不同氮肥水平对旱作大豆农艺性状、产量及经济效益的影响

冯 帆

（杨凌职业技术学院生物工程学院，陕西杨凌 712100）

大豆既是重要的油料作物，也是重要的工业原料与经济作物，对保障我国粮食安全起着重要作用。黄土高原是典型的干旱半干旱大陆性季风气候区，大豆播种面积逐渐增加，探索适宜黄土高原旱作农田大豆生长的栽培模式至关重要。氮素是农作物需求量最大的营养元素，施用氮肥对大豆产量具有显著的提升作用[1-3]。但过量的氮肥投入不仅会造成资源浪费，还会产生生态环境问题，合理施用氮肥对实现我国农业可持续发展和环境保护至关重要[4]。本研究设置3 种施氮水平，研究不同氮肥水平对大豆植株生长指标、产量及构成因素的影响，并计算不同氮肥处理下的大豆经济效益，探索适用于黄土高原旱作大豆生产的氮肥施用模式。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2020 年、2021 年在西北农林科技大学长武黄土高原农业生态试验站（北纬35°12′，东经107°44′）内进行，该地区属于典型的雨养旱作农业区，大豆生长季降水量占全年70%左右。试验地土壤类型为黑垆土，0～20 cm 耕层土壤含有机质13.57 g·kg-1、全氮0.85 g·kg-1，pH 值8.41。

1.2 试验设计

以中黄37为试验材料，大田宽窄行（60 cm+40 cm）起双垄覆全膜，于垄侧沟内种植大豆（见图1）。设置3个施氮水平，分别为N70 处理（N-70 kg·hm-2）、N110处理（N-110 kg·hm-2）、N150 处理（N-150 kg·hm-2），3 次重复，随机区组排列。小区面积为3 m×5 m，大豆株距为15 cm，播种前结合整地一次性施入各处理尿素和过磷酸钙650 kg·hm-2。两年试验均于5 月14日播种，9 月中旬收获。

1.3 测定项目与方法

1）大豆生物学指标测定：分别于大豆一节期（V1）、三节期（V3）、盛荚期（R4）、鼓粒期（R6）、完熟期（R8）在各小区选取长势均匀的5 株植株，测定株高，测量绿叶面积并折算为叶面积指数（LAI），将地上部分烘干称重得单株地上生物量；将根系上的根瘤摘下进行根系扫描，计数并烘干称重，即为根瘤数、根瘤重。

2）大豆产量、经济效益测定：各小区单独收获测定产量、每株结荚数、每荚粒数、百粒重；根据试验成本和产量产值计算经济效益，经济效益=产量×价格（4.4 元·kg-1）-人工成本-种子成本-地膜成本-肥料成本。

1.4 数据处理

使用Microsoft Excel 软件进行数据整理和作图，采用SAS 8.0 软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥水平对大豆植株生长的影响

1）由图1 可知，随着大豆的生长发育，其叶面积指数呈现出先增加后降低的变化趋势，其中，大豆盛荚期（R4）叶面积指数达到最大值。2020 年与2021年试验数据表明，施氮量增加可显著增加大豆盛荚期（R4）、鼓粒期（R6）的叶面积指数，而在其他时期均无显著差异。N150 处理的施氮量叶面积指数优于N110、N70。

图1 各处理下大豆不同生育时期叶面积指数

2）由图2 可知，大豆生长发育过程中株高持续增加，在完熟期（R8）达到最大值。2020 年与2021 年试验数据均表明，自盛荚期（R4）开始，施氮量增加能显著提升株高，鼓粒期（R6）至完熟期（R8）N150处理下株高显著高于N110 处理和N70 处理，N110 与N70 间无显著差异。

图2 各处理下大豆不同生育时期株高

3）由图3 可知，2020 年与2021 年试验数据均表明，施氮量增加可提高大豆单株地上生物量。大豆三叶期（V3）至完熟期（R8），N150 处理下地上生物量显著高于其他两个处理，呈现出N150 处理＞N110 处理＞N70 处理的变化规律。

图3 各处理下大豆不同生育时期地上生物量

2.2 不同氮肥水平对大豆根瘤生长的影响

由图4 可知，随着大豆生育进程的推进，大豆根瘤数、根瘤重均呈现出先增加后降低的变化趋势，两者均于大豆鼓粒期（R6）时达到最大值。2020 年与2021 年试验数据表明，在大豆三叶期（V3）至完熟期（R8），施氮量增加对大豆根瘤数和根瘤重均具有显著的降低作用。

图4 各处理下大豆不同生育时期根瘤数、根瘤重

2.3 不同氮肥水平对大豆产量构成和经济效益的影响

由表1 可知，2020 年与2021 年试验数据表明，随着施氮量的增加，大豆每株荚数、百粒重呈现出显著增加的变化规律，而每荚粒数无明显变化。产量呈现出N150 处理＞N110 处理＞N70 处理的规律，并达到显著水平。综合计算不同处理下大豆产值、成本和效益发现，2020 年与2021 年均以N110 处理下效益最高。

表1 各处理下大豆产量构成及经济效益

3 结论与讨论

3.1 结论

氮肥施用对大豆生长具有显著的促进作用，体现在叶面积指数增加、株高提升和地上生物量增加，但对大豆根瘤数和根瘤重具有显著的降低作用。施氮量增加可显著增加每株荚数、百粒重，进而显著提升大豆产量，以N150 处理对产量提升幅度最大。综合产量和效益考虑，N110 处理成本较低，经济效益最高，更适用于黄土高原旱作大豆栽培。

3.2 讨论

与其他农作物相比，大豆自身具有一定的固氮功能，但不足以支撑生长旺期植株对氮素营养的需要，仍需额外施用氮肥[5-6]。本研究表明，氮肥的施用能显著增加大豆的叶面积指数，显著提升大豆的株高和地上生物量，对大豆生长具有一定的促进作用。

氮肥的施用可改变根系生长环境，对大豆根瘤生长具有一定影响，适量氮肥施用有利于根瘤的着生和固氮能力的提高[7]。本研究结果表明，随着氮肥施用量的增加，大豆根瘤数和根瘤重呈现出显著降低的变化趋势，该结论与前人研究不完全相符，分析可能是由于本试验氮肥水平设置梯度较大，未完全体现根瘤生长与氮肥施用量的关系，或与试验材料大豆品种氮肥利用特性相关，后期有待进一步研究。