种植密度和施氮量对中吉602大豆产量构成因素的影响

孙浩楠，曹 霞，申 晴，邱红梅，孟凌晓，李志刚

（1.内蒙古民族大学农学院，内蒙古 通辽 028043；2.吉林省农业科学院大豆研究所，吉林 长春 130000；3.通辽市科尔沁区农业技术推广中心，内蒙古 通辽 028000）

大豆是我国重要农作物之一，也是重要油料来源之一。近年来，国内大豆自给率偏低，主要依靠进口来填补国内市场的空缺，而对国外市场过度依赖无疑会使国内大豆市场承担更大的潜在风险，且极易受到外部不利因素的影响［1］。国内大豆生产所面临主要问题是大豆单产偏低，近十年来，我国大豆的平均单产仅为美国的58.7%，约为世界大豆平均单产的67.80%［2］。因此，提高大豆单产是有效缓解大豆市场需求紧缺问题的主要途径［3］。

种植密度和施氮量均是影响大豆产量的主要因素，适宜的种植密度可以使大豆的植株、荚、籽粒协调生长，充分发挥大豆单株生产能力［4］，同时，在保证单株产量的基础之上发挥群体优势，构建合理的群体结构［5-7］，以达到利用环境资源、最大限度地发挥耐密品种优势的目的，从而获得高产［8］；肥料是作物生长发育的养分来源，我国粮食作物单产增长相关数据统计表明，超过50%的增产途径归因于合理施肥［9］，氮素是植物正常生命活动必需的矿质元素，同时也是合成蛋白质、核酸、磷脂、叶绿素以及其他代谢物的重要元素，氮素以铵态氮和硝态氮2种形态被大豆吸收利用，铵态氮通过根瘤固定空气中的氮而被吸收，共生固氮量可满足大豆一生需氮量的60%以上，硝态氮在土壤中通过根部细胞吸收，在根或者叶中被还原，适宜地进行氮肥补充可以满足大豆生长发育对氮的需要［10］，从而提高大豆产量与品质。关于种植密度和施氮量对产量的影响，MUHAMMAD等［11］研究表明，合理施用氮肥可以显著提升大豆产量、总干物质量和氮积累量；CHILUWAL 等［12］认为，晚季施氮可以提高大豆的蛋白质含量和产量；周长军等［13］研究发现，农庆豆28在种植密度和施氮水平提高的条件下，产量呈先增加后降低的趋势。

笔者通过设置不同种植密度和氮肥施用量，研究其对中吉602 大豆产量构成因素及农艺性状的影响，为中吉602大豆在通辽地区的高产栽培提供技术依据和理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试大豆为中国农业科学院作物科学研究所选育的中吉602（国审豆20200024），生育期为131 d，是中熟高油北方春大豆品种；其圆叶、白花、灰毛，籽粒呈圆形，种皮黄而有光泽，种脐黄。选用先正达种衣剂进行包衣处理。

1.2 试验地概况

试验于2021年在通辽市农牧科学研究所试验田（122°33′11′′E，43°44′29′′N）进行。该地全年平均温度为6.4 ℃，无霜期约150 d，年均降水量约400 mm，4—9 月的降水占全年降水的89%，属于温带大陆性季风气候。土壤有机质含量为1.080%，全氮含量0.084%，全磷含量0.129%，碱解氮含量44.40 mg/kg，速效磷含量7.94 mg/kg，速效钾含量54.00 mg/kg，地势平坦。

1.3 试验设计

播种日期为2021年5月16日，试验设4个处理，分别为M1（35万株/hm2）、M2（40万株/hm2）、M3（45万株/hm2）、M4（50万株/hm2）。小区面积为10 m2，行长5 m、行距0.4 m，5行区，随机区组排列，3次重复。施用的肥料为吉林省农业科学院研制的大豆掺混肥料（N∶P2O5∶K2O=11∶16∶18），施用量为600 kg/hm2，所有处理均于播种前一次性施入。7月21日，喷施矮壮素（吨田宝）和叶面肥；7月23日，喷施杀菌剂（扬彩和金霄）防治斑病、霜霉病；8月5日，喷施杀虫剂（福奇）防治大豆食心虫；8月22日，喷施矮壮素（吨田宝）。灌水、除草等田间管理同当地大田。

40万株/hm2的种植密度设置4个不同施氮量的处理，分别为N1（0 g/m2）、N2（30 g/m2）、N3（60 g/m2）、N4（120 g/m2）。每个小区面积为10 m2，按5 m行长、0.4 m行距，5行区种植，随机区组排列，3次重复。施用的肥料为吉林省农业科学院研制的大豆掺混肥料（N∶P2O5∶K2O=11∶16∶18），所有处理均按不同试验设计施用量于播种前一次性施入。7月21日，喷施矮壮素（屯田宝）和叶面肥；7月23日，喷施杀菌剂（扬彩和金霄）防治斑病、霜霉病；8 月5 日，喷施杀虫剂（福奇）防治大豆食心虫；8 月22 日，喷施矮壮素（吨田宝）。灌水、除草等田间管理同当地大田。

1.4 测定项目和方法

在完熟期，于每个小区的3个中间行中，随机选取5株进行考种，依据《大豆种质资源描述规范和数据标准》［14］测定大豆的农艺性状。株高：从子叶节至植株生长点的高度；茎粗：主茎第5节间直径；主茎节数：从子叶节至主茎顶端的节数；单株有效荚数：成熟时实际结粒的荚数；单株粒数：成熟时的单株实际粒数；单株粒质量：单株实际收获种子质量。品质性状包括籽粒蛋白质含量和脂肪含量。蛋白质含量：采用凯氏定氮法（H2SO4-H2O2消煮）测定［15］；脂肪含量：采用索氏抽提法测定［16］。收获时选取中间2行区，实收行长2.2 m，计产面积2 m2，使用谷物水分测量仪测量各测产小区籽粒含水量后折算标准含水量（13%）产量。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2021和DPS3.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同种植密度对中吉602主要农艺性状的影响

表1为不同种植密度对中吉602主要农艺性状的影响情况。当密度增加时，株高随之升高，而茎粗和主茎节数均随之降低，其中，株高在50万株/hm2时达到最高值，为94.5 cm，较M1处理高13.2 cm，增幅达16%，M3 和M4 处理的株高与M1 处理间均达到显著差异（P＜0.05）；茎粗和主茎节数在35 万株/hm2时均达到最高值，分别是6.6 mm和18.2个，在50万株/hm2时均达到最低值，分别是5.7 mm和16.5个，茎粗、主茎节数在M1、M2和M3处理之间均无显著差异，M2、M3和M4处理之间也均无显著差异，而在M1和M4处理之间达到显著差异（P＜0.05）。

表1 不同种植密度对中吉602主要农艺性状的影响Tab.1 Effects of different planting densities on the main agronomic traits of Zhongji 602

2.2 不同种植密度对中吉602品质的影响

中吉602 的蛋白质和脂肪含量随着密度的增加均呈现先升高后降低趋势，蛋白质和脂肪含量均在40 万株/hm2时达到最高值，分别是34.0%和21.1%；M4 处理的蛋白质含量和脂肪含量均为最低，分别是32.7%和18.4%，较M2处理分别降低3.8%和12.8%，4种不同种植密度处理之间蛋白质含量和脂肪含量均无显著差异（表2）。

表2 不同种植密度对中吉602品质的影响Tab.2 Effects of different planting densities on the quality of Zhongji 602%

2.3 不同种植密度对中吉602产量及其构成因素的影响

中吉602的单株有效荚数、单株粒数和单株粒质量均随密度的增加而降低，其中，在35万株/hm2时均达到最高值，分别是32.2个、71.8个和15.3 g，在M1和M4处理之间其单株有效荚数达到显著差异（P＜0.05）；相比M1处理，M3和M4处理的单株粒质量和百粒质量均达到了显著差异（P＜0.05）；随着密度的增加，籽粒产量先增加后减少，其中，M2处理产量最高，达5 143.8 kg/hm2，较M1处理高出了272.0 kg/hm2，增幅为5.6%，较M3处理高出了267.6 kg/hm2，增幅5.5%（表3）。

表3 不同种植密度对中吉602产量及其构成因素的影响Tab.3 Effects of different planting densities on the yield and constituent factors of Zhongji 602

2.4 不同种植密度下中吉602性状间相关性分析

中吉602各性状之间的相关性见表4。由表4可知，密度与籽粒产量、单株荚数、单株粒数、茎粗呈极显著负相关（r=-0.99、r=-1.00、r=-0.96、r=-0.99），与平方米荚数、株高呈极显著正相关（r=0.98、r=1.00）；籽粒产量与单株荚数间呈极显著正相关（r=1.00），与单株粒数、百粒质量（r=0.93、r=0.94）呈显著正相关，与株高呈极显著负相关（r=-0.99）。说明，密度过高会抑制单株的生长，且株高过高不利于产量的形成。

表4 不同种植密度下中吉602各性状间的相关性Tab.4 Correlation analysis between traits of Zhongji 602 under different planting densities

2.5 不同施氮水平对40万株/hm2密度下中吉602的农艺性状、品质性状和产量的影响

随着施氮量的增加，中吉602的农艺性状中，株高、单株有效荚数均呈增加趋势，其中，株高在N1处理最小，为91.3 cm，N4处理最大，为98.7 cm，相比N1处理增加了7.4 cm，增幅达8.1%，N3和N4处理均与N1处理达到显著差异（P＜0.05）；单株有效荚数在N1处理最小，为32.4个，N4处理最大，为39.8个，相比N1处理增加了7.4个，N4处理与N2和N1处理之间均有显著差异（P＜0.05）；单株粒质量随着施氮量的增加呈先升高后降低的变化趋势，在N3处理达到最大值，为16.7 g，在N1处理最小，为12.1 g，N3与其他处理间均有显著差异（P＜0.05）；施氮量对主茎节数和百粒质量无明显影响（表5）。

表5 不同施氮水平对中吉602的主要农艺性状、品质性状和产量的影响Tab.5 Effects of different nitrogen application levels on the main agronomic traits，quality traits，and yield of Zhongji 602

中吉602的蛋白质含量随着施氮量的增加而增加，在施氮量为120 g/m2时，中吉602的蛋白质含量最高，为35.1%，较N1处理增加了4.8%，N4处理与其他处理间均未达到显著差异；施氮量的增加对脂肪含量无明显影响（表5）。

随着施氮量的增加，中吉602籽粒产量先增后减，其中，N3处理最高，为5 301.2 kg/hm2，相比N1增加了157.4 kg/hm2，增幅达3.1%，N3 处理与各处理间均无显著差异（表5）。说明施氮量与群体产量密切相关，适宜的氮肥施用可以发挥品种优势，提高单产。

2.6 不同施氮水平中吉602各性状间的相关性分析

施氮量与株高和蛋白质含量呈极间显著正相关（r=0.96、r=0.98），与单株有效荚数呈显著正相关（r=0.94）（表6）。说明施氮水平提高会促进植株的生长，且有利于蛋白质的合成。

表6 40万株/hm2密度下不同施氮水平中吉602各性状间的相关性Tab.6 The correlation between various traits of Zhongji 602 under different nitrogen application levels at a density of 400 000 plants/hm2

3 讨论与结论

大豆的农艺性状和品质性状因不同的种植密度和施氮量而异。本试验中，株高随着种植密度的增加而增加，而主茎节数、茎粗随着种植密度增加而减少，与任小俊等［17］、王程等［18］的研究结果一致。随着密度的增加，单株有效荚数、单株粒数、单株粒质量和百粒质量均下降，与谢甫绨等［19］、杜长玉等［20］的研究结果一致。不同种植密度下株高、茎粗、主茎节数、单株有效荚数、单株粒质量、百粒质量均存在显著差异（P＜0.05）。在密度试验各性状相关分析中，平方米荚数和平方米粒数均与密度呈正相关，即随着密度的增加，在1 m2内的植株数量变多，而产量却与密度呈负相关，即单株产量在高密种植后有所降低，可能是因为单株与群体之间的协调未达到理想状态，造成了总产量的下降。在最适的种植密度下，单位面积内因植株数量的增加而引起的产量增加可以弥补因单株粒质量减少而引起的产量减少。当稀植时，有利于植株的生长，单株产量得以提高，但会导致群体的产量下降；当密植时，单株生产力将严重降低，也无法获得高产。因此，密度太大或太小，都无法获得高产量，只有平衡两者，使构成产量的因素协调并达到最优组合，才能实现高产。

李灿东等［21］指出，在不同种植密度条件下，大豆群体的变化需要不同的施肥水平，因此，施肥水平与密度协调是获得高产的另一个重要因素。在不同的施肥水平下，株高、单株有效荚数和单株粒质量均存在显著差异（P＜0.05），说明不同施氮量主要通过对单株有效荚数和单株粒质量的影响进而影响其产量。宋秀丽［22］、牟保民等［23］提出，氮肥用量与大豆的株高和产量构成因子等成正比，本研究的结果与其相一致。纪祥龙等［24］研究发现，施入氮肥可以调节源库关系，使产量提升而获得高产。源为库提供同化物，单位面积中有较大的库容能力时就需要强化源的供给能力。库依赖源，库接受同化物的多少取决于源的同化效率和输出数量，保证源强、库大，运输流畅就能获得高产。大豆是喜氮作物，因此，肥料的适量施入可以及时补充大豆生长发育所需养分，同时还有利于大豆根瘤的生成，增强大豆的固氮能力，进而提高大豆产量。本试验中，籽粒产量随着施氮量增加呈先增加后降低的趋势，在施氮量60 g/m2时达到峰值，说明氮素水平过低不能满足大豆生长的需要，氮含量过低时，蛋白质、核酸、磷脂等物质的合成受阻，影响细胞的分裂与生长，使植株矮小、分枝较少，缺氮也会影响叶绿素的合成，导致植株黄化，叶片早衰，不利于产量的形成；而施氮量过高，则会抑制根瘤菌的固氮作用，也不利于高产。

本试验结果表明，在40万株/hm2种植密度下的中吉602大豆籽粒产量最高，达到5 143.8 kg/hm2，是中吉602 的最佳种植密度。在此密度下，最佳的施氮量为60 g/m2，可增产至5 301.2 kg/hm2，且蛋白质含量较高。因此，中吉602在通辽地区的最佳种植密度为40万株/hm2，配套施用60 g/m2氮肥可使大豆的籽粒产量和蛋白质含量提高。