大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對土壤肥力及大豆產量的影響

摘要：通過研究大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對大豆干物質積累、株高、單株有效莢數、單株粒數、產量及土壤肥力的影響，為黑龍江省大豆單產提升提供高效施肥方案。2022年和2023年選用中龍豆120和黑農81這2個大豆品種為試驗材料，采用6種施肥措施處理，分別為T1（常規施肥：尿素25 kg/hm2、磷酸二胺150 kg/hm2、硫酸鉀 50 kg/hm2）、T2（常規施肥+新美洲星拌種劑拌種+噴施新美洲星作物生長抗逆免疫劑）、T3（常規施肥+ARC微生物菌劑）、T4（常規施肥+十方生物菌劑拌種+噴施十方生物菌肥）、T5（常規肥減半施+硫代硫酸銨灌施）、T6（常規施肥+噴施富硒肥），對比研究大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對土壤肥力及大豆產量的影響。結果表明，在大豆-玉米輪作模式下，T3處理大豆的干物質積累量、株高、單株有效莢數、單株粒數、產量及土壤肥力均高于其他處理（P<0.05）。2022年，與T1處理相比，T3處理中龍豆120的產量提高了20.96%，達到了（3 056.7±69.3） kg/hm2；黑農81的產量提高了23.82%，達到了（2 893.3±56.2） kg/hm2。2023年，與T1處理相比，T3處理中龍豆120的產量提高了21.44%，達到了（3 053.3±62.1） kg/hm2；黑農81的產量提高了22.03%，達到了（2 839.3±41.8） kg/hm2。說明在大豆—玉米輪作模式下，常規施肥+ARC微生物菌劑的施肥措施，可顯著提高土壤肥力及大豆的產量，是大豆單產提升一種較好的高效施肥方案。

關鍵詞：大豆；施肥措施；大豆—玉米輪作；干物質；產量；土壤肥力

中圖分類號：S344.1；S513.06；S565.106 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）16-0110-07

大豆是我國重要的糧油飼兼用作物［1］。近年來，隨著人們生活水平的提高和畜牧業的快速發展，我國對大豆的需求日益增加，為滿足人民需求，我國大豆進口量持續攀升，目前已超過1億t/年，對外依存度連續多年超過85%，大豆供給安全面臨嚴峻的挑戰［2-3］。因此，2019年中央一號文件提出了實施大豆振興計劃，2022年的中央一號文件提出了大力實施擴大大豆種植面積、挖掘大豆單產潛力的大豆產能提升工程。大豆具有固氮作用，可培肥地力，玉米根系發達、吸肥力強，易消耗地力，大豆和玉米合理輪作、互相換茬可以減少地力消耗，提高產量。張陽等的研究表明，大豆—玉米輪作模式下大豆產量可提高10.05%［4］。劉慧等在黑龍江省北安市的試驗結果表明，大豆—玉米輪作后大豆產量可增加10～15 kg/667 m2，玉米產量可提高5%～10%［5］。黑龍江省是我國大豆和玉米的主產區，播種面積大、分布范圍廣，具備輪作基礎與條件，已成為黑龍江省主推的輪作模式之一［6-7］。此外，大量研究結果表明，化肥在糧食增產中的貢獻率高達 40%～50%，在我國人口眾多、耕地資源不足的條件下，通過改進施肥技術，實現作物高產有著重要意義［8-17］。本研究連續2年選用2個大豆品種，采用6種施肥措施處理，對比研究大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對大豆干物質積累、株高、單株有效莢數、單株粒數、產量及土壤肥力的影響，以期為黑龍江省大豆單產提升提供高效施肥方案。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本試驗在哈爾濱市道外區民主鄉黑龍江省農業科學院國家現代管理示范園區內（126°51′E，45°51′N）進行，試驗地地勢平坦，海拔151 m，耕層土壤為黑土，屬于半濕潤溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫3.6 ℃，年有效積溫為2 800～3 000 ℃，年平均降水量500 mm，年平均無霜期140～150 d。試驗地2022年和2023年5—9月平均氣溫與降水量情況由黑龍江省農業科學院耕作栽培研究所氣象與生理研究室提供，詳見圖1。

1.2 試驗材料

本試驗所用大豆品種為中龍豆120和黑農81；玉米品種為德美亞1號。

中龍豆120：黑審豆20220004。在適應區出苗至成熟生育期120 d左右，需≥10 ℃活動積溫2 400 ℃左右。該品種為亞有限結莢習性。品質分析結果顯示，粗蛋白質含量為39.02%，粗脂肪含量為20.51%。

黑農81：黑審豆2018002。在適應區出苗至成熟生育期125 d左右，需≥10 ℃活動積溫2 600 ℃左右。該品種為亞有限結莢習性。品質分析結果顯示，粗蛋白質含量為38.78%，粗脂肪含量為22.18%。

德美亞1號：冀審玉2014034。在適宜種植區生育日數110 d左右，從出苗到成熟需活動積溫 2 100 ℃ 左右。半收斂株型。粗蛋白含量為 9.06%～9.11%，粗脂肪含量為4.17%～5.17%，淀粉含量為72.28%～74.12%，賴氨酸含量為0.24%～0.29%。

尿素：總氮含量≥46.4%。由中國石油天然氣股份有限公司大慶石油分公司生產并提供。

磷酸二胺：總養分（N+P2O5）含量≥64.0%，N、P2O5、K2O的含量分別為18%、46%、0。由云南云天化股份有限公司生產并提供。

硫酸鉀：K2O含量≥52.0%、Cl含量≤1.5%、S含量≥17.0%。由唐山三孚鉀肥有限公司生產并提供。

十方生物菌劑：地衣芽孢桿菌、釀酒酵母、棘孢木霉、黑曲霉，有效活菌數≥5×107 CFU/g。由北京十方技術有限責任公司生產并提供。

十方生物菌肥：十方大豆專用肥2號。由北京十方技術有限責任公司生產并提供。

富硒肥：奧可富生物活性硒營養液，腐殖酸含量≥30 g/L，N+P2O5+K2O含量≥200 g/L，Se含量≥3 g/L，S含量≤30 g/L，Cl含量≤30 g/L，Na含量≤30 g/L，Hg含量≤5 mg/L，As含量≤10 mg/kg，Cd含量≤10 mg/kg，Pb含量≤50 mg/kg，Cr含量≤50 mg/kg，水不溶物含量≤50 g/L，pH值5～8。由黑龍江天輝奧創農業科技有限公司生產并提供。

硫代硫酸銨液體肥：硫代硫酸銨含量56%～60%，由武漢康正科技有限公司生產并提供。

新美洲星拌種劑（水劑30 mL/袋，有機質含量≥30 g/L，水不溶物含量≤20 g/L，pH值6.0～6.8）、新美洲星作物生長抗逆免疫劑（水劑 30 mL/袋，有機質含量≥30 g/L，水不溶物含量≤20 g/L，pH值6.0～6.8）均由安徽省神農農業技術開發有限公司生產并提供。

ARC微生物菌劑由李培武院士團隊研發，河北金土生物科技股份有限公司生產并提供。

1.3 試驗方法

試驗設置6種施肥措施處理，分別為T1（常規施肥：施尿素25 kg/hm2、磷酸二胺150 kg/hm2、硫酸鉀50 kg/hm2）、T2（常規施肥+新美洲星拌種劑拌種+噴施新美洲星作物生長抗逆免疫劑：美洲星原液按照6 ∶1 000的比例拌種，適當添加水分，一般1 kg種子加水3 mL，拌勻于室內晾干后播種；花期和鼓粒期葉面噴施新美洲星作物生長抗逆免疫劑1 500 mL/hm2）、T3（常規施肥+ARC微生物菌劑：常規肥與ARC微生物菌劑60 kg/hm2，兩者混勻后播種時一次性施入）、T4（常規施肥+十方生物菌劑拌種+噴施十方生物菌肥：十方生物菌劑用水稀釋10倍進行拌種；十方生物菌劑與水按1 ∶10的比例，加入容器，保持溫度32～38 ℃，遮蓋容器口，適當透氣，避光放置10 h以上后與十方大豆專用肥2號按1 ∶5的比例混勻，按機械作業所需水量兌水攪勻后葉面噴施，十方生物菌劑用量1.5 kg/hm2，十方大豆專用肥2號用量7.5 L/hm2）、T5（常規肥減半施+硫代硫酸銨灌施：常規肥減半施及開花期到鼓粒期每半個月在大豆苗的側面土壤表面灌施1次硫代硫酸銨，硫代硫酸銨每次用量37.5 kg/hm2）、T6（常規施肥+噴施富硒肥：常規施肥及苗期、花期、結莢期噴施富硒肥，富硒肥每次用量1 kg/hm2，按機械作業所需水量兌水攪勻后葉面噴施）。采用小區試驗，每個小區8行，行長10 m，行距0.65 m，每個處理3次重復。播種及田間管理參照當地常規大豆種植方式。

1.4 指標測定

干物質測定：在分枝期、鼓粒期，每個小區分別隨機選擇3株大豆植株（每個處理9株），將每株子葉節往上部分分別裝袋置入烘箱，經105 ℃殺青 30 min，再將烘箱溫度調至65 ℃烘干至恒重后，稱重計單株干物質量。

產量相關性狀測定：在大豆成熟期每個小區分別隨機選取3株（每個處理9株）進行考種即分別測定株高、單株有效莢數、單株粒數。

產量測定：大豆成熟后每小區從中間4行隨機選取2 m2進行收獲，脫粒晾干后稱量籽?？傊亓?，并折合公頃產量。

土壤全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質的含量測定：在分枝期、鼓粒期，每個小區采取5點取樣法進行取樣，每個小區所采集的土樣混成一個土樣（每個處理3次重復），取樣深度為20 cm。將樣品帶回實驗室按HTYF-DT4 精誠華泰土壤養分測定儀說明進行全氮含量、堿解氮含量、速效磷含量等相關指標測定。

1.5 數據統計

數據采用SPSS 20.0進行方差分析，并進行Duncans檢驗，用Excel軟件制作圖表。

2 結果與分析

2.1 大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對土壤肥力的影響

由表1可知，2022年和2023年試驗中，在大豆分枝期和鼓粒期2個不同生育時期，不同施肥措施對土壤養分的影響不同。其中，T3處理中土壤有機質、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量均顯著高于其他處理（P<0.05）。2022年，與T1處理相比，T3處理在黑農81分枝期和鼓粒期土壤有機質含量分別提高38.46%和15.90%，全氮含量分別提高13.04%和10.65%，堿解氮含量分別提高了17.36%和15.79%，速效磷含量分別高33.85%和48.94%，速效鉀含量分別提高26.27%和11.17%；在中龍豆120分枝期和鼓粒期土壤有機質含量分別提高44.81%和39.02%，全氮含量分別提高12.27%和12.43%，堿解氮含量分別提高16.25%和19.10%，速效磷含量分別提高33.15%和45.34%，速效鉀含量分別提高23.81%和13.03%。2023年，與T1處理相比，T3處理在黑農81分枝期和鼓粒期土壤有機質含量分別提高38.05%和28.06%，全氮含量分別提高15.63%和11.45%，堿解氮含量分別提高17.77%和19.58%，速效磷含量分別提高31.53%和49.73%，速效鉀含量分別提高26.32%和12.66%；中龍豆120分枝期和鼓粒期土壤有機質含量分別提高38.58%和38.87%，全氮含量分別提高12.20%和13.25%，堿解氮含量分別提高17.11%和20.24%，速效磷含量分別提高了33.41%和42.24%，速效鉀含量分別提高23.44%和12.58%。

2.2 大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對大豆干物質積累的影響

由表2可知，2022年和2023年試驗中，在大豆分枝期和鼓粒期這2個不同生育時期，不同施肥措施對大豆干物質積累的影響不同。其中，T3處理的大豆干物質積累高于其他處理，多數差異達顯著水平。2022年，與T1處理相比，T3處理黑農81在分枝期和鼓粒期的干物質量分別提高了16.84%和38.58%；中龍豆120在分枝期和鼓粒期干物質量分別提高20.29%和38.43%。2023年，與T1處理相比，T3處理黑農81在分枝期和鼓粒期干物質量分別提高20.77%和38.22%；中龍豆120在分枝期和鼓粒期干物質量分別提高24.79%和38.74%。

2.3 大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對大豆產量相關農藝性狀的影響

由表3可知，2022年和2023年試驗中，不同施肥措施對大豆產量相關農藝性狀的影響不同。其中，T3處理的大豆株高、單株有效莢數、單株粒數均顯著高于其他處理。2022年，與T1處理相比，T3處理黑農81的株高增加24.86%，單株有效莢數增多了57.83%，單株粒數增加26.56%；中龍豆120的株高增加15.42%，單株有效莢數增加40.00%，單株粒數增加28.52%。2023年，與T1處理相比，T3處理黑農81的株高增加19.73%，單株有效莢數增多了56.25%，單株粒數增加24.60%；中龍豆120的株高增加18.72%，單株有效莢數增加31.06%，單株粒數增加29.06%。

2.4 大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對大豆產量的影響

由表4可知，2022年和2023年試驗中，不同施肥措施對大豆產量的影響不同。其中，T3處理的大豆產量顯著高于其他處理。2022年，與T1處理相比，T3處理黑農81的產量提高了23.82%，達到了（2 893.3±56.2）kg/hm2；中龍豆120的產量提高了20.96%，達到了（3 056.7±69.3）kg/hm2；2023年，與T1處理相比，T3處理黑農81的產量提高22.03%，達到了（2 839.3±41.8）kg/hm2；中龍豆120的產量提高了21.44%，達到了（3 053.3±62.1）kg/hm2。

3 討論與結論

大豆是僅次于小麥、玉米、水稻、大麥的第五大糧食作物，在其生長過程中需肥量較多，合理施肥是提高其產量和品質的必要措施［18-20］。黑龍江省是我國大豆和玉米的主產區，大豆—玉米輪作是黑龍江省主推的輪作模式之一，因此研究大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對土壤肥力以及大豆產量的影響具有重要的現實意義。微生物菌劑在現代農業生產中應用十分廣泛，具有提高農作物產量、提高肥料利用效率、改善土壤養分供應性能等重要作用［21-22］。殷碧秋等的研究表明，在蒜—椒輪作模式下增施20 kg/667 m2的液體微生物菌劑，不僅可減少15%的追肥量，而且辣椒的產量及品質均顯著提升［23］。陳芳等研究發現，微生物菌劑對小麥生長發育有促進作用，對小麥產量有增產效果［24］。候婷婷等研究發現，復合微生物菌劑能促進大豆的生長發育與產量提升［25］。盧翔等研發的解淀粉芽孢桿菌FZB42能夠增強作物的抗病能力并促進植物生長［26］。何嘉等研究發現，微生物菌劑對土壤養分含量、枸杞植株的生長發育及產量方面有明顯的促進作用［27］。羅希榕等研究發現，7種微生物菌劑對連作辣椒的根系微生物數量影響較大，均能減少土壤真菌的數量，增加土壤放線菌和細菌的數量［28］。張雯等的研究結果表明，與常規水肥處理相比，施用微生物菌劑顯著促進了土壤中有機質和氮素含量的提高，在適當的使用條件下能夠顯著提高大棚黃瓜的產量和品質［29］。宋琪等也提出微生物菌劑能夠提高酶活性和肥料利用率，促進作物生長，提高作物產量和品質［22］。韓華雯等研究發現，復合菌種接種劑+半量磷肥處理的苜蓿生長效果最佳，其苜蓿株高和產量分別較對照增加9.00%和11.98%；采用復合菌劑替代半量化肥，紫花苜蓿的干草產量、粗蛋白含量和脂肪含量分別較對照提高10.6%、16.4%和4.2%［30］。中國農業科學院油料所李培武院士團隊首創了花生提質固氮減損增產ARC耦合技術，發明出ARC微生物菌劑，實現了源頭阻控黃曲霉毒素與同步提高生物固氮。2020—2022年連續3年在全國花生主產區示范應用，示范點與對照相比花生結瘤時間顯著提前，結瘤數量顯著增多，結瘤與固氮時間明顯延長，花生產量顯著提高。本研究連續2年選用2個大豆品種，采用6種施肥措施處理，對比研究大豆—玉米輪作模式下不同施肥措施對大豆干物質積累、株高、單株有效莢數、單株粒數、產量及土壤肥力的影響。結果顯示，采用常規施肥+ARC微生物菌劑的施肥措施，在大豆分枝期和鼓粒期，土壤中有機質、全氮、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量均顯著高于其他處理，這可能是因為ARC微生物菌劑中含有大量的有益生物菌，施入土壤后，有益生物菌得到快速繁殖，很快在土壤中形成了群體優勢，加速了秸稈的腐爛，提高了土壤中有機物質的含量。有益生物菌還對土壤中被固定的且不能被植物直接吸收利用的氮、磷、鉀進行分解，將其變成了能直接被植物吸收利用的堿解氮、速效磷和速效鉀。此外，ARC微生物菌劑還可以誘發促進土著根瘤菌與大豆作物共生結瘤固氮，空氣中大量的氮被固定。采用常規施 肥+ARC微生物菌劑的施肥措施，大豆不同發育時期干物質的積累量、株高、單株有效莢數、單株粒數、產量均高于其他處理，其中2022年與常規施肥措施相比，T3處理黑農81的產量提高了23.82%，達到了（2 893.3±56.2）kg/hm2；中龍豆120的產量提高20.96%，達到（3 056.7±69.3）kg/hm2。2023年與常規施肥措施相比，T3處理黑農81的產量提高22.03%，達到（2 839.3±41.8）kg/hm2；中龍豆120的產量提高21.44%，達到（3 053.3±62.1）kg/hm2。這可能是因為ARC微生物菌劑施入土壤提高了土壤肥力，促進了大豆的生長發育。

綜上，本研究認為，在大豆—玉米輪作模式下，采用常規施肥+ARC微生物菌劑的施肥措施，可顯著提高土壤肥力及大豆產量，是大豆單產提升的一種較好的高效施肥方案。

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基金項目：黑龍江省“揭榜掛帥”科技攻關項目（編號：2021ZXJ05B011-02）。

作者簡介：梁文衛（1984—），男，山西運城人，博士，助理研究員，主要從事大豆育種及栽培技術研究。E-mail：liangwenwei5@163.com。

通信作者：畢影東，博士，研究員，主要從事大豆育種及栽培技術研究。E-mail：ydbi308@163.com。