趙占營(yíng)，楚光紅，李思忠，章建新

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830052; 2新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,新疆 烏魯木齊 830091)

密度是影響大豆群體結(jié)構(gòu)的主要因素[1]，合理密植是增加大豆產(chǎn)量的重要措施之一[2-3]。半矮稈品種與窄行密植技術(shù)結(jié)合獲得了大豆超高產(chǎn)[4-5]。作物正常的生長(zhǎng)發(fā)育要依靠地下部根群吸收水分和養(yǎng)分[6]。根系形態(tài)決定植株獲得水分和養(yǎng)分的能力。因此，根系對(duì)產(chǎn)量形成有重要的影響[7]。根系干重與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)[8]。密植條件下根系分布廣是大豆高產(chǎn)的原因之一[9]。隨著密度的增加大豆主根長(zhǎng)度增長(zhǎng)[10]，根體積、根干重和傷流量均隨之降低[11]。隨著密度的增加單株平均花數(shù)、莢數(shù)均隨之減少，而群體花莢數(shù)增加[12-13]?；ㄇv期根干重增量與總花數(shù)呈正相關(guān)，促進(jìn)花莢期根系生長(zhǎng)，增加花莢期根干重是提高總花數(shù)、總腔數(shù)的重要途徑[14]。大豆根系快速生長(zhǎng)期與花莢形成期同步，健壯的根系，能夠增加單位面積總花數(shù)，增加單位面積總腔數(shù)、總粒數(shù)[15]。增加花數(shù)是增加莢數(shù)、粒數(shù)，最終增加大豆產(chǎn)量的最主要途徑[16]。有關(guān)密度對(duì)大豆根系生長(zhǎng)的研究多是盆栽試驗(yàn)的結(jié)果[17]，并且多未涉及到對(duì)花莢形成的影響。在不同密度下，根系生長(zhǎng)與花莢形成的關(guān)系不清楚。本文在田間研究密度對(duì)大豆根系生長(zhǎng)和花莢形成的影響規(guī)律及其相互關(guān)系，為大豆合理密植、高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年4—10月在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)三坪實(shí)習(xí)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)地表層土壤類型為棕鈣土，耕作層深60 cm，0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)1.1%、堿解氮60.0 mg·kg-1、速效磷16.0 mg·kg-1、速效鉀215.0 mg·kg-1、pH 8.28，前茬玉米。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，品種為主區(qū)，2個(gè)品種分別為新大豆8號(hào)(2010年主栽品種，卵圓形葉)，新大豆27號(hào)(2017年主栽品種，披針形葉)；栽培密度為副區(qū)，3個(gè)密度分別為21.0×104株·hm-2(D1)、30.0×104株·hm-2(D2)和48.0×104株·hm-2(D3)。小區(qū)行長(zhǎng)8 m，共6行，行距按50 cm+30 cm寬窄行配置。

2017年開春后于翻地前隨機(jī)施入重過(guò)磷酸鈣300.0 kg·hm-2。4月24日搶墑人工開溝條播，5月7日出苗。于第1片復(fù)葉完全展時(shí)定苗。定苗后按“1管2行”，在窄行中間鋪設(shè)毛管。6月11日滴頭水，生育期內(nèi)共滴水6次(6月11日、6月16日、6月30日、7月10日、7月26日和8月10日，滴水量分別為225、225、375、525、525 m3·hm-2和750 m3·hm-2)，水表控制滴水量。在第1次滴水時(shí)隨水施入尿素150 kg·hm-2。全生育期內(nèi)人工除草3次，8月26日前后完熟。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 根系參數(shù) 分別于6月18日、7月6日、7月22日、8月6日各處理選取具代表性樣點(diǎn)，自子葉節(jié)處剪斷植株，然后挖取0～60 cm土層根樣(每20 cm一層)。取土樣體積0.024 m3[0.4 m (長(zhǎng)：寬、窄行1/2處間距)×0.3 m (寬：行長(zhǎng)方向)×0.2 m (高：20 cm)]，重復(fù)2次。撿出根系洗凈，將主根與側(cè)根分開，采用根系掃描分析儀(WinRHIZ0-2004a，Canada)分別掃描0～20、20～40、40～60 cm土層的側(cè)根后，用數(shù)字化分析軟件(萬(wàn)深LA-S根系分析系統(tǒng)，杭州)分析各根系參數(shù)。將掃描后根系在105℃下殺青30 min，80℃烘至恒重，測(cè)量并計(jì)算總側(cè)根長(zhǎng)(m·m-2)和側(cè)根長(zhǎng)密度(m·m-3);用1/1 000天平稱根干重，并計(jì)算總根干重(g·m-2)、根干重密度(g·m3)。

1.2.2 開花數(shù)和結(jié)莢數(shù) 自始花期開始，各處理分別選取代表性連續(xù)8株掛牌標(biāo)記，每2 d調(diào)查記載主莖各節(jié)位新開花數(shù)、成莢(長(zhǎng)2.0 cm)數(shù)，直至開花、成莢結(jié)束，統(tǒng)計(jì)并換算為單位面積內(nèi)總花數(shù)、總莢數(shù)(No.·m-2)。

1.2.3 考種及測(cè)產(chǎn) 成熟期各小區(qū)收取中間4行(1.6 m×3 m)，人工脫粒稱重，隨即稱取籽粒100 g于80℃烘至恒重計(jì)算含水量，將各小區(qū)產(chǎn)量折合成標(biāo)準(zhǔn)含水量(13.5%)的產(chǎn)量。另連續(xù)選取具有代表性植株各20株于室內(nèi)考種，測(cè)定單株各節(jié)位莢數(shù)、粒數(shù)、空腔數(shù)和百粒重。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用DPS 7.05和Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 栽培密度對(duì)總根干重和根干重密度的影響

由圖1(A)可知，各處理0～60 cm土層根系總干重均表現(xiàn)為隨生育進(jìn)程推移呈先增加后降低變化，7月22前后群體總根干重達(dá)最大值，而后緩慢下降。6月18日—7月22日為根系快速增長(zhǎng)期，增長(zhǎng)量占根系總干重的63.21%～80.47%。兩品種總根干重密度間差異達(dá)顯著水平，7月6日前均表現(xiàn)為D3>D2>D1，7月22日后均表現(xiàn)為D2(D3)>D1，7月22日新大豆27號(hào)D2、D3分別較D1增加23.68%、18.48%，新大豆8號(hào)D2、D3分別較D1增加27.25%、19.71%；兩品種均以D2根干重最大；各處理的根干重密度均表現(xiàn)為0～20>20～40>40～60 cm土層，0～20、20～40、40～60 cm的根干重密度差異達(dá)顯著水平，7月22日0～20 cm土層均表現(xiàn)為D2>D3>D1(見圖1(B))，新大豆27號(hào)0～20 cm土層根干重密度D2、D3分別較D1增加24.97%、18.51%，7月22日后20～40、40～60 cm土層表現(xiàn)為D2(D3)>D1(見圖1(C)、1(D))，新大豆27號(hào)20～40 cm土層D2、D3分別較D1增加12.11%、27.19%，40～60 cm土層D2、D3分別較D1增加55.79%、64.56%，新大豆8號(hào)D2、D3分別較D1增加164.61%、240.66%。增加密度顯著增加0～60 cm土層根系總干重，最大根干重的種植密度為30.0×104株·hm-2；再增加密度0～20 cm土層根系干重密度下降，20～40、40～60 cm土層繼續(xù)增加或不降低，有利于增加40～60 cm土層根系干重。

圖1 總根干重(A)及根干重密度(B、C、D)的動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic variations in total root dry weigh (A) and root dry weight density(B、C、D)

2.2 栽培密度對(duì)總側(cè)根長(zhǎng)和側(cè)根長(zhǎng)密度的影響

由圖2(A)可知，不同處理的總側(cè)根長(zhǎng)在生育期內(nèi)呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，各處理均在7月6

圖2 總側(cè)根長(zhǎng)(A)及側(cè)根長(zhǎng)密度(B、C、D)的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic variations in total lateral root length(A) and lateral root length density(B、C、D)

日(始莢期)達(dá)最大值，至7月22日迅速下降，此后至8月6日緩慢下降，且生育期內(nèi)兩品種密度處理間總側(cè)根長(zhǎng)差異顯著。7月6日新大豆27號(hào)總側(cè)根長(zhǎng)表現(xiàn)為D2、D3處理分別較D1增加13.59%、28.50%；新大豆8號(hào)總側(cè)根長(zhǎng)表現(xiàn)為D2、D3處理分別較D1增加12.99%、43.61%。各處理的根長(zhǎng)密度均表現(xiàn)為0～20>20～40>40～60 cm土層，0～20、20～40、40～60 cm土層根長(zhǎng)密度處理間差異顯著。0～20 cm土層均表現(xiàn)為D3>D2>D1，7月6日新大豆27號(hào)D2、D3分別較D1增加9.33%、26.72%，新大豆8號(hào)D2、D3分別較D1增加6.94%、30.80%(圖2(B))；20～40 cm土層根長(zhǎng)密度新大豆27號(hào)D2、D3分別較D1增加21.13%、33.49%，新大豆8號(hào)D2、D3分別較D1增加29.97%、65.70 %(圖2(C))；40～60 cm土層根長(zhǎng)密度新大豆27號(hào)D2、D3分別較D1增加28.30%、27.96%，新大豆8號(hào)D2、D3分別較D1增加37.67%、140.57 %(圖2(D))。增加密度，增加大豆各生育期總側(cè)根長(zhǎng)和0～60 cm土層根長(zhǎng)密度，最大總側(cè)根長(zhǎng)的種植密度為48.0×104株·hm-2。7月6日至7月22日總側(cè)根長(zhǎng)和各土層的根長(zhǎng)密度劇降。

2.3 栽培密度對(duì)花數(shù)、莢數(shù)及開花、成莢動(dòng)態(tài)的影響

由表1可知，隨栽培密度的增加，單株花數(shù)、莢數(shù)和腔數(shù)顯著降低，而群體總花數(shù)、總莢數(shù)和總腔數(shù)顯著增加，且處理間差異達(dá)顯著水平。新大豆27號(hào)、新大豆8號(hào)群體總莢數(shù)、總腔數(shù)處理間分別表現(xiàn)為D3>D2>D1、D3(D2)>D1，總腔數(shù)D3較D1分別增加23.84%、35.40%，D3處理下新大豆27號(hào)群體花數(shù)較新大豆8號(hào)增加13.62%、莢數(shù)減少7.52%。隨生育進(jìn)程的推移單株日新開花數(shù)和新結(jié)莢數(shù)呈先增加后降低變化，兩品種開花期密度處理間均表現(xiàn)為D1>D2(D3)；新大豆27號(hào)D3開花高峰期為6月22日較D1晚2 d，新大豆8號(hào)也晚2 d；新大豆27號(hào)D3結(jié)莢高峰期為7月15日晚于D1處理8 d，新大豆8號(hào)D3結(jié)莢高峰期較D1晚6 d，提高日開花峰值。D2處理下新大豆27號(hào)花期和莢期較新大豆8號(hào)分別多2 d和6 d(圖3(A)、3(B))。增加密度推遲大豆始花期、開花和結(jié)莢高峰出現(xiàn)時(shí)間，縮短開花期。

2.4 根系生長(zhǎng)與花、莢形成的關(guān)系

由圖4、5可知，7月6日(始莢期)新大豆27號(hào)和新大豆8號(hào)總根干重(x1,x2)、總根長(zhǎng)(x11,x12)與總花數(shù)(y1,y2)呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系?？偢芍?、總根長(zhǎng)與總花數(shù)的R2值新大豆27號(hào)分別為0.8477*、0.9106*，新大豆8號(hào)R2值分別為0.7531、0.9993**。7月22日(始粒期)總根干重、總根長(zhǎng)與總腔數(shù)(y11,y12)的R2值新大豆27號(hào)分別為0.6954、0.9837**，新大豆8號(hào)R2值分別為0.7902*、0.9277*。總根長(zhǎng)與總花數(shù)和總腔數(shù)的R2值高于根干重與總花數(shù)和總腔數(shù)的R2值。增加始莢期根系干重、根系長(zhǎng)度有利于增加總花數(shù)，增加始粒期根系干重、根系長(zhǎng)度有利于增加總腔數(shù)。根系長(zhǎng)度與開花數(shù)和腔數(shù)的關(guān)系較根干重更密切。

2.5 栽培密度對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表2可知，增加密度籽粒產(chǎn)量顯著增加，處理間表現(xiàn)在為D3>D2>D1。新大豆27號(hào)D2、D3籽粒產(chǎn)量分別較D1增加7.05%、23.05%；新大豆8號(hào)D2、D3籽粒產(chǎn)量分別較D1增加11.05%、16.74%。增加密度顯著增加群體總莢數(shù)和總粒數(shù)，降低單株數(shù)莢數(shù)和粒數(shù)；密度處理間百粒重差異不顯著。D3處理下新大豆27號(hào)籽粒產(chǎn)量較新大豆8號(hào)高10.74%，其單株粒數(shù)、總粒數(shù)分別較新大豆8號(hào)增加18.69%、14.53%。增加密度降低單株粒數(shù)、增加總粒數(shù)和產(chǎn)量，對(duì)百粒重影響不顯著。

表1 開花數(shù)和結(jié)莢數(shù)

注: 不同小寫字母表示同一生育期各處理在P<0.05水平上差異顯著，下同。

Notes: Different lowercase letters in the same growth stage mean significant difference atP<0.05 level among treatments, the same below.

圖3 開花數(shù)(A)及結(jié)莢數(shù)(B)隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic variations in flowering (A) and pod number (B)

注：*和**分別表示t檢驗(yàn)0.05和0.01水平差異顯著。下同。Note: * and ** means significant difference of test at 0.05 and 0.01 level. The same below.圖4 根干重、根長(zhǎng)與總花數(shù)的關(guān)系(7月6日)Fig.4 The relationship of total flower number between root dry weight and root length (07-06)

圖5 根干重、根長(zhǎng)與總腔數(shù)的關(guān)系(7月22日)Fig.5 The relationship of total cavities number between dry root weight and root length (07-22)

品種Variety處理Treatment收獲株數(shù)/(×104·hm-2)Harvested plants莢數(shù)/(No.·plant-1)Pods粒數(shù)/(No.·plant-1)Grains百粒重/g100-seed weight產(chǎn)量/(kg·hm-2)Yield新大豆27號(hào)Xindadou 27D120.6c41.0a110.6a14.33a3158.01cD229.7b27.7b85.1b14.06a3380.72bD347.5a19.6c61.6c14.33a3885.91a新大豆8號(hào)Xindadou 8D120.6c37.1a92.6a14.74a3005.84cD229.4b33.4b79.5b14.84a3338.07bD347.4a21.2c51.9c14.82a3508.92a

3 討論與結(jié)論

根系健壯生長(zhǎng)是大豆地上部生長(zhǎng)發(fā)育、開花結(jié)莢和高產(chǎn)形成的基礎(chǔ)，根系起著從土壤中吸收水分和養(yǎng)分并向上運(yùn)輸?shù)闹匾饔?。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，隨栽培密度的增加，可降低0～20 m土層根系寬、根體積、根干重及傷流量[11]。盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，隨密度的增加，超高產(chǎn)品種和普通品種的單株根表面積和根體積下降，其中普通品種的下降幅度更大[17]。生殖生長(zhǎng)期根系性狀與產(chǎn)量間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，隨密度的不斷增加，田間0～20 cm土層單株根干重、根長(zhǎng)度等性狀呈下降變化趨勢(shì)[18]。本研究結(jié)果表明，密度在21×104～ 48×104株·hm-2的范圍內(nèi)，增加密度顯著增加0～60 cm土層根系總干重和總根長(zhǎng)，同時(shí)增加40～60 cm土層根系干重和根長(zhǎng)。最大根干重的種植密度為30.0×104株·hm-2，低于最大總根長(zhǎng)的種植密度(48.0×104株·hm-2)。表明總根干重對(duì)增加密度的反應(yīng)比總根長(zhǎng)敏感，過(guò)高的密度導(dǎo)致大豆生育中后期根系總根干重減少主要是0～20 cm土層根系干重降低的結(jié)果，20～60 cm土層根系干重則表現(xiàn)增加或不降低；0～60 cm的總根長(zhǎng)均隨密度增加而增加。高密度更有利于增加總根長(zhǎng)。增加密度顯著促進(jìn)大豆根系生長(zhǎng)，增加根系總量和深層根量。

單位面積總花數(shù)、總莢數(shù)、總粒數(shù)是重要的產(chǎn)量性狀，與大豆產(chǎn)量關(guān)系密切[19]。增加密度增加產(chǎn)量。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著密度增加，單株花數(shù)、莢數(shù)和腔數(shù)減少，而群體總花數(shù)、總莢數(shù)和總腔數(shù)顯著增加，新大豆27號(hào)D3處理的總花數(shù)、總莢數(shù)分別較D1增加51.92%、10.29%，新大豆8號(hào)分別增加49.47%、31.91%，且增加密度對(duì)新大豆27號(hào)增花效果顯著好于新大豆8號(hào)。增加密度推遲大豆開花和結(jié)莢高峰出現(xiàn)時(shí)間，增加開花峰值，結(jié)莢期后移，最終增加開花數(shù)和結(jié)莢數(shù)。

大豆根系的快速生長(zhǎng)期與開花、結(jié)莢過(guò)程同步。根系生長(zhǎng)狀況必然會(huì)影響到開花和結(jié)莢過(guò)程及最終形成的花數(shù)、莢數(shù)、腔數(shù)、粒數(shù)。超高產(chǎn)品種(系)花、莢期根量大、活性高是其總花、莢數(shù)明顯多于普通品種(系)的重要原因[20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，兩品種在不同密度條件下，總花數(shù)與始莢期的根系總干重和總根長(zhǎng)呈正相關(guān)，總腔數(shù)與始粒期的根系總干重和總根長(zhǎng)呈正相關(guān)?？偦〝?shù)、總腔數(shù)與根長(zhǎng)的正相關(guān)關(guān)系較其與根干重的相關(guān)關(guān)系更密切，這可能是由于根系養(yǎng)分吸收能力與根系長(zhǎng)度的關(guān)系比根干重更密切。增加栽培密度，0～60 cm土層根系最大長(zhǎng)度與總花數(shù)、總莢數(shù)、總粒數(shù)、產(chǎn)量也呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，與此不同，高密度導(dǎo)致根系干重下降?？梢?，增加栽培密度增產(chǎn)的原因是通過(guò)促進(jìn)大豆根系生長(zhǎng)，增加根系長(zhǎng)度和深層根量，進(jìn)而增加單位面積總花數(shù)、總莢數(shù)、總腔數(shù)和總粒數(shù)的結(jié)果。大豆根系生長(zhǎng)和花莢形成受到品種特性、田間土壤條件等多種復(fù)雜因素的影響。有關(guān)根系與花莢形成的關(guān)系有待進(jìn)一步深入研究。