種植密度與施肥水平對高蛋白大豆泉豆17農藝性狀、產量及品質的影響

林文磊，呂美琴，施迎迎，康蓉蓉，曾紅英

(福建省泉州市農業科學研究所, 福建 泉州 362212)

大豆GlycinemaxL.Merr.原產于我國，是我國重要的糧、油、飼兼用型作物，在國民經濟和人民生活中占有重要地位[1-2]。泉豆17系福建省泉州市農業科學研究所培育的高產高蛋白大豆新品種，該品種于2020年通過福建省主要農作物品種審定(審定編號：閩審豆20200001)，2021年通過國家主要農作物品種審定(審定編號：國審豆20210078)，具有高產、穩產、抗逆性強等優點。確定泉豆17最佳種植密度和施肥水平，挖掘品種增產潛力，實現良種良法配套，對今后該品種的高效種植及推廣應用具有重要意義。大豆屬于群體產量型作物，產量高低、品質好壞受基因型和栽培環境條件的共同影響[3]。前人研究[4-5]表明，隨著種植密度增加，植株倒伏率顯著提高，不同大豆品種的單產呈現先升后降趨勢，且達到最高產量時的密度也有差異。大豆根瘤菌雖然具備固氮能力，但在大豆生長前期，根瘤菌固氮能力較弱，仍然需要施用底肥，尤其是在速效氮含量較少的土壤，基肥中加入少量氮肥，可提高速效氮含量，有利于根系及根瘤的生長發育，促進根瘤菌的形成和提高固氮能力，但是基肥中氮肥施用過量反而會抑制根瘤菌的生長，造成固氮酶活性峰值提前、根系早衰[6-7]。宋秀麗[8]研究表明，氮肥能顯著增加大豆株高，促進植株干物質積累，增加大豆單株莢數和粒數，但是，與低氮處理相比，中氮、高氮處理的產量均稍有下降。大豆的品質高低與品種、種植環境密切相關，有的學者[9-11]研究表明，不同種植密度對不同大豆品種的蛋白質和脂肪含量影響趨勢不同，而有的學者[12-13]研究表明，隨著種植密度的增加，油分含量呈下降趨勢，隨著施肥量的增加，油分含量先上升后下降。由此可見，合理的種植密度和施肥水平對大豆生長發育、產量以及大豆品質提升均具有重要意義，且不同品種最適宜的種植密度和施肥水平也有差異。目前，泉豆17已在福建省推廣種植，但配套的種植密度和施肥水平研究尚未見報道。本研究以泉豆17為研究對象，通過動態調整種植密度及施肥水平，研究該品種農藝性狀、產量及品質的變化規律，探索泉豆17最適宜的種植密度及施肥水平，為今后該品種的高產栽培及推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在福建省晉江市紫帽鎮紫星村泉州市農業科學研究所紫帽基地大豆試驗田進行(24°53′N，118°29′E)。試驗地土壤為紅黃壤土，前茬作物為玉米，地勢平坦，土壤基礎肥力：有機質17.2 g·kg-1、堿解氮80.6 mg·kg-1、有效磷10.1 mg·kg-1、速效鉀198.4 mg·kg-1、pH值6.9。

1.2 試驗材料

本試驗以高產高蛋白大豆新品種泉豆17為試驗材料。據2016～2017兩年國家區試結果，該品種平均蛋白質含量45.60%，平均粗脂肪含量18.81%，蛋脂總和為64.41%。供試肥料為復合肥(N∶P2O∶K2O=17∶17∶17)，由福建省中挪化肥有限公司提供。

1.3 試驗設計

本試驗于2022年3月進行，采用兩因素完全隨機區組設計(表1)，試驗因素一為密度處理(萬株·hm-2),分別為12(D1)、18(D2)、24(D3)、30(D4)、36(D5)；因素二為施肥處理(kg·hm-2)，分別為150(F1)、300(F2)、450(F3)、600(F4)、750(F5)，二因素交互作用的試驗設計見表1。小區行長6.67 m，行距0.5 m，面積6.67 m2，每個處理3次重復，共計75個小區。不同種植密度與施肥處理組合完全隨機排列，每穴播種3粒種子，出苗后15 d，按照試驗密度設計進行人工定苗，按公頃施肥水平折算成小區用量全部作為基肥一次性施入，后期不再進行追肥。治蟲不治病，其他田間管理同大田。

表1 兩因素試驗設計

1.4 測定項目及方法

1.4.1農藝性狀 大豆成熟后(全株有95%的莢變為成熟顏色，搖動時有響聲的植株達50%以上)，在每個小區的中間部位拔取無缺株、連續的、具有代表性的10個植株，帶回室內考種，其余植株全部收獲測產，考種項目有株高、底莢高度、莖粗、主莖節數、有效分枝數、單株有效莢數、單株粒數、單株粒重，取10個考種數據平均值。

1.4.2產量 每個小區單獨收獲、脫粒，曬干后稱重，以小區產量折算成每公頃產量。

1.4.3品質 種子脫粒后曬干，使用波通近紅外分析儀DA7250進行品質測定，測定蛋白質及脂肪含量(干基)，每個小區測定3次取平均值。

1.5數據分析 將株高、底莢高度、莖粗、主莖節數、有效分枝數歸類為株型性狀，單株有效莢數、單株粒數、單株粒重、產量歸類為產量性狀，蛋白質含量、脂肪含量歸類為品質性狀。使用Excel 2013進行試驗數據整理，用DPSv 7.05進行數據統計分析，利用Duncan法檢驗0.05水平上的差異顯著性，并進行Pearson雙尾相關性分析。

2 結果與分析

2.1 泉豆17的農藝性狀、產量及品質差異來源分析

由表2可知，種植密度、施肥水平及其互作對泉豆17的蛋白質含量和脂肪含量均無顯著影響(FF0.01，下同)；種植密度和施肥水平對株高、底莢高度、有效分枝數、單株有效莢數均有極顯著影響；種植密度對莖粗、主莖節數均有極顯著影響，施肥水平對莖粗、主莖節數均有顯著影響(P<0.05，下同)；種植密度與施肥水平互作對單株有效莢數有顯著影響，對株高、底莢高度、莖粗、主莖節數、有效分枝數的影響均不顯著。上述各項指標因種植密度與施肥水平不同而產生的變化規律不盡相同。

表2 種植密度與施肥水平下泉豆17農藝性狀、產量及品質聯合方差分析(F值)

2.2 種植密度與施肥水平對泉豆17株型性狀的影響規律分析

2.2.1株高、底莢高度 由表3可知，株高和底莢高度隨種植密度和施肥水平的變化規律相同，最大值均出現在D5F5處理水平，分別為60.66、10.96 cm，最小值均出現在D1F1處理水平，分別為49.43、8.79 cm。在F1～F5施肥水平條件下，株高和底莢高度均隨著種植密度的增大呈增大的趨勢，同一施肥水平不同密度處理間的株高和底莢高度均存在顯著差異；在D1～D5種植密度條件下，株高和底莢高度均隨施肥水平的提高呈增大的趨勢，且均在F5施肥水平下達到最大值，同一密度處理不同施肥水平間的株高和底莢高度也均存在顯著差異，說明提高施肥水平有利于大豆植株長高，同時也能提高大豆底莢高度。由表4的相關性分析可知，種植密度與株高、底莢高度均呈極顯著正相關，相關系數分別為0.93、0.88，大豆底莢高度與株高也呈極顯著正相關，相關系數為0.92，這說明大豆的底莢高度也會受株高的影響。

表4 種植密度、施肥水平與泉豆17株型性狀間的相關性分析

2.2.2莖粗、主莖節數、有效分枝數 由表3可知，莖粗、主莖節數和有效分枝數的最大值均出現在D1F5處理水平，分別為0.89 cm、12.60節、4.10個，最小值均出現在D5F1處理水平，分別為0.73 cm、11.40節、2.10個。在D1～D5種植密度條件下，莖粗、主莖節數和有效分枝數隨著施肥水平的提高總體均呈增大的趨勢，同一種植密度不同施肥水平間的莖粗、主莖節數和有效分枝數均存在顯著差異。莖粗和有效分枝數在D1、D2低密度條件下最大值均出現在F5施肥處理水平，在D3、D4、D5中高密度條件下，最大值均出現在F4施肥處理水平，說明在低種植密度條件下，增加施肥量可增大植株莖粗、增加有效分枝數，而中高種植密度條件下，單純增加施肥量并不能增大植株莖粗、增加有效分枝數；主莖節數的最大值均出現在F5施肥處理水平。在F1～F5施肥水平條件下，莖粗、主莖節數和有效分枝數均隨著種植密度的增大總體呈減小趨勢，同一施肥水平不同種植密度間的莖粗、主莖節數和有效分枝數也均存在顯著差異。

2.3 種植密度與施肥水平對泉豆17產量性狀的影響規律分析

2.3.1單株有效莢數、單株粒數、單株粒重 由表5可知，單株有效莢數、單株粒數和單株粒重的最大值均出現在D1F5處理水平，分別為49.93個、64.17個、10.44 g，最小值均出現在D5F1處理水平，分別為34.37個、43.43個、6.32 g。在F1～F5施肥水平條件下，單株有效莢數、單株粒數和單株粒重均隨著種植密度的增大而逐漸減小，同一施肥水平不同種植密度處理間的單株有效莢數、單株粒數和單株粒重均存在顯著差異，說明高種植密度條件不利于大豆單株產量的提升，這是因為高密度條件下群體內光照、養分競爭大，遮陰效應明顯，單株生長受到抑制。單株有效莢數、單株粒數和單株粒重在D1、D2、D3中低密度條件下，均隨著施肥水平的提高而增大，在D4、D5高種植密度條件下，均隨著施肥水平的提高呈現先增大后減小的趨勢，最大值均出現在F4施肥水平，說明適當提高施肥水平能使大豆單株增產潛力得到更充分的發揮，但過量施肥會造成大豆單株有效莢數和單株粒數減少，反而不利于單株產量的提升，這是因為施肥過量會造成大豆徒長，加劇群體內遮陰效應，不利于大豆單株生長。

表5 種植密度與施肥水平處理對泉豆17產量性狀的影響

2.3.2產量 由表5可知，大豆產量在D4F4處理水平下為最大值2217.40 kg·hm-2，在D1F1處理水平下為最小值1608.24 kg·hm-2。在F1～F5施肥水平下，產量隨種植密度的變化規律均是D4>D3>D5>D2>D1，中高種植密度D3、D4、D5處理的產量顯著高于低種植密度D1、D2處理；在D1～D5種植密度處理下，大豆產量均隨著施肥水平的提高呈現先增大后略有下降的趨勢。D1～D5種植密度處理在各施肥水平下大豆產量較F1施肥水平的增產比例如圖1所示，其中D4處理的大豆產量隨施肥水平的增產比例最大，F4處理比F1處理增產13.80%，其次為D3處理，D5、D2、D1處理的大豆增產比例均較小且差異不大。說明中高密度D4、D3處理對肥料的利用率比其他處理的高，單純提高種植密度或增加施肥量并不能充分發揮大豆群體的增產潛力、使大豆產量達到最大，只有通過合理配置種植密度和施肥水平才能獲得大豆高產。

圖1 產量在不同種植密度水平下隨施肥水平提高的增產比例Fig.1 Proportion of the yield increase with the increase of fertilizer application level under different levels of planting density

2.4 種植密度與施肥水平對泉豆17品質性狀的影響分析

由表6可知，蛋白質含量和脂肪含量隨著種植密度的變化無明顯規律，隨著施肥水平的變化也無明顯規律，蛋白質含量在D1F3處理水平下為最大值45.36%，在D5F1處理水平下為最小值45.28%。脂肪含量在D4F3處理水平下為最大值18.60%，在D1F1處理水平下為最小值18.51%。這說明單純通過增加施肥量來提高植株養分供給或者通過減小種植密度來減輕植株間的養分競爭，并不能使大豆蛋白質含量和脂肪含量達到最大值，只有通過合理的肥密配置才能充分發揮大豆的優良品質特性。對種植密度和施肥水平與品質性狀進行相關性分析，由表7可知，種植密度和施肥水平與蛋白質含量均存在一定的負相關，與脂肪含量均存在一定的正相關，種植密度與脂肪含量的相關性達顯著性水平，相關系數為0.263。

表6 種植密度與施肥水平處理對泉豆17品質的影響

表7 種植密度和施肥水平與泉豆17品質性狀間的相關性分析

3 討論與結論

本研究表明，種植密度和施肥水平及其互作對大豆的株型性狀、產量性狀及品質性狀的影響各不相同。株高和底莢高度隨著種植密度和施肥水平的提高均呈增大的趨勢，這與前人[14-15]的研究結果一致。這可能與植物的向光性生長特性有關，種植密度大時，植株間的遮陰效果與養分競爭加劇，為減輕遮陰造成陽光照射不足的不利影響，植株通過向上生長來獲取更多的陽光直射，以滿足生長所需；底莢高度受光照影響較大，種植密度小時，植株間互相遮陰較輕，可獲得充足的陽光照射，因此底莢高度也較低。提高施肥水平，有利于大豆植株的生長，因而高施肥水平處理下的株高和底莢高度也較高。莖粗、主莖節數和有效分枝數隨著種植密度的增大總體均呈逐漸減小的趨勢，莖粗和有效分枝數在D1、D2低密度條件下，均隨施肥水平的提高而增大，在D3、D4、D5中高密度條件下，隨著施肥水平的變化呈現先增大后減小的變化規律，這與前人[16-17]的研究結果相似。在高種植密度條件下，施肥水平過大時，容易造成植株葉片生長旺盛，植株間的遮陰效果加劇，同時植物的向光性生長加速了株高的增長，消耗了大量養分，莖稈的縱向生長減緩了莖稈的橫向生長，同時植株頂端生長抑制側枝的生長，因而高種植密度下施肥過量莖粗和有效分枝數反而減小。主莖節數隨著施肥水平的提高而增大，這與前人[18-19]的研究結果一致。莖粗大小對大豆植株抗倒伏能力至關重要，莖稈粗壯的植株，抗倒伏能力較強。種植密度越大，莖粗越小，株高越大，有效分枝數越少，抗倒伏性降低，植株越容易倒伏，最終造成減產，因此適當稀植既能使植株株高不至于過大，也能使植株莖稈更粗，從而增強植株的抗倒伏能力，增加有效分枝數，為大豆高產做好準備。主莖節數不僅是一個表征大豆株型的重要指標，同時也是一個表征大豆產量的指標，主莖節數少的處理較難實現高產。有效分枝數與大豆抗倒伏能力、光合效率和產量均密切相關，因此，可通過適當減小種植密度提高植株的抗倒伏能力和大豆光合效率，從而提高大豆群體產量。

本研究顯示，大豆單株有效莢數、單株粒數和單株粒重的最大值均出現在D1F5處理水平，最小值均出現在D5F1處理水平。單株有效莢數、單株粒數和單株粒重均隨著種植密度的增大而減小，種植密度大時，植株株高增大，莖稈的生長消耗了地下部吸收的養分和地上部大量的光合產物，與植株的莢果生長爭奪養分，植株單株有效莢數、單株粒數、單株粒重均減小。單株有效莢數、單株粒數和單株粒重隨施肥水平的變化規律相同：在D1、D2、D3中低種植密度條件下，均隨著施肥水平的提高而增大，在D4、D5高種植密度條件下，高施肥水平F5對大豆的籽粒生長產生抑制作用，因此均在F4施肥水平處理下達到最大值，表現為F4>F5>F3>F2>F1。在低種植密度條件下，植株間的養分競爭較小，施肥量過大時會造成植株徒長，葉片生長旺盛，消耗了大量養分，同時對大豆結莢期和鼓粒期會造成遮陰效果，因而單株有效莢數、單株粒數、單株粒重反而減??；而高種植密度條件下，過量施肥量加劇了植株間的遮陰效果，因而單株有效莢數、單株粒數、單株粒重的峰值出現在中高施肥水平F4處。本研究中種植密度對單株有效莢數、單株粒數、單株粒重的影響的結果與前人[20-22]的研究結果一致。

相關研究表明，大豆產量受內在遺傳因素和外在環境因素的共同影響。不同種植密度對大豆植株生長發育的影響不同，低密度種植有利于大豆植株個體發育，單株產量性狀表現充分，但單位面積群體量小，限制了大豆總產量的提升；高密度種植不利于大豆通風透光，影響個體充分發育，同時易導致田間倒伏，雖然群體量大，但仍然無法獲得高產[23]。因此，種植密度過大或過小均無法獲得高產。本研究顯示，在各施肥水平條件下，大豆產量在中高種植密度D3、D4條件下比其他種植密度條件下的大，呈現先升后降的趨勢，這與前人[24-25]的研究結果一致；在各種植密度條件下，大豆產量均隨著施肥水平的提升呈現先增大后減小的趨勢，與低種植密度相比，D3、D4、D5中高種植密度條件下產量隨施肥水平提升增加比例更大，這說明在中高種植密度條件下對肥料的利用率更高。

本研究顯示，蛋白質含量和脂肪含量隨著種植密度和施肥水平的變化均未表現出明顯規律，種植密度和施肥水平與蛋白質含量存在一定的負相關，與脂肪含量存在一定的正相關。種植密度和施肥水平對蛋白質含量和脂肪含量的影響規律有待進一步研究驗證。

D4F4處理下的株高、底莢高度均處于中上水平，莖粗為0.81 cm，比最小值增大10.96%，主莖節數適中，單株有效莢數、單株粒數、單株粒重雖然均未達到最大值，但也均處于中等水平，而群體產量達到最大值2217.40 kg·hm-2，說明在該處理組合下(密度30萬株·hm-2、施肥600 kg·hm-2)，充分發揮了泉豆17的群體增產潛力。

綜上，本研究認為在福建省泉州地區現有的栽培條件下，泉豆17最適宜的種植密度為30萬株·hm-2，在此種植密度條件下，最佳施肥水平為600 kg·hm-2，該組合下最大產量為2217.40 kg·hm-2。在此栽培條件下，能協調好大豆植株間的養分競爭關系，充分發揮大豆單株和群體的增產潛力。種植密度和施肥水平影響大豆單株和群體生長的內在機理，有待后續深入研究。