大豆重迎茬减产的原因及农艺对策研究*——大豆重迎茬减产的原因与机理（上）

何志鸿，刘忠堂，许艳丽，韩晓增，何雪莹

（1.黑龙江省科技厅，哈尔滨 150001；2.国家大豆工程技术研究中心，哈尔滨 150030；

3.中国科学院东北地理与农业生态研究所，哈尔滨 150081；4.黑龙江省农业科学院，哈尔滨 150086）

重迎茬是我国大豆主产区、特别是黑龙江省大豆生产中愈来愈严重的一个问题，引起了各级领导机关和科研单位的极大重视[1-11]。本课题是在黑龙江省政府和国家科技部的支持下，从1993年开始，先后确立为省和国家重点课题、重大课题、重中之重科技攻关项目，分三个阶段组织省属和中直科研单位，进行多学科、多部门的联合攻关[12-15]。经过八年的共同努力，已经基本探明大豆重迎茬减产的原因，提出了减缓产量损失的7条农艺对策。在生产上大面积推广应用这些研究成果，取得了显著的经济效益和社会效益[16-22]。

为总结本项系统工程的研究结果，向关心大豆重迎茬问题的各方面人士汇报，本文作者曾经就重迎茬对大豆的影响、造成这种影响的诸多因素以及减缓损失的措施，先后在《大豆科学》、《黑龙江农业科学》、《大豆通报》、《现代农业》、《东北农业大学学报》以及《中国科技论文在线》发表多篇专题论文[16,20-37]。那些论文均是从某一角度或某一侧面汇报我们的研究结果，本文旨在综合各专题的研究结果，试图汇拢多个角度、多个方位探索的心得，从总体上探讨重迎茬大豆减产的原因和机理，为减缓重迎茬大豆产量损失提供理论依据和参考。

1 研究方法

1.1 总体试验设计

采取多年多地定点以及多种研究方法和研究手段，试验研究在黑龙江省6个不同生态区同时进行，主要的观测、调查均在各生态区由9个小区组成的固定场圃进行，同时设置必要的微区、框区、盆栽研究与实验室研究，在各生态区有代表性的县（市、农场）的典型地区进行大面积的生产调查，并在这些县（市、农场）建立试验示范基地（基点）、设立试验示范田。对于研究结果进行分析处理时，既考虑全省的共性，也考虑不同生态区的特殊性。

试验研究的田间设计与当地当前的大豆生产水平、生产条件相一致。即试验区的管理与当地大豆生产田相一致，除试验处理之外的耕作、播种、施肥、田间管理均与当地当前的生产环节同步、生产水平平行进行。

1.2 固定轮作场圃

在黑龙江省东部低湿地区（黑龙江省农科院合江农科所和黑龙江八一农垦大学）、南部黑土地区（黑龙江省农科院大豆研究所和东北农业大学）、中部黑土地区（中国科学院东北地理与农业生态研究所海伦试验站和黑龙江省农科院绥化农科所）、西南部盐碱土地区（黑龙江省农科院安达农科所）、西部风沙干旱地区（黑龙江省农科院嫩江农科所）、北部高寒地区（黑龙江省农科院黑河农科所）设立9个固定轮作区，按照固定的种植模式，使试验区内的大豆每年都有正茬、迎茬、重茬各处理，随着试验的连年进行，轮作场圃中的重茬处理逐年为重茬一年，重茬一年和二年，重茬一年、二年和三年以及一个长期重茬小区。中国科学院海伦试验站的固定轮作场圃始设于1993年前，其余各固定轮作区自1994年设立，至第三期研究结束，都已经连续了7～8a（2001年之后，中国科学院东北地理与农业生态研究所即原来的黑龙江农业现代化研究所以及黑龙江省农业科学院仍在此固定轮作场圃上继续关于大豆重迎茬方面的试验研究），试验区每个小区12行，行长30m，行距0.7m，轮作方式与当地生产相一致：正茬为小麦—玉米—大豆（东部）、小麦—小麦—大豆（北部）、玉米—玉米—大豆（中部、南部、西部）；迎茬为大豆—小麦—大豆或大豆—玉米—大豆；重茬为大豆—大豆（重茬一年）、大豆—大豆—大豆（重茬二年）……；品种、密度、施肥、田间管理与当地生产水平相一致。试验品种中东部低湿区为合丰25、合丰35、垦农4，南部黑土区为黑农37，中部黑土区为绥农14，西南部盐碱区品种为抗线2号，西部风沙干旱区为嫩丰15，北部高寒区为黑河14、北丰11。

1.3 专项试验

各项主试验研究均在上述固定轮作场圃进行，根据需要另设框区、微区、盆栽试验与生产田田间调查。专项试验内容以及试验方法见前报[23-37]。

2 结果与分析

2.1 重迎茬对大豆的影响

2.1.1 重迎茬对大豆生长发育的影响 大豆重迎茬种植，生育期有所延迟，而且主要是开花至结荚阶段即生长发育的中期阶段延长，此阶段的生长发育进程慢于正茬，而结荚至鼓粒——生育的中后期，生长发育进程快于正茬。前期生长发育缓慢，后期急剧结束，因此不能充分生长发育和积累，造成了重迎茬大豆的株高降低、茎秆变细、节间加长、分枝减少、结荚数和单株粒数减少[24]。

2.1.2 重迎茬对大豆根的影响 根在植株的生长发育中起着四个方面的重要作用：支撑和固定地上部分，吸收水分和养分，储藏物质，合成氨基酸、激素等物质。因此，根的状况对于植株的生长发育极为重要。大豆重迎茬种植，根的生长发育不良，根长、根量、根重减少，活性降低，对于土壤中的水分、养分吸收能力以及共生固氮能力降低，根系分泌物种类和根际微生物种类发生变化，病原菌增加，易于罹病。根和根际环境的这些不良和不利变化，使得根的支撑、固定作用，吸收、储藏、合成等作用和功能减弱，导致植株生长发育不良，直至影响到产量[28-33]。

2.1.3 重迎茬对大豆生理机能的影响 重迎茬大豆呼吸强度较正茬大豆增加，开花期以后光合效率较正茬降低，不利于干物质的积累。此时处在营养生长与生殖生长并行期，因此对于植株的形态结构与产量构成因子的形成都不利[26]。

重迎茬大豆气孔阻力变小、蒸腾强度加大，按说其耗水量应当高于正茬大豆。然而，实际上由于重迎茬大豆植株生长发育差、光合速率低、吸水能力低，其实际耗水量并不比正茬大豆高[27]。

重迎茬大豆根系活力降低，使得吸收能力减弱，导致植株生长发育不良，抵御不利外界环境条件的能力降低，结果干物质积累数量和速度都低于正茬，使得重迎茬大豆的产量低于正茬[30]。

2.1.4 重迎茬对大豆产量构成因子的影响 大豆重迎茬种植，部分幼苗死亡，使收获株数减少，是减产的一个原因。由于大豆具有较强的补偿机能，在正常情况下，少量的缺株，可以由其他植株多结荚、多结粒、或者籽粒变大而得到补充，对最终的产量不会有太大的影响。然而，重迎茬种植的大豆生长发育不良，单株结荚数、每荚粒数和单株粒数以及百粒重均较正茬降低，不仅难以补偿缺株所造成的产量损失，而且这种变劣的产量构成因子更是直接造成减产。重迎茬对于大豆产量构成因子的影响有两个明显的特点：第一，产量构成因子变劣，重茬重于迎茬，长期重茬重于短期重茬；第二，在构成产量的诸多因子中，单株荚数和粒数因重迎茬而变劣的程度最为严重[23,24]。

2.1.5 重迎茬对大豆产量的影响 固定轮作场圃连续8年的田间试验以及盆栽试验和大量生产调查的结果表明，大豆重迎茬种植减产6.1%～31.5%，重茬重于迎茬，重茬年限增多，减产幅度加大。无肥盆栽、无肥田间试验、有肥盆栽试验、有肥固定试验场圃和生产调查五种方法的结果，虽然在数值上有所差别，但是趋势一致，且数量级相近；基本趋势是迎茬减产5%～10%，重茬一年减产10%～15%，重茬二年减产15%～20%，重茬三年以上减产20%～30%。从田间试验结果可以看出，无肥减产重于有肥[23]。

2.1.6 重迎茬对大豆品质的影响 大豆的品质包括化学品质和外观品质。目前所说的化学品质主要是指大豆蛋白质和脂肪含量。迎茬和短期重茬对大豆蛋白质和脂肪的含量没有明显的影响，但三年以上的长期重茬，大豆的蛋白质含量明显增加，脂肪含量明显减少[4]。外观品质方面，重迎茬种植，大豆的病粒率、虫食率增加，完全粒率和百粒重降低，且都是重茬重于迎茬。尤为严重的是病粒率和虫食率，虽然只增加了不到5个百分点，但是相对值却增加了38.9%～108.7%，导致商品大豆降等降级，造成经济损失[4,23]。

2.2 重迎茬大豆的影响因素及其影响

2.2.1 重迎茬大豆的土壤 重迎茬种植大豆使土壤大团聚体的比例下降，土壤结构的水稳性降低。这种变化在不同类型的土壤中有所差异。大豆重迎茬种植对土壤容重和孔隙度有一些影响，但是不够显著，而且不同地区、不同土壤，这种影响在程度和方向上也有所不同。与其他作物重茬以及轮作体系当中不同作物对于土壤容重和孔隙度的不良影响相比较，种植大豆、乃至重迎茬种植大豆，有利于土壤保持良好的容重和孔隙度。大豆重迎茬种植对土壤有机质含量没有明显的影响，但是改变了土壤有机质存在形态，降低了土壤肥力。重迎茬种植大豆使土壤pH升高。在一定程度上，这可以减轻酸性土壤的酸性，有利于大豆的生长发育，但也增加了碱性土壤的碱性，对于大豆不利。重迎茬种植大豆，降低了土壤中多糖含量。土壤多糖的含量受蔗糖酶活性影响，与有机质含量有关，对土壤微生物区系和土壤肥力有影响[26,29,35,36]。

2.2.2 重迎茬大豆的土壤养分与养分吸收 以往的研究指出，每生产100kg大豆需氮量较生产同量水稻或玉米籽实高2～3倍，需磷、钾量高0.5～1倍。因此，重迎茬种植大豆由于过多的消耗造成土壤养分亏缺的说法，很容易被人们所接受。本研究结果表明，大豆重迎茬种植，根际土壤养分的变化有两种情况：一是在不施任何肥料的盆栽条件下，重迎茬种植出现对养分的过多消耗，造成土壤养分亏缺。但这并不是重迎茬大豆所特有的现象，重茬玉米、重茬小麦都存在同样的问题。虽然大豆需氮量高于许多作物，但是大豆却有独特的共生固氮机能，成熟植株全氮量的1/4～2/3来自共生固氮，所以，一般情况下，短期重迎茬种植大豆，虽然消耗氮素较多、但不会严重亏缺，如果长期重茬，共生固氮能力下降，则会造成氮素的严重亏缺。二是在模拟生产条件下的试验研究和大豆生产实践中均有施肥，重迎茬种植时，前茬多消耗的营养元素得以补充，可以减轻甚至弥补氮素的不足，因此，并没有显现出明显偏耗。尽管如此，增施肥料对重迎茬大豆的生长、发育以及产量还是有益的。这一是因为目前生产实践中大豆的施氮水平较低，往往不能完全弥补种植大豆对土壤氮素的消耗；二是因为在大豆植株全氮之中，来自肥料、土壤和根瘤的氮素所占的比例为1：3：6，而重迎茬大豆根瘤活性减弱以及植株生长发育不如正茬大豆、根的吸收能力有所减弱，根瘤的固氮量和从土壤中吸收的氮的数量都不如正茬大豆，再加上前茬大豆的吸收减少了土壤中可利用的养分，所以，增施肥料对重迎茬大豆有较明显的增产效果。总之，在生产实践当中，由于使用肥料，重迎茬种植的大豆并不会因为对某种养分的过度消耗而形成养分亏缺。也就是说，土壤养分有一定的影响，但养分问题不是大豆重迎茬减产的主要原因。然而，由于常用的化肥主要是氮、磷、钾三种大量元素，以及重迎茬大豆根系发育较差、对养分的吸收能力减弱，又由于生理胁迫等原因，促使大豆增加了对一些元素、特别是微量元素的需求，因此，应当注意补充微量元素或者使用有机农肥[26]。

2.2.3 重迎茬大豆的水分问题 以往的研究中，有人认为土壤水分是影响重迎茬大豆的一个重要因素，甚至是最重要的因素。讨论这个问题，就得讨论土壤水分是否对重迎茬大豆有重大影响。这首先得研究种植大豆对土壤水分有无影响以及影响表现在哪些方面、程度如何，然后再研究在大豆茬上重复种植大豆将会怎样。这种研究应当包括如下4个方面：第一，播种在不同茬口上的大豆，播前土壤水分状况，即前茬的影响；第二，大豆重迎茬与正茬土壤水分的差异，即轮作方式的影响；第三，不同作物重茬种植土壤水分的差异，即作物的长期影响；第四，重迎茬大豆耗水特点，即作物自身的影响。总之，要从整个轮作体系来比较不同作物、比较大豆的不同轮作方式下土壤水分的特点、动态变化，以及重迎茬大豆所受到的影响，而不是只讨论重迎茬种植当年大豆的土壤水分如何。

从理论计算看，种植大豆需水较小麦多，但不及玉米。从实际测定看，在三年一个轮作周期的最后一年，生育期间土壤含水量，重茬种植不同作物之间略有差异，但不明显。虽然与正茬相比较，重迎茬种植大豆，土壤田间持水量有所降低。但同是重茬种植的玉米、小麦下降得更低。由此可知，尽管重茬种植大豆会使土壤水分状况在某些方面变劣，但这并不是大豆所特有的，而且重迎茬大豆对土壤水分的这种不利作用要低于玉米、小麦等作物重迎茬种植[27]。

重迎茬种植的大豆气孔阻力降低、蒸腾强度加大，表明重迎茬种植大豆水分消耗能力增强。但是，一方面由于重迎茬大豆植株生长发育不如正茬，另一方面大豆后期利用深层土壤水分能力较强，使得生育后期至次年播种、出苗前土壤上层含水量高于正常轮作，而且种植在大豆茬上比种植在玉米、小麦茬上播种前土壤含水量高。可见，种植大豆，乃至重茬、长期重茬种植大豆，并不会造成耕层土壤水分严重亏缺或者水分状况恶化。所以重茬种植的大豆并没有处于恶劣的土壤水分状况之下。尽管种植大豆以及重迎茬种植大豆对土壤水分有一定的影响，但并不一定是不利的影响。反过来，大豆茬相对丰富的土壤水分会对重茬种植的大豆有一定的良好影响。

不能孤立地看大豆重迎茬种植当年土壤水分如何，要把它放在轮作体系当中，与正茬轮作相比较、与其他作物重茬种植的结果相比较。这样就会发现，各种作物重茬种植，对土壤水分都有一定的影响，其中并不是重茬大豆对土壤水分最为不利。况且与正茬轮作相比较，种植大豆乃至重茬种植大豆，并没有使土壤水分状况明显恶化，即重茬大豆并没有生长在其前茬大豆所造成的恶化了水分状况的土壤上。所以，土壤水分对于重迎茬大豆有一定的影响，但并不是阻碍重迎茬大豆生长的重要因素[27]。

2.2.4 重迎茬大豆土壤中的酶 大豆重迎茬种植虽然没有使土壤中的多酚氧化酶显著地增加，但是，出苗至开花期即生育前期重迎茬大豆土壤多酚氧化酶浓度高于正茬，结荚期即生育后期低于正茬。与试前相比较，主要旱田作物重茬种植都能增加土壤酶的活性，重茬大豆对酶活性的增强作用低于小麦、高于玉米。与正茬轮作相比较，重迎茬大豆土壤过氧化氢酶、磷酸酶和转化酶活性降低，脲酶活性增加。重迎茬大豆土壤酶活性与土壤pH显著正相关，大豆重迎茬种植提高了土壤的pH，所以增加了土壤酶活性。土壤中各种酶的活性分别与土壤中相应的物质有显著的相关关系，但是不同的酶与其相应的物质间的相关方向、强度不同。由于土壤酶的活性与相应的土壤有机化合物显著相关，影响着土壤溶液的酸碱度和组成成分，所以对于土壤养分、土壤微生物区系构成以及活动都会产生影响，进而影响重迎茬大豆的生长发育和产量[35]。

2.2.5 重迎茬大豆的病虫危害 无论是试验区定点观测、研究，还是生产上的大量调查，都表明重迎茬种植的大豆田间病虫危害、特别是根部病虫危害加剧。大豆重迎茬种植以后，大豆根潜蝇、根腐病、胞囊线虫等根部病虫的危害程度至少增加一倍，多的增加十几倍。大豆食心虫虽然在地上危害，但由于其老熟幼虫脱荚入土到次年羽化出土，在土壤里面长达10个月之久，上年种植大豆，或轻或重总有食心虫发生，秋季必有幼虫入土，次年成为危害重茬大豆的虫源。这也是大豆食心虫危害，重茬比正茬增加十余倍，而迎茬增加不多的原因所在[25]。

2.2.6 重迎茬大豆的根系分泌物与根茬腐解物 本研究结果表明，大豆重迎茬种植，根际土壤中的根系分泌物较正茬大豆增加，改变了土壤的微生态环境，因此产生了如下三种作用：第一，直接对大豆植株的生长发育产生了不利的影响；第二，使土壤中的微生物区系发生不良变化，导致真菌数量增加，特别是致病性真菌数量明显增加，细菌、放线菌数量减少；第三，对土壤中的一些微量元素有一定的活化作用。结果是由于植株生长发育缓慢、纤弱不良而易于罹病，而病原菌明显增加又加剧了病虫危害。根系发育不良，吸收能力降低，进一步影响了植株的生长发育，直至影响到产量。然而，虽然重迎茬种植大豆，土壤中根系分泌物增加，但是在土壤—微生物—植物这一活的有机体系中，未必能够长期存在并积累到相当高的浓度，以至于对下茬大豆产生毒害作用。所以，根系分泌物对于重迎茬大豆的不利影响当中，间接的作用可能要大于直接作用。与此不同的是根茬腐解物，它对重迎茬大豆生长发育的不利影响更直接、而且更大。因此，如果说重迎茬大豆有自毒作用的话，它主要是由于根茬腐解物的作用；根系分泌物由于其许多成分易于发生变化、难于稳定积累，所以，其毒害作用可能主要发生在本茬，不一定影响到下茬及以后。

从我们的研究结果来看，根系分泌物和根茬腐解物都对重迎茬大豆的生长发育有不利的影响。因此可以认为，二者都是造成重迎茬大豆减产的重要因素。但就其所起到的作用来看，根茬腐解物较根系分泌物更重要一些[28]。

2.2.7 重迎茬大豆的根际土壤有机化合物 土壤中的有机化合物，因所用的提取与分析方法的不同而不同，我们试验研究中所得到的产物，主要有蛋白质、氨基酸、多糖、酚酸、酶等类物质，而且各类物质的种类和数量因为大豆的重迎茬种植而与正茬有明显的不同。本文所报道的是无水乙醇和二氯甲烷提取物的色谱—质谱联合测定的结果，为酚、酸、醛、烃等类物质。

酚酸类有机化合物对大豆有明显的化感抑制作用，重迎茬大豆根际土壤中酚酸类有机化合物不仅种类比正茬大豆增加，数量也增加，因此对大豆的生长发育产生了不利的影响。所以含有能够产生化感抑制作用的酚酸类物质的根系分泌物、根茬腐解物和微生物分泌物都是重迎茬大豆减产的原因之一。

根际土壤有机化合物中，生长2周的大豆植株的根系分泌物对于大豆的抑制作用大于4周大豆植株的根系分泌物；腐解4周的大豆根茬腐解物对于大豆的抑制作用大于腐解8周的大豆根茬腐解物，而且不同腐解时间的腐解产物有许多不同；重茬大豆播前根际土壤有机化合物较正茬大豆生育期间明显地减少了种类和数量，表明根系分泌物分泌到根际土壤中之后会发生变化；生育期间重茬大豆土壤中有机化合物较迎茬大豆丰富，表明虽然上一年的根茬腐解物无变化地留存到下一年已经不是很多，但是却能以变化后的形态留存下来一部分。从这几方面可以看出：第一，早期的土壤有机化合物对大豆有较大的抑制作用；第二，根际土壤中的有机化合物在土壤—植物—微生物体系的作用下不断地发生转化、降解。因此，也可以说重迎茬大豆受根际土壤有机化合物的不利影响，主要发生在生育前期，特别是幼苗期；对重迎茬大豆产生较大影响的也主要是当年的根系分泌物、上年的根茬在当年的腐解物和微生物分泌物。

大豆根际土壤有机化合物主要来自大豆的根系分泌物、根茬腐解物和根际微生物分泌物，这三者是互相影响的。大豆重迎茬种植，首先是上一年土壤里残存的根茬和根茬腐解物刺激了大豆幼根，使根系分泌物发生与正茬大豆不同的变化，根系分泌物又对根际土壤微生物产生影响，影响了其区系构成以及活性和分泌物，再由区系发生了变化的微生物的活动反过来影响根茬的腐解及其产物，影响大豆植株的生长发育及其根系的分泌物，直至影响大豆的产量[29,33]。

2.2.8 重迎茬大豆的根际微生物 大豆重迎茬种植，根际土壤微生物区系发生了变化。基本趋势为细菌数量减少，真菌、放线菌数量增多，细菌与真菌的比例（B/F）以及放线菌与真菌的比例（A/F）降低，由高肥的“细菌型”向低肥的“真菌型”转变。这种转变从开花期开始，表现出明显的差异与规律性。

重迎茬种植大豆，根际细菌减少的幅度较小，真菌增加的幅度较大；根区细菌数量减少的幅度较大，真菌数量增加的幅度较小。因此，细菌和真菌的比值根际增加，根区降低。根际微生物B/F值降低主要是由于根际土壤微生物区系的变化，而不是根表面上微生物区系的变化。但是重迎茬大豆根表面微生物区系变化得更为激烈。

重迎茬大豆根际土壤中致病真菌的比例发生变化，占据了种群优势，侵染大豆根部，导致根腐病发生。可见根际微生物区系的变化也是造成重迎茬大豆减产的一个重要原因[33]。

2.2.9 重迎茬大豆的共生固氮 大豆重迎茬种植，根际土壤共生固氮体系受到了较大的不良影响。随着重茬年限的增加，优质根瘤的比例、有效根瘤鲜重、固氮效率和固氮量都降低。

重迎茬大豆产量与结瘤数量的相关性较正茬下降，原因是重迎茬大豆所结的根瘤中有相当数量的无效瘤；增施一定数量的氮肥可以有效地增加结瘤数量，同时也增加了根瘤数量与产量之间的正相关。可见共生固氮状况也是影响重迎茬大豆产量的一个因素[34]。

重迎茬大豆根瘤的形成，明显地受到根茬腐解物和根际微生物分泌物的不利影响和抑制。

经过试验，有选择性地应用单项或综合调控措施，可以增加结瘤数量和根瘤活性，收到增瘤增产的效果。

2.2.10 重迎茬大豆的品种 不同类型的大豆品种对于重迎茬种植的反应不同。通常，抗大豆胞囊线虫等根部病虫害的品种重迎茬种植减产幅度小，即这类品种较耐重迎茬种植。

生态条件对于大豆品种重迎茬种植时的减产幅度有较明显的影响，同一个品种在不同的生态区耐重迎茬种植的表现不同。

通常，重迎茬种植产量较高的品种、即耐重迎茬品种表现为抗或耐根部病虫害，根际微生物区系中细菌和放线菌的数量多、B/F比值高，谷光甘肽过氧化物酶（GSH－Px）活性强。

同一抗病品种连续重茬种植多年，由于选择压力，会使病原菌生理小种发生变化，并因此而使品种丧失抗病性。所以，即使是耐重迎茬的品种，也应当避免同一品种长期重茬种植。为减缓大豆重迎茬所造成的产量损失，最好是实行大豆与非豆科作物轮作，在重迎茬种植时，应当采取不同抗病品种或不同的耐重迎茬品种轮换种植[37]。