氮磷鉀施肥對溫室菜用大豆生長與糖類含量的影響

高 源，程 茜，袁宇婷，郭魯平，黃 璐，張曉燕，袁星星，陳 新，朱月林，薛晨晨

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，江蘇南京 210095；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，江蘇南京 210014；3.南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京 210046；4.江蘇大學(xué)，江蘇鎮(zhèn)江 212013)

菜用大豆[Glycinemax(L.)Merr.]別稱枝豆、毛豆，鮮籽粒體積占鮮豆莢的80%～90%，每莢有鼓粒飽滿的籽粒1～4粒，種皮光滑、種臍明顯、橢圓形，是采青豆莢、取青綠色籽粒食用的豆類蔬菜[1]。菜用大豆生產(chǎn)區(qū)主要集中在江蘇、浙江、四川、福建等省份，全國每年生產(chǎn)面積在53.3萬hm2以上[2]。

菜用大豆的甜度是重要的食味品質(zhì)，甜度高的菜用大豆由于口感好而受到廣大消費者的喜愛，市場中也偏愛甜度高的菜用大豆[3]。普遍認為菜用大豆籽粒的甜度主要受可溶性糖含量影響，尤其受到蔗糖含量的影響最大，占可溶性糖的70%左右[4-9]，因此蔗糖是決定菜用大豆甜度的關(guān)鍵因子。

影響菜用大豆糖類含量的主要因素由品種和外界條件決定。不同施肥水平、施肥類型對菜用大豆生長的影響不同，氮肥、磷肥、鉀肥均對菜用大豆籽粒糖類含量的形成有重要影響[10-13]。本研究擬分析不同肥料及其濃度水平對菜用大豆籽粒糖類物質(zhì)的影響，以期為提高菜用大豆籽粒糖類含量施肥濃度提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計與材料

試驗于2021年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研展示溫室進行，采用盆栽種植，花盆規(guī)格為210 mm×145 mm×180 mm，每盆裝入蛭石約5 L，供試肥料包括尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀，試驗采用三因素三水平正交試驗(表1)，共27種組合處理。尿素，總氮含量≥46.4%；過磷酸鈣，有效磷(P2O5)含量≥12%，水溶性磷含量≥7%；硫酸鉀，鉀(K2O)含量≥52%。于種植前添加氮肥7.5 kg/hm2、磷肥12 kg/hm2、鉀肥12 kg/hm2作為基肥統(tǒng)一施入。

表1 試驗施肥水平

供試材料的菜用大豆品種為蘇新6號，采用直播方式于4月7日播種，真葉展開后控制密度為每盆2株，每個處理40株。肥料分別在播種前、開花前以目標施肥濃度的一半分2次施入，使用時配制成溶液(1∶300)施用，不同處理間的管理措施一致，開花時進行掛牌，其他管理均同步進行。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 生長指標測定 始花總?cè)~數(shù)：始花期植株具有的葉片數(shù)量。始花期：小區(qū)開花的株數(shù)達到50%的日期，以月-日表示?；ㄆ冢旱谝欢浠ㄖ两K花時間。初莢期：小區(qū)50%植株形成綠色幼莢，豆莢扁平，且莢長約1 cm的日期，以月-日表示。莢長、寬：采摘鮮莢時，從每個試驗小區(qū)隨機取樣10個莢，測量植株中上部莢的長度、寬度，取其平均值，單位為cm，精確到0.1 cm。單株莢數(shù)：單株實際結(jié)粒的莢數(shù)，單位為個。鮮百粒質(zhì)量：菜用大豆鮮莢采摘剝出后100個完整籽粒的質(zhì)量，單位為g。單莢質(zhì)量：菜用大豆單個鮮莢質(zhì)量，單位為g。籽粒含水率：鮮籽粒凍干72 h至恒質(zhì)量，記錄鮮質(zhì)量與干質(zhì)量，籽粒含水率=(鮮質(zhì)量-干質(zhì)量)/鮮質(zhì)量×100%。葉綠素SPAD值：使用便攜式葉綠素儀SPAD-502 Plus測量葉片SPAD值，測定時避開葉脈與受損葉片，分別于開花期、鼓粒盛期測定，每次隨機取10株的葉片進行測量。

1.2.2 糖含量測定 提取方法以GB/T 30390—2013《油料種籽中果糖、葡萄糖、蔗糖含量的測定 高效液相色譜法》為基礎(chǔ)[14]，菜用大豆籽粒經(jīng)切碎后凍干72 h，磨碎后稱取0.3 g菜用大豆粉末(精確至0.1 mg)于10 mL離心管中，加入1.5 mL石油醚去脂，漩渦振蕩1 min，3 000 r/min離心5 min，棄去上層石油醚，60 ℃水浴蒸發(fā)殘留石油醚，加入 4.5 mL 水攪勻，加入乙酸鋅溶液(1 mol/L)、亞鐵氰化鉀溶液(1 mol/L)各0.25 mL，室溫攪拌30 min，經(jīng)定性濾紙過濾，0.22 μm 濾膜過濾，待測。

色譜條件：色譜柱為ZORBAX Carbohydrate，4.6 mm×250 mm；流動相為乙腈∶水=75∶25(體積分數(shù))；柱溫為30 ℃；檢測器溫度為35 ℃；流速為 1 mL/min；進樣體積為10 μL；檢測器為Agilent 1260示差折光檢測器(RID)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2016錄入和整理數(shù)據(jù)，采用SPSS 22.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥水平下蘇新6號農(nóng)藝特性分析

同一品種菜用大豆經(jīng)27個施肥處理后部分相關(guān)農(nóng)藝性狀具有差異，在此施肥配方條件下，施肥對莢長寬、百粒鮮質(zhì)量影響甚微[變異系數(shù)(CV)<10%]，對單莢質(zhì)量、單株結(jié)莢數(shù)、始花葉片數(shù)、花期長短、籽粒含水量影響較大(CV>10%)(表2)。菜用大豆豆莢以二粒莢、三粒莢為主，莢長、莢寬一般說明了莢的大小，二粒莢莢長最長的處理組為N1P1K2，長達 6.0 cm，三粒莢莢長最長的處理組為N0P1K1和N1P2K0，長達 6.9 cm；各組間莢寬差異不明顯，變化范圍在 1.32～1.46 cm之間，平均為 1.4 cm，達到優(yōu)質(zhì)鮮食大豆莢標準。單莢質(zhì)量變化范圍在1.39～2.73 g之間，單莢質(zhì)量最小的為N0P1K2處理組，最大的為N2P2K2處理組。

表2 不同施肥水平下蘇新6號農(nóng)藝特性

27個施肥處理中，百粒鮮質(zhì)量變化幅度范圍在48.9～70.1 g之間。百粒鮮質(zhì)量最大的是N2P2K2處理組，即27組中施肥水平最高的處理組，為 70.1 g，比平均百粒鮮質(zhì)量高20.66%，比含量最低的處理高43.35%。N1P1K2處理的單株結(jié)莢數(shù)最多，其次是N1P2K0、N2P2K1處理，結(jié)莢數(shù)越多越利于產(chǎn)量的提高。試驗過程中，受到總供肥量的限制，試驗材料生殖生長時期葉片數(shù)幾乎不增加。始花葉片數(shù)與植株的生長高度和分枝數(shù)有一定關(guān)聯(lián)，植株越高則始花葉片數(shù)越多，N1、N2水平下始花葉片數(shù)高于N0水平，說明氮肥能夠促進植株生長。作物生育期的長短主要由作物的遺傳性決定，同一品種的開花期和初莢期會受到磷素影響提前開花結(jié)莢，試驗結(jié)果表明增施適量磷、鉀肥有利于花期延長。

2.2 不同施肥水平下蘇新6號葉片SPAD值分析

葉綠素SPAD值能體現(xiàn)葉色深度。在不同施肥水平條件、不同時期蘇新6號葉片SPAD值存在明顯差異。開花期之前菜用大豆植株處于營養(yǎng)生長期，此時氮肥水平對葉片SPAD值的影響效果較其他處理更明顯。開花期N2水平下的葉片SPAD值明顯高于N0、N1水平，葉片SPAD值基本表現(xiàn)為 N2>N1>N0(圖1)，N2水平下植株也表現(xiàn)出葉色更深的性狀。K含量則對SPAD值沒有明顯影響，P1、P2水平下的SPAD值則明顯高于P0。N×P、N×K、N×P×K之間均存在交互效應(yīng)。

鼓粒盛期時，增加氮肥水平對SPAD值的影響小于開花期，同樣表現(xiàn)為N2>N1>N0。與此同時，P2水平下葉片SPAD值表現(xiàn)出更高的數(shù)值，趨勢為P2>P1>P0，N2P2K1處理組數(shù)值最高，較數(shù)值最低的處理組高44.4%。試驗結(jié)果表明氮肥對菜用大豆營養(yǎng)生長時期的SPAD值具有關(guān)鍵作用，磷肥則對生殖生長時期有促進作用。K2水平下葉片的SPAD值則明顯高于K0、K1，說明鉀肥施用在此階段對葉綠素含量積累也有促進作用。在鼓粒盛期各因素0水平處理的組合植株葉片明顯出現(xiàn)老葉發(fā)黃、脫落的狀況。

2.3 不同施肥水平下蘇新6號糖類含量分析

對不同水平氮磷鉀肥菜用大豆糖類含量平均值作圖。由圖2可知，蔗糖是菜用大豆籽粒中含量最高的可溶性糖，在N1水平下達到最高，在施氮量增加的N2水平下蔗糖含量降低，整體表現(xiàn)為N1>N2>N0的趨勢，與不施氮相比，施氮明顯增加了蔗糖含量。而蔗糖含量隨磷肥的增加而增加，變化趨勢為P2>P1>P0。然而施加K1水平的鉀肥對蔗糖含量的影響較K0不顯著，且K2水平的蔗糖含量顯著低于K0、K1，可能是由于過量的鉀肥抑制了籽粒中蔗糖含量的積累。

氮肥的濃度差異對菜用大豆籽粒中果糖的積累具有一定影響，但是施加N2濃度的肥與N1水平無顯著差異，且較低濃度的氮肥水平仍能夠表現(xiàn)出較高的果糖含量。不同濃度的磷肥與鉀肥也會對籽粒果糖含量產(chǎn)生顯著影響，鉀肥呈現(xiàn)濃度越高果糖含量越高的趨勢，磷肥則相反。氮肥、磷肥的濃度增加對菜用大豆籽粒葡萄糖含量的影響也表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，且N1水平下葡萄糖含量顯著高于N0、N2水平。鉀肥施加后并沒有表現(xiàn)出比不施加的情況積累更高的葡萄糖含量。

對于3種糖類含量來說，方差分析結(jié)果(表3)表明氮肥磷肥鉀肥主體間效應(yīng)P<0.01，說明各因素互作影響達到了極顯著水平，存在互作效應(yīng)，單施一種肥料不利于菜用大豆籽粒糖類含量的積累。

2.4 蔗糖回歸模型的建立與分析

從不同水平氮磷鉀肥菜用大豆蔗糖含量平均值(圖2)可以得出，菜用大豆蔗糖含量隨氮肥水平呈先增加后降低的趨勢，與磷肥水平呈直線上升的趨勢，鉀肥雖表現(xiàn)為先增后降的趨勢但變化幅度較小。由圖中數(shù)據(jù)計算可得3因素的蔗糖含量極差值分別為6.92、7.46、0.58 mg/g，極差值越大說明該因素對籽粒蔗糖含量影響越大，磷肥因素影響略高于氮肥，氮肥與磷肥因素的影響遠高于鉀肥，該試驗濃度下鉀肥可能對蔗糖含量影響甚微，需要進一步分析。

表3 不同施肥水平下蘇新6號糖類含量方差分析

表4 蔗糖含量與氮磷鉀肥施用量編碼值回歸方程的偏回歸系數(shù)檢驗結(jié)果

該試驗水平條件下，回歸模型存在氮肥和磷肥的交互項，且回歸系數(shù)達極顯著水平，說明蔗糖含量的變化不是因子單獨效應(yīng)的簡單疊加，氮肥、磷肥的交互效應(yīng)對蔗糖的含量有影響。從氮磷施用量編碼值的偏回歸系數(shù)絕對值來看，氮肥、磷肥施用量編碼值的偏回歸系數(shù)絕對值分別為2.533、3.728，說明該試驗中對籽粒蔗糖含量的影響表現(xiàn)為磷肥>氮肥。

對該方程作圖(圖3)可以得出，蔗糖含量Y>20時，X1范圍在-0.18～1.00之間，X2范圍在0.31～1.00之間。在該試驗范圍內(nèi)，X1=0.83，X2=1.00時，Y獲得最大值，為24.22 mg/g，即在N用量為137.25 kg/hm2、P用量為240 kg/hm2條件下，菜用大豆籽粒的蔗糖含量最高。

3 討論與結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，不同施肥水平對菜用大豆生長與糖類含量均具有一定影響。同一品種菜用大豆(蘇新6號)經(jīng)不同水平氮磷鉀施肥處理后，莢長、莢寬、百粒鮮質(zhì)量差異不大(CV<10%)，單莢質(zhì)量、始花葉片數(shù)、單株結(jié)莢數(shù)差異較明顯(CV>10%)但差異有限。N2P2組合下農(nóng)藝性狀莢長、莢寬、莢質(zhì)量、百粒鮮質(zhì)量和單株結(jié)莢數(shù)表現(xiàn)更佳，花期更短，單從百粒鮮質(zhì)量來看N0P0K0、N0P1K1表現(xiàn)較佳。同一品種的開花期因磷肥影響提前開花結(jié)莢，適量磷、鉀肥能夠延長花期，避免落花落果。

SPAD值在開花期和鼓粒盛期均隨氮施用量的增加而增加，開花期P1、P2的影響則明顯高于P0，鼓粒盛期SPAD值隨磷施用量的增加而增加，氮肥、磷肥分別是影響開花期、鼓粒盛期SPAD值的主效因子。

蔗糖是菜用大豆籽粒中含量最高的糖，對于蔗糖來說，方差分析結(jié)果得出3因素顯著影響了蔗糖含量，且3因素互作效應(yīng)明顯。蔗糖含量隨氮肥的增加先增后降，這與章建新等的研究結(jié)果[18]相似。一般認為磷肥的響應(yīng)結(jié)果也是相似的[19]，本試驗中蔗糖含量則隨磷肥的增加而增加，可能是由于磷肥的施用量未達到過量水平。本試驗中蔗糖含量最高的氮磷鉀施用量為N2P2K0，N2P2施肥水平表現(xiàn)出更高的蔗糖含量。

由于蔗糖含量的方程模型具有較高的擬合度，能夠?qū)φ崽呛窟M行預(yù)測，從回歸分析得出，鉀肥的施用對蔗糖含量影響不顯著，這與前人的研究結(jié)果[20-23]存在差異，且鉀肥與氮肥、磷肥不存在互作效應(yīng)，可能與鉀肥施用水平的選擇有關(guān)。盡管數(shù)學(xué)建模的擬合度有限，但建模更有利于預(yù)測蔗糖與氮、磷肥施用量的關(guān)系，從而得出最適施肥配方，為今后的施肥水平設(shè)計提供具體方向。通過方程模擬得出在該試驗范圍內(nèi)，N施用量為137.25 kg/hm2，P施用量為240 kg/hm2條件下，菜用大豆籽粒的蔗糖含量最高。

果糖與葡萄糖在籽粒中的含量相對較少，回歸分析得到的擬合效果不如蔗糖高，但僅從多因素方差分析結(jié)果來看，氮磷鉀施肥能夠顯著影響果糖與葡萄糖含量的變化。并且果糖與葡萄糖受施肥影響差異較小，較低濃度水平仍能夠表現(xiàn)出較高的果糖、葡萄糖含量，這可能與籽粒內(nèi)糖類成分合成有關(guān)。