保水剂对大豆农艺性状及产量的影响

李方舟，张海生，王 军，古晓红，杨婷婷

（山西农业大学农学院，山西太原030031）

大豆在我国既是经济作物又是油料作物，其产量和品质严重影响着国民收入和人民的生活水平。同时大豆又是一种高需水量的作物，在生育期受到干旱胁迫影响正常生长，最终造成产量和品质下降[1]。黄淮海地区是大豆的主产区，但黄淮海地区干旱少雨，水资源匮乏[2]，干旱发生频率高，持续时间长，波及范围大，对我国大豆产业有严重影响。因此，研究大豆抗旱性具有重要作用。

保水剂是一种不溶于水、吸水易膨胀、交联密度很低的高分子化合物[3]，保水剂能够增强土壤吸水性能，能够吸收是自身重量400～1 000倍的去离子水[4]，而且还能够缓慢释放水分，在农作物需要时把水分释放出来[5]，供作物吸收利用[6]，能够提高作物抗旱能力[7-9]。因此，保水剂在干旱地区农业种植应用中效果明显，并被多国重视[10-11]。提文祥[12]通过研究保水剂和化肥混施对大豆产量和土壤速效养分的影响，认为保水剂能有效提高大豆产量。牛育华等[13]研究认为，用保水剂处理大豆种子，能有效解决出苗率低等问题，使大豆增产3.9%～23.1%。陆海燕等[14]研究认为，保水剂能提高大豆过氧化氢酶活性、抗坏血酸过氧化物酶活性及还原型谷胱甘肽含量，降低丙二醛含量和脯氨酸含量，减轻干旱对大豆造成的伤害。王志玉等[15]利用保水剂对大豆包衣处理，结果表明，包衣处理后能提高大豆出苗率。李中阳等[16]研究认为，保水剂能够提高小麦水分利用效率。陈謇等[17]对丘陵地区玉米进行了研究，认为施用农用保水剂能提高玉米产量，还有一定的抗旱保湿作用。SILBERBUSH等[18-19]用保水剂结合滴灌、喷灌技术对玉米、卷心菜进行灌溉，比单纯用水灌溉效果好。刘纪霜等[20]研究认为，保水剂可改善土壤理化性状，进而提高作物产量。前人在保水剂研究方面主要集中在种子包衣处理及直接对产量分析，而在山西干旱地区沟施保水剂，探究雨养田大豆生理指标及农艺性状和产量关系鲜有报道。

本研究通过分析不同梯度保水剂对大豆生理指标、农艺性状及产量的影响，明确了最佳保水剂用量，弥补雨养田在保水剂条件下生理指标、农艺性状、产量关系的空白，对大豆旱作栽培条件下高产有一定指导作用。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试大豆品种为晋豆47号，由山西省农业科学院经济作物研究所选育，该品种具有出苗率高、对水分敏感等特性。

保水剂为任丘市辉达化工有限公司生产的钾盐型农林抗旱保水剂。

1.2 试验地概况

试验于2019年在山西省晋中市东阳镇山西省农业科学院试验基地（东经112.6°，北纬37.5°）进行。该地海拔800m，年平均气温9.8℃，降雨量418～483 mm，年日照时数2 662 h，无霜期158 d。土壤类型为壤土，肥力较低，耕层0～20 cm的有机质含量为15.43 g/kg，碱解氮含量为45.24 mg/kg，速效钾含量为107.21 mg/kg，速效磷含量为10.25 mg/kg。

1.3 试验方法

大豆整个生育期不浇水。采用随机区组设计，试验设6个保水剂处理，分别为0（CK）、15.0（A1）、22.5（A2）、30.0（A3）、37.5（A4）、45.0 kg/hm2（A5），3次重复，每个小区长3 m、宽2 m。播前用冷水浸泡种子5 h，点播，大豆行距50 cm，株距20 cm。播后开沟条施保水剂。

1.4 测定项目及方法

在大豆鼓粒期，用TYS-3N植物营养测定仪测定大豆主茎上倒2功能叶片叶绿素含量。用烘干法测定对应叶片含水率。用TZS-1便携式土壤水分测定仪测量0～30 cm土壤含水量。收获时，每小区取中间2行随机抽取15株考种，测定其株高、有效分枝数、主茎节数、有效荚数、单荚粒数、百粒质量，全部收获植株脱粒计产，折算公顷产量。

1.5 数据分析

采用SPSS 19.0对6个梯度保水剂的生理指标和农艺性状进行方差分析，对产量与生理指标和农艺性状进行相关分析、逐步多元回归分析、通径分析，Excel 2007作图。

2 结果与分析

2.1 气候条件与近5 a比较

生育期内温度和降水量影响大豆生长态势，由图1可知，在5—9月整个生育期内，气温都高于近5 a平均气温，2019年平均气温22.22℃，近5 a平均气温20.76℃，温度高出1.46℃；2019年平均降水量50.32 mm，近5 a平均降水量62.88 mm，降水量下降12.56 mm。2019年5月没有降雨，温度比常年高1.70℃，导致大豆苗期严重缺水，植株营养生长不良；2019年7月比近5 a降雨量少16.10 mm，温度比近5 a平均高1.20℃，7月正值大豆开花期，严重影响了大豆开花数量和质量；2019年8月比近5 a降雨量少39.00 mm，温度比近5 a平均高0.70℃，8月为大豆结荚鼓粒期，气温和降雨量异常，影响大豆结荚鼓粒。因此，2019年保水剂试验对研究高温干旱条件下大豆的生长发育具有一定的代表意义。

2.2 不同梯度保水剂对大豆生理指标的影响

通过对不同保水剂处理下3个生理指标分析，从表1可以看出，在各处理中，A3土壤容积含水率最高，A4次之，对照最小，A1、A2、A3、A4与对照相比都达到显著水平（P＜0.05），其中，A3土壤容积含水率比对照高2.06%。叶片含水率表现由高到低依次为A3＞A4＞A2＞A5＞A1＞CK，其中，A2、A3、A4、A5与对照差异显著（P＜0.05），A3的叶片含水率最大，比对照提高6.52%。A3的SPAD值最大，与其他处理都达到显著水平（P＜0.05），对照的SPAD值最小，为40.57，与A2、A3、A4差异显著（P＜0.05）。

表1 不同梯度保水剂对生理指标的影响

2.3 不同梯度保水剂对大豆农艺性状的影响

从表2可以看出，不同梯度保水剂大豆株高依次为：A4＞A1＞A3＞A5＞A2＞CK，对照与A4差异显著（P＜0.05），与其他梯度株高不显著。而对照有效分枝数与A3差异显著（P＜0.05），A3比对照平均多1.8个有效分枝。A4主茎节数最多，然后依次为A1、A3、A5、A2，对照最少，与A1、A3、A4、A5差异显著（P＜0.05）。有效荚数从高到低依次为：A3、A4、A5、A2、A1、CK，CK与A2、A3、A4、A5差异达到显著水平（P＜0.05）。A3单荚粒数最多，为2.63个，A4单荚粒数为2.53个，二者都与对照差异显著（P＜0.05）。A4百粒质量最大，对照最小，对照与其他处理的百粒质量差异都达到显著水平（P＜0.05）。

表2 不同梯度保水剂对农艺性状的影响

2.4 不同梯度保水剂对大豆产量的影响

从图2可以看出，6个保水剂梯度的产量从大到小依次为A3＞A4＞A5＞A2＞A1＞CK，A1～A5产量均比对照高，并且都达到了显著水平（P＜0.05）；A3产量最大，为3.98 t/hm2，比对照提高了49.1%，其次为A4，为3.81 t/hm2，A5产量为3.38 t/hm2，A2产量为3.36 t/hm2，A1产量为3.16 t/hm2，A4、A5、A2、A1处理产量分别比对照提高了42.7%、26.6%、5.9%、18.4%。

2.5 不同生理指标及农艺性状与产量相关性分析

通过分析不同生理指标及农艺性状与产量相关性，由表3可知，在鼓粒期测定的生理指标中，土壤容积含水率、叶片含水率与产量关系达到极显著水平，相关系数分别为0.842、0.713，而SPAD值与产量未达到显著水平，可能原因是不同梯度保水剂处理造成的土壤水分及植株含水量差异影响产量。而在农艺性状中，对产量影响达到极显著水平的农艺性状依次为有效荚数、单荚粒数、有效分枝数，达到显著水平的农艺性状为主茎节数、株高，百粒质量与产量未达到显著水平，说明在使用保水剂条件下产量构成因素中，有效荚数、单荚粒数对产量的影响较大。

表3 生理指标及农艺性状与产量相关性分析

2.6 产量模型的构建

通过对不同生理指标及农艺性状与产量进行逐步多元线性回归分析，得到回归方程：Y＝0.155X1＋0.121X2＋0.05X3－2.563（R2＝0.898）（X1为有效分枝数，X2为百粒质量，X3为有效荚数），3个农艺性状的偏回归系数显著性均小于0.05，说明产量主要受这3个农艺性状的相互影响。

通过逐步回归方程对各生理指标及农艺性状进行通径分析，其中，直接效应最大的是有效荚数，直接效应为0.748，有效分枝数的直接效应次之，为0.294，百粒质量的直接效应最小，为0.269，其间接效应合计-0.032，说明对产量影响最大的农艺性状为有效荚数，百粒质量通过其他生理指标及农艺性状对产量影响比较大。

表4 农艺性状与产量的通径分析

3 讨论

干旱严重制约着山西省农业的发展，抗旱节水已成为山西省农业未来发展的重要举措。施用保水剂是近年来重要的一种抗旱节水技术，具有广阔的应用前景[21]。2019年5—9月，本试验地降水量比常年低，温度比常年高，而本试验大豆在整个生育期内不灌溉，为大豆保水剂研究提供了必要的条件，具有一定的指导意义。

3.1 不同梯度保水剂对大豆性状指标影响

本研究选用鼓粒期的土壤容积含水率、叶片含水率、SPAD值3个生理指标和成熟期的株高、有效分枝数、主茎节数、有效荚数、单荚粒数、百粒质量6个农艺性状进行分析，因为鼓粒期的3个生理指标累积了大豆苗期、开花结荚期的相关影响，而成熟期的6个农艺性状累积了大豆整个生育期的影响因素，因此，选择以上9个参数具有一定的代表意义。通过分析不同梯度保水剂条件下各生理指标及农艺性状的关系及产量高低，施用保水剂的效果都比对照好。蒙彩芳等[22]研究表明，施用抗旱剂可使大豆株高、分枝数、单株粒数、百粒质量、产量增加，而保水剂是抗旱剂的一种，这与本研究结果相一致。本研究通过综合分析认为，对大豆效果最好的保水剂使用量为30 kg/hm2，可能是土壤容积含水率达到了最适状态，保证了土壤有最佳含水量，更好地供应植株生长，导致植株各项生理指标达到最佳状态，进而导致产量也最高。吕美琴[23]对秋植大豆沟施保水剂效果进行了研究，指出施用保水剂大豆的产量、有效荚数、单株粒质量、百粒质量都比对照高，与本研究结果一致，同时指出保水剂施用量为90 kg/hm2效果最好，与本研究结果不同，可能是因为大豆生长期的气温、降水量、土壤养分和保水剂类型不一样所导致。

3.2 产量与生理指标及农艺性状的关系

大豆的各项生理指标及农艺性状制约着产量的高低。本研究发现，土壤容积含水率、叶片含水率、有效分枝数、有效荚数、单荚粒数与产量关系达到正极显著水平，株高和主茎节数与产量呈显著正相关。王彩洁等[24]对大豆产量和农学参数进行了相关与主成分分析认为，大豆产量主要决定于有效荚数、单株荚数和单株粒数，本研究与该结论不同，但有效荚数、单株荚数和单株粒数与本研究中的有效荚数和单荚粒数实质上没有太大区别。韩秉进等[25]研究认为，大豆产量与单株粒数、有效荚数极显著相关，与本研究结果一致。曹鹏鹏等[26]对大豆农艺性状和产量进行相关分析后指出，百粒质量、主茎节数与产量都呈负相关，与本研究有所不同，本研究中产量与百粒质量、主茎节数呈正相关关系，可能是因为所处环境和品种选择不一致。大豆的各项生理指标及农艺性状都会相互影响，它们之间的影响直接关系着产量的高低，只有在一定环境条件下，通过不同栽培措施找到各项生理指标及农艺性状最优配置，才能最大限度地发挥大豆产量的增长潜力。

3.3 生理指标对产量的评价

本研究通过建立逐步回归模型和通径分析，筛选出有效荚数、有效分枝数、百粒质量3个生理指标共同对产量起作用。吴雨珊等[27]等通过对产量与农艺性状通径分析认为，对产量综合效应排序为分枝粒质量＞有效荚数＞主茎节数＞营养生长期＞每荚粒数＞株高＞百粒质量，与本研究结果有差异，可能是大豆种植方式不同，但都在通径分析中认为有效荚数、百粒质量对产量起作用。汪宝卿等[28]研究认为，每荚粒数、有效荚数、株高和单株粒质量对产量的通径系数较大，与本研究筛选的共同农学参数为有效荚数，韩秉进等[29]通过对大豆产量与农学参数逐步回归分析认为，提高大豆产量应首先考虑增加大豆有效荚数，与本研究中有效荚数在通径分析中作用最大相一致。在一定环境下，通过研究分析，筛选出个别对大豆产量影响大的性状指标，并进行改进，才能够显著快捷地提高产量。

本研究只是针对一个大豆品种在一个地区进行了1 a的研究，有一定的局限性。今后可在多个地区用多个品种做多年相关研究，探究保水剂对大豆的影响，来完善本研究结果。

4 结论

本研究结果表明，在不同梯度保水剂下不同生理指标及农艺性状呈现显著差异；15.0、22.5、30.0、37.5、45.0 kg/hm2这5个保水剂处理都比对照产量高，30.0 kg/hm2保水剂产量最高；对产量进行相关分析，有效荚数、单荚粒数对产量的影响较大。通过建立逐步回归模型和通径分析，得出有效荚数、有效分枝数、百粒质量共同对产量起作用。