第43卷第6期2020年11月
河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報
JOURNAL OF HEBEI AGRICULTURAL UNIVERSITY
Vol.43 No.6
Nov.2020
大豆產(chǎn)量和水分利用效率對水氮處理的響應(yīng)
盧曉鵬，陳任強，高惠嫣，劉宏權(quán)
（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北 保定 071001）
摘要：通過位于黑龍港流域的大田試驗，研究了不同水氮處理對大豆產(chǎn)量、干物質(zhì)量及水分利用效率的影響。試
驗設(shè)置灌水量和施氮量2個因素，灌水量設(shè)置充分灌溉（W4：灌水量為1.0 I）和虧缺灌溉（W3：0.8 I，W2：
0.6 I，W1：0.4 I，W0：0 I）共5個灌水水平，3個施氮水平（低氮N1：75 kg/hm2，中氮N2：150 kg/hm2，
高氮N3：225 kg/hm2），同時設(shè)置空白處理（W0N0），共計16個處理。結(jié)果表明：大豆產(chǎn)量最高的是W4N2處理，
最高產(chǎn)量為1968.05 kg/hm2，比處理W4N1和W4N3分別增長42.43%和45.31%，水分利用效率WUE最高的
為W3N3處理。本試驗條件下，W3N3處理比對照組W4N2產(chǎn)量下降5.72%，水分利用效率WUE增加7.50%，
節(jié)約150.15 m3/hm2的灌水量。
關(guān)?鍵?詞：大豆；水氮互作；耗水量；水分利用效率
中圖分類號：S 274.1開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：
文獻標志碼：A
Respon of soybean yield and water u efficiency to water and
nitrogen treatments
LU?Xiaopeng,?CHEN?Renqiang,?GAO?Huiyan,?LIU?Hongquan
（Urban and Rural Construction Institute, Hebei Agricultural University, Baoding 071001, China）Abstract：The rearch studies the effects of different water and nitrogen treatments on soybean yield, dry matter
quality and water u efficiency through field trials in the Heilonggang Basin. The experiment t two factors of
irrigation volume and nitrogen application volume. 16 treatments were t, which included five levels for irrigation
volume, including full irrigation (W4: irrigation volume is 1.0 I) and deficit irrigation (W3: 0.8 I, W2: 0.6 I, W1:
0.4 I, W0: 0 I), 3 levels of nitrogen application (low nitrogen N1: 75 kg/hm2, medium nitrogen N2: 150 kg/hm2,
high nitrogen N3: 225 kg/hm2) and blank treatment (W0N0). The results showed that the W4N2 treatment had the
highest yield of soybeans, and the highest yield was 1 968.05 kg/hm2, an increa of 42.43% and 45.31% respectively
compared with the treatment of W4N1 and W4N3. Under the conditions of this experiment, the W3N3 treatment
decread 5.72% compared with the control group W4N2, and the water u efficiency WUE incread by 7.50%,
saving 150.15 m3/hm2 of irrigation water.
Keywords：soybean; water-nitrogen interaction; water consumption; water u efficiency
文章編號：1000-1573(2020)06-0044-07DOI：10.13320/jki.jauh.2020.0111
收稿日期：2019-12-23
基金項目：國家食用豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-08-G-22）.
第一作者：盧曉鵬（1992-），男，河北邯鄲人，碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究.E-mail：*****************通信作者：?劉宏權(quán)（1979-），男, 河北巨鹿人，博士，副教授，主要從事農(nóng)田水肥調(diào)控及農(nóng)業(yè)水土資源優(yōu)化利用研究.
E-mail：*************
本刊網(wǎng)址：http: // hauxb. hebau. edu. cn: 8080 /CN/ volumn / home. shtml
45第6期
黑龍港流域歷來是國家重要的農(nóng)業(yè)種植區(qū)，農(nóng)業(yè)
灌溉水資源十分匱乏，屬于地下水壓采區(qū)［1-2］。施
氮量和灌水量作為限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素［3］，對
作物產(chǎn)量影響較大。已有研究成果表明當土壤水分適
宜和充足時，水氮互作對產(chǎn)量表現(xiàn)為加和作用，當土
壤水分含量過高時，水氮互作表現(xiàn)為拮抗作用，土壤
水分含量較低時，表現(xiàn)為限制性的協(xié)同作用，當土
壤水分含量過低時，水氮互作對增產(chǎn)不起作用［4］。
合理施用氮肥和充分灌溉有利于提高植株地上部生物量，其中高水低肥處理效果最優(yōu)，低水無肥效果最差［5］。趙炳梓［6］、栗麗［7］認為小麥水分利用效率隨著灌水量的增加而降低，當灌水水平較低時，水分利用效率隨著施氮量的增加呈現(xiàn)上升趨勢，隨著施氮量的增加，水分利用效率先增加后降低。白楊［8］通過盆栽試驗得出水分和氮肥在一定范圍內(nèi)具有顯著的正效應(yīng)和耦合效應(yīng)，其中水是制約大豆產(chǎn)量的主要因素，相關(guān)研究表明［9-10］灌水與氮肥協(xié)同作用比氮肥單獨作用能增加大豆產(chǎn)量，使大豆能更有效地利用水肥資源，在旱地條件下施肥能提高土壤水勢，從而提高土壤水分的有效性，使一部分原來對植物生長無效的水變得有效，使植物能吸收利用更多的土壤水分［11］。試驗多在東北、西北等地區(qū)，得出的適宜水氮處理結(jié)果不盡相同［12-13］，本試驗針對黑龍港流域水土資源狀況，研究不同水氮處理對大豆生長及水分利用效率的影響，為本地區(qū)種植大豆尋求高產(chǎn)、高效提供科學(xué)水肥方案。
1?材料與方法
1.1?試驗區(qū)概況
試驗于2019年4—9月在位于黑龍港流域巨鹿縣河北農(nóng)業(yè)大學(xué)的綜合試驗站（37°34′51'' N，115°13′24'' E，海拔28.5 m）進行。該站多年平均氣溫13.3℃，多年平均日照時數(shù)2767.4 h，無霜期202 d，多年平均降雨量509 mm，降雨主要集中在6—8月，地下水埋深40 m左右。試驗地表層土壤有機質(zhì)含量8.967 g/kg，全氮0.540 g/kg，全磷0.892 g/kg，全鉀22.690 g/kg，堿解氮33.17 mg/kg，有效磷1.82 mg/kg，速效鉀169.32 mg/kg。大豆生育期內(nèi)氣象數(shù)據(jù)由天圻智能生態(tài)氣象站（ET007，東方智感（浙江）科技股份有限公司，杭州）測定，試驗期間主要氣象要素如圖1所示。土壤基本性質(zhì)如表1所示。
有
效
降
雨
/
m
m
/
累
計
太
陽
輻
射
量
/
(
M
J
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-
2
)
E
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i
o
n
氣
溫
/
℃
A
i
r
t
e
m
p
e
r
a
t
u
r
e 60
50
40
30
20
10
35
30
25
20
15
10
5
日期/（月-日） Dake
累計太陽輻射量
日平均氣溫
4
-
2
6
5
-
3
5
-
1
5
-
1
7
5
-
2
4
5
-
3
1
6
-
7
6
-
1
4
6
-
2
1
6
-
2
8
7
-
5
7
-
1
2
7
-
1
9
7
-
2
6
8
-
2
8
-
9
8
-
1
6
8
-
2
3
8
-
3
9
-
6
9
-
1
3
9
-
2
圖1?大豆生育期內(nèi)主要氣象要素變化圖
Fig.1 Variations of daily averaged meteorological elements during the whole growing ason of soybean
表1?試驗地土壤基本性質(zhì)
Table 1 Basic properties of soil
土層深度/cm
Soil depth
土壤質(zhì)地
Soil texture
容重γ/（g·cm-3）
Soil bulk density
田間持水率θf
（V/V，%）
Field water-
holding capacity
θf (V / V,%）0～10
淺黃色，壤土，
無黏粒
1.410.295
10～201.390.290
20～301.360.305
30～401.360.341
40～50
深黃色，壤土，
含有少量黏粒
1.370.375
50～601.410.375
60～70
棕黃色，黏質(zhì)土，
含有較多黏粒
1.460.395
70～801.380.376
80～90
棕黃色，砂質(zhì)土
壤，含有較多砂粒
1.380.391
90～1001.410.309
1.2?試驗設(shè)計
供試品種為‘冀豆12號’，2019年4月26日進行播種，播種方式為條播，行距40 cm，出苗后留苗6萬株/h
m2，同年9月19日收獲，全生育期146 d。共分4個生育階段：苗期18 d（4月26日—5月15日）、分枝期27 d（5月15日—6月10日）、花莢期67 d（6月11日—7月16日）、鼓粒期34 d（7月17日—9月19日）。試驗設(shè)置5個灌水水平和3個追氮水平，灌水方式為畦灌，以對照小區(qū)W4N2田持（75±2）%時進行灌水，灌到田持（95±2）%，灌水量記為I（W4），5個灌水水平（W4：1.0 I，W3：0.8 I，W2：0.6 I，W1：0.4 I，W0：0 I），3個追氮量水平（低氮N1：75 kg/hm2，中氮N2：
盧曉鵬，等：大豆產(chǎn)量和水分利用效率對水氮處理的響應(yīng)
46第43卷
河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報
150 kg/hm2，高氮N3：225 kg/hm2）。苗期、分枝期、花莢期、鼓粒期計劃濕潤層分別為30、40、50和60 cm。底肥施用復(fù)合肥（N∶P∶K=15∶15∶15）50.3 kg/hm2、過磷酸鈣687.13 kg/hm2（12% P2O5）和硫酸鉀（52% K2O）81.64 kg/hm2。分枝期末追施尿素（46.2% N），施用量為75 kg/hm2（N1）、150 kg/hm2（N2）、225 kg/hm2（N3）；另設(shè)一對照組不追肥和不灌水處理（W0N0），共16個處理，3組重復(fù)并進行隨機排列。試驗小區(qū)為4 m×4 m，小區(qū)邊界0.5 m為保護帶；其余田間管理與當?shù)匾恢隆?/span>
1.3?試驗測定項目及方法
1.3.1?土壤含水率土壤含水率由土壤水分廓線儀(Diviner 2000, Sentek Pty Ltd.，Australia)進行測定，每10 cm 1個測點，測量深度1 m，每7～10 d進行測量，灌水前后和降雨后加測（表2）。
表2?大豆生育期內(nèi)灌水時間和灌水量
Table 2 Irrigation time and amount during soybean growth ason mm
灌水次數(shù)Irrigation times
灌水日期
Irrigation date W4W3W2W1W0
15月23日21.8817.5013.138.750 26月1日18.7517.5016.2515.000 36月24日46.8837.5028.1318.750總計87.5072.5057.5042.500
1.3.2?大豆地上干物質(zhì)量分配及產(chǎn)量在各生育期末取3株具有代表性的植株，分成葉、莖、豆莢3部分然后將樣品植株裝入信封在烘箱105℃下殺青30 min，然后在80℃下烘干至恒重，測得其干物質(zhì)量；測產(chǎn)時每小區(qū)隨機選取面積為1 m×1 m進行測產(chǎn)，各處理重復(fù)3次，測定每小區(qū)籽粒質(zhì)量，取平均值后折算成公頃產(chǎn)量。
1.3.3?作物耗水量采用水量平衡方程計算各個生育階段及全生育期作物耗水量：
ET=P+I+S+△W-R-D
式中，ET為作物耗水量（mm），P為降水量（mm），I為灌水量（mm），S為地下水補給量（mm），△W為土壤含水率的變化量（mm），R為地表徑流（mm），D為深層滲漏（mm）。地下水補給量和深層滲漏忽略不計，但當暴雨或特大暴雨時，考慮地表徑流R和深層滲漏D的影響。
1.3.4?水分利用效率用下列公式計算水分利用效率［14］：
WUE Yw ET
WUE d Y d ET
式中，WUE是以大豆經(jīng)濟產(chǎn)量計算的水分利用效率（kg/m3），Y是大豆經(jīng)濟產(chǎn)量（kg/hm2），ET 是作物生育期耗水量（mm），WUE d是以地上部分總干物質(zhì)量計算的水分利用效率(kg/m3)，Y d為地上部分大豆干物質(zhì)量（kg/m3）。
1.4?數(shù)據(jù)處理
用Microsoft Excel 2010（Microsoft Corp., WA, USA）進行數(shù)據(jù)分析及圖標制作，用IBM SPSS Statistics 22（IBM Corp., NY, USA）進行顯著性分析（P＜0.05為顯著，P＜0.01為極顯著）、單雙因素方差分析。
2?結(jié)果與分析
2.1?不同水氮處理生育期土壤水分變化及耗水量的
影響
圖2、3、4分別為低氮（N1）、中氮（N2）、高氮（N3）水平下不同灌水處理0～60 cm土壤含水率變化，表3為大豆不同生育時期耗水量，在播種前分析土壤初始水分含量差異并不顯著。苗期并無灌水和降雨，不同水氮處理土壤水分變化呈緩慢下降趨勢，分枝期開始各處理差異有顯著變化。在低氮（N1）水平下隨著灌水量增大，土壤含水率變化越大，W0N1處理土壤含水率最低，只施低氮不灌水處理降低土壤含水率并減少耗水，最高土壤含水率為W3N1處理，W4N1處理灌水量多于W3N1處理，但耗水量較大，降低了含水率。在中氮（N2）水平下W4N2處理在花莢期土壤含水率顯著高于其它處理，是因為此時期與W3N2處理耗水量差異并不顯著，而灌水量增多使土壤水分含量增多，W0N2
47
第6期與W 0N 0處理土壤含水率和耗水量無顯著差異，只施中氮對大豆耗水量并無顯著影響。高氮（N 3）水平下W 3N 3處理土壤含水率在鼓粒期高于W 4N 3處理，是因為在該時期W 3N 3處理耗水量大于W 4N 3處理。在同一施氮水平下各灌水處理土壤水分含量變化趨于一致。
土壤含水率(v /v %)S o i l m o i s t u r e c o n t e n t
363432302826242220
日期/（月-日） Date
W 0N 00N W 1N 1W 2N 1W 3N 1W 4N 1
4-26
5-8
5-20
6-1
6-13
6-25
7-7
7-19
7-31
8-12
8-24
9-5
9-17
圖2?低氮（N1）水平不同灌水處理土壤含水率變化Fig. 2 Changes of soil water content under different irrigation treatments with low nitrogen (N1) levels
土壤含水率(v /v %)S o i l m o i s t u r e c o n t e n t
363432302826242220
日期/（月-日） Date
W 0N 00N W 1N 2W 2N 2W 3N 2W 4N 2
4-26
5-8
5-20
6-1
6-13
6-25
7-7
7-19
7-31
8-12
8-24
9-5
9-17
圖3?中氮（N2）水平不同灌水處理土壤含水率變化Fig.3 Changes of soil water content under different irrigation treatments with medium nitrogen (N2) levels
土壤含水率(v /v %)S o i l m o i s t u r e c o n t e n t
403530252015
W 0N 0W 0N W 1N 3
W 2N 3
W 3N 3
W 4N 3
日期/（月-日） Date
4-26
5-8
5-20
6-1
6-13
6-25
7-7
7-19
7-31
8-12
8-24
9-5
9-17
圖4?高氮（N3）水平不同灌水處理土壤含水率變化Fig.4 Changes of soil water content under different irrigation treatments with high nitrogen (N3) levels
表3可以看出作物耗水量隨著灌水量的增加而
增加，不灌水各處理均以鼓粒期耗水量為最大，其次是花莢期。除苗期外，其他生育時期各處理耗水量最大的處理均是W 4N 2處理，總耗水量為 558.7 mm 。大豆苗期各處理間耗水量并無顯著差異，分枝期和花莢期各處理耗水量均有顯著差異，在分枝期W 3、W 4灌水處理耗水量各均與空白對照W 0N 0有顯著差異，W 4N 2、W 3N 2處理耗水量分別比W 0N 0處理多52.66%和60.05%，花莢期W 4N 3、W 3N 1處理耗水量分別比W 0N 0處理多48.99%和41.68%，鼓粒期各處理耗水量差異并不顯著。大豆灌水處理在分枝期、花莢期、鼓粒期均
對大豆耗水量有著顯著差異，而氮肥因素對大豆耗水量差異并不顯著，兩者交互作用對大豆耗水量有顯著差異。
表3?不同水氮處理對大豆各生育階段耗水量的影響
Table 3 Effects of different water and nitrogen treatments on water consumption of soybeans at various growth stages
處理
Treatment 耗水量/mm Water consumption
苗期
Seedling stage 分枝期Branching stage 花莢期
Flower podding stage 鼓粒期
Grain filling stage 總耗水量
Total water consumption
W 0N 035.2±4.34a 45.87±1.42de 114.1±19.18de 128.61±5.23a 323.79±22.45c W 0N 134.86±3.34a 36.62±8.19e 96.78±30.92e 147.76±51.46a 316.02±40.42c W 1N 132.19±0.77a 83.76±8.2bcde 153.1
5±0.37bcde 116.25±34.18a 385.36±40.68bc W 2N 134.52±3.07a 88.68±12.43bcd 153.99±30.29bcd 128.25±53.45a 405.45±30.93bc W 3N 137.63±2.52a 102.29±13.84abc 195.65±17.13abc 139.28±24.26a 474.86±43.06ab W 4N 134.34±0.99a 128.08±22.58ab 184.23±43.83ab 171.97±8.78a 518.62±54.22a W 0N 233.03±3.29a 42.72±6.45de 97.31±13.76de 143.76±14.62a 316.83±19.36c W 1N 234.18±2.11a 78.88±22.45cde 142.07±25.99cde 152.24±78.04a 407.39±68.06bc W 2N 237.34±2.81a 71.63±11.61cde 144.5±27.55cde 141.43±35.19a 394.91±40.06bc W 3N 238.32±1.68a 114.82±33.99abc 171.55±9.89abc 142.7±28.73a 467.4±55.35ab W 4N 2
34.75±4.04a
140.52±34.27a
179.73±45.55a
203.86±51.05a
558.87±53.59a
盧曉鵬，等：大豆產(chǎn)量和水分利用效率對水氮處理的響應(yīng)
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河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報
處理Treatment
耗水量/mm Water consumption
苗期
Seedling stage
分枝期
Branching stage
花莢期
Flower podding stage
鼓粒期
Grain filling stage
總耗水量
Total water consumption
W0N333.81±5.23a42.45±26.8de109.3±13.78de136.85±56.35a322.42±56.77c W1N337.83±2.00a70.73±1.35cde132.72±30.76cde143.69±15.95a384.99±29.58bc W2N334.67±4.82a99.26±15.86abc155.84±17.29abc163.85±22.44a453.63±47.19ab W3N336.52±2.84a106.4±5.6abc146.12±4.16abc160.35±34.01a449.4±40.03ab W4N333.88±4.45a130.02±9.12ab223.67±26.96ab158.5±18.97a546.08±17.44a
聯(lián)合設(shè)定試驗
F值
W1.6710696.81**17.128**1.570*32.589* N0.2832.310.5700.5710.198 W*N 0.81246.991.457*0.5190.623
注：數(shù)據(jù)為3個樣方的平均值，小寫字母表示P=0.05水平下的顯著性差異，*表示差異顯著（P＜0.05），**表示差異極顯著（P＜0.01），下表同。
2.2?不同水氮處理對大豆干物質(zhì)量分配及其產(chǎn)量的
影響
由表4可以看出植株各部分干重差異顯著，基本表現(xiàn)為莢＞莖＞葉，植株干物質(zhì)重的變化趨勢為隨著灌水量的增加干物質(zhì)量的積累也增加。除了灌水為W0外其他灌水處理下莖、葉、莢干重最大的為N2，其次是N1，最后為N3。W4N1和W4N3處理莖、葉、莢分別比對照處理W4N2減少47.41%、43.53%、49.88%和44.08%、46.36%、5.49%。W4N1和W4N3處理之間各器官干物質(zhì)差異并不顯著，表明在W4灌水水平下過多過少施肥都不利于干物質(zhì)量的積累。經(jīng)分析得水氮兩因素及交互作用皆對莖和莢干物質(zhì)有極顯著影響，灌水對葉干物質(zhì)呈極顯著影響，施氮對葉干物質(zhì)呈顯著影響。
大豆產(chǎn)量最大的為W4N2處理，最高產(chǎn)量為1968.05 kg/hm2，比處理W4N1和W4N3分別增長42.43%和45.31%，說明過多施肥不能增加大豆產(chǎn)量，與W3N2處理相比增加18.04%。在W0處理下N1＞N2＞N3，都小于對照（W0N0）處理，說明不灌水時施氮肥使大豆產(chǎn)量減少，W1處理下產(chǎn)量最高的為N3處理，與N1、N2處理產(chǎn)量差異不顯著，W2處理下W2N3處理產(chǎn)量高于W2N1和W2N2處理， W3處理下W3N2產(chǎn)量大于W3N1和W3N3，說明在低灌水處理下適量增加氮肥可以促進大豆產(chǎn)量，但并不顯著。灌水對大豆產(chǎn)量呈極顯著影響，而施氮和兩者交互作用對大豆產(chǎn)量并無顯著影響。
表4?大豆干物質(zhì)量分配及產(chǎn)量
Table 4 Dry matter quality and yield of soybean
處理Treatment
鼓粒期/（g·株-1）Grain filling stage
產(chǎn)量/（kg·hm-2）
Yield
莖Stem葉leaf莢pod
W0N07.34±2.45g11.66±5.42h3.59±3.23e623.7±34.85c
W0N16.46±1.86g9.42±1.83h4.44±0.19e506.88±74.93c
W1N123.68±12.58efg21.89±12.99fgh27.39±5.63de640.14±123.88c
W2N136.05±17.38def32.34±14.44defg41.09±4.53de726.16±147.57c
W3N189.03±14.8b62.98±13.83b129.25±33.91b914.73±211.44bc
W4N164.84±7.16c52.78±4.89bcd118.4±28.27bc1132.96±826.17abc
W0N214.34±2.98fg17.95±4.2fgh4.19±4.7e422.28±153.42c
W1N222.46±8.82efg24.61±7.61efgh33.21±21.95de780.83±72.43c
W2N248.43±2.78d37.66±0.67cdef43.82±18.15de872.3±93.57bc
W3N273.62±7.53bc54±2.56bc94.19±33.98bc1432.94±301.9abc
W4N2123.3±10.38a93.46±5.29a236.24±27.33a1968.05±793.71a
W0N33.66±1.43g4.84±1.84h0.59±0.51e329.31±56.61c 續(xù)表：
