春箭筈豌豆生產性能和品質對氮、磷、鉀肥響應的研究進展

高小莉，張志新，黃椏鋒，牛學禮，南志標

（蘭州大學草地農業生態系統國家重點實驗室 / 蘭州大學農業農村部草牧業創新重點實驗室 /蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州 730020）

春箭筈豌豆(Vicia sativa)為豆科野豌豆屬一年生草本植物，是重要的牧草和綠肥兼用作物，其產量高、品質好[1-2]，具有耐寒、耐旱、耐堿和耐瘠等特性，并在改土肥田和改善生態環境等方面發揮著重要作用[3-5]。生產實踐中，適量氮(N)、磷(P)、鉀(K)肥的施用不僅可以有效增加春箭筈豌豆產量、改善牧草品質、提高抗旱抗寒等抗逆性，還可以促進土壤養分循環、提高土壤肥力、改善土壤結構[6-13]。

近年來，關于春箭筈豌豆施肥的研究頗多，并在科學施肥理論與方法方面取得了一定進展，但尚缺乏對其系統的歸納和總結。本文對有關春箭筈豌豆對氮、磷、鉀肥單施和配施的響應研究進行綜述，并提出當前研究存在的問題和今后的發展方向，以期為春箭筈豌豆的生產提供支持。

1 化肥單施對春箭筈豌豆的影響

1.1 氮肥對春箭筈豌豆的影響

氮是構成植物體內蛋白質、葉綠素、核酸和激素的主要元素[14]，合理施用氮肥是增大葉面積指數、提高光合效率、促進碳同化，最終提高產量和改善品質的有效措施[15]。研究發現，氮肥對春箭筈豌豆生物量和牧草品質等方面具有顯著影響。當施N量為20～46 kg·hm-2時，春箭筈豌豆的干草產量提高31.4%～98.1%[16-19]；韓建國等[20]也發現，與不施肥相比，高水平施N量(100 kg·hm-2)可以使春箭筈豌豆的草產量提高20.5%，而中等水平施N量(60 kg·hm-2)下產量可提高13.2%，同時高水平施N量還可以提高植株的粗蛋白含量，并降低中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的含量。施N肥對箭筈豌豆產量的提高與其呼吸強度降低相關[21-22]。有研究表明，對春箭筈豌豆單播地施用N 60 kg·hm-2，可以使春箭筈豌豆呼吸強度降低24.5%～69.5%[23]。

植物體內的氮、磷、鉀素一般集中分布在生命活動旺盛的部分，例如分生組織、新芽新葉和繁殖器官等，所以養分供應是否充足首先會對植物氮、磷、鉀素營養造成影響，進而影響植物的代謝和繁殖狀況[14]。氮肥可以提高一年生豆科牧草的養分吸收利用效率[24]。Saruhan等[16]通過在大田的研究證實，施用氮肥對植株的養分有促進作用，其中施N量為20 kg·hm-2使春箭筈豌豆植株養分含量提高1.6%～12.3%，種子中的養分含量提高0.2%～1.5%。

然而，在不同作物生產系統中施N對其產量的增益效果各異。其中，有學者認為對豆科牧草增施氮肥并不經濟[25]。在春箭筈豌豆與禾本科作物間作系統中，氮肥增施會抑制春箭筈豌豆固氮酶活性，使根瘤數降低，進而抑制植株的固氮作用，最終導致豆禾間作系統的間作優勢降低，從而減弱施N的增產效果[25-27]。張小明[18]研究發現，增施氮肥較對照不施氮相比，春箭筈豌豆生物固氮量和生物固氮百分率分別降低22.2%～49.2%和22.5%～51.8%，施氮雖然促進了喜氮作物燕麥(Avena sativa)的生長，但是抑制了間作系統中春箭筈豌豆的生長(表1)。在豆科牧草單播系統中，氮肥對其產量的增加效果進一步降低，甚至消失。Hojjati等[28]的研究表明，對人工建植的豆科牧草增施氮肥并未提高其牧草產量。

由此可見，增施氮肥雖能有效增加春箭筈豌豆地上生物量和粗蛋白等含量，起到提高牧草產量和品質的效果，但同時也導致生物固氮量、固氮酶活性和根瘤數的降低，從而使豆科牧草自身固氮能力下降，影響植株后期根瘤的發展。因此，從經濟效益與可持續生產利用角度考慮，對春箭筈豌豆草地可不施氮肥。

1.2 磷肥對春箭筈豌豆的影響

磷是植物體內磷脂、核酸、輔酶和ATP的重要組成元素，與碳水化合物轉運、蛋白質合成和氮代謝有密切相關，對植物光合作用及產量形成具有重要作用[29-30]。施用磷肥可以提高豆科植物根瘤內的血紅蛋白含量，進而促進其根系生長、增加結瘤數并增強其固氮活性，達到以磷促氮的作用[31]。

研究表明，磷肥對春箭筈豌豆株高、生物量和種子產量有顯著影響。春箭筈豌豆接種根瘤菌并施用P2O5105 kg·hm-2后，成熟期的干草產量較對照未施肥增加了64.5%[32]；施用P2O5100 kg·hm-2，春箭筈豌豆株高和地上生物量分別較未施肥增加了6.5%和148.2%[33]；Christos等[34]的研究同樣證實，施用磷肥可以顯著提高春箭筈豌豆的種子產量和干草產量。

表 1 氮肥對春箭筈豌豆的影響Table 1 Effects of nitrogen fertilizer on Vicia sativa

施用適量磷肥對春箭筈豌豆產量構成因素也有顯著影響[35]。據報道，當施用P2O5105 kg·hm-2時，春箭筈豌豆的有效分枝數、單株結莢數、單莢粒數和千粒重較不施肥分別增加31.5%、110.3%、32.7%和4.7%[32]。另外，磷肥在促進根系發育、增加主根直徑和根重、加強春箭筈豌豆對養分積累和儲藏方面也具有重要作用[34,36-37]。Fernández等[33]指出，施用磷肥P2O5100 kg·hm-2，春箭筈豌豆根系體積和根干重較對照分別提高了19.6%和52.1%；且同時施用磷肥并接種根瘤菌可以明顯提高春箭筈豌豆的根瘤總數和根瘤鮮重[32]。這可能是因為豆科植物在施用磷、鉀肥后，蛋白質的合成速度加快，使根瘤內的血紅蛋白含量增加，進而增強其固氮酶的活性與結瘤率，同時促進植株根系生長[32]。此外，根瘤菌存在多種解磷機制，可促進豆科植物利用土壤中的難溶性磷元素，對其根瘤總數和鮮重也有重要影響[38]。

另外，合理施用磷肥還可以改善牧草品質[34,39]。韓桂軍等[38]研究發現，施用磷肥P2O5150～225 kg·hm-2使春箭筈豌豆可溶性糖含量達到10.4%～10.6%，粗脂肪含量達到1.4%～1.6%，但對春箭筈豌豆粗蛋白含量影響不明顯；Yolcu[40]也發現，施用磷肥可以提高春箭筈豌豆葉片數量和粗蛋白含量，降低葉干重、ADF和NDF含量。梅麗[41]的研究也證實了春箭筈豌豆草地在施用適量磷肥后，牧草品質明顯提高。

有研究表明，施磷可調節春箭筈豌豆的生理過程。植物缺磷時，衰老組織中的磷素會向幼嫩組織轉移，進而引發老葉提前脫落，春箭筈豌豆主要通過提高酸性磷酸酶活性和增大質子釋放量來響應低磷脅迫[42]；陸景陵[43]研究發現，通過合理增施磷肥可以提高植物光合作用，延緩植株衰老進程；磷對豆科牧草生物學產量、經濟產量和營養質量都有重要影響，植物成熟后，莖葉中的磷會向種子進行轉移，所以前期適當施用磷肥可以通過增花增莢來提高牧草種子產量。研究發現，磷肥對調節春箭筈豌豆呼吸作用也有顯著影響。施用P2O569 kg·hm-2后，春箭筈豌豆呼吸作用增強6.3%，二氧化碳交換量降低52.8%，總生產力提高26.1%[44-47](表 2)。

1.3 鉀肥對春箭筈豌豆的影響

鉀對保證植物生命活動正常進行至關重要，是植物代謝過程中必需的大量礦質營養元素之一，對促進糖類運輸、脂肪類物質合成和蛋白質代謝以及提高植物光合作用具有重要影響[48-50]。但與氮、磷不同，鉀素在植物體內主要是以K+、可溶性鹽類或吸附在原生質表面作為營養，調節植物體內陰陽離子平衡、細胞滲透壓和氣孔開閉，進而增強作物抗寒、抗旱以及抗倒伏的能力[51]。

在春箭筈豌豆草地中施用200～673 kg·hm-2鉀肥對提高牧草產量和品質有明顯作用[48]。當K2O施用量為100 kg·hm-2時，春箭筈豌豆初花期干草產量、粗蛋白含量、可溶性糖含量和粗脂肪含量較不施肥分別增加12.2%、2.0%、29.6%和34.5%[38]。Yücel等[49]的研究發現，春箭筈豌豆缺鉀會導致葉緣出現白斑或枯焦，嚴重時會使葉片死亡，降低其品質。這可能是因為植株缺鉀后，葉片中可溶性非蛋白氮不斷累積，使氨基酸不能迅速合成蛋白，導致蛋白質含量降低。Negere和Mariam[50]同樣證實，與對照不施鉀肥對比，高水平鉀肥施用量(673 kg·hm-2)處理下箭筈碗豆可溶性糖含量降低39%，蛋白質含量增加20%，說明春箭筈豌豆缺鉀時其光合組織中碳水化合物會出現積累現象。

表 2 磷肥對春箭筈豌豆的影響Table 2 Effects of phosphorus fertilizer on Vicia sativa

有研究表明，適量施用鉀肥還可以顯著提高春箭筈豌豆的根系活力，促進根系結瘤并提高固氮率[52]。Grewal和Williams[53]試驗證明，每年給豆科牧草施用673 kg·hm-2鉀肥，可以顯著提高植株的結瘤數、根瘤質量和固氮率，而且隨著鉀肥施用量的增加，植物體內氮素含量也呈上升趨勢。

由此可見，對春箭筈豌豆施用適量鉀肥，可以通過提高根系活力、根瘤質量和粗蛋白、粗脂肪、可溶性糖等含量，進而顯著增加產量并改善牧草品質。但是，目前關于春箭筈豌豆施鉀肥試驗相對較少，需加強鉀肥增產方面的研究。

2 肥料配施對春箭筈豌豆的影響

根據“生態平衡施肥”理論，施肥應綜合考慮作物產量品質、土壤肥力、投入成本和環境問題等因素，為保證作物獲取均衡的營養，選擇最適的施肥種類、施肥量和施肥方式，將氮、磷、鉀肥按比例配合施入，是一種較優的施肥模式[54]。

研究表明，氮、磷、鉀肥配施對春箭筈豌豆草產量和種子產量有顯著影響(表3)。楊文才等[55]在西藏河谷農區的研究表明，在配施氮肥N 140 kg·hm-2和磷肥 P2O560 kg·hm-2處理下，春箭筈豌豆株高、鮮草產量和干草產量較不施肥分別增加23.4%、225.6%和177.3%，較單施氮肥分別增加11.4%、146.9%和95.7%，較單施磷肥分別增加7.1%、198.4%和107.9%。韓桂軍等[38]也發現，配施磷肥 P2O5150 kg·hm-2和鉀肥 K2O 50 kg·hm-2處理下，春箭筈豌豆干草產量較不施肥增加26.6%，較單施磷肥增加15.1%，較單施鉀肥增加22.9%。Yolcu[40]研究得出，施用氮肥N 30 kg·hm-2和磷肥P2O5100 kg·hm-2后，春箭筈豌豆株高、地上生物量和莖干重比不施肥的對照分別增加17.7%、69.4%和10.5%。然而，張宏亮等[56]研究發現，磷鉀肥混施 (P2O530 kg·hm-2和 K2O 30 kg·hm-2)與單施磷肥 (P2O530 kg·hm-2)或單施鉀肥 (K2O 30 kg·hm-2)對箭筈豌豆植株密度、株高、分枝數和草產量的影響差異不顯著，這可能與該試驗地的土壤基況中氮、磷、鉀含量水平較高，或該試驗中施肥量較低有關。

氮、磷、鉀肥配施還可以改善牧草品質。配施氮肥和磷肥處理下，春箭筈豌豆粗蛋白含量和植株含P量較不施肥分別增加51.5%和69.7%，較單施氮肥分別增加11.1%和24.4%，較單施磷肥分別增加38.6%和55.6%；粗脂肪、酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)較不施肥降低了3.5%～18.6%，較單施氮肥降低了2.0%～4.6%，較單施磷肥降低了4.0%～34.2%[55]。毛祝新[57]在甘肅省夏河縣的研究也表明，磷、鉀肥配施處理下，春箭筈豌豆粗蛋白和可溶性糖含量比不施肥和單施磷、鉀肥均有所提高，雖然粗脂肪含量比不施肥提高6.9%，但是比單施磷、鉀肥降低了1.6%～4.0%，這說明在一定范圍內，鉀肥單施對春箭筈豌豆粗脂肪的影響較大。

表 3 肥料配施對春箭筈豌豆的影響Table 3 Effects of fertilizer application on Vicia sativa

另外，化肥與有機肥配施對春箭筈豌豆的生物量也有重要影響，且對其產量的影響由不同構件生物量變化所決定。張雁平[58]研究得出，與單施化肥處理相比，有機肥(75 m3·hm-2)與化肥(N 75 kg·hm-2和P2O5103.5 kg·hm-2)配施下箭筈豌豆株高增加8.9%，箭筈豌豆和燕麥混播的鮮草產量提高19.1%。劉文輝等[59]研究單施化肥、單施有機肥、化肥和有機肥混施對春箭筈豌豆花期生物量構件分配比例的影響時發現，化肥和有機肥配施(尿素37.5 kg·hm-2+磷酸二銨75 kg·hm-2+有機肥750 kg·hm-2)處理對春箭筈豌豆地上生物量(莖、葉、花)分配比例(84.9%)的影響最明顯，而不施肥(17.1%)和單施有機肥1500 kg·hm-2(16.0%)對地下生物量的影響效果最明顯。

目前，國內外關于肥料配施對春箭筈豌豆影響的研究主要集中在氮和磷肥、磷鉀肥配施兩方面，較少涉及氮、磷、鉀3種肥料合理配施的研究，且大部分試驗最終僅以提高草產量為目的來確定最佳施肥方案。因此，在以后的研究中需進一步探討在多因素條件下春箭筈豌豆的最佳施肥模式。

3 問題與展望

隨著我國現代農業的發展，肥料對農業生產的影響越來越大。施肥是提高作物產量和改良土壤肥力的重要措施，但是不合理地施用化肥導致土壤酸化和土壤板結等多種問題，造成農業生產力衰退并引起嚴重的環境問題[60-64]。

氮、磷、鉀肥單施或配施對提高春箭筈豌豆的產量、牧草品質和固氮量都有作用，但目前的研究主要集中在施肥對產量和品質性狀產生積極或消極的影響，關于這3種元素引起植株各種表型發生改變的生理生化機制尚不清楚，改善牧草品質的具體原因仍需進一步探索。另外，新的氮、磷、鉀施肥方案或者不同生產系統下施肥量確定需綜合考慮，從而促進春箭筈豌豆根系發育、降低呼吸強度、改善各項生產要素，建立箭筈豌豆科學合理的施肥方法。