菜用大豆產量對鉀肥施用的響應研究

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(1.中國科學院 東北地理與農業生態研究所 黑土區農業生態重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150081； 2.東北農業大學 資源與環境學院，黑龍江 哈爾濱 1500303；3.中國科學院 研究生院，北京 100049)

菜用大豆俗稱毛豆，是特用大豆，即生理上處于R6(鼓粒盛期)至R7(初熟期)，籽粒填充達到莢長的80 % ～ 90 %時采收的大豆類型。毛豆營養豐富，含有普通大豆所有營養成分，但可溶性糖、游離氨基酸和不飽和脂肪酸含量比普通大豆高，因此，菜用大豆的經濟價值和營養價值要高于普通大豆。

菜用大豆的產量決定其經濟效益，因此，提高菜用大豆產量意義重大。產量的形成是多因素共同作用的結果，施肥能直接、有效地提高作物產量。雖然鉀不參與大豆植物細胞的組成，但參與植物體內很多生命活動和生化過程[1]。鉀參與活化作物體內60多種酶體系，改變葉片單位面積的氣孔大小和氣孔數，通過調節氧氣與CO2的交換量來影響作物的光合作用[2]。適量施鉀能增加植物細胞壁厚度，提高莖稈堅韌性和抵抗寄生菌穿透的機械阻力，減少作物體內的低分子化合物和病原菌的食物來源，增加作物的抗病性[3]，降低損失，保證作物產量。

施鉀對作物產量的影響已有許多報導。王宜倫等[4]研究表明，在潮土上施用鉀肥能增加夏玉米產量，施肥量為225 kg·hm-2時增產效果最好，增產量達到1 080 kg·hm-2。武際等[5]研究顯示鉀肥和氮肥混合施用提高了弱筋小麥植株氮和鉀的含量，對小麥的增產效果高于單獨施用氮肥。廖育林[6]等研究發現施用鉀肥能增加早稻和晚稻的產量，與不施鉀肥相比分別提高了15.2 %和17.2 %。有關鉀對大豆產量影響的研究很多，并取得了許多成果。李春杰等[7]研究指出，施鉀不僅能提高大豆的抗病性，還增加大豆有效莢數、單株粒數、單株粒質量，減少產量損失，起到增產的作用。韓曉增[8]研究指出，鉀能增加大豆的抗旱和抗病蟲災害能力，干旱條件施鉀可平均增加大豆產量15.6 %，重迎茬和病蟲災害條件下施鉀分別增加大豆產量10.5 %～22.6 %和11.6 %～23.8 %。有研究表明在白漿土上施鉀對大豆增產起到積極作用，這是由于白漿土的養分含量低，鉀能活化作物體內多種酶，增加葉綠素的含量，從而提高了光合速率，增加了生物產量[9]。

由于菜用大豆與普通大豆在采收時期和營養組成上的差異，施鉀對菜用大豆產量影響方面與普通大豆可能有所不同，也可能相同。然而，有關鉀肥施用對菜用大豆產量影響的研究甚少。以不同菜用大豆品種為材料，研究了鉀肥施用量和生育期間葉面噴施對菜用大豆產量的影響，旨在了解鉀肥在菜用大豆產量形成中的作用并探討最佳的鉀肥施用方式，為提高菜用大豆產量提供栽培技術措施和科學依據。

1 材料和方法

研究在哈爾濱市中國科學院東北地理與農業生態研究所試驗小區內進行，選取菜用大豆中科毛豆1號和品系121兩個優質高產品種(系)，設4個施鉀水平做種肥，K2SO4施入量分別為對照(K0)：0 kg·hm-2，K1：60 kg·hm-2，K2：120 kg·hm-2，K3：180 kg·hm-2，同時施相同數量的氮肥和磷肥，施肥量分別為98 kg·hm-2尿素和70 kg·hm-2磷酸二銨。所有肥料與土均勻混合，一次性施入。另外，在不同施鉀基礎上，設有葉面噴鉀和無葉面噴鉀兩種處理，葉噴鉀肥兩次分別在大豆開花期和結莢期進行，噴施K2SO4量各為30 kg·hm-2。

研究采用盆栽試驗，試驗盆的規格：直徑32 cm，高27 cm，每盆裝相當于風干土質量14 kg的土壤。每個品種(系)共有8個處理，各個處理隨機排列，每個處理3次重復。盆距4 cm，每盆留苗3株，5月25號播種。開花后7周(最佳采食期)取樣測單株鮮莢質量、單株標準莢數(莢粒數≥2)和單株鮮粒數。開花后11周(生理成熟期)取樣測單株粒數。

供試土壤為薄層黑土，土壤有機質：29.1 g·kg-1，全氮：2.25 g·kg-1，堿解氮：160 mg·kg-1，全鉀：18.9 g·kg-1，速效鉀：195 mg·kg-1，全磷：1.28 g·kg-1，速效磷218 mg·kg-1，pH為6.9。

用Sigma Plot 2000作圖，用Excel 2003和SPSS 17.0進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 鉀肥施用對鮮莢采食期單株鮮莢產量的影響

如圖1所示，施鉀均能提高兩個品種(系)單株鮮莢產量，其中K2處理鮮莢產量最高，且與不施鉀肥處理相比差異達極顯著水平(p<0.01)，其他處理間沒有差異。K2水平下，中科毛豆1號和品系121相對于對照(K0)，單株鮮莢產量分別提高31.5 %和34.2 %。同時，研究發現葉面噴施鉀肥增加單株鮮莢產量，品種間對葉面施肥的響應存在差異。在K3水平上，與無葉面噴肥相比，葉噴顯著增加中科毛豆1號的單株鮮莢產量22.5 %(p<0.01)，而對品系121沒有影響。在K0水平上，葉噴比無葉噴顯著增加品系121的單株鮮莢產量34.2 %(p<0.01)，見圖1-2，而中科毛豆1號無明顯差異。在K2處理基礎上，葉噴鉀肥使中科毛豆1號和品系121單株鮮莢產量比無葉噴增加8.8 %和3.5 %。綜合比較以120 kg·hm-2配以葉噴處理下菜用大豆單株鮮莢產量最高，中科毛豆1號和品系121單株鮮莢產量分別為134 g·株-1和138 g·株-1。

圖1-1 施鉀對中科毛豆1號單株鮮莢質量的影響 圖1-2施鉀對品系121單株鮮莢質量的影響Fig.1 Effect of potassium fertilizer application on fresh pod weight per plant in vegetable soybean

2.2 鉀肥施用對鮮莢采食期單株標準莢數的影響

試驗發現施鉀水平對標準鮮莢數的影響并不顯著，見圖2-1，圖2-2。無葉噴處理下，盡管只有中科毛豆1號K1水平下的標準鮮莢數最高，且與K2，K3差異顯著，但與不施鉀沒有差異。而對于品系121而言，不同鉀肥施用量之間沒有差異。

葉噴增加品系121 K0，K1，K2處理的標準莢數，依次增加12.8 %、34.6 %和8.5 %，且K1水平達顯著差異(p<0.05)，而在K3水平下，減少標準莢數20.8 %。葉噴處理也顯著增加中科毛豆1號K0，K2，K3的標準莢數，分別增加14.9 %、44.7 %和18.7 %(p<0.05)，而K1處理無顯著差異。綜合比較各施肥處理以K2SO4施用量60 kg·hm-2～ 120 kg·hm-2配以葉噴鉀肥單株鮮莢數最多，分別為57個·株-1～60個·株-1(中科毛豆1號)，65個·株-1～71個·株-1(品系121)。

圖2-1 施鉀對毛豆1號單株標準莢數的影響 圖2-2 施鉀對品系121單株標準莢數的影響Fig.2 Effect of potassium fertilizer application on pod number per plant in vegetable soybean

2.3 鉀肥施用對鮮莢采食期單株鮮粒質量的影響

由圖3可以看出，施鉀對菜用大豆單株鮮粒質量影響品種間表現一致，即隨著鉀肥施用量的增多單株鮮粒質量隨之增加，鉀肥施用量達到120 kg·hm-2時單株鮮粒質量最高，品種間單株鮮粒質量的反應有所不同。無葉噴處理下，與不施鉀處理相比，中科毛豆1號K2處理增加16.2 %，差異顯著(p<0.05)，其余處理間無明顯差異。品系121的K1、K2和K3處理依次增加14.7 %、50.5 %和16.5 %，處理間均達顯著差異(p<0.05)。與無葉噴相比，葉噴處理后，中科毛豆只有K2處理表現出顯著差異，增加了48.5 %(p<0.05)，其余處理無顯著差異。品系121葉噴K0、K1和K2處理的單株鮮粒質量比無葉噴增加51.8 %、25.0 %、28.0 %，均達到顯著差異(p<0.05)，K3處理無顯著差異，即品系121的鮮粒質量對鉀肥施用較為敏感。綜合比較單株鮮粒質量最高的施鉀肥處理皆為K2葉噴處理，中科毛豆1號為106 g·株-1，品系121為108 g·株-1。

圖3-1 施鉀對毛豆1號單株鮮粒質量的影響 圖3-2 施鉀對品系121單株鮮粒質量的影響Fig.3 Effect of potassium fertilizer application on seed fresh weight per plant in vegetable soybean

2.4 鉀肥施用對生理成熟期菜用大豆單株粒數的影響

增施鉀肥能顯著提高菜用大豆單株粒數，見圖4-1、圖4-2。施鉀肥量0 kg·hm-2～ 120 kg·hm-2兩品種的單株粒數呈上升趨勢，施鉀肥量為120 kg·hm-2時單株粒數最多。與不施鉀肥處理相比，中科毛豆1號K1、K2和K3處理的單株粒數分別增加7 %、34 %和10.1 %，品系121增加9.2 %、32.4 %和21.0 %，處理間均達到顯著差異(p<0.05)。相同施鉀水平條件下，葉噴處理單株粒數因品種而反應不同，與無葉噴相比，中科毛豆1號K0、K1和K2均達顯著差異(p<0.05)，分別增加了7.1 %、20.8 %和5.8 %，K3水平無明顯差異。品系121只有K0水平存在明顯差異，增加了14.3 %(p<0.05)，其余處理無顯著差異。即中科毛豆1號單株粒數對葉噴鉀肥敏感。

圖4-1 施鉀對毛豆1號單株粒數的影響 圖4-2 施鉀對品系121單株粒數的影響Fig.4 Effect of potassium fertilizer application on seed number per plant in vegetable soybean

3 討 論

菜用大豆的單株鮮莢產量由單株標準莢數、單株鮮粒質量和粒數組成。研究發現施鉀能顯著提高菜用大豆單株鮮莢產量，但不是施鉀越多，鮮莢產量越高，兩品種均表現為K2SO4120 kg·hm-2時單株鮮莢產量最高。而且，發現施鉀增加菜用大豆單株鮮莢產量，是增加了單株鮮粒質量和單株粒數，并不是提高菜用大豆的標準莢數，因為施鉀與不施鉀處理的標準莢數沒有差異。張國正研究發現，增施鉀肥能促進菜用大豆鮮仁產量的形成，施KCl 60 kg·hm-2時菜用大豆鮮仁產量最高，與不施鉀肥相比鮮仁產量提高了36.2 %[10]，與研究結果施鉀增加單株鮮粒質量的結果一致。即單株鮮粒質量和單株粒數增加是施鉀提高大豆單株鮮莢產量的主要原因。這顯然與鉀素營養有利于儲藏器官中糖和淀粉的積累，促進植物體內蛋白質的合成，活化土壤中的磷、氮養分，增加作物的抗病性，減少空癟率，促進大豆的產量的形成有關[3,11-12]。研究發現，過多的鉀肥施用，并未繼續增加單株鮮粒質量和單株粒數，這可能是施鉀過多，破壞了礦質養分平衡，抑制了菜用大豆籽粒的形成和發育，也可能由于過多的鉀肥施用量降低了菜用大豆對鉀肥的吸收利用和鉀素生產效率[13]。此方面工作有待深入研究。

史宏致研究表明施鉀能促進光合作用，減少花莢脫落，增加大豆的單株莢數[14]。可是，研究發現施鉀能增加菜用大豆單株標準莢數的效果并不明顯，并未隨施鉀量的增加而增多，說明菜用大豆和普通大豆的莢數對施鉀反應不同。

研究發現葉噴鉀肥可進一步提高菜用大豆產量。在相同種肥水平下，兩次葉噴處理單株鮮莢產量、單株鮮粒質量和單株粒數均高于無葉噴處理，K2SO4施用量120 kg·hm-2時配以兩次葉噴處理菜用大豆的產量最高。而且，對于品系121而言，沒有鉀肥做種肥時，葉面噴鉀增產效果極其顯著，因此，作為一種補救或補償措施，后期葉面噴施鉀肥也是一項較好的增產途徑。已有研究表明：開花期葉噴鉀肥能補充植株鉀素營養，增加植株對N、P的吸收，提高光合強度，促進光合產物的形成[14]。可見開花期和結莢期葉噴鉀肥對提高菜用大豆鮮莢產量起到了積極的促進作用。

在氮磷肥正常施用基礎上，施用K2SO4120 kg·hm-2做種肥，能增加菜用大豆單株鮮莢產量31.5 %～34.2 %，單株鮮粒質量和單株粒數增加是施鉀提高大豆單株鮮莢產量的主要原因。開花期和結莢期葉噴鉀肥可進一步提高菜用大豆的產量，但應結合生產實際和經濟效益，合理施用。當然，作為一種補救或補償措施，在播種時沒有施用鉀肥，后期葉面噴施鉀肥也是一項較好的增產途徑。

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