NPK配比對紅蕓豆干物質積累、轉移及產量相關因子的影響

晉凡生，李曉平，韓彥龍，李潔，李海金

（1山西省農業科學院旱地農業研究中心，太原030031；2山西農業大學資源與環境學院，山西太谷030801）

NPK配比對紅蕓豆干物質積累、轉移及產量相關因子的影響

晉凡生1，李曉平2，韓彥龍1，李潔1，李海金1

（1山西省農業科學院旱地農業研究中心，太原030031；2山西農業大學資源與環境學院，山西太谷030801）

研究不同NPK配比對紅蕓豆干物質積累、轉移及產量相關因子的影響，可為紅蕓豆高效生產及適量施肥提供理論依據。本試驗是以‘英國紅’紅蕓豆為試材的“3414”大田肥料試驗。結果表明，紅蕓豆整個生育期干物質積累呈現“慢—快—慢”的變化趨勢。N肥的在營養生長階段對干物質積累起到主要作用，K肥在生殖生長階段對干物質積累起到主要作用，促進了后期營養器官的干物質向生殖器官轉移；各器官較高的干物質轉移率是取得高產的物質基礎，而缺N、缺P會嚴重影響到莖干物質對籽粒的轉移率和貢獻率；紅蕓豆的葉、莖、莢皮的干物質對籽粒的轉移率和貢獻率所呈現的趨勢高度一致。NPK對紅蕓豆產量因子的作用側重點不同，N肥對產量因子的群體（有效莢數和每莢粒數）起到促進作用，而PK肥對產量因子的個體（百粒重）起到促進作用。通過對NPK三因子與2014年產量的三因素進行回歸分析，求解得出：施肥量分別為N 132.03 kg/hm2、P2O5160.02 kg/hm2、K2O 104.80 kg/hm2時，紅蕓豆的最高產量為2627.26 kg/hm2。

紅蕓豆；NPK配比；干物質積累；干物質轉移；產量因子

0 引言

蕓豆(Phaseolus vulgaris L.)是中國高寒冷涼區種植的一種主要食用豆作物，生育期短，耐旱耐瘠，籽粒營養豐富，在國內外市場極受歡迎。中國對蕓豆的研究始于1978年，起步較晚，科研力量薄弱，育成品種較少，栽培手段落后，田間管理粗放，造成蕓豆單產水平較低，極大地影響了蕓豆規模化生產。

近年來對紅蕓豆的研究主要集中在不同N肥水平或光照強度對其生物生理性狀、產量及產量構成因素的影響、P肥水平對不同品種蕓豆氨基酸含量及組分的影響[1-9]、種植密度對紅蕓豆的產量及構成因素的影響[10-12]、干旱脅迫對蕓豆籽粒干物質積累的影響[13]，在一些品種比較和栽培技術方面也有少量施肥研究[14-17]；而施肥對紅蕓豆干物質積累、分配和轉移規律的影響還研究的較少；但在大豆上有很多關于施肥對大豆品質、干物質積累、源庫調節效應等方面的研究[18-23]，本課題在試驗設計上參考這些試驗的思路。“3414”肥料試驗方案設計吸收了回歸最優設計，具有處理少、效率高的優點，是目前應用較為廣泛的肥料效應田間試驗方案。因此，筆者從2014年開始進行了本試驗，深入研究不同NPK配比對紅蕓豆干物質積累、轉移及產量相關因子的影響，以期為紅蕓豆高效生產及適量施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

本試驗于2014—2015年在山西省農科院旱農中心的河村試驗基地(N38°05′，E112°90′)進行。試驗基地位于山西省中部，海拔1270 m，無霜期140天左右，年均降水量450 mm，年均蒸發量1995 mm，年均氣溫6～7℃，≥10℃活動積溫2600℃，為典型的半干旱區。試驗地土壤屬于褐土性土，土壤pH 8.02，有機質含量為16.50 g/kg，全N為1.09 g/kg，堿解N為55.12 mg/kg，有效P為14.63 mg/kg，速效K為161.09 mg/kg。前茬作物為玉米。陽曲縣河村試驗基地在2014年6、7、8月3個月降水量較往年明顯偏少，只有歷年平均降水量的42%，屬于極度干旱；2015年的降雨量明顯高于歷年平均水平，為豐水年。

1.2 試驗材料

供試作物為紅蕓豆，屬于普通菜豆(Phaseolus vulgaris Linn)矮生直立型品種，供試品種為‘英國紅’；N肥為尿素，含N量46%，P肥為粒狀過P酸鈣，P2O5含量為12%，K肥為硫酸K，K2O含量為45%。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計試驗采用農業部推廣的“3414”肥料試驗設計，即NPK 3因素4水平14個處理；4個水平的施肥量分別為：0水平為不施肥；2水平為當地推薦施肥量；1水平為2水平×0.5；3水平為2水平×1.5（見表1）。隨機區組排列，3次重復。

1.3.2 試驗實施田間試驗小區長7 m，寬4 m，0.5 m等行距種植，穴距0.2 m，每穴2株。試驗在自然降水條件下進行，無補充灌溉，出苗后按常規措施進行田間中耕、除草管理。2015年的試驗是在2014年的基礎上繼續種植，試驗設計、布置及田間管理同2014年。

表1 施肥水平

1.3.3 測定日期在紅蕓豆的生長發育過程中對其進行采樣，歷年紅蕓豆的生育期的劃分及取樣、測量日期如表2所示。

表2 紅蕓豆的生育期劃分及取樣、測量日期

1.3.4 調查及測定方法

（1）紅蕓豆植株的干物質積累、分配測定及計算方法。干物質積累及分配是反映紅蕓豆個體或群體物質生產性能的重要指標，也是衡量作物的栽培措施、環境條件等是否恰當和合理的重要標志。

測定方法：分別在紅蕓豆V2、R1、R3、R6和R85個時期選有代表性的植株4～6株，用自來水小心沖洗干凈，然后迅速將采集的紅蕓豆植株按照器官分為莖、葉、莢皮、籽粒等，將分好的各部分器官裝入紙袋，在105℃烘箱中殺青30 min，于80℃恒溫條件下烘至恒重，稱取各器官的干重，并計算干物質重量，進一步推算各時期各部位的干物質積累和分配轉移狀況。

（2）田間形態指標測定方法。挑選長勢均勻連續的10株紅蕓豆，各處理分別掛牌標記，在每個生育期測定株高、根莖粗和主莖節數。

株高：從地表到植株莖部生長點的高度。

莖粗：用電子數顯卡尺(NSCING IP54)測量第一對真葉下的植株直徑。

主莖節數：主莖節數是從子葉痕至主莖頂端的節數。

（3）室內考種及產量。室內考種：在紅蕓豆成熟后，即將收獲時，對各處理小區內掛牌的10株紅蕓豆進行考株，分別考察單株有效莢數、單株粒數、百粒重等。

單株有效莢數：分別數每株的有效莢個數，并求平均數。

單株粒數：隨機10莢的平均粒數。

百粒重：100粒紅蕓豆籽粒的重量，3次重復，誤差控制在±0.5%以下。

此外，收獲后進行田間測產，各小區分別收獲、脫粒、晾曬，采用人工打場方式進行脫粒，要防止過度碾壓造成籽粒破損。脫粒后，避免日曬過度，以免籽粒顏色變深。在同等條件下稱量各肥料處理下相應小區的產量，并換算成公頃產量(kg/hm2)。

（4）數據處理及統計分析。采用Excel 2003、DPS 7.05等進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同NPK配比對紅蕓豆干物質積累的影響

不同NPK配比下紅蕓豆干物質積累量均隨著生育進程而增加，干物質在R1前積累較慢，R1之后積累加速，R6后積累速度又變慢，呈現“慢—快—慢”的變化趨勢（見圖1）。

圖1 不同NPK配比紅蕓豆群體的干物質積累動態

圖2 氮磷鉀不同施肥水平干物質積累動態

由數據分析可以看出，紅蕓豆全生育期干物質積累量隨著N肥施用量的增加而增加，隨著P肥施用量的增加呈先增加后降低的趨勢，隨著K肥施用量的增加呈先降低后增加的趨勢（見圖2）；在平衡施肥的基礎上，分別增加了N和K的處理11和處理10在R8期干物質積累量分別達到9556 kg/hm2和9592 kg/hm2，顯著高于同期其他處理的干物質積累量，這和產量結果也基本上能夠相互印證；從整個生育期的干物質積累量來看，處理11在R3到R6期干物質積累量極速增加，而處理10在R6到R8期干物質積累量達到高峰，這說明N肥的在營養生長階段對干物質積累起到主要作用，K肥在生殖生長階段對干物質積累起到主要作用，促進了后期營養器官的干物質向生殖器官轉移，從而增加了紅蕓豆生殖生長階段的干物質積累。根據統計分析，R3干物質積累量與產量的相關性為0.5224，R6為0.6249*，R6與紅蕓豆產量的相關性達到顯著水平，說明紅蕓豆后期干物質積累量是影響產量的關鍵因素。

2.2 不同NPK配比對紅蕓豆各器官干物質占比

由表3可以看出，紅蕓豆各器官的干物質占比隨著紅蕓豆生育進程的推進而變化，葉的占比呈下降趨勢；莖的占比則先增加，再減小，最后趨于平衡；莢皮的干物質占比緩慢下降，籽粒干重占比則成上升狀態。紅蕓豆R3前干物質積累以營養器官為主，之后逐步轉向生殖器官，然后莢皮和籽粒的干物質分配比例均呈繼續上升狀態，至紅蕓豆R8轉變成干物質的分配中心，收獲時籽粒干重占總干物質積累的47%左右，這也說明這一時期是產量形成的主要時期。

NPK對紅蕓豆各器官干物質分配的影響比較復雜，這與同期植株的干物質積累總量也密切相關。通過對各器官干物質占比數據分析可知，紅蕓豆葉片的干物質占比隨著N肥施用量的增加而增加，隨著PK肥施用量的增加呈先增加后降低趨勢。紅蕓豆莖干物質占比隨著NK肥施用量的增加而增加，隨著P肥施用量的增加呈先增加后降低趨勢。紅蕓豆花莢、籽粒的干物質占比隨著N肥施用量的增加而增加，隨著P肥施用量的增加呈先增加后降低趨勢，隨著K肥施用量的增加而降低。紅蕓豆莢皮的干物質分配比例隨著N肥施用量的增加而降低，隨著PK肥施用量的增加而增加。

表3 不同NPK配比下紅蕓豆各器官干物質占總干物質的百分比%

2.3 不同NPK配比對紅蕓豆結莢后干物質轉移率分析

紅蕓豆結莢后各器官的干物質轉移率和對籽粒的貢獻率在不同肥料處理間有較大差異。結莢后葉片干物質的轉移率明顯比莖和莢皮高，其隨著NP肥施用量的增加呈先增加后降低的趨勢，但隨著K肥施用量的增加而降低。而缺N、缺P會嚴重影響到莖干物質對籽粒的轉移率和貢獻率。

紅蕓豆的葉、莖、莢皮的干物質對籽粒的轉移率和貢獻率所呈現的趨勢高度一致。其中葉片的貢獻率隨著轉移率的變化而變化，且一直低于轉移率（見圖3）；莖和莢皮的轉移率和貢獻率波動趨勢一致，只是貢獻率的波動幅度小于轉移率，對籽粒形成比較穩定的干物質傳輸（見圖4、圖5）。

圖3 葉片干物質轉移率對籽粒的貢獻率

圖4 莖干物質轉移率對籽粒的貢獻率

結合紅蕓豆的產量結果綜合分析，各器官較高的干物質轉移率和貢獻率是取得高產的物質基礎。

圖5 莢皮干物質轉移率對籽粒的貢獻率

2.4 不同NPK配比對紅蕓豆產量及相關因子的影響

由于2014年是干旱年，生育期降水量為220.7 mm，而2015年是豐水年，生育期降水量為416.8 mm，差距巨大，因此對試驗結果造成不同的影響。

通過對紅蕓豆產量及相關因子的數據（見表4）分析可以看出，2014年紅蕓豆有效莢數隨NK肥的增加呈先增加后降低的趨勢，隨P肥施用量的增加而降低，2015年紅蕓豆有效莢數隨NP肥的增加而增加，與K肥施用量的規律不明顯；2014年每莢粒數與施肥量的規律不明顯，2015年紅蕓豆每莢粒數隨NPK肥施用量的增加而增加；2014年和2015年百粒重均隨著N肥施用量的增加呈先增加后降低的趨勢，隨PK肥施用量的增加而增加。

對兩年數據綜合分析后發現，施N處理的紅蕓豆產量相關因子均顯著高于不施N處理；PK肥與有效莢數和每莢粒數沒有顯著相關性，而與百粒重則相關性顯著；由此可見，N肥對產量因子的群體（有效莢數和每莢粒數）起到促進作用，而PK肥對產量因子的個體（百粒重）起到促進作用。

從產量結果來看，2014年紅蕓豆產量隨N肥施用量的增加而增加，但隨PK肥的增加而降低，2015年紅蕓豆產量隨NPK肥的增加而增加。說明土壤水分對PK肥的吸收利用有很大的影響，由于篇幅限制，此問題將另外撰文討論。

2.5 不同NPK配比與紅蕓豆產量效應的關系

通過對NPK三因子與2014年和2015年產量的回歸分析，并進行方程擬合，發現有一定的數量關系。

將2014年產量與NPK三因素進行回歸分析，可以得到的三元二次回歸方程為(4)。

表4 不同NPK肥對紅蕓豆的產量及產量相關因子的影響

通過極值求解得出：施肥量分別為N 132.03kg/hm2、P2O5160.02 kg/hm2、K2O 104.80 kg/hm2時，紅蕓豆的最高產量為2627.26 kg/hm2。

由于重茬和降水量不同的影響，通過對NPK 3個施肥因子與2015年產量的三因素回歸分析表明，各因子擬合的回歸方程的F值均不顯著(F＜F0.05)，因此回歸方程擬合不成功，不繼續求解最高產量以及對應施肥量。

3 結論

不同NPK配比下紅蕓豆干物質積累量均隨著生育進程而增加，干物質在R1前積累較慢，之后積累加速，R6后積累速度變慢，呈現“慢—快—慢”的變化趨勢。

N肥的在營養生長階段對干物質積累起到主要作用，K肥在生殖生長階段對干物質積累起到主要作用，促進了后期營養器官的干物質向生殖器官轉移，從而增加了紅蕓豆生殖生長階段的干物質積累。

紅蕓豆花莢、豆粒的干物質占比隨著N肥施用量的增加而增加，隨著P肥施用量的增加呈先增加后降低趨勢，隨著K肥施用量的增加而降低。

紅蕓豆的葉、莖、莢皮的干物質對籽粒的轉移率和貢獻率所呈現的趨勢高度一致。其中葉片的貢獻率隨著轉移率的變化而變化，且一直低于轉移率；莖和莢皮的轉移率和貢獻率波動趨勢一致，只是貢獻率的波動幅度小于轉移率，對籽粒形成比較穩定的干物質傳輸；而缺N、缺P會嚴重影響到莖干物質對籽粒的轉移率和貢獻率；各器官較高的干物質轉移率和貢獻率是取得高產的物質基礎。

NPK對紅蕓豆產量因子的作用側重點不同，N肥對產量因子的群體（有效莢數和每莢粒數）起到促進作用，而PK肥對產量因子的個體（百粒重）起到促進作用；土壤水分對PK肥的吸收利用有很大的促進作用。

通過對NPK 3因子與2014年產量的三因素進行回歸分析，求解得出：施肥量分別為N 132.03 kg/hm2、P2O5160.02 kg/hm2、K2O 104.80 kg/hm2時，紅蕓豆的最高產量為2627.26 kg/hm2。

由于2015年的試驗是在2014年試驗的基礎上進行的，豆科作物重茬對試驗結果造成了一定程度的影響，再加之2年生育期降水量差距很大，導致兩年試驗結果有差異，將在2016年的田間試驗中進一步進行驗證。

4 討論

NPK合理配比的平衡施肥對紅蕓豆干物質積累和產量因子的形成起到促進作用，但大田試驗有著諸多不可控因素，如降水量、氣溫、地力因素、前茬作物等，這些因素均會影響到大田試驗的結果。因此，肥料試驗需要進行多年的重復試驗，以驗證其變化規律，才能得出相對比較客觀的結果。

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NPK Rates and Red Kidney Beans:The Effects on Dry-matter Accumulation and Translocation and Yield Relevant Factors

Jin Fansheng1,Li Xiaoping2,Han Yanlong1,Li Jie1,Li Haijin1

(1Research Center for Dryland Agriculture,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan 030031,Shanxi,China;2College of Resources and Environmental Sciences,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,Shanxi,China)

To provide a theoretical basis for efficient production and optimized fertilization of red kidney beans, the authors studied the effects of different NPK rates on dry-matter accumulation and translocation and yield relevant factors of red kidney beans by“3414”field fertilizer experiments.The results showed that:the dynamic accumulation of dry matter of red kidney beans during the whole growth period presented a trend of“slow-quick-slow”;the dry matter accumulation was mainly increased by nitrogen fertilizer during the vegetative growth stage,whereas by potash fertilizer during the reproductive phase,promoting the dry matter from nutritive organ to transfer to reproductive organ;the relatively high dry matter translocation rate from various vegetative organs was one of the important factors to high yield formation;deficiency of nitrogen and phosphorus greatly affected the translocation rate and the contribution rate of the dry matter from the stems to grains;the translocation rates of the dry matter from the leaves,stems or beanpod skin to grains presented a highly consistent trend;nitrogen,phosphorus and potash fertilizers showed different effects on yield factors; nitrogen fertilizer increased the number of pods and seeds per pod,and phosphorus and potash fertilizers increased 100-grain weight of red kidney beans.Multi-regression analysis showed that the optimum NPK ratewas 132.03 kg/hm2ofnitrogen,160.02 kg/hm2ofP2O5,104.80 kg/hm2of K2O,by which the maximum yield of red kidney beans was 2627.26 kg/hm2.

Red Kidney Bean;NPK Rates;Dry-matter Accumulation;Dry-matter Translocation;Yield Factors

S318

A論文編號：cjas16070020

科技部“十二五”國家科技支撐計劃(2014BAD07B05)。

晉凡生，男，1964年出生，山西夏縣人，副研究員，本科，研究方向：作物栽培和農田生態。通信地址：030031山西省太原市龍城大街81號山西省農業科學院旱地農業研究中心，Tel：0351-7639513，E-mail：jinfs@sina.com。

2016-07-25，

2016-11-21。