四季豆丽芸2号生长动态及其养分吸收规律

马瑞芳， 马进川， 马军伟，*， 周大云， 王 强， 丁潮洪

(1.丽水市农业科学研究院 农作物研究所， 浙江 丽水 323000； 2.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所， 浙江 杭州 310021)

四季豆(PhaseolusvulgarisL.)，又名菜豆、小刀豆、芸豆和架豆等，原产于中南美洲，十五世纪初引入我国。由于其品质鲜嫩、风味独特，并具有较高的营养价值，四季豆成为我国广泛栽培的蔬菜品种，尤其是在杭州、丽水等地四季豆是餐桌上常见的蔬菜之一。四季豆产量一般在22 500～28 500 kg·hm-2，最高可达到33 000 kg·hm-2，产值4.5～6.0万元·hm-2，具有较高的经济效益[1-2]。浙江丽水市具有较大且稳定的四季豆种植面积，近年种植面积约4 000 hm2。

肥料施用在提高蔬菜产量、增加农民收入中起着不可或缺的作用，然而当前的蔬菜生产中过量施用肥料现象十分普遍，这不仅导致了资源的浪费，蔬菜品质的下降，同时也会对环境构成严重的威胁[3-5]，因此，在蔬菜生产过程中进行科学养分管理十分必要。目前，关于四季豆栽培的研究主要集中在品种选择[6]和高产栽培技术的研究(即地块选择、播种、合理密植、病虫害防治和及时采收)[7-13]，而关于四季豆养分吸收特征的研究相对较少，因此有必要对四季豆养分吸收特征进行研究，为科学地进行水肥管理提供依据。本研究对四季豆品种丽芸2号生育期的干物质累积量、养分元素含量和吸收量的动态进行研究，以期为四季豆生长过程中的养分管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

田间试验于2016年安排在浙江省丽水市莲都区峰源乡(北纬28°12′，东经119°46′)进行，海拔950 m。供试材料选择当地主栽四季豆品种丽芸2号。田块选择朝阳、土层深厚、有机质含量丰富、土壤疏松肥沃、排水良好、pH 6左右的地块。播种前翻整好田块，6月30日播种(挑选粒大、饱满、无虫害的种子，播种前对种子进行拌种消毒)；7月8日苗期1进行补苗和间苗，一般每穴留健壮苗2株，保持密度为3.0万株·hm-2；7月22日苗期2(幼苗两叶期)进行病虫害防治，促进幼苗健壮生长；7月28日、8月10日、8月18日和8月24日四季豆生长分别进入伸蔓期、开花期、结荚期和收获期，生产中农艺管理措施与当地农民习惯一致。四季豆以鲜食为主，一般在花后12～15 d，荚条粗细均匀、未鼓粒时即可采收嫩荚，盛荚期每天采收一次，后期隔天采收。在越夏长季节栽培模式下获得30 000 kg·hm-2的经济产量。

1.2 样品的采集与分析

1.2.1 样品采集

在四季豆的苗期1(7月8日)、苗期2(7月22日)、伸蔓期(7月28日)、开花期(8月10日)、结荚期(8月18日)和收获期(8月24日)五个时期采集植株样品，并对植株干物质量和营养元素氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、钼(Mo)、铜(Cu)、硅(Si)等含量进行分析。

1.2.2 样品分析

干物质测定：将植株样品置于105 ℃烘箱中杀青30min，70 ℃烘干至恒质量，记录干质量数据。

植株营养元素全量分析：植株样品的分析参考文献[14]进行。采用浓H2SO4∶HClO4为2∶1的混合酸对植物样品进行消化，以测定各种元素的含量；其中氮含量采用靛酚蓝比色法测定；磷含量采用钼酸铵比色法测定；钾含量采用火焰光度法测定。钙、镁、铁、锰、铜、锌和钼的含量采用原子吸收法测定；硫含量采用自动分析仪测定；硅含量采用柠檬酸提取-钼蓝比色法测定。

1.3 数据分析

元素吸收量=干物质生物量×养分含量。

某一生长阶段的养分需求量=该生长阶段节点的养分累积量-上一生长阶段节点的养分积累量。

采用Excel 2010和SPSS 17.0数据统计分析软件对研究结果进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同生育期四季豆植株干物质量和养分含量

如图1所示，四季豆干物质累积量随着植株生长呈增加趋势，干物质累积量从苗期1的8.9 kg·hm-2增加到结荚期的885.4 kg·hm-2；其中在开花期到结荚期植株干物质累积量增加最快，增加了535.1 kg·hm-2。在四季豆的生长过程中，从营养生长进入生殖生长后干物质累积量急剧增加，尤其是在收获期所获得经济产量的干物质累积量最多，为2 304.6 kg·hm-2，显著高于其他生长阶段的干物质累积量。

四季豆植株养分含量如图2所示。总体而言，四季豆植株不同生长阶段各种元素平均含量趋势为N>K>Ca>Si>P>Mg≈S>Fe>Mn>Zn>Cu≈Mo。从苗期到结荚期，四季豆植株中N、P、K、Ca、Mg和Fe元素含量呈现降低趋势，而Si和Mn等元素随着生育期的进程而呈现增加趋势，其他元素(如S、Cu、Zn和Mo)含量水平基本维持不变。在收获期，收获的经济产量中各元素含量依次为N>K>Ca≈Si>S>P>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu≈Mo。与结荚期植株各元素含量对比，收获经济产量中N、P、K、S、Mg和Mo元素含量有不同程度的增加，表现出一定的累积特性；而经济产量中Ca、Si、Cu、Zn、Fe和Mn元素含量均不同程度地降低，表明这些元素在植株体内的累积浓度高于经济产量。

图1 不同生长时期四季豆干物质积累量Fig.1 The dry material accumulation of common bean over the growth period

图2 不同生长时期四季豆养分含量Fig.2 The nutrient concentration of common bean over the growth period

2.2 不同生育期四季豆养分吸收

四季豆植株对各种养分的吸收如图3所示。可以看出，不同元素的累积量均随着生育期的推移不断增加。在生育期内，植株中各营养元素的总累积量依次为N>K>Ca>Si>P>S>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu>Mo。在四季豆的不同生长阶段中，自开花期开始，四季豆植株对各元素需求进入快速吸收期，在结荚期，植株各种元素累积量依次为N>K>Ca>Si>P>S≈Mg>Mn>Zn≈Fe>Cu≈Mo；在收获期，收获的经济产量中各元素累积量依次为N>K>Ca≈Si>S>P>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu≈Mo；其中收获期对各元素的累积量明显高于其他时期，这与该时期大量干物质积累有关。对于重金属而言，其吸收量随菜豆生长逐渐增加，对于Cu、Zn、Fe和Mo元素在收获的经济产量中累积量高于植株生长其他时期，而Mn元素在结荚期累积量高于其他时期。总体而言，四季豆表现出较强的重金属富集倾向。

图3 不同生长时期四季豆对养分元素的积累量Fig.3 The accumulation of nutrient in common bean over the growth period

2.3 不同生长阶段四季豆对各种养分需求

四季豆不同生长时期对养分元素的需求如图4所示，总体表现为收获期>结荚期>伸蔓期>苗期和开花期。根据四季豆干物质累积量和养分含量，我们可以得到植株分别将N、P、K、Ca、Mg、S、Si等元素的吸收量的79.0%、78.9%、78.0%、56.7%、77.0%、88.0%和68.4%分配到经济产量中。在生育期内，四季豆对氮、磷、钾吸收的比例分别为：苗期1.0∶0.5∶1.0，伸蔓期1.0∶0.4∶1.1，开花期1.0∶0.4∶0.8，结荚期1.0∶0.4∶1.1，收获期1.0∶0.4∶1.0(表1)。综合考虑不同时期对氮、磷、钾养分的需求量权重，四季豆生产对氮、磷、钾养分需求的比例为1.0∶0.4∶1.0。鉴于植株生长对铜、锌、铁、锰和钼等微量元素需求量较少，土壤中该类元素的含量基本可满足作物生长的需求。因此，在这里我们不予详细分析。

图4 四季豆不同生长时期养分元素的需求量Fig.4 The nutrient demand of common bean in different growth periods

表1 四季豆不同生长时期对氮、磷、钾等养分需求特征Table 1 The requirement characteristics of N， P and K in different growth periods of common bean

3 讨论

通过研究四季豆生产过程中对养分元素的需求，根据作物生长的需肥规律进行施肥，不仅可以减少肥料的施用、提高经济效益；另一方面，对控制四季豆生产中过量养分投入引起的环境问题具有重要的意义。本研究的四季豆生产模式下可获得30 000 kg·hm-2的经济产量，处于较高产量水平，因此基于该产量水平的四季豆养分吸收规律对指导四季豆施肥具有重要的意义。本研究结果表明，随着四季豆生育期的推移植株干物质累积量和养分元素累积量呈增加趋势；其中在收获期经济产量干物质累积量和养分元素累积量均明显高于其他时期，因此在农业生产中应注重后期土壤肥效，防止因后期脱肥而造成四季豆经济产量的降低。按照合理施肥量=(吸收量-土壤供应量)/肥料利用率，土壤供应量按吸收量的1/3计算。本研究结果表明，四季豆单产30 000 kg·hm-2经济产量的养分需求量为N 81.6 kg·hm-2、P2O530.9 kg·hm-2、K2O 82.1 kg·hm-2。肥料利用率分别按N 30%～35%、P 20%～25%、K 35%～40%进行计算，该水平下(丰产水平)的合理施肥量为：N 155～181 kg·hm-2、P2O582～103 kg·hm-2、K2O 136～156 kg·hm-2。总体而言，四季豆对氮的需求量高于磷和钾。豆科植物具有生物固氮的特性，四季豆可通过根瘤菌拌种在一定程度上减少氮肥的施用。余波等[15]研究表明，四季豆接种AM菌剂和根瘤菌剂可以提高植株对土壤养分的利用率，具有促进四季豆生长、提高荚果品质和增加四季豆经济产量等作用。另外，微量元素在提高作物产量，增强作物抗病虫害能力方面具有不可或缺的作用。因此，在四季豆生产过程中，除常规肥料的施用外，还需适当考虑人体有益微量元素添加对四季豆的增产作用。

4 结论

本文探究了四季豆生长过程中的干物质累积、养分吸收和养分含量的动态变化，可以为基于预期生物质产量的肥料施用提供参考。在收获期，四季豆的干物质累积量和对养分的吸收量最高。因此，在生产中应注重后期土壤肥力，避免因脱肥而造成减产。四季豆对氮、磷、钾养分的吸收比例为1.0∶0.4∶1.0，并将氮、磷、钾养分吸收量的约79.0%分配到经济产量。鉴于四季豆对重金属元素的富集倾向，在四季豆的种植中应充分考虑土壤理化性质，从而减少人对有害重金属元素的摄入。