种植密度与施肥水平对高蛋白大豆泉豆17农艺性状、产量及品质的影响

林文磊，吕美琴，施迎迎，康蓉蓉，曾红英

(福建省泉州市农业科学研究所, 福建 泉州 362212)

大豆GlycinemaxL.Merr.原产于我国，是我国重要的粮、油、饲兼用型作物，在国民经济和人民生活中占有重要地位[1-2]。泉豆17系福建省泉州市农业科学研究所培育的高产高蛋白大豆新品种，该品种于2020年通过福建省主要农作物品种审定(审定编号：闽审豆20200001)，2021年通过国家主要农作物品种审定(审定编号：国审豆20210078)，具有高产、稳产、抗逆性强等优点。确定泉豆17最佳种植密度和施肥水平，挖掘品种增产潜力，实现良种良法配套，对今后该品种的高效种植及推广应用具有重要意义。大豆属于群体产量型作物，产量高低、品质好坏受基因型和栽培环境条件的共同影响[3]。前人研究[4-5]表明，随着种植密度增加，植株倒伏率显著提高，不同大豆品种的单产呈现先升后降趋势，且达到最高产量时的密度也有差异。大豆根瘤菌虽然具备固氮能力，但在大豆生长前期，根瘤菌固氮能力较弱，仍然需要施用底肥，尤其是在速效氮含量较少的土壤，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长发育，促进根瘤菌的形成和提高固氮能力，但是基肥中氮肥施用过量反而会抑制根瘤菌的生长，造成固氮酶活性峰值提前、根系早衰[6-7]。宋秀丽[8]研究表明，氮肥能显著增加大豆株高，促进植株干物质积累，增加大豆单株荚数和粒数，但是，与低氮处理相比，中氮、高氮处理的产量均稍有下降。大豆的品质高低与品种、种植环境密切相关，有的学者[9-11]研究表明，不同种植密度对不同大豆品种的蛋白质和脂肪含量影响趋势不同，而有的学者[12-13]研究表明，随着种植密度的增加，油分含量呈下降趋势，随着施肥量的增加，油分含量先上升后下降。由此可见，合理的种植密度和施肥水平对大豆生长发育、产量以及大豆品质提升均具有重要意义，且不同品种最适宜的种植密度和施肥水平也有差异。目前，泉豆17已在福建省推广种植，但配套的种植密度和施肥水平研究尚未见报道。本研究以泉豆17为研究对象，通过动态调整种植密度及施肥水平，研究该品种农艺性状、产量及品质的变化规律，探索泉豆17最适宜的种植密度及施肥水平，为今后该品种的高产栽培及推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在福建省晋江市紫帽镇紫星村泉州市农业科学研究所紫帽基地大豆试验田进行(24°53′N，118°29′E)。试验地土壤为红黄壤土，前茬作物为玉米，地势平坦，土壤基础肥力：有机质17.2 g·kg-1、碱解氮80.6 mg·kg-1、有效磷10.1 mg·kg-1、速效钾198.4 mg·kg-1、pH值6.9。

1.2 试验材料

本试验以高产高蛋白大豆新品种泉豆17为试验材料。据2016～2017两年国家区试结果，该品种平均蛋白质含量45.60%，平均粗脂肪含量18.81%，蛋脂总和为64.41%。供试肥料为复合肥(N∶P2O∶K2O=17∶17∶17)，由福建省中挪化肥有限公司提供。

1.3 试验设计

本试验于2022年3月进行，采用两因素完全随机区组设计(表1)，试验因素一为密度处理(万株·hm-2),分别为12(D1)、18(D2)、24(D3)、30(D4)、36(D5)；因素二为施肥处理(kg·hm-2)，分别为150(F1)、300(F2)、450(F3)、600(F4)、750(F5)，二因素交互作用的试验设计见表1。小区行长6.67 m，行距0.5 m，面积6.67 m2，每个处理3次重复，共计75个小区。不同种植密度与施肥处理组合完全随机排列，每穴播种3粒种子，出苗后15 d，按照试验密度设计进行人工定苗，按公顷施肥水平折算成小区用量全部作为基肥一次性施入，后期不再进行追肥。治虫不治病，其他田间管理同大田。

表1 两因素试验设计

1.4 测定项目及方法

1.4.1农艺性状 大豆成熟后(全株有95%的荚变为成熟颜色，摇动时有响声的植株达50%以上)，在每个小区的中间部位拔取无缺株、连续的、具有代表性的10个植株，带回室内考种，其余植株全部收获测产，考种项目有株高、底荚高度、茎粗、主茎节数、有效分枝数、单株有效荚数、单株粒数、单株粒重，取10个考种数据平均值。

1.4.2产量 每个小区单独收获、脱粒，晒干后称重，以小区产量折算成每公顷产量。

1.4.3品质 种子脱粒后晒干，使用波通近红外分析仪DA7250进行品质测定，测定蛋白质及脂肪含量(干基)，每个小区测定3次取平均值。

1.5数据分析 将株高、底荚高度、茎粗、主茎节数、有效分枝数归类为株型性状，单株有效荚数、单株粒数、单株粒重、产量归类为产量性状，蛋白质含量、脂肪含量归类为品质性状。使用Excel 2013进行试验数据整理，用DPSv 7.05进行数据统计分析，利用Duncan法检验0.05水平上的差异显著性，并进行Pearson双尾相关性分析。

2 结果与分析

2.1 泉豆17的农艺性状、产量及品质差异来源分析

由表2可知，种植密度、施肥水平及其互作对泉豆17的蛋白质含量和脂肪含量均无显著影响(FF0.01，下同)；种植密度和施肥水平对株高、底荚高度、有效分枝数、单株有效荚数均有极显著影响；种植密度对茎粗、主茎节数均有极显著影响，施肥水平对茎粗、主茎节数均有显著影响(P<0.05，下同)；种植密度与施肥水平互作对单株有效荚数有显著影响，对株高、底荚高度、茎粗、主茎节数、有效分枝数的影响均不显著。上述各项指标因种植密度与施肥水平不同而产生的变化规律不尽相同。

表2 种植密度与施肥水平下泉豆17农艺性状、产量及品质联合方差分析(F值)

2.2 种植密度与施肥水平对泉豆17株型性状的影响规律分析

2.2.1株高、底荚高度 由表3可知，株高和底荚高度随种植密度和施肥水平的变化规律相同，最大值均出现在D5F5处理水平，分别为60.66、10.96 cm，最小值均出现在D1F1处理水平，分别为49.43、8.79 cm。在F1～F5施肥水平条件下，株高和底荚高度均随着种植密度的增大呈增大的趋势，同一施肥水平不同密度处理间的株高和底荚高度均存在显著差异；在D1～D5种植密度条件下，株高和底荚高度均随施肥水平的提高呈增大的趋势，且均在F5施肥水平下达到最大值，同一密度处理不同施肥水平间的株高和底荚高度也均存在显著差异，说明提高施肥水平有利于大豆植株长高，同时也能提高大豆底荚高度。由表4的相关性分析可知，种植密度与株高、底荚高度均呈极显著正相关，相关系数分别为0.93、0.88，大豆底荚高度与株高也呈极显著正相关，相关系数为0.92，这说明大豆的底荚高度也会受株高的影响。

表4 种植密度、施肥水平与泉豆17株型性状间的相关性分析

2.2.2茎粗、主茎节数、有效分枝数 由表3可知，茎粗、主茎节数和有效分枝数的最大值均出现在D1F5处理水平，分别为0.89 cm、12.60节、4.10个，最小值均出现在D5F1处理水平，分别为0.73 cm、11.40节、2.10个。在D1～D5种植密度条件下，茎粗、主茎节数和有效分枝数随着施肥水平的提高总体均呈增大的趋势，同一种植密度不同施肥水平间的茎粗、主茎节数和有效分枝数均存在显著差异。茎粗和有效分枝数在D1、D2低密度条件下最大值均出现在F5施肥处理水平，在D3、D4、D5中高密度条件下，最大值均出现在F4施肥处理水平，说明在低种植密度条件下，增加施肥量可增大植株茎粗、增加有效分枝数，而中高种植密度条件下，单纯增加施肥量并不能增大植株茎粗、增加有效分枝数；主茎节数的最大值均出现在F5施肥处理水平。在F1～F5施肥水平条件下，茎粗、主茎节数和有效分枝数均随着种植密度的增大总体呈减小趋势，同一施肥水平不同种植密度间的茎粗、主茎节数和有效分枝数也均存在显著差异。

2.3 种植密度与施肥水平对泉豆17产量性状的影响规律分析

2.3.1单株有效荚数、单株粒数、单株粒重 由表5可知，单株有效荚数、单株粒数和单株粒重的最大值均出现在D1F5处理水平，分别为49.93个、64.17个、10.44 g，最小值均出现在D5F1处理水平，分别为34.37个、43.43个、6.32 g。在F1～F5施肥水平条件下，单株有效荚数、单株粒数和单株粒重均随着种植密度的增大而逐渐减小，同一施肥水平不同种植密度处理间的单株有效荚数、单株粒数和单株粒重均存在显著差异，说明高种植密度条件不利于大豆单株产量的提升，这是因为高密度条件下群体内光照、养分竞争大，遮阴效应明显，单株生长受到抑制。单株有效荚数、单株粒数和单株粒重在D1、D2、D3中低密度条件下，均随着施肥水平的提高而增大，在D4、D5高种植密度条件下，均随着施肥水平的提高呈现先增大后减小的趋势，最大值均出现在F4施肥水平，说明适当提高施肥水平能使大豆单株增产潜力得到更充分的发挥，但过量施肥会造成大豆单株有效荚数和单株粒数减少，反而不利于单株产量的提升，这是因为施肥过量会造成大豆徒长，加剧群体内遮阴效应，不利于大豆单株生长。

表5 种植密度与施肥水平处理对泉豆17产量性状的影响

2.3.2产量 由表5可知，大豆产量在D4F4处理水平下为最大值2217.40 kg·hm-2，在D1F1处理水平下为最小值1608.24 kg·hm-2。在F1～F5施肥水平下，产量随种植密度的变化规律均是D4>D3>D5>D2>D1，中高种植密度D3、D4、D5处理的产量显著高于低种植密度D1、D2处理；在D1～D5种植密度处理下，大豆产量均随着施肥水平的提高呈现先增大后略有下降的趋势。D1～D5种植密度处理在各施肥水平下大豆产量较F1施肥水平的增产比例如图1所示，其中D4处理的大豆产量随施肥水平的增产比例最大，F4处理比F1处理增产13.80%，其次为D3处理，D5、D2、D1处理的大豆增产比例均较小且差异不大。说明中高密度D4、D3处理对肥料的利用率比其他处理的高，单纯提高种植密度或增加施肥量并不能充分发挥大豆群体的增产潜力、使大豆产量达到最大，只有通过合理配置种植密度和施肥水平才能获得大豆高产。

图1 产量在不同种植密度水平下随施肥水平提高的增产比例Fig.1 Proportion of the yield increase with the increase of fertilizer application level under different levels of planting density

2.4 种植密度与施肥水平对泉豆17品质性状的影响分析

由表6可知，蛋白质含量和脂肪含量随着种植密度的变化无明显规律，随着施肥水平的变化也无明显规律，蛋白质含量在D1F3处理水平下为最大值45.36%，在D5F1处理水平下为最小值45.28%。脂肪含量在D4F3处理水平下为最大值18.60%，在D1F1处理水平下为最小值18.51%。这说明单纯通过增加施肥量来提高植株养分供给或者通过减小种植密度来减轻植株间的养分竞争，并不能使大豆蛋白质含量和脂肪含量达到最大值，只有通过合理的肥密配置才能充分发挥大豆的优良品质特性。对种植密度和施肥水平与品质性状进行相关性分析，由表7可知，种植密度和施肥水平与蛋白质含量均存在一定的负相关，与脂肪含量均存在一定的正相关，种植密度与脂肪含量的相关性达显著性水平，相关系数为0.263。

表6 种植密度与施肥水平处理对泉豆17品质的影响

表7 种植密度和施肥水平与泉豆17品质性状间的相关性分析

3 讨论与结论

本研究表明，种植密度和施肥水平及其互作对大豆的株型性状、产量性状及品质性状的影响各不相同。株高和底荚高度随着种植密度和施肥水平的提高均呈增大的趋势，这与前人[14-15]的研究结果一致。这可能与植物的向光性生长特性有关，种植密度大时，植株间的遮阴效果与养分竞争加剧，为减轻遮阴造成阳光照射不足的不利影响，植株通过向上生长来获取更多的阳光直射，以满足生长所需；底荚高度受光照影响较大，种植密度小时，植株间互相遮阴较轻，可获得充足的阳光照射，因此底荚高度也较低。提高施肥水平，有利于大豆植株的生长，因而高施肥水平处理下的株高和底荚高度也较高。茎粗、主茎节数和有效分枝数随着种植密度的增大总体均呈逐渐减小的趋势，茎粗和有效分枝数在D1、D2低密度条件下，均随施肥水平的提高而增大，在D3、D4、D5中高密度条件下，随着施肥水平的变化呈现先增大后减小的变化规律，这与前人[16-17]的研究结果相似。在高种植密度条件下，施肥水平过大时，容易造成植株叶片生长旺盛，植株间的遮阴效果加剧，同时植物的向光性生长加速了株高的增长，消耗了大量养分，茎秆的纵向生长减缓了茎秆的横向生长，同时植株顶端生长抑制侧枝的生长，因而高种植密度下施肥过量茎粗和有效分枝数反而减小。主茎节数随着施肥水平的提高而增大，这与前人[18-19]的研究结果一致。茎粗大小对大豆植株抗倒伏能力至关重要，茎秆粗壮的植株，抗倒伏能力较强。种植密度越大，茎粗越小，株高越大，有效分枝数越少，抗倒伏性降低，植株越容易倒伏，最终造成减产，因此适当稀植既能使植株株高不至于过大，也能使植株茎秆更粗，从而增强植株的抗倒伏能力，增加有效分枝数，为大豆高产做好准备。主茎节数不仅是一个表征大豆株型的重要指标，同时也是一个表征大豆产量的指标，主茎节数少的处理较难实现高产。有效分枝数与大豆抗倒伏能力、光合效率和产量均密切相关，因此，可通过适当减小种植密度提高植株的抗倒伏能力和大豆光合效率，从而提高大豆群体产量。

本研究显示，大豆单株有效荚数、单株粒数和单株粒重的最大值均出现在D1F5处理水平，最小值均出现在D5F1处理水平。单株有效荚数、单株粒数和单株粒重均随着种植密度的增大而减小，种植密度大时，植株株高增大，茎秆的生长消耗了地下部吸收的养分和地上部大量的光合产物，与植株的荚果生长争夺养分，植株单株有效荚数、单株粒数、单株粒重均减小。单株有效荚数、单株粒数和单株粒重随施肥水平的变化规律相同：在D1、D2、D3中低种植密度条件下，均随着施肥水平的提高而增大，在D4、D5高种植密度条件下，高施肥水平F5对大豆的籽粒生长产生抑制作用，因此均在F4施肥水平处理下达到最大值，表现为F4>F5>F3>F2>F1。在低种植密度条件下，植株间的养分竞争较小，施肥量过大时会造成植株徒长，叶片生长旺盛，消耗了大量养分，同时对大豆结荚期和鼓粒期会造成遮阴效果，因而单株有效荚数、单株粒数、单株粒重反而减小；而高种植密度条件下，过量施肥量加剧了植株间的遮阴效果，因而单株有效荚数、单株粒数、单株粒重的峰值出现在中高施肥水平F4处。本研究中种植密度对单株有效荚数、单株粒数、单株粒重的影响的结果与前人[20-22]的研究结果一致。

相关研究表明，大豆产量受内在遗传因素和外在环境因素的共同影响。不同种植密度对大豆植株生长发育的影响不同，低密度种植有利于大豆植株个体发育，单株产量性状表现充分，但单位面积群体量小，限制了大豆总产量的提升；高密度种植不利于大豆通风透光，影响个体充分发育，同时易导致田间倒伏，虽然群体量大，但仍然无法获得高产[23]。因此，种植密度过大或过小均无法获得高产。本研究显示，在各施肥水平条件下，大豆产量在中高种植密度D3、D4条件下比其他种植密度条件下的大，呈现先升后降的趋势，这与前人[24-25]的研究结果一致；在各种植密度条件下，大豆产量均随着施肥水平的提升呈现先增大后减小的趋势，与低种植密度相比，D3、D4、D5中高种植密度条件下产量随施肥水平提升增加比例更大，这说明在中高种植密度条件下对肥料的利用率更高。

本研究显示，蛋白质含量和脂肪含量随着种植密度和施肥水平的变化均未表现出明显规律，种植密度和施肥水平与蛋白质含量存在一定的负相关，与脂肪含量存在一定的正相关。种植密度和施肥水平对蛋白质含量和脂肪含量的影响规律有待进一步研究验证。

D4F4处理下的株高、底荚高度均处于中上水平，茎粗为0.81 cm，比最小值增大10.96%，主茎节数适中，单株有效荚数、单株粒数、单株粒重虽然均未达到最大值，但也均处于中等水平，而群体产量达到最大值2217.40 kg·hm-2，说明在该处理组合下(密度30万株·hm-2、施肥600 kg·hm-2)，充分发挥了泉豆17的群体增产潜力。

综上，本研究认为在福建省泉州地区现有的栽培条件下，泉豆17最适宜的种植密度为30万株·hm-2，在此种植密度条件下，最佳施肥水平为600 kg·hm-2，该组合下最大产量为2217.40 kg·hm-2。在此栽培条件下，能协调好大豆植株间的养分竞争关系，充分发挥大豆单株和群体的增产潜力。种植密度和施肥水平影响大豆单株和群体生长的内在机理，有待后续深入研究。