NPK配比对红芸豆干物质积累、转移及产量相关因子的影响

晋凡生，李晓平，韩彦龙，李洁，李海金

（1山西省农业科学院旱地农业研究中心，太原030031；2山西农业大学资源与环境学院，山西太谷030801）

NPK配比对红芸豆干物质积累、转移及产量相关因子的影响

晋凡生1，李晓平2，韩彦龙1，李洁1，李海金1

（1山西省农业科学院旱地农业研究中心，太原030031；2山西农业大学资源与环境学院，山西太谷030801）

研究不同NPK配比对红芸豆干物质积累、转移及产量相关因子的影响，可为红芸豆高效生产及适量施肥提供理论依据。本试验是以‘英国红’红芸豆为试材的“3414”大田肥料试验。结果表明，红芸豆整个生育期干物质积累呈现“慢—快—慢”的变化趋势。N肥的在营养生长阶段对干物质积累起到主要作用，K肥在生殖生长阶段对干物质积累起到主要作用，促进了后期营养器官的干物质向生殖器官转移；各器官较高的干物质转移率是取得高产的物质基础，而缺N、缺P会严重影响到茎干物质对籽粒的转移率和贡献率；红芸豆的叶、茎、荚皮的干物质对籽粒的转移率和贡献率所呈现的趋势高度一致。NPK对红芸豆产量因子的作用侧重点不同，N肥对产量因子的群体（有效荚数和每荚粒数）起到促进作用，而PK肥对产量因子的个体（百粒重）起到促进作用。通过对NPK三因子与2014年产量的三因素进行回归分析，求解得出：施肥量分别为N 132.03 kg/hm2、P2O5160.02 kg/hm2、K2O 104.80 kg/hm2时，红芸豆的最高产量为2627.26 kg/hm2。

红芸豆；NPK配比；干物质积累；干物质转移；产量因子

0 引言

芸豆(Phaseolus vulgaris L.)是中国高寒冷凉区种植的一种主要食用豆作物，生育期短，耐旱耐瘠，籽粒营养丰富，在国内外市场极受欢迎。中国对芸豆的研究始于1978年，起步较晚，科研力量薄弱，育成品种较少，栽培手段落后，田间管理粗放，造成芸豆单产水平较低，极大地影响了芸豆规模化生产。

近年来对红芸豆的研究主要集中在不同N肥水平或光照强度对其生物生理性状、产量及产量构成因素的影响、P肥水平对不同品种芸豆氨基酸含量及组分的影响[1-9]、种植密度对红芸豆的产量及构成因素的影响[10-12]、干旱胁迫对芸豆籽粒干物质积累的影响[13]，在一些品种比较和栽培技术方面也有少量施肥研究[14-17]；而施肥对红芸豆干物质积累、分配和转移规律的影响还研究的较少；但在大豆上有很多关于施肥对大豆品质、干物质积累、源库调节效应等方面的研究[18-23]，本课题在试验设计上参考这些试验的思路。“3414”肥料试验方案设计吸收了回归最优设计，具有处理少、效率高的优点，是目前应用较为广泛的肥料效应田间试验方案。因此，笔者从2014年开始进行了本试验，深入研究不同NPK配比对红芸豆干物质积累、转移及产量相关因子的影响，以期为红芸豆高效生产及适量施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

本试验于2014—2015年在山西省农科院旱农中心的河村试验基地(N38°05′，E112°90′)进行。试验基地位于山西省中部，海拔1270 m，无霜期140天左右，年均降水量450 mm，年均蒸发量1995 mm，年均气温6～7℃，≥10℃活动积温2600℃，为典型的半干旱区。试验地土壤属于褐土性土，土壤pH 8.02，有机质含量为16.50 g/kg，全N为1.09 g/kg，碱解N为55.12 mg/kg，有效P为14.63 mg/kg，速效K为161.09 mg/kg。前茬作物为玉米。阳曲县河村试验基地在2014年6、7、8月3个月降水量较往年明显偏少，只有历年平均降水量的42%，属于极度干旱；2015年的降雨量明显高于历年平均水平，为丰水年。

1.2 试验材料

供试作物为红芸豆，属于普通菜豆(Phaseolus vulgaris Linn)矮生直立型品种，供试品种为‘英国红’；N肥为尿素，含N量46%，P肥为粒状过P酸钙，P2O5含量为12%，K肥为硫酸K，K2O含量为45%。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计试验采用农业部推广的“3414”肥料试验设计，即NPK 3因素4水平14个处理；4个水平的施肥量分别为：0水平为不施肥；2水平为当地推荐施肥量；1水平为2水平×0.5；3水平为2水平×1.5（见表1）。随机区组排列，3次重复。

1.3.2 试验实施田间试验小区长7 m，宽4 m，0.5 m等行距种植，穴距0.2 m，每穴2株。试验在自然降水条件下进行，无补充灌溉，出苗后按常规措施进行田间中耕、除草管理。2015年的试验是在2014年的基础上继续种植，试验设计、布置及田间管理同2014年。

表1 施肥水平

1.3.3 测定日期在红芸豆的生长发育过程中对其进行采样，历年红芸豆的生育期的划分及取样、测量日期如表2所示。

表2 红芸豆的生育期划分及取样、测量日期

1.3.4 调查及测定方法

（1）红芸豆植株的干物质积累、分配测定及计算方法。干物质积累及分配是反映红芸豆个体或群体物质生产性能的重要指标，也是衡量作物的栽培措施、环境条件等是否恰当和合理的重要标志。

测定方法：分别在红芸豆V2、R1、R3、R6和R85个时期选有代表性的植株4～6株，用自来水小心冲洗干净，然后迅速将采集的红芸豆植株按照器官分为茎、叶、荚皮、籽粒等，将分好的各部分器官装入纸袋，在105℃烘箱中杀青30 min，于80℃恒温条件下烘至恒重，称取各器官的干重，并计算干物质重量，进一步推算各时期各部位的干物质积累和分配转移状况。

（2）田间形态指标测定方法。挑选长势均匀连续的10株红芸豆，各处理分别挂牌标记，在每个生育期测定株高、根茎粗和主茎节数。

株高：从地表到植株茎部生长点的高度。

茎粗：用电子数显卡尺(NSCING IP54)测量第一对真叶下的植株直径。

主茎节数：主茎节数是从子叶痕至主茎顶端的节数。

（3）室内考种及产量。室内考种：在红芸豆成熟后，即将收获时，对各处理小区内挂牌的10株红芸豆进行考株，分别考察单株有效荚数、单株粒数、百粒重等。

单株有效荚数：分别数每株的有效荚个数，并求平均数。

单株粒数：随机10荚的平均粒数。

百粒重：100粒红芸豆籽粒的重量，3次重复，误差控制在±0.5%以下。

此外，收获后进行田间测产，各小区分别收获、脱粒、晾晒，采用人工打场方式进行脱粒，要防止过度碾压造成籽粒破损。脱粒后，避免日晒过度，以免籽粒颜色变深。在同等条件下称量各肥料处理下相应小区的产量，并换算成公顷产量(kg/hm2)。

（4）数据处理及统计分析。采用Excel 2003、DPS 7.05等进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同NPK配比对红芸豆干物质积累的影响

不同NPK配比下红芸豆干物质积累量均随着生育进程而增加，干物质在R1前积累较慢，R1之后积累加速，R6后积累速度又变慢，呈现“慢—快—慢”的变化趋势（见图1）。

图1 不同NPK配比红芸豆群体的干物质积累动态

图2 氮磷钾不同施肥水平干物质积累动态

由数据分析可以看出，红芸豆全生育期干物质积累量随着N肥施用量的增加而增加，随着P肥施用量的增加呈先增加后降低的趋势，随着K肥施用量的增加呈先降低后增加的趋势（见图2）；在平衡施肥的基础上，分别增加了N和K的处理11和处理10在R8期干物质积累量分别达到9556 kg/hm2和9592 kg/hm2，显著高于同期其他处理的干物质积累量，这和产量结果也基本上能够相互印证；从整个生育期的干物质积累量来看，处理11在R3到R6期干物质积累量极速增加，而处理10在R6到R8期干物质积累量达到高峰，这说明N肥的在营养生长阶段对干物质积累起到主要作用，K肥在生殖生长阶段对干物质积累起到主要作用，促进了后期营养器官的干物质向生殖器官转移，从而增加了红芸豆生殖生长阶段的干物质积累。根据统计分析，R3干物质积累量与产量的相关性为0.5224，R6为0.6249*，R6与红芸豆产量的相关性达到显著水平，说明红芸豆后期干物质积累量是影响产量的关键因素。

2.2 不同NPK配比对红芸豆各器官干物质占比

由表3可以看出，红芸豆各器官的干物质占比随着红芸豆生育进程的推进而变化，叶的占比呈下降趋势；茎的占比则先增加，再减小，最后趋于平衡；荚皮的干物质占比缓慢下降，籽粒干重占比则成上升状态。红芸豆R3前干物质积累以营养器官为主，之后逐步转向生殖器官，然后荚皮和籽粒的干物质分配比例均呈继续上升状态，至红芸豆R8转变成干物质的分配中心，收获时籽粒干重占总干物质积累的47%左右，这也说明这一时期是产量形成的主要时期。

NPK对红芸豆各器官干物质分配的影响比较复杂，这与同期植株的干物质积累总量也密切相关。通过对各器官干物质占比数据分析可知，红芸豆叶片的干物质占比随着N肥施用量的增加而增加，随着PK肥施用量的增加呈先增加后降低趋势。红芸豆茎干物质占比随着NK肥施用量的增加而增加，随着P肥施用量的增加呈先增加后降低趋势。红芸豆花荚、籽粒的干物质占比随着N肥施用量的增加而增加，随着P肥施用量的增加呈先增加后降低趋势，随着K肥施用量的增加而降低。红芸豆荚皮的干物质分配比例随着N肥施用量的增加而降低，随着PK肥施用量的增加而增加。

表3 不同NPK配比下红芸豆各器官干物质占总干物质的百分比%

2.3 不同NPK配比对红芸豆结荚后干物质转移率分析

红芸豆结荚后各器官的干物质转移率和对籽粒的贡献率在不同肥料处理间有较大差异。结荚后叶片干物质的转移率明显比茎和荚皮高，其随着NP肥施用量的增加呈先增加后降低的趋势，但随着K肥施用量的增加而降低。而缺N、缺P会严重影响到茎干物质对籽粒的转移率和贡献率。

红芸豆的叶、茎、荚皮的干物质对籽粒的转移率和贡献率所呈现的趋势高度一致。其中叶片的贡献率随着转移率的变化而变化，且一直低于转移率（见图3）；茎和荚皮的转移率和贡献率波动趋势一致，只是贡献率的波动幅度小于转移率，对籽粒形成比较稳定的干物质传输（见图4、图5）。

图3 叶片干物质转移率对籽粒的贡献率

图4 茎干物质转移率对籽粒的贡献率

结合红芸豆的产量结果综合分析，各器官较高的干物质转移率和贡献率是取得高产的物质基础。

图5 荚皮干物质转移率对籽粒的贡献率

2.4 不同NPK配比对红芸豆产量及相关因子的影响

由于2014年是干旱年，生育期降水量为220.7 mm，而2015年是丰水年，生育期降水量为416.8 mm，差距巨大，因此对试验结果造成不同的影响。

通过对红芸豆产量及相关因子的数据（见表4）分析可以看出，2014年红芸豆有效荚数随NK肥的增加呈先增加后降低的趋势，随P肥施用量的增加而降低，2015年红芸豆有效荚数随NP肥的增加而增加，与K肥施用量的规律不明显；2014年每荚粒数与施肥量的规律不明显，2015年红芸豆每荚粒数随NPK肥施用量的增加而增加；2014年和2015年百粒重均随着N肥施用量的增加呈先增加后降低的趋势，随PK肥施用量的增加而增加。

对两年数据综合分析后发现，施N处理的红芸豆产量相关因子均显著高于不施N处理；PK肥与有效荚数和每荚粒数没有显著相关性，而与百粒重则相关性显著；由此可见，N肥对产量因子的群体（有效荚数和每荚粒数）起到促进作用，而PK肥对产量因子的个体（百粒重）起到促进作用。

从产量结果来看，2014年红芸豆产量随N肥施用量的增加而增加，但随PK肥的增加而降低，2015年红芸豆产量随NPK肥的增加而增加。说明土壤水分对PK肥的吸收利用有很大的影响，由于篇幅限制，此问题将另外撰文讨论。

2.5 不同NPK配比与红芸豆产量效应的关系

通过对NPK三因子与2014年和2015年产量的回归分析，并进行方程拟合，发现有一定的数量关系。

将2014年产量与NPK三因素进行回归分析，可以得到的三元二次回归方程为(4)。

表4 不同NPK肥对红芸豆的产量及产量相关因子的影响

通过极值求解得出：施肥量分别为N 132.03kg/hm2、P2O5160.02 kg/hm2、K2O 104.80 kg/hm2时，红芸豆的最高产量为2627.26 kg/hm2。

由于重茬和降水量不同的影响，通过对NPK 3个施肥因子与2015年产量的三因素回归分析表明，各因子拟合的回归方程的F值均不显著(F＜F0.05)，因此回归方程拟合不成功，不继续求解最高产量以及对应施肥量。

3 结论

不同NPK配比下红芸豆干物质积累量均随着生育进程而增加，干物质在R1前积累较慢，之后积累加速，R6后积累速度变慢，呈现“慢—快—慢”的变化趋势。

N肥的在营养生长阶段对干物质积累起到主要作用，K肥在生殖生长阶段对干物质积累起到主要作用，促进了后期营养器官的干物质向生殖器官转移，从而增加了红芸豆生殖生长阶段的干物质积累。

红芸豆花荚、豆粒的干物质占比随着N肥施用量的增加而增加，随着P肥施用量的增加呈先增加后降低趋势，随着K肥施用量的增加而降低。

红芸豆的叶、茎、荚皮的干物质对籽粒的转移率和贡献率所呈现的趋势高度一致。其中叶片的贡献率随着转移率的变化而变化，且一直低于转移率；茎和荚皮的转移率和贡献率波动趋势一致，只是贡献率的波动幅度小于转移率，对籽粒形成比较稳定的干物质传输；而缺N、缺P会严重影响到茎干物质对籽粒的转移率和贡献率；各器官较高的干物质转移率和贡献率是取得高产的物质基础。

NPK对红芸豆产量因子的作用侧重点不同，N肥对产量因子的群体（有效荚数和每荚粒数）起到促进作用，而PK肥对产量因子的个体（百粒重）起到促进作用；土壤水分对PK肥的吸收利用有很大的促进作用。

通过对NPK 3因子与2014年产量的三因素进行回归分析，求解得出：施肥量分别为N 132.03 kg/hm2、P2O5160.02 kg/hm2、K2O 104.80 kg/hm2时，红芸豆的最高产量为2627.26 kg/hm2。

由于2015年的试验是在2014年试验的基础上进行的，豆科作物重茬对试验结果造成了一定程度的影响，再加之2年生育期降水量差距很大，导致两年试验结果有差异，将在2016年的田间试验中进一步进行验证。

4 讨论

NPK合理配比的平衡施肥对红芸豆干物质积累和产量因子的形成起到促进作用，但大田试验有着诸多不可控因素，如降水量、气温、地力因素、前茬作物等，这些因素均会影响到大田试验的结果。因此，肥料试验需要进行多年的重复试验，以验证其变化规律，才能得出相对比较客观的结果。

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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论文编号：cjas16070020

科技部“十二五”国家科技支撑计划(2014BAD07B05)。

晋凡生，男，1964年出生，山西夏县人，副研究员，本科，研究方向：作物栽培和农田生态。通信地址：030031山西省太原市龙城大街81号山西省农业科学院旱地农业研究中心，Tel：0351-7639513，E-mail：jinfs@sina.com。

2016-07-25，

2016-11-21。