有機(jī)肥和化肥配施對菜豆生長和產(chǎn)量的影響

周 丹，王天鴻，鄭少文，邢國明

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西太谷030801）

普通菜豆（Phaseolus vulgaris L.）（簡稱菜豆），又名四季豆、蕓豆等。菜豆不僅可作為糧食（粒用菜豆品種），又可作為蔬菜（食莢菜豆品種），個別品種還有藥用價值，因此，菜豆是人類最有價值的食物資源之一[1]。菜豆的籽粒含有豐富的蛋白質(zhì)、膳食纖維、碳水化合物以及多種人體必需的維生素和礦物質(zhì)（銅、鈣、鐵、鎂、錳和鋅），是許多國家和地區(qū)人口的主要植物蛋白來源[2]。我國是菜豆重要的生產(chǎn)國和消費(fèi)國，菜豆在農(nóng)產(chǎn)品出口中占有重要地位[3]，其主要分布于云南、貴州、陜西、山西、湖北、黑龍江和內(nèi)蒙古等省區(qū)，且山西省菜豆資源較為豐富，是我國菜豆主產(chǎn)區(qū)之一[4]。

近年來，隨著人們對菜豆?fàn)I養(yǎng)價值的認(rèn)識以及市場需求的擴(kuò)大，菜豆生產(chǎn)受到廣泛重視。然而，養(yǎng)分供應(yīng)不均衡已成為當(dāng)前限制菜豆優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)的障礙因子。長期不合理施肥導(dǎo)致菜地土壤質(zhì)地劣化、養(yǎng)分虧缺或不平衡，從而影響了菜豆正常生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和品質(zhì)提高。有機(jī)肥施用具有可為作物生長提供均衡營養(yǎng)、改良土壤結(jié)構(gòu)、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，對實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。發(fā)展綠色無公害蔬菜生產(chǎn)是當(dāng)前山西省乃至全國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迫切需求，肥料的合理使用尤其是有機(jī)肥、復(fù)合肥、磷肥配合施用是其關(guān)鍵技術(shù)之一[5]。

本研究通過分析有機(jī)肥、復(fù)合肥、磷肥不同施肥量組合對菜豆生長和產(chǎn)量的影響，以探索適宜當(dāng)?shù)夭硕股a(chǎn)的最優(yōu)肥料配比，為山西當(dāng)?shù)夭硕巩a(chǎn)業(yè)發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018 年5—10 月在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范基地開展。試驗(yàn)地位于山西省陽曲縣凌井店鄉(xiāng)河村（東經(jīng)112°67′，北緯38°07′），海拔1 248.5 m，屬北半球中緯度暖溫帶大陸性氣候。年均氣溫8 ℃，極端最高氣溫38.2 ℃，極端最低氣溫-25.7 ℃，年均降雨量441.2 mm，年無霜期164 d。試驗(yàn)田土壤為壤土，肥力中等，適宜于菜豆生長[6]。土壤基本理化性狀為：pH 值8.73，有機(jī)質(zhì)含量11.88 g/kg、全氮含量0.940 g/kg、全磷含量0.705 g/kg、全鉀含量24.19 g/kg、有效磷含量8.80 mg/kg、速效鉀含量116.43 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試菜豆品種為超早一尺秀，購買于山西太原農(nóng)作物市場。

供試肥料為菜農(nóng)樂牌生物有機(jī)肥（純雞糞生物發(fā)酵，N＋P2O5＋K2O≥5%、有機(jī)質(zhì)≥45%），由鄭州帝益肥業(yè)生態(tài)保護(hù)工程股份有限公司生產(chǎn)；美新豐牌復(fù)合肥（18-18-18，N＋P2O5＋K2O≥54%），由美盛化肥（秦皇島）有限公司生產(chǎn)；磷肥（過磷酸鈣，有效P2O5≥12%），由銅陵市銅官山化工有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)采用直播、平畦地膜覆蓋栽培模式，小區(qū)設(shè)2 條種植帶，雙行南北向栽植，設(shè)3 次重復(fù)。菜豆栽培穴距40 cm，行距50 cm，操作行80 cm，搭架方式為人字架。在整地過程中將各處理有機(jī)肥、復(fù)合肥和磷肥作為基肥一次性基施。

表1 試驗(yàn)處理的肥料用量 kg/hm2

試驗(yàn)共設(shè)6 個處理，如表1 所示。試驗(yàn)過程中其他田間管理措施采用當(dāng)?shù)夭硕垢弋a(chǎn)生產(chǎn)習(xí)慣。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 形態(tài)指標(biāo)的測定 植株莖的直徑用精度為0.1 mm 的數(shù)字游標(biāo)卡尺（桂林廣陸數(shù)字測控有限公司，型號為SF 2000）進(jìn)行測量；株高用精度為1 mm的刻度尺測量；葉面積測定采用Li-3000C 便攜式葉面積儀（北京雅欣理儀科技有限公司，型號為YX-1241-16-225）進(jìn)行測定。

在植株伸蔓期、開花期隨機(jī)選取植株從上往下數(shù)第3～5 節(jié)位成熟葉片，采用丙酮研磨法[7]測定葉綠素（Chl）含量。

其中，Ca為葉綠素a 含量（mg/g）；Cb為葉綠素b含量（mg/g）；CT為葉綠素總含量（mg/g）；A663和A645分別表示波長為663、645 nm 下的吸光度值。

1.4.2 光合指標(biāo)的測定 采用LCPro-SD 便攜式智能光合儀（易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司），于晴天9：00—11：00 測定凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）等參數(shù)[8]。測定時采用紅藍(lán)光源，溫度為（30±2）℃，光量子通量密度（PFD）設(shè)定為1 400 μmol/（m2·s），相對濕度為25%～30%，葉室CO2濃度為（380±10）μmol/mol。

1.4.3 產(chǎn)量的測定 將各個菜豆植株結(jié)莢期的豆莢分批用電子秤稱質(zhì)量，累加后算出小區(qū)總產(chǎn)量，再核算出公頃產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010 進(jìn)行處理，用SPSS 25.0 軟件分析處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥和化肥配施對菜豆株高的影響

由圖1 可知，菜豆伸蔓期的株高明顯比開花期的低，而在不同生育時期各處理間株高都有顯著差異。伸蔓期T6 處理的株高顯著高于其他處理，株高為89.33 cm，比T1 處理高38%；T3 處理株高次之，為74.17 cm，T1 處理株高最低，為55.33 cm。開花期T6 處理的株高達(dá)到最高，為303.50 cm，，顯著高于其他4 個處理（除T3 處理外），T3 處理株高次之，為295.33 cm，T1 處理株高最低，為240.50 cm。在2 個時期中，T1、T4 處理的株高都相對較低，T3、T6 處理的株高相對較高，說明有機(jī)肥和復(fù)合肥配施使菜豆的株高顯著增加，且施用多量有機(jī)肥處理的株高會比施用少量有機(jī)肥的株高高。

2.2 有機(jī)肥和化肥配施對菜豆植株莖粗的影響

從圖2 可以看出，開花期菜豆的莖粗比伸蔓期菜豆的莖粗略粗。伸蔓期T4 處理莖粗達(dá)到最高，為4.46 mm，T2 處理莖粗最小，為4.10 mm。開花期中T3 處理的莖粗最粗，為6.12 mm，T4 處理的莖粗最小，為5.56 mm。每個時期處理間均無顯著性差異，說明在菜豆伸蔓期和開花期中不同化肥組合對莖粗的影響較小。

2.3 有機(jī)肥和化肥配施對菜豆葉面積的影響

植物葉片是進(jìn)行光合作用和蒸騰作用等代謝活動的重要器官，其面積的大小在一定范圍內(nèi)與植物的生長密切相關(guān)，葉面積的大小既可以體現(xiàn)植物光合物質(zhì)的積累，又可以體現(xiàn)植物的生長，所以，葉面積是一個非常重要的指標(biāo)。

由圖3 可知，菜豆伸蔓期的葉面積顯著低于開花期的葉面積，在這2 個時期中，6 個處理間均有顯著差異，在伸蔓期，T6 處理的葉面積達(dá)到最大，為251.71 cm2，T5 處理的葉面積次之，為245.06 cm2，這2 個處理的葉面積均顯著高于其他4 個處理；T1處理的葉面積最小，為151.88 cm2。在開花期，T6 處理的葉面積最大，為418.44 cm2，T3 處理的葉面積次之，為412.40 cm2，而T4 處理的葉面積最小，為340.04 cm2。這說明有機(jī)肥用量不會影響葉片的生長。施用較多的復(fù)合肥和磷肥，會使葉面積增大。

2.4 有機(jī)肥和化肥配施對菜豆光合參數(shù)的影響

光合參數(shù)可以反映植物進(jìn)行光合作用的強(qiáng)度。凈光合速率是指植物光合作用積累的有機(jī)物。由圖4 可知，在伸蔓期，T3 處理的凈光合速率最高，為19.66 μmol/（m2·s），T1 處理的凈光合速率最低，為17.46 μmol/（m2·s），6 個處理間的凈光合速率沒有顯著性差異。在開花期，T2 處理的凈光合速率最高，達(dá)22.28 μmol/（m2·s），T6 處理的凈光合速率次之，為21.83 μmol/（m2·s），T5 處理的凈光合速率最低，為17.90 μmol/（m2·s），顯著低于T2、T6 處理的凈光合速率。由于這6 個處理的凈光合速率變化沒有呈現(xiàn)出趨勢變化，所以，暫時不能分析出引起這種變化的原因。

氣孔導(dǎo)度是指氣孔張開的程度，影響光合作用、呼吸作用及蒸騰作用。由圖5 可知，在每個時期6 個處理間菜豆的氣孔導(dǎo)度都有顯著性差異。在伸蔓期，T1 處理的氣孔導(dǎo)度最大，為0.63 μmol/（m2·s），T3、T6 處理的氣孔導(dǎo)度次之，均為0.61 μmol/（m2·s），T4 處理的氣孔導(dǎo)度最小，為0.43 μmol/（m2·s），顯著低于T1、T3、T6 處理的氣孔導(dǎo)度。在開花期，T2 處理的氣孔導(dǎo)度最高，為0.76 μmol/（m2·s），T6 處理的氣孔導(dǎo)度次之，為0.75 μmol/（m2·s），T4 處理的氣孔導(dǎo)度最小，為0.59 μmol/（m2·s），顯著低于T2 處理的氣孔導(dǎo)度。

2.5 有機(jī)肥和化肥配施對菜豆葉片葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，在光合作用的光吸收中起核心作用。葉綠素含量的高低可反映產(chǎn)生生物量的多少。從表2 可以看出，T6 處理的葉綠素a、葉綠素b 及總?cè)~綠素含量都最高，且T6 處理的葉綠素a 含量顯著高于T4、T5 處理，T3處理的葉綠素含量次之。6 個處理的葉綠素b 含量之間沒有顯著性差異。T6 處理的總?cè)~綠素含量顯著高于T4、T5 處理。而6 個處理的葉綠素a/b 之間沒有顯著性差異，但比值相對最高的是T3 處理，相對最低的是T4 處理。

表2 伸蔓期各處理葉綠素參數(shù)比較

從表3 可以看出，除6 個處理的葉綠素a/b 之間沒有顯著性差異外，其他幾個參數(shù)處理之間都有顯著性差異。T6 處理的葉綠素a、葉綠素b 以及總?cè)~綠素含量都最高，且顯著高于T1、T4、T5 處理，葉綠素a 含量比T1 處理高20.35%，葉綠素b 含量比T1 處理高21.71%，總?cè)~綠素含量比T1 處理高20.69%。T2、T3 處理的葉綠素參數(shù)值處于中間，而這2 個處理都是施用7 500 kg/hm2有機(jī)肥。由此可見，施用量較多的有機(jī)肥配合施用大量復(fù)合肥和磷肥會使菜豆的葉綠素含量增加，而在施用較少量有機(jī)肥條件下，配合施用適當(dāng)?shù)膹?fù)合肥和磷肥，可以使葉綠素含量達(dá)到相對較高的值，說明這種施肥方法比較可靠。

表3 開花期各處理葉綠素參數(shù)比較

2.6 有機(jī)肥和化肥配施對菜豆產(chǎn)量的影響

從圖6 可以看出，施用少量有機(jī)肥的3 個處理和施用多量有機(jī)肥的3 個處理的產(chǎn)量變化趨勢一致，T1、T2、T3 處理的產(chǎn)量呈逐漸上升的趨勢；T4、T5、T6 處理的產(chǎn)量也呈逐漸上升的趨勢。T6 處理和T3 處理的產(chǎn)量分別為35 971、34 946 kg/hm2，顯著高于其他處理的產(chǎn)量，T6 處理的產(chǎn)量比T4 處理高出24.35%；T2 和T5 處理的產(chǎn)量也相對較高，分別為31 937、31 744 kg/hm2；除T4 處理外，T1 處理的產(chǎn)量也相對較低。由此可見，施用多量的有機(jī)肥會使菜豆的產(chǎn)量有所增高，但對產(chǎn)量的影響較小；有機(jī)肥和復(fù)合肥、磷肥配施會使產(chǎn)量升高，大量使用復(fù)合肥和磷肥，會使產(chǎn)量顯著上升。

2.7 有機(jī)肥和化肥配施對菜豆生長指標(biāo)和產(chǎn)量間的相關(guān)性分析

利用SPSS 25.0 軟件對菜豆不同處理的不同生育時期的生長指標(biāo)及產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析。從表4可以看出，菜豆伸蔓期的株高與葉面積呈顯著正相關(guān)，與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，葉面積與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)；而伸蔓期的莖粗與氣孔導(dǎo)度、葉綠素a、葉綠素b 呈負(fù)相關(guān)，凈光合速率與氣孔導(dǎo)度、葉綠素 b 呈負(fù)相關(guān)。

表4 菜豆伸蔓期各指標(biāo)與產(chǎn)量間的相關(guān)性分析

從表5 可以看出，菜豆開花期的株高與葉綠素b 呈顯著正相關(guān)，與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；葉面積與莖粗呈顯著正相關(guān)，與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；葉綠素a 與葉綠素b 呈極顯著正相關(guān)，與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)；葉綠素b 與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。

表5 菜豆開花期各指標(biāo)與產(chǎn)量間的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

不同肥料組合對菜豆的生長勢、光合指標(biāo)及產(chǎn)量等均有影響。在菜豆伸蔓期和開花期，植株大多數(shù)的形態(tài)指標(biāo)和葉綠素以及產(chǎn)量的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律，施用少量有機(jī)肥的3 個處理（T1、T2、T3），隨著復(fù)合肥和磷肥施用量的增多，各指標(biāo)的數(shù)值也逐漸增大，施用多量有機(jī)肥的3 個處理（T4、T5、T6）也具有同樣的變化。但在伸蔓期和開花期的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度上，沒有表現(xiàn)出一致的變化。而在這些指標(biāo)上T6 處理最好，說明施用多量有機(jī)肥（15 000 kg/hm2）會使菜豆的形態(tài)指標(biāo)、光合參數(shù)、生理指標(biāo)以及產(chǎn)量有顯著增加。

分析發(fā)現(xiàn)，施用少量有機(jī)肥（7 500 kg/hm2）的T2、T3 處理的一些指標(biāo)相比T6 處理表現(xiàn)略差，但有些指標(biāo)和T6 處理之間沒有顯著性差異，初步說明，施用有機(jī)肥量的多少對菜豆的生長影響較小；T1、T4 處理的大多數(shù)指標(biāo)無顯著性差異，這2 個處理除有機(jī)肥施肥量不同外，其他施肥量均一致，這更加說明施用多量和少量有機(jī)肥對菜豆的產(chǎn)量影響較小。通過各方面綜合考量，得出菜豆的最適施用有機(jī)肥量是7 500 kg/hm2，這與張顯東等[9]的研究結(jié)果基本一致。有機(jī)肥可以降低土壤容重，從而提高土壤田間持水量[10]，提高土壤養(yǎng)分，減少有害微生物和病蟲害的發(fā)生；可以分解有害化學(xué)物質(zhì)，凈化土壤；還可以改善土壤結(jié)構(gòu)，從而提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，提高經(jīng)濟(jì)效益，對實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義[11]。

本研究的6 個處理中，除有機(jī)肥的施肥量不同外，復(fù)合肥和磷肥的施用量也不同。研究表明，在菜豆伸蔓期和開花期，施用少量有機(jī)肥的3 個處理中，T3 處理的形態(tài)指標(biāo)以及部分生理指標(biāo)整體比T2處理表現(xiàn)好，T3 處理的產(chǎn)量也較T2 處理高9.41%，這是由于T3 處理的復(fù)合肥施用量比T2 處理多450 kg/hm2，磷肥的施用量比T2 處理多75 kg/hm2。在施用多量有機(jī)肥的3 處理處理中，T5 處理比T4處理多施了225 kg/hm2的復(fù)合肥，但T5 處理的產(chǎn)量比T4 處理高9.74%。說明，施用復(fù)合肥和磷肥可以提高產(chǎn)量，這與前人研究一致[12-14]。

有機(jī)肥與無機(jī)肥在施用中存在交互作用，在施用肥料的時候把磷肥加入有機(jī)肥中，可以發(fā)揮最大的肥效。研究表明，有機(jī)無機(jī)肥配施可以顯著提高土壤全氮含量[15]。呂真真等[16]研究表明，有機(jī)肥和無機(jī)肥配施可以提高土壤質(zhì)量。劉拴成[17]研究表明，有機(jī)肥和無機(jī)肥配施可以增加馬鈴薯的各性狀指標(biāo)及產(chǎn)量。王保平等[18]研究表明，不同配比基質(zhì)也可以提高甜瓜的產(chǎn)量。除此之外，有機(jī)肥與無機(jī)肥配施還可以提高作物品質(zhì)[19]。因此，在菜豆旱作中要保證菜豆的產(chǎn)量和品質(zhì)，可以施用適量的有機(jī)肥再配合施用復(fù)合肥和磷肥，也可以提示菜農(nóng)和研究者們，種植菜豆可以用增施復(fù)合肥和磷肥的比例來減輕其他化肥的使用量。由于本試驗(yàn)沒有完全得出在種植菜豆中施用有機(jī)肥和復(fù)合肥、磷肥的最佳施用量，但可以參考T2 和T3 處理肥料的施用量繼續(xù)深入研究，為山西旱作菜豆的研究提供依據(jù)。由于影響露地旱作菜豆產(chǎn)量的因素有很多，如菜豆品種、土壤肥力狀況、降雨量、前茬作物、栽培管理方法等，但具體對菜豆有怎樣的影響暫不清楚，還需進(jìn)一步研究。