種植密度與施肥量互作對不同品種大豆生長和產量的影響

馬偉然 強斌斌 劉紹鋒 張玉先 曹亮

摘要：為探究種植密度與施肥量互作對大豆產量的影響，于2022年在黑龍江省鶴山農場開展大豆高產田間試驗。以高蛋白品種黑河43（A1）和高油品種克山1號（A2）為試驗品種，采用田間裂區設計，設置3種不同種植密度（B1，38萬株/hm2；B2，43萬株/hm2；B3，48萬株/hm2）與施肥量C1（當地常規施肥量）、C2（較常規施肥量下調20%）、C3（較常規施肥量上調20%），共18個處理，研究種植密度與施肥量互作對大豆葉面積指數、光合特性、干物質積累量、產量等的影響。結果表明，種植密度與施肥量互作對大豆產量存在顯著的影響（P<0.05）。隨種植密度的提高，黑河43的B2處理產量顯著高于B1、B3處理12.31%～13.82%、5.52%～7.05%、10.26%～16.54%，克山1號的B1處理產量顯著高于B2、B3處理2.71%～18.30%、7.61%～17.6%、2.89%～18.35%。在相同種植密度處理下，2個供試品種產量隨施肥量的增長呈現出C3>C1>C2變化趨勢，與其他處理相比產量分別增長5.05%～5.30%、4.19%～14.62%、7.56%～9.69%和2.79%～8.18%、2.74%～7.53%、2.60%～13.14%。黑河43的最佳處理為B2C3處理，其產量為 4 327.80 kg/hm2；克山1號品種的最佳處理為B1C3處理，其產量為4 214.83 kg/hm2。相關性分析表明，2個供試品種產量與LAI、Pn、SPAD值、干物質積累量、Fv/Fo、Fv/Fm呈正相關。因此，最佳施肥量和種植密度的交互模式能改善大豆光合特性，在增加干物質積累量的基礎上，促進光合產物向大豆籽粒分配運輸，有利于產量的形成。

關鍵詞：大豆；施肥量；種植密度；LAI；光合特性；產量

中圖分類號：S565.104；S565.106? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）08-0038-09

收稿日期：2023-04-18

基金項目：黑龍江省自然科學基金（編號：LH2022C063）；中國博士后科學基金（編號：2022M720695）；黑龍江八一農墾大學試驗示范基地項目（編號：2022101）；黑龍江省“揭榜掛帥”科技攻關項目（編號：2021ZXJ05B02）；國家現代農業產業技術體系建設專項（編號：CARS-04-PS18）。

作者簡介：馬偉然（1999—），男，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，研究方向為大豆高產栽培。E-mail：1819194568@qq.com。

通信作者：曹 亮，博士，講師，研究方向為大豆高產栽培。E-mail：caoliang66@163.com。

大豆籽粒中富含蛋白和油脂，被廣泛用于人類食品、動物飼料、生物燃料和許多其他產品的生產，是我國最為重要的食用油脂和植物蛋白來源［1］。黑龍江省是我國大豆主產區，同時大豆在其種植結構中占有重要地位，所以提高該地區大豆產量則是重中之重［2］。

大豆高產是群體數量和質量相互協調的結果，其群體結構受不同的生態環境、栽培措施、品種特性等多種因素的影響［3-5］。種植密度是影響大豆群體結構的主要因素，也是影響其產量的主要栽培措施之一。種植密度能調控大豆群體特征，使大豆群體對生態環境資源的利用達到最大化，因此探討不同大豆品種適宜的田間種植密度一直是研究的熱點問題［6］。研究表明，種植密度對大豆產量的影響十分明顯，合理的種植密度既有助于大豆充分發揮單株生產潛力，提高光合利用率，同時也可增強植株群體在產量上的作用，尋找適宜的大豆種植密度是保障群體結構的基礎，也是大豆增產的有效方法［7-8］。氮肥、磷肥、鉀肥與大豆籽粒營養成分的形成密切相關，施肥量的多少會影響大豆產量的高低。有研究表明，氮肥是影響大豆產量的主導因子，大豆產量隨施肥量的增加呈現出先升后降的趨勢；也有研究認為，大豆產量隨施肥量的增加呈現出上升的趨勢，所以科學合理的施肥量和種植密度是大豆高產的關鍵［9-11］。

近年來，人們從培育抗逆優質品種、化學調控等角度探索大豆高產和優質的問題，在提高大豆產量和品質方面做了大量研究，但隨著大豆品種的不斷更新、施肥量的改變、機械化程度的增強，最優大豆群體也在不斷地發生變化，原有研究成果需要進一步優化［12］。因此，本研究探討黑龍江省九三分公司大豆主產區高油、高蛋白主大豆品種在種植密度與施肥量互作環境下對產量的影響，可為大豆高產優質栽培提供理論依據與技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2022年在黑龍江省北大荒集團九三管理局鶴山農場科技園區（48°43′～49°03′N，124°56′～126°21′E）進行，該試驗地區有效積溫為 2 000～2 300 ℃，無霜期115～120 d，年降水量 500～600 mm，0～20 cm土層土壤的基本理化性質為：pH值為6.13，堿解氮含量137.91 mg/kg，速效磷含量21.76 mg/kg，速效鉀含量177.3 mg/kg，有機質含量15.33 g/kg，容重1.19 g/cm3。大豆生長季節平均氣溫與降水量如圖1所示。

1.2 試驗材料

供試品種為九三地區主栽大豆品種黑河43（高蛋白）以及克山1號（高油），由北大荒墾豐種業股份有限公司提供。供試肥料為尿素（含氮量≥46%）、磷酸二銨（含氮量≥18%、P2O5≥46%）、硫酸鉀（K2O≥50%）。

1.3 試驗設計

試驗采用裂區設計，以品種為主區，種植密度為副區，施肥量為裂區，每個小區設置6行，行長6 m，3次重復，共18個處理54個小區。試驗處理如下：2個供試品種A1（黑河43）和A2（克山1號）；3個種植密度B1（38萬株/hm2）、B2（43萬株/hm2）和B3（48萬株/hm2）；3個施肥水平C1（當地常規施肥量）、C2（較常規施肥量下調20%）和C3（較常規施肥量上調20%）。當地常規施肥量為N 54 kg/hm2、P2O5 67.5 kg/hm2、K2O 30 kg/hm2。具體設計見表1。

1.4 測定項目與方法

葉面積指數（LAI）的測定。于開花期（R2）、結莢期（R4）和鼓粒期（R6）每個處理連續取5株完整的大豆植株，3次重復，采用Li-3100葉面積儀（美國Li-COR公司）測定葉面積，計算葉面積指數。

葉綠素相對含量（以SPAD值計）的測定。于開花期（R2）、結莢期（R4）和鼓粒期（R6）晴天 08：00—11：00，每個處理連續選取5株完整的大豆植株，采用SPAD-502葉綠素儀（日本Minolta公司）測定倒3葉，3次重復。

凈光合速率（Pn）的測定。于結莢期（R4）和鼓粒期（R6）2個關鍵時期的晴天08：00—11：00，在各小區連續選取5株大豆，采用Li-6400光合測定儀（LI-COR，Lincoln，USA），選擇倒3葉測定凈光合速率。

葉綠素熒光參數的測定。于結莢期（R4）和鼓粒期（R6）2個關鍵時期，采用Fluor Pen FP 110便攜式熒光儀，選擇倒3葉測定光系統Ⅱ最大光化學效率Fv/Fm、光系統Ⅱ潛在光化學效率Fv/Fo。

干物質積累量的測定。于開花期（R2）、結莢期（R4）和鼓粒期（R6）在各小區連續取5株大豆植株，按照地上部分和地下部分在子葉痕處分解，105 ℃ 殺青30 min，80 ℃烘干至恒重。

產量的測定。在大豆成熟后進行測產，每個處理選取1 m2有效植株，3次重復，從中選取10株具有代表性的大豆植株測定單株莢數、單株粒數、單株粒重和百粒重，最后計算出產量，每個處理3次重復。

1.5 數據分析

采用Excel 2022進行數據處理和計算，通過SPSS 22.0軟件進行方差分析，使用Origin 2021進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 種植密度與施肥量互作對大豆群體葉面積指數的影響

從表2可知，在整個生育時期，大豆葉面積指數（LAI）呈現出R4>R6>R2變化趨勢。在各生育時期，施肥量和種植密度對黑河43和克山1號2個供試品種LAI均產生顯著影響（P<0.05）。在相同種植密度條件下，隨施肥量增加，2個供試品種葉片LAI總體呈現出逐漸上升的趨勢。說明在一定范圍內，葉面積指數與施肥量呈正相關，適時適量增肥可以滿足大豆各生育期對養分的需求。在相同的施肥量下，隨種植密度的提高，黑河43葉片的LAI呈現出B2>B1>B3，克山1號呈現出B1>B3>B2。通過方差分析可知，2個供試品種在肥密處理下產生顯著的交互作用。可見，最佳肥密處理可以使大豆群體具有良好的生長環境，利于光合產物的積累和產量的提高。

2.2 種植密度與施肥量互作對大豆群體葉綠素相對含量的影響

如圖2所示，各生育時期的種植密度和施肥量互作對葉綠素相對含量（SPAD值）有著顯著的影響（P<0.05）。在相同種植密度下，隨著施肥量的增加，2個供試大豆品種葉片SPAD值呈現出C3>C1>C2的變化趨勢，分別增長5.91%～12.86%、1.51%～6.66%、0.87%～4.94%。說明適量提高施肥量有利于提高大豆植株葉綠素相對含量。在相同施肥量條件下，黑河43在不同種植密度下其葉片的葉綠素相對含量呈現出 B2>B1>B3的變化趨勢，克山1號呈現出B1>B3>B2的變化趨勢。說明這2個品種對種植密度的敏感程度存在差異，且種植密度越大，群體越郁閉，透光性越差，越會導致大豆葉片的SPAD值產生下降的趨勢。

2.3 種植密度與施肥量互作對大豆群體凈光合速率的影響

如圖3所示，種植密度與施肥量互作會對大豆葉片凈光合速率產生顯著影響（P<0.05）。在相同施肥處理下，隨著種植密度的增加，黑河43葉片凈光合速率（Pn）表現為B2>B1>B3，克山1號品種表現為B1>B3>B2。說明大豆光合特性隨著種植密度的增加而提高，超過合理范圍時，種植密度越高，光合特性受到高種植密度的影響反而下降。說明施肥量與種植密度的交互作用對大豆群體光合起積極的促進作用，合理的群體分布能使其得到充分表達。

2.4 種植密度與施肥量互作對大豆群體葉綠素熒光參數的影響

圖4、圖5顯示，各生育時期隨著施肥量的增加，大豆葉片的Fv/Fo和Fv/Fm呈增長趨勢，C3處理與C1、C2處理相比增長1.28%～2.60%、1.23%～1.26%和1.82%～6.56%、2.87%～3.56%，雖有所增長但效果不顯著。在施肥量相同時，2個供試品種在不同種植密度下葉片Fv/Fo和Fv/Fm產生了顯著變化（P<0.05），黑河43品種隨種植密度的增加，葉片Fv/Fo和Fv/Fm呈現出B2>B1>B3變化趨勢，與其他處理相比增長5.00%～5.33%、6.56%～8.94%。克山1號呈現先升后降趨勢，其從高到低表現為B1>B3>B2，與B2、B3處理相比，B1處理分別增長2.46%～5.06%、1.80%～18.27%。說明施肥處理的作用效果要低于種植密度處理，各處理不同大豆品種Fv/Fo及Fv/Fm對肥密處理的響應是不同的，通過對比分析發現，黑河43品種在B2處理下效果顯著，克山1號在B1處理下效果顯著。

2.5 種植密度與施肥量互作對大豆群體干重的影響

從表3、表4可知，植株干重隨生育時期推進呈現出遞增的趨勢，并于鼓粒期達到最大。種植密度與施肥量互作對植株干重的影響達到顯著水平（P<0.05），在相同施肥處理下隨種植密度的增加，黑河43（A1）品種呈現出下降的趨勢，克山1號（A2）品種呈現出先升后降的變化趨勢，其中黑河43品種B2處理顯著高于其他處理（P<0.05），分別提高19.88%～20.20%、18.82%～19.59%、4.28%～17.14%；克山1號B1處理效果顯著，分別提高3.91%～12.45%、13.20%～15.33%、7.52%～16.63%（P<0.05）。在相同種植密度處理下隨施肥量的增加，2個供試品種C3處理均呈現出增長趨勢，與其他處理相比分別提高15.89%～29.49%、0.80%～12.90%、3.44%～14.52%。通過方差分析可以得知，2個供試品種在肥密處理下產生顯著的交互作用。

2.6 密度與施肥量互作對大豆群體產量的影響

由表5、表6可知，種植密度與施肥量互作對不同品種的大豆產量及產量構成因子存在顯著的影響（P<0.05）。隨種植密度的提高，黑河43品種B2處理產量顯著高于B1、B3處理，分別增長12.31%～13.82%、5.52%～7.05%、10.26%～ 16.54%；而克山1號B1處理的產量顯著高于B2、B3處理，分別增長2.71%～18.30%、7.61%～17.60%、2.89%～18.35%。在相同種植密度處理下，2個供試品種產量隨施肥量的增長呈現出C3>C1>C2變化趨勢，與其他處理相比產量分別增長5.05%～5.30%、4.19%～14.62%、7.56%～9.69%和2.79%～8.18%、2.74%～7.53%、2.60%～13.14%。通過方差分析可以得知，密度與施肥量互作對單株莢數、單株粒數、單株粒數、產量均具有顯著的交互作用，對大豆百粒重不存在交互作用。

2.7 產量與各項指標相關性分析

圖7、圖8為施肥量與種植密度互作下不同供試品種產量與各項指標之間的相關性分析。相關性分析表明，大豆的產量與光合特性有著正相關關系，克山1號產量與Fv/Fm雖呈正相關但并不顯著。對比分析發現，施肥量與種植密度交互下黑河43葉片光合特性相關指標與產量的相關程度要高于克山1號。此外，黑河43產量與LAI、地下部干物質積累量呈正相關，和地上部干物質積累量呈顯著正相關，而克山1號產量與LAI、地上地下部干物質積累量均呈現顯著正相關，且相關程度明顯高于黑河43。所以提高光合能力有助于植株光合產物的積累，促進生物量增長，從而達到高產目的。

3 討論

葉面積指數（LAI）是衡量大豆群體結構以及產量的重要指標，葉面積指數對光合產物積累有著重要的影響，延長葉面積的持續可以使干物質積累量增加，最后達到增產的目的，所以適宜的葉面積指數是構成大豆高產穩產的基礎［13-15］。有研究表明，在一定范圍內大豆葉面積指數隨著施肥水平和在栽培密度的增加而增加［16］。本研究表明，種植密度和施肥量對2個不同品種的大豆所反映出的變換趨勢是不同的，黑河43隨種植密度的增加葉面積指數呈下降的趨勢，克山1號呈先升后降趨勢，這與前人研究有所差異，不同的原因可能是2種不同基因的大豆對種植密度的敏感程度不同。但種植密度過大，2個品種大豆的葉面積指數均呈現出下降的趨勢，這是由密度過大，植株之間的葉片相互遮掩，光能利用率降低導致的。大豆的生長發育還會受到區域生態氣候和群體內部競爭造成的雙重影響［17-18］。不同種植密度可以調節作物的群體結構，改善群體競爭力［19］。

光合作用是決定作物產量的關鍵因素，光合能力的強弱直接影響作物產量的高低［20］。肥密處理對大豆光合特性有著重要的影響，前人研究發現，葉綠素含量隨密度的增加而降低［21］。本研究發現，隨著種植密度的增加，黑河43呈降低趨勢，克山1號品種呈先升后降的變化趨勢，黑河43葉綠素變化趨勢與前人研究相似。克山1號有所不同，其原因可能是因為選擇的種植密度不同，本研究發現種植密度在43萬株/hm2，克山1號葉綠素含量達到最大化，因此在生產中，首先要考慮不同品種之間最優種植密度以及施肥量來構建高效的群體結構，從而使大豆獲得合理的光分布和優越的光環境。此外，葉綠素是光合作用中最重要的色素，與光合特性密切相關，提高光合能力有助于大豆生長發育、籽粒生物量的積累，是大豆產量形成的物質基礎。有研究表明，隨種植密度的增加，大豆葉片的凈光合速率呈現出先升后降的趨勢［22-23］。本研究發現，隨著種植密度的增加，黑河43的凈光合速率呈顯著下降的趨勢，而克山1號出現先升后降的趨勢，造成不同的原因可能是2個品種自身特性的不同、環境因素以及土壤肥力所造成的，因此在排除外界因素條件下，適宜的種植密度、合理的施肥量能夠有效保證大豆群體內部與外界的氣體交換，提高凈光合速率。

大豆產量的形成是在基因型、環境條件、管理措施等因素共同作用下通過復雜的生理生化代謝反應過程完成的。在一定的基因型條件下，通過適宜的栽培措施，可以使品種特性發揮到最大化［24-26］。合理的施肥水平以及最佳的種植密度是提高產量的關鍵，有研究表明，在相同的施氮條件下，隨著種植密度的增加，其產量構成因素的各項指標呈現出下降的趨勢［23，27］。本研究發現，隨著施肥量的增加，各處理的單株莢數、單株粒數、單株粒重呈現出相應的增長，而隨著種植密度的不斷增長，各項指標呈現出下降的趨勢，說明在較高的種植密度下，產量性狀往往并不理想，這與前人研究結果［28］相似。由此可以看出，最優種植密度和施肥量是大豆高產的關鍵因素，能夠充分發揮出不同大豆品種產量的潛力，最大限度地增加單位面積產量，但是不同品種特征性有所差異，種植密度和施肥量的配比也應有所不同。

4 結論

綜上可知，黑河43最優配置為：種植密度38萬株/hm2，施肥量上調20%（A1B2C3）處理效果顯著（P<0.05），產量為4 327.80 kg/hm2。克山1號最優配置為：種植密度43萬株/hm2，施肥量上調20%（A2B1C3）處理效果顯著（P<0.05），產量為 4 214.83 kg/hm2。相關分析表明，2個供試品種產量與LAI、Pn、SPAD值、干物質積累量、Fv/Fo、Fv/Fm呈正相關，說明種植密度與施肥量互作對產量構成起著積極作用。在生產實踐中可以明確優質高產大豆生產的最佳種植密度和施肥量，進而促進農業綠色可持續發展。

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