全 文 ：* 中国科学院知识创新工程项目（KZCX1-SW-19-5-02和KZCX2-SW-416）资助
收稿日期：2004-12-27 改回日期：2005-01-31
“黑农35”大豆有效营养面积的研究*
韩秉进 金 剑
（中国科学院东北地理与农业生态研究所 哈尔滨 150040）
中 博
（日本北海道大学北方生物圈フ"#$%科学&’(# 札幌 060-0811）
摘 要 研究提出作物有效营养面积新概念，并建立了大豆植株个体营养面积与产量关系模型，优化解析出大豆有
效营养面积为2837.5cm2，即有效株行距为53.3cm；大豆最佳营养面积为520.0cm2，即最佳株行距为22.8cm。并据
此阐明目前我国北方垄作区广泛采用的67~70cm垄距已超过大豆有效株行距，造成土壤资源等浪费。垄作区若采
用50cm左右垄距，平作区采用23cm*23cm株行距种植大豆，更有利于大豆群体产量的提高。
关键词 有效营养面积 最佳营养面积 个体 群体 产量
Studyoneffectivenutrientareaof‘heinong35’soybean.HANBing-Jin，JINJian（NortheastInstituteofGeographyand
AgriculturalEcology，ChineseAcademyofSciences，Harbin150040，China），NAKASHIMAHiroshi（FieldScienceCenter
forNorthernBiosphere，HokkaidoUniversity，Sapporo060-0811，Japan），CJEA，2005，13（4）：77~81
Abstract Theconceptaboutcrop’sefectivenutrientareaisstatedandamodeloftherelationshipbetweennutrientareaof
soybeanandyieldisbuilt.Throughoptimizationandanalysis，thenutrientareaofsoybeanis2837.5cm2，i.e.theefective
rowwidthis53.3cm.Theoptimumnutrientareais520.0cm2，i.e.thebestrowwidthis22.8cm.But，inthepresentpro-
duction，theridgewidthis67~70cm，longerthantheefectiverowwidthofsoybean，whichwouldwastesoilresources.The
rowwidthofsoybeanshouldbe50cmunderridgetilageconditionor23cm*23cmunderplaintilagecondition，which
wouldbebenefitfortheincreaseofpopulationyieldofsoybean.
Keywords Efectivenutrientarea，Optimalnutrientarea，Individual，Colony，Yield
（ReceivedDec.27，2004；revisedJan.31，2005）
作物产量的构成是由个体与群体决定的，为最大限度地发挥个体生产力和群体生产力，各种技术措施
都有其最佳点，就土壤而言同样也存在有效营养面积和最佳营养面积。有效营养面积是指作物个体产量最
高时个体所占的临界土壤营养面积，即在当地生产水平（气候、品种、施肥等）条件下随作物个体土壤营养面
积的逐渐增大，个体产量逐渐提高，当营养面积达到一定程度时再增大营养面积，个体产量也不再提高，这
时的个体临界营养面积称谓作物有效营养面积。最佳营养面积是指作物群体产量最高时个体所占的临界
土壤营养面积，即随作物个体营养面积的增大，单位面积内群体产量也随个体产量的提高而逐渐提高，当个
体营养面积达到一定程度时再增大营养面积，却因群体数量的减少而群体产量非但不升高反而下降，这时
的个体临界营养面积称谓作物最佳营养面积（见图1）。采用优良品种和为作物创造良好的生态环境，是作
物高产的必要条件。本项研究鉴于我国北方垄作区几十年来一直沿用67~70cm垄距且株距也无甚改变而
提出质疑，现行株行距是否充分利用了土壤养分和空间资源？换言之现行株行距是否限制了作物的生长发
育，进而影响了群体产量？原则上株行距都不应大于作物有效营养面积半径R的2倍，即2R是行、株距的
上限，最适宜行、株距为最佳营养面积半径r的2倍左右。日本学者野村 信史［1］曾对甜菜进行常规垄幅、窄
行垄和正方形栽培对比试验结果表明，缩小行距、加大株距的正方形种植，由于植株分布合理而获得高产。
徐文富等［2］研究用45cm行距种植玉米，比现行70cm垄作增产11.5%~15.8%。我国大豆专家刘忠堂
等［3］试验研究通过缩窄行距、增加大豆种植密度，也获得高产。CooperR.L.［7］研究发现用17cm行距密植
大豆其产量高于50cm和75cm行距大豆，增幅高达30%~40%。BowersG.R.等［8］研究发现<50cm行距
第13卷第4期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol.13 No.4
2005年10月 ChineseJournalofEco-Agriculture Oct.，2005
图1 作物有效营养面积图示
Fig.1 Crop’sefectivenutrientarea
密植大豆其产量高于75~100cm行距大豆。但以往研究
多为现有农机具垄作不同株行距试验，且仅从群体产量出
发求出最佳种植密度，而很少涉及作物个体生产潜力。因
此很难获得作物有效营养面积的数据，更未见有关“作物
有效营养面积”概念与研究的报道。本项研究探讨了“黑
农35”大豆个体发育所需土壤的有效范围（即有效营养面
积），从理论上阐明不同土壤营养面积作物个体生产力与
群体生产力的关系，从实践上检验现行株行距的合理性和
确定新的株行距，为合理配置植株，最大限度地利用土壤
肥力、肥料营养及空间资源，最终达到增产提供理论依据。
1 试验材料与方法
试验在中国科学院海伦农业生态试验站进行，该站位于
黑龙江省中部大豆主产区，供试土壤类型为中层黑土。试验
于前2年试验基础上在平作、全层施肥条件下进行，供试大
豆为当地主栽优质品种“黑农35”，按设计人工等距离拉线
开沟摆籽播种，从作物需要出发确定新的株行距，按正方形
将大豆单株土壤营养面积设为Ⅰ169cm2、Ⅱ400cm2、Ⅲ900cm2、
V1600cm2、Ⅴ2500cm2、Ⅵ3600cm2共6个处理，探求作物有
效营养面积及最佳营养面积。即在平作区株行距为13cm*
13cm、20cm*20cm、30cm*30cm、40cm*40cm、50cm*50cm
和60cm*60cm，相当于单位面积保苗59.17万株／hm2、25
万株／hm2（对照，CK）、11.11万株／hm2、6.25万株／hm2、
4万株／hm2和2.78万株／hm2。小区面积5.4m*10m，随机区
组，3次重复，施肥为磷酸二铵114kg／hm2、尿素30kg／hm2
（当地最佳用量），于播种前用小麦24行播种机将肥料均匀
施入田中。大豆生育期间定期采样测定大豆株高、叶片数、
叶面积指数、生物干物质量等指标和净光合速率等。
2 结果与分析
2.1 不同营养面积处理对大豆产量及其构成因素的影响
图2 不同营养面积处理“黑农35”
大豆产量的变化
Fig.2 Changeofsoybeanyieldof‘heinong
35’indiferentnutrientareatreatments
试验研究结果表明处理Ⅰ~Ⅵ单株产量“黑农35”大豆分别为
2.5g／株、8.5g／株、19.6g／株、25.9g／株、30.2g／株和30.6g／株。营养面
积对大豆单株产量的影响很大，且单株产量随营养面积的增大而增加，
但营养面积较大的处理V与处理Ⅵ产量几乎相等，变量分析证明二者
产量差异不显著（见图2），这表明本试验设计中营养面积处理已包含
“黑农35”大豆有效营养面积。图2表明处理Ⅰ~Ⅵ单位面积产量“黑
农35”大豆分别为151.8g／m2、208.9g／m2、221.1g／m2、157.9g／m2、
129.9g／m2和87.1g／m2。单位面积产量变化随单株营养面积的增大，
呈典型2次函数曲线变化趋势，其中处理Ⅲ最高，与其他处理产量差异
显著。建立产量与营养面积回归方程式并优化解析［4~6］：
y株 E0.053+0.0227x-0.000004x2 （R2E0.9849**）（1）
ym2E186.69+0.0104x-0.00001x
2 （R2E0.7534）（2）
式中，y株 为单株产量（g），ym2为每m
2产量（g），x为单株营养面积（cm2）。图2表明“黑农35”大豆个体产量
随营养面积的增大而增加，可利用2次函数曲线最大值以前部分，模拟推断出大豆最大营养面积（有效营养
面积）。通过回归方程式（1），优化解析出“黑农35”大豆有效营养面积为xmaxEb／（-2c）E2837.5cm2，即
有效株行距为53.3cm。大豆群体产量则随单株营养面积的增大呈2次函数曲线变化趋势，通过回归方程式
78 中 国 生 态 农 业 学 报 第13卷
（2），优化解析出“黑农35”大豆最佳营养面积为xmaxEb／（-2c）E520.0cm2，即最佳株行距为22.8cm。
表1表明“黑农35”单株荚数各处理间差异达显著水平；每荚粒数营养面积较小的处理Ⅰ和Ⅱ与其他4
个处理差异显著，而营养面积较大的4个处理间差异不显著，表明营养面积≥900cm2后对每荚粒数影响较
小；百粒重各处理间差异不显著，说明大豆百粒重是遗传因素较大、栽培中较稳定的产量因子。单株营养面
积的大小是影响植株产量的重要栽培因子，其中对每株荚数影响最大。稀植大豆土壤水分、养分及通风透
光条件均优于营养面积小的密植大豆，显著增加单株结荚数量，从而增加每株粒数，提高其产量。田间调查
表1 不同营养面积处理“黑农35”大豆产量及其构成因素的变化*
Tab.1 Changesofsoybeanyieldanditsconstituentfactorsof‘heinong35’underdiferentnutrientareatreatments
处 理
Treatments
株高／cm
Plantheight
结荚部位／cm
Podposition
分枝数／个
Branches
perplant
主茎节数／个
Nodeson
mainstem
单株荚数／个
Podsper
plant
每荚粒数／粒
Seedsper
pod
百粒重／g
100-seed
weight
Ⅰ 79.1a 32.4a 0.0c 15.3b 7.0f 1.54c 20.7a
Ⅱ 79.3a 19.3b 0.0c 17.6a 21.7e 1.88b 20.9a
Ⅲ 69.1b 11.1c 0.7c 19.1a 45.2d 2.18a 20.3a
V 68.9b 8.3c 1.0bc 19.2a 58.0c 2.30a 19.2a
Ⅴ 62.5bc 7.4c 2.0ab 19.5a 64.9b 2.31a 19.8a
Ⅵ 68.5c 6.5c 3.0a 19.3a 69.2a 2.24a 19.3a
*表中数值为3次重复平均值，下同；同组不同字母表示LSR法检验差异显著性达5%水平。
与考种发现大田正常种植密度25万株／hm2（营养面积400cm2处理）时“黑农35”大豆几乎不分枝，而<12
万株／hm2种植密度（营养面积≥900cm2处理）时均于7月15日前明显出现不同程度分枝，7月30日后不再
产生新的分枝。营养面积大的处理其生育后期平均每株约有3个分枝，个别植株可达5~6个分枝，营养面
积最小的处理Ⅰ则未出现1个分枝，这表明分枝是大豆调节个体产量与群体产量的重要形式。营养面积大
的处理单株产量高的另一原因是植株结荚部位降低，处理Ⅵ平均结荚节高为6.5cm，比处理Ⅰ（32.4cm）低
25.9cm，差异显著（见表1）。这表明随单株营养面积的增大，有利于产量形成因素的结荚空间大大增加，增
加了单株结荚数量。营养面积>900cm2后结荚部位变化差异不显著。
2.2 不同营养面积处理对大豆株高、叶面积及生物量的影响
“黑农35”大豆营养面积最小的处理Ⅰ平均株高（79.1cm）比处理Ⅵ高10.6cm，且主茎节数减少4节，差异显
著（见表1）。其原因是种植密度大，植株间相互遮光竞争激烈，植株纵向营养生长加快（受土壤水分影响较大，
若7月份前降水过少年份则抑制植株生长），但植株生育进程却变慢，主茎节数分化减少所致。而营养面积>
900cm2后株高变化差异不显著。“黑农35”大豆单株叶面积和叶面积指数均随生育进程而增大，7月15~30日
为大豆生长最旺时期，7月30日达最大值，之后营养面积较小的处理Ⅰ和Ⅱ由于种植密度大，植株叶片相互遮荫
严重，底部叶片迅速枯黄脱落，叶面积迅速下降，而其他处理则缓慢下降。各生育阶段均为营养面积越大其单
株叶面积越大，而叶面积指数却越小（见图3和图4），表明单位面积株数对增大叶面积指数起到主导作用。
图3 不同营养面积处理“黑农35”大豆单株叶面积的变化
Fig.3 Dynamicsofleaf-areaperplantof‘heinong35’
indiferentnutrientareatreatments
图4 不同营养面积处理“黑农35”大豆叶面积指数的变化
Fig.4 Dynamicsofleafareaindexof‘heinong35’
indiferentnutrientareatreatments
“黑农35”大豆各生育阶段均为单株营养面积越大则单株干物质量越高（见表2），且随生育进程而差异显著。
7月15日稀植区处理Ⅵ单株干物质量为15.5g，为密植区处理Ⅰ的2.7倍，而8月14日则为处理Ⅰ的4.5
倍。营养面积较大的处理Ⅲ~Ⅵ单株干物质量增长最快时期为7月15日~8月14日，且全生育期均呈S
型生物增长特性，而营养面积较小的处理（Ⅰ和Ⅱ）却未表现出此特性，说明密植区严重影响了大豆植株中
第4期 韩秉进等：“黑农35”大豆有效营养面积的研究 79
后期生长发育。至9月13日营养面积较大的处理Ⅴ和Ⅵ单株干物质量非常相近（58.6g和60.7g），这表明
本试验设计范围内已包含了“黑农35”大豆有效营养面积。“黑农35”大豆群体干物质量各时期基本为单株营
养面积越小则单位面积内干物质量越高（见表2），从相对干物质量来看，前期各处理间差异较大，后期则差异变
小。6月15日、7月15日、8月14日和9月13日营养面积较小的密植区处理Ⅰ每m2干物质量分别为营养面
积较大的稀植区处理Ⅵ的18倍、7.9倍、4.8倍和4.8倍，其原因是由于营养面积小的密植区植株个体间生长
影响大，而营养面积大的稀植区植株个体间生长影响小所致。这表明密植区前期依靠群体数量多而保持较高
干物质生长量，但后期个体生长发育严重受影响，其生长速度减慢；而稀植区个体间生长发育影响较小，一直保
持较高生长速度，群体数量虽较小，但个体生长量较大，因此单位面积内相对干物质量差距不断减小。
表2 不同营养面积处理“黑农35”大豆各生育期植株干物质量的变化
Tab.2 Dynamicsofdrymatterof‘heinong35’indiferentnutrientareatreatments
处 理
Treatments
单株干物质量／g Dryweightperplant
06-15 07-15 07-30 08-14 09-13
每m2干物质量／g.m-2Dryweightperm2
06-15 07-15 07-30 08-14 09-13
Ⅰ 0.7 5.7 8.9 12.0 13.8 39.6 431.7 524.0 712.0 817.3
Ⅱ 0.8 10.0 14.5 18.6 27.6 19.3 299.9 363.2 465.0 689.7
Ⅲ 0.7 14.0 25.4 39.8 38.6 7.9 191.1 282.0 442.5 428.4
V 0.7 14.6 29.5 46.1 52.0 4.4 100.3 184.1 288.3 324.8
Ⅴ 0.7 16.2 34.9 51.3 58.6 3.0 85.5 139.8 205.2 235.5
Ⅵ 0.8 15.5 37.9 53.4 60.7 2.2 54.7 105.4 148.5 168.8
2.3 不同营养面积处理对大豆净光合生产率的影响
图5表明“黑农35”大豆出苗至6月15日为全生育期各处理净光合生产率最高时期，各处理净光合生
产率为9.9~11.5g／m2·d，差异较小；6月15日~7月15日各处理净光合生产率为6.7~9.5g／m2·d，表现
出营养面积越大的处理其净光合生产率越高趋势，其原因是营养面积较小的处理大豆植株生长逐渐开始受
图5 不同营养面积处理“黑农35”大豆
各生育期净光合生产率的变化
Fig.5 Dynamicsofnetphotosyntheticrate
of‘heinong35’indiferentnutrient
areatreatments
影响，且营养面积越小其影响越大；7月15~30日各处理净光合生产率
为0.7~3.0g／m2·d，这一时期净光合生产率下降最快；7月30日~8月
14日各处理净光合生产率为1.0~2.5g／m2·d，除处理Ⅵ外，其他各处
理均比前一时期略有回升。表明大豆净光合生产率最高时期不是叶面
积最大时期，而是出苗后1个月左右期间。“黑农35”大豆植株冠／根比
（T／R）变化随生育进程而增大，且稀植区冠／根比大于密植区，表明稀
植更有利于大豆地上部生长。大豆经济系数随营养面积的增大而提高，
但营养面积>900cm2后各处理经济系数为0.45~0.51，变量分析结果
差异不显著。
3 小结与讨论
大豆单株产量的生产潜力很大，对产量的调节能力非常强。本研究
表明我国北方垄作区广泛采用的67~70cm垄距种植大豆已超出大豆
有效株行距，即超出大豆本身对产量调节的能力，造成土壤资源等浪费。“黑农35”大豆有效营养面积为
2837.5cm2，即有效株行距为53.3cm，垄作区若采用50cm左右垄距种植大豆，将更有利于提高大豆群体产
量；“黑农35”大豆最佳营养面积为520.0cm2，即最佳株行距为22.8cm，若平作区采用23cm*23cm左右株
行距种植大豆将为最佳栽培方式。但应注意营养面积不宜过小，本试验处理Ⅰ因过度密植造成部分植株倒
伏，致使单株平均产量和单位面积产量大幅降低，而营养面积过大也会因株数不足降低单位面积产量。“黑
农35”大豆不同营养面积与个体产量构成因素荚数、每荚粒数呈显著正相关性，营养面积大的处理大豆个体
产量高的另一原因是出现分枝和结荚部位降低，有利于产量形成因素的结荚空间大大增加，增加了单株结
荚数量。单株叶面积和叶面积指数均随生育进程而增大，7月15~30日为大豆生长最旺时期，7月30日达
最大值。随植株营养面积的增大，单株叶面积增大，叶面积指数减小，单位面积内株数对叶面积指数的大小
影响较大。“黑农35”大豆叶面积指数为2.3~3.6即能获得较高产量。
80 中 国 生 态 农 业 学 报 第13卷
参 考 文 献
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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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张家港市实施八大工程建设生态市
张家港市委、市人民政府大力实施可持续发展战略，深入推进生态市创建工作，着力实施八大重点生态工程建设，一是实
施绿色人居工程，将生态环境建设与居住环境的改善有机相结合，为城乡居民提供方便舒适和健康的生活环境。运用生态理
念完善和深化生态园区规划设计，2005年建成暨阳湖生态园中心景观区，生态住宅区建设随开发进程同步实施；同年底，全市
绿色社区达25个。二是实施生态工业园区建设工程，依据循环经济理论和工业生态学原理，对工业园区高起点规划，遵照
“全面管理、污染预防和持续改进”的原则，贯彻ISO14000系列标准，实行清洁生产，建成以循环经济方式运行的生态工业园
区。扬子江国际化学工业园完成区域环境规划和环境影响评价，2005年底前通过区域ISO14000环境管理体系认证，且园区
60%以上企业通过ISO14000环境管理体系认证。三是实施水环境综合整治工程，以水资源保护与水环境污染防治为重点，
通过实施沟通水系、疏浚河道和控制排污等措施，各主要河道水环境质量达到相应功能区标准。已编制完成全市主要河道水
环境综合治理规划，并全面组织实施；市区河道调水工程完成水系贯通、河道复开、建泵冲水及定期疏浚等；加快生活污水处
理工程建设，市区生活污水处理率已达80%以上，至2005年底各乡镇生活污水处理率达35%以上。四是实施生态农业建设
工程，合理调整农业生产结构，依托农业科技进步，大力发展无公害农业生产，有效控制农业面源污染。2005年全市新增一批
无公害、绿色农产品生产基地，种植面积累计达6667hm2以上；对全市所有规模化畜禽养殖场污染进行综合治理，至2005年
底畜禽粪便综合利用率达90%以上。五是实施生态保护工程，加强长江岸线、双山岛、主要道路及河道沿线的生态保护和景
观开发，多种途径开发其生态景观潜力，改善自然生态系统，营造自然协调、风景优美的生态景观。如对双山岛进行生态保护
建设，禁止建办工业企业，发展生态观光农业和生态旅游业，保护生物多样性，2005年岛内生态农业产值占总产值的85%以
上，林木覆盖率达45%以上；同年再建生态林500hm2，保护和恢复长江岸线自然景观生态系统，使市域内生物物种多样性、生
物栖息地与繁殖产卵地得到有效保护，确保沿江滩涂湿地面积达666.7hm2以上。六是实施大气污染综合治理工程，开展固
定空气污染源限期治理，推行清洁生产，推广清洁能源，强化集中供热，全市环境空气质量控制在国家空气质量标准2级以
内。至2005年底全市主要大气污染源完成综合整治工程，包括江苏澳洋科技股份有限公司、市东港药化发展有限公司、市锦
丰轧花剥绒有限责任公司等污染综合整治工程。七是实施固体废弃物综合处理工程，对生活垃圾及工业固体废弃物实行资
源化、减量化和无害化处理，至2005年底城镇生活垃圾无害化处理率达100%，工业固体废弃物综合利用率达95%，危险废弃
物安全处置率达100%，完善全市工业固体废弃物安全填埋中心建设。八是实施绿色学校建设工程，在全市中小学广泛开展
生态保护的基础教育，增强学生生态保护意识，新增一批绿色学校，至2005年底全市80%以上市镇、中心小学建成市级“绿色
学校”。
（段武德 农业部科教司 北京 100026）
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