全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2009, 35(3): 506−511 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
本研究由国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAD21B01-1X), 公益性行业(农业)科研专项经费项目(nyhyzx07-004-07-01)资助。
*
通讯作者(Corresponding author): 董钻, E-mail:wxglyj@163.com
第一作者联系方式: E-mail: xjwjj807@163.com
Received(收稿日期): 2008-06-20; Accepted(接受日期): 2008-10-21.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2009.00506
中黄 35超高产大豆群体的生理参数
魏建军 1,2 罗赓彤 2 张 力 2 王晓光 1 董 钻 1,*
1沈阳农业大学农学院, 辽宁沈阳 110161; 2新疆农垦科学院作物所, 新疆石河子 832000
摘 要: 为探索新疆绿洲农田生态条件下大豆超高产(≥5 625 kg hm−2)栽培的产量形成机理, 在 2006年和 2007年超高
产栽培试验中测定了中黄 35的群体生理指标和生态参数, 分析了品种群体结构。结果表明, 中黄 35和新大豆 1号(对
照)的最大叶面积指数(LAImax)分别为 4.31和 3.64, LAI＞3的天数分别持续 50 d和 36 d; 全生育期的总光合势(LAD)
分别为 2 766 375 m2 d和 2 385 645 m2 d; 中黄 35生育前期(出苗后第 16~58天群体的光合生产率为 3.3~5.2 g m−2 d−1,
而后期(出苗后第 72~114天)则为 2.52~5.0 g m−2 d−1, 对照分别为 3.8~6.0和 0.6~3.5 g m−2 d−1; 中黄 35的生物产量、
籽粒产量和经济系数为 13 943.2 kg hm−2、5 521.5 kg hm−2和 39.6%, 对照则为 13 108.1 kg hm−2、4 666.5 kg hm−2和
35.63%。和对照相比, 中黄 35 最大叶面积指数持续时间长, 全生育期的总光合势高, 后期群体的光合生产率大, 经
济系数高是达到超高产目标的基础。中黄 35在新疆绿洲农田栽培, 具有良好的适应性。
关键词: 中黄 35; 超高产; 生理参数
Physiological Parameters of Super-High Yielding Soybean Cultivar
Zhonghuang 35
WEI Jian-Jun1,2, LUO Geng-Tong2, ZHANG Li2, WANG Xiao-Guang1, and DONG Zuan1,*
1 Agronomy College, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110161, China; 2 Crop Institute, Academy of Land-Reclaimable Sciences, Shihezi
832000, China
Abstract: The objective of this study was to explore the mechanism of high yield via analyzing related parameters. Soybean cul-
tivars, Zhonghuang 35 and Xindadou 1 (CK) were grown in a randomized block design with three replications in 2006 and 2007.
The physiological and ecological parameters associated with yield were determined. The results showed that for Zhonghuang 35
and Xindadou 1, the highest leaf area index reached 4.31 and 3.64, respectively, the green duration of leaf weight (LAI > 3) was
50 d and 36 d, total leaf area duration (LAD) at growing season was 2 766 375 and 2 385 645 m2 d hm−2, and the harvest index
(ratio of seed weight to total plant dry weight) was 37.9% and 33.7%, respectively. Compared with Xindadou 1, the duration of
maximum LAI of Zhonghuang 35 was long, the total LAD at growing season and the photosynthetic rate at the late stage were
high. The theoretical yields of the two cultivars were 5 521.5 kg ha−1and 4 666.5 kg ha−1. Zhonghuang 35 showed good adaptabi-
lity to the farmland ecology of the Xinjiang oasis, and gave a seed yield of 5 577 kg ha−1.
Keywords: Zhonghuang 35; Super high-yield; Physiological parameter
20世纪 90年代初, 我国主要大豆栽培区产量育
种目标每公顷分别为东北 4 875 kg, 黄淮海 4 500 kg,
南方 3 750 kg, 西北灌溉农区 5 625 kg。1994年, 张
性坦等[1]报道夏大豆诱处 4号在河南省泌阳和方城两
县示范产量率先突破 4 500 kg hm−2。1999年, 罗庚
彤等[2]采用新大豆 1号在新疆创造了 5 956.2 kg hm−2
的全国大豆最高产纪录。2000年, 宋书宏等[3]在辽宁
海城以辽 21051品系获得了超指标的 4 908 kg hm−2。
南方大豆产区也以南农 88-31 在江苏省大丰县取得
超指标的产量 3 770 kg hm−2[4]。此外, 安徽蒙城、山
东济宁和山西襄桓分别种植 MN413、JN96-2343 和
中黄 13等品种品系, 先后达到或超过了黄淮海地区
的大豆产量攻关指标(4 500 kg hm−2)[5-7]。
上述大豆超高产纪录都是采用生产潜力很高的
第 3期 魏建军等: 中黄 35超高产群体的生理参数 507
品种(品系), 在应用超常的密度、施肥、灌水等措施
的条件下创造的; 然而各地在后来的试验中, 仍采
用相同的品种(品系), 采取同样的栽培措施, 却未能
重复出现如此高的产量结果。究其原因, 固然与年
际间光照条件、降雨量和分布有很大关系, 但主要
是对超高产的各项群体生理参数了解甚少。Nichipo-
rovich[8]研究了公顷产冬小麦 4 t 的产量形成过程、
光能、CO2、水吸收和氮、磷、钾积累。董钻等 [9]
对每公顷 3 375 kg大豆群体的生物产量和经济产量
形成过程、光能利用、水肥吸收等若干群体生理参
数也进行过测定和计算。2006 年和 2007 年中黄 35
在新疆连续创造了 5 197 kg hm−2和 5 577 kg hm−2的
高产。本文对中黄 35有关群体生理参数进行了跟踪
观察测定, 旨在了解该品种的产量形成机制, 为当
地大豆超高产研究和实践提供一定的参考。
1 材料与方法
1.1 试验田条件
新疆农垦科学院作物所 1~2 号试验地位于北纬
44°19′, 东经 86°03′, 海拔 442.9 m。2006 年当地大
豆生育期 5~8月份平均气温 23.6℃, 降雨量 97.2 mm,
日照时数 1 401.0 h, 光辐射量 28 233.9 MJ m−2, ≥
10℃的活动积温 2 901.4℃; 2007年当地大豆生育期
5~8 月份平均气温 23.2℃, 降雨 134.2 mm, 日照时
数 1 259.5 h, 光辐射量 26 137.8 MJ m−2, ≥10℃的
活动积温 2 851.6℃(气象资料由石河子气象站提
供)。试验地为壤土, 2006年含有机质 16.2 g kg−1、
全氮 0.94 g kg−1、全磷 0.096%、全钾 12.4 g kg−1、
水解氮 91.7 mg kg−1、速效磷 18.8 mg kg−1、速效钾
244 mg kg−1, pH 8.19; 2007年含有机质 24 g kg−1、全
氮 1.221 g kg−1、全磷 0.098%、全钾 36.15 g kg−1、
水解氮 113.5 mg kg−1、速效磷 16 mg kg−1、速效钾
307 mg kg−1, pH 8.08。
1.2 供试品种与试验设计
中黄 35 (中作 122)由中国农业科学院作物所选
育, 是既可在黄淮海北片夏大豆区、又可在北方春
大豆区种植的广适应性品种, 有限结荚, 株型紧凑,
适于密植; 对照品种新大豆 1号由新疆农垦科学院作
物所选育 , 半矮杆具亚有限结荚习性 , 节间短 , 荚
密, 在新疆大面积推广种植。在中黄 35和对照试验
田一侧设取样区。2006 和 2007 两年均采用随机区
组设计, 3次重复。小区行长 6 m, 行距 0.22 m/0.44 m
宽窄行, 6行区, 小区面积 22 m2。
1.3 测定方法
2006 年定点记载生育期。成熟后, 每小区分别
连续取样 10株, 常规考种; 收获时, 每小区除去边行
和两头, 实打实收, 测产面积 14 m2。
2007年自出苗后第 16天第一次取样, 此后每隔
14 d取一次; 每次取 6株(占地面积 0.21 m2), 用打孔
法测量叶面积; 将根、茎、叶、叶柄、荚(或荚皮)
和籽粒分开 , 风干后称重 , 计算各时期生物产量 ;
根据取样间隔时间和叶面积计算光合势(叶面积持
续时间); 另根据各时期的叶面积和干物质积累量计
算光合生产率。
叶面积指数(LAI)= Al
As
式中, Al为测点内植株的总叶面积, As为测点所
占土地面积。
光合势或叶面积持续时间 (LAD)= 1 2
2
L L+ ×
(T2–T1)
式中, L1和 L2分别为先后两次测定的叶面积, T2
和 T1分别为后一次和前一次测定的时间。LAD的单
位为 m2 d。
光合生产率或净同化率
(NAR)= 2 1
1 2 2 1[( ) / 2]( )
W W
L L T T
−
+ −
式中, W1和 W2分别为 T1和 T2时的植株干重,
(L1+L2)/2 为 T2–T1期间的平均叶面积。NAR 的单位
为 g DW m−2 d−1。考种和测产同 2006年。
1.4 统计分析
采用 DPS v3.l0软件进行数据统计分析。
1.5 栽培技术措施
2006年前作收获后, 施腐熟的羊粪(含 N 2.3%、
P2O5 0.5%、K2O 1.3%) 30 t hm−2和复合肥(含 28.1%
N、17.0% P2O5和 3.6% K2O) 750 kg hm−2。
2007年 4月 14日采用 2BG-6型播种机条播, 施
种肥磷酸二铵 75 kg hm−2。4月 28日出苗; 真叶全
展时一次定苗, 折合每平方米 28.5 株。6 月 7 日开
沟, 追施磷酸二铵 450 kg hm−2。6月 14日灌第 1水,
灌水量 472.5 m3 hm−2, 整个生育期间共滴灌 13次。
花开至第 8节时, 喷施 15%多效唑可湿性粉剂 0.426
kg hm−2, 6月 24日再次喷施 15%多效唑可湿性粉剂
6.75 kg hm−2。
2 结果与分析
2.1 生育进程
从表 1可以看出, 2006年中黄 35于 5月 8日出
508 作 物 学 报 第 35卷
表 1 两品种的生育期
Table 1 Growth stage of two cultivars
品种
Cultivar
出苗期
Emergence stage
(month/day)
始花期
Flower-beginning
stage(month/day)
结荚期
Podding stage
(month/day)
鼓粒期
Pod-filling stage
(month/day)
成熟期
Maturity stage
(month/day)
生育期
Growth period
duration (d)
2006
中黄 35 Zhonghuang 35 5/8 6/10 7/7 7/22 9/20 135
新大豆 1号 Xindadou 1(CK) 5/5 6/8 7/5 7/20 9/12 130
2007
中黄 35 Zhonghuang 35 4/28 6/4 6/30 7/10 9/9 134
新大豆 1号 Xindadou 1(CK) 4/29 6/4 7/1 7/14 9/16 140
苗, 9月 20日成熟, 生育期 135 d, 对照于 5月 5日
出苗, 9月 12日成熟, 生育期 130 d; 2007年中黄 35
于 4月 28日出苗, 9月 9日成熟, 生育期 134 d, 而
对照于 4月 29日出苗, 9月 16日成熟, 生育期 140 d。
年份之间中黄 35的生育期没有大的变化, 对照 2007
年的生育期比 2006年长 10 d。
2.2 群体叶面积指数的消长
从图 1 可以看出, 2 个品种的叶面积指数(LAI)
基本上均呈抛物线形, 达到最大值前, 增长较平缓,
之后下降较陡峭(因叶片变黄和脱落)。中黄 35 的最
大叶面积指数(LAImax)在出苗后第 72 天为 4.31, 显
著大于对照的 3.11。此外, LAI＞3 的天数, 中黄 35
为 50 d, 维持了较长的时间, 而对照仅为 36 d。
对实测数据进行理论计算, 2个品种群体的叶面
积指数(LAI)可用多项式表示:
中黄 35为 y = –0.2121x2 + 2.304x – 2.624(R2 =
0.8368)
新大豆 1号(对照)为 y = –0.0457x3 + 0.5251x2 –
1.0591x + 0.7915(R2 = 0.9857)
图 1 中黄 35叶面积指数变化动态
Fig. 1 LAI trends of cultivar Zhonghuang 35
2.3 光合势的变化动态
光合势即叶面积持续时间。根据叶面积和间隔
时间(天数)所测得的 2 个品种的光合势变化动态(图
2)。出苗后第 16天, 中黄 35和对照的光合势分别为
1 496 m2 d和 1 176 m2 d。随着生育进程的推移, 中
黄 35 的光合势逐渐增加, 到出苗后第 86 天时(鼓粒
期)达最大值(38 360 m2 d), 对照品种达到最大值
(31 689 m2 d)的时间则在出苗后第 100天前后。此后
迅速减少, 到出苗后第 128 天, 中黄 35 的光合势为
13 251 m2 d, 对照为 14 239 m2 d。
图 2 中黄 35光合势变化动态
Fig. 2 LAD trends of cultivar Zhonghuang 35
自出苗后 16 d到出苗后 86 d, 中黄 35的光合势
一直显著大于对照, 出苗后 114 d时, 对照的光合势
稍大于中黄 35, 但差异不显著。各时段的光合势相
加可得全生育期的总光合势。计算结果表明, 中黄 35
全生育期(134 d)的总光合势为 2 766 375 m2 d hm−2,
而对照则为 2 385 645 m2 d hm−2。光合势高, 即叶面
积持续时间长, 是获得高生物产量和籽粒产量的前
提, 这可能是中黄 35产量高的原因所在。
2 个品种群体的光合势(LAD)变化动态可用下列
多项式表示:
中黄 35 为 y =－2.82x2 + 29.34x – 25.93(R2 =
0.8968)
第 3期 魏建军等: 中黄 35超高产群体的生理参数 509
新大豆 1号(对照)为 y = –2.24x2 + 24.48x – 24.61
(R2 = 0.8743)
2.4 光合生产率的变化动态
光合生产率即净同化率, 以每平方米叶面积在
1 d内所积累的干物质计。
表 2 表明, 自出苗后第 16 天至第 58 天(第 44
天除外), 中黄 35 的光合生产率低于对照, 第 30 天
时, 比对照低 1.8 g m−2 d−1; 而从第 72天至第 114天,
中黄 35 的光合生产率高于对照, 如第 114 天(鼓粒
期), 比对照高 2.1 g m−2 d−1。后期光合生产率高, 对
籽粒形成非常有利。
2.5 生物产量的积累动态
中黄 35 和对照生物产量积累动态如图 3 所示,
在出苗后第 44天之前, 这 2个品种相近; 第 58~100
天, 中黄 35 低于对照, 且差异显著; 而第 100 天以
后又趋近; 第 128 天(成熟期), 中黄 35 和对照分别
为 1 058.9 g m−2和 1 142.4 g m−2, 相差 5%, 差异不
显著。
表 2 中黄 35光合生产率的变化动态
Table 2 Dynamic of net assimilation rate of cultivar Zhonghuang 35 (g m−2 d−1)
出苗后天数 Days after emergence 品种
Cultivar 16 d 30 d 44 d 58 d 72 d 86 d 100 d 114 d
中黄 35 Zhonghuang 35 3.7 a 4.2 b 5.2 a 3.3 b 2.5 a 4.0 a 5.0 a 2.7 a
新大豆 1号 Xindadou 1 (CK) 3.8 a 6.0 a 4.7 a 4.3 a 0.7 b 2.9 b 3.5 b 0.6 b
同一栏内不同字母所标数值在 0.05水平上差异显著。
Va1ues followed by a different letter within a column are significantly different at the 0.05 probability level.
图 3 中黄 35生物产量的积累动态
Fig. 3 Biomass accumulation of cultivar Zhonghuang 35
中黄 35和新大豆 1号生物产量积累可以分别用
Logistic方程来描述:
y = 237.047/(1+192.751e–0.065t)(r = –0.9960**)
y = 244.637/(1+194.835e–0.068t)(r = –0.9884**)
中黄 35 最大生物量积累速率出现在出苗后第 81
天, 最大生物量日积累速率为 36.6 g m−2; 而对照相
应为出苗后第 77天和 39.9 g m−2。
2.6 品种间器官平衡的比较
器官平衡是指不同器官生物量占总生物量的比
例。本试验于 8月 28日(籽粒完熟之前)将子叶节以
上所有器官(包括已脱落的叶片、叶柄)完整收集, 待
充分风干后称重, 并计算其器官平衡(表 3)。
从表 3可以看出, 对照茎杆所占的比例为 18.0%,
显著大于中黄 35的 14.8%, 中黄 35籽粒所占的比例
为 39.6%, 显著大于对照的 35.6%。中黄 35 的营养
器官(叶片+叶柄+茎杆)所占比例较小(40.8%), 繁殖
器官(荚皮+籽粒)所占比例较大(59.2%), 相应地, 对
照则分别为 47.5%和 52.5%。中黄 35 的经济系数比
对照高出 4%, 在生物量积累相近的情况下, 前者的
产量必将高于后者。
表 3 中黄 35器官平衡的比较
Table 3 Equilibrium between organs of cultivar Zhonghuang 35 (%)
指标
Indicator
品种
Cultivar
叶片
Leaf
叶柄
Petiole
茎杆
Stem
荚皮
Pod
籽粒
Seed
总重
Total
中黄 35 Zhonghuang 35 170.3 a 96.8 a 151.8 b 201.0 a 406.3 a 1026.0 a生物产量
Biomass dry weight (g m−2) 新大豆 1号 Xindadou 1 (CK) 187.8 a 125.1 a 190.7 a 178.3 a 376.0 b 1057.8 a
中黄 35 Zhonghuang 35 16.6 a 9.4 a 14.8 b 19.6 a 39.6 a 器官平衡
Organs equilibrium (%) 新大豆 1号 Xindadou 1 (CK) 17.7 a 11.8 a 18.0 a 16.9 a 35.6 b
同一栏内不同字母所标数值在 0.05水平上差异显著。
Values followed by a different letter within a column are significantly different at the 0.05 probability level.
510 作 物 学 报 第 35卷
2.7 品种间产量和产量构成的比较
从表 4可以看出, 中黄 35的有效荚数和单株粒
数分别为 39.1和 95.1, 显著高于对照的 28.1和 73.5,
且 2 个品种收获指数分别为 39.6%和 35.6%。这是
2007年中黄 35产量高于对照的重要原因。
表 4表明, 这2个品种的种植密度相同, 均为 28.5
万株 hm−2。由于中黄 35 单株有效荚数、有效粒数显
著高于对照, 尽管其百粒重(20.4 g)小于对照, 单位面
积产量仍显著高于后者, 约高 18.3%。中黄 35实打实
收的实际产量为 5 577 kg hm−2, 与上述理论产量接近。
表 4 中黄 35的产量及产量构成因子
Table 4 Yield components and yield of cultivar Zhonghuang 35
品种
Cultivar
种植密度
Plant density
(plant hm−2)
有效荚数
Effective
pod
单株粒数
Seeds per
plant
每荚粒数
Seeds per
pod
单株粒重
Seeds weight
per plant
(g)
百粒重
100-seed
weight
(g)
收获指数
Harvest
index
(%)
籽粒产量
Seed yield
(kg hm−2)
生物量
Biomass
(kg hm−2)
中黄 35
Zhonghuang 35
28.5 39.1 a 95.1 a 2.4 a 19.4 a 20.4 a 39.6 a 5521.5 a 13943.2 a
新大豆 1号
Xindadou 1(CK)
28.5 28.1 b 73.5 b 2.6 a 16.4 b 22.3 a 35.6 b 4666.5 b 13108.1 a
同一栏内不同字母所标数值在 0.05水平上差异显著。
Values followed by a different letter within a column are significantly different at the 0.05 probability level.
3 讨论
许多研究者指出, 大豆群体叶面积指数(LAI)是
决定光合产物的多少、衡量群体结构优势的重要指
标, 且与产量密切相关, LAI过大、过小或猛升、陡
降, 均难获得高产[9-12]。高产(4 125 kg hm−2)大豆群
体的最大叶面积指数(LAImax)一般在 5~6 甚至稍大
于 6 [13]。在始花期之前, 叶面积指数稳步增大, 结荚
期前后达到最大值, 鼓粒期直至成熟前仍保持较大
的叶面积指数是大豆高产的保证[14]。本试验中, 中
黄 35的产量达到 5 577 kg hm−2, 其 LAImax仅为 4.31
(出现于出苗后第 86 天前后)。由此推之, 高产、超
高产大豆群体的 LAImax的变化范围似可再放宽一些;
关键在于, 使较大的 LAI 维持较长的时间。如中黄
35 LAI＞3的天数持续了 50 d。
研究证明, 大豆产量在 3 375 kg hm−2上下的总
光合势为 229.5~307.5 万 m2 d hm−2, 光合势与大豆
生物产量和籽粒产量的相关系数分别为 0.968**和
0.838**[13]。本试验中, 中黄 35以 276.6万 m2 d hm−2
取得了 5 521.5 kg hm−2的产量。由此看来, 除总光合
势大小之外, 不同时段的光合势对生物产量特别是
籽粒产量贡献的大小, 还有待进一步深入研究。
光合生产率与生物产量和籽粒产量的相关性非
常复杂。已有研究表明, 大豆生育后期光合生产率
高, 有利于籽粒产量的形成 [14-16]。本试验中, 中黄
35生育后期(第 72天至第 114天), 光合生产率高于
新大豆 1 号, 其籽粒产量也高于后者, 结果也支持上
述观点。
在作物群体生理指标的动态研究中, 连续取样
的样本代表性至关重要。本试验的做法是, 在每次
取样时, 除了本次样本应当代表群体中的大多数植
株的长势和长相外, 在附近选择与所取样本相似的
植株并挂牌, 以备下次取样之用, 如此一次一次延
续至成熟期, 以此保证了各次样本的代表性和连续
性。
4 结论
中黄 35籽粒产量达到 5 521.5 kg hm−2的超高产
水平, 其主要群体生理参数为：最大叶面积指数 4.31,
叶面积指数大于 3 (LAI＞3)持续 50 d, 全生育期的
总光合势即叶面积持续时间(LAD)为 2 766 375 m2 d,
生育前期(出苗后第 16~58 天)群体的光合生产率为
3.3~5.2 g m−2 d−1, 而后期(出苗后第 72~114天)则为
2.52~5.0 g m−2 d−1, 其生物产量和经济系数分别达
到 13 943.2 kg hm−2和 39.6%。中黄 35和对照新大
豆 1号相比, LAI较大且维持了较长的时间, 全生育
期的总光合势较高, 后期光合生产率高, 对籽粒形
成非常有利, 但还不能够确定是否和中黄 35的经济
系数较高有关。中黄 35的生长发育进程受日照时数
和光辐射量的影响较小, 具有较好的适应性, 在北
纬 44°左右的新疆地区可作春播品种, 在肥水得到
满足且栽培管理精准的条件下, 可望获得 6 000 kg
hm−2左右的产量。
References
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