田藝心 高鳳菊 曹鵬鵬 高 祺 夏文榮
(1德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院,山東德州 253015;2德州學(xué)院,山東德州 253015)
播期作為大豆種植的首要栽培措施,與光、熱、水等生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)。已有研究表明,播期不同,大豆生態(tài)環(huán)境不同,會(huì)直接導(dǎo)致大豆生長(zhǎng)發(fā)育[1-2]、干物質(zhì)積累[3-4]、籽粒品質(zhì)及產(chǎn)量[5-6]產(chǎn)生較大差異,尤其是早播或遲播,均不利于大豆?fàn)I養(yǎng)體的合理構(gòu)建,進(jìn)而不利于大豆群體結(jié)構(gòu)優(yōu)化,導(dǎo)致大豆產(chǎn)量和質(zhì)量降低。我國(guó)大豆產(chǎn)區(qū)主要集中在東北、黃淮海、長(zhǎng)江流域及西南地區(qū),生態(tài)環(huán)境差異大,品種(系)資源類型多,播期研究結(jié)果不盡相同,因此對(duì)特定區(qū)域大豆生產(chǎn)指導(dǎo)意義不大,尤其是新選育出的大豆品種(系),需獨(dú)立進(jìn)行特定區(qū)域的播期研究,才能確定其在該區(qū)域的適宜播期,進(jìn)而指導(dǎo)生產(chǎn)。本研究采用的供試大豆品種(系)均為黃淮海區(qū)域新選育出的高蛋白大豆品種(系),鮮見(jiàn)其播期相關(guān)研究報(bào)道?;诖?,本研究依據(jù)實(shí)際田間試驗(yàn),研究不同播期對(duì)各大豆品種(系)生育期、農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累、籽粒品質(zhì)及產(chǎn)量的影響,以期確定各大豆品種在該區(qū)域的適宜播期,為高蛋白大豆新品種(系)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)于2019年在德州市農(nóng)業(yè)科技園試驗(yàn)基地(37°27′N,116°18′E)進(jìn)行。該地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年均日照時(shí)數(shù)2 598~2 621 h,年均降雨量500~515 mm,主要集中在7 ―9月份,年均積溫4 529.5~4 635.7℃(≥10℃)。試驗(yàn)區(qū)供試土壤為多年耕作壤土,主要為褐化潮土,其0~20 cm 土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)為:有機(jī)質(zhì)含量15.71 g·kg-1,全氮含量1.29 g·kg-1,速效氮含量71.50 mg·kg-1,有效磷含量42.06 mg·kg-1,速效鉀含量102.25 g·kg-1,pH 值7.95。前茬作物為冬小麥,小麥機(jī)收后秸稈還田。
供試高蛋白大豆新品種(系)主要有圣豆18、圣豆24、菏豆37、菏豆38,其中圣豆18 生育期110 d 左右,小葉形狀圓形、白花、主莖絨毛灰色;圣豆24 生育期108.3 d 左右,小葉形狀圓形、白花、主莖絨毛灰色;菏豆37 生育期110 d 左右,小葉形狀橢圓形、白花、主莖絨毛灰色;菏豆38 生育期105 d 左右,小葉形狀橢圓形、紫花、主莖絨毛灰色。這4 個(gè)品種(系)均屬于黃淮海夏大豆中熟新品種(系),有限結(jié)莢習(xí)性,其蛋白質(zhì)含量均在45%以上,其中圣豆18 和圣豆24 均由山東省圣豐種業(yè)科技有限公司提供,菏豆37 和菏豆38均由菏澤市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供。
試驗(yàn)采用兩因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。兩因素分別為品種(系)和播期,共設(shè)4 個(gè)品種、3 個(gè)播期,品種(系)分別記作P1(圣豆18)、P2(圣豆24)、P3(菏豆37)、P4(菏豆38);播期分別記作B1(6月5日播種)、B2(6月15日播種)、B3(6月25日播種)。3 次重復(fù),共36 個(gè)小區(qū),小區(qū)面積15 m2(5 m×3 m),區(qū)內(nèi)行距0.5 m,6 行區(qū),人工起壟穴播,播種密度為19.5 萬(wàn)株·hm-2。重復(fù)間設(shè)1 m 調(diào)查道,四周設(shè)2 m 保護(hù)行。依據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)管理水平進(jìn)行生育期內(nèi)的田間管理,各小區(qū)田間操作保持一致。
1.4.1 生育期 出苗后選取小區(qū)中間兩行1 m2具有代表性的大豆植株,定點(diǎn)觀察連續(xù)的15 株,分別記載各處理出苗期、始花期、完熟期,并計(jì)算各生育期。
1.4.2 農(nóng)藝性狀調(diào)查 完熟期從各小區(qū)隨機(jī)連續(xù)選取10 株植株進(jìn)行室內(nèi)考種,分別調(diào)查株高、底莢高、主莖節(jié)數(shù)、有效分枝、有效莢數(shù)、有效莢粒數(shù)等性狀。
1.4.3 各器官及植株干重測(cè)量 由于完熟期大豆葉片逐漸脫落,難以完全有效計(jì)算葉片干重,因此完熟期植株干重主要以根、莖及豆莢干重來(lái)表示。連續(xù)選取10 株植株,將各器官(根、莖、豆莢)分開(kāi),分別置入袋中,105℃條件下殺青30 min,然后80℃烘干至恒重,稱量各器官干重并計(jì)算植株總干重。
1.4.4 籽粒品質(zhì)調(diào)查 采用Infratec1255 型近紅外整粒谷物快速測(cè)定儀(FOSS 公司,丹麥)測(cè)定籽粒中蛋白質(zhì)及脂肪含量。
1.4.5 產(chǎn)量測(cè)定 對(duì)試驗(yàn)小區(qū)分別實(shí)收測(cè)產(chǎn),取中間4 行計(jì)產(chǎn)(計(jì)產(chǎn)面積10 m2),脫粒后自然曬干,稱量小區(qū)籽粒產(chǎn)量折合成公頃產(chǎn)量。
采用Microsoft Excel 2007 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,采用DPS 7.05 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并采用新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析(P<0.05)。
大豆整個(gè)生育期可劃分為播種至出苗、出苗至始花、始花至完熟3 個(gè)重要生育階段。由表1可知,隨著播期推遲,各大豆品種(系)此3 個(gè)生育階段及全生育期均逐漸縮短。其中,播期B1~B2 階段,每推遲10 d,各大豆品種(系)播種至出苗階段生育期變化范圍約1 d 左右,且各品種(系)此階段生育期在B1(6月5日)播期表現(xiàn)較長(zhǎng),均顯著高于B2(6月15日)和B3(6月25日)播期,B2 和B3 播期處理間無(wú)顯著差異;出苗至始花階段生育期變化范圍在1~4 d,且各播期均差異顯著;始花至完熟階段生育期變化范圍約在1~2 d,其中圣豆18 和菏豆37 在B1 和B2 播期無(wú)顯著差異,但均顯著高于B3,圣豆24 和菏豆38 在B2 和B3 播期無(wú)顯著差異,但均顯著低于B1。圣豆18、圣豆24、菏豆37、菏豆38 全生育期縮短范圍分別為3~5 d、4 d、4~5 d、3~4 d,且各品種(系)的生育期在3 個(gè)播期處理間均差異顯著??梢?jiàn)播期對(duì)各大豆品種(系)生育期的影響主要在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段,尤其是出苗至始花期,而生殖生長(zhǎng)階段受播期影響較小。
表1 播期對(duì)高蛋白大豆新品種(系)生育期的影響Table 1 Effect of sowing date on growth period of new soybean varieties (lines) with high protein/d
不同播期導(dǎo)致大豆植株光、溫、水等生長(zhǎng)環(huán)境發(fā)生改變,進(jìn)而影響植株的農(nóng)藝性狀。由表2可知,隨著播期推遲,各大豆品種(系)的株高、底莢高、主莖節(jié)數(shù)均逐漸減小,其中圣豆18 和菏豆38 的株高、底莢高、主莖節(jié)數(shù)在3 個(gè)播期處理間均差異顯著,圣豆24 和菏豆37 的株高在3 個(gè)播期處理間均差異顯著,B1、B2 的底莢高和主莖節(jié)數(shù)無(wú)顯著差異,但均顯著高于B3。隨著播期推遲,大豆有效分枝、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重及百粒重的影響均表現(xiàn)為先升后降,其中各大豆品種(系)在B1、B2 播期的有效分枝均無(wú)顯著差異,但均顯著高于B3;各大豆品種(系)有效莢數(shù)和單株粒數(shù)均表現(xiàn)為B2>B1>B3,且各播期處理間差異顯著,單株粒重和百粒重均在B2 播期達(dá)到最大,且顯著高于B1、B3,除圣豆24 的B1 與B3 差異顯著外,其他品種B1與B3 差異不明顯。
表2 播期對(duì)高蛋白大豆新品種(系)農(nóng)藝性狀的影響Table 2 Effect of sowing date on agronomic characters of new soybean varieties (lines) with high protein
由圖1可知,各大豆品種(系)根干重和莖干重均以B2 最高,其次為B1,二者差異不顯著,但均顯著高于B3。各大豆品種(系)植株總干重與豆莢總干重趨勢(shì)一致,均表現(xiàn)為B2>B1>B3,且各播期處理間差異顯著??梢?jiàn)B1 與B2 植株總干重的差異主要體現(xiàn)在豆莢干重,說(shuō)明相比根干重和莖干重,播期對(duì)豆莢干重的影響更大。此外,完熟期大豆品種(系)植株各器官干重均表現(xiàn)為豆莢干重>莖干重>根干重,表明后期植株干重主要集中在豆莢上,且隨著播期推遲,根、莖干重所占比例均逐漸縮小,豆莢干重所占比例均逐漸增大。
由圖2可知,隨著播期推遲,各大豆品種(系)籽粒蛋白質(zhì)和脂肪含量均表現(xiàn)為先升后降的趨勢(shì),均以B2 最高,其次為B1、B3,且各播期處理間差異均達(dá)到顯著水平。進(jìn)一步通過(guò)方差分析可知,品種(系)、播期對(duì)大豆籽粒蛋白質(zhì)含量影響均達(dá)到極顯著水平,品種(系)與播期互作對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響達(dá)到顯著水平,大小順序表現(xiàn)為播期(F=91.78**)>品種(系)(F=89.86**)>互作(F=2.64*);品種(系)、播期對(duì)大豆籽粒脂肪含量影響均達(dá)到極顯著水平,品種(系)與播期互作對(duì)蛋白質(zhì)含量無(wú)顯著影響,大小順序表現(xiàn)為播期(F=33.12**) >品種(F=15.88**) >互作(F=0.43),表明播期對(duì)籽粒蛋白質(zhì)和脂肪含量的影響大于品種(系)的影響。
圖2 播期對(duì)高蛋白大豆新品種(系)籽粒品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of sowing date on grain quality of new high protein soybean varieties (lines)
2.5.1 高蛋白大豆產(chǎn)量分析 通過(guò)對(duì)小區(qū)折合產(chǎn)量進(jìn)行方差分析可知,品種(系)、播期對(duì)產(chǎn)量的影響均達(dá)到極顯著水平,其中播期對(duì)產(chǎn)量的影響大于品種(系)對(duì)產(chǎn)量的影響。品種(系)與播期互作對(duì)產(chǎn)量影響也達(dá)到極顯著水平。
由表3可知,同一品種在不同播期下產(chǎn)量表現(xiàn)不一,品種(系)P1、P2、P3 均在B2 播期下產(chǎn)量最高,分別為3 940.95、3 750.24、3 252.37 kg·hm-2,其次為B1 播期,且各播期處理間差異顯著。品種(系)P4 也在B2 播期下產(chǎn)量最高,為3 905.54 kg·hm-2,顯著高于B1 和B3播期,但B1 與B3 間無(wú)顯著差異。同一播期下,不同品種(系)產(chǎn)量大小表現(xiàn)也不一致,在3 個(gè)播期下各品種(系)產(chǎn)量下均表現(xiàn)為P1>P4>P2>P3,且除P1 與P4 在B2 播期下無(wú)顯著差異外,各品種間差異均顯著。
表3 各高蛋白大豆新品種(系)不同播期下產(chǎn)量比較Table 3 Comparison of yield of new high protein soybean varieties (lines) under different sowing dates
2.5.2 產(chǎn)量及構(gòu)成因素相關(guān)性分析 對(duì)大豆產(chǎn)量及構(gòu)成因素進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果如表4所示,各產(chǎn)量構(gòu)成因素間均呈顯著或極顯著正相關(guān)。其中,大豆有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重、百粒重均與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.86、0.92、0.99、0.87,比較相關(guān)系數(shù)發(fā)現(xiàn),與產(chǎn)量最密切相關(guān)的性狀為單株粒重,其后依次為單株粒數(shù)、百粒重和有效莢數(shù)。
表4 產(chǎn)量及構(gòu)成因素間的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficient between the yield and composition factors
大豆屬于典型短日照作物,對(duì)光溫反應(yīng)敏感,其生育期長(zhǎng)短與播種期密切相關(guān)[7-8]。前人研究均表明,隨著播期推遲,大豆生育期逐漸縮短[9-10]。本研究結(jié)果與前人研究基本一致,隨著播期推遲,各大豆品種(系)播種至出苗,出苗至始花,始花至完熟3 個(gè)生育階段及全生育期均縮短,且在本試驗(yàn)播期范圍內(nèi),播期主要影響出苗至始花階段,變化范圍在1~4 d,前期出苗階段和后期生殖生長(zhǎng)階段受播期影響較小,這可能與黃淮海地區(qū)6月份氣溫較高,適宜大豆生長(zhǎng)有關(guān),且隨播期推遲,氣溫及積溫逐漸增加,導(dǎo)致大豆?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)加快,后熟期提前,進(jìn)而導(dǎo)致全生育期縮短。另外,本試驗(yàn)4 個(gè)高蛋白大豆新品種(系)生育期均在110 d 左右,這也主要與品種(系)本身遺傳特性及熟期相似有關(guān)。
播期不同,導(dǎo)致水、溫、光照等生態(tài)條件不同,即使同一品種(系)在同一地點(diǎn)種植,植株農(nóng)藝性狀也會(huì)發(fā)生較大差異[11-13]。本研究發(fā)現(xiàn),隨播期推遲,各大豆品種(系)株高、底莢高、主莖節(jié)數(shù)均逐漸減小,有效分枝、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重及百粒重則均表現(xiàn)為先升后降,這與李燦東等[14]和任小俊等[15]的研究結(jié)果相類似。其原因可能在于播期過(guò)早,植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)階段較長(zhǎng),植株株高、底莢高及主莖節(jié)數(shù)數(shù)值相對(duì)較高,但相應(yīng)植株開(kāi)花結(jié)莢期生理年齡較老,對(duì)植株結(jié)莢不利;播期過(guò)晚,營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段縮短,營(yíng)養(yǎng)體生長(zhǎng)不足,株高、底莢高及主莖節(jié)數(shù)降低,同時(shí)由于前期營(yíng)養(yǎng)不充分,導(dǎo)致后期結(jié)莢弱,因此有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重及百粒重在早播和晚播時(shí)均表現(xiàn)較低。但也有研究與本研究結(jié)果不同,王立明等[16]通過(guò)對(duì)甘肅幾個(gè)不同熟期大豆品種(系)研究得到不同結(jié)論,發(fā)現(xiàn)播期推遲,大豆株高逐漸增加,主莖節(jié)數(shù)和百粒重逐漸下降;李金花等[17]研究發(fā)現(xiàn),播期推遲,周豆18 的株高變化不大,但底莢高增大,有效分枝減少,單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重均下降。各研究結(jié)論有差異,究其原因,一方面與品種(系)遺傳特性、品種(系)熟期、地理位置及生態(tài)環(huán)境存在較大差異有關(guān),另一方面與試驗(yàn)播期設(shè)置也有較大關(guān)系。綜上可知,播期易對(duì)大豆植株農(nóng)藝性狀產(chǎn)生影響,需適期播種,才能保證植株充分吸收光、熱等氣候資源,實(shí)現(xiàn)植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)到生殖生長(zhǎng)的合理過(guò)渡,進(jìn)而優(yōu)化植株群體結(jié)構(gòu)。
干重是植株重要生理指標(biāo)之一,可有效反映營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在各器官及植株的積累和分配情況[18-19]。本研究表明,播期對(duì)大豆植株根、莖、豆莢及總干重均產(chǎn)生影響,隨著播期推遲,均呈先增后降的趨勢(shì),且播期對(duì)植株干重的影響主要體現(xiàn)在豆莢干重上,這主要是由于播期較早或較晚,對(duì)植株后期結(jié)莢不利有關(guān)。另外,隨著播期推遲,植株?duì)I養(yǎng)階段縮短,營(yíng)養(yǎng)體生長(zhǎng)不充分,因此根、莖干重所占比例均逐漸縮小,豆莢干重所占比例均逐漸增大。
蛋白質(zhì)和脂肪含量是大豆籽粒品質(zhì)的重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),其含量既受遺傳控制,同時(shí)又受制于生長(zhǎng)環(huán)境條件。本研究結(jié)果表明,隨播期推遲,各大豆品種(系)籽粒蛋白質(zhì)和脂肪含量均表現(xiàn)為先升后降的趨勢(shì),與前人研究報(bào)道存在不同,如張林等[20]對(duì)華南春大豆研究發(fā)現(xiàn),隨播期推遲,籽粒蛋白質(zhì)含量先升后降,脂肪含量上升;杜亞敏等[21]研究新疆春大豆發(fā)現(xiàn),播期推遲對(duì)蛋白質(zhì)含量影響不大,脂肪含量下降;劉玉蘭等[22]研究表明推遲播期,吉林小粒大豆蛋白質(zhì)和脂肪含量均下降;趙銀月等[23]對(duì)云南夏大豆播期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),播期推遲,蛋白質(zhì)含量下降,脂肪含量上升等,可見(jiàn)大豆品質(zhì)對(duì)播期較為敏感,播期對(duì)大豆籽粒品質(zhì)的影響無(wú)規(guī)律性結(jié)論,這與地域生態(tài)、品種(系)、播期設(shè)置不同等因素均有關(guān)[24]。另外,本研究結(jié)果與前人研究結(jié)論均表明,適宜播期才有助于增加大豆蛋白質(zhì)和脂肪含量,早播或晚播均不利于大豆品質(zhì)提升,究其原因可能在于早播會(huì)導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)階段過(guò)多消耗積累物質(zhì),致使生殖階段籽粒營(yíng)養(yǎng)不足;而晚播的日平均溫度及積溫過(guò)高,導(dǎo)致籽粒貯藏物質(zhì)部分裂變或降解??梢?jiàn),早播或晚播均會(huì)造成大豆貯藏物質(zhì)間的轉(zhuǎn)運(yùn)失衡。另外,本研究結(jié)果表明播期是影響大豆品質(zhì)的主要影響因子,其對(duì)籽粒蛋白質(zhì)和脂肪含量的影響均大于品種(系)及品種(系)與播期互作的影響。這與前人研究結(jié)果相一致[25-27],說(shuō)明針對(duì)不同大豆品種(系),必須因地制宜,適期播種,才能提高大豆品質(zhì)。
黃淮海區(qū)域作為我國(guó)大豆主產(chǎn)區(qū)之一,水熱資源豐富,尤其利于夏大豆生長(zhǎng),只有適期播種,充分利用好水熱等氣候資源,才能發(fā)揮大豆產(chǎn)量的最大潛力,保證大豆高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。已有較多研究表明,適期播種對(duì)獲得最佳大豆產(chǎn)量具有直接影響,早播或晚播均會(huì)降低大豆產(chǎn)量[28-29]。本試驗(yàn)條件下,圣豆18、圣豆24、菏豆37 和菏豆38 均在6月15日播種時(shí)產(chǎn)量最高,分別為3 940.95、3 750.24、3 252.37 和3 905.54 kg·hm-2,相比其他播期增產(chǎn)幅度分別為21.16% ~27.75%、23.01% ~ 28.87%、12.20% ~ 18.08%、25.86% ~27.47%,且播期對(duì)產(chǎn)量的影響最大,明顯高于品種(系)及二者互作。另外,本試驗(yàn)條件下,大豆有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重、百粒重均與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,與產(chǎn)量最密切相關(guān)性狀為單株粒重,其后依次為單株粒數(shù),百粒重和有效莢數(shù),相關(guān)系數(shù)分別為0.99、0.92、0.87、0.86。由于單株粒重與籽粒貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和積累密切相關(guān),播期通過(guò)主導(dǎo)生態(tài)環(huán)境易打破大豆?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)過(guò)渡平衡,進(jìn)而可能造成植株“庫(kù)-源-流”失調(diào),因此,播期對(duì)產(chǎn)量的影響間接可歸結(jié)于大豆?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)階段和生殖生長(zhǎng)階段合理過(guò)渡問(wèn)題,其具體機(jī)理和運(yùn)作機(jī)制有待進(jìn)一步深入研究和探討。
本研究結(jié)果表明,4 個(gè)高蛋白大豆新品種(系)圣豆18、圣豆24、菏豆37、菏豆38 均在6月中旬播種時(shí)產(chǎn)量最高,分別可達(dá)到3 940.95、3 750.24、3 252.37、3 905.54 kg·hm-2,且中旬播種時(shí)各大豆品種(系)植株有效分枝、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重、百粒重等性狀均表現(xiàn)最佳,植株各器官干重積累及籽粒品質(zhì)(蛋白質(zhì)和脂肪含量)也較高,說(shuō)明適宜播期有利于優(yōu)化大豆群體植株綜合性狀,進(jìn)而促使產(chǎn)量提高。