陳書珍，劉廣才，周德錄，李城德，王錫平 ，李耀輝

(1.甘肅省岷縣農業(yè)技術推廣站，甘肅 岷縣 748400； 2.甘肅省農業(yè)技術推廣總站，甘肅 蘭州 730020；3.甘肅省會寧縣農業(yè)技術推廣中心 甘肅 會寧 730799)

大豆(Glycinemax)通稱黃豆,起源于中國，中國各地均有栽培，亦廣泛栽培于世界各地[1]。美國、巴西、阿根廷、中國、印度是世界上大豆主產國[1]。大豆是世界上優(yōu)質飼草飼料作物、高蛋白作物、油料作物、食品加工原料以及工業(yè)原料的重要來源[1-2]。大豆蛋白質含量一般為40%，高者達50%；大豆含油量一般20%，高者達24%，大豆為世界提供了30%的脂肪和60%的植物蛋白質[1]。世界80%以上大豆用于榨油，榨油后的大豆餅粕含有50%左右的蛋白質，是優(yōu)質的飼料來源[1-2]。大豆脫粒后的秸稈和莢殼也含有較高的蛋白質和礦物質，是很好的飼草來源，其營養(yǎng)成分高于麥秸、稻草、谷糠等粗飼料[3-6]。同時，大豆亦是重要的輪作[7]、間作[8]作物，其對培肥地力、提高間作作物水分、養(yǎng)分利用效率具有重要的生態(tài)經濟效益。

目前，我國大豆面臨著面積減少、總產不足、單產低、種豆效益低、豆農種豆積極性嚴重受挫的現狀[9-10]，全國大豆面積600萬hm2，總產1 200萬 t，而進口大豆突破8 000萬t，自給率不足13%。而大豆面積減少、總產不足的直接原因在于品種退化、耕作管理粗放、栽培技術落后，特別是旱地大豆面積比重大(約占總面積的70%)、土壤水分利用率和肥料利用率低，導致產量低而不穩(wěn)[9-10]。大豆是關系國計民生的基礎性、戰(zhàn)略性物資，又是最具經濟效益的作物，其延長的產業(yè)鏈和價值鏈在農產品貿易領域扮演著舉足輕重的角色。穩(wěn)定面積、提高單產、增加總產是我國大豆產業(yè)發(fā)展的迫切需要。在耕地資源日趨緊張的情況下，振興我國大豆產業(yè)，提高大豆生產能力依靠增加面積是不現實的，必須改進栽培技術水平，提高土壤水分利用率和肥料利用率，增加單產，從而實現大豆增產。旱地大豆面積大、單產低，但增產潛力巨大，以往關于旱地大豆的研究主要集中在露地栽培和半膜覆蓋栽培上，而缺乏對旱地大豆全膜覆蓋下的集雨保墑和肥料高效利用研究?！叭の艤喜ゼ夹g”是由甘肅省農業(yè)技術推廣總站在多年研究的基礎上提出的一項旱作大豆等中等密植作物抗旱高產栽培新技術[11]，其技術要點是地表微壟集雨、全地面地膜覆蓋保墑、溝播雨水富集疊加利用[11]，能夠實現旱地大豆農田降水和土壤養(yǎng)分的高效利用和大幅度增產。本研究于2013—2015年連續(xù)3年開展田間試驗研究，以期揭示旱地大豆全膜微壟溝播技術增產的肥料效應。

1　材料與方法

1.1　試驗區(qū)概況及供試土壤

試驗于2013-2015年在甘肅旱作農業(yè)區(qū)的會寧縣中川鄉(xiāng)、鎮(zhèn)原縣孟壩鎮(zhèn)、岷縣馬塢鄉(xiāng)(年平均降水量分別為350、450和550 mm)進行，分別代表半干旱偏旱、半干旱、半濕潤偏旱3個降水區(qū)域。試驗區(qū)域海拔1 420-1 982 m，無霜期112～175 d，年平均氣溫6.1～9.2 ℃，日照時數2 580～3 325 h，≥10 ℃的有效積溫為2 150～3 207 ℃·d，年降水量352～554 mm。土壤類型為黑壚土、黃綿土，土地類型為旱川地、旱塬條田、梯田，前茬作物為玉米(Zeamays)、馬鈴薯(Solanumtuberosum)，耕層土壤有機質10.5～15.8 g·kg-1、全氮0.67～0.98 g·kg-1、堿解氮38.1～45.6 mg·kg-1、速效磷14.6～19.9 mg·kg-1、速效鉀129.5～150.1 mg·kg-1。

1.2　試驗設計

采用栽培模式與施肥水平二因素隨機區(qū)組設計，設兩種栽培模式：露地條播(M1)、全膜微壟溝播(M2)，5個施肥水平：N0P0K0、N0P1K1、N1P0K1、N1P1K0、N1P1K1，N0、P0、K0分別表示不施氮、磷、鉀肥，N1、P1、K1分別表示按標準用量施用氮、磷、鉀肥(即：3個試驗點N1分別為90、120、150 kg·hm-2，P1分別為90、120、150 kg·hm-2，K1分別為30、45、60 kg·hm-2)，共10個處理(表1)。小區(qū)面積6 m×4.5 m，3次重復，隨機區(qū)組排列。

表1　大豆肥料效應試驗處理Table 1　Treatments of fertilizer effect applied to soybean cultivation

1.3　測定項目及數據分析

1.3.1肥料利用率與缺肥區(qū)相對產量計算公式

肥料利用率=(完肥區(qū)養(yǎng)分吸收量-缺素區(qū)養(yǎng)分吸收量)/肥料施用量×100%=[(完肥區(qū)產量-缺素區(qū)產量)/100×100 kg產量吸收養(yǎng)分量]/肥料施用量×100%。

每生產100 kg大豆籽粒及其相應的莖、葉、莢殼等，從土壤中需要吸收的N、P2O5、K2O量按8.71、2.10、3.49 kg[12]計算。缺素區(qū)相對產量=缺素區(qū)產量/完肥區(qū)產量×100%。

施肥依從度=100%-缺素區(qū)相對產量。

1.3.2料利用效率計算公式

肥料利用效率=(完肥區(qū)產量-缺素區(qū)產量)/施肥量。

1.3.3產投比計算公式

運用鞏固：通過布置新的課堂作業(yè)等形式，要求學生對所學習的新內容進行運用鞏固。例如通過課堂作業(yè)，讓學生了解汽車兒童安全座椅的種類和作用。

產投比=產出/投入=(籽粒產量×籽粒價格+秸稈產量×秸稈價格)/(種子成本+化肥成本+農膜成本+農藥成本+物化勞動費用)。

1.3.4測產及考種按小區(qū)單收單打，測定生物產量和籽粒產量，每小區(qū)取5株考種。

1.3.5數據處理與分析采用Excel 2007軟件處理基礎數據，利用SPSS 17.0軟件進行雙因子方差分析。

2　結果與分析

2.1　全膜微壟溝播大豆的氮、磷、鉀肥料利用率

全膜微壟溝播大豆氮肥利用率為38.0%～43.9%，平均為41.1%，較露地條播平均提高了7.3個百分點，增長了21.6%；大豆磷肥利用率為23.1%～26.8%，平均為25.0%，較露地條播平均提高了6.7個百分點，增長了36.6%；大豆鉀肥利用率為21.7%～25.7%，平均為23.9%，較露地條播平均提高了4.9個百分點，增長了25.7%(表2)。較露地條播，全膜微壟溝播模式能顯著提高大豆氮、磷、鉀肥料利用率(P<0.05)，特別是在3種肥料中磷肥利用率增幅最高。

從降水區(qū)域看，降水量越少，全膜微壟溝播大豆氮、磷、鉀肥料利用率越高。3個試驗區(qū)年降水量由高到低降低約200 mm，大豆氮肥利用率平均增加了5.9個百分點、磷肥利用率增加3.7個百分點、鉀肥利用率增加了4.0個百分點。表明降水量越少，全膜微壟溝播技術的水肥耦合效應越強，使大豆對土壤養(yǎng)分吸收效果更顯著，肥料利用率更高。

2.2　全膜微壟溝播大豆的氮、磷、鉀肥料利用效率

全膜微壟溝播大豆氮肥利用效率為4.4～5.0 kg·kg-1，平均為4.7 kg·kg-1，較露地條播增加0.8 kg·kg-1，增長了20.5%；大豆磷肥利用效率為11.0～12.8 kg·kg-1，平均為11.9 kg·kg-1，較露地條播增加3.2 kg·kg-1，增長了36.8%；大豆鉀肥利用效率為6.2～7.4 kg·kg-1，平均為6.8 kg·kg-1，較露地條播增加1.3 kg·kg-1，增長的23.6%(表2)。

表2　大豆肥料利用率與肥料利用效率Table 2　Fertilizer use rate and use efficiency of soybean

表中數據為2013-2015年的平均值，下表同；表中同列數字后不同字母表示在相同地點不同處理間差異顯著(P<0.05)，下表同.

The data are means of every treatment in 2013-2015; Different lowercase letters in the same site indicate significant difference among different treatments at the 0.05 level, similarly for the following tables.

不同降水區(qū)域降水量越少，全膜微壟溝播大豆氮、磷、鉀肥料利用效率越高。3個試驗區(qū)年降水量由高到低降低約200 mm，大豆氮肥利用效率增加0.6 kg·kg-1、磷肥利用效率增加1.8 kg·kg-1、鉀肥利用效率增加1.2 kg·kg-1。說明降水量較少情況下，水肥耦合效應促進大豆對土壤養(yǎng)分吸收效果更顯著，氮、磷、鉀肥料利用效率提高。

2.3　全膜微壟溝播大豆的產量

不論是完肥區(qū)還是缺素區(qū)，全膜微壟溝播大豆產量均顯著地高于露地條播。3個降水區(qū)域產量平均結果，完全施肥區(qū)、缺氮區(qū)、缺磷區(qū)、缺鉀區(qū)分別高出露地條播867.1、771.0、555.4、804.0 kg·hm-2，分別增產了47.9%、57.1%、75.0%、51.1%(表3)。

2.4　全膜微壟溝播大豆缺素區(qū)相對產量

全膜微壟溝播大豆缺氮區(qū)相對產量為78.2%～80.3%，平均為79.1%，較露地條播增加4.6個百分點，增長了6.2%；缺磷區(qū)相對產量為45.0%～50.1%，平均為47.3%，較露地條播增加4.3個百分點，增長了10.0%；缺鉀區(qū)相對產量為87.6%～90.4%，平均為88.7%，較露地條播增加1.9個百分點，增長了2.2%(表3)。全膜微壟溝播模式大豆氮、磷、鉀缺素區(qū)相對產量明顯高于露地條播大豆。

不同降水區(qū)域氮、磷、鉀缺素區(qū)相對產量均表現為全膜微壟溝播大豆>露地條播大豆。另外，無論全膜微壟溝播大豆，還是露地條播大豆，均表現為缺鉀區(qū)相對產量>缺氮區(qū)相對產量>缺磷區(qū)相對產量(缺鉀區(qū)相對產量超過85%，缺氮區(qū)相對產量超過70%)。這表明，磷養(yǎng)分是限制大豆生產的最主要因子。

2.5　全膜微壟溝播大豆施肥依從度

全膜微壟溝播大豆氮肥依從度為19.7%～21.8%，平均為20.9%，較露地條播平均減少4.6個百分點，降低了18.0%；磷肥依從度為49.9%～55.0%，平均為52.7%，較露地條播平均減少4.3個百分點，降低了7.5%；鉀肥依從度為9.6%～12.4%，平均為11.3%，較露地條播平均減少1.9個百分點，降低了14.4%(表3)。表明，全膜微壟溝播大豆氮、磷、鉀施肥依從度明顯低于露地條播。

表3　大豆缺素區(qū)相對產量及施肥依從度分析Table 3　Analysis of relative yield and fertilization adherence of soybean on nutrient deficient plots

不同降水區(qū)域氮、磷、鉀施肥依從度均表現為全膜微壟溝播大豆<露地條播大豆；同一栽培模式則表現為：鉀肥依從度<氮肥依從度<磷肥依從度?？梢?，大豆對磷肥的依賴程度最高，氮肥次之，生產上應把重施磷肥作為提高旱地大豆產量的重要措施。

2.6　全膜微壟溝播大豆的經濟效益

按照2017年初價格，對全膜微壟溝播、露地條播全肥處理(N1P1K1)大豆進行經濟效益分析得出(表4)，3個降水區(qū)域全膜微壟溝播大豆產值平均為18 003.3元·hm-2，較露地條播大豆產值平均增加5 826.4元·hm-2；投入平均為7 661.7元·hm-2，較露地條播大豆平均新增生產費用870.0元·hm-2，純收入平均為10 341.6元·hm-2，較露地條播大豆平均增加4 956.5元·hm-2；產投比平均為2.35，較露地條播大豆增加0.56。進一步分析得出，全膜微壟溝播大豆新增產投比(新增產出/新增投入)平均為6.7。這表明，與露地條播技術相比，全膜微壟溝播大豆經濟效益明顯，而露地條播大豆經濟效益較低。

3　討論

大豆根瘤有共生固氮作用，根瘤菌能夠將空氣中的分子態(tài)氮經固氮酶作用轉化為銨態(tài)氮供大豆生長[13]。大豆的氮素營養(yǎng)主要有3個來源，即根瘤菌所固定的氮、土壤中的氮素和施入的氮肥[13]。研究認為，每667 m2大豆根瘤能從空氣中固定3～12 kg的氮素，平均可固氮8 kg左右，相當于施用18 kg尿素，其中有2/3左右被大豆當季利用，剩余養(yǎng)分可有效供給間作、后茬輪作作物[13]。研究還認為，根瘤菌固定供給大豆的氮素占大豆需氮總量的50%～60%。這就決定了大豆氮素養(yǎng)分來源、施氮量、氮肥效應不同于其他作物[14]。

表4　不同區(qū)域不同栽培模式大豆經濟效益Table 4　Economic benefits of soybean under different planting modes in different experiment spots

大豆籽粒6.0元·kg-1，秸稈0.60元·kg-1，地膜13.33元·kg-1，純氮4.51元·kg-1，五氧化二磷 6.25元·kg-1，大豆種子7.0元·kg-1，農藥20.00元·kg-1，人工費60.0元·天-1。

Soybean grain 6.0 CNY·kg-1, stalk 0.60 CNY·kg-1, plastic film 13.33 CNY·kg-1, pure N 4.51 CNY·kg-1, pure P2O56.25 CNY·kg-1, soybean seeds 7.0 CNY·kg-1, pesticide 20.00 CNY·kg-1, labor cost 60.0 CNY·d-1.

關于大豆肥料效應已有大量研究，以往的研究主要集中在露地栽培。馬庶晗[15]采用“3414”最優(yōu)回歸設計研究了大豆氮磷鉀肥最佳施用量，結果得出，大豆最適宜的氮、磷、鉀施用量分別為N 46.41 kg·hm-2、P2O558.42 kg·hm-2、K2O 66.66 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=1∶1.26∶1.44，最佳經濟產量為4 129.45 kg·hm-2。孫廣林等[16]采用大量田間肥料回歸試驗研究得出，當大豆氮素施用量為30～90 kg·hm-2時，利用率為54.1%～30.4%；當大豆磷素施用量為45～135 kg·hm-2時，利用率為20.0%～12.0%；當大豆鉀素施用量為45～135 kg·hm-2時，利用率為53.0%～32.0%，表明大豆氮、磷、鉀肥料利用率均隨施肥水平的提高而明顯降低。楊勇和張春芝[17]采用“3414””肥料效應試驗研究得出，大豆經濟最佳施肥量為N 93.0 kg·hm-2、P2O5147.0 kg·hm-2、K2O 99.0 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=1∶1.58∶1.06。邵彥賓等[18]采用“3414”最優(yōu)回歸設計研究得出，大豆最適宜的氮、磷、鉀施用量分別為N 55.8、P2O568.08和K2O 34.65 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=1∶1.22∶0.62?？梢?，不同區(qū)域不同栽培方式大豆的最適宜施肥量、氮磷鉀配比差異是比較明顯的，肥料利用率和利用效率等土壤肥料效應也差異較大。近年來，由于北方干旱范圍擴大、干旱程度加重，大豆地膜覆蓋栽培技術特別是全膜覆蓋技術研究和應用不斷興起，全膜覆蓋模式在不斷改進和完善。范榮等[19]采用“3414”回歸設計研究了旱地全膜覆土穴播大豆肥料效應，結果得出，大豆最適宜的氮、磷、鉀施用量分別為N 98.7、P2O599.71和K2O 82.05 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.99∶0.83，最佳經濟產量為2 652.0 kg·hm-2。任亮和任穩(wěn)江[20]采用 “3414”回歸設計開展了旱地全膜覆土平作穴播大豆田間肥效試驗，結果表明，大豆最適宜的氮、磷、鉀施用量分別為N 67.05、P2O537.8 和K2O 28.65 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.56∶0.43，經濟最佳產量為1 843.5 kg·hm-2。陳其鮮[21]在甘肅隴東旱作區(qū)通過氮、磷、鉀不同配比試驗結果得出，大豆全膜雙壟溝播最適宜的氮、磷、鉀施用量為每667 m2施N 4.6、P2O54.2和K2O 2.5 kg，N∶P2O5∶K2O=1∶0.91∶0.54。但實踐中發(fā)現，“全膜雙壟溝播”和“全膜覆土穴播”兩種全膜覆蓋模式都有其優(yōu)點和缺點，“全膜雙壟溝播”技術采用大小雙壟集雨、溝播種植，優(yōu)點是雙壟面集雨效果好、寬窄行種植通風透光、采光條件好，適宜玉米等稀植作物[22-24]；缺點是大壟太寬，密度小，不適宜密植作物?！叭じ餐裂úゼ夹g”優(yōu)點是地膜平鋪有利于密植，適宜小麥等密植作物[25-26]；缺點是集雨保墑效果較差，在稀植作物上應用較少。

全膜微壟溝播技術集雨保墑效果好、通風透光，又利于增加密度，適宜大豆、谷子、蔬菜等中等密植作物[11]。關于大豆“全膜微壟溝播技術”的增產效果已有研究報道[27-29]。史志峰等[27]研究了覆膜方式對隴東旱地大豆的影響，結果表明，全膜微壟溝播栽培產量達到3 364.7 kg·hm-2，較露地條播增產47.5%：全膜雙壟溝播、全膜覆土穴播、全膜平鋪穴播產量分別為3 323.0、3 208.4和3 010.5 kg·hm-2，較露地條播分別增產45.7%、40.6%和32.0%。王闖等[28]研究大豆全膜覆蓋覆膜模式的產量效應，結果得出，全膜微壟溝播、全膜雙壟溝播、全膜覆土穴播大豆產量分別為167.7、165.7和154.3 kg·667 m-2，分別較露地條播增產39.2%、38.1%和28.6%。鄧曉奮[29]開展旱地大豆不同起壟覆膜方式試驗研究，結果表明，全膜微壟溝播栽培方式保墑效果最好，產量達到3 096.9 kg·hm-2，較露地條播增產27.4%：全膜雙壟溝播產量為3 028.1 kg·hm-2，較露地條播增產24.5%。這些研究說明大豆全膜微壟溝播較全膜雙壟溝播、全膜覆土穴播具有明顯的增產效果。但到目前為止，關于大豆全膜微壟溝播技術的增產機理特別是肥料效應仍未見研究報道。本研究在3個不同降水區(qū)域連續(xù)3年試驗得出，旱地全膜微壟溝播大豆氮、磷、鉀肥料利用率較露地條播分別提高7.3、6.7、4.9個百分點，氮、磷、鉀肥料利用效率較露地條播分別增長了20.5%、36.8%、23.6%，氮、磷、鉀施肥依從度較露地條播分別降低了18.0%、7.5%、14.4%。該技術能夠大幅度提高大豆肥料利用率和利用效率，實現旱地大豆肥料的高效利用。

4　結論

1)全膜微壟溝播技術具有壟面集流、覆蓋保墑和顯著的增溫功能，能有效促進大豆生長發(fā)育，顯著提高旱地大豆氮、磷、鉀肥料利用率。大豆氮、磷、鉀肥料利用率分別達到41.1%、25.0%和23.9%，較露地條播分別提高7.3、6.7和4.9個百分點。2)全膜微壟溝播技術大豆單位施肥量的增產量大幅度增加，能顯著提高旱地大豆肥料利用效率。全膜微壟溝播大豆氮、磷、鉀肥料利用效率分別達到4.7、11.9和6.8 kg·kg-1，較露地條播分別增長了20.5%、36.8%和23.6%。3)全膜微壟溝播技術能促進大豆對土壤養(yǎng)分的吸收利用，顯著提高氮、磷、鉀缺素區(qū)大豆的相對產量。大豆氮、磷、鉀缺素區(qū)相對產量分別達到79.1%、47.3%和88.7%，較露地條播分別增加4.6、4.3和1.9個百分點。4)全膜微壟溝播技術水肥互促效應促進了大豆養(yǎng)分的吸收利用，從而降低了氮、磷、鉀施肥依從度。全膜微壟溝播大豆氮、磷、鉀施肥依從度分別為20.9%、52.7%和11.3%，較露地條播分別降低了18.0%、7.5%和14.4%。5)全膜微壟溝播技術能使旱地大豆大幅度增產，顯著提高大豆的經濟效益。全膜微壟溝播大豆產值、純收益分別較露地條播增加5 826.4、4 956.4元·hm-2，產投比達到2.35元·元-1，經濟效益顯著。