增施生物有机肥对红芸豆产量和品质的影响

张 杰 陈 鑫 高芳芳 马亚君 刘燕燕 武才女

（1山西师范大学生命科学学院，041000，山西临汾；2神池县科技服务中心，036100，山西忻州；3国家微生物肥料技术研究推广中心第24号技术推广站，041000，山西临汾）

红芸豆（Phaseolus vulgaris L.）是许多国家重要的植物蛋白质营养来源之一，是调节膳食结构的良好食品[1-2]，同时还是禾谷类和薯类作物的良好前茬，在旱区农业种植结构调整中具有不可替代的作用[3]。红芸豆籽粒营养丰富，蛋白质含量可达16.0%～30.8%，比禾谷类作物高2～3倍，脂肪含量低且淀粉含量高[4]。在国际贸易中，芸豆贸易数量约占整个食用豆出口量的20%～25%，主要出口国有美国、中国和加拿大等[5]。在我国小杂粮的对外贸易中，芸豆的出口量占据第一位[6-7]。由于出口量大，种植面积逐年扩大。芸豆性喜温凉而怕涝，适宜在海拔1500～3000m之间的温凉地区种植[8]。山西省忻州地区因海拔高等自然优势，产出的芸豆籽粒饱满，营养丰富。神池县作为忻州红芸豆主产区之一，因多年来一直采用只施化肥的常规施肥方法，导致红芸豆产量低且不稳。为此，改变常规施肥习惯，探寻合适的施肥方法，对指导红芸豆增产增收具有重要的现实意义。目前，关于播期、种植密度、光照、氮磷钾配比及种植模式等方面对红芸豆产量和品质影响的研究较多，且对于红芸豆生长产量及品质有积极作用[3,9-12]。对于增施生物有机肥的肥效研究则大多集中在小麦、玉米、烟草和水稻[13-16]等作物上，关于红芸豆这方面的应用研究少见报道。大量研究表明，增施生物有机肥可明显提高作物的产量与品质，改善土壤环境[17-23]。因此，本试验采用“414”方案进行连续3年定位试验，以英国红芸豆为试验材料，在常规施肥的基础上增施不同量的生物有机肥，研究不同施肥模式对红芸豆产量及品质的影响规律，以期为山西省神池县红芸豆种植提供科学合理的技术指导和施肥方案，并为今后生物有机肥在红芸豆上的应用推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验基地位于山西省忻州市神池县（38°56′～39°24′N，111°～112°18′E），地处晋西北黄土高原，属温带大陆性季风气候。近30年气象资料统计：年均气温5.4℃，年均降水量462.0mm，年均日照时数2737.5h，年均无霜期137.2d。最多风向为西风和偏西风，年平均风速3.6m/s。县境内海拔1254.0～2545.0m，高差达1291.0m，县城海拔1525.4m。试验田地势平坦，均为砂质壤土，试验前后取耕作层（0～20cm）土壤样品用于理化性质分析。

1.2 试验材料

1.2.1 供试品种 英国红芸豆，是山西省境内种植的主要芸豆品种。

1.2.2 供试肥料 生物有机肥由国家微生物肥料技术研究推广中心提供，硝酸磷和尿素由神池县科技服务中心提供，具体指标见表1。

表1 试验所用肥料Table 1 Fertilizer used in the experiment

1.3 试验设计

采用“414”方案[24]（每生产100kg的红芸豆籽粒，N的需求量约为5.49kg，P2O5的需求量约为1.33kg，K2O的需求量约为4.90kg，N∶P2O5∶K2O≈4∶1∶4）定位试验，田间试验设在山西省忻州市神池县大严备乡、东湖乡和烈堡乡进行。2017和2018年均设4个施肥处理（CK、T1、T2、T3），各处理试验面积均为0.33hm2（5亩）。2019年2个试验点同设2个处理，均记为CK和T2，空白对照组面积为0.67hm2（10亩），扩大示范种植面积为6.67hm2（100亩）。试验采用随机区组设计，每个处理重复3次，种植密度均为185 000株/hm2，行距50cm，株距30cm，具体施肥处理见表2。其他种植方式及耕种管理按照当地种植习惯进行。

表2 试验分组设置Table 2 Experimental grouping settings kg/hm2

1.4 测定项目和测定方法

1.4.1 形态指标测定 在红芸豆成熟期，每个处理选取植株整齐、有代表性的红芸豆20株，用卷尺测定其株高和豆荚长。

1.4.2 营养品质测定 每个处理取200g的红芸豆样品委托北京谱尼理化分析测试中心测定其蛋白质和脂肪含量。

1.4.3 室内考种 在红芸豆即将收获时，对各处理小区内挂牌的20株红芸豆进行考种，分别考察其单株有效荚数、每荚粒数和千粒重等。

1.4.4 产量及经济效益分析 收获后采用人工打场方式进行脱粒，脱粒时要防止过度碾压造成籽粒破损。脱粒后，避免过度日晒，以免籽粒颜色变深。在同等条件下对各处理进行测产，并折算成单位面积产量，单位为kg/hm2。此外，不计人工投入，根据红芸豆种植过程中的农资投入成本和红芸豆市场售卖价格计算经济效益。

1.4.5 土壤理化指标 试验前后采用“之”字形布点法，采集0～20cm土层土样，充分混匀得到土壤样品。由山西省农业科学院农业环境与资源研究所测定有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量。

1.5 数据分析与处理

采用Excel 2013进行数据处理与作图；采用SPSS 16.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 增施生物有机肥对土壤理化性质的影响

由表3可知，试验前后各处理间土壤理化性质出现了较大变化。土壤有机质提高可改善土壤物理性质，提高土壤的保水保肥能力和缓冲性能。2017年的T1、T2和T3处理试验后的有机质含量均比试验前有不同程度的提高，表现为T3＞T1＞T2＞CK，分别较试验前提高了24.7%、18.2%和3.1%，而CK处理试验后的有机质含量较试验前有所降低；试验后的碱解氮含量表现为T3＞T2＞T1＞CK，其中T3处理碱解氮含量较试验前提高了20.3%；试验后速效磷含量表现为T3＞T2＞CK＞T1，其中T3和T2处理速效磷含量显著高于CK和T1处理，CK和T1处理之间差异不显著；试验后速效钾含量表现为T2＞T3＞T1＞CK，T2和T3处理间差异不显著，但二者均显著高于CK和T1处理，较试验前分别提高了11.2%和7.9%。2018年，试验后有机质含量表现为T3＞T2＞T1＞CK，其中T3和T2处理显著高于T1和CK处理，T1和CK处理之间差异不显著；试验后碱解氮含量表现为T3＞T2＞T1＞CK，其中T3和T2处理碱解氮含量与CK处理差异显著，较试验前分别提高了31.5%和25.8%；试验后速效磷含量表现为T3＞T2＞T1＞CK，3个施生物有机肥处理间差异不显著；试验后速效钾含量同样表现为T3＞T2＞T1＞CK，其中T3、T2与CK处理间差异显著，T1与CK处理之间差异不显著。综上所述，T1、T2和T3处理均可不同程度地改善土壤肥力，说明生物有机肥的施用对土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的积累有积极作用。

表3 不同施肥处理对土壤理化性质的影响Table 3 Effects of different fertilization treatments on the physical and chemical properties of soil

2.2 增施生物有机肥对红芸豆形态指标的影响

由表4可知，2017年各试验组的株高和荚长均较CK处理有不同程度的提高，其中T3处理株高最高，T2处理次之，均与CK处理有显著差异，较CK处理分别提高了20.2%和14.4%；T3处理荚长最高，T2处理次之，但与CK处理无明显差异，较CK处理分别提高了7.6%和6.0%。2018年T2和T3处理的株高较CK处理分别提高了15.0%和28.0%；T2和T3处理的荚长较CK处理分别提高了7.7%和11.1%。综合分析2017和2018年的各项生长指标，T3处理的红芸豆株高与CK处理差异显著，荚长较CK处理也有提高，由此说明，增施生物有机肥对红芸豆株高和豆荚长有促进作用。

表4 增施生物有机肥对红芸豆生长指标的影响Table 4 Effects of increased application of bio-organic fertilizer on growth indexes of red kidney bean cm

2.3 增施生物有机肥对红芸豆营养品质的影响

由表5可知，2017年大严备乡各试验组红芸豆蛋白质含量随着生物有机肥用量的增加而增加，且均高于CK处理，T2和T3处理均显著高于CK处理，T2和T3处理间无显著性差异；脂肪含量随着生物有机肥用量的增加而降低，其中T1处理达到最大值，T2和T3处理与CK处理均无显著性差异。

表5 增施生物有机肥对红芸豆品质指标的影响Table 5 Effects of increasing application of bio-organic fertilizer on quality indexes of red kidney bean g/100g

2018年东湖乡增施生物有机肥的各处理蛋白质含量均高于CK处理，其中T2处理最大，为26.2g/100g，较CK处理增幅为16.4%；脂肪含量表现与2017年一致，T1处理最大，T2和T3处理无显著性差异。由此说明，增施生物有机肥在一定程度可以提高红芸豆的蛋白质含量，对脂肪含量无明显作用。

2.4 增施生物有机肥对红芸豆产量及产量相关因子的影响

从表6可以看出，2017年各处理单株有效荚数与CK处理均无显著性差异；T1、T2和T3处理的每荚粒数均高于CK处理，其中T2处理最大，T2和T3处理间无显著性差异；各试验千粒重无显著性差异，其中T1和T3处理最大，为0.50kg；产量呈现出随着生物有机肥用量的增加而增加的趋势，其中T3处理最大，为3240kg/hm2，相比CK增幅20.4%。

表6 增施生物有机肥对红芸豆产量及产量相关因子的影响Table 6 Effects of bio-organic fertilizer on yield and related factors of red kidney bean

2018年T1、T2、T3与CK处理单株有效荚数和每荚粒数均无显著性差异。T2、T3处理千粒重显著高于CK处理，并且T2、T3处理间无显著性差异，其中T3最大，较CK处理增幅为26.9%；T3处理产量最大，为3035kg/hm2，相比CK增幅为25.9%。由此说明，增施生物有机肥可以显著提高红芸豆的千粒重以及产量。

2.5 增施生物有机肥对红芸豆经济效益的影响

按照红芸豆7.4元/kg的市场售卖价格，计算各处理的总产值（表7）。结果表明，2017和2018年总产值最大的均为T3处理，分别为23976.0和22459.0元/hm2，由于其生产成本较高，导致净利润并非最大，净利润最大的均为T2处理，分别为20267.9和18802.7元/hm2，较CK增幅分别为7.9%和12.3%。

表7 增施生物有机肥对红芸豆经济效益的影响Table 7 Effects of increasing bio-organic fertilizer application on economic benefits of red kidney bean

2.6 扩大面积示范推广与验证性试验

在2017和2018年试验的基础上，2019年选择净利润最高的T2处理分别在烈堡乡和大严备乡扩大面积示范种植红芸豆。从表8可以看出，2个试验点T2处理的产量和净利润均明显高于CK处理。其中烈堡乡T2处理下红芸豆产量达3002kg/hm2，净利润为18 832.3元/hm2，较CK处理分别提高了12.2%和0.9%；大严备乡T2处理下红芸豆产量和净利润较CK处理分别提高了16.3%和6.3%。说明在常规施肥的基础上增施1800kg/hm2生物有机肥的施肥方案适宜大面积推广。

表8 2019年红芸豆的产量及经济效益Table 8 Yield and economic benefits of red kidney bean in 2019

3 讨论

生物有机肥本身不仅具有速效、长效、抗病、改良土壤和抗板结的作用，同时可使土壤中营养物质的含量明显增加，研究表明生物有机肥的施用对土壤中碱解氮、速效磷和速效钾的积累有积极作用[25-27]。

本试验中，2017和2018年红芸豆增施生物有机肥处理在生长指标、产量构成因素以及品质因子等方面均表现出优于常规施肥处理，结果显示，每荚粒数和千粒重是构成产量的关键因素，这与一些学者的研究结果相一致，综合各项指标考虑，T2处理整体效果较好。2019年采用T2处理的施肥方案（硝酸磷300kg/hm2、尿素180kg/hm2和生物有机肥1800kg/hm2）分别在烈堡乡和大严备乡扩大面积种植。3年试验均证明增施生物有机肥可提高红芸豆产量，说明在复合肥的基础上合理增施生物有机肥有利于红芸豆产量和品质的提高[28-30]。

本试验结果显示，2017和2018年均表现出增施生物有机肥的处理蛋白质含量高于常规施肥处理，较常规施肥处理分别提高了14.8%和16.4%；试验处理红芸豆脂肪含量均有所降低，无规律性变化，另外由结果可得，脂肪含量随着蛋白质含量的增加而减少，所以脂肪含量与蛋白质含量呈负相关，这与陈云波[8]的研究结果一致。与常规施肥组相比，试验组受脂肪过氧化影响更小，更适于贮藏加工和出口。说明在常规施肥的基础上增施生物有机肥可有效改善红芸豆的品质。生物有机肥对红芸豆品质及产量的促进作用也使得红芸豆净利润提高，虽然2年试验中T3处理总产值达到最大且其品质达到最佳，但是其肥料投入量最多，导致净利润并非最大。2019年大严备乡红芸豆产量整体较烈堡乡高，主要由于烈堡乡地处高海拔地区，干旱和光照充足的自然条件不利于单株有效荚数的增加，从而导致产量降低。

4 结论

与常规施肥相比，增施生物有机肥能够有效促进红芸豆的生长，加快植株株高增加，提高品质和产量，但是在红芸豆产量和品质提高的同时，还要考虑经济效益。综合考虑，认为T2处理值得推广，即肥料施用量为硝酸磷300kg/hm2、尿素180kg/hm2和生物有机肥1800kg/hm2，该处理对土壤理化性质以及红芸豆的产量、品质和经济效益均有促进作用。改变常规施肥方式，既响应了国家减少化肥使用量的号召，改善了农作物的生长环境，也增加了农民的收入，同时证明了在常规施肥的基础上增施生物有机肥的可行性。