不同施肥方式对高蛋白夏大豆生理特性、产量及品质的影响

田艺心，高凤菊，曹鹏鹏，高 祺，华方静，王春雨，朱冠雄

（德州市农业科学研究院，山东 德州 253015）

近年来，随着国内外市场对大豆需求量的急剧猛增，我国大豆产量严重不足[1]，大豆进口依赖度持续高达85%及以上，严重侵害了我国大豆产业健康持续的发展，对我国粮食安全造成重大冲击。为此，国家出台一系列大豆扶持政策[2-3]，意在振兴我国大豆产业，确保粮食安全，2022年中央1号文件[4]再次明确提出“要扩种大豆，力争大豆面积稳定在1.4亿亩以上”。因此，扩大大豆种植面积，提高大豆产量和质量是我国当今亟待解决的现实问题和必须完成的政治任务，这对提高我国大豆自给率、保障国家粮食安全具有重要意义。由于化肥对我国粮食产量的贡献率达到40%～60%，因此，提高大豆产量和质量，施用肥料必不可少[5]。先前大豆生产中常用的肥料多为传统氮肥、磷肥、钾肥或氮磷钾一定比例的复合肥，肥料施用量大，有效期短，利用率低，且这些肥料多为速效化肥，易淋溶进土壤、水体中造成环境污染，因此，传统肥料已难以满足现代农业绿色、可持续发展的要求，迫切需要一种新型肥料来代替。

研究表明[6]，控释肥可根据作物不同生育期需肥特点进行配方设计和控制释放，从而实现作物养分供需平衡，具有养分高效、省时省工、环境友好等特点，符合我国低碳、绿色农业发展的要求。前人在小麦[7]、玉米[8]、辣椒[9]、花生[10]等众多作物上的研究均证实，控释肥对作物生长具有良好的增产增收效果。但有研究表明[11]，控释肥养分多滞后释放，会导致作物前期养分供应不足，对作物早期生长发育不利，与常规肥配合施用更有利于促进作物生长发育，提高产量与质量。闫东良等[12]研究发现，玉米郑单958在控释氮和尿素氮为2∶1掺混下，叶片抗衰老酶活性增强，土壤无机氮含量增加，玉米产量提高。杨金宇等[13]在小麦上研究表明，控释氮肥7∶3掺混普通尿素可显著增加小麦有效穗数，获得较高产量。张木等[14]在水稻上的研究也表明，控释尿素和普通尿素3∶1配施能够满足水稻生长前期、中期和后期对养分的需求，对水稻增产效果比单施控释尿素和普通尿素好。前人对控释肥的研究多集中在小麦、玉米、水稻等作物上，在大豆上的相关研究较少。

本试验以常规复合肥和控释肥为材料，设置肥料单施和配施等不同施肥方式，分析不同处理下大豆农艺性状、生理指标、干物质积累及产量与品质的变化，探讨控释肥施用的最佳方式，从而为控释肥在大豆栽培中的合理施用提供理论依据和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2021年在山东省德州市黄河涯镇科技园示范区（116°37'E，37°45'N）进行。该地地处黄淮海平原，属温带季风气候，平均气温12.9℃，年降水量547.8 mm，平均日照时长12 h，降雨主要集中在6—9月，且雨热同期。供试土壤类型为潮土，0～30 cm耕层土壤基础理化性质为：有机质含量10.23 g/kg，碱解氮含量67.89 mg/kg，速效磷含量60.34 mg/kg，速效钾含量112.53 mg/kg，pH值6.25。

1.2 试验材料

供试大豆品种选用齐黄34（Q34）和菏豆37（H37）。齐黄34由山东省农业科学院提供，是用品种诱处四号/86573-16选育而成，是农业农村部主导品种和主推的四大核心品种之一，已在全国累计种植推广266.67万hm2，是目前黄淮海区域推广面积最大的大豆品种，具有广适、高蛋白、高脂肪等特性。菏豆37由菏泽市农业科学院提供，是由母本中黄13（白花）和父本菏豆12有性杂交，经系谱法选育而成的大豆新品种，属国家高蛋白大豆品种，适宜黄淮海地区夏季推广种植。

供试控释肥（N∶P2O5∶K2O=13∶26∶11）由山东金正大生态工程股份有限公司提供，常规复合肥（N∶P2O5∶K2O=13∶26∶11）由当地农资市场购买。

1.3 试验设计

田间试验采用裂区设计，主区设施肥处理，裂区设大豆品种，其中，施肥处理包括：常规复合肥单施处理（CG，100%），施肥量为300 kg/hm2；控释肥单施处理（KS，100%），施肥量为300 kg/hm2；常规复合肥150 kg/hm2+控释肥配施处理150 kg/hm2（PS，50% CG+50% KS），大豆品种为Q34和H37。所有肥料作为底肥均一次性开沟条施。随机区组排列，重复3次，共18个小区，小区面积15 m2（5 m×3 m），区内行距0.5 m，6行区，重复间设1 m调查道，四周设2 m保护行，出苗后定苗19.5万株/hm2。依据当地高产管理水平进行田间管理，各小区田间操作保持一致。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 农艺性状 成熟后，在各小区连续选取长势一致的5株大豆为考种样本，室内考种记载株高、主茎节数、有效分枝和底荚高度。

1.4.2 叶绿素含量 各小区随机选取5株，分别于大豆三节期（V3）、盛花期（R2）、盛荚期（R4）、鼓粒期（R6），用叶绿素仪（Minolta SPAD502）测定主茎功能叶（倒一叶）SPAD值。

1.4.3 干物质积累 大豆室内考种样本测量完后，按照植株不同器官（根、茎、豆荚）进行分样，成熟期叶片和叶柄基本全部脱落，忽略不计。将所有样品置于105℃烘箱中杀青30 min，然后在80℃烘干至恒质量，用电子天平称量各器官干质量并计算植株总干质量。

1.4.4 产量及其构成因子 成熟后，每个小区选取连续5株大豆，测量单株有效荚数、单株粒数，并计算百粒质量。各小区选取中间4行进行收获，机械脱粒晒干后计产（10 m2），并折算成公顷产量（kg/hm2）。

1.4.5 籽粒品质 用PERTEN7200近红外谷物分析仪测定大豆籽粒蛋白质和脂肪含量。

1.5 数据分析

试验采用Microsoft Excel 2007进行数据处理，采用SPSS 17.0软件进行数据分析，采用LSD法进行差异显著性检验，显著水平为0.05（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同施肥方式对高蛋白大豆农艺性状的影响

从表1可以看出，与常规复合肥（CG）相比，控释肥单施（KS）和配施（PS）施用后不同大豆品种农艺性状均得到改善。齐黄34株高和菏豆37主茎节数在配施下最高，其次为控释肥单施处理，常规复合肥处理下最低，控释肥单施与配施处理间无显著差异；齐黄34主茎节数和菏豆37株高也均以配施最高，单施次之，复合肥最小，且单施与配施、复合肥之间差异均不显著。不同大豆品种有效分枝在控释肥单施和配施处理下虽有所升高，但各处理间差异均不明显。齐黄34和菏豆37的底荚高度以复合肥最高，配施次之，控释肥单施最小，且控释肥单施与配施处理间差异不显著。可见，控释肥单施或配施较常规复合肥均能在一定程度上影响大豆农艺性状，尤其配施处理下的株高、主茎节数和底荚高度均显著优于常规复合肥处理。

表1 不同施肥方式对大豆农艺性状的影响Tab.1 Effects of different fertilization methods on agronomic traits of soybean

2.2 不同施肥方式对高蛋白大豆叶绿素含量的影响

不同施肥方式对大豆叶绿素含量的影响如图1所示。

图1 不同施肥方式对大豆叶绿素含量的影响Fig.1 Effects of different fertilization methods on chlorophyll content of soybean

从图1可以看出，各处理下，不同大豆品种叶绿素含量随生育进程（V3～R6）均逐渐增大，在R6期达到最大，且齐黄34叶绿素含量总体要高于菏豆37。在V3～R2期，齐黄34叶绿素含量表现为CG>PS>KS，CG处理与PS处理间差异不显著，与KS处理间差异明显，尤其在R2期，CG、PS处理均显著 高 于KS处 理；R4～R6期，CG处 理 均 显 著低于PS和KS处理，KS处理高于PS处理但无明显差异。菏豆37叶绿素含量基本和齐黄34表现相一致，V3～R2期表现为CG>PS>KS，CG处理与PS处理无显著差异，与KS处理间差异明显；R4～R6期表现为KS>PS>CG，KS处理与PS处理间无显著差异，与CG处理间差异显著。可见，常规复合肥作用效果主要在植株生育前期，控释肥效果主要在生育后期，而配施处理可满足植株全生育期养分需求，其全生育期SPAD均值最大（Q34处理为40.95，H37处理为37.76）。

2.3 不同施肥方式对高蛋白大豆干物质积累的影响

由图2可知，成熟期大豆植株各器官干物质质量受施肥方式影响较大。齐黄34茎、豆荚、植株的总干质量及菏豆37根、茎、豆荚、植株总干质量均表现为PS>KS>CG，且PS处理与KS处理间无显著差异，与CG处理间均差异显著。齐黄34根干质量数值也表现为PS>KS>CG，PS处理与KS处理、KS处理与CG处理间均差异不明显，PS处理与CG处理间差异显著。与CG处理相比，在KS、PS处理下，齐黄34根干质量分别增加7.39%、10.29%，茎干质量分别增加12.21%、13.65%，豆荚干质量分别增加18.04%、20.78%，植株总干质量分别增加15.55%、17.97%；菏豆37根干质量分别增加10.12%、11.85%，茎干质量分别增加13.67%、16.51%，豆荚干质量分别增加18.62%、21.91%，植株总干质量分别增加16.53%、19.55%。由以上分析可以看出，与常规复合肥相比，控释肥单施和配施处理均显著提高了植株各器官及植株总干质量，且以豆荚干质量增幅最大，表明控释肥在大豆生育后期肥料养分释放速度较高，更好地满足了豆荚生长发育养分需求，对后期籽粒产量提高起到了积极的促进作用。

图2 不同施肥方式对大豆各器官干物质积累的影响Fig.2 Effects of different fertilization methods on dry matter accumulation of soybean organs

2.4 不同施肥方式对高蛋白大豆产量及其构成因子的影响

从表2可以看出，与常规复合肥相比，控释肥单施和配施处理均能显著提高不同大豆品种单株有效荚数、单株粒数和产量，其中，齐黄34和菏豆37分别增产9.12%、12.25%和8.84%和13.59%，但控释肥单施和配施间无显著差异。百粒质量受控释肥影响较小，各施肥处理间无显著差异。另外，通过对产量及其构成因子相关性分析表明，齐黄34和菏豆37单株有效荚数和单株粒数与产量相关性均达到显著正相关，与百粒质量相关不显著。可见，控释肥对大豆产量的提高主要集中在单株有效荚数和单株粒数的提高上，大豆群体产量的提高有赖于单株植株性状的优化。

表2 不同施肥方式对大豆产量及其构成因子的影响Tab.2 Effects of different fertilization methods on soybean yield and its component factors

2.5 不同施肥方式对高蛋白大豆籽粒品质的影响

由表3可知，与常规复合肥单施相比，控释肥单施或配施均提高了大豆籽粒蛋白质和脂肪含量，尤其是控释肥单施处理，对大豆籽粒品质增幅较大，齐黄34蛋白质和脂肪含量分别增加0.28%和0.31%，菏豆37蛋白质和脂肪含量分别增加0.29%和0.33%，2个大豆品种相应的蛋白质和脂肪含量总和也增加，齐黄34和菏豆37蛋脂总量比CG处理分别增加0.59%和0.62%。可见，控释肥单施或配施可有效改善大豆品质，但各施肥处理间均无显著差异。

表3 不同施肥方式对大豆籽粒品质的影响Tab.3 Effects of different fertilization methods on grain quality of soybean %

3 结论与讨论

前人研究表明，控释肥施用后，作物农艺性状等表型特征会得到有效改善和提高。王和君等[15]、郑国栋等[16]研究发现，控释肥施用后，玉米株高和穗位高分别增加5.5%、14.1%，花生主茎高和分枝数分别增加5.95%和15.074%；李燕等[17]研究表明，控释肥比常规肥可增加小麦株高2～3 cm，提高小麦分蘖数27～40个。本研究结果与前人基本类似，相比复合肥单施，控释肥单施和配施均有效改善了植株株高、主茎节数和底荚高度，表明控释肥更能有效满足植株养分需求，株型配置也更为合理。另外，本研究发现，大豆V3～R2期，SPAD值以复合肥单施最大，控释肥单施最小，但在R4～R6期，SPAD值表现相反，表明常规复合肥养分释放主要在大豆生育前期，控释肥养分释放主要在生育后期。V3～R6期，控释肥配施下的SPAD值均值最高，这与朱亚等[18]、代文东等[19]研究结果相一致，表明肥料配施可有效平衡大豆各生育期养分需求，一定程度上可弥补复合肥或控释肥单施造成的养分亏损。

干物质是作物产量形成的基础，其积累量决定了作物产量的高低。本研究表明，控释肥单施和配施均显著提高了植株根、茎、豆荚及植株总干质量，以配施处理表现最佳，且以豆荚干质量增幅最大，表明大豆生育后期控释肥养分释放速度高，有效满足了豆荚对养分的需求，进而利于提高后期籽粒产量。周宝元等[20]、谢婷婷等[21]研究发现，缓控释肥在促进花后干物质积累的同时，明显增加了花后干物质向玉米籽粒的分配，使得玉米在收获期干物质积累量最大。本研究结果与其类似，说明控释肥控制养分释放速度，与作物养分需求吻合度高，尤其满足大豆、玉米等作物中后期对养分的需求，加速养分向籽粒的转移，从而达到稳产、高产及减少养分损失的目的。

研究表明，一次性基施缓/控释肥可满足冬小麦、玉米、水稻整个生育期养分供应，在用量相同的情况下施用缓控释氮，相比速效氮，小麦增产10%～20%，玉米增产13.15%～14.15%，水稻增产10.75%～15.91%，其中小麦增产原因在于小麦穗数和穗粒数的增加，玉米增产原因在于玉米穗长、穗粗、穗粒数和百粒质量的增加，水稻增产原因在于水稻成穗率和穗粒数增加[22-25]。本研究结果表明，在等量施肥下，相比复合肥单施，控释肥单施或配施均显著提高了大豆产量，50%配施下大豆增产最高，齐黄34和菏豆37分别增产12.25%、13.59%。产量及其构成因子相关性分析表明，齐黄34和菏豆37单株有效荚数和单株粒数与产量均达显著正相关，表明控释肥对大豆产量的提高主要集中在单株有效荚数和单株粒数的增加上。另外，本研究发现，相比常规复合肥单施，控释肥单施或配施均提高了大豆籽粒蛋白质和脂肪含量，尤其是控释肥单施处理，对籽粒品质增幅最大，齐黄34蛋白质、脂肪及蛋脂总量分别增加0.28%、0.31%，0.59%；菏豆37蛋白质、脂肪及蛋脂总量分别增加0.29%、0.33%、0.62%。可见，控释肥单施或配施可积极改善大豆品质，但各施肥处理间并未达到显著水平，这可能与大豆品种本身遗传特性强有关，也有可能与肥料类型、配比、施肥量等因素有关，具体原因还有待于进一步分析。

本研究结果表明，与常规复合肥单施相比，控释肥单施和配施均能提高不同大豆品种农艺性状、叶绿素含量、干物质积累量、产量及其构成因子，从而促使大豆产量和质量提升。尤其在控释肥与常规肥各50%配施处理下，大豆株高、主茎节数和底荚高度、叶绿素含量、植株各器官干质量、大豆产量均表现最佳，大豆综合性状表现最好。可见，控释肥与常规肥各50%配施更有利于满足大豆全生育期养分的平衡吸收，合理构建植株群体，从而提高大豆产量和质量。