增施生物有機肥對紅蕓豆產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

張 杰 陳 鑫 高芳芳 馬亞君 劉燕燕 武才女

（1山西師范大學生命科學學院，041000，山西臨汾；2神池縣科技服務中心，036100，山西忻州；3國家微生物肥料技術研究推廣中心第24號技術推廣站，041000，山西臨汾）

紅蕓豆（Phaseolus vulgaris L.）是許多國家重要的植物蛋白質(zhì)營養(yǎng)來源之一，是調(diào)節(jié)膳食結構的良好食品[1-2]，同時還是禾谷類和薯類作物的良好前茬，在旱區(qū)農(nóng)業(yè)種植結構調(diào)整中具有不可替代的作用[3]。紅蕓豆籽粒營養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量可達16.0%～30.8%，比禾谷類作物高2～3倍，脂肪含量低且淀粉含量高[4]。在國際貿(mào)易中，蕓豆貿(mào)易數(shù)量約占整個食用豆出口量的20%～25%，主要出口國有美國、中國和加拿大等[5]。在我國小雜糧的對外貿(mào)易中，蕓豆的出口量占據(jù)第一位[6-7]。由于出口量大，種植面積逐年擴大。蕓豆性喜溫涼而怕澇，適宜在海拔1500～3000m之間的溫涼地區(qū)種植[8]。山西省忻州地區(qū)因海拔高等自然優(yōu)勢，產(chǎn)出的蕓豆籽粒飽滿，營養(yǎng)豐富。神池縣作為忻州紅蕓豆主產(chǎn)區(qū)之一，因多年來一直采用只施化肥的常規(guī)施肥方法，導致紅蕓豆產(chǎn)量低且不穩(wěn)。為此，改變常規(guī)施肥習慣，探尋合適的施肥方法，對指導紅蕓豆增產(chǎn)增收具有重要的現(xiàn)實意義。目前，關于播期、種植密度、光照、氮磷鉀配比及種植模式等方面對紅蕓豆產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究較多，且對于紅蕓豆生長產(chǎn)量及品質(zhì)有積極作用[3,9-12]。對于增施生物有機肥的肥效研究則大多集中在小麥、玉米、煙草和水稻[13-16]等作物上，關于紅蕓豆這方面的應用研究少見報道。大量研究表明，增施生物有機肥可明顯提高作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，改善土壤環(huán)境[17-23]。因此，本試驗采用“414”方案進行連續(xù)3年定位試驗，以英國紅蕓豆為試驗材料，在常規(guī)施肥的基礎上增施不同量的生物有機肥，研究不同施肥模式對紅蕓豆產(chǎn)量及品質(zhì)的影響規(guī)律，以期為山西省神池縣紅蕓豆種植提供科學合理的技術指導和施肥方案，并為今后生物有機肥在紅蕓豆上的應用推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗基地位于山西省忻州市神池縣（38°56′～39°24′N，111°～112°18′E），地處晉西北黃土高原，屬溫帶大陸性季風氣候。近30年氣象資料統(tǒng)計：年均氣溫5.4℃，年均降水量462.0mm，年均日照時數(shù)2737.5h，年均無霜期137.2d。最多風向為西風和偏西風，年平均風速3.6m/s?？h境內(nèi)海拔1254.0～2545.0m，高差達1291.0m，縣城海拔1525.4m。試驗田地勢平坦，均為砂質(zhì)壤土，試驗前后取耕作層（0～20cm）土壤樣品用于理化性質(zhì)分析。

1.2 試驗材料

1.2.1 供試品種 英國紅蕓豆，是山西省境內(nèi)種植的主要蕓豆品種。

1.2.2 供試肥料 生物有機肥由國家微生物肥料技術研究推廣中心提供，硝酸磷和尿素由神池縣科技服務中心提供，具體指標見表1。

表1 試驗所用肥料Table 1 Fertilizer used in the experiment

1.3 試驗設計

采用“414”方案[24]（每生產(chǎn)100kg的紅蕓豆籽粒，N的需求量約為5.49kg，P2O5的需求量約為1.33kg，K2O的需求量約為4.90kg，N∶P2O5∶K2O≈4∶1∶4）定位試驗，田間試驗設在山西省忻州市神池縣大嚴備鄉(xiāng)、東湖鄉(xiāng)和烈堡鄉(xiāng)進行。2017和2018年均設4個施肥處理（CK、T1、T2、T3），各處理試驗面積均為0.33hm2（5畝）。2019年2個試驗點同設2個處理，均記為CK和T2，空白對照組面積為0.67hm2（10畝），擴大示范種植面積為6.67hm2（100畝）。試驗采用隨機區(qū)組設計，每個處理重復3次，種植密度均為185 000株/hm2，行距50cm，株距30cm，具體施肥處理見表2。其他種植方式及耕種管理按照當?shù)胤N植習慣進行。

表2 試驗分組設置Table 2 Experimental grouping settings kg/hm2

1.4 測定項目和測定方法

1.4.1 形態(tài)指標測定 在紅蕓豆成熟期，每個處理選取植株整齊、有代表性的紅蕓豆20株，用卷尺測定其株高和豆莢長。

1.4.2 營養(yǎng)品質(zhì)測定 每個處理取200g的紅蕓豆樣品委托北京譜尼理化分析測試中心測定其蛋白質(zhì)和脂肪含量。

1.4.3 室內(nèi)考種 在紅蕓豆即將收獲時，對各處理小區(qū)內(nèi)掛牌的20株紅蕓豆進行考種，分別考察其單株有效莢數(shù)、每莢粒數(shù)和千粒重等。

1.4.4 產(chǎn)量及經(jīng)濟效益分析 收獲后采用人工打場方式進行脫粒，脫粒時要防止過度碾壓造成籽粒破損。脫粒后，避免過度日曬，以免籽粒顏色變深。在同等條件下對各處理進行測產(chǎn)，并折算成單位面積產(chǎn)量，單位為kg/hm2。此外，不計人工投入，根據(jù)紅蕓豆種植過程中的農(nóng)資投入成本和紅蕓豆市場售賣價格計算經(jīng)濟效益。

1.4.5 土壤理化指標 試驗前后采用“之”字形布點法，采集0～20cm土層土樣，充分混勻得到土壤樣品。由山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所測定有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析與處理

采用Excel 2013進行數(shù)據(jù)處理與作圖；采用SPSS 16.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結果與分析

2.1 增施生物有機肥對土壤理化性質(zhì)的影響

由表3可知，試驗前后各處理間土壤理化性質(zhì)出現(xiàn)了較大變化。土壤有機質(zhì)提高可改善土壤物理性質(zhì)，提高土壤的保水保肥能力和緩沖性能。2017年的T1、T2和T3處理試驗后的有機質(zhì)含量均比試驗前有不同程度的提高，表現(xiàn)為T3＞T1＞T2＞CK，分別較試驗前提高了24.7%、18.2%和3.1%，而CK處理試驗后的有機質(zhì)含量較試驗前有所降低；試驗后的堿解氮含量表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK，其中T3處理堿解氮含量較試驗前提高了20.3%；試驗后速效磷含量表現(xiàn)為T3＞T2＞CK＞T1，其中T3和T2處理速效磷含量顯著高于CK和T1處理，CK和T1處理之間差異不顯著；試驗后速效鉀含量表現(xiàn)為T2＞T3＞T1＞CK，T2和T3處理間差異不顯著，但二者均顯著高于CK和T1處理，較試驗前分別提高了11.2%和7.9%。2018年，試驗后有機質(zhì)含量表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK，其中T3和T2處理顯著高于T1和CK處理，T1和CK處理之間差異不顯著；試驗后堿解氮含量表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK，其中T3和T2處理堿解氮含量與CK處理差異顯著，較試驗前分別提高了31.5%和25.8%；試驗后速效磷含量表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK，3個施生物有機肥處理間差異不顯著；試驗后速效鉀含量同樣表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK，其中T3、T2與CK處理間差異顯著，T1與CK處理之間差異不顯著。綜上所述，T1、T2和T3處理均可不同程度地改善土壤肥力，說明生物有機肥的施用對土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的積累有積極作用。

表3 不同施肥處理對土壤理化性質(zhì)的影響Table 3 Effects of different fertilization treatments on the physical and chemical properties of soil

2.2 增施生物有機肥對紅蕓豆形態(tài)指標的影響

由表4可知，2017年各試驗組的株高和莢長均較CK處理有不同程度的提高，其中T3處理株高最高，T2處理次之，均與CK處理有顯著差異，較CK處理分別提高了20.2%和14.4%；T3處理莢長最高，T2處理次之，但與CK處理無明顯差異，較CK處理分別提高了7.6%和6.0%。2018年T2和T3處理的株高較CK處理分別提高了15.0%和28.0%；T2和T3處理的莢長較CK處理分別提高了7.7%和11.1%。綜合分析2017和2018年的各項生長指標，T3處理的紅蕓豆株高與CK處理差異顯著，莢長較CK處理也有提高，由此說明，增施生物有機肥對紅蕓豆株高和豆莢長有促進作用。

表4 增施生物有機肥對紅蕓豆生長指標的影響Table 4 Effects of increased application of bio-organic fertilizer on growth indexes of red kidney bean cm

2.3 增施生物有機肥對紅蕓豆營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由表5可知，2017年大嚴備鄉(xiāng)各試驗組紅蕓豆蛋白質(zhì)含量隨著生物有機肥用量的增加而增加，且均高于CK處理，T2和T3處理均顯著高于CK處理，T2和T3處理間無顯著性差異；脂肪含量隨著生物有機肥用量的增加而降低，其中T1處理達到最大值，T2和T3處理與CK處理均無顯著性差異。

表5 增施生物有機肥對紅蕓豆品質(zhì)指標的影響Table 5 Effects of increasing application of bio-organic fertilizer on quality indexes of red kidney bean g/100g

2018年東湖鄉(xiāng)增施生物有機肥的各處理蛋白質(zhì)含量均高于CK處理，其中T2處理最大，為26.2g/100g，較CK處理增幅為16.4%；脂肪含量表現(xiàn)與2017年一致，T1處理最大，T2和T3處理無顯著性差異。由此說明，增施生物有機肥在一定程度可以提高紅蕓豆的蛋白質(zhì)含量，對脂肪含量無明顯作用。

2.4 增施生物有機肥對紅蕓豆產(chǎn)量及產(chǎn)量相關因子的影響

從表6可以看出，2017年各處理單株有效莢數(shù)與CK處理均無顯著性差異；T1、T2和T3處理的每莢粒數(shù)均高于CK處理，其中T2處理最大，T2和T3處理間無顯著性差異；各試驗千粒重無顯著性差異，其中T1和T3處理最大，為0.50kg；產(chǎn)量呈現(xiàn)出隨著生物有機肥用量的增加而增加的趨勢，其中T3處理最大，為3240kg/hm2，相比CK增幅20.4%。

表6 增施生物有機肥對紅蕓豆產(chǎn)量及產(chǎn)量相關因子的影響Table 6 Effects of bio-organic fertilizer on yield and related factors of red kidney bean

2018年T1、T2、T3與CK處理單株有效莢數(shù)和每莢粒數(shù)均無顯著性差異。T2、T3處理千粒重顯著高于CK處理，并且T2、T3處理間無顯著性差異，其中T3最大，較CK處理增幅為26.9%；T3處理產(chǎn)量最大，為3035kg/hm2，相比CK增幅為25.9%。由此說明，增施生物有機肥可以顯著提高紅蕓豆的千粒重以及產(chǎn)量。

2.5 增施生物有機肥對紅蕓豆經(jīng)濟效益的影響

按照紅蕓豆7.4元/kg的市場售賣價格，計算各處理的總產(chǎn)值（表7）。結果表明，2017和2018年總產(chǎn)值最大的均為T3處理，分別為23976.0和22459.0元/hm2，由于其生產(chǎn)成本較高，導致凈利潤并非最大，凈利潤最大的均為T2處理，分別為20267.9和18802.7元/hm2，較CK增幅分別為7.9%和12.3%。

表7 增施生物有機肥對紅蕓豆經(jīng)濟效益的影響Table 7 Effects of increasing bio-organic fertilizer application on economic benefits of red kidney bean

2.6 擴大面積示范推廣與驗證性試驗

在2017和2018年試驗的基礎上，2019年選擇凈利潤最高的T2處理分別在烈堡鄉(xiāng)和大嚴備鄉(xiāng)擴大面積示范種植紅蕓豆。從表8可以看出，2個試驗點T2處理的產(chǎn)量和凈利潤均明顯高于CK處理。其中烈堡鄉(xiāng)T2處理下紅蕓豆產(chǎn)量達3002kg/hm2，凈利潤為18 832.3元/hm2，較CK處理分別提高了12.2%和0.9%；大嚴備鄉(xiāng)T2處理下紅蕓豆產(chǎn)量和凈利潤較CK處理分別提高了16.3%和6.3%。說明在常規(guī)施肥的基礎上增施1800kg/hm2生物有機肥的施肥方案適宜大面積推廣。

表8 2019年紅蕓豆的產(chǎn)量及經(jīng)濟效益Table 8 Yield and economic benefits of red kidney bean in 2019

3 討論

生物有機肥本身不僅具有速效、長效、抗病、改良土壤和抗板結的作用，同時可使土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的含量明顯增加，研究表明生物有機肥的施用對土壤中堿解氮、速效磷和速效鉀的積累有積極作用[25-27]。

本試驗中，2017和2018年紅蕓豆增施生物有機肥處理在生長指標、產(chǎn)量構成因素以及品質(zhì)因子等方面均表現(xiàn)出優(yōu)于常規(guī)施肥處理，結果顯示，每莢粒數(shù)和千粒重是構成產(chǎn)量的關鍵因素，這與一些學者的研究結果相一致，綜合各項指標考慮，T2處理整體效果較好。2019年采用T2處理的施肥方案（硝酸磷300kg/hm2、尿素180kg/hm2和生物有機肥1800kg/hm2）分別在烈堡鄉(xiāng)和大嚴備鄉(xiāng)擴大面積種植。3年試驗均證明增施生物有機肥可提高紅蕓豆產(chǎn)量，說明在復合肥的基礎上合理增施生物有機肥有利于紅蕓豆產(chǎn)量和品質(zhì)的提高[28-30]。

本試驗結果顯示，2017和2018年均表現(xiàn)出增施生物有機肥的處理蛋白質(zhì)含量高于常規(guī)施肥處理，較常規(guī)施肥處理分別提高了14.8%和16.4%；試驗處理紅蕓豆脂肪含量均有所降低，無規(guī)律性變化，另外由結果可得，脂肪含量隨著蛋白質(zhì)含量的增加而減少，所以脂肪含量與蛋白質(zhì)含量呈負相關，這與陳云波[8]的研究結果一致。與常規(guī)施肥組相比，試驗組受脂肪過氧化影響更小，更適于貯藏加工和出口。說明在常規(guī)施肥的基礎上增施生物有機肥可有效改善紅蕓豆的品質(zhì)。生物有機肥對紅蕓豆品質(zhì)及產(chǎn)量的促進作用也使得紅蕓豆凈利潤提高，雖然2年試驗中T3處理總產(chǎn)值達到最大且其品質(zhì)達到最佳，但是其肥料投入量最多，導致凈利潤并非最大。2019年大嚴備鄉(xiāng)紅蕓豆產(chǎn)量整體較烈堡鄉(xiāng)高，主要由于烈堡鄉(xiāng)地處高海拔地區(qū)，干旱和光照充足的自然條件不利于單株有效莢數(shù)的增加，從而導致產(chǎn)量降低。

4 結論

與常規(guī)施肥相比，增施生物有機肥能夠有效促進紅蕓豆的生長，加快植株株高增加，提高品質(zhì)和產(chǎn)量，但是在紅蕓豆產(chǎn)量和品質(zhì)提高的同時，還要考慮經(jīng)濟效益。綜合考慮，認為T2處理值得推廣，即肥料施用量為硝酸磷300kg/hm2、尿素180kg/hm2和生物有機肥1800kg/hm2，該處理對土壤理化性質(zhì)以及紅蕓豆的產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟效益均有促進作用。改變常規(guī)施肥方式，既響應了國家減少化肥使用量的號召，改善了農(nóng)作物的生長環(huán)境，也增加了農(nóng)民的收入，同時證明了在常規(guī)施肥的基礎上增施生物有機肥的可行性。