氮磷鉀施肥對溫室菜用大豆生長與糖類含量的影響

高 源，程 茜，袁宇婷，郭魯平，黃 璐，張曉燕，袁星星，陳 新，朱月林，薛晨晨

(1.南京農業大學園藝學院，江蘇南京 210095；2.江蘇省農業科學院，江蘇南京 210014；3.南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇南京 210046；4.江蘇大學，江蘇鎮江 212013)

菜用大豆[Glycinemax(L.)Merr.]別稱枝豆、毛豆，鮮籽粒體積占鮮豆莢的80%～90%，每莢有鼓粒飽滿的籽粒1～4粒，種皮光滑、種臍明顯、橢圓形，是采青豆莢、取青綠色籽粒食用的豆類蔬菜[1]。菜用大豆生產區主要集中在江蘇、浙江、四川、福建等省份，全國每年生產面積在53.3萬hm2以上[2]。

菜用大豆的甜度是重要的食味品質，甜度高的菜用大豆由于口感好而受到廣大消費者的喜愛，市場中也偏愛甜度高的菜用大豆[3]。普遍認為菜用大豆籽粒的甜度主要受可溶性糖含量影響，尤其受到蔗糖含量的影響最大，占可溶性糖的70%左右[4-9]，因此蔗糖是決定菜用大豆甜度的關鍵因子。

影響菜用大豆糖類含量的主要因素由品種和外界條件決定。不同施肥水平、施肥類型對菜用大豆生長的影響不同，氮肥、磷肥、鉀肥均對菜用大豆籽粒糖類含量的形成有重要影響[10-13]。本研究擬分析不同肥料及其濃度水平對菜用大豆籽粒糖類物質的影響，以期為提高菜用大豆籽粒糖類含量施肥濃度提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗設計與材料

試驗于2021年在江蘇省農業科學院科研展示溫室進行，采用盆栽種植，花盆規格為210 mm×145 mm×180 mm，每盆裝入蛭石約5 L，供試肥料包括尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀，試驗采用三因素三水平正交試驗(表1)，共27種組合處理。尿素，總氮含量≥46.4%；過磷酸鈣，有效磷(P2O5)含量≥12%，水溶性磷含量≥7%；硫酸鉀，鉀(K2O)含量≥52%。于種植前添加氮肥7.5 kg/hm2、磷肥12 kg/hm2、鉀肥12 kg/hm2作為基肥統一施入。

表1 試驗施肥水平

供試材料的菜用大豆品種為蘇新6號，采用直播方式于4月7日播種，真葉展開后控制密度為每盆2株，每個處理40株。肥料分別在播種前、開花前以目標施肥濃度的一半分2次施入，使用時配制成溶液(1∶300)施用，不同處理間的管理措施一致，開花時進行掛牌，其他管理均同步進行。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 生長指標測定 始花總葉數：始花期植株具有的葉片數量。始花期：小區開花的株數達到50%的日期，以月-日表示。花期：第一朵花至終花時間。初莢期：小區50%植株形成綠色幼莢，豆莢扁平，且莢長約1 cm的日期，以月-日表示。莢長、寬：采摘鮮莢時，從每個試驗小區隨機取樣10個莢，測量植株中上部莢的長度、寬度，取其平均值，單位為cm，精確到0.1 cm。單株莢數：單株實際結粒的莢數，單位為個。鮮百粒質量：菜用大豆鮮莢采摘剝出后100個完整籽粒的質量，單位為g。單莢質量：菜用大豆單個鮮莢質量，單位為g。籽粒含水率：鮮籽粒凍干72 h至恒質量，記錄鮮質量與干質量，籽粒含水率=(鮮質量-干質量)/鮮質量×100%。葉綠素SPAD值：使用便攜式葉綠素儀SPAD-502 Plus測量葉片SPAD值，測定時避開葉脈與受損葉片，分別于開花期、鼓粒盛期測定，每次隨機取10株的葉片進行測量。

1.2.2 糖含量測定 提取方法以GB/T 30390—2013《油料種籽中果糖、葡萄糖、蔗糖含量的測定 高效液相色譜法》為基礎[14]，菜用大豆籽粒經切碎后凍干72 h，磨碎后稱取0.3 g菜用大豆粉末(精確至0.1 mg)于10 mL離心管中，加入1.5 mL石油醚去脂，漩渦振蕩1 min，3 000 r/min離心5 min，棄去上層石油醚，60 ℃水浴蒸發殘留石油醚，加入 4.5 mL 水攪勻，加入乙酸鋅溶液(1 mol/L)、亞鐵氰化鉀溶液(1 mol/L)各0.25 mL，室溫攪拌30 min，經定性濾紙過濾，0.22 μm 濾膜過濾，待測。

色譜條件：色譜柱為ZORBAX Carbohydrate，4.6 mm×250 mm；流動相為乙腈∶水=75∶25(體積分數)；柱溫為30 ℃；檢測器溫度為35 ℃；流速為 1 mL/min；進樣體積為10 μL；檢測器為Agilent 1260示差折光檢測器(RID)。

1.3 數據分析

利用Excel 2016錄入和整理數據，采用SPSS 22.0進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥水平下蘇新6號農藝特性分析

同一品種菜用大豆經27個施肥處理后部分相關農藝性狀具有差異，在此施肥配方條件下，施肥對莢長寬、百粒鮮質量影響甚微[變異系數(CV)<10%]，對單莢質量、單株結莢數、始花葉片數、花期長短、籽粒含水量影響較大(CV>10%)(表2)。菜用大豆豆莢以二粒莢、三粒莢為主，莢長、莢寬一般說明了莢的大小，二粒莢莢長最長的處理組為N1P1K2，長達 6.0 cm，三粒莢莢長最長的處理組為N0P1K1和N1P2K0，長達 6.9 cm；各組間莢寬差異不明顯，變化范圍在 1.32～1.46 cm之間，平均為 1.4 cm，達到優質鮮食大豆莢標準。單莢質量變化范圍在1.39～2.73 g之間，單莢質量最小的為N0P1K2處理組，最大的為N2P2K2處理組。

表2 不同施肥水平下蘇新6號農藝特性

27個施肥處理中，百粒鮮質量變化幅度范圍在48.9～70.1 g之間。百粒鮮質量最大的是N2P2K2處理組，即27組中施肥水平最高的處理組，為 70.1 g，比平均百粒鮮質量高20.66%，比含量最低的處理高43.35%。N1P1K2處理的單株結莢數最多，其次是N1P2K0、N2P2K1處理，結莢數越多越利于產量的提高。試驗過程中，受到總供肥量的限制，試驗材料生殖生長時期葉片數幾乎不增加。始花葉片數與植株的生長高度和分枝數有一定關聯，植株越高則始花葉片數越多，N1、N2水平下始花葉片數高于N0水平，說明氮肥能夠促進植株生長。作物生育期的長短主要由作物的遺傳性決定，同一品種的開花期和初莢期會受到磷素影響提前開花結莢，試驗結果表明增施適量磷、鉀肥有利于花期延長。

2.2 不同施肥水平下蘇新6號葉片SPAD值分析

葉綠素SPAD值能體現葉色深度。在不同施肥水平條件、不同時期蘇新6號葉片SPAD值存在明顯差異。開花期之前菜用大豆植株處于營養生長期，此時氮肥水平對葉片SPAD值的影響效果較其他處理更明顯。開花期N2水平下的葉片SPAD值明顯高于N0、N1水平，葉片SPAD值基本表現為 N2>N1>N0(圖1)，N2水平下植株也表現出葉色更深的性狀。K含量則對SPAD值沒有明顯影響，P1、P2水平下的SPAD值則明顯高于P0。N×P、N×K、N×P×K之間均存在交互效應。

鼓粒盛期時，增加氮肥水平對SPAD值的影響小于開花期，同樣表現為N2>N1>N0。與此同時，P2水平下葉片SPAD值表現出更高的數值，趨勢為P2>P1>P0，N2P2K1處理組數值最高，較數值最低的處理組高44.4%。試驗結果表明氮肥對菜用大豆營養生長時期的SPAD值具有關鍵作用，磷肥則對生殖生長時期有促進作用。K2水平下葉片的SPAD值則明顯高于K0、K1，說明鉀肥施用在此階段對葉綠素含量積累也有促進作用。在鼓粒盛期各因素0水平處理的組合植株葉片明顯出現老葉發黃、脫落的狀況。

2.3 不同施肥水平下蘇新6號糖類含量分析

對不同水平氮磷鉀肥菜用大豆糖類含量平均值作圖。由圖2可知，蔗糖是菜用大豆籽粒中含量最高的可溶性糖，在N1水平下達到最高，在施氮量增加的N2水平下蔗糖含量降低，整體表現為N1>N2>N0的趨勢，與不施氮相比，施氮明顯增加了蔗糖含量。而蔗糖含量隨磷肥的增加而增加，變化趨勢為P2>P1>P0。然而施加K1水平的鉀肥對蔗糖含量的影響較K0不顯著，且K2水平的蔗糖含量顯著低于K0、K1，可能是由于過量的鉀肥抑制了籽粒中蔗糖含量的積累。

氮肥的濃度差異對菜用大豆籽粒中果糖的積累具有一定影響，但是施加N2濃度的肥與N1水平無顯著差異，且較低濃度的氮肥水平仍能夠表現出較高的果糖含量。不同濃度的磷肥與鉀肥也會對籽粒果糖含量產生顯著影響，鉀肥呈現濃度越高果糖含量越高的趨勢，磷肥則相反。氮肥、磷肥的濃度增加對菜用大豆籽粒葡萄糖含量的影響也表現為先增加后降低的趨勢，且N1水平下葡萄糖含量顯著高于N0、N2水平。鉀肥施加后并沒有表現出比不施加的情況積累更高的葡萄糖含量。

對于3種糖類含量來說，方差分析結果(表3)表明氮肥磷肥鉀肥主體間效應P<0.01，說明各因素互作影響達到了極顯著水平，存在互作效應，單施一種肥料不利于菜用大豆籽粒糖類含量的積累。

2.4 蔗糖回歸模型的建立與分析

從不同水平氮磷鉀肥菜用大豆蔗糖含量平均值(圖2)可以得出，菜用大豆蔗糖含量隨氮肥水平呈先增加后降低的趨勢，與磷肥水平呈直線上升的趨勢，鉀肥雖表現為先增后降的趨勢但變化幅度較小。由圖中數據計算可得3因素的蔗糖含量極差值分別為6.92、7.46、0.58 mg/g，極差值越大說明該因素對籽粒蔗糖含量影響越大，磷肥因素影響略高于氮肥，氮肥與磷肥因素的影響遠高于鉀肥，該試驗濃度下鉀肥可能對蔗糖含量影響甚微，需要進一步分析。

表3 不同施肥水平下蘇新6號糖類含量方差分析

表4 蔗糖含量與氮磷鉀肥施用量編碼值回歸方程的偏回歸系數檢驗結果

該試驗水平條件下，回歸模型存在氮肥和磷肥的交互項，且回歸系數達極顯著水平，說明蔗糖含量的變化不是因子單獨效應的簡單疊加，氮肥、磷肥的交互效應對蔗糖的含量有影響。從氮磷施用量編碼值的偏回歸系數絕對值來看，氮肥、磷肥施用量編碼值的偏回歸系數絕對值分別為2.533、3.728，說明該試驗中對籽粒蔗糖含量的影響表現為磷肥>氮肥。

對該方程作圖(圖3)可以得出，蔗糖含量Y>20時，X1范圍在-0.18～1.00之間，X2范圍在0.31～1.00之間。在該試驗范圍內，X1=0.83，X2=1.00時，Y獲得最大值，為24.22 mg/g，即在N用量為137.25 kg/hm2、P用量為240 kg/hm2條件下，菜用大豆籽粒的蔗糖含量最高。

3 討論與結論

本試驗結果表明，不同施肥水平對菜用大豆生長與糖類含量均具有一定影響。同一品種菜用大豆(蘇新6號)經不同水平氮磷鉀施肥處理后，莢長、莢寬、百粒鮮質量差異不大(CV<10%)，單莢質量、始花葉片數、單株結莢數差異較明顯(CV>10%)但差異有限。N2P2組合下農藝性狀莢長、莢寬、莢質量、百粒鮮質量和單株結莢數表現更佳，花期更短，單從百粒鮮質量來看N0P0K0、N0P1K1表現較佳。同一品種的開花期因磷肥影響提前開花結莢，適量磷、鉀肥能夠延長花期，避免落花落果。

SPAD值在開花期和鼓粒盛期均隨氮施用量的增加而增加，開花期P1、P2的影響則明顯高于P0，鼓粒盛期SPAD值隨磷施用量的增加而增加，氮肥、磷肥分別是影響開花期、鼓粒盛期SPAD值的主效因子。

蔗糖是菜用大豆籽粒中含量最高的糖，對于蔗糖來說，方差分析結果得出3因素顯著影響了蔗糖含量，且3因素互作效應明顯。蔗糖含量隨氮肥的增加先增后降，這與章建新等的研究結果[18]相似。一般認為磷肥的響應結果也是相似的[19]，本試驗中蔗糖含量則隨磷肥的增加而增加，可能是由于磷肥的施用量未達到過量水平。本試驗中蔗糖含量最高的氮磷鉀施用量為N2P2K0，N2P2施肥水平表現出更高的蔗糖含量。

由于蔗糖含量的方程模型具有較高的擬合度，能夠對蔗糖含量進行預測，從回歸分析得出，鉀肥的施用對蔗糖含量影響不顯著，這與前人的研究結果[20-23]存在差異，且鉀肥與氮肥、磷肥不存在互作效應，可能與鉀肥施用水平的選擇有關。盡管數學建模的擬合度有限，但建模更有利于預測蔗糖與氮、磷肥施用量的關系，從而得出最適施肥配方，為今后的施肥水平設計提供具體方向。通過方程模擬得出在該試驗范圍內，N施用量為137.25 kg/hm2，P施用量為240 kg/hm2條件下，菜用大豆籽粒的蔗糖含量最高。

果糖與葡萄糖在籽粒中的含量相對較少，回歸分析得到的擬合效果不如蔗糖高，但僅從多因素方差分析結果來看，氮磷鉀施肥能夠顯著影響果糖與葡萄糖含量的變化。并且果糖與葡萄糖受施肥影響差異較小，較低濃度水平仍能夠表現出較高的果糖、葡萄糖含量，這可能與籽粒內糖類成分合成有關。