大豆为人类提供大量脂肪和蛋白，并具备一些特有保健功能，需求旺盛。1996年开始，我国大豆进口量总体逐年增加。目前，我国大豆自给率20%左右。必须通过政策、科技等多种措施联合使用，促进国内优质大豆生产，提高大豆供给保障率，保证大豆产业安全性，减轻对外依存。大豆高产需要良种良法的配合，良法中作物营养管理十分重要。为此，研究了大量元素和微量元素肥料运筹对大豆生长和产量影响，旨在提高肥料利用率、节约资源、节本增效。
1 材料和方法
1.1 试验材料
供试品种为石豆412，肥料为尿素、过磷酸钙、硫酸钾、硫酸锌、纯品硼。试验在山西省临汾市屯里镇韩村试验基地进行。土壤为壤土，石灰型褐土，基本理化性状：有机质13.7 g/kg，全氮1.2 g/kg，全磷0.5 g/kg，全钾29.2 g/kg，碱解氮78.0 mg/kg、有效磷11.8 mg/kg、速效钾148.2 mg/kg、pH值8.2。
1.2 试验设计
试验设5因素，分别为：尿素 (X1) 、过磷酸钙 (X2)、硫酸钾(X3)、硫酸锌(X4)、纯品硼(X5) 用量。使用二次通用旋转组合设计，共 32个处理 (小区面积13 m2) 。前3种大量元素做追肥，苗期一次性施入，后2种微肥与水按相应的质量分数配成500 g溶液在花荚期喷施，用量0，0.38，0.77，1.15，1.54 kg/hm2，对应溶液质量分数0，0.1%，0.2%，0.3%，0.4%。具体见表1。
1.3 测定内容与方法
成熟后，从小区中间(排除边际效应)随机抽取10株进行考种，按小区收割并测产。考种方法参照国家大豆区试记录标准进行。数据处理使用Excel进行。
2 结果与分析
2.1 肥料运筹对产量影响
以下是肥料运筹对产量影响的线性回归分析结果：
表2中可见，P<0.05，线性回归模型有效。其相关系数r=0.58，决定系数r2=0.33。
表1 试验中肥料及用量
Tab.1 Various fertilizers and different application levels in treatments kg/hm2
水平LevelNP2O5K2OZnSO4纯品硼Pure B-20000.000.00-13035 350.380.3806070700.770.771901051051.151.1521201401401.541.54
表2 产量线性回归方差分析
Tab.2 Yield′s variance analysis by linear regression model
方差来源 Variance source平方和SSdf均方MSF P回归 Regression591 504.485118 300.902.600.049 1剩余 Residual1 183 101.602645 503.91总和 Total1 774 606.103157 245.36
表3 产量线性回归参数
Tab.3 Yield′s parameters by linear regression model
变量Variable回归系数Regression coefficient标准系数Standard coefficient偏相关Partial correlation标准误SEt P b01 707.93 38.46 44.41 0.000 b183.65 0.31 0.35 44.41 1.88 0.071 b246.48 0.17 0.20 44.41 1.05 0.305 b332.37 0.12 0.14 44.41 0.73 0.473 b4111.86 0.41 0.45 44.41 2.52 0.019 b543.91 0.16 0.19 44.41 0.99 0.332
表3中可知，α=0.05水平下，剔除不显著因素后，简化的回归方程为：Y=1 707.93+111.86X4，锌肥(X4)对产量影响达显著水平。即锌肥在2水平，对应0.4%硫酸锌溶液385 kg/hm2，产量最高。
2.2 肥料运筹对株高影响
以下是肥料运筹对株高的影响线性回归分析结果：表4中可见，P<0.05，线性回归模型有效。相关系数r=0.58，决定系数r2=0.34。
表4 株高线性回归方差分析
Tab.4 Plant height′s variance analysis by linear regression model
方差来源Variance source平方和SSdf均方MSFP回归Regression476.87595.372.670.045剩余Residual927.572635.68总和Total1 404.443145.30
表5 株高线性回归参数
Tab.5 Plant height′s parameters by linear regression model
变量Variable回归系数Regression coefficient标准系数Standard coefficient偏相关Partial correlation标准误SEtPb079.55 1.08 73.88 0.000 b1-1.00 -0.13 -0.16 1.24 -0.80 0.431 b23.59 0.47 0.50 1.24 2.89 0.008 b30.89 0.12 0.14 1.24 0.71 0.482 b42.17 0.28 0.33 1.24 1.75 0.093 b5-0.71 -0.09 -0.11 1.24 -0.57 0.572
表5中可知，α=0.05水平下，剔除不显著因素后，简化的回归方程为：Y=79.55+3.59X2，磷肥(X2)对株高影响达极显著水平。氮肥、硼肥对株高产生抑制作用，但并未达到显著水平。
2.3 肥料运筹对主茎节数影响
在α=0.05显著水平下，分别使用二次通用旋转组合和线性回归分析，结果均显示，肥料运筹各因素对主茎节数影响未达显著水平。
2.4 肥料运筹对有效荚数影响
在α=0.05显著水平下，分别使用二次通用旋转组合和线性回归分析，结果均显示，肥料运筹各因素对有效荚数影响未达显著水平。
2.5 肥料运筹对单株粒数影响
肥料运筹对单株粒数影响二次通用旋转组合分析，结果如下：表6是单株粒数方差分析结果，以下是α=0.05显著水平剔除不显著项后，简化后回归方程：
计算表明，单株粒数最大值时各个因素组合为X1：-2，X2：2，X3：-2，X4：-2，X5：-2水平，理论最大值为74.54粒。如图1所示，单因子效应分析(其他因子为零水平)时，在一定范围内，单株粒数与磷肥呈极显著正相关。与锌肥呈显著二次函数关系，与锌硼互作呈显著正相关。
图1 不同磷肥、锌肥水平对大豆单株粒数影响
Fig.1 Effects of phosphate and zinc on seed number per plant of soybean
2.6 肥料运筹对单株粒质量影响
肥料运筹对单株粒质量影响使用二次通用旋转组合分析，结果如下：
表6 单株粒数方差分析
Tab.6 Seeds number per plant′s variance analysis
变异来源Variancesource平方和SS自由度df均方MSFPX141.87 141.87 0.93 0.357 X2529.22 1529.22 11.71 0.006 X388.55 188.55 1.96 0.189 X4182.05 1182.05 4.03 0.070 X582.51 182.51 1.83 0.204 X125.67 15.67 0.13 0.730 X2288.79 188.79 1.96 0.189 X3264.02 164.02 1.42 0.259 X42226.26 1226.26 5.01 0.047 X52189.21 1189.21 4.19 0.065 X1X2213.89 1213.89 4.73 0.052 X1X3187.01 1187.01 4.14 0.067 X1X410.73 110.73 0.24 0.636 X1X50.18 10.18 0.00 0.951 X2X3104.55 1104.55 2.31 0.157 X2X493.61 193.61 2.07 0.178 X2X5100.50 1100.50 2.22 0.164 X3X4139.83 1139.83 3.09 0.106 X3X51.38 11.38 0.03 0.864 X4X5293.27 1293.27 6.49 0.027 回归2 534.20 20126.71 F2=2.800.022 Regression剩余497.24 1145.20 Residual失拟388.54 664.76 F1=2.980.056 Lack of fit 误差108.70 521.74 Error总和3 031.44 31Total
表7是单株粒质量方差分析结果，以下是α=0.05显著水平剔除不显著项后，简化后回归方程：
单株粒质量最大值时各个因素组合为X1：2，X2：2，X3：-2，X4：2，X5：2水平，理论最大值为27.37。
单因子效应分析(其他因子为零水平)时，在一定范围内，单株粒质量与磷肥呈极显著正相关、锌肥显著二次函数关系(图2)，与氮磷、锌硼互作呈显著正相关。
表7 单株粒质量方差分析
Tab.7 Seed weight per plant′s variance analysis
变异来源Variancesource平方和SS自由度df均方MSFPX16.63 16.63 1.77 0.210 X243.61 143.61 11.64 0.006 X31.80 11.80 0.48 0.503 X424.58 124.58 6.56 0.026 X52.78 12.78 0.74 0.407 X120.00 10.00 0.00 0.993 X221.43 11.43 0.38 0.550 X323.43 13.43 0.92 0.359 X4222.55 122.55 6.02 0.032 X5216.14 116.14 4.31 0.062 X1X234.78 134.78 9.29 0.011 X1X312.83 112.83 3.43 0.091 X1X41.49 11.49 0.40 0.541 X1X50.05 10.05 0.01 0.911 X2X310.35 110.35 2.76 0.125 X2X40.63 10.63 0.17 0.690 X2X53.21 13.21 0.86 0.374 X3X40.53 10.53 0.14 0.714 X3X50.25 10.25 0.07 0.802 X4X520.45 120.45 5.46 0.039 回归201.94 2010.10F2=2.700.026 Regression剩余41.20 113.75 Residual失拟34.92 65.82 F1=4.640.014 Lack of fit 误差6.28 51.26 Error总和243.14 31Total
图2 不同磷肥、锌肥水平对大豆单株粒质量影响
Fig.2 Effects of phosphate and zinc on seed weight per plant of soybean
2.7 肥料运筹对百粒质量的影响
在α=0.05显著水平下，分别使用二次通用旋转组合和线性回归分析，结果均显示，肥料运筹各因素对百粒质量影响未达显著水平。
3 结论与讨论
3.1 大量元素对大豆产量和生长影响
研究表明，营养期-生殖期(V3-R5)是大豆对磷元素敏感期，缺磷会抑制根瘤的固氮量和固氮率，造成显著减产，而缺钾对大豆根瘤固氮量和固氮率并无显著影响[1]。适量增施磷肥可缓解大豆苗期弱光胁迫对大豆磷素与干物质积累的影响，促进大豆产量增加[2]。大豆株高、粒数、节数和产量都随着磷素水平上升呈现增高趋势，当达到21 mg/L时，再增加磷素对大豆株高和产量已无影响[3]。
施氮在初花期可提高叶绿素a、叶绿素b含量和硝酸还原酶活性，调节大豆内源激素系统；在开花期和鼓粒期，可提高的蔗糖酶活性。施氮可降低叶片和茎秆C/N比值，增加株高、单株荚数、饱满度，降低结荚高度、结荚位[4]。
本研究中，磷对株高、单株粒数、单株粒质量影响极显著，基本符合前人得出的磷元素对固氮和物质积累有显著作用的结论。磷是构成磷脂和细胞膜重要物质，对大豆十分重要。未发现其对增产具有显著作用。氮、钾肥用量对石豆412产量和本研究中考察性状影响均未达显著水平。造成以上结果，可能是和大豆具有根瘤菌，可自主固氮并利用有关，也可能是由土壤氮、钾元素含量相对较高或由品种特性引起，需要进一步探索。
3.2 微量元素对大豆产量和生长影响
锌是重要微量元素。当浓度低于0.5 mmol/L时，可促进大豆幼苗生长，提高子叶光合色素含量，增强子叶净光合速率和CA活性，但5.0 mmol/L时开始过量，并产生抑制作用[5]。前人研究表明，ZnSO4·7H2O拌种可增加大豆株高、茎粗，增加叶、茎和荚干物质积累。适量锌可增加根长、根体积、根干质量。硫酸锌可增加大豆硝态氮含量，超氧化物歧化酶，过氧化物酶及过氧化氢酶活性，促进地上部生长和根部吸收，增强光合作用及氮代谢，激活保护性酶活性，降低丙二醛和脯氨酸含量，增强清除氧自由基能力，延缓植株衰老[6]。
本研究中，锌对产量、单株粒数、单株粒质量影响显著。可能与锌可提高同化功能，激活保护性酶系统，提高植株抗逆性，增强物质积累与运转有关。
硼是植物必需微量元素之一，对维持细胞壁与细胞膜结构和发挥其功能起重要作用[7-8]。适量硼可提高含油量，促进氮、磷、钾的吸收与利用，过量硼会产生中毒[9]。硼可提高叶绿素含量、净光合速率和呼吸速率，降低可溶性糖含量。从5 mg/L开始，大量硼处理会对大豆造成伤害[10]。适量硼处理，抗膜脂过氧化胁迫能力提高[11]。也有报道显示，硼可提高籽粒蛋白质含量，降低籽粒钙含量，增加籽粒总氨基酸含量、必需氨基酸含量。各氨基酸组分(脯氨酸外)总体增加，氮、磷、钾含量也增加。钼、硼同施比单施在提高籽粒蛋白质含量、降低籽粒脂肪含量方面效果更好。不同品种对硼反应有差异[12]。缺硼可使根瘤结构破坏，固氮酶活性显著下降[13]。适量硼也能提高保护系统中酶活性，提高抗旱能力[14]。全生育期中，地上部和叶部积累的硼与百粒质量关系不显著，与单株的荚数、粒数和粒重呈极显著正相关[15]。开花后，是硼的营养关键期。适量硼也可增强大豆抗涝性。水提硼、氯化钙提硼等与大豆体内硼含量相关性较高，是有效态硼[16]。除了硼存在形态外，气候因子也影响硼有效性。随着光照强度增加硼积累量升高。开花-结荚期，地上部、叶部、籽粒、根部的硼积累与单株荚数、单株粒数、单株粒质量呈极显著正相关[17]。硼促进干物质积累和植株对氮、磷、钾吸收，增加株高、底荚高、百粒质量、总荚数和单株籽粒质量，提高产量[18]。水分胁迫时，施硼可显著增加单株荚数、粒数和产量[19]。叶面喷施硼肥，大豆产量可增加8.3%～14.8%，2次喷施增产可达28.7%[20]。本研究中，未发现硼对石豆412产量或本研究中考察的性状产生显著性影响。
3.3 元素互作对大豆产量和生长影响
本研究中，锌硼互作对单株粒数、单株粒质量影响显著。氮磷互作对单株粒质量影响显著。说明单一元素未产生显著作用时候，未必不重要，可能在配合适当元素后施用，也会产生显著作用。当地生产条件下，建议花荚期喷施0.4%硫酸锌溶液385 kg/hm2促使大豆产量显著提高。
前人研究肥效多采用正交、随机区组、3414等方法[20-31]，试验设计的肥料种类和水平梯度较少，肥料预设用量对结果影响较大。本研究采用二次通用旋转设计，模拟更多种肥料种类和水平，理论上结果更准确。
本试验未在多试点、多品种条件下进行，应用范围有限。在适当的范围内，随着锌元素用量增加，产量呈上升趋势，锌元素施用对产量增加作用显著。在达到锌元素最佳用量前，会保持线性正相关，最佳用量到达后，作用将减弱或相反。后续应加强研究表型变化背后的生理变化原因、基因调控等，对品质(如蛋白质、含油量等)变化也应给予重视。应丰富试点和品种，增强生产中的应用范围和价值。
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