種植密度對機械化收獲大豆底莢高度的影響

史宏

（山西省農業科學院經濟作物研究所，山西汾陽032200）

種植密度對機械化收獲大豆底莢高度的影響

史宏

（山西省農業科學院經濟作物研究所，山西汾陽032200）

針對山西和黃淮海大豆主產區大批育成品種品系難以適應機械化收獲的現狀，研究影響機械化收獲的瓶頸問題——底莢高度，為其適應機械化收獲提供理論依據。采用聚類分析和相關分析的方法，通過種植密度調控，總結大豆底莢高度的變化規律，分析密度與底莢高度、相關產量性狀的動態關系。結果表明：在歐氏距離OD=8.23處將18份種質分為3類：第一類為中等分枝類型；第二類為多分枝類型；第三類為寡分枝類型。不同分枝類型品種的底莢高度隨著種植密度增加變化趨勢不同。底莢高度適合機械化收獲前提下，密度與產量的最佳結合點：中等分枝類型的密度為140000/hm2和270000/hm2；寡分枝類型密度為120000株/hm2和270000/hm2；多分枝類型的密度為240000/hm2。密度調控底莢高度，增加收獲產量，使其適應機械化收獲可行。

大豆；種植密度；底莢高度；產量；最佳結合點

0 引言

大豆的機械化生產是大豆種植產業發展的必然趨勢，也是大豆提質增效綜合機械化技術的關鍵一環。選擇適宜的收獲機械適時完成大豆收獲作業是大豆豐產豐收的重要保障[1]，目前比較理想的是紐荷蘭CSX7080、約翰迪爾W210和凱斯6088[2]。國外農業發達國家，大豆大面積連片種植，機械化水平較高，實現了各個生產環節機械化作業，如播種、整地、施肥、鋤草、收獲，已經開始向大型智能化方向發展。他們開始通過衛星定位系統來確定整地的地塊和深度，播種、施肥、噴灑滅草劑量的大小，收獲的時間等。因此，他們在大豆生產方面已基本實現了現代化種植。

中國華北、東北機械化收獲程度相對較高，2010—2014年，黑龍江、內蒙古、安徽、河南、吉林和江蘇6省大豆總產量占全國大豆總產量的82.5%[3]。山西省機械化水平正在提高，尤其收獲機械化。大豆機械化收獲對推動科研成果轉化很有幫助，其關鍵技術瓶頸就是底莢高度[4]，及相對合理的收獲產量，而種植密度是影響底莢高度的因素之一。大豆育種應使其株型更加符合生產需求，能夠更好的改善品質和提升產量[5-6]。育種家們對產量與農藝性狀、密度的關系進行了很多研究：梁慧珍等[7]研究檢測到小區產量、莖粗、有效分枝、主莖節數、株高、結莢高度6個性狀有加性效應的QTL，呈現很大集中性且極顯著正相關；溫學發等[8]認為不論哪種結莢習性的大豆，單株莢數是決定產量的關鍵。王秋玲等[9]認為夏大豆影響產量的主要農藝性狀有主莖節數、百粒重、單株莢數、株高和單株粒數；蘇黎等[10]認為有限結莢習性、亞有限結莢習性和無限結莢習性大豆三者單株產量都與主莖莢數關系密切。杜志強等[11]、溫學發等[12]認為影響單株產量的主要是單株粒數、主莖分枝數和單株有效莢數；申忠寶等[13]認為應該考慮豆莢長度、豆莢寬度、1-4粒莢等對性狀單株產量的影響。吳雨珊等[14]認為套作大豆與產量極顯著正相關的因素有：主莖節數、有效分枝數、單株莢數、每莢粒數、分枝粒重、分枝粒重占比、營養生長期和生育期；譚春燕等[15]認為影響間作大豆產量的主要是株高。大豆的產量是群體水平產量和個體水平產量相互作用的結果，合理的大豆群體結構是決定大豆產量的主要因素，過低密度有利于個體的生長發育，但是不利于大豆群體產量的形成[16-17]。劉玉平等[18]認為，密度是影響大豆產量的主要因素之一。適合密度是保證合理群體結構的基礎，當單株和群體結構達到最佳平衡點時容易獲得高產。張艷等[19]認為密度過大或過小都不能獲得高產。杜長玉等[20]和焦浩等[21]分別對‘安97-2608’、‘濉科998’研究后，認為株高隨種植密度的加大而增加，主莖節數、有效分枝、單株結實莢數、單株粒數和粒重則隨密度增加呈逐漸降低趨勢。

一直以來，育種家為了提升大豆的產量，選育品種的底莢高度一直在降低，從而增加結莢量，實現產量的突破。但隨著機械化程度的提高，選育的品種還要注意適應機械化收獲，并能獲得較高的收獲產量。機械化收獲對大豆品種有最基本的要求：抗倒伏和適合的底莢高度。沒有把機械化收獲對品種的要求考慮進去，導致選育的品種在生產實踐中不能適應機械化收獲，阻礙育成品種大面積推廣應用。為了解決當前大豆育種生產中機械化收獲的實際問題，開展機械化收獲技術瓶頸—底莢高度的研究工作。針對山西和黃淮海大豆主產區大批育成品種品系在生產實踐中難以適應機械化收獲的實際問題，筆者希望通過密度調控底莢高度，研究大豆底莢高度的變化規律，分析密度與相關產量性狀存在的關系，尋找適合底莢高度和理想產量值的最佳密度結合點，以解當前大豆育種的燃眉之急，為育成的大豆品種適合機械化收獲得以大面積推廣利用提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

2014—2016 年在山西省農科院經濟作物研究所中晚熟區組選取了18份高代大豆新品系進行密度試驗，試材的分枝類型有：寡分枝類型、中等分枝類型和多分枝類型。

供試材料設置6個密度：120000株/hm2，150000株/hm2，180000 株/hm2，210000 株/hm2，240000 株/hm2，270000株/hm2。試驗以120000株/hm2為對照點，考察底莢高度和產量隨密度變化的情況。每份種植3行，成熟期測定中間行區的20株進行考種，測量其底莢高度及稱量相應產量，探索其底莢高度變化規律及相應產量值。考種項目有：株高、莖粗、分枝數、主莖節數、底莢高度、莢粒重、百粒重、莖桿重、一粒莢數、二粒莢數、三粒莢數、四粒莢數、總粒數、總莢數和株行粒重。

1.2 試驗方法

首先用DPS聚類軟件對18份大豆種質進行聚類分析，按照聚類結果和田間實際情況，對其進行分類。對不同類型的供試材料（見表1）進行分析，考察不同密度下與產量相關的主要農藝性狀的變化趨勢，尋求產量與密度的最佳結合點。

2 結果與分析

2.1 聚類分析

用DPS軟件對18份參試大豆種質進行聚類，在歐氏距離OD=8.23處將其分為3類（見圖1）：多分枝類型，中等分枝類型和寡分枝類型。第一類為中等分枝類型，種質編號：1、7、8、10、11、12、13、14、15、16、17、18；第二類為多分枝類型，種質編號：2、4、5、6；第三類為寡分枝多四粒莢類型，編號：3，9。

表1 不同分枝類型供試材料的生育特性

圖1 18份種質聚類分析

2.2 密度對不同分枝類型大豆新品系農藝性狀的影響

2.2.1 寡分枝類型大豆新品系，相關產量和農藝性狀的變化趨勢 底莢高度隨密度的增加呈升高趨勢（見圖2），6個密度指標下都超過17 cm，適合機械化收獲，但要評估哪個密度指標下收獲產量最高；產量則隨密度增加呈先降后升的趨勢（見圖3），在12萬、27萬株/hm2兩個密度點處呈現雙高峰值，12萬株/hm2密度點處達到最大值1.430 kg；株高隨密度增加呈升-降-升的趨勢（見圖4），在15萬、21萬株/hm2呈現2個峰值，21萬株/hm2密度點處達到最高值134 cm；莖粗隨密度增加呈下降趨勢（見圖5），27萬株/hm2密度點處達到最低值0.77 mm；主莖節數隨密度增加呈先升后降趨勢（見圖6），在15萬株/hm2密度點處達到最高值25.67個；分枝數隨密度增加總體呈下降趨勢（見圖7），相互間差異不明顯。

圖2 密度對底莢高度的影響

圖3 密度對產量的影響

2.2.2 中等分枝類型大豆新品系，相關產量和農藝性狀的變化趨勢 底莢高度隨密度增加總體呈升高趨勢（見圖2），在27萬株/hm2處底莢高度達到最大值；產量則隨密度增加呈先降后升的趨勢（見圖3），在12萬、27萬株/hm2兩個密度點處呈現雙高峰值，12萬、14萬株/hm2密度點處其分枝數分別為4.6和3.3，單株產量較高，其產量分別為1.628、1.63 kg；27萬株/hm2密度點處其分枝數降為1.83，接近于單桿，群體密度增大，其產量達到最大值1.659 kg；株高隨密度增加呈上升趨勢（見圖4），27萬株/hm2密度點處達到最高值117.5 cm，相互間差異不顯著；莖粗隨密度增加呈下降趨勢（見圖5），27萬株/hm2密度點處達到最低值0.85 mm；主莖節數隨密度增加呈先升后降趨勢（見圖6），在15萬株/hm2密度點處達到最高值22.67個，差異微弱；分枝數隨密度增加總體呈下降趨勢（見圖7），在24萬株/hm2密度點處達到最低值1.5個。

2.2.3 多分枝類型大豆新品系，隨密度增加其相關農藝性狀的變化趨勢 多分枝類型材料隨密度增加，相關農藝性狀的變化趨勢：底莢高度隨密度的增加呈上升趨勢（見圖2），由12.67 cm上升到25 cm，底莢高度在21萬、24萬株/hm2處達到18.33、18.50 cm；產量則隨密度增加呈升-降-升的趨勢（見圖3），在15萬、24萬株/hm2兩個密度點處呈現雙高峰值，15萬株/hm2密度點處達到最大值1.634 kg；株高隨密度增加呈升-降的趨勢（見圖4），在18萬株/hm2密度點處達到最高值119.83 cm；莖粗隨密度增加呈下降趨勢（見圖5），27萬株/hm2密度點處達到最低值0.84 mm；主莖節數隨密度增加呈降低趨勢（見圖6），在27萬株/hm2密度點處達到最低值24.5個；分枝數隨密度增加呈下降趨勢（見圖7），在24萬株/hm2處密度點處達到最低值1.83個，相互間差異明顯。

圖4 密度對株高的影響

圖5 密度對莖粗的影響

圖6 密度對主莖節數的影響

圖7 密度對分枝數的影響

2.3 影響機械化收獲產量相關農藝性狀因子間相關分析

單株重量即植株的生物產量與莖粗、分枝數、二粒莢、三粒莢、莢粒重、莖桿重呈高度正相關，與四粒莢數呈顯著正相關；株高與所述性狀相關關系不明顯；底莢高度與一粒莢數和二粒莢數高度負相關，與分枝數、三粒莢數和莢粒重顯著負相關；莖粗和分枝數、二粒莢數、三粒莢數、莢粒重和莖桿重高度正相關；主莖節數只與癟莢數呈高度正相關；分枝數與一粒莢數、二粒莢數、莢粒重和莖桿重高度正相關；莢粒性狀與莢粒重和莖桿重高度正相關；莢粒重與莖桿重高度正相關（表2）。產量與所述性狀沒有直接的線性相關，性狀間互作作用比較復雜。底莢高度影響莢粒重，所以對產量有影響，適合的底莢高度可以增加機械收獲產量。

3 結論

通過種植密度來調控大豆底莢高度是可行的，尤其多分枝、底莢高度偏低類型，可使其達到理想的底莢高度值，適應機械化收獲。這與劉衛國等[22]試驗結論底莢高度隨著密度增大而增大，分枝數卻隨著密度增大而減少相一致。

不同分枝類型的大豆底莢高度隨種植密度增加呈增長趨勢，但相對應的產量性狀值的變化卻不是單一上升或下降，而是呈現兩個峰值。寡分枝類型大豆新品系，產量則隨密度增加呈先降后升的趨勢，在12萬、27萬株/hm2兩個密度點處呈現雙高峰值，12萬株/hm2密度點處達到最大值1.430 kg；中等分枝類型大豆新品系，產量則隨密度增加呈先降后升的趨勢，在12萬、27萬株/hm2兩個密度點處呈現雙高峰值，這與李紅杰等[23]‘魯黃1號’在淮北地區最佳密度為25萬株/hm2左右和張小燕等[24]在山東片區推廣過程中得出的13.5萬～18萬株/hm2結論相符合，而且是兩者結論的綜合；多分枝類型大豆新品系，產量則隨密度增加呈升-降-升的趨勢，在15萬、24萬株/hm2兩個密度點處呈現雙高峰值，15萬株/hm2密度點處達到最大值1.634 kg。

表2 影響機械收獲農藝性狀相關分析

根據其底莢高度和產量相結合，綜合評價分析底莢高度與產量最佳密度結合點：中等分枝類型為15萬株/hm2和27萬株/hm2，寡分枝類型12萬株/hm2和27萬株/hm2，多分枝類型為24萬株/hm2。

底莢高度與莢粒重顯著負相關(r=-0.7643*)，適合的底莢高度對機械收獲產量很重要，這與譚娟[25]等的觀點一致，她們認為種植密度和栽培方式對對大豆單株粒數、單株莢數和單株粒重影響顯著，且種植密度的影響大于栽培方式；莖粗和分枝數(r=-0.92894**)、二粒莢數(r=-0.87025**)、三粒莢數(r=-0.85693**)、莢粒重(r=-0.92806**)和莖桿重(r=-0.93777**)高度正相關，高抗倒伏是保證機械收獲產量的前提；產量需要多個性狀相互作用協調，關系比較復雜，與所述單個因子間線性相關不明顯。

4 討論

3年試驗發現，寡分枝類型的品種品系的底莢高度一般會比中等分枝和多分枝的高，大多符合機械化收獲，但其產量指標和抗倒伏性是需要關注的，這為大豆育種提出了新思路：如何培育高產、高抗倒伏的單桿類型大豆品種，以期適應機械化程度越來越高大豆機械化收獲現狀。試驗的不足之處在于2016年特殊的氣候條件，苗期和開花期雨水較多，結莢后期、鼓粒期干旱，導致部分材料底莢高度偏高，盡管試驗數據取了2年的平均值，但底莢高度依然超過17 cm，可以研究其變化規律作為輔助參考，其變化有規律可循。

寡分枝類型參試新品系為多四粒莢材料，產量之所以能在12萬、27萬株/hm2處達到2個峰值，在12萬株/hm2可以達到產量最佳與它是多四粒莢品種有關，在低密度時四粒莢數量較多，粒重是高密度時的2倍；高密度時，僅管底莢高度提升，但密度指標上升幅度較大，群體總粒重上升。中等分枝類型材料產量有兩個高峰值與其平均株高只有111.76 cm和緊湊株型有關。

特殊的氣候條件下，多分枝類型新品系符合試驗預期要求，其底莢高度由12.36 cm增加到25.62 cm，呈現規律性變化，可以驗證隨密度變化調節底莢高度到17 cm左右適合機械化收獲時的產量情況。當底莢高度增加到18.0 cm和密度為24萬株/hm2時，產量達到第二個高峰值1.626 kg，是新品系中底莢高度和理想產量值的最佳密度結合點。這一結論為底莢高度低，產量較好的多分枝品系或品種，針對性的調整密度，使其適合機械化收獲，提供理論依據。

通過密度調整后，大豆品種的莖粗不管哪種分枝類型都成呈降低趨勢，要適應機械化收獲必須關注品種的高抗倒伏性，保證密度調控后品種依然高抗倒伏，機械化收獲產量才能保證。

與產量相關的因子，隨密度變化與總粒重的變化趨勢一致，因此不做重復分析。

篩選出適合機械化收獲的品種及配套的密度指標，要小面積示范，實際用機械收獲，檢驗其收獲產量的高低和在生產實踐中的可推廣性，推動科研成果轉化，真正服務三農。

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致謝：山西省農科院經濟作物研究所的各位領導和劉學義研究員的大豆科研團隊（馬俊奎、任小俊、任海紅、趙晶云、劉小榮）在論文設計和具體工作中給予的很大幫助和支持，衷心感謝。

Effect of Planting Density on the Bottom Pod Height of Soybean Under Mechanized Harvesting

Shi Hong

(Industrial Crop Research Institute,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Fenyang 032200,Shanxi,China)

In view of the present situation that large quantities of soybean varieties or lines in Shanxi soybean production area were difficult to adapt to mechanized harvesting,the bottleneck problem of mechanized harvesting,the height of bottom pod,was studied,to provide a theoretical basis for mechanized harvesting of soybean.By using the method of cluster analysis and correlation analysis,the variation law of soybean pod height was summarized with the regulation of planting density,and the dynamic relationship between the density and the bottom pod height and the related yield traits was analyzed.The results showed that 18 accessions of germplasm were divided into 3 categories by cluster analysis at the Euclidean distanceOD=8.23:the first kind was medium branched soybean,the second was multi branched soybean,and the third was few branched soybean.The changing trend of the bottom pod height of different branch type varieties was different along with the increasing planting density.When the bottom pod height was suitable for mechanized harvesting,the best combination point of density and yield was that,the density of medium branched type was 140000/hm2and 270000/hm2,the density of few branched type was 120000/hm2and 270000/hm2.The density of multi branched type was 240000/hm2.The density regulates the bottom pod height,increases the yield,and makes the mechanized harvesting feasible.

Soybean;Planting Density;Bottom Pod Height;Yield;Best Combination Point

S565.1

A論文編號：cjas17030049

山西省科技攻關項目“大豆多四粒莢種質創新及理想模型構建”(20150311005)；院攻關項目“適應大豆機械化收獲配套栽培技術研究”(YGG17044)；農業部“國家現代農業產業技術體系汾陽大豆綜合試驗”(CARS-04-CES15)；農業部“國家現代農業產業技術體系”(CARS-04-CES15)。

史宏，女，1973年出生，山西汾陽人，研究生，研究方向：大豆遺傳育種。通信地址：032200山西省農科院經濟作物研究所（汾陽），Tel：0358-3321065，E-mail：shongfy@126.com。

2017-03-31，

2017-05-06。