内布拉斯加州西部大豆的播种实践和氮管理:什么重要和为什么
连续玉米是内布拉斯加州西南部最常见的灌溉作物序列。虽然轮种其他作物，如大豆，可以缓解连续玉米的一些生产问题，并经常提高明年的玉米产量，但大豆在这一地区的广泛应用还不容易。根据美国农业部农业服务局的种植面积数据，内布拉斯加州西南部的农民平均每五年种植一次灌溉大豆。
内布拉斯加州西南部的农业文化以玉米为中心，这常常妨碍种植者在更理想的条件下种植大豆。例如，通常优先种植玉米，大豆田通常采用条播耕作，以30英寸的行种植，播种率>160000粒/ac非常普遍。此外，在没有充分了解何时何地使用氮（N）的情况下，使用氮（N）进行晚季化学处理是一种广泛的做法(斯捷潘诺维奇等人，2018a）.
本研究的目的是研究种植日期、行距、播种量和氮管理对内布拉斯加州西南部灌溉大豆产量和产量构成要素的影响。
两个研究地点的描述
该研究在内布拉斯加州帕金斯县进行，包括Kemling-2018、Stumpf-2018和Stumpf-2019。Kemling-2018年优势土壤类型为玫瑰花蕾壤土，Stumpf-2018和Stumpf-2019年优势土壤类型为Kuma粉砂壤土。在Kemling-2018的实验区进行了盘片混合堆肥，并种植AG28X7品种大豆(MG 2.8)。在Stumpf-2018年的实验区种植AG24X7大豆品种(MG 2.4)，而在Stumpf-2019年的实验区使用盘来混合堆肥，为GH2499X大豆品种(MG 2.4)的种植准备场地。除了研究处理，大豆种植遵循UNL的农艺和灌溉建议。
2018年和2019年的天气情况
2018年和2019年的天气条件均以凉爽潮湿的泉水为特征，在2018年8月底，在Stumpf-2018观测到了显著的结皮问题和冰雹伤害（20%）。在Stumpf-2018直接播种（免耕）大豆导致了侧壁压实、土壤结皮和早期生长发育问题。Kemling-2018 amd StampF-2019的圆盘土壤干燥更快，从而创造了更好的播种条件，减少了侧壁压实，从而减少了结壳、发芽和早期植物生长问题(Jasa 2010）.这两年的季节温度都低于30年平均温度，而2018年和2019年的季节降水分别比30年平均温度高7和1英寸(图1)。在2018和2019年的整个生长季节，总共补充了13英寸的灌溉水。
数据收集
该研究评估了4种大豆管理措施，每一种措施在两个不同的水平上，共16个处理:
- 种植日期(五月初vs六月初)
- 行距(15英寸vs 30英寸行;在Stumpf-2019新增7.5英寸行处理)
- 播种率(90,000 vs 140,000活种子/ac)
- N管理–两种生育率制度（低和高）：
- Stumpf-2018 -控制vs化学处理50磅N/ac @ R5(起始种子)
- Kemling-2018/Stumpf-2019 -控制vs种植前堆肥@ 5吨/ac
每个处理重复4次，每个重复按生育方式划分块。在每个肥力区随机选择播种方式(栽植日期、行距和播种率)。研究处理被种植在40英尺× 180英尺的条块上，每个条块的中间30英尺由John Deere 9650 STS联合收割机收获。
此外，在每个条带中统计收获时的植株数量(株/ac)，并采用十株子样本评估产量构成因素，包括节/株、分枝/株、荚果/株、种子/荚果和种子重量。
大豆产量与产量品质
一般情况下，大豆在播前(5月初)和较窄行距(例如15英寸)时产量最好，而较高的播种量对大豆产量没有显著提高(图3)。
在Kemling-2018年，早期种植的大豆受益于种植前施用5吨/ac (107 bu/ac)的堆肥，特别是在低群体(图2和3)。在R5(初种)施用50磅氮/ac并没有导致产量增加(图2和3)。在Stumpf-2019种植前期和后期施用堆肥后，产量小幅增加了2 bu/ac(图2和3)。
Kemling-2018、Stumpf-2018和Stumf-2019的谷物蛋白质分别为32、33和37（表1），表明环境与特定地点种植的遗传（品种）之间存在强烈的相互作用。2018年树桩后期种植时，观察到谷物蛋白质略有增加（1.4%）（表1）。在三个现场年份中，粮油平均占20%（表1）。
早期种植的大豆收获后土壤氮(23磅N/ac)和植物残茬氮(12磅N/ac)略高于后期种植的大豆。有关大豆对不同生育计划的反应的更多信息，请参阅Stepanovic等．
| 场地年（品种） | 种植日期 | 生育制度 | 收益率(bu / ac) | 谷物蛋白质(%) | 谷物油(%) | 土壤氮(磅N/ac) | 剩余N(磅N/ac) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| kemling - 2018 (AG28X7) | 5月1日 | no-compost | 81 b | 32个 | 21 a | 84年,一个 | 49个 |
| 5月1日 | 堆肥@ 5吨/空调 | 90年,一个 | 31个 | 21 a | 76年,一个 | 44 ab | |
| 5-Jun | no-compost | 38摄氏度 | 31个 | 20 | 63年,一个 | 42 ab | |
| 5-Jun | 堆肥@ 5吨/空调 | 35度 | 31个 | 20 | 51个b | 30 b | |
| stumpf - 2018 (AG24X7) | 5月1日 | 无化学反应 | 61年,一个 | 33 ab | 19 a | 77 b | 45 a |
| 5月1日 | 50磅N/ac @ R5 | 56 b | 32 b | 19 a | 95年,一个 | 55个 | |
| 5-Jun | 无化学反应 | 36摄氏度 | 34一个 | 19 a | 57摄氏度 | 34一个 | |
| 5-Jun | 50磅N/ac @ R5 | 36摄氏度 | 34一个 | 19 a | 62 c | 43个 | |
| stumpf - 2019 (GH2499X) | 5月3 | no-compost | 66 ab | 34一个 | 21 a | 49个 | 47个 |
| 5月3 | 堆肥@ 5吨/空调 | 68 a | 36个 | 21 a | 51个 | 46个 | |
| 3-Jun | no-compost | 62 c | 36个 | 21 a | 29 b | 33 a | |
| 3-Jun | 堆肥@ 5吨/空调 | 公元前64年 | 37个 | 21 a | 29 b | 32个 |
大豆产量构成因素是什么?它们为什么重要?
粮食产量由几个组成部分组成，如果单独分析，可以让我们更好地了解它们对整体粮食产量的贡献。尽管粮食产量存在差异，但在三个立地年，粮食产量与产量构成因素之间的关系基本一致。表2总结了三个站点年的相关系数。相关系数的符号r表示关系的性质(正或负)，系数的大小(从0到1)表示线性关系的强度。
总的来说，籽粒产量与植株/ac和种子/荚果的相关性不显著，除了在Stumpf-2018年，结皮问题导致林分减少了60%(表2)。这些结果表明:(1)研究中观察到的种群变化对籽粒产量没有影响，(2)观察到的籽粒产量差异不受种子/荚果数影响。
根据立地年份和遗传品种（研究中使用的品种）之间的相互作用，在籽粒产量和节/株、分枝/株和荚/株之间观察到显著的正相关，这表明最佳播种和氮肥管理措施是促进节、分枝和荚发育的措施。
表2
| kemling - 2018 | 粮食产量(bu / ac) | 种植日期 | 植物/英亩 | 节点/工厂 | 分支/工厂 | 豆荚/植物 | 种子/豆荚 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 种植日期 | -0.95 * | ||||||
| 植物/英亩 | 0.03 | 0.03 | |||||
| 节点/工厂 | 0.71 * | -0.73 * | -0.26 * | ||||
| 分支/工厂 | 0.39 * | -0.36* | -0.42 * | 0.47 * | |||
| 豆荚/植物 | 0.44 * | -0.46* | -0.53 * | 0.65 * | 0.67 * | ||
| 种子/豆荚 | -0.18 | 0.17 | 0.02 | -0.09 | -0.05 | -0.31 | |
| 种子重量 | 0．01 | 0 | -0.13 | -0.04 | 0.18 | 0.28 * | 0.11 |
| stumpf - 2018 | 粮食产量(bu / ac) | 种植日期 | 植物/英亩 | 节点/工厂 | 分支/工厂 | 豆荚/植物 | 种子/豆荚 |
| 种植日期 | -0.87 * | ||||||
| 植物/英亩 | -0.39 * | 0.59 * | |||||
| 节点/工厂 | 0.41 * | -0.45 * | -0.38 * | ||||
| 分支/工厂 | 0.96 * | -0.74 * | -0.51 * | 0.39 * | |||
| 豆荚/植物 | 0.72 * | -0.75 * | -0.51 * | 0.29* | 0.74* | ||
| 种子/豆荚 | -0.25 | 0.24 | 0 | 0.14 | -0.08 | -0.26 | |
| 种子重量 | 0.32 * | -0.27 * | -0.12* | 0.05 | 0．2 | 0.06 | 0.04 |
| stumpf - 2019 | 粮食产量(bu / ac) | 种植日期 | 植物/英亩 | 节点/工厂 | 分支/工厂 | 豆荚/植物 | 种子/豆荚 |
| 种植日期 | -0.39 * | ||||||
| 植物/英亩 | 0.06 | 0.08 | |||||
| 节点/工厂 | -0.04 | -0.35* | -0.15 | ||||
| 分支/工厂 | -0.02 | -0.30 * | -0.22* | 0.52* | |||
| 豆荚/植物 | -0.27 * | -0.41 * | -0.36* | 0.66 * | 0.75 * | ||
| 种子/豆荚 | -0.13 | 0．2 | -0.12 | -0.05 | 0.05 | 0.11 | |
| 种子重量 | 0.35 * | 0.06 | -0.1 | -0.02 | -0.12 | -0.18 | -0.02 |
*相关系数在5%水平显著。系数的符号表示关系的性质(正+或负-)，系数的大小(从0到1)表示线性关系的强度。
为什么种植日期很重要
此前UNL对内布拉斯加州东部大豆的研究表明，5月1日之后，大豆种植每推迟一天，产量就会受到0.25-0.63蒲公英/ac的惩罚，这取决于年份。（Elmore等人，2014年；Specht et al.， 2012在我们的研究中，在Stumpf-2019、Stumpf-2018和Kemling-2018中，晚播大豆的日产量惩罚范围更广，分别为0.13、0.64和1.40,bu/ac/day(图4)。
产量对种植日期的响应具有很大的变异性，这可能是由于在每个立地年观察到的天气、土壤和管理条件与品种特定的相互作用。例如，2019年Stumpf-2019年种植的大豆(GH2499X;2.4 MG)在种植后期(6月初)的产量比2018年在Kemling-2018年种植的两个品种(AG28X7;在2018年生长季，种植在kemlin2018 (AG28X7)的长季品种(2.8 MG)比种植在Stumpf-2018 (AG24X7)的短季品种(2.4 MG)早播期产量要好得多(图4)。除了大豆品种的差异，2018年，Kemling农场和Stumpf农场的天气条件(如冰雹事件)和管理措施(如耕作措施)有很大不同。
在产量构成因素中，节/株、枝/株和荚/株均与播期呈负相关(表2)，表明随着播期的推迟，每株大豆的节、枝和荚产量减少(图4)。
为什么行间距很重要
总的来说，大豆在窄行种植时产量更高。kemling - 2018的产量优势,观察8 bu / ac与15寸行早期种植,而并没有产量优势与窄行末种植日期(图5)。在stumpf - 2018的产量优势11和6 bu / ac与窄行早期和晚期种植,分别在stumpf(图5)。- 2019,在30和7.5英寸的行中，15英寸行分别比大豆多产出2和4蒲式耳/公顷(图5)。这些发现在很大程度上与我们之前的农场研究一致，即15英寸行比30英寸行增加3-13蒲式耳/公顷(图5)。斯捷潘诺维奇等人，2018b). 需要更多的研究来评估大豆在7.5英寸行中的反应。
窄行播种对大豆节间发育没有影响;然而，我们观察到分枝增强，因此每株有更多的荚果(和种子)(图5)。位于侧枝上的额外荚果对较窄行产量的增加有很大贡献(数据未显示)。
为什么播种率比其他因素更重要
所有立地年份的大豆产量对植物种群的变化没有反应。尽管大豆的播种速度为90000和140000个活种子/ac（即调整发芽率后的播种速度），但实际收获数量（植株/ac）在30000和160000株/ac之间，具体取决于现场年份。2018年，这两个地点的林分减少是由于早期结壳问题和冰雹伤害。
大豆产量对种群增长的响应不足可能是由于大豆植株之间竞争加剧。增加植株数量会导致大豆单株产生更少的分枝、豆荚和种子，从而降低产量(图6)。
这都是为了更有利可图
总之，当作物提前播种（0.13-1.40 bu/ac/天）和在较窄的行中播种（最高11 bu/ac产量优势）时，大豆产量潜力增加。这一产量潜力在较低的播种率和不补充晚季氮肥的情况下可以实现。
在内布拉斯加州西部，大豆播种推迟到种植了灌溉玉米后才播种是很常见的，每行30英寸，每公顷16万粒种子。假设玉米延迟种植的产量损失低于大豆，大豆种植面积通常较少，大豆的市场价格(约8.00美元/蒲式耳)高于玉米(约3.00美元/蒲式耳)，我们概述了以下做法的潜在节约:
- 在玉米之前播种大豆(比传统提前10天)——20 - 112美元/公顷;
- 大豆播种在15英寸而不是30英寸的垄上，产量每公顷适度增加3蒲式耳——每公顷增加24美元;
- 将播种率从每英亩16万粒降低到12万粒-每公顷15美元;和
- 用50磅N/ac消除后期化学污染–20美元/ac。
在这四个生产因素中，早期种植是该地区大豆种植者最容易忽视的一个因素，因此失去了大幅提高利润率的机会。因此，真正的问题是，我们应该首先在内布拉斯加州西南部种植什么:玉米还是大豆?答案是:大豆。
我们可以从爱荷华州立大学的研究中获得支持数据(克莱恩，2009）.4月20日至5月5日期间种植的玉米达到了100%的产量潜力。根据年与年的变化，在5月20日之前种植玉米仍可实现99%的产量潜力。在这项为期三年的研究中，只有一次显著减产，那就是玉米种植日期延长到5月底或6月。在2018/2019年内布拉斯加州西南部的研究中，我们观察到5月1日之后种植的玉米的日产量损失为0.2-1.0 bu/ac/day (Stepanovic, 2020 b；两年的数据)。
真正的问题是，要想在内布拉斯加州西南部获得最佳利润，我们应该首先种植什么:玉米还是大豆?
答案是大豆。
我们强烈建议内布拉斯加州西部的大豆种植者评估他们的播种和施肥做法，并考虑实施可能导致更有利可图的作物的变化。
致谢
我要感谢我的实习生Ognjen Zivkovic, Jovan Radojicic, Milica Boganovic以及我们的农场技术员Justin Richardson，感谢他们在这个项目上的辛勤工作。我们还要感谢吉姆和特洛伊·肯姆林，他们允许我们在他们的农场做这项研究。最后，我们感谢内布拉斯加州大豆委员会。没有他们的财政支持，这个项目是不可能完成的。
参考文献
Stepanovic Strahinja, Arsenijevic Nemanja, ugly jic Zaim. 2018a。内布拉斯加州西部灌溉大豆是否有必要进行晚季氮肥施肥?内布拉斯加州延伸作物观察
Stepanovic Strahinja, Thompson L.， Glewen K. 2018b。行距对内布拉斯加州西南部灌溉大豆的影响。内布拉斯加州延伸作物观察
Stepanovic Strahinja。2020。东北西部大豆肥力研究：什么限制了高产和蛋白质？．内布拉斯加州延伸作物观察
Stepanovic Strahinja 2020 b。内布拉斯加州西部旱地玉米杂交选择、种植日期和播种率的影响。内布拉斯加州延伸作物观察
Jasa保罗。2010。种植时避免侧壁压实的建议。内布拉斯加州延伸作物观察
埃尔莫尔·罗杰，斯佩克特J.，里斯J.，格拉西尼P.，格雷文K。2014为什么提早种植大豆能提高产量潜力。内布拉斯加州延伸作物观察
Specht Jim, Rees J.， Zoubek G.， Glewen K.， VanDeWalle B.， Schneider J.， Varner D.， Vyhnalek A..2012.大豆种植日期-时间和原因。内布拉斯加州扩展通告EC145
克莱恩鲍勃。2009。玉米种植日期如何影响产量。内布拉斯加州延伸作物观察