密度和肥料對旱地蕓豆品種經濟性狀及產量的效應

高錦旭，趙緒明，蔣樹懷， 郭　超， 白文琴，高金鋒，高小麗，楊　璞，王鵬科

(1.西北農林科技大學 農學院，陜西楊凌　712100；2.陜西省安塞縣農業技術推廣中心，陜西安塞　717400；3.陜西省榆林市農業局，陜西榆林　719000)

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密度和肥料對旱地蕓豆品種經濟性狀及產量的效應

高錦旭1，2，趙緒明1，蔣樹懷3， 郭超1， 白文琴1，高金鋒1，高小麗1，楊璞1，王鵬科1

(1.西北農林科技大學 農學院，陜西楊凌712100；2.陜西省安塞縣農業技術推廣中心，陜西安塞717400；3.陜西省榆林市農業局，陜西榆林719000)

摘要為掌握蕓豆品種群體結構動態變化，構建蕓豆施肥模型，采用密度試驗和“3414”肥料效應試驗。結果表明：不同蕓豆品種在不同密度條件下，其經濟性狀和產量表現不同。小粒型品種表現出隨密度的增加產量持續增加，大粒型品種隨密度的增加產量先增加后降低。試驗品種大紅蕓豆‘YD混1’的最佳種植密度為9.75萬株/hm2；氮、鉀肥對蕓豆產量的影響表現為隨使用量的增加先增加后降低的趨勢，磷肥對蕓豆產量的影響表現為隨施用量的增加而增加。蕓豆的推薦施肥量為氮肥48.93 kg/hm2，磷肥45 kg/hm2，鉀肥55.28 kg/hm2。蕓豆栽培中合理的群體結構和最佳的施肥量及其配比是提高蕓豆產量的重要因素。

關鍵詞蕓豆；密度；3414試驗； 肥料效應

蕓豆(PhaseolusvulgarisL.)是中國主要食用豆類，是普通菜豆和多花菜豆的總稱。其營養豐富，具有藥用和保健價值[1]，是調節人類膳食結構的良好食品。據統計，目前中國保存的普通菜豆品種4 026份，多花菜豆品種189份，其中不乏值得推廣利用的優良品種，這些品種資源已在20世紀80年代末90年代初全部存入中國農業科學院資源庫[1]。目前，中國已成為世界蕓豆主要生產國，面積、產量皆超過美國(26萬～28萬hm2)、加拿大(20萬～25萬hm2)等國家。在中國小雜糧對外貿易中，蕓豆出口量近年來一直占據第一位[2]，蕓豆越來越被人們所關注。目前，有關蕓豆密度的研究報道甚少，對于單作蕓豆，許多研究結果表明[3-5]，其產量和品質的形成在較大程度上受種植密度的影響。“3414”肥料效應田間試驗是獲得各種作物最佳施肥量、施肥比例、施肥時間以及施肥方法的重要途徑之一，也是建立施肥指標體系的基本環節，國內許多研究人員對“3414”肥料效應試驗的設計與統計分析的方法進行報道[6-10]。“3414”肥料施肥模型在許多作物上已得到應用，并且通過“3414”肥料效應試驗確定玉米[11-12 ]、小麥[13 ]、水稻[14 ]、花生[15-16 ]、油菜[17]、馬鈴薯[18 ]等的最佳施肥模型。蕓豆屬豆科作物，雖具有較強的固氮能力，但科學使用肥料也是提高其產量、品質及效益的重要方面。本試驗通過旱地田間密度和肥料試驗，掌握各施肥單元蕓豆優化施肥數量、施肥比例和施肥方法；確立不同品種適宜密度及群體結構變化，構建蕓豆施肥和群體結構模型，為蕓豆施肥分區和肥料配方設計以及蕓豆的高效栽培提供依據。

1材料與方法

1.1蕓豆密度試驗

以小黑蕓豆‘Y05’和普通大紅蕓豆‘YD混1’為試驗材料。‘Y05’屬小粒類型(千粒質量25～30 g)，半蔓生，生育期長，產量高；‘YD混1’為大粒類型(千粒質量40～45 g)，生育期短，商品性狀好。

設5.25萬株/hm2(M1)、7.50萬株/hm2(M2)、9.75萬株/hm2(M3)、12.00萬株/hm2(M4)、14.25萬株/hm2(M5)。

于2011-2012年在陜西榆林神木縣趙家溝示范園進行試驗。小區面積7.2 m2(1.8 m×4 m)，隨機區組排列，重復3次，5行區，行距36 cm于播前5 d用條播機。將“莊稼漢”牌復合肥300 kg/hm2[w(N)=15%，w(P2O5)=10%，w(K2O)=5%]的施肥量施入溝中，深度10 cm。成熟時測定株高、主莖分枝、主莖節數、單株莢數、莢長、莢粒數、百粒質量等經濟性狀，成熟后小區收獲計產。

1.2蕓豆肥料試驗

于2011-2012年在陜西榆林神木縣趙家溝示范園進行試驗。試驗采用農業部編制的《測土配方施肥技術規程》推薦的“3414”肥料試驗設計，試驗品種為小黑蕓豆‘Y05’，小區面積18 m2，隨機排列，8行區，行距37.5 cm，株距25 cm，種植密度10.67萬株/ hm2。成熟時測定株高、主莖分枝、主莖節數、單株莢數、莢長、莢粒數、百粒質量等經濟性狀，成熟后小區收獲計產。

“3414”肥料試驗設3因素4施肥水平，共14個處理組，以N0P0K0為對照組。試驗因素水平見表1，處理組施肥情況見表2。

表1　施肥試驗處理方案

注：0水平為不施肥；2水平指當地推薦施肥量；1水平=2水平×0.5；3水平=2水平×1.5(該水平為過量施肥水平)。

注：0 indicates no fertilizer；2 indicates recommended fertilizer usage；fertilizer usage of level 1 is half of level 2；fertilizer usage of level 3 is 1.5 times of level 2.

1.3數據處理

采用Excel 2010對試驗數據進行統計分析。

2結果與分析

2.1種植密度對蕓豆經濟性狀及產量的影響

2.1.12個蕓豆品種在不同密度下的經濟性狀由表3可看出，2個蕓豆品種隨著密度的增加經濟性狀呈現不同的變化趨勢。小黑蕓豆‘Y05’的主莖分枝、單株莢數隨密度增加而降低；莢長、莢粒數、百粒質量隨密度的增加呈先升后降趨勢；株高和主莖節數都是隨密度的增加而呈現出先升高再降低再升高趨勢；大紅蕓豆‘YD混1’的株高、主莖節數、單株莢數隨著種植密度增加呈下降趨勢；主莖分枝、百粒質量隨密度的增加呈先升后降趨勢；莢長隨密度的增加而呈先降低再升高再降低趨勢，密度對莢粒數基本沒有影響。在單位面積上面的光照量是固定的，隨密度的增加勢必會加強植株個體之間光合營養的競爭，因此隨密度的增加導致植株個體的主莖分枝、單株莢數等性狀的減少。

表2　不同處理底肥用量

由表3還可看出，2個蕓豆品種的性狀差異較大，大紅蕓豆‘YD混1’的莢長和百粒質量大于小黑蕓豆‘Y05’，而其他性狀均小于小黑蕓豆‘Y05’。小黑蕓豆‘Y05’雖然百粒質量小，但與產量相關的有關性狀，如單株莢數、莢粒數等明顯高于‘YD混1’，尤其是‘Y05’盡管單株性狀隨密度的增加而有所下降，但單位面積的數量增加很多，從而引起產量高而且隨密度增加而持續升高。

2.1.22個蕓豆品種在不同密度下的產量由表3可以看出，‘Y05’隨密度的增大產量持續增加；‘YD混1’先隨著密度的增加而增加，當達到一定密度后，產量隨密度的增加而降低。方差分析表明(表4)，蕓豆產量處理間、種植密度以及品種間均存在顯著差異，可以看出種植密度和種植品種都能影響蕓豆的產量，而且種植密度和品種間存在互作效應。不同品種的最適種植密度不同，因此，在生產上要根據不同品種確定最適合的種植密度，通過合理密植來提高蕓豆產量。例如，‘YD混1’屬大粒型品種，適合的種植密度在9.75萬株/ hm2左右。從產量角度來說，選擇株型緊湊，耐密植的品種是首先要考慮的因素。

表3　不同密度下2個蕓豆品種的經濟性狀和產量

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters indicate siginificant difference(P<0.05).

表4　不同品種不同密度蕓豆的產量方差分析表

2.2肥料效應對蕓豆經濟性狀及產量的影響

2.2.1不同施肥處理對蕓豆經濟性狀的影響氮、磷肥對作物營養生長有利，磷鉀對作物生殖生長及光合產物的運轉積累有一定的影響。通過氮、磷、鉀對蕓豆各經濟性狀的作用分析(表5)可知，蕓豆經濟性狀對氮、磷、鉀的反應呈現出復雜變化。例如，株高、主莖分枝、主莖節數在N2P1K2和N2P3K2處理表現較高，而在N3P2K2處理卻最低；主莖節數在N2P1K2處理最多(15.9)。分析其原因是氮、鉀肥合適的水平下，磷肥可促進蕓豆根系的發育和分蘗，使蕓豆吸收更多的養分產生更多的分枝；主莖節數在N3P2K2處理最低(11.6)，原因是氮肥施用量的增加，營養生長旺盛，節間的長度增加，主莖節數減少；單株莢數在N1P2K2處理最多，原因是降低氮肥的施用，在合適的磷、鉀肥條件下有利于光合產物向籽粒中轉移，因而單株的莢數會增加；在蕓豆生長后期，營養生長逐漸轉向生殖生長，此時氮、磷、鉀肥合適的比例，促進各元素之間的相互吸收，百粒質量在N2P0K2處理最大。由此可見，科學的施肥有利于合理協調蕓豆的生長發育過程，從而有利于蕓豆產量的形成。

表5　不同施肥處理蕓豆的經濟性狀

2.2.2不同施肥處理對蕓豆產量的影響將蕓豆產量按照N、P、K使用水平由低到高的順序列于表6。由表6可以看出，N1P2K1產量最高，N2P2K3產量最低，N0P0K0處理產量處于較低的水平。除N1P2K2和N2P2K3處理產量低于對照組(N0P0K0)，其余12個處理均高于對照組。其中N1P2K1處理比對照組增產31.1%， N1P2K2處理與對照組相比減產1.3%， N2P2K3處理與對照組相比減產10.4%。

從氮、磷、鉀肥使用量上看，在N0、N1、N2水平上蕓豆平均產量呈現低-高-低的趨勢，即N1水平平均產量較高；在P0、P1、P2水平上蕓豆平均產量呈現持續增高的趨勢，即P2水平平均產量較高；在K0、K1、K2水平上蕓豆平均產量呈現低-高-低的趨勢，即K1水平平均產量較高。可以看出，適當增加氮、鉀肥的用量能夠提高蕓豆產量水平，但過多施用反而降低蕓豆的產量水平；而磷肥的施用對于蕓豆產量的提高非常明顯。

表6　不同氮、磷、鉀施用量處理下蕓豆的產量

2.3地力分析

肥料的互作效應分析結果(表7)表明，N、P和N、P、K 的互作效應相對較高，比不施肥處理分別增產25.60%和14.88%；其次是 N、K 和P、K的互作效應，增產率為11.71%和11.13%。無肥區產量占全肥區產量的87.05%；缺N 區產量占全肥區產量的 96.74%，說明土壤全N含量為中等偏高水平；而缺P區產量占全肥區產量的97.24%，說明土壤有效P含量中等偏高水平；缺K區的產量占全肥區產量的109.33%，說明土壤有效K含量中等偏高水平。試驗用地屬于基礎地力較高。

表7　肥料互作效應和地力養分豐缺情況分析

2.4肥料與產量之間的回歸模型

根據表2的N、P、K施用量及表6各施用量的產量結果，利用回歸分析和方差分析，計算出肥料和產量之間的一元二次、三元二次方程，再求解得出N、P、K的最佳施用量。

2.4.1氮肥施用量對蕓豆產量的影響根據氮肥不同施用量同蕓豆產量間的對應關系，通過回歸分析得出氮肥用量與蕓豆產量之間的回歸方程y=-0.091 5x2+8.953 8x+1 265(R2=0.980 5)，其中y為產量，kg/hm2；x為N肥用量，kg/hm2(圖 1)。該試驗點復測定系數R2=0.980 5比較大，說明方程擬合程度較好。

可以得出，本試驗蕓豆的最高產量施肥量是48.93 kg/hm2，對應的最高產量為1 484.05 kg/hm2。

2.4.2磷肥施用量對蕓豆產量的影響根據磷肥不同施用量同蕓豆產量間的對應關系，通過回歸分析得出磷肥用量與蕓豆產量之間的回歸方程y=-0.092 5x2+3.455 6x+1 410.7(R2=0.513 4)，其中y為產量，kg/hm2；x為P肥用量，kg/hm2(圖2)。該試驗點復測定系數R2=0.513 4 比較小，說明方程擬合程度較差。

圖1　氮肥用量對蕓豆產量的影響

圖2　磷肥用量對蕓豆產量的影響

2.4.3鉀肥施用量對蕓豆產量的影響根據鉀肥不同施用量同蕓豆產量間的對應關系，通過回歸分析得出鉀肥用量與蕓豆產量之間的回歸方程y=-0.060 4x2+6.677 4x+1 264(R2=0.828 7)，其中y為產量，kg/hm2；x為N肥用量，kg/hm2(圖3)。該試驗點復測定系數0.828 7比較小，說明方程擬合程度一般。

通過鉀肥的一元二次方程及擬合圖可以得出，蕓豆的最高產量施肥量是55.28 kg/hm2，對應的最高產量為1 448.55 kg/hm2。

雖然該試驗點復測定系數R2=0.934 7比較大，但得到的方程中一次項和二次項系數均有正值和負值，模擬獲得的三元二次肥料函數不符合報酬遞減律，因此屬于非典型肥料效應函數[19-20]。通過對函數系數的規律發現此函數沒有極大值，因此不能用來計算出推薦施肥量。地力不均勻、土壤中水分分布不均勻及天氣因素等許多因素都可能對試驗結果造成這種影響。在大田肥料試驗中，一元肥料模型比三元二次方程模型得出的信息更加全面合理[8]。因此在本試驗條件下，氮肥推薦的施用量為48.93 kg/hm2，鉀肥的推薦施用量為55.28 kg/hm2。

圖3　鉀肥用量對蕓豆產量的影響

3結論與討論

不同蕓豆品種的最佳種植密度不同，本試驗中小黑蕓豆‘Y05’隨密度的增加產量增加，大紅蕓豆‘YD混1’隨密度的增加呈先增后減趨勢。‘Y05’為小粒、耐密型品種，產量高，栽培時應盡量增加密度，以增加單位面積的株數，從而提高單位面積莢數、莢粒數等增加產量。本試驗結果表明，密度增加到14.25萬株/ hm2，仍然具有較高的產量，該品種的最佳種植密度還需要在更大密度下研究確定；‘YD混1’為大粒、大葉型品種，產量低且耐密性差，應通過合理的種植密度使群體的生產潛力最大。‘YD混1’在密度為9.75萬株/hm2時產量最大(1 245.17 kg/hm2)。不同品種蕓豆在最適種植密度和產量方面存在較大的差異。種植密度過度增加，會造成群體通風透光條件下降，光合利用效率下降，呼吸消耗增加，導致產量下降。種植密度較低時，通風透光良好，單株的農藝性狀表現優良，但是群體數量偏低，也會造成產量較低。因此，針對不同蕓豆品種應確定其最佳種植密度，充分考慮單株與整體產量的關系，才能發揮出蕓豆最大生產潛力。

蕓豆自身具有固氮功能，適當施用氮肥有助于產量的提高，但是過多的氮施用會造成營養生長旺盛，產量降低。因此，在蕓豆的整個生長發育時期要控制氮肥的施用量，配合磷肥和鉀肥，促進光合產物的積累和轉運，使蕓豆籽粒飽滿。本試驗中，以N1P2K1處理產量最高(1 554.34 kg/hm2)。該次試驗地地力屬于較高類型，3種肥料中，蕓豆產量對磷肥比較敏感，并且在N1P2K1中產量表現最佳。通過一元二次回歸方程得氮肥48.93 kg/hm2， 鉀肥 55.28 kg/hm2產量最大。結合試驗中表現最好的處理組N1P2K1，推薦磷肥的施用量為45.00 kg/hm2。本試驗所用蕓豆品種雖然非常典型，但畢竟類型有限，尤其是肥料試驗中僅利用的是小粒型品種，無重復排列，由于農業大田試驗容易受到品種及氣候等因素的影響，建議在當地進行多類型多品種重復試驗，這樣得到的數據會更加接近農業生產的實際需求，為科研和生產提供便利指導。

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Received 2015-03-31Returned2015-06-04

Foundation itemScience and Technology Project of Shaanxi Province(2014KTZB02-03-03); Breeding Funds of Cyrus Tang of Northwest A & F University(2012-4)；the Shaanxi Provincial Construction of Industrial Technology System in Minor Grain Crops.

First authorGAO Jinxu,male,master student.Research area: high-yield ecology and physiology in minor grain.

(責任編輯：史亞歌Responsible editor:SHI Yage)

Effect of Density and Fertilizer on Economic Traits and Yield of Common Bean

GAO Jinxu1,2,ZHAO Xuming1,JIANG Shuhuai3,GUO Chao1,BAI Wenqin1,GAO Jinfeng1,GAO Xiaoli1,YANG Pu1and WANG Pengke1

(1.Northwest A&F University,Yangling Shaanxi712100,China;2. Ansai County Agricultural Technology Extension Center of Shaanxi Province,Ansai Shaanxi717400,China；3. Yulin Bureau of Agriculture of Shaanxi Province,Yulin Shaanxi719000,China)

AbstractIn order to make clear the dynamic changes of population structure and construct fertilization model of common bean. Density test,“3414” fertilizer effectiveness test were carried out.Experiments revealed as follows:the performance of economic traits and yield of different varieties of common bean under different density. The yield of minor grain cultivars increased with the increase of density,while the yield of grain cultivars first increased and then decreased with the increase of density. Optimum planting density of varieties ‘YD hun 1’ was 97 500 plants/hm2; effects of N,K fertilizer increased the yield of common bean first and then decreased with the increase of fertilizer usage; P fertilizer effect showed yield of common bean increased with the increase of fertilizer application. The recommended dosage of fertilizer application on common bean was nitrogen fertilizer 48.93 kg/hm2,phosphate fertilizer 55.28 kg/hm2,potash fertilizer 45 kg/hm2.Reasonable population structure and optimum usage and ratio of different fertilizer are the key factors for improving the yield of common bean.

Key wordsCommon bean ; Density; 3414 experiment; Fertilizer effect

Corresponding authorWANG Pengke,male,asociate professor,master supervisor.Research area:genetics and breeding in minor grain crops. E-mail:ylwangpk@163.com

中圖分類號S352

文獻標志碼A

文章編號1004-1389(2016)03-0378-08

通信作者：王鵬科，男，副教授，碩士生導師，主要從事小雜糧遺傳育種研究。E-mail:ylwangpk@163.com

基金項目：陜西省科技統籌項目(2014KTZB02-03-03)；西北農林科技大學唐仲英育種基金(2012-4)；陜西省小雜糧產業技術體系建設項目。

收稿日期：2015-03-31修回日期：2015-06-04

網絡出版日期：2016-03-06

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160306.1610.020.html

第一作者：高錦旭，男，碩士研究生，從事雜糧高產生態生理研究。E-mail: 360268686@qq.com