單莢粒數、單株粒質量等產量構成因素；能夠提高大豆的株高、莖粗，并顯著促進植株莖、葉、莢的生長，降低空殼率，從而提高大豆的經濟效益。本研究中，化肥配施有機肥和微生物菌劑處理下，大豆產量除了與株高無顯著相關性外，與單株莢數、單株粒數、單株粒質量、百粒質量呈顯著的正相關關系。這與前人的研究結果相似。Mandal等的研究發現，大豆產量與株莢數（r=0.98）和株粒質量（r=0.86）顯著相關［36］。Egli等的研究也表明，單株莢數是決定大豆產量的關鍵［37］。此外，本研究使用灰色關聯度分析發現，化肥和化肥配施有機肥和微生物菌劑對大豆產量構成因素具有影響，對產量的貢獻程度也存在差異。復合肥配施有機肥和微生物菌劑條件下，單株莢數對大豆產量的影響最大，其次是株高、單株粒質量。王囡囡等通過灰色關聯分析對大豆進行不同施肥處理的研究，指出單株莢數對產量的影響最為顯著，其次是單株粒質量和單株粒數［38］，這個結論與本研究的發現一致。雖然不同的產量構成因素對大豆產量的貢獻率不一樣，但這些因素彼此之間存在相互關系。

本研究中，依靠土壤基礎地力，大豆產量能達到1 981.96 kg/hm2（表3）。施用復合肥后，大豆產量達到2 362.32 kg/hm2，化肥對大豆產量的貢獻為380.36 kg/hm2，占大豆產量的20%。復合肥配施有機肥和微生物菌劑均有效增加對大豆產量的貢獻率，分別為18%、9%、24%，有機肥對大豆產量的貢獻較為明顯。但有研究表明，施用有機肥的量越少，復合肥料對大豆產量的貢獻作用越為突出［39］。而當增加有機肥的施用量時，復合肥對產量的作用逐漸減小，直至達到一定閾值時，有機肥可能會取代化肥在增加大豆產量方面的作用。有機肥含有豐富的氮、磷、鉀和有機碳等養分，還能提供相當數量的中量元素、微量元素以及氨基酸、核酸和微生物營養成分。有機肥不僅可以為植物提供直接的養分，還能夠激活土壤中的潛在養分并促進生物學活性，從而提高作物的生物量并增強土地生產力［40］。然而，高量有機肥可能會對大豆的生長和產量帶來不利影響，因為土壤分解大量有機肥的能力是有限的。Xin等研究發現，有機肥并不能完全取代化肥，但用有機肥替代不到一半的化肥可能是一種具有前途的施肥方案［41］。本研究結果表明，無論是配施有機肥還是微生物菌劑，都有助于提高大豆產量。然而當有機肥的施用量超過15 t/hm2時，其作用開始下降，此時進一步增加有機肥的投入反而會產生浪費［42］。

相關性分析是一種用于研究2個或更多連續型變量之間關系的統計方法，為了進一步從不同處理的大豆產量構成因素中挖掘重要信息，進行了主成分分析［43］。圖4表明，配施有機肥和微生物菌劑對大豆產量構成因素有顯著的促進作用。無論是有機肥還是微生物菌劑均能有效提升鹽堿土地肥力，得到更高的作物產量。

4 結論

濱海鹽堿地肥力較低，該地區要獲得大豆高產，仍然需要施用化肥和其他肥料，補充土地肥力和改良土壤品質。本研究中，化肥配施有機肥和微生物菌劑能有效提升大豆生長情況和產量，促進干物質合理分布。配施有機肥和微生物菌劑處理，能夠顯著提高大豆株高、莖粗、葉面積指數，進而有效促進大豆的干物質積累，并在生育后期促進干物質向籽粒轉移和分配，顯著提高大豆產量。大豆產量構成因素間關聯度大小表現為單株莢數＞株高＞單株粒質量＞百粒質量，其中單株莢數和株高是影響大豆產量的關鍵因素。此外通過計算明確了與常規肥料配施情況下，FM、FB、FMB處理對大豆產量的貢獻率分別達18%、9%、24%，對大豆莢數的貢獻率為13%、6%、15%。對大豆的產量構成因素進行主成分分析，配施微生物菌劑的FB、FMB處理聚集性較好，組間相似性較高，CK、F處理與其他處理間相對分散對立，與其他處理差異明顯。FM、FMB處理之間產量差異并不明顯，綜合考慮微生物菌劑的價格，可采取配施有機肥的措施以實現鹽堿地大豆高產的目標。

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收稿日期：2023-04-12

基金項目：河北省重點研發計劃（編號：2327001D）；國家現代農業產業技術體系建設專項（編號：CARS-08-G-22）；河北省節水灌溉裝備產業技術研究院基金（編號：SC2018005）；河北省省屬高等學校基本科研業務費項目（編號：KY2022103）。

作者簡介：曹 巍（1997—），男，云南曲靖人，碩士研究生，主要從事大田水肥調控方面研究。E-mail：cc18831237761@163.com。

通信作者：劉宏權，教授，碩士生導師，主要從事農業水土資源高效利用、水肥調控方面的教學科研工作。E-mail：lhq@hebau.cn。