种植密度与施肥量互作对不同品种大豆生长和产量的影响

马伟然 强斌斌 刘绍锋 张玉先 曹亮

摘要：为探究种植密度与施肥量互作对大豆产量的影响，于2022年在黑龙江省鹤山农场开展大豆高产田间试验。以高蛋白品种黑河43（A1）和高油品种克山1号（A2）为试验品种，采用田间裂区设计，设置3种不同种植密度（B1，38万株/hm2；B2，43万株/hm2；B3，48万株/hm2）与施肥量C1（当地常规施肥量）、C2（较常规施肥量下调20%）、C3（较常规施肥量上调20%），共18个处理，研究种植密度与施肥量互作对大豆叶面积指数、光合特性、干物质积累量、产量等的影响。结果表明，种植密度与施肥量互作对大豆产量存在显著的影响（P<0.05）。随種植密度的提高，黑河43的B2处理产量显著高于B1、B3处理12.31%～13.82%、5.52%～7.05%、10.26%～16.54%，克山1号的B1处理产量显著高于B2、B3处理2.71%～18.30%、7.61%～17.6%、2.89%～18.35%。在相同种植密度处理下，2个供试品种产量随施肥量的增长呈现出C3>C1>C2变化趋势，与其他处理相比产量分别增长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的最佳处理为B2C3处理，其产量为 4 327.80 kg/hm2；克山1号品种的最佳处理为B1C3处理，其产量为4 214.83 kg/hm2。相关性分析表明，2个供试品种产量与LAI、Pn、SPAD值、干物质积累量、Fv/Fo、Fv/Fm呈正相关。因此，最佳施肥量和种植密度的交互模式能改善大豆光合特性，在增加干物质积累量的基础上，促进光合产物向大豆籽粒分配运输，有利于产量的形成。

关键词：大豆；施肥量；种植密度；LAI；光合特性；产量

中图分类号：S565.104；S565.106  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）08-0038-09

收稿日期：2023-04-18

基金项目：黑龙江省自然科学基金（编号：LH2022C063）；中国博士后科学基金（编号：2022M720695）；黑龙江八一农垦大学试验示范基地项目（编号：2022101）；黑龙江省“揭榜挂帅”科技攻关项目（编号：2021ZXJ05B02）；国家现代农业产业技术体系建设专项（编号：CARS-04-PS18）。

作者简介：马伟然（1999—），男，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，研究方向为大豆高产栽培。E-mail：1819194568@qq.com。

通信作者：曹 亮，博士，讲师，研究方向为大豆高产栽培。E-mail：caoliang66@163.com。

大豆籽粒中富含蛋白和油脂，被广泛用于人类食品、动物饲料、生物燃料和许多其他产品的生产，是我国最为重要的食用油脂和植物蛋白来源［1］。黑龙江省是我国大豆主产区，同时大豆在其种植结构中占有重要地位，所以提高该地区大豆产量则是重中之重［2］。

大豆高产是群体数量和质量相互协调的结果，其群体结构受不同的生态环境、栽培措施、品种特性等多种因素的影响［3-5］。种植密度是影响大豆群体结构的主要因素，也是影响其产量的主要栽培措施之一。种植密度能调控大豆群体特征，使大豆群体对生态环境资源的利用达到最大化，因此探讨不同大豆品种适宜的田间种植密度一直是研究的热点问题［6］。研究表明，种植密度对大豆产量的影响十分明显，合理的种植密度既有助于大豆充分发挥单株生产潜力，提高光合利用率，同时也可增强植株群体在产量上的作用，寻找适宜的大豆种植密度是保障群体结构的基础，也是大豆增产的有效方法［7-8］。氮肥、磷肥、钾肥与大豆籽粒营养成分的形成密切相关，施肥量的多少会影响大豆产量的高低。有研究表明，氮肥是影响大豆产量的主导因子，大豆产量随施肥量的增加呈现出先升后降的趋势；也有研究认为，大豆产量随施肥量的增加呈现出上升的趋势，所以科学合理的施肥量和种植密度是大豆高产的关键［9-11］。

近年来，人们从培育抗逆优质品种、化学调控等角度探索大豆高产和优质的问题，在提高大豆产量和品质方面做了大量研究，但随着大豆品种的不断更新、施肥量的改变、机械化程度的增强，最优大豆群体也在不断地发生变化，原有研究成果需要进一步优化［12］。因此，本研究探讨黑龙江省九三分公司大豆主产区高油、高蛋白主大豆品种在种植密度与施肥量互作环境下对产量的影响，可为大豆高产优质栽培提供理论依据与技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2022年在黑龙江省北大荒集团九三管理局鹤山农场科技园区（48°43′～49°03′N，124°56′～126°21′E）进行，该试验地区有效积温为 2 000～2 300 ℃，无霜期115～120 d，年降水量 500～600 mm，0～20 cm土层土壤的基本理化性质为：pH值为6.13，碱解氮含量137.91 mg/kg，速效磷含量21.76 mg/kg，速效钾含量177.3 mg/kg，有机质含量15.33 g/kg，容重1.19 g/cm3。大豆生长季节平均气温与降水量如图1所示。

1.2 试验材料

供试品种为九三地区主栽大豆品种黑河43（高蛋白）以及克山1号（高油），由北大荒垦丰种业股份有限公司提供。供试肥料为尿素（含氮量≥46%）、磷酸二铵（含氮量≥18%、P2O5≥46%）、硫酸钾（K2O≥50%）。

1.3 试验设计

试验采用裂区设计，以品种为主区，种植密度为副区，施肥量为裂区，每个小区设置6行，行长6 m，3次重复，共18个处理54个小区。试验处理如下：2个供试品种A1（黑河43）和A2（克山1号）；3个种植密度B1（38万株/hm2）、B2（43万株/hm2）和B3（48万株/hm2）；3个施肥水平C1（当地常规施肥量）、C2（较常规施肥量下调20%）和C3（较常规施肥量上调20%）。当地常规施肥量为N 54 kg/hm2、P2O5 67.5 kg/hm2、K2O 30 kg/hm2。具体设计见表1。

1.4 测定项目与方法

叶面积指数（LAI）的测定。于开花期（R2）、结荚期（R4）和鼓粒期（R6）每个处理连续取5株完整的大豆植株，3次重复，采用Li-3100叶面积仪（美国Li-COR公司）测定叶面积，计算叶面积指数。

叶绿素相对含量（以SPAD值计）的测定。于开花期（R2）、结荚期（R4）和鼓粒期（R6）晴天 08：00—11：00，每个处理连续选取5株完整的大豆植株，采用SPAD-502叶绿素仪（日本Minolta公司）测定倒3叶，3次重复。

净光合速率（Pn）的测定。于结荚期（R4）和鼓粒期（R6）2个关键时期的晴天08：00—11：00，在各小区连续选取5株大豆，采用Li-6400光合测定仪（LI-COR，Lincoln，USA），选择倒3叶测定净光合速率。

叶绿素荧光参数的测定。于结荚期（R4）和鼓粒期（R6）2个关键时期，采用Fluor Pen FP 110便携式荧光仪，选择倒3叶测定光系统Ⅱ最大光化学效率Fv/Fm、光系统Ⅱ潜在光化学效率Fv/Fo。

干物质积累量的测定。于开花期（R2）、结荚期（R4）和鼓粒期（R6）在各小区连续取5株大豆植株，按照地上部分和地下部分在子叶痕处分解，105 ℃ 杀青30 min，80 ℃烘干至恒重。

产量的测定。在大豆成熟后进行测产，每个处理选取1 m2有效植株，3次重复，从中选取10株具有代表性的大豆植株测定单株荚数、单株粒数、单株粒重和百粒重，最后计算出产量，每个处理3次重复。

1.5 数据分析

采用Excel 2022进行数据处理和计算，通过SPSS 22.0软件进行方差分析，使用Origin 2021进行绘图。

2 结果与分析

2.1 种植密度与施肥量互作对大豆群体叶面积指数的影响

从表2可知，在整个生育时期，大豆叶面积指数（LAI）呈现出R4>R6>R2变化趋势。在各生育时期，施肥量和种植密度对黑河43和克山1号2个供试品种LAI均产生显著影响（P<0.05）。在相同种植密度条件下，随施肥量增加，2个供试品种叶片LAI总体呈现出逐渐上升的趋势。说明在一定范围内，叶面积指数与施肥量呈正相关，适时适量增肥可以满足大豆各生育期对养分的需求。在相同的施肥量下，随种植密度的提高，黑河43叶片的LAI呈现出B2>B1>B3，克山1号呈现出B1>B3>B2。通过方差分析可知，2个供试品种在肥密处理下产生显著的交互作用。可见，最佳肥密处理可以使大豆群体具有良好的生长环境，利于光合产物的积累和产量的提高。

2.2 种植密度与施肥量互作对大豆群体叶绿素相对含量的影响

如图2所示，各生育时期的种植密度和施肥量互作对叶绿素相对含量（SPAD值）有着显著的影响（P<0.05）。在相同种植密度下，随着施肥量的增加，2个供试大豆品种叶片SPAD值呈现出C3>C1>C2的变化趋势，分别增长5.91%～12.86%、1.51%～6.66%、0.87%～4.94%。说明适量提高施肥量有利于提高大豆植株叶绿素相对含量。在相同施肥量条件下，黑河43在不同种植密度下其叶片的叶绿素相对含量呈现出 B2>B1>B3的变化趋势，克山1号呈现出B1>B3>B2的变化趋势。说明这2个品种对种植密度的敏感程度存在差异，且种植密度越大，群体越郁闭，透光性越差，越会导致大豆叶片的SPAD值产生下降的趋势。

2.3 种植密度与施肥量互作对大豆群体净光合速率的影响

如图3所示，种植密度与施肥量互作会对大豆叶片净光合速率产生显著影响（P<0.05）。在相同施肥处理下，随着种植密度的增加，黑河43叶片净光合速率（Pn）表现为B2>B1>B3，克山1号品种表现为B1>B3>B2。说明大豆光合特性随着种植密度的增加而提高，超过合理范围时，种植密度越高，光合特性受到高种植密度的影响反而下降。说明施肥量与种植密度的交互作用对大豆群体光合起积极的促进作用，合理的群体分布能使其得到充分表达。

2.4 种植密度与施肥量互作对大豆群体叶绿素荧光参数的影响

图4、图5显示，各生育时期随着施肥量的增加，大豆叶片的Fv/Fo和Fv/Fm呈增长趋势，C3处理与C1、C2处理相比增长1.28%～2.60%、1.23%～1.26%和1.82%～6.56%、2.87%～3.56%，虽有所增长但效果不显著。在施肥量相同时，2个供试品种在不同种植密度下叶片Fv/Fo和Fv/Fm产生了显著变化（P<0.05），黑河43品种随种植密度的增加，叶片Fv/Fo和Fv/Fm呈现出B2>B1>B3变化趋势，与其他处理相比增长5.00%～5.33%、6.56%～8.94%。克山1号呈现先升后降趋势，其从高到低表现为B1>B3>B2，与B2、B3处理相比，B1处理分别增长2.46%～5.06%、1.80%～18.27%。说明施肥处理的作用效果要低于种植密度处理，各处理不同大豆品种Fv/Fo及Fv/Fm对肥密处理的响应是不同的，通过对比分析发现，黑河43品种在B2处理下效果显著，克山1号在B1处理下效果显著。

2.5 种植密度与施肥量互作对大豆群体干重的影响

从表3、表4可知，植株干重随生育时期推进呈现出递增的趋势，并于鼓粒期达到最大。种植密度与施肥量互作对植株干重的影响达到显著水平（P<0.05），在相同施肥处理下随种植密度的增加，黑河43（A1）品种呈现出下降的趋势，克山1号（A2）品种呈现出先升后降的变化趋势，其中黑河43品种B2处理显著高于其他处理（P<0.05），分别提高19.88%～20.20%、18.82%～19.59%、4.28%～17.14%；克山1号B1处理效果显著，分别提高3.91%～12.45%、13.20%～15.33%、7.52%～16.63%（P<0.05）。在相同種植密度处理下随施肥量的增加，2个供试品种C3处理均呈现出增长趋势，与其他处理相比分别提高15.89%～29.49%、0.80%～12.90%、3.44%～14.52%。通过方差分析可以得知，2个供试品种在肥密处理下产生显著的交互作用。

2.6 密度与施肥量互作对大豆群体产量的影响

由表5、表6可知，种植密度与施肥量互作对不同品种的大豆产量及产量构成因子存在显著的影响（P<0.05）。随种植密度的提高，黑河43品种B2处理产量显著高于B1、B3处理，分别增长12.31%～13.82%、5.52%～7.05%、10.26%～ 16.54%；而克山1号B1处理的产量显著高于B2、B3处理，分别增长2.71%～18.30%、7.61%～17.60%、2.89%～18.35%。在相同种植密度处理下，2个供试品种产量随施肥量的增长呈现出C3>C1>C2变化趋势，与其他处理相比产量分别增长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%。通过方差分析可以得知，密度与施肥量互作对单株荚数、单株粒数、单株粒数、产量均具有显著的交互作用，对大豆百粒重不存在交互作用。

2.7 产量与各项指标相关性分析

图7、图8为施肥量与种植密度互作下不同供试品种产量与各项指标之间的相关性分析。相关性分析表明，大豆的产量与光合特性有着正相关关系，克山1号产量与Fv/Fm虽呈正相关但并不显著。对比分析发现，施肥量与种植密度交互下黑河43叶片光合特性相关指标与产量的相关程度要高于克山1号。此外，黑河43产量与LAI、地下部干物质积累量呈正相关，和地上部干物质积累量呈显著正相关，而克山1号产量与LAI、地上地下部干物质积累量均呈现显著正相关，且相关程度明显高于黑河43。所以提高光合能力有助于植株光合产物的积累，促进生物量增长，从而达到高产目的。

3 讨论

叶面积指数（LAI）是衡量大豆群体结构以及产量的重要指标，叶面积指数对光合产物积累有着重要的影响，延长叶面积的持续可以使干物质积累量增加，最后达到增产的目的，所以适宜的叶面积指数是构成大豆高产稳产的基础［13-15］。有研究表明，在一定范围内大豆叶面积指数随着施肥水平和在栽培密度的增加而增加［16］。本研究表明，种植密度和施肥量对2个不同品种的大豆所反映出的变换趋势是不同的，黑河43随种植密度的增加叶面积指数呈下降的趋势，克山1号呈先升后降趋势，这与前人研究有所差异，不同的原因可能是2种不同基因的大豆对种植密度的敏感程度不同。但种植密度过大，2个品种大豆的叶面积指数均呈现出下降的趋势，这是由密度过大，植株之间的叶片相互遮掩，光能利用率降低导致的。大豆的生长发育还会受到区域生态气候和群体内部竞争造成的双重影响［17-18］。不同种植密度可以调节作物的群体结构，改善群体竞争力［19］。

光合作用是决定作物产量的关键因素，光合能力的强弱直接影响作物产量的高低［20］。肥密处理对大豆光合特性有着重要的影响，前人研究发现，叶绿素含量随密度的增加而降低［21］。本研究发现，随着种植密度的增加，黑河43呈降低趋势，克山1号品种呈先升后降的变化趋势，黑河43叶绿素变化趋势与前人研究相似。克山1号有所不同，其原因可能是因为选择的种植密度不同，本研究发现种植密度在43万株/hm2，克山1号叶绿素含量达到最大化，因此在生产中，首先要考虑不同品种之间最优种植密度以及施肥量来构建高效的群体结构，从而使大豆获得合理的光分布和优越的光环境。此外，叶绿素是光合作用中最重要的色素，与光合特性密切相关，提高光合能力有助于大豆生长发育、籽粒生物量的积累，是大豆产量形成的物质基础。有研究表明，随种植密度的增加，大豆叶片的净光合速率呈现出先升后降的趋势［22-23］。本研究发现，随着种植密度的增加，黑河43的净光合速率呈显著下降的趋势，而克山1号出现先升后降的趋势，造成不同的原因可能是2个品种自身特性的不同、环境因素以及土壤肥力所造成的，因此在排除外界因素条件下，适宜的种植密度、合理的施肥量能够有效保证大豆群体内部与外界的气体交换，提高净光合速率。

大豆产量的形成是在基因型、环境条件、管理措施等因素共同作用下通过复杂的生理生化代谢反应过程完成的。在一定的基因型条件下，通过适宜的栽培措施，可以使品种特性发挥到最大化［24-26］。合理的施肥水平以及最佳的种植密度是提高产量的关键，有研究表明，在相同的施氮条件下，随着种植密度的增加，其产量构成因素的各项指标呈现出下降的趋势［23，27］。本研究发现，随着施肥量的增加，各处理的单株荚数、单株粒数、单株粒重呈现出相应的增长，而随着种植密度的不断增长，各项指标呈现出下降的趋势，说明在较高的种植密度下，产量性状往往并不理想，这与前人研究结果［28］相似。由此可以看出，最优种植密度和施肥量是大豆高产的关键因素，能够充分发挥出不同大豆品种产量的潜力，最大限度地增加单位面积产量，但是不同品种特征性有所差异，种植密度和施肥量的配比也应有所不同。

4 结论

综上可知，黑河43最优配置为：种植密度38万株/hm2，施肥量上调20%（A1B2C3）处理效果显著（P<0.05），产量为4 327.80 kg/hm2。克山1号最优配置为：种植密度43万株/hm2，施肥量上调20%（A2B1C3）处理效果显著（P<0.05），产量为 4 214.83 kg/hm2。相关分析表明，2个供试品种产量与LAI、Pn、SPAD值、干物质积累量、Fv/Fo、Fv/Fm呈正相关，说明种植密度与施肥量互作对产量构成起着积极作用。在生产实践中可以明确优质高产大豆生产的最佳种植密度和施肥量，进而促进农业绿色可持续发展。

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