摘要
为探究壳寡糖叶面肥对大豆产量与品质的影响。以高油型大豆垦农 23 为试验材料，分析了鼓粒期叶面喷施清水（CK）、壳寡糖（T1）、壳寡糖 + 螯合铁（T2）、壳寡糖 + 有机硅（T3）、壳寡糖 + 有机钙（T4） 和壳寡糖 + 螯合铁 + 有机硅 + 有机钙（T5）对大豆叶片光合参数、干物质积累及产量和品质的影响。结果表明，壳寡糖叶面肥处理均显著增加叶片净光合速率和干物质积累量，大豆产量和净收益分别较 CK 提高了 6.83% ～ 14.31% 和 5.73% ～ 19.04%。与 CK 相比，各处理显著提高了大豆植株上部的产量，对中部和下部产量无显著影响。不同处理对大豆产量构成因素影响各异，其中 T1、T3、T4 和 T5 处理显著提高每荚粒数和百粒重，T2 处理显著提高单株荚数和百粒重。植株不同部位籽粒粗蛋白含量表现为上部 > 中部 > 下部，粗脂肪含量表现为相反的变化趋势。成熟期壳寡糖叶面肥处理的大豆籽粒粗蛋白含量较 CK 提高了 9.16% ～ 13.46%，粗脂肪含量较 CK 降低了 2.07% ～ 6.10%。因此，壳寡糖叶面肥有利于提高滴灌大豆产量，尤其以壳寡糖 + 螯合铁的增产增收效果最为显著。
Abstract
To investigate the effects of chitooligosaccharide foliar fertilizer on soybean yield and quality，a study was conducted using the high-oil soybean variety“Kennong 23”as experimental material. The effects of foliar spraying with water（CK），chitooligosaccharide （T1），chitooligosaccharide + chelated iron（T2），chitooligosaccharide+organic silicon（T3），chitooligosaccharide + organic calcium（T4）and chitooligosaccharide + chelated iron + organic silicon + organic calcium（T5）during the pod-filling stage on soybean leaf photosynthetic parameters，dry matter accumulation， yield，and quality were analyzed. Results showed that chitooligosaccharide foliar fertilizer treatments significantly increased leaf net photosynthetic rate and dry matter accumulation. Soybean yield and net profit increased by 6.83%-14.31% and 5.73%-19.04%，respectively，compared to CK. All treatments significantly enhanced yield in the upper parts of soybean plants but had no significant effects on middle and lower parts，compared to CK. Different treatments variably influenced yield components：T1，T3，T4 and T5 treatments significantly increased grains per pod and 100-seed weight，while T2 treatment significantly improved pods per plant and 100-seed weight. Crude protein content in grains followed the order upper > middle > lower parts，whereas crude fat content exhibited the opposite trend. At maturity，chitooligosaccharide foliar fertilizer treatments increased crude protein content by 9.16%-13.46% and reduced crude fat content by 2.07%-6.10%， compared to CK. Thus，chitooligosaccharide foliar fertilizer effectively enhanced drip-irrigated soybean yield，with the chitooligosaccharide + chelated iron combination demonstrating the most significant yield and economic benefits.
Keywords
大豆（Glycine max） 是世界第四大粮食作物，同时也是世界上种植面积最大的油料作物[1]。在我国，大豆是重要的植物蛋白、油料和饲用作物，在国民经济的发展中起着至关重要的作用[2]。我国新疆和东北地区与美国中西部大豆种植区均位于北半球相似纬度地带，光热资源丰富，日照时间长，相对湿度低等自然气候条件适宜大豆生长[3]。然而，由于新疆地处干旱半干旱区，每年 7—8 月作物产量形成关键时期易出现高温干旱等非生物胁迫[4]，对大豆生长带来不利影响。如何提高大豆抗逆性进一步挖掘产量潜力、改善大豆品质是新疆大豆生产亟需解决的问题[5]。
大豆的产量和品质主要由品种本身遗传特性决定，同时受环境条件和栽培措施的影响。生物刺激素可以提高作物对生物和非生物胁迫的耐受性，促进养分吸收[6]。壳寡糖（COS）作为寡糖类生物刺激素[7]，通过上调苯丙氨酸解氨酶，触发茉莉酸等抗性信号分子的合成诱导抗逆反应，调控光合作用相关蛋白表达来提升光合效率[8-9]。同时，微量元素也具有改善作物生长发育、提高作物抗逆性和产量及品质等多重功能[10]。铁可以提高植物叶片光合色素含量和气体交换参数[11]。钙作为细胞壁主要成分和胞内第二信使，存在于多种植物生长发育调控途径和各种生物胁迫、非生物胁迫及机械刺激等响应过程中[12]，能够增强植株光合作用，促进铁、锌、硼等微量元素的吸收，以及碳水化合物和蛋白质合成[13-14]。硅可以增加作物的抗逆性，以及大中微量元素的吸收利用（氮、磷、钾、钙、硫、铁、锰等）[15-16]。
近年来，壳寡糖与大中微量元素联合应用的研究表明，与单独喷施营养元素相比，壳寡糖配合营养元素显著提高干热风条件下冬小麦旗叶 SPAD 值和甜菜碱含量，延缓叶片衰老，促进籽粒灌浆[17]。壳寡糖-硒纳米组合比红色单质硒提高了水稻对硒的吸收[18]。壳寡糖＋钕＋微量元素比单施壳寡糖、钕＋微量元素对菠菜产量和含糖量的提升更为显著[19]。可见，壳寡糖在发挥生物刺激素功能的同时还能促进其他养分的吸收。然而，壳寡糖与叶面肥的配施方案及其增产效果因作物种类和施用技术而异[20]，有关壳寡糖和微量元素单独施用对大豆生长的效果是否存在差异，联合施用后是否具有增效作用尚不清楚。为此，本研究通过喷施壳寡糖配合微量元素叶面肥探究其对大豆产量和品质的影响，对于促进新型肥料的应用和提升粮食安全保障水平具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于 2023 年在新疆维吾尔自治区沙湾市乌兰乌苏农业气象试验站（44°17′52.6″N，85°51′ 45.8″E）进行。该区域属温带大陆性气候，大豆生长季的气温和降水由距试验地 25 m 的自动气象站记录。大豆生长季的降水量以及每日最高温度、最低温度、平均温度如图1所示。试验地为壤土，有机质 15.50 g/kg、全氮 0.82 g/ kg、有效磷 38.25 mg/kg、速效钾 257.30 mg/kg、 pH 7.7。
图1试验地 2023 年大豆生长季气温和降水
1.2 试验设计
试验采用完全随机区组设计，设置 6 个处理：清水（CK）、壳寡糖（T1）、壳寡糖 + 螯合铁（T2）、壳寡糖 + 有机硅（T3）、壳寡糖 + 有机钙（T4）和壳寡糖 + 螯合铁 + 有机硅 +有机钙 （T5），每个处理重复 3 次，小区面积为 40 m2，各小区间设置 1 m 的保护行。壳寡糖、螯合铁、有机钙均采购自麦克林试剂公司，含量分别为 90%、 50% 和 96%。有机硅由新天域生物科技公司从问荆中提取进行定制生产，含量 10%。于大豆鼓粒期（8 月 1 日）开始喷施，共喷施两次，间隔时间 7 d。壳寡糖喷施量参照罗晓峰等[21]的研究施用，螯合铁施用量参考 Cao 等[22] 推荐的浓度确定，有机硅和有机钙的浓度控制在 pH=7 左右。各处理按照表1使用清水稀释至目标浓度，使用绿英 3WBD-20 型背负式电动喷雾器（产自中国浙江省台州市佳腾植保机械厂）进行叶面喷施。喷施时以固定的速率进行，当大豆叶面出现明显液滴滴落时停止。
表1不同处理各试剂用量
供试品种为高油型中早熟春大豆品种垦农 23。 2023 年 4 月 28 日播种，5 月 5 日出苗，采用膜下滴灌宽窄行种植模式，一机两膜，膜宽 205 cm，播幅宽 460 cm，一膜 3 管 6 行，窄行行距 30 cm，宽行行距 40 cm，膜间及交接行距 50 cm，株距 20 cm，密度 13.33 万株 /hm2。整个大豆生长季各处理施用 N 250 kg/hm2、P2O5 225 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，分别对应 445.65 kg/hm2 的尿素（N 46%，山东联盟化工股份有限公司生产）、375 kg/hm2 的磷酸一铵 （N 12%、P2O5 60%，甘肃瓮福化工有限责任公司生产）和 300 kg/hm2 的硫酸钾（K2O 50%，北京昆龙伟业格尔木有限公司生产），所有肥料作为追肥随水滴施（表2）。滴灌系统由主管、滴灌带、阀门和施肥罐组成，滴灌带位于大豆窄行中间，为两行大豆提供所需水肥。播种后当天，所有小区滴水 450 m3 /hm2，以促进种子发芽和出苗，整个生育期灌水量为 6000 m3 /hm2，其他田间管理同当地大田。
表2大豆不同生育时期施肥比例
注：V4 表示 4 节期，R1、R2、R3、R4、R5 和 R6 分别表示始花期、盛花期、始荚期、盛荚期、始粒期和鼓粒期。
1.3 测定指标
1.3.1 气体交换参数
第一次喷施叶面肥后第 15 d，于 10：00—12： 00 用 LI-6400 光合仪（LI-COR，USA）测定叶片净光合速率、胞间 CO2 浓度、气孔导度和蒸腾速率。采用人工光源 1800μmol/（m2 ·s），叶温 25～30℃，相对湿度 60%～65%，CO2 浓度为 400μmol/mol，空气流量为 500μmol/s。每个处理选取 3 株大豆，每株大豆选取主茎倒三叶中间叶重复测量 3 次。
1.3.2 干物质积累
将测定完气体交换参数的植株进行破坏性取样，分为茎秆、叶片、叶柄和荚 4 部分，置于烘箱内 105℃杀青 30 min，85℃烘干至恒重，称取各部分干重。
1.3.3 产量及其构成因素
成熟期（9 月 2 日）每个小区选取长势均匀的 12 株大豆，分为上、中、下 3 个部分（从第一节间处开始，0～30 cm 为下部、30～60 cm 为中部、 60 cm 以上为上部[23]），进行不同部分荚数、粒数和粒重的测定，根据单位面积株数折算出各部分理论产量。同时，每个小区选取 3 m2，收获所有植株，得到单位面积实收产量。
1.3.4 产量贡献率
1.3.5 籽粒品质
选取大豆籽粒 500 g 采用近红外谷物分析仪（Innfratec TM 1241，FOSS）参照 GB/T24870—2010[24] 测定大豆上、中、下部分和整株籽粒粗蛋白和粗脂肪含量，每个处理重复 3 次。
1.3.6 经济效益
收入以 2023 年 10 月大豆收购价 8 元 /kg 计算。
成本包括整地、翻地、滴灌材料、种子、播种、施肥、打药等投入，具体见表3。
表3各处理成本
1.4 数据分析
以 Excel 2019 进行数据处理，利用 SPSS 27.0 和 Origin 2024 进行统计分析和图形处理。
2 结果与分析
2.1 不同处理对大豆叶片气体交换参数的影响
与 CK 相比，壳寡糖叶面肥处理均显著提高了大豆叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率。各处理中，T2 处理大豆叶片净光合速率、气孔导度、胞间 CO2 浓度和蒸腾速率最高，分别较 CK 提高了 24.82%、73.60%、8.49% 和 35.87%（图2）。
2.2 不同处理对大豆干物质积累的影响
与 CK 相比，壳寡糖叶面肥处理均显著提高了大豆叶片、叶柄、茎秆和荚干物质积累量，其中 T2 处理干物质积累量最大。T2 处理叶片、叶柄、茎秆和荚的干物质积累量分别较 CK 提高了 24.12%、16.05%、7.73% 和 23.45%（图3）。
图2壳寡糖叶面肥处理对大豆叶片光合参数的影响
注：图中误差棒表示标准差；不同小写字母表示不同处理间在 0.05 水平上差异显著（P<0.05）。下同。
图3壳寡糖叶面肥处理对大豆植株地上部干物质积累的影响
2.3 不同处理对大豆产量及其构成因素的影响
壳寡糖叶面肥处理均显著提高了大豆植株上部产量，对大豆中部和下部产量无显著影响。与 CK 相比，T1、T3、T4 和 T5 处理显著提高了植株上部的每荚粒数，T2 处理显著提高了植株上部的荚数 （33.60%）（图4）。
壳寡糖叶面肥处理对大豆产量构成因素的提高作用各异。与 CK 相比，T1、T3、T4 和 T5 处理显著提高每荚粒数和百粒重，T2 处理显著提高单株荚数和百粒重。与 CK 相比，各处理均显著提高了大豆的理论产量（图4）和实收产量。其中 T2 处理的实收产量和净收益提高最大，分别较 CK 提高了 14.31% 和 19.04%（表4）。
与 CK 相比，壳寡糖叶面肥处理显著提高植株上部产量贡献率。各处理中，T2 处理上部、中部和下部产量贡献率变化最为显著，分别较 CK 提高了 12.50%、-12.50% 和-8.33%（图5）。
2.4 不同处理对大豆籽粒品质的影响
大豆植株不同部分籽粒粗蛋白含量表现为上部 >中部 >下部，籽粒粗脂肪含量表现为相反的趋势，即下部 >中部 >上部。壳寡糖叶面肥处理均显著提高籽粒粗蛋白含量（9.16%～13.46%），同时显著降低籽粒粗脂肪含量（2.07%～6.10%），其中各处理间的籽粒粗蛋白含量表现为 T4>T2 ≈ T5>T3 ≈ T1>CK，粗脂肪含量表现为 CK>T1>T5 ≈ T3>T4 ≈ T2（图6）。
图4壳寡糖叶面肥处理对大豆不同部分产量及其构成因素的影响
表4壳寡糖叶面肥处理对大豆产量及其构成因素和净收益的影响
注：不同小写字母表示不同处理间在 0.05 水平上差异显著（P<0.05）。
图5壳寡糖叶面肥处理对大豆不同部位产量贡献率的影响
图6壳寡糖叶面肥处理对大豆不同部分籽粒粗蛋白和粗脂肪含量的影响
3 讨论
3.1 不同处理对大豆叶片光合参数的影响
光合作用是将光能转化为化学能生成同化物为作物生长发育提供能量和物质基础的过程。增加大豆鼓粒期的物质生产是实现大豆高产的关键[25]，该生育时期不仅是大豆干物质积累最大的阶段，还是对养分需求最多的阶段[25]。由于叶面施肥直接喷洒于叶片表面，使营养吸收更加高效[26]，因此，喷施叶面肥成为提高大豆鼓粒期叶片光合产物的途径之一。本研究中，喷施壳寡糖、壳寡糖 + 螯合铁、壳寡糖 + 有机硅、壳寡糖 + 有机钙以及壳寡糖 + 螯合铁 + 有机硅 + 有机钙均能显著提高大豆叶片净光合速率，其中以壳寡糖 + 螯合铁对光合参数提高最为显著（图2）。一方面可能与上述物质中壳寡糖和螯合铁能够直接提高叶片光合作用[27-28]有关，另一方面，2023 年大豆鼓粒期气温长期高于大豆生长最适温度（20～25℃），壳寡糖能够诱导茉莉酸信号通路增强作物耐热性[27]。因此，壳寡糖和螯合铁联合施用对叶片光合参数的增效作用更加明显。
3.2 不同处理对大豆干物质积累和产量的影响
增加干物质积累有利于作物产量的提升。本研究中，喷施壳寡糖叶面肥处理均促进大豆叶片、叶柄、茎秆和荚干物质积累，使得总干物质积累量、产量和净收益比清水对照分别提高了 9.15%～18.09%、6.83%～14.31% 和 5.73%～19.04% （图3、表4）。大豆产量构成因素表明，壳寡糖叶面肥显著提高了大豆百粒重（18.01%～34.88%），其中壳寡糖 + 螯合铁处理的大豆百粒重显著高于其他处理。不仅如此，壳寡糖 + 螯合铁处理还显著提高了单株荚数（16.47%～18.28%），这些指标弥补了每荚粒数降低（5.86%～9.16%）带来的负面影响，最终壳寡糖 + 螯合铁处理条件下大豆实收产量较其他处理增加了 5.89%～14.31%。同时，本试验中壳寡糖叶面肥显著提高了植株上部产量贡献率，而对植株下部影响不显著，这可能与冠层上部对叶面肥接触吸收较多及大豆养分局部利用特性有关[29]。
3.3 不同处理对大豆籽粒品质的影响
本研究结果表明，喷施壳寡糖叶面肥处理显著提高植株不同部分和整体籽粒粗蛋白质含量，降低了粗脂肪含量。这可能与喷施壳寡糖有利于促进同化物向粗蛋白质转化，使合成脂肪的底物减少，降低脂肪含量[21] 有关。同时，植株由上到下不同部分的大豆籽粒品质存在空间变异，即粗蛋白含量呈降低趋势，而粗脂肪含量呈上升趋势，这与 Moro Rosso 等[30] 的研究结果一致。此外，各处理植株上部、中部和下部籽粒粗蛋白含量相比清水对照分别增加了 7.93%～10.81%、 7.23%～12.04% 和 11.94%～17.90%，粗脂肪含量分别降低了 2.62%～5.05%、1.37%～5.03% 和 2.25%～8.90%（图6），这可能与大豆叶片同化物除了向本节位供应外，向下运输较向上运输多有关[31]。
4 结论
大豆鼓粒期喷施壳寡糖叶面肥可以显著提高大豆叶片光合速率，促进植株干物质积累，提高产量，增加籽粒粗蛋白含量，同时降低粗脂肪含量。各处理中以壳寡糖 + 螯合铁对大豆产量提升作用最为显著。