李方舟，張海生，王 軍，古曉紅，楊婷婷

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太原030031）

大豆在我國(guó)既是經(jīng)濟(jì)作物又是油料作物，其產(chǎn)量和品質(zhì)嚴(yán)重影響著國(guó)民收入和人民的生活水平。同時(shí)大豆又是一種高需水量的作物，在生育期受到干旱脅迫影響正常生長(zhǎng)，最終造成產(chǎn)量和品質(zhì)下降[1]。黃淮海地區(qū)是大豆的主產(chǎn)區(qū)，但黃淮海地區(qū)干旱少雨，水資源匱乏[2]，干旱發(fā)生頻率高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，波及范圍大，對(duì)我國(guó)大豆產(chǎn)業(yè)有嚴(yán)重影響。因此，研究大豆抗旱性具有重要作用。

保水劑是一種不溶于水、吸水易膨脹、交聯(lián)密度很低的高分子化合物[3]，保水劑能夠增強(qiáng)土壤吸水性能，能夠吸收是自身重量400～1 000倍的去離子水[4]，而且還能夠緩慢釋放水分，在農(nóng)作物需要時(shí)把水分釋放出來(lái)[5]，供作物吸收利用[6]，能夠提高作物抗旱能力[7-9]。因此，保水劑在干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)種植應(yīng)用中效果明顯，并被多國(guó)重視[10-11]。提文祥[12]通過(guò)研究保水劑和化肥混施對(duì)大豆產(chǎn)量和土壤速效養(yǎng)分的影響，認(rèn)為保水劑能有效提高大豆產(chǎn)量。牛育華等[13]研究認(rèn)為，用保水劑處理大豆種子，能有效解決出苗率低等問(wèn)題，使大豆增產(chǎn)3.9%～23.1%。陸海燕等[14]研究認(rèn)為，保水劑能提高大豆過(guò)氧化氫酶活性、抗壞血酸過(guò)氧化物酶活性及還原型谷胱甘肽含量，降低丙二醛含量和脯氨酸含量，減輕干旱對(duì)大豆造成的傷害。王志玉等[15]利用保水劑對(duì)大豆包衣處理，結(jié)果表明，包衣處理后能提高大豆出苗率。李中陽(yáng)等[16]研究認(rèn)為，保水劑能夠提高小麥水分利用效率。陳謇等[17]對(duì)丘陵地區(qū)玉米進(jìn)行了研究，認(rèn)為施用農(nóng)用保水劑能提高玉米產(chǎn)量，還有一定的抗旱保濕作用。SILBERBUSH等[18-19]用保水劑結(jié)合滴灌、噴灌技術(shù)對(duì)玉米、卷心菜進(jìn)行灌溉，比單純用水灌溉效果好。劉紀(jì)霜等[20]研究認(rèn)為，保水劑可改善土壤理化性狀，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量。前人在保水劑研究方面主要集中在種子包衣處理及直接對(duì)產(chǎn)量分析，而在山西干旱地區(qū)溝施保水劑，探究雨養(yǎng)田大豆生理指標(biāo)及農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量關(guān)系鮮有報(bào)道。

本研究通過(guò)分析不同梯度保水劑對(duì)大豆生理指標(biāo)、農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響，明確了最佳保水劑用量，彌補(bǔ)雨養(yǎng)田在保水劑條件下生理指標(biāo)、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量關(guān)系的空白，對(duì)大豆旱作栽培條件下高產(chǎn)有一定指導(dǎo)作用。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試大豆品種為晉豆47號(hào)，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所選育，該品種具有出苗率高、對(duì)水分敏感等特性。

保水劑為任丘市輝達(dá)化工有限公司生產(chǎn)的鉀鹽型農(nóng)林抗旱保水劑。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年在山西省晉中市東陽(yáng)鎮(zhèn)山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地（東經(jīng)112.6°，北緯37.5°）進(jìn)行。該地海拔800m，年平均氣溫9.8℃，降雨量418～483 mm，年日照時(shí)數(shù)2 662 h，無(wú)霜期158 d。土壤類型為壤土，肥力較低，耕層0～20 cm的有機(jī)質(zhì)含量為15.43 g/kg，堿解氮含量為45.24 mg/kg，速效鉀含量為107.21 mg/kg，速效磷含量為10.25 mg/kg。

1.3 試驗(yàn)方法

大豆整個(gè)生育期不澆水。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)6個(gè)保水劑處理，分別為0（CK）、15.0（A1）、22.5（A2）、30.0（A3）、37.5（A4）、45.0 kg/hm2（A5），3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)3 m、寬2 m。播前用冷水浸泡種子5 h，點(diǎn)播，大豆行距50 cm，株距20 cm。播后開溝條施保水劑。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

在大豆鼓粒期，用TYS-3N植物營(yíng)養(yǎng)測(cè)定儀測(cè)定大豆主莖上倒2功能葉片葉綠素含量。用烘干法測(cè)定對(duì)應(yīng)葉片含水率。用TZS-1便攜式土壤水分測(cè)定儀測(cè)量0～30 cm土壤含水量。收獲時(shí)，每小區(qū)取中間2行隨機(jī)抽取15株考種，測(cè)定其株高、有效分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、有效莢數(shù)、單莢粒數(shù)、百粒質(zhì)量，全部收獲植株脫粒計(jì)產(chǎn)，折算公頃產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0對(duì)6個(gè)梯度保水劑的生理指標(biāo)和農(nóng)藝性狀進(jìn)行方差分析，對(duì)產(chǎn)量與生理指標(biāo)和農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)分析、逐步多元回歸分析、通徑分析，Excel 2007作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候條件與近5 a比較

生育期內(nèi)溫度和降水量影響大豆生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，由圖1可知，在5—9月整個(gè)生育期內(nèi)，氣溫都高于近5 a平均氣溫，2019年平均氣溫22.22℃，近5 a平均氣溫20.76℃，溫度高出1.46℃；2019年平均降水量50.32 mm，近5 a平均降水量62.88 mm，降水量下降12.56 mm。2019年5月沒有降雨，溫度比常年高1.70℃，導(dǎo)致大豆苗期嚴(yán)重缺水，植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)不良；2019年7月比近5 a降雨量少16.10 mm，溫度比近5 a平均高1.20℃，7月正值大豆開花期，嚴(yán)重影響了大豆開花數(shù)量和質(zhì)量；2019年8月比近5 a降雨量少39.00 mm，溫度比近5 a平均高0.70℃，8月為大豆結(jié)莢鼓粒期，氣溫和降雨量異常，影響大豆結(jié)莢鼓粒。因此，2019年保水劑試驗(yàn)對(duì)研究高溫干旱條件下大豆的生長(zhǎng)發(fā)育具有一定的代表意義。

2.2 不同梯度保水劑對(duì)大豆生理指標(biāo)的影響

通過(guò)對(duì)不同保水劑處理下3個(gè)生理指標(biāo)分析，從表1可以看出，在各處理中，A3土壤容積含水率最高，A4次之，對(duì)照最小，A1、A2、A3、A4與對(duì)照相比都達(dá)到顯著水平（P＜0.05），其中，A3土壤容積含水率比對(duì)照高2.06%。葉片含水率表現(xiàn)由高到低依次為A3＞A4＞A2＞A5＞A1＞CK，其中，A2、A3、A4、A5與對(duì)照差異顯著（P＜0.05），A3的葉片含水率最大，比對(duì)照提高6.52%。A3的SPAD值最大，與其他處理都達(dá)到顯著水平（P＜0.05），對(duì)照的SPAD值最小，為40.57，與A2、A3、A4差異顯著（P＜0.05）。

表1 不同梯度保水劑對(duì)生理指標(biāo)的影響

2.3 不同梯度保水劑對(duì)大豆農(nóng)藝性狀的影響

從表2可以看出，不同梯度保水劑大豆株高依次為：A4＞A1＞A3＞A5＞A2＞CK，對(duì)照與A4差異顯著（P＜0.05），與其他梯度株高不顯著。而對(duì)照有效分枝數(shù)與A3差異顯著（P＜0.05），A3比對(duì)照平均多1.8個(gè)有效分枝。A4主莖節(jié)數(shù)最多，然后依次為A1、A3、A5、A2，對(duì)照最少，與A1、A3、A4、A5差異顯著（P＜0.05）。有效莢數(shù)從高到低依次為：A3、A4、A5、A2、A1、CK，CK與A2、A3、A4、A5差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。A3單莢粒數(shù)最多，為2.63個(gè)，A4單莢粒數(shù)為2.53個(gè)，二者都與對(duì)照差異顯著（P＜0.05）。A4百粒質(zhì)量最大，對(duì)照最小，對(duì)照與其他處理的百粒質(zhì)量差異都達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。

表2 不同梯度保水劑對(duì)農(nóng)藝性狀的影響

2.4 不同梯度保水劑對(duì)大豆產(chǎn)量的影響

從圖2可以看出，6個(gè)保水劑梯度的產(chǎn)量從大到小依次為A3＞A4＞A5＞A2＞A1＞CK，A1～A5產(chǎn)量均比對(duì)照高，并且都達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）；A3產(chǎn)量最大，為3.98 t/hm2，比對(duì)照提高了49.1%，其次為A4，為3.81 t/hm2，A5產(chǎn)量為3.38 t/hm2，A2產(chǎn)量為3.36 t/hm2，A1產(chǎn)量為3.16 t/hm2，A4、A5、A2、A1處理產(chǎn)量分別比對(duì)照提高了42.7%、26.6%、5.9%、18.4%。

2.5 不同生理指標(biāo)及農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量相關(guān)性分析

通過(guò)分析不同生理指標(biāo)及農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量相關(guān)性，由表3可知，在鼓粒期測(cè)定的生理指標(biāo)中，土壤容積含水率、葉片含水率與產(chǎn)量關(guān)系達(dá)到極顯著水平，相關(guān)系數(shù)分別為0.842、0.713，而SPAD值與產(chǎn)量未達(dá)到顯著水平，可能原因是不同梯度保水劑處理造成的土壤水分及植株含水量差異影響產(chǎn)量。而在農(nóng)藝性狀中，對(duì)產(chǎn)量影響達(dá)到極顯著水平的農(nóng)藝性狀依次為有效莢數(shù)、單莢粒數(shù)、有效分枝數(shù)，達(dá)到顯著水平的農(nóng)藝性狀為主莖節(jié)數(shù)、株高，百粒質(zhì)量與產(chǎn)量未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明在使用保水劑條件下產(chǎn)量構(gòu)成因素中，有效莢數(shù)、單莢粒數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響較大。

表3 生理指標(biāo)及農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量相關(guān)性分析

2.6 產(chǎn)量模型的構(gòu)建

通過(guò)對(duì)不同生理指標(biāo)及農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量進(jìn)行逐步多元線性回歸分析，得到回歸方程：Y＝0.155X1＋0.121X2＋0.05X3－2.563（R2＝0.898）（X1為有效分枝數(shù)，X2為百粒質(zhì)量，X3為有效莢數(shù)），3個(gè)農(nóng)藝性狀的偏回歸系數(shù)顯著性均小于0.05，說(shuō)明產(chǎn)量主要受這3個(gè)農(nóng)藝性狀的相互影響。

通過(guò)逐步回歸方程對(duì)各生理指標(biāo)及農(nóng)藝性狀進(jìn)行通徑分析，其中，直接效應(yīng)最大的是有效莢數(shù)，直接效應(yīng)為0.748，有效分枝數(shù)的直接效應(yīng)次之，為0.294，百粒質(zhì)量的直接效應(yīng)最小，為0.269，其間接效應(yīng)合計(jì)-0.032，說(shuō)明對(duì)產(chǎn)量影響最大的農(nóng)藝性狀為有效莢數(shù)，百粒質(zhì)量通過(guò)其他生理指標(biāo)及農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量影響比較大。

表4 農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的通徑分析

3 討論

干旱嚴(yán)重制約著山西省農(nóng)業(yè)的發(fā)展，抗旱節(jié)水已成為山西省農(nóng)業(yè)未來(lái)發(fā)展的重要舉措。施用保水劑是近年來(lái)重要的一種抗旱節(jié)水技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景[21]。2019年5—9月，本試驗(yàn)地降水量比常年低，溫度比常年高，而本試驗(yàn)大豆在整個(gè)生育期內(nèi)不灌溉，為大豆保水劑研究提供了必要的條件，具有一定的指導(dǎo)意義。

3.1 不同梯度保水劑對(duì)大豆性狀指標(biāo)影響

本研究選用鼓粒期的土壤容積含水率、葉片含水率、SPAD值3個(gè)生理指標(biāo)和成熟期的株高、有效分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、有效莢數(shù)、單莢粒數(shù)、百粒質(zhì)量6個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析，因?yàn)楣牧Ｆ诘?個(gè)生理指標(biāo)累積了大豆苗期、開花結(jié)莢期的相關(guān)影響，而成熟期的6個(gè)農(nóng)藝性狀累積了大豆整個(gè)生育期的影響因素，因此，選擇以上9個(gè)參數(shù)具有一定的代表意義。通過(guò)分析不同梯度保水劑條件下各生理指標(biāo)及農(nóng)藝性狀的關(guān)系及產(chǎn)量高低，施用保水劑的效果都比對(duì)照好。蒙彩芳等[22]研究表明，施用抗旱劑可使大豆株高、分枝數(shù)、單株粒數(shù)、百粒質(zhì)量、產(chǎn)量增加，而保水劑是抗旱劑的一種，這與本研究結(jié)果相一致。本研究通過(guò)綜合分析認(rèn)為，對(duì)大豆效果最好的保水劑使用量為30 kg/hm2，可能是土壤容積含水率達(dá)到了最適狀態(tài)，保證了土壤有最佳含水量，更好地供應(yīng)植株生長(zhǎng)，導(dǎo)致植株各項(xiàng)生理指標(biāo)達(dá)到最佳狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量也最高。呂美琴[23]對(duì)秋植大豆溝施保水劑效果進(jìn)行了研究，指出施用保水劑大豆的產(chǎn)量、有效莢數(shù)、單株粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量都比對(duì)照高，與本研究結(jié)果一致，同時(shí)指出保水劑施用量為90 kg/hm2效果最好，與本研究結(jié)果不同，可能是因?yàn)榇蠖股L(zhǎng)期的氣溫、降水量、土壤養(yǎng)分和保水劑類型不一樣所導(dǎo)致。

3.2 產(chǎn)量與生理指標(biāo)及農(nóng)藝性狀的關(guān)系

大豆的各項(xiàng)生理指標(biāo)及農(nóng)藝性狀制約著產(chǎn)量的高低。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤容積含水率、葉片含水率、有效分枝數(shù)、有效莢數(shù)、單莢粒數(shù)與產(chǎn)量關(guān)系達(dá)到正極顯著水平，株高和主莖節(jié)數(shù)與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。王彩潔等[24]對(duì)大豆產(chǎn)量和農(nóng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)與主成分分析認(rèn)為，大豆產(chǎn)量主要決定于有效莢數(shù)、單株莢數(shù)和單株粒數(shù)，本研究與該結(jié)論不同，但有效莢數(shù)、單株莢數(shù)和單株粒數(shù)與本研究中的有效莢數(shù)和單莢粒數(shù)實(shí)質(zhì)上沒有太大區(qū)別。韓秉進(jìn)等[25]研究認(rèn)為，大豆產(chǎn)量與單株粒數(shù)、有效莢數(shù)極顯著相關(guān)，與本研究結(jié)果一致。曹鵬鵬等[26]對(duì)大豆農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)分析后指出，百粒質(zhì)量、主莖節(jié)數(shù)與產(chǎn)量都呈負(fù)相關(guān)，與本研究有所不同，本研究中產(chǎn)量與百粒質(zhì)量、主莖節(jié)數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，可能是因?yàn)樗幁h(huán)境和品種選擇不一致。大豆的各項(xiàng)生理指標(biāo)及農(nóng)藝性狀都會(huì)相互影響，它們之間的影響直接關(guān)系著產(chǎn)量的高低，只有在一定環(huán)境條件下，通過(guò)不同栽培措施找到各項(xiàng)生理指標(biāo)及農(nóng)藝性狀最優(yōu)配置，才能最大限度地發(fā)揮大豆產(chǎn)量的增長(zhǎng)潛力。

3.3 生理指標(biāo)對(duì)產(chǎn)量的評(píng)價(jià)

本研究通過(guò)建立逐步回歸模型和通徑分析，篩選出有效莢數(shù)、有效分枝數(shù)、百粒質(zhì)量3個(gè)生理指標(biāo)共同對(duì)產(chǎn)量起作用。吳雨珊等[27]等通過(guò)對(duì)產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀通徑分析認(rèn)為，對(duì)產(chǎn)量綜合效應(yīng)排序?yàn)榉种αＹ|(zhì)量＞有效莢數(shù)＞主莖節(jié)數(shù)＞營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期＞每莢粒數(shù)＞株高＞百粒質(zhì)量，與本研究結(jié)果有差異，可能是大豆種植方式不同，但都在通徑分析中認(rèn)為有效莢數(shù)、百粒質(zhì)量對(duì)產(chǎn)量起作用。汪寶卿等[28]研究認(rèn)為，每莢粒數(shù)、有效莢數(shù)、株高和單株粒質(zhì)量對(duì)產(chǎn)量的通徑系數(shù)較大，與本研究篩選的共同農(nóng)學(xué)參數(shù)為有效莢數(shù)，韓秉進(jìn)等[29]通過(guò)對(duì)大豆產(chǎn)量與農(nóng)學(xué)參數(shù)逐步回歸分析認(rèn)為，提高大豆產(chǎn)量應(yīng)首先考慮增加大豆有效莢數(shù)，與本研究中有效莢數(shù)在通徑分析中作用最大相一致。在一定環(huán)境下，通過(guò)研究分析，篩選出個(gè)別對(duì)大豆產(chǎn)量影響大的性狀指標(biāo)，并進(jìn)行改進(jìn)，才能夠顯著快捷地提高產(chǎn)量。

本研究只是針對(duì)一個(gè)大豆品種在一個(gè)地區(qū)進(jìn)行了1 a的研究，有一定的局限性。今后可在多個(gè)地區(qū)用多個(gè)品種做多年相關(guān)研究，探究保水劑對(duì)大豆的影響，來(lái)完善本研究結(jié)果。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在不同梯度保水劑下不同生理指標(biāo)及農(nóng)藝性狀呈現(xiàn)顯著差異；15.0、22.5、30.0、37.5、45.0 kg/hm2這5個(gè)保水劑處理都比對(duì)照產(chǎn)量高，30.0 kg/hm2保水劑產(chǎn)量最高；對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)分析，有效莢數(shù)、單莢粒數(shù)對(duì)產(chǎn)量的影響較大。通過(guò)建立逐步回歸模型和通徑分析，得出有效莢數(shù)、有效分枝數(shù)、百粒質(zhì)量共同對(duì)產(chǎn)量起作用。