密度和肥料对旱地芸豆品种经济性状及产量的效应

高锦旭，赵绪明，蒋树怀， 郭　超， 白文琴，高金锋，高小丽，杨　璞，王鹏科

(1.西北农林科技大学 农学院，陕西杨凌　712100；2.陕西省安塞县农业技术推广中心，陕西安塞　717400；3.陕西省榆林市农业局，陕西榆林　719000)



密度和肥料对旱地芸豆品种经济性状及产量的效应

高锦旭1，2，赵绪明1，蒋树怀3， 郭超1， 白文琴1，高金锋1，高小丽1，杨璞1，王鹏科1

(1.西北农林科技大学 农学院，陕西杨凌712100；2.陕西省安塞县农业技术推广中心，陕西安塞717400；3.陕西省榆林市农业局，陕西榆林719000)

摘要为掌握芸豆品种群体结构动态变化，构建芸豆施肥模型，采用密度试验和“3414”肥料效应试验。结果表明：不同芸豆品种在不同密度条件下，其经济性状和产量表现不同。小粒型品种表现出随密度的增加产量持续增加，大粒型品种随密度的增加产量先增加后降低。试验品种大红芸豆‘YD混1’的最佳种植密度为9.75万株/hm2；氮、钾肥对芸豆产量的影响表现为随使用量的增加先增加后降低的趋势，磷肥对芸豆产量的影响表现为随施用量的增加而增加。芸豆的推荐施肥量为氮肥48.93 kg/hm2，磷肥45 kg/hm2，钾肥55.28 kg/hm2。芸豆栽培中合理的群体结构和最佳的施肥量及其配比是提高芸豆产量的重要因素。

关键词芸豆；密度；3414试验； 肥料效应

芸豆(PhaseolusvulgarisL.)是中国主要食用豆类，是普通菜豆和多花菜豆的总称。其营养丰富，具有药用和保健价值[1]，是调节人类膳食结构的良好食品。据统计，目前中国保存的普通菜豆品种4 026份，多花菜豆品种189份，其中不乏值得推广利用的优良品种，这些品种资源已在20世纪80年代末90年代初全部存入中国农业科学院资源库[1]。目前，中国已成为世界芸豆主要生产国，面积、产量皆超过美国(26万～28万hm2)、加拿大(20万～25万hm2)等国家。在中国小杂粮对外贸易中，芸豆出口量近年来一直占据第一位[2]，芸豆越来越被人们所关注。目前，有关芸豆密度的研究报道甚少，对于单作芸豆，许多研究结果表明[3-5]，其产量和品质的形成在较大程度上受种植密度的影响。“3414”肥料效应田间试验是获得各种作物最佳施肥量、施肥比例、施肥时间以及施肥方法的重要途径之一，也是建立施肥指标体系的基本环节，国内许多研究人员对“3414”肥料效应试验的设计与统计分析的方法进行报道[6-10]。“3414”肥料施肥模型在许多作物上已得到应用，并且通过“3414”肥料效应试验确定玉米[11-12 ]、小麦[13 ]、水稻[14 ]、花生[15-16 ]、油菜[17]、马铃薯[18 ]等的最佳施肥模型。芸豆属豆科作物，虽具有较强的固氮能力，但科学使用肥料也是提高其产量、品质及效益的重要方面。本试验通过旱地田间密度和肥料试验，掌握各施肥单元芸豆优化施肥数量、施肥比例和施肥方法；确立不同品种适宜密度及群体结构变化，构建芸豆施肥和群体结构模型，为芸豆施肥分区和肥料配方设计以及芸豆的高效栽培提供依据。

1材料与方法

1.1芸豆密度试验

以小黑芸豆‘Y05’和普通大红芸豆‘YD混1’为试验材料。‘Y05’属小粒类型(千粒质量25～30 g)，半蔓生，生育期长，产量高；‘YD混1’为大粒类型(千粒质量40～45 g)，生育期短，商品性状好。

设5.25万株/hm2(M1)、7.50万株/hm2(M2)、9.75万株/hm2(M3)、12.00万株/hm2(M4)、14.25万株/hm2(M5)。

于2011-2012年在陕西榆林神木县赵家沟示范园进行试验。小区面积7.2 m2(1.8 m×4 m)，随机区组排列，重复3次，5行区，行距36 cm于播前5 d用条播机。将“庄稼汉”牌复合肥300 kg/hm2[w(N)=15%，w(P2O5)=10%，w(K2O)=5%]的施肥量施入沟中，深度10 cm。成熟时测定株高、主茎分枝、主茎节数、单株荚数、荚长、荚粒数、百粒质量等经济性状，成熟后小区收获计产。

1.2芸豆肥料试验

于2011-2012年在陕西榆林神木县赵家沟示范园进行试验。试验采用农业部编制的《测土配方施肥技术规程》推荐的“3414”肥料试验设计，试验品种为小黑芸豆‘Y05’，小区面积18 m2，随机排列，8行区，行距37.5 cm，株距25 cm，种植密度10.67万株/ hm2。成熟时测定株高、主茎分枝、主茎节数、单株荚数、荚长、荚粒数、百粒质量等经济性状，成熟后小区收获计产。

“3414”肥料试验设3因素4施肥水平，共14个处理组，以N0P0K0为对照组。试验因素水平见表1，处理组施肥情况见表2。

表1　施肥试验处理方案

注：0水平为不施肥；2水平指当地推荐施肥量；1水平=2水平×0.5；3水平=2水平×1.5(该水平为过量施肥水平)。

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数据处理

采用Excel 2010对试验数据进行统计分析。

2结果与分析

2.1种植密度对芸豆经济性状及产量的影响

2.1.12个芸豆品种在不同密度下的经济性状由表3可看出，2个芸豆品种随着密度的增加经济性状呈现不同的变化趋势。小黑芸豆‘Y05’的主茎分枝、单株荚数随密度增加而降低；荚长、荚粒数、百粒质量随密度的增加呈先升后降趋势；株高和主茎节数都是随密度的增加而呈现出先升高再降低再升高趋势；大红芸豆‘YD混1’的株高、主茎节数、单株荚数随着种植密度增加呈下降趋势；主茎分枝、百粒质量随密度的增加呈先升后降趋势；荚长随密度的增加而呈先降低再升高再降低趋势，密度对荚粒数基本没有影响。在单位面积上面的光照量是固定的，随密度的增加势必会加强植株个体之间光合营养的竞争，因此随密度的增加导致植株个体的主茎分枝、单株荚数等性状的减少。

表2　不同处理底肥用量

由表3还可看出，2个芸豆品种的性状差异较大，大红芸豆‘YD混1’的荚长和百粒质量大于小黑芸豆‘Y05’，而其他性状均小于小黑芸豆‘Y05’。小黑芸豆‘Y05’虽然百粒质量小，但与产量相关的有关性状，如单株荚数、荚粒数等明显高于‘YD混1’，尤其是‘Y05’尽管单株性状随密度的增加而有所下降，但单位面积的数量增加很多，从而引起产量高而且随密度增加而持续升高。

2.1.22个芸豆品种在不同密度下的产量由表3可以看出，‘Y05’随密度的增大产量持续增加；‘YD混1’先随着密度的增加而增加，当达到一定密度后，产量随密度的增加而降低。方差分析表明(表4)，芸豆产量处理间、种植密度以及品种间均存在显著差异，可以看出种植密度和种植品种都能影响芸豆的产量，而且种植密度和品种间存在互作效应。不同品种的最适种植密度不同，因此，在生产上要根据不同品种确定最适合的种植密度，通过合理密植来提高芸豆产量。例如，‘YD混1’属大粒型品种，适合的种植密度在9.75万株/ hm2左右。从产量角度来说，选择株型紧凑，耐密植的品种是首先要考虑的因素。

表3　不同密度下2个芸豆品种的经济性状和产量

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

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

表4　不同品种不同密度芸豆的产量方差分析表

2.2肥料效应对芸豆经济性状及产量的影响

2.2.1不同施肥处理对芸豆经济性状的影响氮、磷肥对作物营养生长有利，磷钾对作物生殖生长及光合产物的运转积累有一定的影响。通过氮、磷、钾对芸豆各经济性状的作用分析(表5)可知，芸豆经济性状对氮、磷、钾的反应呈现出复杂变化。例如，株高、主茎分枝、主茎节数在N2P1K2和N2P3K2处理表现较高，而在N3P2K2处理却最低；主茎节数在N2P1K2处理最多(15.9)。分析其原因是氮、钾肥合适的水平下，磷肥可促进芸豆根系的发育和分蘖，使芸豆吸收更多的养分产生更多的分枝；主茎节数在N3P2K2处理最低(11.6)，原因是氮肥施用量的增加，营养生长旺盛，节间的长度增加，主茎节数减少；单株荚数在N1P2K2处理最多，原因是降低氮肥的施用，在合适的磷、钾肥条件下有利于光合产物向籽粒中转移，因而单株的荚数会增加；在芸豆生长后期，营养生长逐渐转向生殖生长，此时氮、磷、钾肥合适的比例，促进各元素之间的相互吸收，百粒质量在N2P0K2处理最大。由此可见，科学的施肥有利于合理协调芸豆的生长发育过程，从而有利于芸豆产量的形成。

表5　不同施肥处理芸豆的经济性状

2.2.2不同施肥处理对芸豆产量的影响将芸豆产量按照N、P、K使用水平由低到高的顺序列于表6。由表6可以看出，N1P2K1产量最高，N2P2K3产量最低，N0P0K0处理产量处于较低的水平。除N1P2K2和N2P2K3处理产量低于对照组(N0P0K0)，其余12个处理均高于对照组。其中N1P2K1处理比对照组增产31.1%， N1P2K2处理与对照组相比减产1.3%， N2P2K3处理与对照组相比减产10.4%。

从氮、磷、钾肥使用量上看，在N0、N1、N2水平上芸豆平均产量呈现低-高-低的趋势，即N1水平平均产量较高；在P0、P1、P2水平上芸豆平均产量呈现持续增高的趋势，即P2水平平均产量较高；在K0、K1、K2水平上芸豆平均产量呈现低-高-低的趋势，即K1水平平均产量较高。可以看出，适当增加氮、钾肥的用量能够提高芸豆产量水平，但过多施用反而降低芸豆的产量水平；而磷肥的施用对于芸豆产量的提高非常明显。

表6　不同氮、磷、钾施用量处理下芸豆的产量

2.3地力分析

肥料的互作效应分析结果(表7)表明，N、P和N、P、K 的互作效应相对较高，比不施肥处理分别增产25.60%和14.88%；其次是 N、K 和P、K的互作效应，增产率为11.71%和11.13%。无肥区产量占全肥区产量的87.05%；缺N 区产量占全肥区产量的 96.74%，说明土壤全N含量为中等偏高水平；而缺P区产量占全肥区产量的97.24%，说明土壤有效P含量中等偏高水平；缺K区的产量占全肥区产量的109.33%，说明土壤有效K含量中等偏高水平。试验用地属于基础地力较高。

表7　肥料互作效应和地力养分丰缺情况分析

2.4肥料与产量之间的回归模型

根据表2的N、P、K施用量及表6各施用量的产量结果，利用回归分析和方差分析，计算出肥料和产量之间的一元二次、三元二次方程，再求解得出N、P、K的最佳施用量。

2.4.1氮肥施用量对芸豆产量的影响根据氮肥不同施用量同芸豆产量间的对应关系，通过回归分析得出氮肥用量与芸豆产量之间的回归方程y=-0.091 5x2+8.953 8x+1 265(R2=0.980 5)，其中y为产量，kg/hm2；x为N肥用量，kg/hm2(图 1)。该试验点复测定系数R2=0.980 5比较大，说明方程拟合程度较好。

可以得出，本试验芸豆的最高产量施肥量是48.93 kg/hm2，对应的最高产量为1 484.05 kg/hm2。

2.4.2磷肥施用量对芸豆产量的影响根据磷肥不同施用量同芸豆产量间的对应关系，通过回归分析得出磷肥用量与芸豆产量之间的回归方程y=-0.092 5x2+3.455 6x+1 410.7(R2=0.513 4)，其中y为产量，kg/hm2；x为P肥用量，kg/hm2(图2)。该试验点复测定系数R2=0.513 4 比较小，说明方程拟合程度较差。

图1　氮肥用量对芸豆产量的影响

图2　磷肥用量对芸豆产量的影响

2.4.3钾肥施用量对芸豆产量的影响根据钾肥不同施用量同芸豆产量间的对应关系，通过回归分析得出钾肥用量与芸豆产量之间的回归方程y=-0.060 4x2+6.677 4x+1 264(R2=0.828 7)，其中y为产量，kg/hm2；x为N肥用量，kg/hm2(图3)。该试验点复测定系数0.828 7比较小，说明方程拟合程度一般。

通过钾肥的一元二次方程及拟合图可以得出，芸豆的最高产量施肥量是55.28 kg/hm2，对应的最高产量为1 448.55 kg/hm2。

虽然该试验点复测定系数R2=0.934 7比较大，但得到的方程中一次项和二次项系数均有正值和负值，模拟获得的三元二次肥料函数不符合报酬递减律，因此属于非典型肥料效应函数[19-20]。通过对函数系数的规律发现此函数没有极大值，因此不能用来计算出推荐施肥量。地力不均匀、土壤中水分分布不均匀及天气因素等许多因素都可能对试验结果造成这种影响。在大田肥料试验中，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]。因此在本试验条件下，氮肥推荐的施用量为48.93 kg/hm2，钾肥的推荐施用量为55.28 kg/hm2。

图3　钾肥用量对芸豆产量的影响

3结论与讨论

不同芸豆品种的最佳种植密度不同，本试验中小黑芸豆‘Y05’随密度的增加产量增加，大红芸豆‘YD混1’随密度的增加呈先增后减趋势。‘Y05’为小粒、耐密型品种，产量高，栽培时应尽量增加密度，以增加单位面积的株数，从而提高单位面积荚数、荚粒数等增加产量。本试验结果表明，密度增加到14.25万株/ hm2，仍然具有较高的产量，该品种的最佳种植密度还需要在更大密度下研究确定；‘YD混1’为大粒、大叶型品种，产量低且耐密性差，应通过合理的种植密度使群体的生产潜力最大。‘YD混1’在密度为9.75万株/hm2时产量最大(1 245.17 kg/hm2)。不同品种芸豆在最适种植密度和产量方面存在较大的差异。种植密度过度增加，会造成群体通风透光条件下降，光合利用效率下降，呼吸消耗增加，导致产量下降。种植密度较低时，通风透光良好，单株的农艺性状表现优良，但是群体数量偏低，也会造成产量较低。因此，针对不同芸豆品种应确定其最佳种植密度，充分考虑单株与整体产量的关系，才能发挥出芸豆最大生产潜力。

芸豆自身具有固氮功能，适当施用氮肥有助于产量的提高，但是过多的氮施用会造成营养生长旺盛，产量降低。因此，在芸豆的整个生长发育时期要控制氮肥的施用量，配合磷肥和钾肥，促进光合产物的积累和转运，使芸豆籽粒饱满。本试验中，以N1P2K1处理产量最高(1 554.34 kg/hm2)。该次试验地地力属于较高类型，3种肥料中，芸豆产量对磷肥比较敏感，并且在N1P2K1中产量表现最佳。通过一元二次回归方程得氮肥48.93 kg/hm2， 钾肥 55.28 kg/hm2产量最大。结合试验中表现最好的处理组N1P2K1，推荐磷肥的施用量为45.00 kg/hm2。本试验所用芸豆品种虽然非常典型，但毕竟类型有限，尤其是肥料试验中仅利用的是小粒型品种，无重复排列，由于农业大田试验容易受到品种及气候等因素的影响，建议在当地进行多类型多品种重复试验，这样得到的数据会更加接近农业生产的实际需求，为科研和生产提供便利指导。

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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.

(责任编辑：史亚歌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

中图分类号S352

文献标志码A

文章编号1004-1389(2016)03-0378-08

通信作者：王鹏科，男，副教授，硕士生导师，主要从事小杂粮遗传育种研究。E-mail:ylwangpk@163.com

基金项目：陕西省科技统筹项目(2014KTZB02-03-03)；西北农林科技大学唐仲英育种基金(2012-4)；陕西省小杂粮产业技术体系建设项目。

收稿日期：2015-03-31修回日期：2015-06-04

网络出版日期：2016-03-06

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

第一作者：高锦旭，男，硕士研究生，从事杂粮高产生态生理研究。E-mail: 360268686@qq.com