不同大豆品种产量与养分吸收差异性研究

蒋龙刚，任燕利，史建硕，郭 丽，王丽英，李若楠，王 平

（1河北省农林科学院农业资源环境研究所，石家庄 050051；2河北省肥料技术创新中心，石家庄 050051；3河北省农业技术推广总站，石家庄 050000）

0 引言

大豆是重要的油料经济作物，是人类植物蛋白质和脂肪的主要来源，在人们的日常饮食当中具有非常重要的位置，由于中国是世界上人口最多的国家，因此对大豆的需求量巨大[1]。中国原本是大豆的原产地，大豆种质资源丰富，同时栽培历史也是相当悠久[2]。然而，中国大豆产业近10年来的发展却不容乐观，供需矛盾日益严重。相关数据表明，2007年中国大豆进口量首次突破3000万t，达到了3082万t；2011年大豆进口量达到了5480万t，再一次创下历史新高；2019年中国大豆种植面积为933万hm2，总产量仅为1800万t，而大豆需求量超过了9800万t，进口量高达8000万t，依赖国际进口的程度愈加严重[2-3]。因此，提高中国大豆产量与品质显得尤为重要，而选育适宜当地环境生长的品种是高产的前提[4]。前人对大豆不同品种的研究多集中在对农艺性状、抗逆性及产量上，如李玥等[1]筛选出13个大豆品种在甘肃省大豆主要生产区5个试验点进行田间试验，结果表明不同大豆品种的丰产性、稳产性以及适应环境能力皆存在显著差异。张旭丽等[5]在山西大同种植13个不同大豆品种，结果也同样表明不同大豆品种在产量、农艺性状及适应当地环境能力方面存在着差异。而在大豆不同品种养分吸收利用研究上，张兴梅等[6]采用盆栽试验方法进行大豆品种试验，表明不同大豆品种对氮、磷、钾养分吸收利用能力及籽粒产量上存在差异。当前，对大豆不同品种产量与养分吸收利用效率之间差异的研究较少且并不全面，同时不同品种适宜的种植地区不同，在同一地区不同品种产量也有较大差异，筛选适宜的大豆品种成为提高产量与品质的有效手段。河北省大豆的品种较多，而尚未有关于筛选适宜大豆品种及高、低产品种大豆养分利用效率之间差异的研究。为筛选适合黄淮海流域夏大豆种植的高产、优质、多抗、耐密植大豆新品种，根据黄淮海大豆优质高产广适新品种培育项目方案，特开展黄淮海地区大豆品种养分吸收差异性比较试验，以期为提高黄淮海地区大豆养分管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试大豆品种共25个（河北省23个，其他省2个），其中河北省农林科学院提供17个、邯郸市农业科学院提供4个、石家庄市农林科学研究院提供4个。品种名称详见表1。

表1 供试品种名称

1.2 试验设计

试验于2019年6—9月在河北省石家庄市藁城区朱家庄(114°86′E，37°98′N)进行。2019年6月25日先播种河北省农林科学院提供的17个品种，由于地湿，剩余品种于6月27日进行播种。每个品种试验面积为400 m2，行距为0.5 m，播种量按当地实际生产播种量(75 kg/hm2)播种，每个品种播4行，底施复合肥(15-15-15)300 kg/hm2。供试土壤为褐土，耕层土壤有机质为23.46 g/kg、全氮为1.35 g/kg、速效氮为154.97 mg/kg、有效磷为26.40 mg/kg、速效钾为145.00 mg/kg、pH 7.6。按照当地田间管理，收获期分别对试验小区进行田间测产，籽粒产量后折算成公顷产量。

1.3 数据处理

数据采用Microsoft Excel软件进行处理，SAS(v8.2，SAS Institute Inc.)做方差分析（LSD法），显著性检验水平为P≤0.05。

2 结果与分析

2.1 不同品种大豆各器官干物质量与收获指数

不同品种大豆之间相同器官与全株干物质积累量差异较大（表2）。不同品种大豆的全株干重介于27.74～79.41 g/株，单株根系干重介于1.11～3.51 g/株，茎干重介于6.71～24.76 g/株，叶干重介于4.08～17.29 g/株，豆荚干重介于3.34～14.10 g/株，豆籽粒干重介于7.31～31.25 g/株，平均值为17.80 g/株，其中豆籽粒干重高于平均值的品种有11个，分别为‘冀豆24’‘、邯豆12’‘、延豆6号’、‘齐黄34’、‘石豆4号’、‘石豆7号’、‘石豆15号’、‘邯豆617’、‘邯豆14号’、‘邯豆15’、‘邯豆6号’。同时，不同品种大豆生长性状差异也较大，冠根比介于14.32～27.74。收获指数HI介于24.7%～41.2%，平均值为35.0%，其中高于平均值的品种有14个。收获指数与豆籽粒干重均高于平均值的品种共有8个，分别为‘冀豆 24’、‘邯豆 12’、‘齐黄 34’、‘石豆 4 号’、‘邯豆617’、‘邯豆14号’、‘邯豆16’、‘邯豆6号’。

表2 不同品种大豆各器官干物质量与收获指数

2.2 不同品种大豆各器官氮磷钾养分含量

收获期不同品种大豆各个器官养分吸收情况差异较大（表3）。不同品种大豆根系含氮量介于0.490%～0.787%，平均值为0.649%；含磷量介于0.060%～0.222%，平均值为0.114%；含钾量介于0.295%～1.497%，平均值为0.661%。茎秆含氮量介于0.360%～1.091%，平均值为0.664%；含磷量介于0.064%～0.225%，平均值为0.138%；含钾量介于0.655%～2.365%，平均值为1.579%。叶片含氮量介于1.107%～2.041%，平均值为1.532%；含磷量介于0.135%～0.257%，平均值为0.192%；含钾量介于1.155%～2.636%，平均值为1.901%。豆荚含氮量介于0.672%～2.137%，平均值为1.319%；含磷量介于0.102%～0.315%，平均值为0.182%；含钾量介于2.155%～3.346%，平均值为2.714%。大豆籽粒含氮量介于5.170%～6.361%，平均值为5.621%；含磷量介于0.533%～0.664%，平均值为0.591%；含钾量为1.779%～2.111%，平均值为1.986%。可见，不同品种相同器官对同一营养元素吸收利用存在着较大的差异。而大豆籽粒中氮磷钾含量均高于平均值的品种为‘冀豆23’、‘邯豆15’、‘沧豆13’、‘齐黄34’。

表3 不同大豆品种各器官的氮磷钾 %

2.3 不同品种大豆产量、密度及大豆全株养分吸收量

不同品种大豆产量之间差异很大（表4）。不同品种大豆播种量均为75 kg/hm2，收获时实际密度差异很大，实际密度介于7.0万～18.1万株/hm2，平均为11.7万株/hm2。不同品种大豆产量介于881～4169 kg/hm2，平均为2272 kg/hm2。不同品种大豆全株吸氮量介于71.4～254.0 kg/hm2，平均为 150.8 kg/hm2；吸磷量介于9.2～28.4 kg/hm2，平均为17.6 kg/hm2；吸钾量介于55.5～170.0 kg/hm2，平均为106.3 kg/hm2。大豆产量高于平均值的品种为‘冀豆12’‘、冀豆24’‘、邯豆13’‘、沧豆13’、‘齐黄34’、‘石豆7号’、‘石豆15号’、‘邯豆14号’、‘邯豆16’、‘邯豆6号’，其中‘冀豆24’产量最高，为4169kg/hm2。

表4 不同品种大豆产量、密度及大豆全株氮磷钾养分吸收量

2.4 大豆籽粒养分吸收量与每生产100kg大豆养分吸收量

根据河北省大豆产量水平，将不同品种产量水平分为高产(＞3000 kg/hm2)、中产(2000～3000 kg/hm2)、低产(＜2000 kg/hm2)，分析不同产量水平下大豆籽粒养分吸收及生产100 kg大豆养分吸收量差异（图1）。不同产量水平下，大豆籽粒中氮、磷、钾养分吸收量均达到显著水平，高产大豆籽粒氮平均吸收量较中产、低产大豆分别提高43.9%、126.0%；高产大豆籽粒磷平均吸收量分别提高39.4%、124.9%；高产大豆籽粒钾平均吸收量分别提高41.2%、120.8%。低产大豆每生产100 kg大豆氮、磷、钾养分需求量均显著高于中产、高产大豆，其中低产大豆每生产100 kg大豆氮养分平均需求量比中产、高产大豆增加14.1%、10.9%；低产大豆每生产100 kg大豆磷养分平均需求量分别增加19.1%、20.5%；低产大豆每生产100 kg大豆钾养分平均需求量分别增加27.9%、40.7%。而中产、高产大豆每生产100 kg大豆氮、磷、钾养分需求量之间没有显著性差异，但高产大豆除氮平均需求量略高于中产大豆外，磷、钾平均需求量均低于中产大豆。表明高产品种的养分吸收利用更高效。

图1 不同产量水平大豆籽粒养分吸收量及生产100 kg大豆养分吸收量

3 讨论

在大豆育种选种的过程中，高产优质是最终的目标，但产量除受地力因素及环境影响较大外，还与大豆品种有着很大的关系[5]。大豆品种种类繁多，不同品种适宜的生长环境不同，即使在同一地区相同的施肥管理条件下产量与品质之间差异也较大。本研究的25个不同品种大豆产量之间差异较大，其中产量最高可达到为4169 kg/hm2（‘冀豆24’），产量最低为881 kg/hm2（‘冀豆30’），最大产量差为3288 kg/hm2。由此可见，筛选出一个优质高产的品种对一个地区大豆产业发展意义重大。然而，相关研究表明，大豆产量还与种植密度相关，干物质积累量会随着种植密度的增加而增加，适当增加种植密度有利于提高大豆干物质积累，从而提高大豆籽粒产量[7-9]。同时，大量研究表明[10-13]，种植密度在一定范围内，大豆籽粒产量随着种植密度的增大而增加，但超过一定密度范围反而会引起籽粒产量下降。因此，本研究中收获产量较低的某些大豆品种是否因其未达到适宜密度而导致产量降低还需要进一步研究。

大豆对氮素养分的需求量较高，而大豆根瘤固氮量只能满足总氮需求量的50%～60%，若仅靠大豆自身固氮提供生长发育所需的养分，则根本无法达到高产水平，所以仍需要额外补充适当氮肥以满足大豆生长需求[14-15]。陈剑等[16]研究表明，氮肥施用不足会使叶片早衰，降低净光合效率，从而造成减产；而施用氮肥过量，则会使生育后期干物质过多积累在植株茎、叶中，影响干物质向籽粒中转移分配利用，产量下降。开花至鼓粒期是大豆养分吸收和物质积累的高峰期[17]，期间根瘤固氮能力逐渐减弱[18]，此时施用氮肥可促进氮素向籽粒转移利用，从而增加产量[19]。而适宜供磷能显著提高大豆根系和地上部生物量，增加各器官干物质积累，从而促进大豆籽粒产量的形成[20]。同时，施入磷肥还能促进大豆对氮、钾素的吸收，使大豆营养成分均衡，从而达到增产提质的作用[21]。本研究中施用的氮、磷、钾肥用量是否适宜以及是否需要在开花至鼓粒期追施氮肥还需要进一步研究，从而形成一套适用黄淮海地区大豆施肥理论技术。

在相同的施肥、土壤以及管理模式条件下，本研究中的不同品种大豆养分吸收量间存在很大差异。大量研究表明，高产大豆具有很强的养分吸收利用及转化能力[22-23]。本研究中大豆籽粒氮、磷、钾吸收量最高依次为227.3 kg/hm（2‘冀豆24’）、24.0 kg/hm（2‘邯豆6号’）、86.3 kg/hm（2‘冀豆24’）‘；冀豆30’籽粒氮、磷、钾吸收量均最低，依次为49.1、5.1、18.5 kg/hm2。同时，本研究还发现，产量较高的大豆品种每生产100 kg大豆氮磷钾养分需求量反而低于产量较低的大豆品种。高产品种每生产100 kg籽粒氮、磷、钾平均养分需求量依次为6.52、0.73、4.08 kg，而低产品种氮、磷、钾平均养分需求量依次为7.23、0.88、5.74 kg，均高于高产品种的养分吸收量。这与不同品种之间养分吸收利用分配、遗传特性以及其适宜生长的环境有密切关系[24-25]。可见，选用遗传特性优良且适宜当地生长环境的大豆品种对提高大豆产量及养分吸收利用具有非常重要的作用。而本研究中参试的25个品种均可以在当地正常成熟收获，然而综合产量、养分吸收利用等指标可知‘，冀豆24’为最优，其次为‘邯豆6号’和‘石豆15号’，这3个品种可以在当地进行推广种植。

4 结论

不同大豆品种的产量与养分吸收利用存在着明显的差异，产量较高的品种养分吸收利用的能力也较强。因此，在大豆生产中选择适用的高产优质品种尤为重要，在增加大豆籽粒产量的同时，还可以提高养分吸收利用，达到减少肥料投入、节约资源的目的。综合产量与养分吸收利用可知，‘冀豆24’、‘邯豆6号’和‘石豆15号’表现为最优，可在当地大面积推广种植。