氮磷钾肥不同用量配施对春大豆干物质积累和经济效益的影响

周欣，陈士亮，王瑞霞，桑利民，宫宇，王奂仑

（承德市农林科学院农作物研究所，河北 承德 067000）

大豆是我国主要的粮食作物[1]，也是主要的油料作物和饲料原料[2]，在国民经济发展以及人们的生活中占有重要地位[3]。合理施肥是提高大豆单产、挖掘大豆增产潜力的一项关键措施[4-6]。施肥中氮磷钾用量对大豆生长发育及产量形成具有重要影响[7]。大豆是需氮量较多的一种作物，仅靠生物固氮和土壤中的氮素不能满足大豆高产的需要[8，9]，因此在大豆生产中施用氮肥是十分必要的。磷素是大豆生长中的重要元素，适宜施磷可以提高大豆品质和产量[10]。钾素对大豆生长发育也具有较大影响[11，12]。

研究表明，肥料施用量不同，对大豆干物质积累量的影响也不一样[7，13，14]。而干物质积累量直接影响作物成熟期子粒中的分配量，高干物质积累量是作物获得高产的物质基础，并且分配到子粒当中的比例居多[15-17]。因此，研究氮磷钾肥配施对大豆不同生育期干物质积累量的影响，对提高大豆单产具有一定的意义。但截至目前，针对冀北地区大豆氮、磷、钾肥合理配施的研究相对较少。通过大田试验，研究氮磷钾肥不同用量配施对大豆干物质积累、产量、肥料利用率和经济效益的影响，旨为该地区大豆高效生产中合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

田间试验于2022 年4～10 月在承德市农林科学院科创基地（承德市隆化县中关镇大铺村，北纬41°21＇、东经117°96＇，海拔449.3 m）进行。试验区属中温带半湿润半干旱大陆性季风型冀北山地气候，年平均降水量550mm，年平均蒸发量1610mm，年平均气温7℃，无霜期180 d，年日照时数2 665.7 h；土壤为沙壤土，前茬作物为谷子，0～20 cm 耕层基础土壤养分含量为有机质13.1 g/kg、碱解氮13.1 mg/kg、速效磷17.8 mg/kg、速效钾117.6 mg/kg，pH 值7.6，EC为245.0 mS/cm。

1.2 试验材料

大豆品种为承豆10 号，由承德市农林科学院培育并提供。该品种属亚有限结荚习性，种粒黄色、椭圆形、黄脐、无光泽，2022 年7 月通过河北省农作物品种审定委员会审定（审定编号：冀审豆20220003）。

肥料种类有氮、磷、钾3 种，均选用化肥。其中，氮肥选用尿素（N 含量46%），由鄂尔多斯市亿鼎生态农业开发有限公司生产；磷肥选用过磷酸钙（P2O5含量12%），由山东科达化肥有限公司生产；钾肥选用硫酸钾（K2O 含量52%），由美国德鲁生物科技有限公司生产。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 大豆施用肥料有氮、磷和钾3 种，每种肥料的施用量均设0（0 水平，不施肥）、60 kg/hm2（1 水平）、120 kg/hm2（2 水平）和180 kg/hm2（3 水平）4 个水平；另外，为了考察高氮处理对大豆各指标的影响，氮肥（N）施用量增设225 kg/hm2（4 水平）。试验设N0P0K0、N0P2K2、N1P2K2、N2P0K2、N2P1K2、N2P2K0、N2P2K1、N2P2K2、N2P2K3、N2P3K2、N3P2K2和N4P2K2共12 个处理，50%的氮肥以及全部的磷肥和钾肥均在大豆播种前基施，剩余的50%氮肥在大豆结荚期土壤追施。小区面积15 m2，随机排列，3 次重复，小区之间设宽0.5 m 的隔离带。2022 年4 月29 日足墒播种大豆，行距0.5 m，株距0.1 m；其他田间管理同常规。

1.3.2 测定项目与方法 分别在大豆苗期（6 月23日）、开花期（7 月14 日）、结荚期（8 月9 日）、鼓粒期（9 月8 日）和成熟期（9 月20 日），每小区均选取代表性植株3 株，将每株的地上部分均分成叶片、茎秆（包含叶柄）和荚果3 个器官，置于烘箱内，先105 ℃杀青30 min，后75 ℃烘干至恒重，测定干物重。大豆成熟期，每小区均全部收获，测定子粒产量。各指标值均取3 次重复的平均值。

计算主要生育期的大豆地上部分干物质积累量以及地上各部分干物质分配的比例，氮、磷、钾肥的偏生产力和农学效率，以及增产效益[18]。

大豆和肥料价格均按当地市场价格计算，其中大豆售价为7 元/kg，尿素、过磷酸钙、硫酸钾的买入价格分别为3.2、2.0 和11.0 元/kg。

1.3.3 数据处理与分析 采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 22.0 软件进行数据统计与分析，采用Origin 9.0 软件进行绘图。处理间差异采用单因素方差分析，采用Duncan 法进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 氮磷钾肥不同用量配施对大豆主要生育期地上部干物质积累的影响

随着大豆生育进程，所有处理的植株地上部干物质积累量均不断增加，且均在苗期—开花期和鼓粒期—成熟期增加较快；但氮磷钾肥不同用量配施对大豆主要生育期的地上部干物质积累量（表1）以及各部分干物质分配比例影响均较大（表2）。

表1 氮磷钾肥不同用量配施对大豆单株地上部干物质积累量的影响Table 1 Effect of different amounts of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers on the accumulation of aboveground dry matter in soybean plants

表2 氮磷钾肥不同用量配施对大豆单株地上各部分干物质分配比例的影响Table 2 Effect of different amounts of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers on the distribution ratio of dry matter in the aboveground parts of a single soybean plant

2.1.1 干物质积累量 不同生育期，氮磷钾肥配施处理的地上部干物质积累量均＞不施肥处理，但不同用量配施处理的影响程度不同，指标值差异较大。苗期，N2P1K2处理的指标值最大，为10.20 g，显著＞不施肥处理以及N0P2K2和N1P2K2处理，但与其他处理差异均不显著。随着生育期的推进，施肥对大豆生长的促进作用逐渐显现：开花期，N2P2K3处理的指标值最大，为51.82 g，除显著＞不施肥处理外，与其他施肥处理差异均不显著；结荚期，N4P2K2处理的指标值最大，为87.88 g，除与N2P0K2、N2P2K2、N2P3K2和N3P2K2处理差异不显著外，与其他处理差异均达到了显著水平；鼓粒期，N2P2K3处理的指标值最大，为98.67 g，显著＞不施肥处理以及N0P2K2处理，但与其他处理差异均不显著；成熟期，N3P2K2处理的指标值最大，除与N4P2K2、N2P3K2和N2P2K2处理差异不显著外，与其他处理差异均达到了显著水平。

对相同磷钾肥（P2K2）条件下不同施氮量处理的大豆地上部干物质积累量进行比较，结果（图1）显示，施氮量对苗期和开花期的指标值影响不显著，对结荚期、鼓粒期和成熟期的指标值具有显著影响。结荚期，施氮处理的指标值除N1处理略约N0处理外，其他3 个处理均＞N0处理，其中，N4处理的指标值最大，显著＞N3处理，但二者均与N2处理差异不显著。鼓粒期，施氮处理的指标值均＞N0处理，其中，N4处理的指标值最大，显著＞N0处理，但与其他施氮量处理差异均不显著，而其他3 个施氮量处理之间及其与N0处理之间差异均不显著。成熟期，施氮处理的指标值均＞N0处理，指标值随着施氮量的增大呈先增加后降低的变化，其中，N3处理的指标值最大，其次是N4处理，二者差异不显著，但均显著＞N0和N1处理，而其他2 个施氮量处理与N0处理差异均不显著。表明施用氮肥可以促进大豆地上部分干物质的积累，N3和N4处理效果较好，其中N3处理（施氮量180 kg/hm2）成熟期的干物质积累量最大。

图1 相同磷钾肥（P2K2）条件下不同施氮量处理对大豆主要生育期地上部干物质积累量的影响Fig.1 Effect of different nitrogen amounts on the accumulation of aboveground dry matter in soybean during the main growth period under the same phosphorus and potassium fertilizer（P2K2）conditions

对相同氮钾肥（N2K2）条件下不同施磷量处理的大豆地上部干物质积累量进行比较，结果（图2）显示，施磷量对大豆主要生育期的指标值影响均不显著。开花期至鼓粒期，施磷处理的指标值均约P0处理，其中P1处理的指标值在结荚期和鼓粒期均为最低；之后，大豆干物质积累量较前3 个时期发生了较大变化，成熟期施磷处理的指标值随着施磷量的增大而逐渐增加，但P1处理的指标值仍约P0处理，而其他2 个施磷量处理的指标值均＞P0处理，其中P3处理的指标值最大。从整个大豆生育期看，P3处理的干物质积累量均增加较快。表明施用一定磷肥可以促进大豆地上部分干物质的积累，P2和P3处理效果较好，其中P2处理（施磷量120 kg/hm2）较为经济。

对相同氮磷肥（N2P2）条件下不同施钾量处理的大豆地上部干物质积累量进行比较，结果（图3）显示，施钾量仅对结荚期的指标值具有显著影响，对其他生育期的指标值均影响不显著。结荚期，施钾处理的大豆干物质积累量均＞K0处理，其中K2处理的指标值最大，与其他施钾量处理差异均不显著，但显著＞K0处理，而其他施钾量处理之间及其与K0处理之间差异均不显著。成熟期，施钾处理的指标值随着施钾量的增大呈先增加后降低的变化，且除K1处理外，其他2 个施钾量处理的指标值均＞K0处理，其中K2处理的指标值最大。表明施用一定钾肥可以促进大豆地上部分干物质的积累，总体来看，K2处理（施钾量120 kg/hm2）效果较好。

图3 相同氮磷肥（N2P2）条件下不同施钾量处理对大豆主要生育期地上部干物质积累量的影响Fig.3 Effects of different potassium amounts on aboveground dry matter accumulation in main growth stage of soybean under the same nitrogen and phosphorus fertilizer（N2P2）

2.1.2 干物质分配比例 随着大豆生育进程，不同处理的大豆各部分干物质分配比例不断变化。苗期，各处理的叶片/茎为0.88～1.49，叶片干物重比例均较大，但各施肥处理的指标值与不施肥处理差异均不显著，施肥处理中仅N2P1K2与N4P2K2处理差异达到了显著水平。开花期，各处理的叶片/茎为0.86～0.96，与苗期相比均有所下降，但差异均不显著。结荚期，各处理的叶片/茎为0.94～1.34，与开花期相比，不同处理的指标值均呈上升趋势，但差异均不显著。鼓粒期，各处理的叶片/茎为0.18～0.41，与结荚期相比，不同处理的指标值均呈下降趋势，但差异均不显著；各处理的荚果干物质量均超过了叶片与茎（含叶柄）的干物质量之和，占单株地上部干物质量的比例达到51.70%～61.77%，但各施肥处理的指标值与不施肥处理差异均不显著，施肥处理中N2P1K2处理的指标值最大且显著＞N1P2K2、N2P2K0、N2P2K2和N3P2K2处理。成熟期，各处理的叶片/茎为0.14～0.28，与鼓粒期相比，除N0P2K2和N2P1K2处理略有上升外，其他处理均呈现不同程度的降低，但所有处理间差异均不显著；各处理的荚果干物质量占单株地上部干物质量的比例为61.67%～72.33%，与鼓粒期相比均呈现不同程度的升高，其中施肥处理的指标值均显著＞不施肥处理。

可以看出，大豆生长早期叶片干物质比重较大，结荚期之后快速降低；鼓粒期，荚果干物质量超过叶片与茎（含叶柄）的干物质量之和；至成熟期，施肥处理的荚果质量比例均达到70%左右，且均高于不施肥处理，最高达到了72.33%。

2.2 氮磷钾肥不同用量配施对大豆产量的影响

对相同磷钾肥（P2K2）条件下不同施氮量处理的大豆产量进行比较，结果（图4）显示，施氮处理的大豆产量均＞N0处理，增幅为3.97%～29.07%，但不同施氮量处理的影响程度不同，且除N4处理外，其他处理与N0处理差异均达到了显著水平，其中N3处理的产量最高；指标值随着施氮量的增大呈先增加后降低的变化，其中，N4处理的指标值显著约其他3 个施氮量处理，N3处理的指标值显著＞N1处理但二者均与N2处理差异不显著。可以看出，除高氮施肥外，其他3 个施氮量处理均可显著提高大豆产量，其中N3处理（施氮量180 kg/hm2）产量最高。

图4 氮磷钾肥不同用量配施对大豆产量的影响Fig.4 Effects of different amounts of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers on soybean yield

对相同氮钾肥（N2K2）条件下不同施磷量处理的大豆产量进行比较，结果显示，施磷处理的大豆产量均显著＞P0处理，增幅为6.47%～19.88%；指标值随着施磷量的增大呈先增加后降低的变化，其中，P2处理的产量最高，与P3处理差异不显著，但二者均显著＞P1处理。表明增施磷肥可显著提高大豆产量，其中P2处理（施磷量120 kg/hm2）产量最高且比较经济。

对相同氮磷肥（N2P2）条件下不同施钾量处理的大豆产量进行比较，结果显示，施钾处理的大豆产量均显著＞K0处理，增幅为22.29%～23.04%；指标值随着施钾量的增大呈先增加后降低的变化，但不同施钾量处理的产量差异均不显著，其中K2处理处理的产量最高。表明增施钾肥可显著提高大豆产量，其中K2处理（施钾量120 kg/hm2）产量最高。

从肥料的产量边际效益看，施氮（N）量为0～240 kg/hm2时，产量随着施氮量的增大呈先增加后降低的变化，其中施氮（N）量为0～180 kg/hm2时，肥料每增加60 kg/hm2，产量依次增加803.66、119.00 和138.67 kg/hm2，继续增施N 肥45 kg/hm2后产量反而较施氮量180 kg/hm2处理降低916.33 kg/hm2，1 kg 氮肥（N）的增产量依次为13.39、1.98、2.31 和-20.36 kg，即氮肥的产量边际效益呈降低—升高—降低的变化；施磷（P2O5）量为0～180 kg/hm2时，产量随着施磷量的增大呈先增加后降低的变化，1 kg 磷肥的增产量依次为4.11、8.53 和-2.77 kg，即磷肥的产量边际效益呈先增加后降低的变化；施钾（K2O）量为0～180 kg/hm2时，产量随着施钾量的增大呈先增加后降低的变化，1 kg 钾肥的增产量依次为13.81、0.46 和-0.42 kg，即钾肥的产量边际效益呈递减趋势。综上分析可以看出，虽然大豆产量随着每种肥料施用量的增大均呈先增加后降低的趋势变化，但氮、磷、钾肥料的产量边际效益变化规律不同，这可能是由于大豆对每种肥料的吸收比例不同以及不同肥料在土壤中的有效性不同所造成。

2.3 氮磷钾肥不同用量配施对肥料利用率的影响

氮磷钾肥不同用量配施处理的肥料利用率差异显著（表3）。相同磷钾肥（P2K2）条件下，随着施氮量的增大，氮肥的偏生产力和农学效率均逐渐降低；相同氮钾肥（N2K2）条件下，随着施磷量的增大，磷肥的偏生产力逐渐降低，但农学效率呈先升高后降低的变化；相同氮磷肥（N2P2）条件下，随着施钾量的增大，钾肥的偏生产力和农学效率均逐渐降低。表明适量施肥能显著提高大豆产量，但需要同时兼顾到肥料利用率情况，过多施肥不仅会导致产量降低，还会导致成本增加。综合考虑认为，本研究条件下，适宜的施肥量为氮（N）180 kg/hm2、磷（P2O5）120 kg/hm2、钾（K2O）120 kg/hm2。

表3 氮磷钾肥不同用量配施对肥料利用率的影响Table 3 Effects of different amounts of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers on fertilizer utilization rate（kg/kg）

2.4 氮磷钾肥不同用量配施对大豆经济效益的影响

对相同磷钾肥（P2K2）条件下不同施氮量处理的大豆经济效益进行比较，结果（表4）显示，随着施氮量的增大，大豆增产效益和产投比均呈先升高后降低的变化，其中，N3处理的增产效益最大、产投比（5.70）较高，N4处理的增产效益为负值、产投比最低。对相同氮钾肥（N2K2）条件下不同施磷量处理的大豆经济效益进行比较，结果（表5）显示，随着施磷量的增大，大豆增产效益呈先升高后降低的变化，产投比逐渐降低，其中P2处理的增产效益最大、产投比（5.96）较高。对相同氮磷肥（N2P2）条件下不同施钾氮量处理的大豆经济效益进行比较，结果（表6）显示，随着施钾量的增大，大豆增产效益和产投比均逐渐降低，其中，K1处理的增产效益最大、产投比（7.75）较高。综上分析可以看出，适量施肥不仅能提高大豆产量，还能节约成本，增加经济效益。综合考虑认为，在保证净收益的条件下，N3P2K2处理〔施氮（N）量180 kg/hm2、施磷（P2O5）量120 kg/hm2、施钾（K2O）量120 kg/hm2〕最为合理。

表4 相同磷钾肥（P2K2）条件下施氮量对大豆经济效益的影响Table 4 Effect of nitrogen application amount on economic benefit of soybean under the same phosphorus and potassium fertilizer（P2K2）condition

表5 相同氮钾肥（N2K2）条件下施磷量对大豆经济效益的影响Table 5 Effect of phosphorus application amount on economic benefit of soybean under the same nitrogen and potassium fertilizer（N2K2）

表6 相同氮磷肥（N2P2）条件下施钾量对大豆经济效益的影响Table 6 Effect of potassium application amount on economic benefit of soybean under the same nitrogen and phosphorus fertilizer（N2P2）

3 结论与讨论

干物质积累可以直接影响作物成熟期的产量情况，增加干物质积累量是提升产量的基础[17]。王政等[19]研究显示，大豆施用氮磷钾肥后，各处理的地上部干物质量除苗期有所差异但均未达到显著水平外，其他生育期施肥处理的干物质积累量均显著高于不施肥处理。本研究条件下，与不施肥处理相比，氮磷钾肥不同用量配施均能够提高大豆各生育期的干物质积累量，其中成熟期的大豆干物质积累量，随着施氮量的增大呈先升高后降低的变化，这与前人的研究结果[18，20]一致，表明过量施氮并不能持续提高大豆地上部的干物质累积量；随着施磷量的增大而逐渐增加，这与乔振江等[13]的研究结果一致；随着施钾量的增大呈先升高后降低的变化，表明过高钾肥并不利于大豆地上部干物质的积累，这与闫春娟等[14]的研究结果一致。

施用氮磷钾肥可显著提高大豆产量[19，21，22]。本试验结果显示，不同肥料施用量对大豆产量的影响效果不同，相同磷钾肥（P2K2）条件下施氮处理的大豆产量较不施氮肥处理增加3.97%～29.07%，相同氮钾肥（N2K2）条件下施磷处理的大豆产量较不施磷肥处理增加6.47%～19.88%，相同氮磷肥（N2P2）条件下施钾处理的大豆产量较不施钾肥处理增加22.29%～23.04%；同时还发现，氮、磷、钾不同肥料的产量边际效益变化规律不同，这与王政等[19]的研究结果一致。随着每种肥料施用量的增大，大豆产量均呈先增加后降低的变化，氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）肥料施用量分别为180、120 和120 kg/hm2时大豆产量达到最高。

适量施肥能显著提高大豆产量和经济效益，但过多施肥不仅会导致产量降低，还会导致成本增加，经济收益减少[23-25]。本试验中，相同磷钾肥（P2K2）条件下，随着施氮量的增大，氮肥的偏生产力和农学效率均呈逐渐降低趋势；相同氮钾肥（N2K2）条件下，随着施磷量的增大，磷肥的偏生产力逐渐降低，但农学效率呈先升高后降低的变化，这与前人研究结果[20]一致；相同氮磷肥（N2P2）条件下，随着施钾量的增大，钾肥的偏生产力和农学效率均逐渐降低。本研究还发现，在保证净收益的条件下，N3P2K2处理的增产效益最高。在本试验条件下，承德地区氮肥（N）用量为180 kg/hm2、磷肥（P2O5）用量为120 kg/hm2、钾肥（K2O）用量为120 kg/hm2时，大豆的地上部干物质积累量最大，产量和经济效益最高。