氮磷鉀肥不同用量配施對春大豆干物質積累和經濟效益的影響

周欣，陳士亮，王瑞霞，桑利民，宮宇，王奐侖

（承德市農林科學院農作物研究所，河北 承德 067000）

大豆是我國主要的糧食作物[1]，也是主要的油料作物和飼料原料[2]，在國民經濟發展以及人們的生活中占有重要地位[3]。合理施肥是提高大豆單產、挖掘大豆增產潛力的一項關鍵措施[4-6]。施肥中氮磷鉀用量對大豆生長發育及產量形成具有重要影響[7]。大豆是需氮量較多的一種作物，僅靠生物固氮和土壤中的氮素不能滿足大豆高產的需要[8，9]，因此在大豆生產中施用氮肥是十分必要的。磷素是大豆生長中的重要元素，適宜施磷可以提高大豆品質和產量[10]。鉀素對大豆生長發育也具有較大影響[11，12]。

研究表明，肥料施用量不同，對大豆干物質積累量的影響也不一樣[7，13，14]。而干物質積累量直接影響作物成熟期子粒中的分配量，高干物質積累量是作物獲得高產的物質基礎，并且分配到子粒當中的比例居多[15-17]。因此，研究氮磷鉀肥配施對大豆不同生育期干物質積累量的影響，對提高大豆單產具有一定的意義。但截至目前，針對冀北地區大豆氮、磷、鉀肥合理配施的研究相對較少。通過大田試驗，研究氮磷鉀肥不同用量配施對大豆干物質積累、產量、肥料利用率和經濟效益的影響，旨為該地區大豆高效生產中合理施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

田間試驗于2022 年4～10 月在承德市農林科學院科創基地（承德市隆化縣中關鎮大鋪村，北緯41°21＇、東經117°96＇，海拔449.3 m）進行。試驗區屬中溫帶半濕潤半干旱大陸性季風型冀北山地氣候，年平均降水量550mm，年平均蒸發量1610mm，年平均氣溫7℃，無霜期180 d，年日照時數2 665.7 h；土壤為沙壤土，前茬作物為谷子，0～20 cm 耕層基礎土壤養分含量為有機質13.1 g/kg、堿解氮13.1 mg/kg、速效磷17.8 mg/kg、速效鉀117.6 mg/kg，pH 值7.6，EC為245.0 mS/cm。

1.2 試驗材料

大豆品種為承豆10 號，由承德市農林科學院培育并提供。該品種屬亞有限結莢習性，種粒黃色、橢圓形、黃臍、無光澤，2022 年7 月通過河北省農作物品種審定委員會審定（審定編號：冀審豆20220003）。

肥料種類有氮、磷、鉀3 種，均選用化肥。其中，氮肥選用尿素（N 含量46%），由鄂爾多斯市億鼎生態農業開發有限公司生產；磷肥選用過磷酸鈣（P2O5含量12%），由山東科達化肥有限公司生產；鉀肥選用硫酸鉀（K2O 含量52%），由美國德魯生物科技有限公司生產。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 大豆施用肥料有氮、磷和鉀3 種，每種肥料的施用量均設0（0 水平，不施肥）、60 kg/hm2（1 水平）、120 kg/hm2（2 水平）和180 kg/hm2（3 水平）4 個水平；另外，為了考察高氮處理對大豆各指標的影響，氮肥（N）施用量增設225 kg/hm2（4 水平）。試驗設N0P0K0、N0P2K2、N1P2K2、N2P0K2、N2P1K2、N2P2K0、N2P2K1、N2P2K2、N2P2K3、N2P3K2、N3P2K2和N4P2K2共12 個處理，50%的氮肥以及全部的磷肥和鉀肥均在大豆播種前基施，剩余的50%氮肥在大豆結莢期土壤追施。小區面積15 m2，隨機排列，3 次重復，小區之間設寬0.5 m 的隔離帶。2022 年4 月29 日足墑播種大豆，行距0.5 m，株距0.1 m；其他田間管理同常規。

1.3.2 測定項目與方法 分別在大豆苗期（6 月23日）、開花期（7 月14 日）、結莢期（8 月9 日）、鼓粒期（9 月8 日）和成熟期（9 月20 日），每小區均選取代表性植株3 株，將每株的地上部分均分成葉片、莖稈（包含葉柄）和莢果3 個器官，置于烘箱內，先105 ℃殺青30 min，后75 ℃烘干至恒重，測定干物重。大豆成熟期，每小區均全部收獲，測定子粒產量。各指標值均取3 次重復的平均值。

計算主要生育期的大豆地上部分干物質積累量以及地上各部分干物質分配的比例，氮、磷、鉀肥的偏生產力和農學效率，以及增產效益[18]。

大豆和肥料價格均按當地市場價格計算，其中大豆售價為7 元/kg，尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀的買入價格分別為3.2、2.0 和11.0 元/kg。

1.3.3 數據處理與分析 采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 22.0 軟件進行數據統計與分析，采用Origin 9.0 軟件進行繪圖。處理間差異采用單因素方差分析，采用Duncan 法進行顯著性差異分析。

2 結果與分析

2.1 氮磷鉀肥不同用量配施對大豆主要生育期地上部干物質積累的影響

隨著大豆生育進程，所有處理的植株地上部干物質積累量均不斷增加，且均在苗期—開花期和鼓粒期—成熟期增加較快；但氮磷鉀肥不同用量配施對大豆主要生育期的地上部干物質積累量（表1）以及各部分干物質分配比例影響均較大（表2）。

表1 氮磷鉀肥不同用量配施對大豆單株地上部干物質積累量的影響Table 1 Effect of different amounts of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers on the accumulation of aboveground dry matter in soybean plants

表2 氮磷鉀肥不同用量配施對大豆單株地上各部分干物質分配比例的影響Table 2 Effect of different amounts of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers on the distribution ratio of dry matter in the aboveground parts of a single soybean plant

2.1.1 干物質積累量 不同生育期，氮磷鉀肥配施處理的地上部干物質積累量均＞不施肥處理，但不同用量配施處理的影響程度不同，指標值差異較大。苗期，N2P1K2處理的指標值最大，為10.20 g，顯著＞不施肥處理以及N0P2K2和N1P2K2處理，但與其他處理差異均不顯著。隨著生育期的推進，施肥對大豆生長的促進作用逐漸顯現：開花期，N2P2K3處理的指標值最大，為51.82 g，除顯著＞不施肥處理外，與其他施肥處理差異均不顯著；結莢期，N4P2K2處理的指標值最大，為87.88 g，除與N2P0K2、N2P2K2、N2P3K2和N3P2K2處理差異不顯著外，與其他處理差異均達到了顯著水平；鼓粒期，N2P2K3處理的指標值最大，為98.67 g，顯著＞不施肥處理以及N0P2K2處理，但與其他處理差異均不顯著；成熟期，N3P2K2處理的指標值最大，除與N4P2K2、N2P3K2和N2P2K2處理差異不顯著外，與其他處理差異均達到了顯著水平。

對相同磷鉀肥（P2K2）條件下不同施氮量處理的大豆地上部干物質積累量進行比較，結果（圖1）顯示，施氮量對苗期和開花期的指標值影響不顯著，對結莢期、鼓粒期和成熟期的指標值具有顯著影響。結莢期，施氮處理的指標值除N1處理略約N0處理外，其他3 個處理均＞N0處理，其中，N4處理的指標值最大，顯著＞N3處理，但二者均與N2處理差異不顯著。鼓粒期，施氮處理的指標值均＞N0處理，其中，N4處理的指標值最大，顯著＞N0處理，但與其他施氮量處理差異均不顯著，而其他3 個施氮量處理之間及其與N0處理之間差異均不顯著。成熟期，施氮處理的指標值均＞N0處理，指標值隨著施氮量的增大呈先增加后降低的變化，其中，N3處理的指標值最大，其次是N4處理，二者差異不顯著，但均顯著＞N0和N1處理，而其他2 個施氮量處理與N0處理差異均不顯著。表明施用氮肥可以促進大豆地上部分干物質的積累，N3和N4處理效果較好，其中N3處理（施氮量180 kg/hm2）成熟期的干物質積累量最大。

圖1 相同磷鉀肥（P2K2）條件下不同施氮量處理對大豆主要生育期地上部干物質積累量的影響Fig.1 Effect of different nitrogen amounts on the accumulation of aboveground dry matter in soybean during the main growth period under the same phosphorus and potassium fertilizer（P2K2）conditions

對相同氮鉀肥（N2K2）條件下不同施磷量處理的大豆地上部干物質積累量進行比較，結果（圖2）顯示，施磷量對大豆主要生育期的指標值影響均不顯著。開花期至鼓粒期，施磷處理的指標值均約P0處理，其中P1處理的指標值在結莢期和鼓粒期均為最低；之后，大豆干物質積累量較前3 個時期發生了較大變化，成熟期施磷處理的指標值隨著施磷量的增大而逐漸增加，但P1處理的指標值仍約P0處理，而其他2 個施磷量處理的指標值均＞P0處理，其中P3處理的指標值最大。從整個大豆生育期看，P3處理的干物質積累量均增加較快。表明施用一定磷肥可以促進大豆地上部分干物質的積累，P2和P3處理效果較好，其中P2處理（施磷量120 kg/hm2）較為經濟。

對相同氮磷肥（N2P2）條件下不同施鉀量處理的大豆地上部干物質積累量進行比較，結果（圖3）顯示，施鉀量僅對結莢期的指標值具有顯著影響，對其他生育期的指標值均影響不顯著。結莢期，施鉀處理的大豆干物質積累量均＞K0處理，其中K2處理的指標值最大，與其他施鉀量處理差異均不顯著，但顯著＞K0處理，而其他施鉀量處理之間及其與K0處理之間差異均不顯著。成熟期，施鉀處理的指標值隨著施鉀量的增大呈先增加后降低的變化，且除K1處理外，其他2 個施鉀量處理的指標值均＞K0處理，其中K2處理的指標值最大。表明施用一定鉀肥可以促進大豆地上部分干物質的積累，總體來看，K2處理（施鉀量120 kg/hm2）效果較好。

圖3 相同氮磷肥（N2P2）條件下不同施鉀量處理對大豆主要生育期地上部干物質積累量的影響Fig.3 Effects of different potassium amounts on aboveground dry matter accumulation in main growth stage of soybean under the same nitrogen and phosphorus fertilizer（N2P2）

2.1.2 干物質分配比例 隨著大豆生育進程，不同處理的大豆各部分干物質分配比例不斷變化。苗期，各處理的葉片/莖為0.88～1.49，葉片干物重比例均較大，但各施肥處理的指標值與不施肥處理差異均不顯著，施肥處理中僅N2P1K2與N4P2K2處理差異達到了顯著水平。開花期，各處理的葉片/莖為0.86～0.96，與苗期相比均有所下降，但差異均不顯著。結莢期，各處理的葉片/莖為0.94～1.34，與開花期相比，不同處理的指標值均呈上升趨勢，但差異均不顯著。鼓粒期，各處理的葉片/莖為0.18～0.41，與結莢期相比，不同處理的指標值均呈下降趨勢，但差異均不顯著；各處理的莢果干物質量均超過了葉片與莖（含葉柄）的干物質量之和，占單株地上部干物質量的比例達到51.70%～61.77%，但各施肥處理的指標值與不施肥處理差異均不顯著，施肥處理中N2P1K2處理的指標值最大且顯著＞N1P2K2、N2P2K0、N2P2K2和N3P2K2處理。成熟期，各處理的葉片/莖為0.14～0.28，與鼓粒期相比，除N0P2K2和N2P1K2處理略有上升外，其他處理均呈現不同程度的降低，但所有處理間差異均不顯著；各處理的莢果干物質量占單株地上部干物質量的比例為61.67%～72.33%，與鼓粒期相比均呈現不同程度的升高，其中施肥處理的指標值均顯著＞不施肥處理。

可以看出，大豆生長早期葉片干物質比重較大，結莢期之后快速降低；鼓粒期，莢果干物質量超過葉片與莖（含葉柄）的干物質量之和；至成熟期，施肥處理的莢果質量比例均達到70%左右，且均高于不施肥處理，最高達到了72.33%。

2.2 氮磷鉀肥不同用量配施對大豆產量的影響

對相同磷鉀肥（P2K2）條件下不同施氮量處理的大豆產量進行比較，結果（圖4）顯示，施氮處理的大豆產量均＞N0處理，增幅為3.97%～29.07%，但不同施氮量處理的影響程度不同，且除N4處理外，其他處理與N0處理差異均達到了顯著水平，其中N3處理的產量最高；指標值隨著施氮量的增大呈先增加后降低的變化，其中，N4處理的指標值顯著約其他3 個施氮量處理，N3處理的指標值顯著＞N1處理但二者均與N2處理差異不顯著?？梢钥闯?，除高氮施肥外，其他3 個施氮量處理均可顯著提高大豆產量，其中N3處理（施氮量180 kg/hm2）產量最高。

圖4 氮磷鉀肥不同用量配施對大豆產量的影響Fig.4 Effects of different amounts of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers on soybean yield

對相同氮鉀肥（N2K2）條件下不同施磷量處理的大豆產量進行比較，結果顯示，施磷處理的大豆產量均顯著＞P0處理，增幅為6.47%～19.88%；指標值隨著施磷量的增大呈先增加后降低的變化，其中，P2處理的產量最高，與P3處理差異不顯著，但二者均顯著＞P1處理。表明增施磷肥可顯著提高大豆產量，其中P2處理（施磷量120 kg/hm2）產量最高且比較經濟。

對相同氮磷肥（N2P2）條件下不同施鉀量處理的大豆產量進行比較，結果顯示，施鉀處理的大豆產量均顯著＞K0處理，增幅為22.29%～23.04%；指標值隨著施鉀量的增大呈先增加后降低的變化，但不同施鉀量處理的產量差異均不顯著，其中K2處理處理的產量最高。表明增施鉀肥可顯著提高大豆產量，其中K2處理（施鉀量120 kg/hm2）產量最高。

從肥料的產量邊際效益看，施氮（N）量為0～240 kg/hm2時，產量隨著施氮量的增大呈先增加后降低的變化，其中施氮（N）量為0～180 kg/hm2時，肥料每增加60 kg/hm2，產量依次增加803.66、119.00 和138.67 kg/hm2，繼續增施N 肥45 kg/hm2后產量反而較施氮量180 kg/hm2處理降低916.33 kg/hm2，1 kg 氮肥（N）的增產量依次為13.39、1.98、2.31 和-20.36 kg，即氮肥的產量邊際效益呈降低—升高—降低的變化；施磷（P2O5）量為0～180 kg/hm2時，產量隨著施磷量的增大呈先增加后降低的變化，1 kg 磷肥的增產量依次為4.11、8.53 和-2.77 kg，即磷肥的產量邊際效益呈先增加后降低的變化；施鉀（K2O）量為0～180 kg/hm2時，產量隨著施鉀量的增大呈先增加后降低的變化，1 kg 鉀肥的增產量依次為13.81、0.46 和-0.42 kg，即鉀肥的產量邊際效益呈遞減趨勢。綜上分析可以看出，雖然大豆產量隨著每種肥料施用量的增大均呈先增加后降低的趨勢變化，但氮、磷、鉀肥料的產量邊際效益變化規律不同，這可能是由于大豆對每種肥料的吸收比例不同以及不同肥料在土壤中的有效性不同所造成。

2.3 氮磷鉀肥不同用量配施對肥料利用率的影響

氮磷鉀肥不同用量配施處理的肥料利用率差異顯著（表3）。相同磷鉀肥（P2K2）條件下，隨著施氮量的增大，氮肥的偏生產力和農學效率均逐漸降低；相同氮鉀肥（N2K2）條件下，隨著施磷量的增大，磷肥的偏生產力逐漸降低，但農學效率呈先升高后降低的變化；相同氮磷肥（N2P2）條件下，隨著施鉀量的增大，鉀肥的偏生產力和農學效率均逐漸降低。表明適量施肥能顯著提高大豆產量，但需要同時兼顧到肥料利用率情況，過多施肥不僅會導致產量降低，還會導致成本增加。綜合考慮認為，本研究條件下，適宜的施肥量為氮（N）180 kg/hm2、磷（P2O5）120 kg/hm2、鉀（K2O）120 kg/hm2。

表3 氮磷鉀肥不同用量配施對肥料利用率的影響Table 3 Effects of different amounts of nitrogen，phosphorus and potassium fertilizers on fertilizer utilization rate（kg/kg）

2.4 氮磷鉀肥不同用量配施對大豆經濟效益的影響

對相同磷鉀肥（P2K2）條件下不同施氮量處理的大豆經濟效益進行比較，結果（表4）顯示，隨著施氮量的增大，大豆增產效益和產投比均呈先升高后降低的變化，其中，N3處理的增產效益最大、產投比（5.70）較高，N4處理的增產效益為負值、產投比最低。對相同氮鉀肥（N2K2）條件下不同施磷量處理的大豆經濟效益進行比較，結果（表5）顯示，隨著施磷量的增大，大豆增產效益呈先升高后降低的變化，產投比逐漸降低，其中P2處理的增產效益最大、產投比（5.96）較高。對相同氮磷肥（N2P2）條件下不同施鉀氮量處理的大豆經濟效益進行比較，結果（表6）顯示，隨著施鉀量的增大，大豆增產效益和產投比均逐漸降低，其中，K1處理的增產效益最大、產投比（7.75）較高。綜上分析可以看出，適量施肥不僅能提高大豆產量，還能節約成本，增加經濟效益。綜合考慮認為，在保證凈收益的條件下，N3P2K2處理〔施氮（N）量180 kg/hm2、施磷（P2O5）量120 kg/hm2、施鉀（K2O）量120 kg/hm2〕最為合理。

表4 相同磷鉀肥（P2K2）條件下施氮量對大豆經濟效益的影響Table 4 Effect of nitrogen application amount on economic benefit of soybean under the same phosphorus and potassium fertilizer（P2K2）condition

表5 相同氮鉀肥（N2K2）條件下施磷量對大豆經濟效益的影響Table 5 Effect of phosphorus application amount on economic benefit of soybean under the same nitrogen and potassium fertilizer（N2K2）

表6 相同氮磷肥（N2P2）條件下施鉀量對大豆經濟效益的影響Table 6 Effect of potassium application amount on economic benefit of soybean under the same nitrogen and phosphorus fertilizer（N2P2）

3 結論與討論

干物質積累可以直接影響作物成熟期的產量情況，增加干物質積累量是提升產量的基礎[17]。王政等[19]研究顯示，大豆施用氮磷鉀肥后，各處理的地上部干物質量除苗期有所差異但均未達到顯著水平外，其他生育期施肥處理的干物質積累量均顯著高于不施肥處理。本研究條件下，與不施肥處理相比，氮磷鉀肥不同用量配施均能夠提高大豆各生育期的干物質積累量，其中成熟期的大豆干物質積累量，隨著施氮量的增大呈先升高后降低的變化，這與前人的研究結果[18，20]一致，表明過量施氮并不能持續提高大豆地上部的干物質累積量；隨著施磷量的增大而逐漸增加，這與喬振江等[13]的研究結果一致；隨著施鉀量的增大呈先升高后降低的變化，表明過高鉀肥并不利于大豆地上部干物質的積累，這與閆春娟等[14]的研究結果一致。

施用氮磷鉀肥可顯著提高大豆產量[19，21，22]。本試驗結果顯示，不同肥料施用量對大豆產量的影響效果不同，相同磷鉀肥（P2K2）條件下施氮處理的大豆產量較不施氮肥處理增加3.97%～29.07%，相同氮鉀肥（N2K2）條件下施磷處理的大豆產量較不施磷肥處理增加6.47%～19.88%，相同氮磷肥（N2P2）條件下施鉀處理的大豆產量較不施鉀肥處理增加22.29%～23.04%；同時還發現，氮、磷、鉀不同肥料的產量邊際效益變化規律不同，這與王政等[19]的研究結果一致。隨著每種肥料施用量的增大，大豆產量均呈先增加后降低的變化，氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）肥料施用量分別為180、120 和120 kg/hm2時大豆產量達到最高。

適量施肥能顯著提高大豆產量和經濟效益，但過多施肥不僅會導致產量降低，還會導致成本增加，經濟收益減少[23-25]。本試驗中，相同磷鉀肥（P2K2）條件下，隨著施氮量的增大，氮肥的偏生產力和農學效率均呈逐漸降低趨勢；相同氮鉀肥（N2K2）條件下，隨著施磷量的增大，磷肥的偏生產力逐漸降低，但農學效率呈先升高后降低的變化，這與前人研究結果[20]一致；相同氮磷肥（N2P2）條件下，隨著施鉀量的增大，鉀肥的偏生產力和農學效率均逐漸降低。本研究還發現，在保證凈收益的條件下，N3P2K2處理的增產效益最高。在本試驗條件下，承德地區氮肥（N）用量為180 kg/hm2、磷肥（P2O5）用量為120 kg/hm2、鉀肥（K2O）用量為120 kg/hm2時，大豆的地上部干物質積累量最大，產量和經濟效益最高。