氮磷钾配施对红芸豆养分吸收、干物质积累及产量构成因子的影响

晋凡生，韩彦龙，李 洁，李海金，李晓平

(1.山西省农业科学院 旱地农业研究中心，山西 太原 030031；2.山西农业大学 资源与环境学院，山西 太谷 030801)

芸豆(PhaseolusvulgarisL.)是我国一种主要的杂粮作物，生育期短，耐旱耐瘠，抗逆性强，籽粒营养丰富，在全国高寒冷凉区广泛种植，其中，山西省是我国芸豆主产地之一。红芸豆属于食用豆中普通菜豆矮生直立型的一个品种，因其色泽艳丽，营养价值和经济价值较高，在国内外市场受到欢迎[1]，近年来种植面积逐年扩大。

我国对芸豆的研究起步较晚，始于1978年，而且科研力量薄弱，育成品种较少，栽培手段落后，田间管理粗放，造成芸豆单产水平较低，极大地影响了芸豆的规模化生产[1-3]。

近年来对红芸豆的研究主要集中在施肥、种植密度、光合和水分方面。已有研究表明，施肥对红芸豆产量及产量构成因素具有促进作用[4-12]，施用氮、磷肥可以提高不同品种芸豆叶绿素含量、氨基酸含量及组分[13-16]，不同的种植密度对红芸豆产量和品质也形成一定的影响[16-18]。这些研究主要集中在施肥及氮肥对芸豆产量和农艺性状的影响上，而关于施肥对红芸豆的养分吸收、干物质累积、分配特征及对产量构成因子的影响以及之间关系的研究未见报道。但在大豆上有一些关于施肥对大豆品质、干物质积累、源库调节效应等方面的研究[20-26]，杂豆高效生产关键技术研究与示范课题组在试验设计上参考了这些试验的思路。

根据红芸豆产区生产特点，课题试验方案以土壤测定结果结合农民习惯施肥确定施肥量，设置氮、磷、钾配施及缺素试验，系统研究不同氮磷钾配施对红芸豆养分吸收、干物质积累及产量相关因子的影响，以期为红芸豆高效生产及适量施肥提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

本试验于2014-2015年在山西省农业科学院旱农农业研究中心的河村试验基地(N38°05′，E112°90′)进行。试验地位于山西省中部，海拔1 270 m，无霜期140 d左右，年均降水量450 mm，年均蒸发量1 995 mm，年均气温6～7 ℃，≥10 ℃活动积温2 600 ℃，为典型的半干旱区。试验地土壤属于褐土性土，土壤pH值8.02，有机质含量为16.50 g/kg，全N为1.09 g/kg，碱解N为55.12 mg/kg，有效P为14.63 mg/kg，速效K为161.09 mg/kg。前茬作物为玉米。

1.2 试验材料

供试作物为红芸豆，属于普通菜豆(PhaseolusvulgarisLinn)矮生直立型品种，供试品种为英国红。施用的氮肥为尿素，N含量为46%；磷肥为粒状过磷酸钙，P2O5含量为12%；钾肥为硫酸钾，K2O含量为45%。

1.3 试验设计

本试验设5个处理，分别为NPK、NP、NK、PK、CK，各处理具体施肥量如表1所示。3次重复，随机区组排列，小区面积28 m2(7 m×4 m)。0.5 m等行距种植，穴距0.2 m，每穴2株。试验在自然降水条件下进行，无补充灌溉。2015年试验设计、田间布置与2014年相同。

表1 各处理施肥量Tab.1 The amount of fertilizer used in each treatment kg/hm2

1.4 调查及测定方法

1.4.1 测定日期 在红芸豆的生长发育过程中对其进行采样，生育期的划分及取样、测量日期如表2所示。

表2 红芸豆的生育期划分及取样、测量日期Tab.2 Red kidney bean growth stage and the sampling and measurement date 月-日

注：V2.苗期，第2片未完全展开的3出复叶出现在第4节上；R1.初花期，植株上第1朵花开放；R3.盛花期，植株上有1个荚达到最大长度；R6.结荚期，植株上50%的豆荚中豆粒完全发育；R8.成熟期，植株上80%的豆荚达到了成熟颜色。表5-12同。

Notes: V2.Seedling stage, the trifoliolate leaf of second not fully expand appears in fourth section; R1.Early flowering stage, the first flower on the plant opens; R3.Full bloom stage, there is 1 pod on the plant to reach the maximum length; R6.Pod bearing stage, 50% of the pods on the plant were fully developed; R8.Maturity stage, 80% of the pod on the plant reached its mature color. The same as Tab.5-12.

1.4.2 红芸豆植株的干物质积累、分配测定及计算方法 分别在红芸豆V2、R1、R3、R6和R8共5个时期选有代表性的植株4～6株，用自来水小心冲洗干净，然后迅速将采集的红芸豆植株按照器官分为茎、叶、荚皮、籽粒等，将分好的各部分器官装入纸袋，在105 ℃烘箱中杀青30 min，于80 ℃恒温条件下烘至恒质量，称取各器官的干质量，并计算干物质量，进一步推算各时期各部位的干物质积累和分配转移状况。

1.4.3 田间测定方法 挑选长势均匀连续的10株红芸豆，各处理分别挂牌标记。在红芸豆成熟后，即将收获时，对各处理小区内挂牌的10株红芸豆进行考株，分别考察单株有效荚数、单株粒数、百粒质量等。各小区单收单打，经去杂和晾晒计产。

1.5 数据处理及统计分析

采用Excel 2003、SPSS 14.0等进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 氮磷钾配施对红芸豆产量及构成因子的影响

从表3可以看出，与CK相比，各施肥处理的产量均有提高，并与对照间差异显著；其中，2014年缺氮、缺磷处理的产量与全施肥处理差异显著，缺钾处理的产量与全施肥处理差异不显著，从产量构成因子看，差异主要体现在百粒质量上，但缺磷处理与全施肥处理之间的百粒质量差异不显著，而单株有效荚数和每荚粒数差异不显著；2015年3个缺素处理均与全施肥处理的产量差异显著，从产量构成因子看，其差异表现与2014年基本吻合；2014年各处理产量比CK增产11.48%～25.15%，其中氮、磷、钾配施比缺施氮、磷、钾肥处理分别增产12.27%，4.20%，3.34%；2015年各处理产量比CK增产21.14%～37.67%。其中氮、磷、钾配施比缺施氮、磷、钾肥处理分别增产13.65%，10.55%，5.39%，由此可见，说明养分是红芸豆产量提高的主要限制因子。从产量构成因子来看，各施肥处理对产量的影响主要表现在对百粒质量的影响上，除2014年缺氮处理与对照差异不显著外，其他施肥处理的百粒质量与CK均差异显著；而对单株有效荚数和每荚粒数则影响较小，除2014年缺钾处理与对照差异显著外，其他施肥处理均与对照差异不显著(表3)。

经过对2年产量及构成因子进行相关性分析可知，2年的趋势高度一致，对产量影响的重要性依次为百粒质量>每荚粒数>单株有效荚数，但只有百粒质量与产量的相关性达到显著水平(P<0.05)，2014，2015年的相关系数分别为0.88和0.90(表4)。

表3 红芸豆各处理的产量及构成因子Tab.3 Red kidney bean yield and constituent factor

表4 产量及构成因子相关性分析Tab.4 Correlation analysis of yield and constituent factors

注：*.P<0.05；**.P<0.01。表11-12同。

Note:*.P<0.05；**.P<0.01. The same as Tab.11-12。

2.2 氮磷钾配施对红芸豆养分含量的影响

2.2.1 红芸豆各处理的养分含量 从红芸豆植株样本的分析测试结果来看，各处理氮含量变化各不相同，在V2-R1阶段，与CK相比，除NP处理的含量略有降低外，其他4个处理均升高；在R3-R8阶段，除NPK处理是一直降低外，其他4个处理均为先降低后升高；氮含量总的趋势呈高-低-高的变化。各处理磷含量随着生育期的推进，除NK在R6和CK在R8略有升高外，其他4个处理均呈现降低趋势。钾含量在V2-R1阶段，除NPK处理略有升高外，其他处理均在降低，在R3-R8阶段的含量与前期相比则降低，但2个阶段内差异不显著(表5)。

2.2.2 红芸豆各器官的养分含量 从表6可以看出，根系含氮量在不同生育阶段差异显著，呈U型趋势，从V2到R6逐渐降低，R8又有回升；茎含氮量呈倒S型趋势，从V2到R1先升高，然后逐渐降低，R8又有回升，但V2和R1这2个时期差异不显著；叶片含氮量的趋势与根系一样，呈U型趋势，从V2到R6逐渐降低，R8又有回升。这3个器官氮含量在R8的回升可能与氮在成熟期的回流有关。豆荚和荚皮含氮量呈降低趋势，籽粒含氮量呈升高趋势，这是干物质转移的表现。

从植株各器官含磷量数据来看，根系含磷量除在V2与R1和R6有显著差异外，R1-R8阶段差异并不显著，整个生育期变化比较小；茎含磷量在V2-R6阶段逐渐降低，R8略有回升，但与前期差异不显著；叶片含磷量在V2和R1阶段比较高，R3-R8则较低，且这2个生育区间差异显著，但区间内则差异不显著；豆荚、荚皮和籽粒的含磷量均呈降低趋势。

从植株各器官含钾量数据来看，根系含钾量呈明显S型变化；茎含钾量呈抛物线变化，但R3-R8含量明显降低；叶片含钾量呈显著下降趋势，R8虽略有回升，但与R6间差异不显著；豆荚含钾量呈降低趋势；荚皮含钾量无显著差异，籽粒则降低，差异显著。

从整个植株数据来看，各器官中根、叶片、豆荚及籽粒中氮>钾>磷，茎和荚皮中钾>氮>磷；植株各器官在不同生育期的氮、磷、钾含量变化较大，从整个生育期各器官的氮、磷、钾含量来看，各器官中含氮量依次为豆荚>叶>籽粒>茎>根>荚皮，含磷量依次为豆荚>籽粒>叶>茎>根>荚皮，含钾量依次为豆荚>荚皮>茎>籽粒>叶>根(表6)。

表5 各处理不同生育期的氮磷钾含量Tab.5 NPK content in different growth stages of each treatment g/kg

表6 各器官不同生育期的氮磷钾含量Tab.6 NPK content in different growth stages of each organs g/kg

2.3 红芸豆对养分的吸收、积累和分配的特点

2.3.1 红芸豆各器官氮、磷、钾养分积累和分配特征 从整个生育期看，红芸豆植株总的氮、磷、钾积累量均呈增加趋势，从V2-R3是营养器官的快速积累期，此阶段叶片和茎秆是养分的分配中心；到R3后，生殖器官逐渐成为养分的分配中心，到R8时，籽粒的氮、磷、钾积累量所占比例分别达到植株总积累量的71.73%，64.94%，46.07%；养分积累量为氮>钾>磷。

从氮的积累量来看，根、茎、叶中氮积累量在生育前期呈快速升高趋势，生育后期开始下降，但根和茎在成熟期均有升高；而生殖器官中氮积累量在生育后期主要转向籽粒；成熟期各器官氮累积量依次为籽粒>茎>叶>荚皮>根，其所占总量的比例分别为71.73%，10.55%，10.09%，6.23%，1.40%。

从磷的积累量来看，所有器官中磷积累量的趋势和氮积累量的趋势完全相同，只是叶片和荚皮的磷积累量前后排序颠倒；成熟期各器官磷积累量依次为籽粒>茎>荚皮>叶>根，其所占总量的比例分别为64.94%，14.83%，9.92%，8.07%，2.24%。

从钾的积累量来看，根在V2-R6呈抛物线趋势，到V8有所上升，茎和叶中钾积累量均呈抛物线趋势，只是根系的峰值在R1，茎秆和叶片的峰值在R3；而生殖器官中荚皮的钾积累量和氮、磷趋势不同，呈现增加的趋势；成熟期各器官钾累积量依次为籽粒>荚皮>茎>叶>根，其所占总量的比例分别为46.07%，36.89%，10.89%，4.96%，1.19%(表7)。

表7 各器官不同生育期氮磷钾积累量及占比Tab.7 NPK accumulation and percentage of total in different growth stages of each organs

2.3.2 红芸豆植株各生育阶段氮、磷、钾养分吸收、积累和分配特征 随着生育期的推进，红芸豆植株氮、磷、钾的积累量在逐渐累积增加，到收获时达到最大，此时氮、磷、钾的积累量分别达到161.15，38.27，126.7 kg/hm2，其积累量之间的比例为4.21∶1.00∶3.31；从红芸豆整个生育期各阶段的氮、磷、钾积累量来看，其积累量呈为抛物线形式，这是由于生育前期植株较小，其对养分的吸收量也相对较小，随着植株生长，对养分的需求也在增加，中期进入养分需要旺盛期，后期进入生殖生长阶段后，养分主要向籽粒转移；但氮、磷、钾三者的积累量的顶点不同，氮出现在R1-R3，而磷、钾出现在R3-R6(表8)。

表8 各生育阶段氮磷钾积累量、占比及吸收速率Tab.8 NPK accumulation and percentage of total and absorption rate in different growth stages

2.4 红芸豆干物质积累特征

从红芸豆整个生育期单株干物质积累量可以看出，V2-R6干物质累积量差异显著，R6-R8则无显著差异，呈生育前期快速积累，生育后期逐渐平缓的变化趋势；干物质积累速率呈抛物线形状，R3-R6的20 d达到0.952 g/d，是全生育期的干物质积累高峰。

从红芸豆各器官干物质积累量来看，根系和叶片在生育前期快速增长，积累速率到R1达到高峰，在V2-R1的17 d中分别为0.027，0.218 g/d，后期趋向缓慢；茎秆的趋势和根系、叶片相同，只是积累速率到R3达到高峰，在R1-R3的18 d中达到为0.263 g/d；从R3以后，生殖器官的干物质积累成为主导，豆荚在R1-R3的18 d中达到0.336 g/d，荚皮、籽粒的最高积累速率在R3-R6的20 d中达到0.520，0.728 g/d；由此可见，生育前期营养器官是积累分配中心，在R8干物质占总量比例达到72.22%，生育后期生殖器官是积累分配中心，在R8干物质占总量比例达到70.26%，这与红芸豆养分吸收是一致的(表9-10)。

表9 各器官在不同生育期单株的干物质积累量及占比Tab.9 Dry matter accumulation amount and percentage of total in different growth stages of each organs

表10 红芸豆单株干物质积累量及积累速率Tab.10 Dry matter accumulation amount and accumulation rate in plants

2.5 红芸豆各指标间相关性分析

2.5.1 各生育期养分积累量与干物质积累量的关系 通过对红芸豆各生育期的养分积累量与干物质积累量之间关系进行相关性分析可以看出，随着生育期的推进，氮积累量与干物质积累量之间的相关性呈逐渐增加趋势，到R6和R8时其相关性极显著；磷积累量与干物质积累量之间的相关性呈倒S型，到R6时其相关性极显著；钾积累量与干物质积累量之间的相关性与磷含量相似，到R6时其相关性达到最大，但没有达到显著水平。由此可见，施肥对红芸豆植株的干物质积累量起到至关重要的作用(表11)。

表11 各生育期养分积累量与干物质积累量的相关性分析Tab.11 Correlation analysis of nutrient accumulation amount and dry matter accumulation amount at different growth stages

2.5.2 各生育期干物质积累量与产量及构成因子的关系 通过对红芸豆各生育期干物质积累量与产量及构成因子之间关系进行相关性分析可以看出，单株有效荚数和生育前期的相关性较小，和生育后期的相关性较大，但均没有达到显著水平；每荚粒数与初花期的干物质积累量有极显著的相关性，说明此时的干物质积累量会极大地影响到红芸豆每荚粒数的多少；百粒质量的多少与结荚期的干物质积累量呈极显著的相关性，此生育阶段的干物质积累量决定了百粒质量的多少；产量和干物质积累量在盛花期达到显著水平，到结荚期达到极显著水平。可以看出，生殖生长阶段的干物质积累量是影响产量结果的关键因素(表12)。

表12 各生育期干物质积累量与产量及构成因子的相关性分析Tab.12 Correlation analysis of dry matter accumulation amount and yield and constituent factor at different growth stages

3 结论与讨论

氮、磷、钾配施对红芸豆具有显著的增产作用，产量构成因子中百粒质量对产量的形成影响最大；氮、磷、钾配施比缺施氮、磷、钾肥处理2014年增产分别为12.27%，4.20%，3.34%，2015年增产分别为13.65%，10.55%，5.39%，影响产量的养分限制因子氮>磷>钾,与畅建武等[9]的试验结果相同，而韩彦龙等[5]的试验结果是氮>钾>磷。

各器官中含氮量依次为豆荚>叶>籽粒>茎>根>荚皮，含磷量依次为豆荚>籽粒>叶>茎>根>荚皮，含钾量依次为豆荚>荚皮>茎>籽粒>叶>根；根、茎、叶这3个器官氮含量在R8的回升可能与氮在成熟期的回流有关。

红芸豆植株在整个生育期氮、磷、钾积累量均呈增加趋势，积累量分别达到161.15，38.27，126.7 kg/hm2，比例为4.21∶1.00∶3.31；氮积累量的顶点出现在初花到盛花期，而磷、钾出现在盛花到结荚期；生育前期叶片和茎秆是养分的分配中心；生育后期籽粒是养分的分配中心，氮、磷、钾积累量占总量的比例分别为71.73%，64.94%，46.07%；养分积累量为氮>钾>磷。

红芸豆干物质积累趋势与养分吸收趋势基本一致，生育前期营养器官是干物质积累分配中心，其干物质占总量比例达到72.22%，生育后期生殖器官是干物质积累分配中心，其干物质占总量比例达到70.26%；整个生育期干物质积累速率呈抛物线形状，盛花到结荚期达到积累高峰，单株积累量为0.952 g/d；各器官积累速率的高峰不同，根系和叶片在初花期，茎秆和豆荚在盛花期，荚皮和籽粒在结荚期。韩彦龙等[5]的也有相似结论，只是在各器官的积累速率上有所不同。

红芸豆干物质积累量与养分积累量具有相关性，氮积累量与干物质积累量之间的相关系数在结荚期到成熟期分别为0.95和0.96，且呈极显著水平(P<0.01)；磷积累量与干物质积累量之间的相关系数在结荚期为0.93(P<0.01)，且呈极显著水平；钾积累量与干物质积累量之间的相关性没有达到显著水平；红芸豆干物质积累量与产量构成因子具有相关性，每荚粒数与干物质积累量的相关系数在初花期为0.95，且达到极显著水平(P<0.01)，百粒质量与干物质积累量在结荚期的相关系数为0.94，且呈极显著水平(P<0.01)，产量与干物质积累量的相关系数在盛花期为0.86，达到显著水平(P<0.05)，在结荚期为0.98，达到极显著水平(P<0.01)，生殖生长阶段的干物质积累量是影响产量结果的关键因素。

氮磷钾配施是一个大田肥料试验，由于降水、温度和农田小气候的不可控性，受到诸多环境因素影响，使得试验结果进行纵向和横向对比时重现性差。因此，仍需要进行多年定点的连续试验才有可能得出比较客观的结论。