氮肥密度互作对大豆产量影响的生理机制研究

摘要

黑龙江省大豆产业面临的问题是单产不高，归根结底是先进适用高产栽培技术少，且推广速度慢。窄行密植大豆高产栽培技术通过降低行距，增加株距，合理密植，配套耐密品种，实现大豆增产高产。本试验以耐密性不同的大豆品种合丰42和垦农30为研究对象，系统研究氮肥密度互作下根系特性与叶片光合作用、氮素代谢及衰老生理的互作关系，探讨氮密互作下根系变化对大豆叶片碳氮代谢协调性、延缓大豆叶片衰老及对产量增加的贡献，明确根系、叶片形态生理与产量的相关性，阐明氮密互作下不同基因型大豆产量差异的生理机制，确定不同基因型大豆的最佳氮密处理组合，明确试验条件下最佳施氮量、最佳密度，以期为大豆窄行密植高产栽培技术研究及推广提供理论参考。结果如下:
　　施氮显著提高不同基因型大豆籽粒产量(P＜0.05);相同密度处理下，大豆籽粒产量随着施氮量的增加呈先升高再降低的变化趋势;低密度下，合丰42低氮处理(N1)产量最高，而垦农30中氮(N2)产量最高，但与低氮差异不显著;中、高密度下，不同品种中氮(N2)产量最高。相同施氮条件下，合丰42产量对密度的响应趋势是中密度(D2)＞高密度(D3)＞低密度(D1)，而垦农30产量对密度的响应趋势是低密度(D1)＞中密度(D2)＞高密度(D3);密度对不同品种籽粒产量产生显著的影响;且氮肥和密度对不同品种产量存在显著的交互作用。垦农30中氮低密(N2D1)产量最高为3356.75 kg/hm2，而合丰42中氮中密(N2D2)产量最高为3665.33 kg/hm2，较垦农30产量高8.42％。
　　中密度处理下，施氮量与合丰42产量之间存在显著的回归关系，拟合方程为y=-0.2583x2+25.125x+3023.2，寻优后，最佳施氮量为48.64 kg/hm2，产量为3634.18 kg/hm2。低密度处理下，施氮量与垦农30产量之间存在显著的回归关系，拟合方程为y=-0.2473x2+23.296x+2853.1，寻优后，最佳施氮量为47.09 kg/hm2，产量为3401.67 kg/hm2。中氮处理下，合丰42密度与产量之间存在显著的回归关系，拟合方程为y=-0.389x2+36.258x-477.35，寻优后，最佳密度为46.60万株/hm2，产量为3675.36 kg/hm2。中氮处理下，垦农30密度与产量之间存在显著的回归关系，拟合方程为y=-0.1725x2+13.52x+73.827，寻优后，最佳密度为39.19万株/hm2，籽粒产量为3387.41 kg/hm2。
　　氮肥和密度对不同品种倒伏的影响不同。各处理合丰42大豆倒伏级别均为1级，即不倒伏。垦农30在低密度下倒伏级别也为1级;中密度条件下，各处理均为2级倒伏，即轻度倒伏;高密条件下，不施氮处理为2级倒伏，施氮处理为3级倒伏。
　　相同密度条件下，不同品种蛋白质含量和脂蛋总和含量随着施氮量的增加呈先增加后减少的变化趋势，而脂肪含量呈逐渐降低的趋势;相同施氮量条件下，随着密度的增加蛋白质含量、脂肪含量及脂蛋总和逐渐降低。氮肥和密度对合丰42品质不存在显著的交互作用，而对垦农30品质存在显著的交互作用。相同处理条件下，垦农30蛋白质含量明显高于合丰42;而脂肪含量低于合丰42，不同品种脂蛋总和含量差异不大。合丰42 N2D1处理蛋白质含量和脂蛋总和最高分别为43.83％和64.28％，N0D1处理脂肪含量最高为21.01％;垦农30 N2D1处理蛋白质含量和脂蛋总和最高分别为46.45％和64.82％，N0D1处理脂肪含量最高为18.48％。
　　氮肥和密度对不同品种叶片光合速率影响显著，且V4和R2时期存在显著的交互作用;各生育时期，在低密度条件下，垦农30叶片光合速率高于合丰42;而中高密度条件下，合丰42叶片光合速率高于垦农30。中低氮(N2、N1)处理更有利于叶片光合作用;中密度处理(D2)下合丰42叶片光合作用更强，而低密度(D1)更有利于垦农30叶片光合作用。大豆叶片光合指标光合速率、叶绿素含量、比叶重、叶面积指数在生育中后期（R2和R4）明显高于生育前期(V4)，总体上中后期叶片光合指标与产量呈显著线性正相关关系。
　　各生育时期，密度对不同大豆叶片含氮量(NC)、硝酸还原酶活性(NRA)、谷氨酰胺合成酶活性(GSA)影响显著，且氮肥和密度对叶片氮代谢指标存在显著的交互作用;在V4和R2时期，氮肥对不同品种叶片NRA影响显著，在R4时期影响不显著。生育前中期(V4和R2)叶片NC、NRA与产量呈正相关关系，而GSA与产量一元二次抛物线关系。
　　V4和R2时期，氮肥对合丰42和垦农30叶片POD活性、CAT活性、SOD活性及MDA含量产生显著的影响;相同施氮量条件下，合丰42在中密度处理时叶片POD活性、CAT活性、SOD活性最高，且高于垦农30;而垦农30在低密度时POD活性、CAT活性、SOD活性活性最高，且高于合丰42;密度对合丰42和垦农30叶片POD活性、CAT活性、SOD活性活性的影响趋势分别是中密度＞低密度＞高密度和低密度＞中密度＞高密度。密度对合丰42和垦农30叶片MDA含量的影响则相反。除R4时期合丰42叶片POD活性与产量相关性不显著外，POD活性、CAT活性、SOD活性与产量均呈正相关关系，而MDA含量则与产量呈显著负相关关系。
　　在V4、R2、R4时期，氮肥对根系活力、群体根系干重均产生显著的影响;低密度条件下垦农30的根系活力、单株根系干重、群体根系干重高于合丰42;而中高密度条件下垦农30的根系活力、根系干重、群体根系干重却低于合丰42; V4和R2时期，氮肥过量会抑制根瘤数量的增加;而过量施氮会抑制各时期根瘤干重的增加。在R4时期，氮肥对合丰42根瘤数量和干重影响不显著，而对垦农30影响显著。各生育时期氮肥和密度对根系活力存在显著的交互作用;密度对不同品种单株根瘤数量和干重的影响要高于氮肥的作用效果;各时期不同品种的根系活力、群体根系干重与产量显著正相关。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 氮肥对大豆产量的影响

1．2．2 种植密度对大豆产量的影响

1．2．3 氮肥与密度互作对大豆产量的影响

1．2．4 大豆碳氮代谢研究

1．2．5 大豆衰老生理的研究

1．2．6 大豆根系与根瘤固氮的研究

1．2．7 大豆地下部与地上部的相关关系研究

2 材料与方法

2．1 试验地概况

2．2 试验设计

2．3 样品采集及测定方法

2．3．1 样品采集

2．3．2 测定方法

2．4 技术路线

2．5 数据分析

3 结果与分析

3．1 氮肥和密度互作对大豆叶片光合作用的影响

3．1．1 氮肥和密度互作对大豆叶片干重的影响

3．1．2 氮肥和密度互作对大豆叶面积指数的影响

3．1．3 氮肥和密度互作对大豆叶片比叶重的影响

3．1．4 氮肥和密度互作对大豆叶片光合速率的影响

3．1．5 氮肥和密度互作对大豆叶片叶绿素含量的影响

3．2 氮肥和密度互作对大豆叶片氮代谢的影响

3．2．1 氮肥和密度互作对大豆叶片含氮量的影响

3．2．2 氮肥和密度互作对大豆叶片硝酸还原酶活性的影响

3．2．3 氮肥和密度互作对大豆叶片谷氨酰胺合成酶活性的影响

3．3 氮肥和密度互作对大豆叶片衰老生理的影响

3．3．1 氮肥和密度互作对大豆叶片超氧化物歧化酶活性的影响

3．3．2 氮肥和密度互作对大豆叶片丙二醛含量的影响

3．3．3 氮肥和密度互作对大豆叶片过氧化物酶活性的影响

3．3．4 氮肥和密度互作对大豆叶片过氧化氢酶活性的影响

3．4 氮肥和密度互作对大豆根系的影响

3．4．1 氮肥和密度互作对大豆根系干重的影响

3．4．2 氮肥和密度互作对大豆根系活力的影响

3．4．3 氮肥和密度互作对大豆根瘤数量的影响

3．4．4 氮肥和密度互作对大豆根瘤干重的影响

3．5 氮肥和密度互作对大豆产量和品质的影响

3．5．1 氮肥和密度互作对大豆农艺性状的影响

3．5．2 氮肥和密度互作对大豆产量及构成因子的影响

3．5．3 氮肥和密度互作对大豆品质的影响

3．6 氮肥和密度互作下最佳施氮量及密度研究

3．6．1 氮肥和密度互作下最佳施氮量研究

3．6．2 氮肥和密度互作下最佳密度研究

3．7 氮肥和密度互作下叶片光合作用与根系指标的相关分析

3．8 氮肥和密度互作下叶片氮代谢与根系指标的相关分析

3．9 氮肥和密度互作下叶片衰老生理与根系指标的相关分析

3．10 氮肥和密度互作下叶片光合作用与产量的相关分析

3．10．1 氮肥和密度互作下大豆叶片干重与产量的相关分析

3．10．2 氮肥和密度互作下大豆叶片叶面积指数与产量的相关分析

3．10．3 氮肥和密度互作下大豆叶片比叶重与产量的相关分析

3．10．4 氮肥和密度互作下大豆叶片叶绿素含量与产量的相关分析

3．10．5 氮肥和密度互作下大豆叶片光合速率与产量的相关分析

3．11 氮肥和密度互作下叶片氮代谢与产量的相关分析

3．11．1 氮肥和密度互作下大豆叶片含氮量与产量的相关分析

3．11．2 氮肥和密度互作下大豆叶片硝酸还原酶活性与产量的相关分析

3．11．3 氮肥和密度互作下大豆叶片谷氨酰胺合成酶活性与产量的相关分析

3．12 氮肥和密度互作下叶片衰老生理与产量的相关分析

3．12．1 氮肥和密度互作下大豆叶片超氧化物歧化酶活性与产量的相关分析

3．12．2 氮肥和密度互作下大豆叶片丙二醛含量与产量的相关分析

3．12．3 氮肥和密度互作下大豆叶片过氧化物酶活性与产量的相关分析

3．12．4 氮肥和密度互作下大豆叶片过氧化物氢酶活性与产量的相关分析

3．13 氮肥和密度互作下根系与产量的相关性分析

3．13．1 氮肥和密度互作下大豆根系干重与产量的相关分析

3．13．2 氮肥和密度互作下大豆根系活力与产量的相关分析

3．13．3 氮肥和密度互作下大豆根瘤数量与产量的相关分析

3．13．4 氮肥和密度互作下大豆根瘤干重与产量的相关分析

4 讨论

4．1 氮肥和密度互作对大豆叶片光合作用的影响

4．1．1 氮肥和密度互作对大豆叶片干重的影响

4．1．2 氮肥和密度互作对大豆叶面积指数的影响

4．1．3 氮肥和密度互作对大豆叶片比叶重的影响

4．1．4 氮肥和密度互作对大豆叶片光合速率的影响

4．1．5 氮肥和密度互作对大豆叶片叶绿素含量的影响

4．2 氮肥和密度互作对大豆叶片氮代谢的影响

4．3 氮肥和密度互作对大豆叶片衰老生理的影响

4．4 氮肥和密度互作对大豆根系及根瘤的影响

4．4．1 氮肥和密度对大豆根系的影响

4．4．2 氮肥和密度互作对大豆根瘤的影响

4．5 氮肥和密度互作对大豆品质及产量的影响

4．5．1 氮肥和密度互作对大豆品质的影响

4．5．2 氮肥和密度互作对大豆产量及构成因子的影响

5 结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文