黑麦草叶面喷施硼与黄腐酸对酸性土壤条件下黑绿豆产量的影响

《International Journal of Agronomy》：Influence of Foliar Application of Boron and Humic Acid on Yield of Black Gram at Acid Soil of Moulvibazar

　　

摘要：孟加拉国东北部酸性土壤中的黑绿豆（Vigna mungo L.）生产力受到微量元素缺乏和养分有效性低的制约。然而，在此类条件下硼和黄腐酸联合叶面施用的证据仍然有限。研究人员在Moulvibazar开展了一项田间试验，采用裂区设计，设置4个硼和黄腐酸水平（0–2.0 g·L^?1）。利用线性混合效应模型（linear mixed-effects model, LMM）和相关性分析（correlation analysis）对黑绿豆（BARI Mash-3）的生长、物候、产量和生物量性状进行了分析。结果表明，硼和黄腐酸显著改善了生长和产量性状，并具有较强的交互效应。1.0 g·L^?1硼处理获得了最高的千粒重（55.76 g）和籽粒产量（1.48 t·ha^?1），较对照增产约22%。1.0 g·L^?1黄腐酸处理提高了株高（36.0 cm）、粒重（53.43 g）和产量（1.35 t·ha^?1）。B3 × H3组合处理表现最佳，在第一轮种植周期中记录了最高籽粒产量（达1.63 t·ha^?1）和生物量产量（2.45 t·ha^?1），这归因于较高的荚数、地上部干重和根长。产量与根长（r = 0.78）和千粒重（r = 0.77）呈强正相关。结果表明，硼和黄腐酸联合施用可有效提高孟加拉国酸性土壤条件下黑绿豆的生产力和养分利用效率。

硼与黄腐酸叶面喷施对酸性土壤黑绿豆产量的影响——基于Moulvibazar的田间试验解读

研究背景与问题：黑绿豆（Vigna mungo L.）是南亚和东南亚广泛种植的重要豆类作物，其籽粒含25%–28%的高质量蛋白质及铁、锌等必需微量元素，对粮食与营养安全具有重要意义。同时，黑绿豆可通过生物固氮改善土壤肥力，并适宜纳入多样化种植制度。然而，孟加拉国东北部包括Moulvibazar在内的酸性土壤区域，黑绿豆产量长期受制于养分有效性低和微量元素缺乏。酸性条件通过Fe³⁺和Al³⁺离子固定磷素，降低养分可利用性；同时缺锌等微量元素会损害花粉活力和荚果形成，进而限制生殖发育。此外，酸性土壤抑制根系生长，减少水分和养分吸收。已有研究表明，石灰和磷肥施用可使黑绿豆增产34.5%，因此需针对性设计酸性土壤养分管理策略。硼作为必需微量元素，参与细胞壁形成、碳水化合物运输、花粉活力和豆科作物根瘤发育；黄腐酸作为土壤有机质组分，具有改善土壤结构、保水性、养分有效性和根系生长的生物刺激作用。近年研究指出，硼和黄腐酸联合施用可比单独施用产生更大的农艺效益，但在豆科作物上，尤其在酸性土壤条件下，二者互作效应的研究仍十分有限。因此，本研究旨在评价叶面喷施硼和黄腐酸对Moulvibazar酸性土壤黑绿豆产量的影响，并验证二者联合施用是否存在协同增效作用。

研究内容与方法概述：研究人员于2022–2023年和2023–2024年两个Kharif-II生长季，在孟加拉国Moulvibazar地区Akbarpur的区域农业研究站（RARS）开展田间试验。供试土壤为强酸性（pH 4.4–5.0）砂壤土，属于Khadimnagar土系。试验采用随机完全区组裂区设计，主区为4个硼水平（0、0.5、1.0、2.0 g·L^?1），副区为4个黄腐酸水平（0、0.5、1.0、2.0 g·L^?1），共16个处理组合，3次重复。供试品种为BARI Mash-3，在开花前（播种后35天）和荚果发育期（播种后50天）进行两次叶面喷施，每小区喷施1 L溶液（折合1111.1 L·ha^?1）。数据采用线性混合效应模型（LMM）分析，硼、黄腐酸及其交互为固定效应，区组为随机效应；使用Type III方差分析、Tukey HSD多重比较、Pearson相关分析、K-means聚类和通径系数分析进行统计推断。经济分析采用部分预算法计算总收益、可变成本、边际收益和效益成本比（BCR）。

主要结果：

3.1 硼效应：第一种植季，硼显著影响大多数生长、产量和物候性状。B3（1.0 g·L^?1）表现最优，其分枝数（12.58）、荚数（22.42）、叶数（10.08）、根长（14.37 cm）、地上部干重（9.17 g）、千粒重（55.76 g）、籽粒产量（1.48 t·ha^?1）和生物量产量（2.22 t·ha^?1）均最高；B4（2.0 g·L^?1）则延迟开花和成熟。第二种植季，硼对籽粒产量和生物量产量的影响未达到显著水平，但B3仍表现出较高趋势。结果说明，适量硼（1.0 g·L^?1）可促进细胞分裂、花保留、花粉活力和同化物转运，而硼不足或过量均会扰乱生理平衡。

3.2 黄腐酸效应：第一种植季，黄腐酸对物候性状无显著影响，但显著影响株高、分枝、荚数、叶数、根长、千粒重和产量。H3（1.0 g·L^?1）株高最高（36.01 cm），千粒重最大（53.43 g）；H1（0 g·L^?1）则获得最高籽粒产量（1.41 t·ha^?1）和生物量产量（2.12 t·ha^?1）。第二种植季，高浓度黄腐酸（H4）增加了株高、地上部干重和根干重，但籽粒产量差异不显著。这表明黄腐酸通过提高养分有效性、促进根系增殖和酶活性来刺激生长，但季节条件可能限制其转化为最终产量。

3.3 硼与黄腐酸互作效应：两季中，除第一季根干重外，交互作用对几乎所有性状均有极显著影响。第一季，T11（B3×H3）分枝数最高（18.33），T9（B3×H1）荚数（32.33）、叶数（13.67）、根长（18.03 cm）和地上部干重（12.17 g）最优；T7（B2×H3）产量最高（2.43 t·ha^?1），T8（B2×H4）生物量产量最高（2.45 t·ha^?1）。第二季，T9籽粒产量（1.61 t·ha^?1）和生物量产量（2.43 t·ha^?1）均最高，T16（B4×H4）根长（17.91 cm）和地上部干重（21.76 g）突出。数据表明，特定组合下黄腐酸改善硼的吸收和根系发育，而硼支持生殖过程，从而产生协同效应。

3.4 性状关联：两季相关分析显示，产量与根长（r=0.78）、千粒重（r=0.77）、地上部干重（r=0.63）、分枝数（r=0.69）等呈强正相关，而与开花期相关性弱或为负。荚数与叶数、根长、茎长高度相关，表明营养生长和生物量积累是产量形成的主要驱动力。

3.5 性能分组：K-means聚类将两季各48个观测值分为4个簇，其中始终存在一个表现优异的簇和一个表现较差的簇，其余为中间类型。第一季簇间平方和占总平方和的54.0%，第二季为52.0%，说明处理组合间存在显著差异。

3.6 通径分析：第一季，根长（0.669）、地上部干重（0.570）和千粒重（0.411）对产量有最大的正直接效应，模型解释84.8%的产量变异；第二季，千粒重（0.387）、根长（0.249）和地上部干重（0.157）为主导正效应因子，但模型仅解释52.0%，残余效应表明未测量环境因素影响较大。

3.7 经济性能：T9（B3×H1）获得最高总收益（1385.1 USD·ha^?1）、边际收益（850.5 USD·ha^?1）和BCR（2.68），显著优于对照T1（BCR=1.68），表明优化的硼与黄腐酸配施具有良好经济可行性。

讨论与结论：研究证实，硼和黄腐酸叶面喷施可显著改善酸性土壤黑绿豆的生长和产量性状，且二者联合施用具有协同效应。硼通过维持细胞壁完整性、促进花粉萌发和花粉管伸长（依赖RG-II交联）、调节碳水化合物转运等机制提高生殖成功率；黄腐酸通过刺激根毛发生、增加根系吸收面积、类生长素活性、螯合微量元素、提高阳离子交换量等方式改善养分吸收。二者配合既改善了花后营养，又促进了籽粒灌浆。但产量响应存在季节性差异，说明环境条件影响其效应表达。相关和通径分析一致表明，根长和千粒重是决定产量的关键性状。该研究为孟加拉国东北部酸性土壤地区黑绿豆制定位点特异性养分管理策略提供了科学依据，但试验仅在一个地点和两个生长季进行，仍需多地点、多季节验证。未来应扩展至不同农业生态区，并整合土壤生物学指标和养分利用效率研究，以优化硼和黄腐酸的施用剂量、时期及与其他微量元素的互作。