山西省東北部地區(qū)3種豆科作物品種的適應(yīng)性分析

馮文豪，王希全，楊國威，葛軍勇，楊亞東，臧華棟，曾昭海

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)作制度重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2.張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院/河北省高寒作物研究所，河北 張家口 075000）

山西省靈丘縣地處北方半干旱區(qū)，山多地少，土壤貧瘠，種植模式以玉米一年一熟制為主。長期種植玉米導(dǎo)致作物多樣性下降，土壤養(yǎng)分失衡，病蟲害加劇等[1]。豆科作物能夠進(jìn)行生物固氮，具有培肥地力的作用。因此，在該地區(qū)引進(jìn)豆科作物，既能提高土壤肥力，又能增加作物多樣性，對(duì)實(shí)現(xiàn)山西東北部區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

大豆、蠶豆和紅小豆是我國重要的糧食與油料作物，不僅營養(yǎng)價(jià)值高，而且還具有良好的養(yǎng)地效果[2]。大豆在我國東北地區(qū)和黃淮海平原均有廣泛種植，但產(chǎn)量水平低、生態(tài)適應(yīng)性差等制約了其種植區(qū)域的進(jìn)一步擴(kuò)展。山西東北部地區(qū)自然地理環(huán)境良好，具備生產(chǎn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大豆的條件[3]，但由于缺乏適宜當(dāng)?shù)氐钠贩N而未大面積種植。種植蠶豆可以顯著降低土壤容重，提高土壤孔隙度以及土壤養(yǎng)分含量[4]，同時(shí)還有助于農(nóng)民增收[5]。紅小豆為重要的雜糧作物，具有生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)力穩(wěn)定、抗旱耐瘠薄、病蟲害輕等特點(diǎn)，與玉米輪作可培肥土壤，改善土壤通透性，增強(qiáng)土壤的保水保肥能力等[6～8]。

基于山西東北部地區(qū)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需求和適宜豆科作物品種缺乏的現(xiàn)狀，2019年在靈丘縣進(jìn)行高產(chǎn)豆科作物品種大田引種試驗(yàn)，以期篩選出適宜當(dāng)?shù)胤N植的高產(chǎn)大豆、蠶豆和紅小豆品種，為帶動(dòng)當(dāng)?shù)囟箍谱魑锓N植和構(gòu)建以豆科作物為核心的多樣化輪作系統(tǒng)提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在山西省靈丘縣趙北鄉(xiāng)白馬寺村（東經(jīng)114°02′、北緯39°27′，海拔1 140 m）進(jìn)行。該區(qū)屬溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫6.9℃，年平均積溫3 000℃，無霜期151 d左右；年平均降水量不足450 mm，且全年降水分布不均，主要集中在4～6月。

1.2 試驗(yàn)材料

參試豆科作物有大豆、蠶豆和紅小豆3種。其中，大豆品種有3個(gè)，分別為吉育86號(hào)、鐵豐31號(hào)和晉豆25號(hào)；蠶豆品種有7個(gè)，分別為冀蠶1號(hào)、臨蠶6號(hào)、臨蠶8號(hào)、臨蠶9號(hào)、臨蠶10號(hào)、臨蠶12號(hào)和青海13號(hào)；紅小豆品種有5個(gè)，分別為白紅2號(hào)、白紅5號(hào)、白紅7號(hào)、白紅8號(hào)和白紅12號(hào)。由選育單位提供或自市場(chǎng)購買。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)15個(gè)品種處理，每小區(qū)種植1個(gè)品種，隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。受試驗(yàn)地面積和作物性狀的限制，不同作物的田間小區(qū)面積不同，大豆、蠶豆、紅小豆品種的小區(qū)面積分別為66.7、30.0和40.0 m2。2019年5月13日人工開溝點(diǎn)播大豆，2粒/穴，行距33 cm，株距12 cm，單株留苗，9月26日收獲；5月24日人工開溝點(diǎn)播蠶豆，2粒/穴，行距40 cm，株距15 cm，單株留苗，9月7日收獲；5月24日人工開溝點(diǎn)播紅小豆，2粒/穴，行距33 cm，株距16 cm，單株留苗，9月26日收獲。播種前基施牛糞20 333.3 kg/hm2，全生育期不施用化肥。其他栽培管理措施同當(dāng)?shù)卮筇锍Ｒ?guī)。

1.3.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法 收獲前，每小區(qū)隨機(jī)選取長勢(shì)一致的植株10株，測(cè)定株高、單株莢數(shù)和單莢粒數(shù)；莢果曬干后，放入室內(nèi)平衡10 d，測(cè)定百粒重。收獲時(shí)，每小區(qū)選取2.5 m雙行進(jìn)行收獲，脫粒后風(fēng)干至恒重，測(cè)定地上生物量和子粒產(chǎn)量，并計(jì)算收獲指數(shù)（子粒產(chǎn)量/地上部生物量）。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與分析 利用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行指標(biāo)數(shù)據(jù)的多重比較，采用皮爾森相關(guān)性分析豆科作物地上部生物量、產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成等指標(biāo)之間的關(guān)系。

2 結(jié)果與討論

2.1 3種豆科作物的地上部生物量和子粒產(chǎn)量

參試大豆品種的地上部生物量差異不顯著（圖1）；子粒平均產(chǎn)量為3 298.0 kg/hm2，較國審大豆新品種黔豆10號(hào)[9]高21.2%。其中，晉豆25號(hào)子粒產(chǎn)量最低，為2 351.3 kg/hm2；吉育86號(hào)子粒產(chǎn)量最高，達(dá)到3 939.4 kg/hm2，較晉豆25號(hào)高40.3%，差異達(dá)顯著水平（圖2），具有較好的增產(chǎn)潛力；鐵豐31號(hào)子粒產(chǎn)量較高，但與其他2個(gè)品種差異均不顯著。參試大豆品種的收獲指數(shù)為0.30～0.40，其中吉育86號(hào)指標(biāo)值最高、晉豆25號(hào)最低，二者差異顯著，但均與鐵豐31差異不顯著（圖3）。

圖1 3種豆科作物品種的地上部生物量Fig.1 Aboveground biomass of three legume crop varieties

圖2 3種豆科作物品種的子粒產(chǎn)量Fig.2 Grain yield of three legume crop varieties

圖3 3種豆科作物品種的收獲指數(shù)Fig.3 Harvest index of three legume crop varieties

參試紅小豆品種的地上部生物量、子粒產(chǎn)量和收獲指數(shù)差異均不顯著，其中子粒平均產(chǎn)量為3387.6 kg/hm2，較新品種冀紅21[10]區(qū)域試驗(yàn)產(chǎn)量高33.2%。白紅2號(hào)子粒產(chǎn)量最低，為2 964.7 kg/hm2；白紅12號(hào)子粒產(chǎn)量最高，達(dá)到3 956.8 kg/hm2。參試紅小豆品種的收獲指數(shù)為0.34～0.48。

參試蠶豆品種的地上部生物量平均為5291.7kg/hm2，子粒產(chǎn)量平均為1049.2kg/hm2，品種間差異均不顯著。其中，臨蠶9號(hào)地上部生物量最高，達(dá)到了6 250.0 kg/hm2；臨蠶10號(hào)子粒產(chǎn)量最高，為1 466.0 kg/hm2，但與其他2種豆科作物最低子粒產(chǎn)量相比還明顯較低，其中較大豆品種最低產(chǎn)量低37.7%，較紅小豆品種最低產(chǎn)量低50.6%。參試蠶豆品種的平均收獲指數(shù)為0.20，低于其他2種豆科作物，品種間差異不顯著。

總體來看，參試大豆和紅小豆品種的子粒產(chǎn)量較高，可以主要生產(chǎn)子粒，其中大豆品種中吉育86號(hào)子粒產(chǎn)量最高，紅小豆品種中白紅12號(hào)子粒產(chǎn)量最高；蠶豆品種的地上部生物量較高、子粒產(chǎn)量較低，可用作綠肥或飼料，其中臨蠶9號(hào)地上部生物量最高。

2.2 3種豆科作物的主要農(nóng)藝性狀

參試大豆品種的株高為74.1～104.8 cm，品種間差異較大，其中鐵豐31號(hào)株高最大，與晉豆25號(hào)差異不顯著，但二者均與吉育86號(hào)差異達(dá)到了顯著水平，株高增幅分別為29.3%和19.0%；單株莢數(shù)為28.1～41.0個(gè)，單莢粒數(shù)為2.5～2.9粒，品種間差異均不顯著，其中鐵豐31號(hào)指標(biāo)值均為最高（表1）。可以看出，鐵豐31號(hào)主要農(nóng)藝性狀最好，其單株莢數(shù)和單莢粒數(shù)均最多，株高達(dá)到104.8 cm，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化收獲。

表1 3種豆科作物品種的主要農(nóng)藝性狀Table 1 Main agronomic characters of three legume crop varieties

參試蠶豆品種的株高為111.7～166.3 cm，百粒重為69.0～121.4 g，單株莢數(shù)為7.4～15.2個(gè)，單莢粒數(shù)為2.1～2.7粒，品種間除單株莢數(shù)差異不顯著外，其他指標(biāo)差異均達(dá)到了顯著水平。其中，臨蠶10號(hào)株高最大，臨蠶12號(hào)次之，二者分別較臨蠶13號(hào)（株高最低）高48.9%和38.5%。臨蠶10號(hào)的單株莢數(shù)最多，高達(dá)15.2個(gè)，這是其子粒高產(chǎn)的重要原因。

參試紅小豆品種的株高為51.8～66.4 cm，單莢粒數(shù)為6.4～7.1粒，品種間差異均不顯著，其中白紅12號(hào)指標(biāo)值均為最高；百粒重為19.8～25.0 g，品種間差異較大，其中白紅2號(hào)和白紅7號(hào)的百粒重較高，為大粒品種；單株莢數(shù)為18.3～31.0個(gè)，品種間差異較大，其中白紅12號(hào)指標(biāo)值最大。可以看出，白紅12號(hào)主要農(nóng)藝性狀最好，其單株莢數(shù)（31.0個(gè)）和單莢粒數(shù)（7.1個(gè)）均最多，分別較其他品種高8.0%～69.4%和1.4%～10.9%。

2.3 3種豆科作物農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

相關(guān)分析結(jié)果顯示，大豆地上部生物量與子粒產(chǎn)量和單莢粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，子粒產(chǎn)量與單莢粒數(shù)呈顯著正相關(guān)（表2）；蠶豆地上生物量與子粒產(chǎn)量、株高和百粒重呈顯著正相關(guān)，株高與百粒重呈顯著正相關(guān)，單莢粒數(shù)與百粒重呈顯著負(fù)相關(guān)（表3）；紅小豆株高與單莢粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)（表4）。

表2 大豆農(nóng)藝性狀的相關(guān)系數(shù)Table 2 Pearson correlation coefficients among agronomic characters of soybean

表3 蠶豆農(nóng)藝性狀的相關(guān)系數(shù)Table 3 Pearson correlation coefficients among agronomic characters of faba bean

表4 紅小豆農(nóng)藝性狀的相關(guān)系數(shù)Table 4 Pearson correlation coefficients among agronomic characters of adzuki bean

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果顯示，大豆品種中，吉育86號(hào)子粒產(chǎn)量最高，達(dá)到3 939.4 kg/hm2，較山西省主推大豆品種晉豆25號(hào)、晉豆49號(hào)和晉豆50號(hào)的子粒平均產(chǎn)量高35.2%，具有明顯的產(chǎn)量優(yōu)勢(shì)[11～13]；參試蠶豆品種的地上生物量均較高，其中臨蠶9號(hào)地上部生物量高達(dá)6 250.0 kg/hm2，可用作綠肥或飼料；紅小豆品種中，白紅12號(hào)子粒產(chǎn)量最高，達(dá)到3 956.8 kg/hm2，較郝曦煜等[14]報(bào)道的該品種子粒產(chǎn)量高60.9%，且株高、單株莢數(shù)和單莢粒數(shù)等農(nóng)藝性狀均表現(xiàn)優(yōu)異。

綜上所述，大豆和紅小豆品種子粒產(chǎn)量較高，蠶豆品種地上部生物量較高，在山西靈丘地區(qū)引種時(shí)，大豆品種吉育86號(hào)和紅小豆品種白紅12號(hào)較適宜作為子粒高產(chǎn)豆科作物品種推廣種植，臨蠶9號(hào)較適宜作為綠肥或飼料豆科作物品種推廣種植。