第43卷第6期2020年11月
河北农业大学学报
JOURNAL OF HEBEI AGRICULTURAL UNIVERSITY
Vol.43 No.6
Nov.2020
大豆产量和水分利用效率对水氮处理的响应
卢晓鹏，陈任强，高惠嫣，刘宏权
（河北农业大学 城乡建设学院，河北 保定 071001）
摘要：通过位于黑龙港流域的大田试验，研究了不同水氮处理对大豆产量、干物质量及水分利用效率的影响。试
验设置灌水量和施氮量2个因素，灌水量设置充分灌溉（W4：灌水量为1.0 I）和亏缺灌溉（W3：0.8 I，W2：
0.6 I，W1：0.4 I，W0：0 I）共5个灌水水平，3个施氮水平（低氮N1：75 kg/hm2，中氮N2：150 kg/hm2，
高氮N3：225 kg/hm2），同时设置空白处理（W0N0），共计16个处理。结果表明：大豆产量最高的是W4N2处理，
最高产量为1968.05 kg/hm2，比处理W4N1和W4N3分别增长42.43%和45.31%，水分利用效率WUE最高的
为W3N3处理。本试验条件下，W3N3处理比对照组W4N2产量下降5.72%，水分利用效率WUE增加7.50%，
节约150.15 m3/hm2的灌水量。
关 键 词：大豆；水氮互作；耗水量；水分利用效率
中图分类号：S 274.1开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
文献标志码：A
Respon of soybean yield and water u efficiency to water and
nitrogen treatments
LU Xiaopeng, CHEN Renqiang, GAO Huiyan, LIU Hongquan
（Urban and Rural Construction Institute, Hebei Agricultural University, Baoding 071001, China）Abstract：The rearch studies the effects of different water and nitrogen treatments on soybean yield, dry matter
quality and water u efficiency through field trials in the Heilonggang Basin. The experiment t two factors of
irrigation volume and nitrogen application volume. 16 treatments were t, which included five levels for irrigation
volume, including full irrigation (W4: irrigation volume is 1.0 I) and deficit irrigation (W3: 0.8 I, W2: 0.6 I, W1:
0.4 I, W0: 0 I), 3 levels of nitrogen application (low nitrogen N1: 75 kg/hm2, medium nitrogen N2: 150 kg/hm2,
high nitrogen N3: 225 kg/hm2) and blank treatment (W0N0). The results showed that the W4N2 treatment had the
highest yield of soybeans, and the highest yield was 1 968.05 kg/hm2, an increa of 42.43% and 45.31% respectively
compared with the treatment of W4N1 and W4N3. Under the conditions of this experiment, the W3N3 treatment
decread 5.72% compared with the control group W4N2, and the water u efficiency WUE incread by 7.50%,
saving 150.15 m3/hm2 of irrigation water.
Keywords：soybean; water-nitrogen interaction; water consumption; water u efficiency
文章编号：1000-1573(2020)06-0044-07DOI：10.13320/jki.jauh.2020.0111
收稿日期：2019-12-23
基金项目：国家食用豆产业技术体系（CARS-08-G-22）.
第一作者：卢晓鹏（1992-），男，河北邯郸人，硕士研究生，主要从事节水灌溉理论与技术研究.E-mail：*****************通信作者： 刘宏权（1979-），男, 河北巨鹿人，博士，副教授，主要从事农田水肥调控及农业水土资源优化利用研究.
E-mail：*************
本刊网址：http: // hauxb. hebau. edu. cn: 8080 /CN/ volumn / home. shtml
45第6期
黑龙港流域历来是国家重要的农业种植区，农业
灌溉水资源十分匮乏，属于地下水压采区［1-2］。施
氮量和灌水量作为限制农业生产的重要因素［3］，对
作物产量影响较大。已有研究成果表明当土壤水分适
宜和充足时，水氮互作对产量表现为加和作用，当土
壤水分含量过高时，水氮互作表现为拮抗作用，土壤
水分含量较低时，表现为限制性的协同作用，当土
壤水分含量过低时，水氮互作对增产不起作用［4］。
合理施用氮肥和充分灌溉有利于提高植株地上部生物量，其中高水低肥处理效果最优，低水无肥效果最差［5］。赵炳梓［6］、栗丽［7］认为小麦水分利用效率随着灌水量的增加而降低，当灌水水平较低时，水分利用效率随着施氮量的增加呈现上升趋势，随着施氮量的增加，水分利用效率先增加后降低。白杨［8］通过盆栽试验得出水分和氮肥在一定范围内具有显著的正效应和耦合效应，其中水是制约大豆产量的主要因素，相关研究表明［9-10］灌水与氮肥协同作用比氮肥单独作用能增加大豆产量，使大豆能更有效地利用水肥资源，在旱地条件下施肥能提高土壤水势，从而提高土壤水分的有效性，使一部分原来对植物生长无效的水变得有效，使植物能吸收利用更多的土壤水分［11］。试验多在东北、西北等地区，得出的适宜水氮处理结果不尽相同［12-13］，本试验针对黑龙港流域水土资源状况，研究不同水氮处理对大豆生长及水分利用效率的影响，为本地区种植大豆寻求高产、高效提供科学水肥方案。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验于2019年4—9月在位于黑龙港流域巨鹿县河北农业大学的综合试验站（37°34′51'' N，115°13′24'' E，海拔28.5 m）进行。该站多年平均气温13.3℃，多年平均日照时数2767.4 h，无霜期202 d，多年平均降雨量509 mm，降雨主要集中在6—8月，地下水埋深40 m左右。试验地表层土壤有机质含量8.967 g/kg，全氮0.540 g/kg，全磷0.892 g/kg，全钾22.690 g/kg，碱解氮33.17 mg/kg，有效磷1.82 mg/kg，速效钾169.32 mg/kg。大豆生育期内气象数据由天圻智能生态气象站（ET007，东方智感（浙江）科技股份有限公司，杭州）测定，试验期间主要气象要素如图1所示。土壤基本性质如表1所示。
有
效
降
雨
/
m
m
/
累
计
太
阳
辐
射
量
/
(
M
J
·
m
-
2
)
E
f
f
e
c
t
i
v
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r
a
i
n
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l
/
C
u
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o
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i
a
t
i
o
n
气
温
/
℃
A
i
r
t
e
m
p
e
r
a
t
u
r
e 60
50
40
30
20
10
35
30
25
20
15
10
5
日期/（月-日） Dake
累计太阳辐射量
日平均气温
4
-
2
6
5
-
3
5
-
1
5
-
1
7
5
-
2
4
5
-
3
1
6
-
7
6
-
1
4
6
-
2
1
6
-
2
8
7
-
5
7
-
1
2
7
-
1
9
7
-
2
6
8
-
2
8
-
9
8
-
1
6
8
-
2
3
8
-
3
9
-
6
9
-
1
3
9
-
2
图1 大豆生育期内主要气象要素变化图
Fig.1 Variations of daily averaged meteorological elements during the whole growing ason of soybean
表1 试验地土壤基本性质
Table 1 Basic properties of soil
土层深度/cm
Soil depth
土壤质地
Soil texture
容重γ/（g·cm-3）
Soil bulk density
田间持水率θf
（V/V，%）
Field water-
holding capacity
θf (V / V,%）0～10
浅黄色，壤土，
无黏粒
1.410.295
10～201.390.290
20～301.360.305
30～401.360.341
40～50
深黄色，壤土，
含有少量黏粒
1.370.375
50～601.410.375
60～70
棕黄色，黏质土，
含有较多黏粒
1.460.395
70～801.380.376
80～90
棕黄色，砂质土
壤，含有较多砂粒
1.380.391
90～1001.410.309
1.2 试验设计
供试品种为‘冀豆12号’，2019年4月26日进行播种，播种方式为条播，行距40 cm，出苗后留苗6万株/h
m2，同年9月19日收获，全生育期146 d。共分4个生育阶段：苗期18 d（4月26日—5月15日）、分枝期27 d（5月15日—6月10日）、花荚期67 d（6月11日—7月16日）、鼓粒期34 d（7月17日—9月19日）。试验设置5个灌水水平和3个追氮水平，灌水方式为畦灌，以对照小区W4N2田持（75±2）%时进行灌水，灌到田持（95±2）%，灌水量记为I（W4），5个灌水水平（W4：1.0 I，W3：0.8 I，W2：0.6 I，W1：0.4 I，W0：0 I），3个追氮量水平（低氮N1：75 kg/hm2，中氮N2：
卢晓鹏，等：大豆产量和水分利用效率对水氮处理的响应
46第43卷
河北农业大学学报
150 kg/hm2，高氮N3：225 kg/hm2）。苗期、分枝期、花荚期、鼓粒期计划湿润层分别为30、40、50和60 cm。底肥施用复合肥（N∶P∶K=15∶15∶15）50.3 kg/hm2、过磷酸钙687.13 kg/hm2（12% P2O5）和硫酸钾（52% K2O）81.64 kg/hm2。分枝期末追施尿素（46.2% N），施用量为75 kg/hm2（N1）、150 kg/hm2（N2）、225 kg/hm2（N3）；另设一对照组不追肥和不灌水处理（W0N0），共16个处理，3组重复并进行随机排列。试验小区为4 m×4 m，小区边界0.5 m为保护带；其余田间管理与当地一致。
1.3 试验测定项目及方法
1.3.1 土壤含水率土壤含水率由土壤水分廓线仪(Diviner 2000, Sentek Pty Ltd.，Australia)进行测定，每10 cm 1个测点，测量深度1 m，每7～10 d进行测量，灌水前后和降雨后加测（表2）。
表2 大豆生育期内灌水时间和灌水量
Table 2 Irrigation time and amount during soybean growth ason mm
灌水次数Irrigation times
灌水日期
Irrigation date W4W3W2W1W0
15月23日21.8817.5013.138.750 26月1日18.7517.5016.2515.000 36月24日46.8837.5028.1318.750总计87.5072.5057.5042.500
1.3.2 大豆地上干物质量分配及产量在各生育期末取3株具有代表性的植株，分成叶、茎、豆荚3部分然后将样品植株装入信封在烘箱105℃下杀青30 min，然后在80℃下烘干至恒重，测得其干物质量；测产时每小区随机选取面积为1 m×1 m进行测产，各处理重复3次，测定每小区籽粒质量，取平均值后折算成公顷产量。
1.3.3 作物耗水量采用水量平衡方程计算各个生育阶段及全生育期作物耗水量：
ET=P+I+S+△W-R-D
式中，ET为作物耗水量（mm），P为降水量（mm），I为灌水量（mm），S为地下水补给量（mm），△W为土壤含水率的变化量（mm），R为地表径流（mm），D为深层渗漏（mm）。地下水补给量和深层渗漏忽略不计，但当暴雨或特大暴雨时，考虑地表径流R和深层渗漏D的影响。
1.3.4 水分利用效率用下列公式计算水分利用效率［14］：
WUE Yw ET
WUE d Y d ET
式中，WUE是以大豆经济产量计算的水分利用效率（kg/m3），Y是大豆经济产量（kg/hm2），ET 是作物生育期耗水量（mm），WUE d是以地上部分总干物质量计算的水分利用效率(kg/m3)，Y d为地上部分大豆干物质量（kg/m3）。
1.4 数据处理
用Microsoft Excel 2010（Microsoft Corp., WA, USA）进行数据分析及图标制作，用IBM SPSS Statistics 22（IBM Corp., NY, USA）进行显著性分析（P＜0.05为显著，P＜0.01为极显著）、单双因素方差分析。
2 结果与分析
2.1 不同水氮处理生育期土壤水分变化及耗水量的
影响
图2、3、4分别为低氮（N1）、中氮（N2）、高氮（N3）水平下不同灌水处理0～60 cm土壤含水率变化，表3为大豆不同生育时期耗水量，在播种前分析土壤初始水分含量差异并不显著。苗期并无灌水和降雨，不同水氮处理土壤水分变化呈缓慢下降趋势，分枝期开始各处理差异有显著变化。在低氮（N1）水平下随着灌水量增大，土壤含水率变化越大，W0N1处理土壤含水率最低，只施低氮不灌水处理降低土壤含水率并减少耗水，最高土壤含水率为W3N1处理，W4N1处理灌水量多于W3N1处理，但耗水量较大，降低了含水率。在中氮（N2）水平下W4N2处理在花荚期土壤含水率显著高于其它处理，是因为此时期与W3N2处理耗水量差异并不显著，而灌水量增多使土壤水分含量增多，W0N2
47
第6期与W 0N 0处理土壤含水率和耗水量无显著差异，只施中氮对大豆耗水量并无显著影响。高氮（N 3）水平下W 3N 3处理土壤含水率在鼓粒期高于W 4N 3处理，是因为在该时期W 3N 3处理耗水量大于W 4N 3处理。在同一施氮水平下各灌水处理土壤水分含量变化趋于一致。
土壤含水率(v /v %)S o i l m o i s t u r e c o n t e n t
363432302826242220
日期/（月-日） Date
W 0N 00N W 1N 1W 2N 1W 3N 1W 4N 1
4-26
5-8
5-20
6-1
6-13
6-25
7-7
7-19
7-31
8-12
8-24
9-5
9-17
图2 低氮（N1）水平不同灌水处理土壤含水率变化Fig. 2 Changes of soil water content under different irrigation treatments with low nitrogen (N1) levels
土壤含水率(v /v %)S o i l m o i s t u r e c o n t e n t
363432302826242220
日期/（月-日） Date
W 0N 00N W 1N 2W 2N 2W 3N 2W 4N 2
4-26
5-8
5-20
6-1
6-13
6-25
7-7
7-19
7-31
8-12
8-24
9-5
9-17
图3 中氮（N2）水平不同灌水处理土壤含水率变化Fig.3 Changes of soil water content under different irrigation treatments with medium nitrogen (N2) levels
土壤含水率(v /v %)S o i l m o i s t u r e c o n t e n t
403530252015
W 0N 0W 0N W 1N 3
W 2N 3
W 3N 3
W 4N 3
日期/（月-日） Date
4-26
5-8
5-20
6-1
6-13
6-25
7-7
7-19
7-31
8-12
8-24
9-5
9-17
图4 高氮（N3）水平不同灌水处理土壤含水率变化Fig.4 Changes of soil water content under different irrigation treatments with high nitrogen (N3) levels
表3可以看出作物耗水量随着灌水量的增加而
增加，不灌水各处理均以鼓粒期耗水量为最大，其次是花荚期。除苗期外，其他生育时期各处理耗水量最大的处理均是W 4N 2处理，总耗水量为 558.7 mm 。大豆苗期各处理间耗水量并无显著差异，分枝期和花荚期各处理耗水量均有显著差异，在分枝期W 3、W 4灌水处理耗水量各均与空白对照W 0N 0有显著差异，W 4N 2、W 3N 2处理耗水量分别比W 0N 0处理多52.66%和60.05%，花荚期W 4N 3、W 3N 1处理耗水量分别比W 0N 0处理多48.99%和41.68%，鼓粒期各处理耗水量差异并不显著。大豆灌水处理在分枝期、花荚期、鼓粒期均
对大豆耗水量有着显著差异，而氮肥因素对大豆耗水量差异并不显著，两者交互作用对大豆耗水量有显著差异。
表3 不同水氮处理对大豆各生育阶段耗水量的影响
Table 3 Effects of different water and nitrogen treatments on water consumption of soybeans at various growth stages
处理
Treatment 耗水量/mm Water consumption
苗期
Seedling stage 分枝期Branching stage 花荚期
Flower podding stage 鼓粒期
Grain filling stage 总耗水量
Total water consumption
W 0N 035.2±4.34a 45.87±1.42de 114.1±19.18de 128.61±5.23a 323.79±22.45c W 0N 134.86±3.34a 36.62±8.19e 96.78±30.92e 147.76±51.46a 316.02±40.42c W 1N 132.19±0.77a 83.76±8.2bcde 153.1
5±0.37bcde 116.25±34.18a 385.36±40.68bc W 2N 134.52±3.07a 88.68±12.43bcd 153.99±30.29bcd 128.25±53.45a 405.45±30.93bc W 3N 137.63±2.52a 102.29±13.84abc 195.65±17.13abc 139.28±24.26a 474.86±43.06ab W 4N 134.34±0.99a 128.08±22.58ab 184.23±43.83ab 171.97±8.78a 518.62±54.22a W 0N 233.03±3.29a 42.72±6.45de 97.31±13.76de 143.76±14.62a 316.83±19.36c W 1N 234.18±2.11a 78.88±22.45cde 142.07±25.99cde 152.24±78.04a 407.39±68.06bc W 2N 237.34±2.81a 71.63±11.61cde 144.5±27.55cde 141.43±35.19a 394.91±40.06bc W 3N 238.32±1.68a 114.82±33.99abc 171.55±9.89abc 142.7±28.73a 467.4±55.35ab W 4N 2
34.75±4.04a
140.52±34.27a
179.73±45.55a
203.86±51.05a
558.87±53.59a
卢晓鹏，等：大豆产量和水分利用效率对水氮处理的响应
48第43卷
河北农业大学学报
处理Treatment
耗水量/mm Water consumption
苗期
Seedling stage
分枝期
Branching stage
花荚期
Flower podding stage
鼓粒期
Grain filling stage
总耗水量
Total water consumption
W0N333.81±5.23a42.45±26.8de109.3±13.78de136.85±56.35a322.42±56.77c W1N337.83±2.00a70.73±1.35cde132.72±30.76cde143.69±15.95a384.99±29.58bc W2N334.67±4.82a99.26±15.86abc155.84±17.29abc163.85±22.44a453.63±47.19ab W3N336.52±2.84a106.4±5.6abc146.12±4.16abc160.35±34.01a449.4±40.03ab W4N333.88±4.45a130.02±9.12ab223.67±26.96ab158.5±18.97a546.08±17.44a
联合设定试验
F值
W1.6710696.81**17.128**1.570*32.589* N0.2832.310.5700.5710.198 W*N 0.81246.991.457*0.5190.623
注：数据为3个样方的平均值，小写字母表示P=0.05水平下的显著性差异，*表示差异显著（P＜0.05），**表示差异极显著（P＜0.01），下表同。
2.2 不同水氮处理对大豆干物质量分配及其产量的
影响
由表4可以看出植株各部分干重差异显著，基本表现为荚＞茎＞叶，植株干物质重的变化趋势为随着灌水量的增加干物质量的积累也增加。除了灌水为W0外其他灌水处理下茎、叶、荚干重最大的为N2，其次是N1，最后为N3。W4N1和W4N3处理茎、叶、荚分别比对照处理W4N2减少47.41%、43.53%、49.88%和44.08%、46.36%、5.49%。W4N1和W4N3处理之间各器官干物质差异并不显著，表明在W4灌水水平下过多过少施肥都不利于干物质量的积累。经分析得水氮两因素及交互作用皆对茎和荚干物质有极显著影响，灌水对叶干物质呈极显著影响，施氮对叶干物质呈显著影响。
大豆产量最大的为W4N2处理，最高产量为1968.05 kg/hm²，比处理W4N1和W4N3分别增长42.43%和45.31%，说明过多施肥不能增加大豆产量，与W3N2处理相比增加18.04%。在W0处理下N1＞N2＞N3，都小于对照（W0N0）处理，说明不灌水时施氮肥使大豆产量减少，W1处理下产量最高的为N3处理，与N1、N2处理产量差异不显著，W2处理下W2N3处理产量高于W2N1和W2N2处理， W3处理下W3N2产量大于W3N1和W3N3，说明在低灌水处理下适量增加氮肥可以促进大豆产量，但并不显著。灌水对大豆产量呈极显著影响，而施氮和两者交互作用对大豆产量并无显著影响。
表4 大豆干物质量分配及产量
Table 4 Dry matter quality and yield of soybean
处理Treatment
鼓粒期/（g·株-1）Grain filling stage
产量/（kg·hm-2）
Yield
茎Stem叶leaf荚pod
W0N07.34±2.45g11.66±5.42h3.59±3.23e623.7±34.85c
W0N16.46±1.86g9.42±1.83h4.44±0.19e506.88±74.93c
W1N123.68±12.58efg21.89±12.99fgh27.39±5.63de640.14±123.88c
W2N136.05±17.38def32.34±14.44defg41.09±4.53de726.16±147.57c
W3N189.03±14.8b62.98±13.83b129.25±33.91b914.73±211.44bc
W4N164.84±7.16c52.78±4.89bcd118.4±28.27bc1132.96±826.17abc
W0N214.34±2.98fg17.95±4.2fgh4.19±4.7e422.28±153.42c
W1N222.46±8.82efg24.61±7.61efgh33.21±21.95de780.83±72.43c
W2N248.43±2.78d37.66±0.67cdef43.82±18.15de872.3±93.57bc
W3N273.62±7.53bc54±2.56bc94.19±33.98bc1432.94±301.9abc
W4N2123.3±10.38a93.46±5.29a236.24±27.33a1968.05±793.71a
W0N33.66±1.43g4.84±1.84h0.59±0.51e329.31±56.61c 续表：
