郭志剛，胡山鷹，金 涌，張麗平，崔同華，李冬蓮，陳怡彤

(1.清華大學(xué)化工系 北京 100084；2.北京市平谷區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站 北京 101207；3.浙江清華長(zhǎng)三角研究院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所 浙江嘉興 314000)

豌豆是糧、飼、菜兼用作物[1]，是重要的食用豆類作物之一，具有較全面而均衡的營(yíng)養(yǎng)，既是人們的主食或副食品，也是各種畜禽飼料的添加劑，是一種良好的蛋白及能量食品原料[2]。豌豆具有生長(zhǎng)周期短、抗旱耐瘠、適應(yīng)性和耐寒力強(qiáng)、生長(zhǎng)周期短等優(yōu)點(diǎn)[3]，可以在早春主要作物種植前或在主要作物收獲后的晚秋，利用剩余的光、熱、水等資源完成其栽培過(guò)程，是輪作中的好茬口[4-5]。此外，豌豆的根瘤可以進(jìn)行生物固氮，1 hm2豌豆田可固定空氣中的氮素75～90 kg[6]。種植豌豆不僅能促進(jìn)土壤中氮素的積累，而且能改善土壤的物理性質(zhì)，是改良土壤的先鋒作物[7]，有利于土壤改良和促進(jìn)下茬非豆科作物增產(chǎn)。

豌豆是谷物中少有的健康食品，具有調(diào)顏養(yǎng)生、抗菌消炎、清涼解暑、益中氣、止瀉、利尿、通便、解毒等功效[8]。豌豆富含各種維生素，其中維生素B1的含量是豆腐的18倍，維生素B2和維生素PP的含量分別是豆腐的2.5倍和14倍；含有較多的類胡蘿卜素類物質(zhì)，如葉黃素，α、β、γ-胡蘿卜素，隱黃素等，在人體內(nèi)轉(zhuǎn)化成維生素A后，能促進(jìn)視網(wǎng)膜上的視紫質(zhì)再生，可預(yù)防或緩解近視，保護(hù)和提高視力。

我國(guó)是豌豆種植大國(guó)，年種植面積約為1 100 000 hm2，但單產(chǎn)不到德國(guó)和法國(guó)的一半，平均單產(chǎn)只有1 545 kg/hm2，總產(chǎn)量不到1 700 kt/a，遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，因此每年還需大量進(jìn)口豌豆。同時(shí)，我國(guó)在豌豆栽培中存在施肥不科學(xué)現(xiàn)象，不僅大大增加了生產(chǎn)成本，而且影響了豌豆的品質(zhì)和產(chǎn)量。為了提高豌豆單產(chǎn)和品質(zhì)，增強(qiáng)其抗倒伏能力，同時(shí)改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，根據(jù)豌豆生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)元素的需求，設(shè)計(jì)了豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥，并在北京市平谷區(qū)興谷街道杜辛莊和峪口鎮(zhèn)峪口村開展了大田肥效試驗(yàn)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試豌豆：杜辛莊為“中豌6號(hào)”，峪口村為“長(zhǎng)壽仁”。

供試肥料：豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥，N-P2O5-K2O=12.00∶1.68∶13.80，浙江清華長(zhǎng)三角研究院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所設(shè)計(jì)，北京水木沃土生物科技有限公司配制并提供；復(fù)合肥，N-P2O5-K2O=15-15-15，市售；尿素，w(N)=46.7%，市售。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

杜辛莊的對(duì)照田和試驗(yàn)田面積均為3.33 hm2。對(duì)照田底施復(fù)合肥300 kg/hm2，中耕追施尿素300 kg/hm2，氮、磷、鉀總施用量為185.10+45.00+45.00=275.10(kg/hm2)。試驗(yàn)田底施豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥600 kg/hm2，不追肥，氮、磷、鉀總施用量為72.00+10.08+82.80=164.88(kg/hm2)。

峪口村的對(duì)照田和試驗(yàn)田面積也均為3.33 hm2。對(duì)照田底施復(fù)合肥495 kg/hm2，中耕追施尿素300 kg/hm2，氮、磷、鉀總施用量為214.35+74.25+74.25=362.85(kg/hm2)。試驗(yàn)田底施豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥600 kg/hm2，不追肥，氮、磷、鉀總施用量為72.00+10.08+82.80=164.88(kg/hm2)。

1.3 樣品采集和預(yù)處理

1.3.1 土壤樣品采集

施肥前后分別在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)選取10個(gè)代表性樣點(diǎn)，按照隨機(jī)、等量的原則，避開地角、田埂等位置，鏟去表層3 mm左右表土，然后用取土器垂直取樣法取0～30 cm土壤樣本，將土樣混勻放入取樣袋并做好標(biāo)記，每個(gè)試驗(yàn)處理取3份土樣。取回的土樣自然風(fēng)干，篩出根系、石子等雜物，采用四分法處理，分別取適量土樣再過(guò)篩，用于測(cè)定各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)。

1.3.2 豌豆樣品采集

用于品質(zhì)檢測(cè)的豌豆樣品于7月上旬取樣。每個(gè)處理隨機(jī)選擇3條壟各取3株豌豆秧，即每個(gè)處理采集9株豌豆秧，裝入牛皮紙袋并做好標(biāo)記，帶回實(shí)驗(yàn)室后將豆秧、豆莢和豌豆分開晾曬，分別用于測(cè)定豌豆品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

豌豆品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)測(cè)定方法參考文獻(xiàn)[9]和文獻(xiàn)[10]。

豌豆干物質(zhì)含量測(cè)定：新鮮豌豆稱量后置于烘箱中105 ℃處理30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，冷卻稱量后計(jì)算干物質(zhì)含量。百粒質(zhì)量測(cè)定：隨機(jī)取100粒豌豆稱取質(zhì)量，取3組計(jì)算平均值?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定；淀粉含量采用雙波長(zhǎng)法測(cè)定；可溶性總糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定；黃酮含量采用三氯化鋁法測(cè)定。

豌豆和豆秧中的全氮含量采用凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定；全磷和全鉀含量采用JN-QYF型全項(xiàng)目土壤肥料養(yǎng)分檢測(cè)儀進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定方法參考該儀器配套的植株干基中全氮、全磷、全鉀含量快速檢測(cè)方法包。

土壤養(yǎng)分含量采用JN-QYF型全項(xiàng)目土壤肥料養(yǎng)分檢測(cè)儀測(cè)定，各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定方法均采用該儀器配套的快速檢測(cè)方法包。

1.5 數(shù)據(jù)分析處理

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同施肥處理對(duì)豌豆產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

杜辛莊第1年的試驗(yàn)結(jié)果(表1)表明：施用豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥的豌豆干物質(zhì)、百粒質(zhì)量、產(chǎn)量以及可溶性總糖、總淀粉和支鏈淀粉含量與對(duì)照田的相比均有所增加；可溶性總糖、總淀粉和支鏈淀粉含量與對(duì)照田的差異達(dá)到了顯著水平(p<0.05)，分別提高了7.6%、40.8%和46.0%；產(chǎn)量與對(duì)照田的相比提高了2.7%。德國(guó)是世界上豌豆單產(chǎn)最高的國(guó)家，其產(chǎn)量為4 035 kg/hm2；杜辛莊試驗(yàn)田的產(chǎn)量達(dá)到了3 322.5 kg/hm2，遠(yuǎn)高于我國(guó)平均水平。綜上所述，豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥處理不但減少了氮、磷的使用量，而且能夠提高產(chǎn)量，并大幅度改善豌豆的品質(zhì)。

峪口村第1年的試驗(yàn)結(jié)果(表2)表明：施用豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥的豌豆干物質(zhì)、百粒質(zhì)量以及可溶性總糖、總淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉含量與對(duì)照田的相比均有所增加，黃酮和可溶性蛋白含量有所下降；產(chǎn)量與對(duì)照田的相比提高了2.8%。豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥在氮、磷投入較少的前提下，不僅沒(méi)有減產(chǎn)，還提高了豌豆的品質(zhì)。

杜辛莊第2年試驗(yàn)結(jié)果(表3)表明：施用豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥的豌豆干物質(zhì)、百粒質(zhì)量與對(duì)照田的相比無(wú)顯著性差異，可溶性蛋白、可溶性總糖和黃酮含量顯著高于對(duì)照田的，粗蛋白含量比對(duì)照田的高3.9%左右；總淀粉、支鏈淀粉含量與對(duì)照田的相比有所降低；產(chǎn)量比對(duì)照田的提高了8.4%；與第1年試驗(yàn)結(jié)果相比，豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥處理的產(chǎn)量提高了3.1%，其可溶性蛋白和直鏈淀粉含量也有所增加。

表1 杜辛莊第1年不同施肥處理對(duì)豌豆產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

表2 峪口村第1年不同施肥處理對(duì)豌豆產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

表3 杜辛莊第2年不同施肥處理對(duì)豌豆產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2.2 不同施肥處理對(duì)豌豆養(yǎng)分吸收的影響

如表4所示：“長(zhǎng)壽仁”豌豆中的氮、磷含量遠(yuǎn)超過(guò)豆秧，而豆秧中的鉀含量高于豌豆中的；對(duì)照田豌豆和豆秧中的氮、磷、鉀含量與施用豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥處理的基本相同，其氮磷鉀總量分別為155.10、165.90 kg/hm2。盡管對(duì)照田施入的氮磷鉀總量遠(yuǎn)大于試驗(yàn)田的，但被豌豆和豆秧吸收的氮磷鉀總量相差不大，這表明豌豆所能吸收利用的氮磷鉀總量基本上是一個(gè)常數(shù)，與產(chǎn)量成正相關(guān)。

表4 不同施肥處理對(duì)“長(zhǎng)壽仁”豌豆和豆秧中氮、磷、鉀含量的影響

不同施肥處理“長(zhǎng)壽仁”豌豆對(duì)氮、磷、鉀利用率的影響見表5。對(duì)照田豌豆對(duì)氮、磷、鉀的利用率分別為53.32%、9.70%、45.25%。而施用豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥處理的豌豆對(duì)氮的利用率大于100%，表明施肥中的氮不足而從土壤中吸收了部分氮；對(duì)磷的利用率高達(dá)62.50%，遠(yuǎn)高于對(duì)照田的；對(duì)鉀的利用率為36.78%，低于對(duì)照田的。試驗(yàn)田豌豆對(duì)鉀的利用率不高的主要原因是為了增強(qiáng)抗倒伏能力，在豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥中提高了鉀的比例，但從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，豆秧中的鉀含量并沒(méi)有增加，表明豌豆對(duì)鉀的需求量不大，同時(shí)也表明豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥中氮的比例過(guò)低。

表5 不同施肥處理“長(zhǎng)壽仁”豌豆對(duì)氮、磷、鉀利用率的影響

第2年不同施肥處理對(duì)“中豌6號(hào)”豌豆和豆秧中氮、磷、鉀含量的影響見表6。豌豆中的氮、磷、鉀含量均高于豆秧中的；盡管對(duì)照田和試驗(yàn)田養(yǎng)分施用量不同，但2個(gè)處理的豌豆和豆秧中的氮、磷、鉀含量相差不大；由于豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥處理的豌豆產(chǎn)量相對(duì)較高，其消耗的氮、磷、鉀量也相對(duì)較多；對(duì)照田和試驗(yàn)田的氮、磷、鉀總消耗量為207.9～242.55 kg/hm2；與“長(zhǎng)壽仁”豌豆相比，“中豌6號(hào)”豌豆的產(chǎn)量較高，也消耗了較多的氮、磷、鉀。

表6 第2年不同施肥處理對(duì)“中豌6號(hào)”豌豆和豆秧中氮、磷、鉀含量的影響

2.3 施肥前后土壤中養(yǎng)分含量變化

施肥前后杜辛莊和峪口村豌豆田的土壤養(yǎng)分含量分析結(jié)果見表7和表8。

從表7可以看出：施肥前后杜辛莊豌豆田土壤的pH變化不大，但栽培后的可溶性鹽濃度(EC)值均有所降低，表明豌豆收獲之后土壤中的養(yǎng)分已經(jīng)處于較低水平；全氮和P2O5含量均有所下降，但2個(gè)處理之間沒(méi)有顯著性差異；盡管豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥中的P2O5含量較低，但基本滿足了豌豆生長(zhǎng)發(fā)育的需求，這表明豌豆生長(zhǎng)過(guò)程中并不需要過(guò)多的磷；與土壤本底相比，2個(gè)處理的土壤中K2O含量有所升高，但由于偏差較大，三者之間沒(méi)有顯著性差異；與本底相比，2個(gè)處理的土壤中Ca2+、Mg2+含量均有所增加，表明豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥和復(fù)合肥中的Ca2+、Mg2+過(guò)量，豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥配方還有調(diào)整的余地，但2個(gè)處理之間沒(méi)有顯著性差異；2個(gè)處理的土壤中S6+含量均有所降低，但差異不顯著；在收獲期2個(gè)處理的土壤中有機(jī)質(zhì)含量均有所升高，其原因可能是取樣時(shí)豌豆的枯枝、根系等殘留物提高了土壤中有機(jī)質(zhì)含量。

從表8可以看出：施肥后峪口村豌豆田土壤的pH均有所下降，但均處于正常值范圍；栽培后期土壤的EC值與本底相比均有所降低，表明栽培過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被消耗，土壤的營(yíng)養(yǎng)水平下降；與本底值相比，2個(gè)處理的土壤中全氮、P2O5含量均有所降低，但2個(gè)處理之間沒(méi)有顯著性差異；施用豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥的土壤中K2O含量雖然有所增加，但是與本底和對(duì)照田的相比并沒(méi)有顯著性差異；2個(gè)處理的土壤中Ca2+、Mg2+含量均有所增加，表明所施肥料中的Ca2+、Mg2+較多，可以適當(dāng)減量；由于豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥含有較多的硫酸根，因此土壤中S6+含量有所提高，這對(duì)于高鈣土壤中鈣的固定以及調(diào)節(jié)土壤pH有利；2個(gè)處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均有所增加，是由所取土樣中含有較多的豌豆根系所致。

表7 施肥前后杜辛莊豌豆田土壤養(yǎng)分含量分析結(jié)果

表8 施肥前后峪口村豌豆田土壤養(yǎng)分含量分析結(jié)果

2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的對(duì)照田中施入的氮肥最多，但栽培后并沒(méi)有多余的氮保留在表層土壤中。無(wú)論施肥量多少，豌豆對(duì)氮肥的吸收量基本穩(wěn)定在某個(gè)范圍內(nèi)，與產(chǎn)量成正相關(guān)。豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥中的氮素含量較低，試驗(yàn)中的純氮施用量為72.00 kg/hm2，而2個(gè)對(duì)照田中的施用量分別為185.10、214.35 kg/hm2，但對(duì)照田的豌豆產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量并沒(méi)有顯著提高。豌豆消耗氮素的量為114.30～183.90 kg/hm2，豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥提供的氮素?zé)o法滿足豌豆生長(zhǎng)發(fā)育的需求，但在試驗(yàn)過(guò)程中并未發(fā)現(xiàn)豌豆出現(xiàn)缺氮現(xiàn)象，其原因是供試土壤中氮含量基本達(dá)到了飽和，豆科植物又有固氮功能，即使大幅減少氮肥用量，豌豆植株可從土壤中吸收過(guò)量貯存的氮素。2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的對(duì)照田盡管施用了大量的氮素，但栽培后并沒(méi)有多余的氮保留在表層土壤中，可能已轉(zhuǎn)化成氨氣揮發(fā)或隨澆水滲入到地下。

試驗(yàn)結(jié)果表明，施用豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥的豌豆百粒質(zhì)量以及干物質(zhì)、可溶性總糖、蛋白質(zhì)、黃酮、直鏈淀粉或支鏈淀粉的含量與對(duì)照田的相比均有所增加，單產(chǎn)也有一定程度的提高。從試驗(yàn)前后土壤養(yǎng)分含量分析結(jié)果看，種植后土壤中的氮、磷含量比本底有所下降，其原因是所施肥料大部分被豌豆吸收利用，也有部分氮、磷隨澆水或降雨滲入地下或揮發(fā)。雖然豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥中的氮素含量較低，但可以從土壤中得到部分補(bǔ)充，可以滿足豌豆生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氮素的需求，這有利于吸收利用土壤中過(guò)多的氮、磷，進(jìn)而修復(fù)土壤板結(jié)硬化。種植豌豆后，杜辛莊和峪口村的土壤中保留的鉀含量雖有所增加，但與本底相比沒(méi)有顯著性差異，表明豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥中稍高的鉀含量維持了土壤中鉀的平衡。試驗(yàn)前后土壤中的Ca2+、Mg2+含量均有所增加，但并不顯著。為了增強(qiáng)抗倒伏能力，豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥中增大了鉀、鈣、鎂的比例，但因豌豆莖桿特殊的中空結(jié)構(gòu)，并未達(dá)到預(yù)期目的，需作進(jìn)一步的研究探討。

3 結(jié)語(yǔ)

豌豆均衡營(yíng)養(yǎng)肥基本滿足了豌豆整個(gè)生育周期對(duì)氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等元素的需求，實(shí)現(xiàn)了大幅度減氮、減磷的目標(biāo)，減輕了氮、磷過(guò)量對(duì)土壤和地下水的污染;同時(shí)能相對(duì)提高豌豆產(chǎn)量以及豌豆中可溶性總糖、蛋白質(zhì)、黃酮、直鏈淀粉或支鏈淀粉的含量，改善了豌豆的品質(zhì)，提高了豌豆的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。