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(wù)中心，036100，山西忻州；3國家微生物肥料技術(shù)研究推廣中心第24號技術(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)于紅蕓豆這方面的應(yīng)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(chǔ)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(shù)指導和施肥方案，并為今后生物有機肥在紅蕓豆上的應(yīng)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(shù)研究推廣中心提供，硝酸磷和尿素由神池縣科技服務(wù)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(jié)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(guān)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(guān)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(jié)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(chǔ)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(chǔ)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(jié)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(gòu)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(jié)果顯示，每莢粒數(shù)和千粒重是構(gòu)成產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，這與一些學者的研究結(jié)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(chǔ)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(jié)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(jié)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(guān)，這與陳云波[8]的研究結(jié)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(chǔ)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(jié)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(yīng)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(chǔ)上增施生物有機肥的可行性。