郭彩霞，黃高鑒，王永亮，郭軍玲，楊治平

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所/山西省土壤環(huán)境與養(yǎng)分資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 太原 030031)

紅蕓豆(Phaseolus vuglaris)屬食用豆中普通菜豆矮生直立型中的一種，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值[1]和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，自20世紀(jì)80年代從美國引入山西后，種植面積逐年增加，成為山西省重要的雜糧作物之一[2]。岢嵐縣是山西省乃至全國的紅蕓豆重要產(chǎn)區(qū)，近年來種植面積一直穩(wěn)定在8.7×103hm2左右，年產(chǎn)2 萬t，年出口量約占全國的1/3[3]，已成為當(dāng)?shù)刂匾闹еa(chǎn)業(yè)。然而隨著紅蕓豆產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了單產(chǎn)水平低及根腐病等一系列問題，導(dǎo)致近些年經(jīng)濟(jì)效益低下[1，4]，其主要的一個(gè)限制因素是紅蕓豆的養(yǎng)分特別是氮素的需求規(guī)律不清楚，農(nóng)民氮肥施用“兩極分化”情況較為普遍，氮素的科學(xué)管理對(duì)作物的生長發(fā)育、產(chǎn)量形成、抗逆等均有顯著的效應(yīng)，但過量施用氮肥會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響[5-7]。因此，探明紅蕓豆的氮素需求規(guī)律并明確紅蕓豆合理的氮肥用量，在提高氮素資源利用效率的同時(shí)減少資源環(huán)境代價(jià)，既是一個(gè)重要的科學(xué)命題，也是生產(chǎn)實(shí)際中需要解決的實(shí)際問題。

國內(nèi)許多學(xué)者針對(duì)這一問題做了探索性研究：喬秀平[8]研究了山西原平紅蕓豆的適宜施氮量，結(jié)果表明當(dāng)?shù)适┯昧繛?40.40 kg?hm–2時(shí)，產(chǎn)量最高可達(dá)2 152 kg?hm–2；宋謹(jǐn)同等[9]在東北的研究表明，‘英國紅’在氮肥施用量為29.82 kg?hm–2時(shí)，產(chǎn)量可達(dá)2 583.24 kg?hm–2；暢建武等[10]在山西東陽的紅蕓豆肥效試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)紅蕓豆氮肥用量為172.50 kg?hm–2時(shí)，平均產(chǎn)量可達(dá)2 200 kg?hm–2；韓彥龍等[11]研究了山西省陽曲縣紅蕓豆的養(yǎng)分限制因子及養(yǎng)分吸收、累積和分配特征，結(jié)果表明隨生育期推進(jìn)，莖、葉和莢皮中氮含量呈遞減趨勢，豆粒中氮含量呈遞增趨勢，每生產(chǎn)100 kg 紅蕓豆需供給N 4.37 kg；晉凡生等[12-13]通過對(duì)紅蕓豆氮磷鉀配比研究發(fā)現(xiàn)，氮素積累量與干物質(zhì)積累量之間的相關(guān)系數(shù)在結(jié)莢期和成熟期分別為0.95和0.96，且呈極顯著水平，紅蕓豆施肥量在132.03 kg?hm–2時(shí)，產(chǎn)量最高達(dá)2 627.26 kg?hm–2。這些研究大多是針對(duì)氮磷鉀肥配施，研究了氮肥投入與紅蕓豆產(chǎn)量的關(guān)系，對(duì)不同氮肥用量下紅蕓豆氮素吸收累積規(guī)律研究較少，特別是關(guān)于紅蕓豆對(duì)氮肥的吸收利用特征及響應(yīng)機(jī)制研究較少，尤其是針對(duì)紅蕓豆主產(chǎn)區(qū)的研究鮮見報(bào)道。而不同區(qū)域下養(yǎng)分的供應(yīng)能力會(huì)導(dǎo)致紅蕓豆養(yǎng)分吸收和利用特征有所不同，直接影響氮肥的合理施用和科學(xué)管理。因此本研究在山西省中、西部地區(qū)分別設(shè)置不同氮水平的田間試驗(yàn)，研究紅蕓豆對(duì)氮素吸收和利用特征以及氮肥肥料效應(yīng)，闡明不同施氮水平下紅蕓豆氮素需求與分配特征，明確不同氮肥水平下紅蕓豆對(duì)氮素的響應(yīng)機(jī)制及氮素累積規(guī)律與分配特征，旨在為紅蕓豆氮素管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本研究于2018年分別在山西省中部農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽農(nóng)業(yè)試驗(yàn)基地(東陽試驗(yàn)點(diǎn))和省域西部紅蕓豆主產(chǎn)區(qū)岢嵐縣(岢嵐試驗(yàn)點(diǎn))進(jìn)行。東陽試驗(yàn)點(diǎn)位于山西省晉中市榆次區(qū)東陽鎮(zhèn)東陽村(112°40′5″E、37°33′22″N)，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫9.8℃，多年平均降雨量418～483 mm，年日照時(shí)數(shù)2 662 h，無霜期158 d。該區(qū)域土壤類型為黃土狀褐土，試驗(yàn)田此前為春玉米(Zea mays)長期定位試驗(yàn)(始于2014年，氮肥處理與本研究處理一致)。岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)位于黃土高原中部晉西北岢嵐縣曹家溝村(111°20′46″E、38°37′37″N)，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，氣候寒冷，年均氣溫 6.0℃，年均降雨量456 mm，無霜期110 d。紅蕓豆是該區(qū)的主要雜糧作物，通常于5月中下旬播種，于當(dāng)年8月下旬、9月上旬收獲。無灌水條件，土壤類型為黃土狀褐土，土壤質(zhì)地為壤土，試驗(yàn)田為農(nóng)戶習(xí)慣施肥區(qū)，前茬作物為谷子(Setaria italica)。試驗(yàn)田0～20 cm 土壤理化性狀如表1所示。

表1 不同試驗(yàn)地點(diǎn)0～20 cm 土層基礎(chǔ)土壤養(yǎng)分含量Table1 Basic properties of the tested soil in the 0-20 cm layer in different experimental sites

1.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。東陽試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)置4 個(gè)氮肥處理，分別為0 kg(N)·hm–2(N1)、60 kg(N)·hm–2(N2)、120 kg(N)·hm–2(N3)、180 kg(N)·hm–2(N4)，與此前長期定位試驗(yàn)一致，氮肥30%底施，50%于初花期、20%于始莢期施入；磷肥用量為105kg(P2O5)·hm–2，鉀肥用量為75 kg(K2O)·hm–2，磷鉀肥均作為基肥一次性施入，肥料用量及施肥時(shí)期見表2。每個(gè)處理重復(fù)4 次，小區(qū)面積30 m2。種植密度為75 000 穴·hm–2，每穴2 株，0.5 m 等行距人工點(diǎn)播，試驗(yàn)于2018年5月5日播種，8月4日收獲測產(chǎn)。岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)置5個(gè)氮肥處理，分別為0 kg(N)·hm–2(N1)、60 kg(N)·hm–2(N2)、120 kg(N)·hm–2(N3)、180 kg(N)·hm–2(N4)、240 kg(N)·hm–2(N5)，氮肥30%底施，50%于初花期、20%于始莢期施入；磷肥用量為105 kg(P2O5)·hm–2，鉀肥用量為75 kg(K2O)·hm–2，磷鉀肥均作為基肥一次性施入，肥料用量及施肥時(shí)期見表2。每個(gè)處理重復(fù)4 次，小區(qū)面積60 m2。種植密度為67 500 穴·hm–2，每穴2 株，0.5 m 等行距人工覆膜點(diǎn)播。試驗(yàn)于2018年5月28日播種，9月6日收獲測產(chǎn)。紅蕓豆的品種為‘英國紅’，氮肥為尿素(N 46%)，磷肥為顆粒過磷酸鈣(P2O516%)，鉀肥為硫酸鉀(K2O 51%)。

表2 不同處理肥料用量及施用時(shí)期Table2 Fertilizer application rates at different stages of different fertilizer application treatments kg·hm–2

1.3 樣品采集與測定

植物樣品分別于苗期(V3)、開花期(R1)、結(jié)莢期(R3)、鼓粒期(R6)、生理成熟期(R8)采集，每小區(qū)選取有代表性的植株3 株。在V3 至R3 期，植株包括莖和葉2 部分；在R6 至R8 期，植株包括莖、葉、莢皮和籽粒4 部分。105℃殺青30 min，70℃烘干至質(zhì)量恒定，稱重。采用凱氏定氮法測定植株全氮含量[14]。測產(chǎn)采用實(shí)打?qū)嵤盏姆绞剑瑫r(shí)每小區(qū)取代表性植株10 株進(jìn)行考種，測定產(chǎn)量構(gòu)成。

1.4 參數(shù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010 計(jì)算和處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪圖，SPSS 20 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥用量對(duì)紅蕓豆產(chǎn)量的影響

由表3可以看出，東陽試驗(yàn)點(diǎn)和岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)紅蕓豆籽粒產(chǎn)量隨施氮量的增加變化趨勢基本一致，均呈現(xiàn)單峰曲線的變化特征，當(dāng)?shù)┝克竭_(dá)到N3 時(shí)，兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的籽粒產(chǎn)量均達(dá)最高，分別為2 359.89 kg·hm–2和2 452.26 kg·hm–2，之后隨著施氮量繼續(xù)增加籽粒產(chǎn)量呈下降的趨勢。相對(duì)于N3 處理，東陽試驗(yàn)點(diǎn)N1、N2、N4 處理籽粒產(chǎn)量分別減少33.80%、8.30%和10.54%；岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)N1、N2、N4、N5 處理籽粒產(chǎn)量較 N3 處理分別減少 22.27%、8.93%、3.64%、12.58%。施用氮肥有效增加了單株豆莢數(shù)，東陽試驗(yàn)點(diǎn)各施氮處理均顯著高于不施氮處理，但岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)處理間差異不顯著。每莢粒數(shù)、百粒重施肥處理顯著高于不施肥處理，但各施氮處理間差異不顯著。

2.2 不同氮肥用量對(duì)紅蕓豆單株干物質(zhì)累積與分配的影響

由圖1可以看出，兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)各處理單株干物質(zhì)積累在整個(gè)生育期均呈現(xiàn)“慢—快—慢”的增長趨勢。R3 至R6 時(shí)期干物質(zhì)累積較快，隨后進(jìn)入緩慢增長期。在R8 時(shí)期，東陽試驗(yàn)點(diǎn)的單株干物質(zhì)累積量在28.23～41.09 g，平均為35.94 g，岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)的單株干物質(zhì)累積量在46.55～62.15 g，平均為56.98 g，高于東陽試驗(yàn)點(diǎn)。

隨著紅蕓豆生育期的變化，營養(yǎng)器官干物質(zhì)累積量占比逐漸降低，生殖器官干物質(zhì)累積量占比逐漸增加。由表4可以看出，東陽試驗(yàn)點(diǎn)R1 時(shí)期葉、莖占地上部干物質(zhì)累積量的比例平均為57.32%和42.68%；在R3 時(shí)期，葉、莖干物質(zhì)所占比重有所下降，但仍占很大的比例，達(dá)59.26%和40.75%，此時(shí)生殖器官開始生長，隨著紅蕓豆籽粒的形成，生殖器官所占干物質(zhì)累積量比例迅速增加；到R6 時(shí)期，紅蕓豆生殖器官所占地上部干物質(zhì)累積量比例為59.59%～60.69%，平均為60.32%；到成熟期，紅蕓豆生殖器官所占地上部干物質(zhì)累積量比例為66.09%～71.85%，平均為68.42%；籽粒所占地上部干物質(zhì)累積量的比例為 43.73%～49.97%，平均為47.60%。岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)R1 時(shí)期的葉、莖干物質(zhì)累積量占地上部干物質(zhì)累積量的 6 4.44%～7 1.2 3%和28.77%～35.56%，平均為67.51%和32.49%；R3 時(shí)期，葉、莖干物質(zhì)累積量比重有所下降，但仍占很大的 比例，這個(gè)時(shí)期生殖器官開始生長，隨著紅蕓豆籽粒的形成，生殖器官所占干物質(zhì)累積量比例迅速增加；到R6 時(shí)期，紅蕓豆生殖器官所占地上部干物質(zhì)累積量比例為55.83%～58.21%，平均為56.54%；到成熟期，紅蕓豆生殖器官所占地上部干物質(zhì)累積量比例為64.27%～69.83%，平均為68.11%，籽粒所占地上部干物質(zhì)累積量的比例為40.32%～47.65%，平均為44.39%。

圖1 不同試驗(yàn)地點(diǎn)不同氮肥施用量下紅蕓豆地上部生物量累積動(dòng)態(tài)Fig.1 Dynamics of red kidney bean shoots biomass at different nitrogen application levels in different experimental sites

表4 不同試驗(yàn)地點(diǎn)不同氮肥施用量下不同生育期紅蕓豆植株各器官干物質(zhì)累積與分配Table4 Dry matter accumulation and distribution in organs of red kidney bean at different growth stages and different nitrogen application levels in different experimental sites

對(duì)兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)各處理進(jìn)行比較，東陽試驗(yàn)點(diǎn)V3至R3 時(shí)期葉、莖干物質(zhì)累積量施肥處理顯著高于不施肥處理(V3 時(shí)期葉差異不顯著)；R6 時(shí)期，生殖器官干物質(zhì)累積量逐漸增加，營養(yǎng)器官干物質(zhì)累積量逐漸減少；到R8 時(shí)期，干物質(zhì)累積量在不同器官中的累積量和分配比例依次為籽粒＞莖＞莢皮＞葉，其中單株籽粒產(chǎn)量為13.71～20.53 g，平均為16.95 g。岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)V3 至R3 時(shí)期葉、莖干物質(zhì)累積量施肥處理顯著高于不施肥處理(V3 時(shí)期莖稈差異不顯著)；R6 時(shí)期，生殖器官干物質(zhì)累積量逐漸增大，營養(yǎng)器官逐漸減少，特別是葉的干物質(zhì)累積量呈下降趨勢；R8 時(shí)期，干物質(zhì)累積量在不同器官中的累積量和分配比例依次為籽粒＞莖＞莢皮＞葉(N2、N4 處理莢皮＞莖)，其中單株籽粒產(chǎn)量為 21.58～28.62 g，平均為25.26 g，N3 處理單株籽粒產(chǎn)量最高，達(dá)28.62 g。

2.3 不同氮肥用量紅蕓豆單株氮素累積與分配的變化特征

由圖2可知，紅蕓豆地上部單株氮素吸收量動(dòng)態(tài)與干物質(zhì)累積量動(dòng)態(tài)大致趨勢一致，東陽試驗(yàn)點(diǎn)R1至R3 時(shí)期單株氮素累積量從0.29 g 增加到 0.54 g；R6 時(shí)期單株氮素累積量為0.47～0.72 g，平均為0.63 g，R8 時(shí)期達(dá)0.78 g。岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)R1 至R3 時(shí)期單株氮素累積量從0.60 g 增加到0.74 g；R6 時(shí)期單株氮素累積量為0.92～1.25 g，平均為1.16 g，R8 時(shí)期達(dá)1.28 g。

圖2 不同試驗(yàn)地點(diǎn)不同氮肥施用量下紅蕓豆地上部氮素累積動(dòng)態(tài)Fig.2 Dynamics of red kidney bean shoot nitrogen accumulation at different nitrogen application levels in different experimental sites

由圖3可以看出，紅蕓豆?fàn)I養(yǎng)器官氮素吸收量隨著生育期的變化呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，生殖器官則呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。在東陽試驗(yàn)點(diǎn)V3 至R1 期(圖3a，3c)，單株葉片氮素吸收量占地上部吸收量比例最高達(dá)76.92%，莖稈氮素吸收量占地上部氮素吸收量比例達(dá)42.62%；R1 至R6 時(shí)期，單株葉片、莖稈氮素吸收量所占比例逐漸降低到14.70%和14.40%；R8 時(shí)期(圖3g)，籽粒氮素吸收量占地上部氮素吸收量的69.12%～76.60%，平均為73.79%。在岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)V3 至R1 時(shí)期(3b，3d)，單株葉片氮素吸收量占地上部總吸收量比例最高達(dá)79.71%，莖氮素吸收量所占比例達(dá)27.35%；R3 至R6 時(shí)期，單株葉片氮素吸收量占地上部總吸收量從 63.50%降低至22.98%，莖氮素吸收量所占比例從 36.70%降低到15.93%；R8 時(shí)期(圖3h)，籽粒氮素吸收量占地上部氮素吸收量65.48%～75.18%，平均為70.27%。

處理間比較結(jié)果表明(圖3)，單株紅蕓豆葉、莖氮素吸收量在R3 時(shí)期達(dá)最高，R6 時(shí)期后出現(xiàn)降低的趨勢，莢皮的氮素吸收量在R6 時(shí)期達(dá)最高，之后逐漸降低，籽粒的氮素吸收量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。在東陽試驗(yàn)點(diǎn)，R3 時(shí)期，N4 處理葉、莖氮素吸收量最高，分別為每株0.44 g、0.21 g，占地上部氮素吸收量的67.01%、32.99%；R6 時(shí)期(圖3e)，N4 處理莢皮氮素累積量最高，為每株0.09 g，占地上部氮素吸收量的14.81%；R8 時(shí)期，N4 處理籽粒氮素吸收量最高，為每株0.72 g，占地上部氮素吸收量的74.81%。在岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)，R1 時(shí)期，N3 處理葉氮素吸收量最高可達(dá)每株0.70 g，占地上部氮素吸收量的79.71%；R3 時(shí)期，N4 處理莖單株氮素吸收量最高，為每株0.30 g，占地上部氮素吸收量的35.71%；R6 時(shí)期(圖3f) N4 處理莢皮氮素吸收量最高，為每株0.18 g，占地上部氮素吸收量的17.68%；R8 時(shí)期，N3 處理籽粒氮素吸收量最高，為每株0.99 g，占地上部氮素吸收量的73.28%。

2.4 不同氮肥用量紅蕓豆植株氮素轉(zhuǎn)運(yùn)特征

由表5可知，兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)營養(yǎng)體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)總體趨勢表現(xiàn)為營養(yǎng)體氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量隨著施氮量的增加而增加；轉(zhuǎn)運(yùn)效率隨著施氮量增加而增加，但達(dá)到最大后有降低的趨勢。而對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)差異顯著，在東陽試驗(yàn)點(diǎn)，轉(zhuǎn)運(yùn)效率為63.65%～73.70%，地上部營養(yǎng)器官對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率為47.22%～61.26%；在岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)，地上部營 養(yǎng)器官轉(zhuǎn)運(yùn)效率為54.21%～65.19%，而地上部營養(yǎng)器官對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率為53.04%～60.44%。

圖3 不同試驗(yàn)地點(diǎn)不同氮肥施用量下紅蕓豆不同生育期各器官氮素累積量Fig.3 Nitrogen accumulation in organs of red kidney bean at different growth stages and different nitrogen application levels in different experimental sites

2.5 不同氮肥施用量對(duì)氮肥利用效率的影響

由圖4可以看出，兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不同處理間氮肥利用率變幅很大。東陽試驗(yàn)點(diǎn)氮肥利用率為21.21%～60.34%，平均為42.33 %；岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)氮肥利用率為16.29 %～76.09 %，平均為44.11 %。兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不同氮肥用量下氮肥偏生產(chǎn)力也存在較大差異。東陽試驗(yàn)點(diǎn)氮肥偏生產(chǎn)力為11.79～36.78 kg·kg–1，平均為21.97 kg·kg–1；岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)氮肥偏生產(chǎn)力為8.60～44.92 kg·kg–1，平均為23.01 kg·kg–1。兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力大致呈現(xiàn)出隨著施氮量的增加而降低的趨勢，東陽試驗(yàn)點(diǎn)的氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力顯著低于岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)。

表5 不同試驗(yàn)地點(diǎn)不同氮肥施用量下紅蕓豆植株氮轉(zhuǎn)運(yùn)量特征Table5 Characteristics of nitrogen translocation in red kidney bean at different nitrogen application levels in different experimental sites

圖4 不同試驗(yàn)地點(diǎn)不同氮肥施用量對(duì)紅蕓豆氮肥利用效率的影響Fig.4 Effect of nitrogen application levels on fertilizer-N use efficiency of red kidney bean in different experimental sites

2.6 紅蕓豆籽粒產(chǎn)量對(duì)氮肥的響應(yīng)特征

圖5 紅蕓豆籽粒產(chǎn)量對(duì)氮肥用量的反應(yīng)曲線Fig.5 Red kidney bean yield response to nitrogen application levels

為進(jìn)一步定量分析兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)施肥量對(duì)紅蕓豆產(chǎn)量的影響，通過構(gòu)建一元二次回歸方程對(duì)兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的施氮量與產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合(圖5)。結(jié)果表明兩 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的籽粒產(chǎn)量均隨施氮量的增加呈現(xiàn)“先升高、后降低”的變化趨勢。東陽試驗(yàn)點(diǎn)，當(dāng)?shù)视昧繛?15.93 kg·hm–2時(shí)，可實(shí)現(xiàn)最高產(chǎn)量2 354.50 kg·hm–2；若采用最佳經(jīng)濟(jì)施肥量，則在產(chǎn)量基本不降低的情況下，氮肥用量為 110.36 kg·hm–2，可節(jié)約氮肥用量4.80%。在岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)，當(dāng)?shù)视昧繛?38.15 kg·hm–2時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)最高產(chǎn)量2 429.06 kg·hm–2；若采用最佳經(jīng)濟(jì)施肥量，則在產(chǎn)量基本不降低的情況下，氮肥用量為126.31 kg·hm–2，可節(jié)約氮肥用量8.57%。

3 討論

3.1 氮肥施用量對(duì)紅蕓豆產(chǎn)量及生物量的影響

氮素是影響作物生長發(fā)育的重要養(yǎng)分限制因 子[10，15-17]。宋謹(jǐn)同等[9，18]研究表明，在一定范圍內(nèi)適量增施氮肥，能增強(qiáng)植株吸收氮素轉(zhuǎn)化為籽粒產(chǎn)量的能力。氮肥的合理施用能有效提高籽粒的百粒重和每莢粒數(shù)，進(jìn)而提高籽粒產(chǎn)量[19-22]。本研究結(jié)果與此相似，當(dāng)施氮量為0～180 kg·hm–2，東陽和岢嵐兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)紅蕓豆的百粒重和每莢粒數(shù)均有不同程度提高，籽粒產(chǎn)量大幅提高。韓彥龍等[11]的研究結(jié)果表明，紅蕓豆干物質(zhì)累積在整個(gè)生育期內(nèi)先增加后減少，全生育期單株干物質(zhì)累積在現(xiàn)蕾期至盛花期、盛花期至結(jié)莢期出現(xiàn)兩次高峰，分別占紅蕓豆植株總干重的25.25%和46.22%。苗期至盛花期以生長莖葉為主，結(jié)莢后，籽粒成為紅蕓豆干物質(zhì)累積的主體，占植株總干重的36.1%～45.7%，收獲時(shí)單株豆粒產(chǎn)量為25.84 g。本研究東陽試驗(yàn)點(diǎn)收獲期單株籽粒產(chǎn)量平均為16.95 g，岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)收獲期單株籽粒產(chǎn)量平均為25.26 g。東陽試驗(yàn)點(diǎn)單株籽粒產(chǎn)量較低，是由于該試驗(yàn)點(diǎn)此前為定位施肥處理(起始于2014年)，土壤氮的供給對(duì)試驗(yàn)影響較小，另外該試驗(yàn)點(diǎn)紅蕓豆生育期縮短10 d，早熟、早衰也影響籽粒形成。晉凡生等[13]研究表明，紅蕓豆干物質(zhì)累積量呈現(xiàn)生育前期增加快，生育后期逐漸平緩的變化趨勢，在收獲期單株紅蕓豆生殖器官占干物質(zhì)總量比例達(dá)72.22%，單株干物質(zhì)量為44.53 g。本研究東陽試驗(yàn)點(diǎn)收獲期單株干物質(zhì)累積量為 28.23～ 41.09 g，平均為35.94 g；岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)收獲期單株干物質(zhì)累積量為46.55～62.15 g，平均為56.98g。主要是由于岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)前茬作物施肥為農(nóng)戶習(xí)慣施肥處理，另外受土壤供肥能力以及氣候條件影響，使得紅蕓豆生育期延長，進(jìn)而影響干物質(zhì)的累積量。

3.2 氮肥施用量對(duì)紅蕓豆氮素吸收利用的影響

氮肥用量影響到土壤養(yǎng)分的供應(yīng)，直接影響到作物對(duì)肥料養(yǎng)分的吸收與利用，進(jìn)而影響到產(chǎn)量和肥料利用率[23]。章建新等[24]通過研究施氮對(duì)大豆(Glycine max)氮素吸收分配的影響表明，氮素的日均積累量平均為3.59 kg·hm–2·d–1，最大值為7.52 kg·hm–2·d–1；王樹起等[25]通過研究施氮大豆氮素吸收積累的影響發(fā)現(xiàn)，在成熟期單株籽粒氮素累積量為0.30～0.47 g·株–1；楊廣東等[26]對(duì)高寒地區(qū)蕓豆氮肥與密度優(yōu)化組合模式研究發(fā)現(xiàn)，施氮量和密度組合最佳時(shí)，籽粒氮含量最高；韓彥龍等[11]發(fā)現(xiàn)紅蕓豆成熟時(shí)，單株籽粒氮累積量為0.76 g·株–1。本研究在不同氮肥用量條件下，東陽試驗(yàn)點(diǎn)單株籽粒氮素累積量為0.3～0.7 g·株–1，平均為0.56 g·株–1；岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)單株籽粒氮素累積量為0.8～0.9 g·株–1，平均為0.87 g·株–1。構(gòu)成單株籽粒氮素累積量差異的原因，一方面可能是由于兩地氣候條件差異，東陽試驗(yàn)點(diǎn)年平均氣溫為9.8℃，岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)年平均氣溫為6℃，積溫較低，以及土壤供氮能力差異，使得東陽試驗(yàn)點(diǎn)較岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)生育期縮短了10 d。夏玄等[27]研究發(fā)現(xiàn)豆科作物獨(dú)特生物固氮體系促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收與利用；姜妍等[28]研究發(fā)現(xiàn)控制氮肥用量對(duì)提高豆科植物對(duì)氮素的吸收利用能力乃至產(chǎn)量的增加具有至關(guān)重要作用；龔振平等[29]研究發(fā)現(xiàn)，大豆氮素營養(yǎng)主要來自58.7%根瘤固氮和39.8%土壤氮。紅蕓豆屬于豆科作物，根瘤固氮作用對(duì)氮肥吸收有一定的影響[29]，對(duì)紅蕓豆固氮能力有待進(jìn)一步研究。

氮肥利用率是作物吸收利用氮肥的主要指標(biāo)，不僅受土壤性質(zhì)、作物種類和生長時(shí)期、氮肥以及肥料種類、施用技術(shù)以及氣候條件等因素的強(qiáng)烈影響，且具有很大的變幅，國內(nèi)外有許多表征肥料利用效率的參數(shù)，如作物生產(chǎn)系數(shù)、作物的偏生產(chǎn)率或生產(chǎn)率、作物的邊際產(chǎn)量等。一般來說，國際上用以表征農(nóng)田肥料利用效率的參數(shù)有養(yǎng)分回收率、肥料農(nóng)學(xué)利用率、肥料生理利用率及肥料的偏生產(chǎn)力[6]。本研究根據(jù)需要選擇了氮肥利用率和氮肥偏生產(chǎn)力2個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。晉凡生等[12]研究表明紅蕓豆氮肥利用率為25%～40%。本研究東陽試驗(yàn)點(diǎn)氮肥利用效率為21.21%～60.34%，平均為42.33%；岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)氮肥利用效率為16.29%～76.09%，平均為44.11%。岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)的生育期延長10 d，有效增加了紅蕓豆的籽粒產(chǎn)量與氮素吸收量。同一產(chǎn)量水平下，岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)的氮素吸收量高于東陽試驗(yàn)點(diǎn)，再次證明岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)氮肥利用效率高于東陽試驗(yàn)點(diǎn)。另外，由于東陽試驗(yàn)點(diǎn)年平均氣溫較高，也影響紅蕓豆植株對(duì)氮素的吸收利用，因而影響產(chǎn)量的形成，導(dǎo)致東陽試驗(yàn)地產(chǎn)量較低。

4 結(jié)論

在不同氮肥用量條件下，山西省中、西部地區(qū)紅蕓豆干物質(zhì)累積隨著生育進(jìn)程呈現(xiàn)“慢-快-慢”動(dòng)態(tài)，合理的氮肥用量有助于干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)移，東陽、岢嵐試驗(yàn)點(diǎn)單株籽粒所占總干物質(zhì)比重最高可達(dá)49.97%和47.65%；同時(shí)可增加紅蕓豆植株對(duì)氮素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而提高氮肥利用效率和生產(chǎn)力，這是籽粒產(chǎn)量增加的基礎(chǔ)。基于籽粒產(chǎn)量和氮肥用量的回歸方程，計(jì)算得出山西中部紅蕓豆的適宜施氮量為110.36 kg?hm–2，西北部為126.31 kg?hm–2。綜合考慮土壤特征、氣候以及品種等條件，紅蕓豆氮肥施用量可以此為基準(zhǔn)進(jìn)行微調(diào)。這為高效合理的氮肥施用提供了科學(xué)依據(jù)，但對(duì)于不同氮肥用量下紅蕓豆固氮機(jī)理仍需進(jìn)一步研究。