引用本文
于晓波, 梁建秋, 何泽民, 周全卢, 吴海英, 张明荣. 撒播量对大豆茎秆特性和产量的影响. 草业学报, 2020,29(9): 117-124
YU Xiao-bo, LIANG Jian-qiu, HE Ze-min, ZHOU Quan-lu, WU Hai-ying, ZHANG Ming-rong. Response of stem characteristics and yield to sowing rate in soybean. Acta Prataculturae Sinica,2020,29(9): 117-124  
Doi:10.11686/cyxb2019514
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撒播量对大豆茎秆特性和产量的影响
于晓波, 梁建秋*, 何泽民, 周全卢, 吴海英, 张明荣*
四川省南充市农业科学院, 四川 南充 637000
*通信作者Corresponding author. E-mail: zhangminron@126.com, liangjianqiu142@163.com

作者简介:于晓波(1985-),男,河南洛阳人,副研究员,博士。E-mail: bo0524@163.com

收稿日期: 2019-11-26
基金项目:国家重点研发计划(2017YFD0101500),国家现代农业产业技术体系(CARS-04-CES25),现代农业产业技术体系四川豆类杂粮创新团队专项资金和农业部川渝薯类与大豆科学观测实验站支持资助
摘要

以粒重和植株生长特性存在差异的两个大豆品种南豆12和南夏豆25为试验材料,分析不同撒播量下的大豆成活株数、茎秆特征和产量构成因素,为人工撒播的实际应用提供依据。结果表明:1)相同撒播量条件下,南豆12单位面积出苗数显著高于南夏豆25,成株数和成株率则显著低于南夏豆25,成株数表现为品种和撒播量互作显著。2)随着撒播量的增加,大豆茎秆粗度显著减小,主茎高度、重心高度和节间长度显著增加;群体密度的增加促进茎秆的伸长生长、抑制横向生长;茎秆机械强度和抗倒指数下降,倒伏率增加。品种间表现为南夏豆25对群体密度的增加响应更为敏感。3)随着撒播量的增加,南豆12单株粒数的下降幅度大于南夏豆25,百粒重的降幅小于南夏豆25,品种间产量构成因素对撒播量的响应程度不同;随着撒播量的增加,单位面积成活株数增加,群体产量表现为先升后降。品种间单株粒重无显著差异,成株数对产量形成的影响较倒伏更为明显,南豆12在90 kg·hm-2时产量最高,南夏豆25则在120 kg·hm-2时产量最高。

关键词: 撒播量; 茎秆特性; 机械强度; 倒伏; 产量
Response of stem characteristics and yield to sowing rate in soybean
YU Xiao-bo, LIANG Jian-qiu*, HE Ze-min, ZHOU Quan-lu, WU Hai-ying, ZHANG Ming-rong*
Nanchong Institute of Agriculture Science, Nanchong 637000, China
Abstract

Two soybean varieties, Nandou12 (ND12) and Nandou25 (ND25), with different 100-seed weight and growth characteristics were used in field experiment to investigate the maturation rate, stem growth characteristics and yield at different sowing rates. It was found that seedling density of ND12 was higher than that of ND25 with the same sowing rate, but the mature plant number of ND12 was lower and the maturation rate was slower than for ND25. The variety×sowing rate interaction effect for mature plant number was significant. With increased sowing rate, stem diameter decreased significantly. However, stem height, height of the stem center of gravity and internode length increased significantly. Elongation growth of the stem was promoted, but increase in stem diameter was restrained. ND25 was more sensitive to increase in plant density than ND12. ND12 had a higher reduction in seed number per plant with increased plant density than ND25, but a lower reduction in 100-seed weight. The plant density response of various yield components differed between varieties. As the sowing rate and mature plant number increased, the stem mechanical strength and lodging resistance index decreased, while yield increased initially and then decreased. There was no significant difference between varieties for plant seed weight while the effect of density on yield formation was more important than that of lodging. ND12 and ND25 have the highest yield at 90 and 120 kg·ha-1, respectively.

Keyword: sowing quantity; stem characteristics; mechanical strength; lodging; yield

大豆(Glycine max)是我国重要的油料作物, 也是优质食用蛋白和饲料蛋白的主要来源。随着国家政策的调控, 大豆在农业种植业结构调整中的地位更加特殊和重要[1]。近年来, 国民经济发展迅速, 优质劳动力不断从农业生产中迁出, 大力推进农业生产的全程机械化成为提高农业生产效率的一种选择[2]。我国的三大主粮作物水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)、小麦(Triticum aestivum)从整地播种、田间管理到产品收获等各生产环节中机械化程度较高, 与之相比大豆的机械化则发展的相对缓慢[3, 4, 5]。与东北和黄淮海大豆主产区相比, 南方地区由于标准农田建设落后、适宜机型缺乏、耕作方式多样等[6, 7, 8]多种原因, 大豆生产环节中机械化程度极低, 特别是最能够提高生产效率的机播方面。适宜机型的选择范围窄和机械价格高使大豆机播在地形受限、生产规模小的山地和丘陵农区未能迅速推广和应用。大豆人工撒播作为一种对机械要求低、操作方便、适宜多种种植模式的播种方式, 在山区、丘陵地区和幼林果园等多种生产条件下仍具有一定的应用空间[9]。

撒播作为省工、高效、争时的轻减栽培方式, 对土地、光热及水肥的利用效率高, 人工和机械成本投入少, 经济效益较高。撒播小麦与条播相比, 花前茎和叶鞘中氮素转运量高, 干物质积累量大于条播, 花后则干物质积累量逐渐小于条播, 且旗叶的衰老速度快于条播[10]; 在产量因素构成上则明显表现出“ 两增一平” 的特点, 即有效穗和千粒重增加, 穗粒数基本持平[11], 同时可以显著降低田间缺苗断垄单元的分布, 提高田间群体生物量积累[12]。撒播油菜(Brassica napus)与条播相比, 基本苗和产量高于条播, 人工成本明显下降, 但其根系发达程度特别是侧根的生长发育远不如育苗移栽, 同时田间发病率和病情指数略高于条播[13, 14]; 冯娟[15]研究认为, 随着油菜撒播量的增加, 茎秆的全氮输出量增加, 角果干物质积累速率和花后干物质积累量对角果的贡献率均增加; 单株角果数减少而群体角果数增加, 每角粒数、千粒重则无显著变化。前人关于撒播的研究主要集中在小麦、油菜等粒重较小的作物上, 而对大豆的撒播尚未见到详细报道。本研究以籽粒大小和植株生长特性差异明显的大豆品种为研究对象, 分析不同撒播量下的大豆茎秆形态特征、抗倒能力和产量构成差异, 以期探明撒播量对茎秆特性及产量形成的影响, 为人工撒播在适宜地区的应用提供依据。

1 材料与方法
1.1 试验材料与土壤

试验于2016年6-11月在四川省南充市西充县青狮镇大豆科研生产示范基地进行(30° 53' N, 105° 37' E)。供试大豆品种为南豆12和南夏豆25, 均为农业部和四川省主导品种, 由南充市农业科学院提供。其中南豆12百粒重为19.1 g, 发芽率92.7%; 叶片肥大, 分枝多, 单株生产能力强。南夏豆25百粒重为24.9 g, 发芽率94.2%; 株型紧凑, 主茎结荚能力强。

供试土壤为紫色壤土, pH为6.62, 土壤耕层基础肥力为:有机质13.2 g· kg-1, 全氮1.62 g· kg-1, 全磷0.88 g· kg-1, 全钾31.72 g· kg-1, 速效氮6.85 mg· kg-1, 速效磷6.04 mg· kg-1, 速效钾123.42 mg· kg-1。

1.2 试验设计

采用两因素随机区组试验设计, A因素为品种:南豆12(ND12), 南夏豆25(ND25); B因素为人工撒播种子量:30(S30), 60(S60), 90(S90), 120(S120), 150 kg· hm-2(S150)。雨后土壤湿度保持在70%~80%时利用小型旋耕机进行整地, 划分小区后按种子所需量在小区内进行撒播, 先尽量撒稀, 后补撒均匀, 撒播完后立即用旋耕机浅旋覆盖豆种。小区长16 m, 宽10 m, 面积160 m2。田间管理按常规进行。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 出苗数与成株率 苗期调查各小区内大豆出苗数(seedling number, SN), 成熟期调查各小区实际存活株数(mature plant number, MN), 计算成株率(maturity rate, MR) (成株率=每小区大豆实际存活株数/出苗数× 100%)[16]。

1.3.2 茎秆形态和力学特征 大豆结荚盛期(R5期), 每小区连续取样20株, 将主茎从子叶节处剪断, 测定主茎高(stem height, SH)和茎秆重心高(茎秆基部至该茎平衡支点, stem height of gravity center, GC)、基部第一节间粗度(internode length of 1st, 1stIL)和长度(stem diameter of 1st, 1stSD)、主茎节数(node number, NN), 计算平均节间长度(average internode length, AIL); 使用YYD-1型数字式测力仪(浙江)测定茎秆机械强度, 计算茎秆抗倒指数 (茎秆抗倒指数=机械强度/重心高度)。

1.3.3 倒伏率 实际倒伏株数/小区实际株数× 100%, 主茎与地面的夹角≤ 30° 为倒伏。

1.3.4 产量性状 大豆成熟时, 每小区取20株具有代表性植株, 调查其单株粒数(plant seed number, PSN)、百粒重(100-seed weight, 100-SW)和单株粒重(plant seed weight, PSW)等产量性状指标。

1.4 数据分析

采用Excel 2007和SPSS 19.0软件进行数据处理分析, 采用LSD法分析差异显著性。

2 结果与分析
2.1 出苗数和成株率

不同品种和播种量间大豆的出苗数(SN)、成株数(MN)和成株率(MR)均呈极显著差异(P< 0.01), 成株数表现为撒播量和品种互作差异极显著(P< 0.01)。随着播种量的增加两个品种大豆的SN均显著增加。播种量小于S90时各处理间的MN差异显著, 随着播种量的增加, 各品种不同处理下表现不同:播种量从S90增加至S120时ND25的MN显著增加, ND12无显著变化。播种量小于S90时, 各处理间MR无显著差异, 随着播种量的增加, ND12的MR显著下降, 而ND25的S120与S90、S150处理间无显著差异。

2.2 茎秆形态特征

不同品种和播种量间大豆主茎高(SH)、重心高(GC)和重心高/主茎高(GC/SH)均呈显著或极显著差异。SH和GC均随着播种量的增加而逐渐增加, 且GC的增幅明显高于SH; 增幅最大出现在S60~S90, ND12和ND25的SH和GC增幅分别为8.84%、12.03%和11.94%、17.10%。GC/SH随着播种量的增加逐渐增加, 且品种间表现差异明显:ND25随着播种量的增加各处理间差异显著, ND12则表现为S150显著高于S30, 其余处理间无显著差异。大豆SH、GC和GC/SH随播种量的增加其增幅均表现为ND25> ND12。

不同品种和播种量间大豆第一节间长度(1stIL)、第一节间粗度(1stSD)和长粗比(1st L/D)差异极显著。1stIL随着播种量的增加逐渐增加, ND12增幅在S60~S90时最大(8.44%), 且差异显著; ND25各处理间差异均达显著水平, 在S90~S120时增幅最大(10.12%)。1stSD随着播种量的增加逐渐减小, 各处理间的下降幅度均表现为ND25> ND12, 且两个品种的降幅最大出现在S90~S120; 从处理间差异看, ND12表现为S30、S60、S90显著高于S120和S150, ND25表现为S30和S60显著高于S90, S90显著高于S120、S150。1st L/D随着播种量的增加逐渐增加, 两个品种增幅最大均出现在S90~S120(14.64%和17.36%)。

不同播种量间大豆平均节间长(AIL)差异极显著, 品种间差异不显著。当播种量小于120 kg· hm-2时, 随着播种量的增加逐渐增加, 各处理间的增加幅度均表现为ND25> ND12, 且两个品种的增幅最大出现在S60~S90。主茎节数(NN)表现为ND12显著高于ND25, 不同播种量间无显著差异。

表2 不同播种量下的大豆茎秆形态特征 Table 2 The stem morphological characteristics of different sowing quantity
2.3 茎秆机械强度和抗倒指数

不同品种和播种量下大豆机械强度(SMS)、抗倒指数(LRI)和田间倒伏率(LR)的差异均达显著水平。随着播种量的增加SMS和LRI均显著下降, LR显著增加, 但不同品种各处理间的表现不同:ND12的SMS、LRI和LR在S90~S120(-14.54%、-20.74%和9.38%)时变幅最为明显, ND25则在S60~S90时变幅最大(-13.38%、-26.02%和14.21%), 表明品种对撒播量变化的响应程度不同, ND25随着播种量的增加更容易发生倒伏。

表3 不同播种量下的大豆产量 Table 3 The yield of different sowing quantity
2.4 产量性状

不同品种和播种量间大豆单株粒数(PSN)、百粒重(100-SW)和产量(Y)差异极显著, 单株粒重(PSW)表现为随着播种量的增加显著下降, 品种间则无显著差异。PSN和100-SW随着播种量的增加逐渐下降, PSN的降幅均明显大于100-SW, PSN对播种量增加的响应较100-SW更为明显; 从两个品种的表现看, ND12的PSN降幅明显大于ND25, 100-SW降幅小于ND25, 表明群体密度的增加对不同品种大豆产量构成的影响不同, 这与其品种特性有关。随着播种量的增加不同品种的PSW变化不同, 播种量从S90增加至S120时, ND12的PSW下降14.24%而ND25仅下降1.45%, 这使得最终产量表现为ND12在S90时产量最高而ND25在S120时最高。产量表现为品种和播种量互作效应极显著, 表明两个品种的适宜密度不同。

图1 不同播种量下的大豆茎秆机械强度、倒伏率和抗倒指数
不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。Fig.1 The stem mechanical strength, lodging rate and lodging resistance index of different sowing quantity
Different small letters indicate significant differences among treatments at P< 0.05.

2.5 茎秆形态特征与抗倒指数的相关分析

相关分析表明, 茎秆形态特性与抗倒指数关系密切(表4)。重心高度、重心高/株高、第一节间长粗比和平均节间长与倒伏率呈极显著正相关(0.950、0.814、0.906和0.947), 表明茎秆节间长、植株重心高易发生倒伏。第一节间粗度和茎秆机械强度与抗倒指数呈极显著正相关(0.981和0.987), 表明茎秆基部节间粗、机械强度大不易发生倒伏。成活株数与倒伏率呈极显著正相关(0.991), 植株群体密度越大越容易引起倒伏, 但其与产量呈极显著正相关(0.870), 表明密度在产量形成中贡献大。

表4 茎秆形态特征与抗倒指数的相关性分析 Table 4 Correlation of stem morphological characteristics and lodging resistance index
3 讨论

播种量取决于种子质量(发芽率和种子净度)、粒重、种植密度(基本苗)和田间损失率, 在播种量和种子质量相同的情况下, 粒重和田间损失率决定了田间的成苗数量, 田间损失率则与整地质量、土壤水分和覆盖方式等有关[17]。本试验条件下, 播种方式与外界生态因素如水分、温度等均一致, 籽粒数量和吸水特性成为影响种子萌发和成苗的关键。小粒品种吸水速率快、需水量少、萌发时间短, 胚根向下伸长生长更快[18, 19, 20]。粒重较小的ND12更易萌发出苗, 同时相同播种量下小粒品种籽粒数量更多, 使得ND12出苗率显著高于ND25(表1)。个体生长能力和群体内竞争性是决定植株能否成活的重要因素[21]。ND12单株生产能力强, 叶片肥大且平展、分枝多的株型特征使其群体内个体间相互竞争强度大, 对密度的增加响应较为敏感; ND25则分枝相对较少, 株型紧凑, 叶片分布合理, 耐密性好。品种间耐密性的差异在本试验条件下具体表现为相同播种量下ND12成株数和成株率显著低于ND25, 导致品种间的田间密度不同。

表1 不同播种量下的大豆出苗数、成株数和成株率 Table 1 The seedling number, mature plant number and maturity rate of different sowing quantity

合理的密度能够充分发挥个体生产潜力, 最大程度发挥群体在增加单位面积产量上的作用[22]。随着密度的增加, 植物群体能够通过自我调节补偿效应来提高对环境的适应能力, 增加群体的功能和稳定性[23], 其中植株形态的改变在群体功能的发挥中起着重要的调节作用, 特别是通过影响植株的茎秆特性[16]。茎秆基部节间粗度与植株抗倒能力呈极显著正相关[24], 株高、重心高和第一节间长度及长粗比与植株抗倒能力呈显著负相关[25]。本研究发现, 随着播种量和田间密度的增加, 株高、重心高度和第一节间长度均极显著增加, 第一节间粗度和茎秆机械强度则极显著下降, 导致长粗比和平均节间长显著增加而抗倒指数显著下降, 这与弱光或荫蔽环境下的植株伸长生长能力增强、横向生长受抑制的典型表现极为相似[26], 表明光在群体密度变化中对茎秆的生长起着重要的调控作用。不同品种对播种量增加的响应程度不同, ND25的茎秆形态特征和抗倒指数随着播种量的增加变化更为明显。

单位面积产量受个体生产力和群体密度互作的制约。本研究发现, 随着播种量的增加, 大豆产量构成因素单株粒数、百粒重和单株粒重均显著下降, 其中ND12的单株粒数降幅明显大于ND25, ND25百粒重下降更为明显, 而品种间单株粒重无显著差异, 这是由于不同品种产量构成因素对单株产量的贡献不同。随播种量的增加产量变化趋势均表现为先升后降, 但ND12在播种量为S90时产量最高, ND25在S120时最高, 表明撒播种植下成活株数对群体产量影响极大, ND25较ND12更耐密植。随着成活株数的增加, 大豆茎秆机械强度下降, 植株更易发生倒伏, 产量表现为先升后降, 表明在本研究条件下倒伏并非是群体产量增加的限制因素, 密度则对产量的形成影响更为明显(表4)。

4 结论

大豆人工撒播条件, 随着播种量的增加, 大豆主茎纵向伸长生长能力增强, 茎秆粗度和机械强度下降, 倒伏率增加; 同等播种量下籽粒较小的品种ND12单位面积出苗数更高, 但株型更适宜密植的ND25单位面积成活株数和成株率更高。品种间单株粒重无显著差异, 成株数成为影响单位面积籽粒产量的重要因素, ND12在S90下产量最高, ND25则在S120下产量最高。

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