馬瑞芳， 馬進(jìn)川， 馬軍偉，*， 周大云， 王 強(qiáng)， 丁潮洪

(1.麗水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 農(nóng)作物研究所， 浙江 麗水 323000； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所， 浙江 杭州 310021)

四季豆(PhaseolusvulgarisL.)，又名菜豆、小刀豆、蕓豆和架豆等，原產(chǎn)于中南美洲，十五世紀(jì)初引入我國(guó)。由于其品質(zhì)鮮嫩、風(fēng)味獨(dú)特，并具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，四季豆成為我國(guó)廣泛栽培的蔬菜品種，尤其是在杭州、麗水等地四季豆是餐桌上常見(jiàn)的蔬菜之一。四季豆產(chǎn)量一般在22 500～28 500 kg·hm-2，最高可達(dá)到33 000 kg·hm-2，產(chǎn)值4.5～6.0萬(wàn)元·hm-2，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。浙江麗水市具有較大且穩(wěn)定的四季豆種植面積，近年種植面積約4 000 hm2。

肥料施用在提高蔬菜產(chǎn)量、增加農(nóng)民收入中起著不可或缺的作用，然而當(dāng)前的蔬菜生產(chǎn)中過(guò)量施用肥料現(xiàn)象十分普遍，這不僅導(dǎo)致了資源的浪費(fèi)，蔬菜品質(zhì)的下降，同時(shí)也會(huì)對(duì)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重的威脅[3-5]，因此，在蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行科學(xué)養(yǎng)分管理十分必要。目前，關(guān)于四季豆栽培的研究主要集中在品種選擇[6]和高產(chǎn)栽培技術(shù)的研究(即地塊選擇、播種、合理密植、病蟲(chóng)害防治和及時(shí)采收)[7-13]，而關(guān)于四季豆養(yǎng)分吸收特征的研究相對(duì)較少，因此有必要對(duì)四季豆養(yǎng)分吸收特征進(jìn)行研究，為科學(xué)地進(jìn)行水肥管理提供依據(jù)。本研究對(duì)四季豆品種麗蕓2號(hào)生育期的干物質(zhì)累積量、養(yǎng)分元素含量和吸收量的動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究，以期為四季豆生長(zhǎng)過(guò)程中的養(yǎng)分管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

田間試驗(yàn)于2016年安排在浙江省麗水市蓮都區(qū)峰源鄉(xiāng)(北緯28°12′，東經(jīng)119°46′)進(jìn)行，海拔950 m。供試材料選擇當(dāng)?shù)刂髟运募径蛊贩N麗蕓2號(hào)。田塊選擇朝陽(yáng)、土層深厚、有機(jī)質(zhì)含量豐富、土壤疏松肥沃、排水良好、pH 6左右的地塊。播種前翻整好田塊，6月30日播種(挑選粒大、飽滿、無(wú)蟲(chóng)害的種子，播種前對(duì)種子進(jìn)行拌種消毒)；7月8日苗期1進(jìn)行補(bǔ)苗和間苗，一般每穴留健壯苗2株，保持密度為3.0萬(wàn)株·hm-2；7月22日苗期2(幼苗兩葉期)進(jìn)行病蟲(chóng)害防治，促進(jìn)幼苗健壯生長(zhǎng)；7月28日、8月10日、8月18日和8月24日四季豆生長(zhǎng)分別進(jìn)入伸蔓期、開(kāi)花期、結(jié)莢期和收獲期，生產(chǎn)中農(nóng)藝管理措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣一致。四季豆以鮮食為主，一般在花后12～15 d，莢條粗細(xì)均勻、未鼓粒時(shí)即可采收嫩莢，盛莢期每天采收一次，后期隔天采收。在越夏長(zhǎng)季節(jié)栽培模式下獲得30 000 kg·hm-2的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

1.2 樣品的采集與分析

1.2.1 樣品采集

在四季豆的苗期1(7月8日)、苗期2(7月22日)、伸蔓期(7月28日)、開(kāi)花期(8月10日)、結(jié)莢期(8月18日)和收獲期(8月24日)五個(gè)時(shí)期采集植株樣品，并對(duì)植株干物質(zhì)量和營(yíng)養(yǎng)元素氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硫(S)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鋅(Zn)、鉬(Mo)、銅(Cu)、硅(Si)等含量進(jìn)行分析。

1.2.2 樣品分析

干物質(zhì)測(cè)定：將植株樣品置于105 ℃烘箱中殺青30min，70 ℃烘干至恒質(zhì)量，記錄干質(zhì)量數(shù)據(jù)。

植株?duì)I養(yǎng)元素全量分析：植株樣品的分析參考文獻(xiàn)[14]進(jìn)行。采用濃H2SO4∶HClO4為2∶1的混合酸對(duì)植物樣品進(jìn)行消化，以測(cè)定各種元素的含量；其中氮含量采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定；磷含量采用鉬酸銨比色法測(cè)定；鉀含量采用火焰光度法測(cè)定。鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅和鉬的含量采用原子吸收法測(cè)定；硫含量采用自動(dòng)分析儀測(cè)定；硅含量采用檸檬酸提取-鉬藍(lán)比色法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

元素吸收量=干物質(zhì)生物量×養(yǎng)分含量。

某一生長(zhǎng)階段的養(yǎng)分需求量=該生長(zhǎng)階段節(jié)點(diǎn)的養(yǎng)分累積量-上一生長(zhǎng)階段節(jié)點(diǎn)的養(yǎng)分積累量。

采用Excel 2010和SPSS 17.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育期四季豆植株干物質(zhì)量和養(yǎng)分含量

如圖1所示，四季豆干物質(zhì)累積量隨著植株生長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)，干物質(zhì)累積量從苗期1的8.9 kg·hm-2增加到結(jié)莢期的885.4 kg·hm-2；其中在開(kāi)花期到結(jié)莢期植株干物質(zhì)累積量增加最快，增加了535.1 kg·hm-2。在四季豆的生長(zhǎng)過(guò)程中，從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)進(jìn)入生殖生長(zhǎng)后干物質(zhì)累積量急劇增加，尤其是在收獲期所獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的干物質(zhì)累積量最多，為2 304.6 kg·hm-2，顯著高于其他生長(zhǎng)階段的干物質(zhì)累積量。

四季豆植株養(yǎng)分含量如圖2所示?？傮w而言，四季豆植株不同生長(zhǎng)階段各種元素平均含量趨勢(shì)為N>K>Ca>Si>P>Mg≈S>Fe>Mn>Zn>Cu≈Mo。從苗期到結(jié)莢期，四季豆植株中N、P、K、Ca、Mg和Fe元素含量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，而Si和Mn等元素隨著生育期的進(jìn)程而呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其他元素(如S、Cu、Zn和Mo)含量水平基本維持不變。在收獲期，收獲的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量中各元素含量依次為N>K>Ca≈Si>S>P>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu≈Mo。與結(jié)莢期植株各元素含量對(duì)比，收獲經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量中N、P、K、S、Mg和Mo元素含量有不同程度的增加，表現(xiàn)出一定的累積特性；而經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量中Ca、Si、Cu、Zn、Fe和Mn元素含量均不同程度地降低，表明這些元素在植株體內(nèi)的累積濃度高于經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

圖1 不同生長(zhǎng)時(shí)期四季豆干物質(zhì)積累量Fig.1 The dry material accumulation of common bean over the growth period

圖2 不同生長(zhǎng)時(shí)期四季豆養(yǎng)分含量Fig.2 The nutrient concentration of common bean over the growth period

2.2 不同生育期四季豆養(yǎng)分吸收

四季豆植株對(duì)各種養(yǎng)分的吸收如圖3所示?？梢钥闯?，不同元素的累積量均隨著生育期的推移不斷增加。在生育期內(nèi)，植株中各營(yíng)養(yǎng)元素的總累積量依次為N>K>Ca>Si>P>S>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu>Mo。在四季豆的不同生長(zhǎng)階段中，自開(kāi)花期開(kāi)始，四季豆植株對(duì)各元素需求進(jìn)入快速吸收期，在結(jié)莢期，植株各種元素累積量依次為N>K>Ca>Si>P>S≈Mg>Mn>Zn≈Fe>Cu≈Mo；在收獲期，收獲的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量中各元素累積量依次為N>K>Ca≈Si>S>P>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu≈Mo；其中收獲期對(duì)各元素的累積量明顯高于其他時(shí)期，這與該時(shí)期大量干物質(zhì)積累有關(guān)。對(duì)于重金屬而言，其吸收量隨菜豆生長(zhǎng)逐漸增加，對(duì)于Cu、Zn、Fe和Mo元素在收獲的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量中累積量高于植株生長(zhǎng)其他時(shí)期，而Mn元素在結(jié)莢期累積量高于其他時(shí)期?？傮w而言，四季豆表現(xiàn)出較強(qiáng)的重金屬富集傾向。

圖3 不同生長(zhǎng)時(shí)期四季豆對(duì)養(yǎng)分元素的積累量Fig.3 The accumulation of nutrient in common bean over the growth period

2.3 不同生長(zhǎng)階段四季豆對(duì)各種養(yǎng)分需求

四季豆不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)養(yǎng)分元素的需求如圖4所示，總體表現(xiàn)為收獲期>結(jié)莢期>伸蔓期>苗期和開(kāi)花期。根據(jù)四季豆干物質(zhì)累積量和養(yǎng)分含量，我們可以得到植株分別將N、P、K、Ca、Mg、S、Si等元素的吸收量的79.0%、78.9%、78.0%、56.7%、77.0%、88.0%和68.4%分配到經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量中。在生育期內(nèi)，四季豆對(duì)氮、磷、鉀吸收的比例分別為：苗期1.0∶0.5∶1.0，伸蔓期1.0∶0.4∶1.1，開(kāi)花期1.0∶0.4∶0.8，結(jié)莢期1.0∶0.4∶1.1，收獲期1.0∶0.4∶1.0(表1)。綜合考慮不同時(shí)期對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的需求量權(quán)重，四季豆生產(chǎn)對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分需求的比例為1.0∶0.4∶1.0。鑒于植株生長(zhǎng)對(duì)銅、鋅、鐵、錳和鉬等微量元素需求量較少，土壤中該類(lèi)元素的含量基本可滿足作物生長(zhǎng)的需求。因此，在這里我們不予詳細(xì)分析。

圖4 四季豆不同生長(zhǎng)時(shí)期養(yǎng)分元素的需求量Fig.4 The nutrient demand of common bean in different growth periods

表1 四季豆不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)氮、磷、鉀等養(yǎng)分需求特征Table 1 The requirement characteristics of N， P and K in different growth periods of common bean

3 討論

通過(guò)研究四季豆生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)養(yǎng)分元素的需求，根據(jù)作物生長(zhǎng)的需肥規(guī)律進(jìn)行施肥，不僅可以減少肥料的施用、提高經(jīng)濟(jì)效益；另一方面，對(duì)控制四季豆生產(chǎn)中過(guò)量養(yǎng)分投入引起的環(huán)境問(wèn)題具有重要的意義。本研究的四季豆生產(chǎn)模式下可獲得30 000 kg·hm-2的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，處于較高產(chǎn)量水平，因此基于該產(chǎn)量水平的四季豆養(yǎng)分吸收規(guī)律對(duì)指導(dǎo)四季豆施肥具有重要的意義。本研究結(jié)果表明，隨著四季豆生育期的推移植株干物質(zhì)累積量和養(yǎng)分元素累積量呈增加趨勢(shì)；其中在收獲期經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量干物質(zhì)累積量和養(yǎng)分元素累積量均明顯高于其他時(shí)期，因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)注重后期土壤肥效，防止因后期脫肥而造成四季豆經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的降低。按照合理施肥量=(吸收量-土壤供應(yīng)量)/肥料利用率，土壤供應(yīng)量按吸收量的1/3計(jì)算。本研究結(jié)果表明，四季豆單產(chǎn)30 000 kg·hm-2經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的養(yǎng)分需求量為N 81.6 kg·hm-2、P2O530.9 kg·hm-2、K2O 82.1 kg·hm-2。肥料利用率分別按N 30%～35%、P 20%～25%、K 35%～40%進(jìn)行計(jì)算，該水平下(豐產(chǎn)水平)的合理施肥量為：N 155～181 kg·hm-2、P2O582～103 kg·hm-2、K2O 136～156 kg·hm-2?？傮w而言，四季豆對(duì)氮的需求量高于磷和鉀。豆科植物具有生物固氮的特性，四季豆可通過(guò)根瘤菌拌種在一定程度上減少氮肥的施用。余波等[15]研究表明，四季豆接種AM菌劑和根瘤菌劑可以提高植株對(duì)土壤養(yǎng)分的利用率，具有促進(jìn)四季豆生長(zhǎng)、提高莢果品質(zhì)和增加四季豆經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量等作用。另外，微量元素在提高作物產(chǎn)量，增強(qiáng)作物抗病蟲(chóng)害能力方面具有不可或缺的作用。因此，在四季豆生產(chǎn)過(guò)程中，除常規(guī)肥料的施用外，還需適當(dāng)考慮人體有益微量元素添加對(duì)四季豆的增產(chǎn)作用。

4 結(jié)論

本文探究了四季豆生長(zhǎng)過(guò)程中的干物質(zhì)累積、養(yǎng)分吸收和養(yǎng)分含量的動(dòng)態(tài)變化，可以為基于預(yù)期生物質(zhì)產(chǎn)量的肥料施用提供參考。在收獲期，四季豆的干物質(zhì)累積量和對(duì)養(yǎng)分的吸收量最高。因此，在生產(chǎn)中應(yīng)注重后期土壤肥力，避免因脫肥而造成減產(chǎn)。四季豆對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收比例為1.0∶0.4∶1.0，并將氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量的約79.0%分配到經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。鑒于四季豆對(duì)重金屬元素的富集傾向，在四季豆的種植中應(yīng)充分考慮土壤理化性質(zhì)，從而減少人對(duì)有害重金屬元素的攝入。