利用 “3414”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行苧麻測土配方施肥研究

曹詣，崔國賢，劉楠楠，黃敏升，李雪玲，白玉超

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)苧麻研究所，長沙410128)

苧麻 (Boehmeria nivea L.)屬蕁麻科 (Urticaceae)苧麻屬 (Boehmeria)，是一種多年生宿根性草本纖維植物[1]。苧麻是我國古老的纖維作物，其栽培歷史悠久，是我國勞動(dòng)人民最先開發(fā)和利用的天然纖維作物之一。目前，我國苧麻在國際市場上占支配地位，其種植面積和原料產(chǎn)量占世界的95%以上[2]。苧麻纖維作為一種優(yōu)良的天然紡織工業(yè)原料，其粗獷、透氣、涼爽等優(yōu)點(diǎn)受到了世界各國人民的青睞。隨著我國加入WTO，苧麻產(chǎn)業(yè)也將迎來發(fā)展的新高潮[3]。

在苧麻生長發(fā)育過程中，氮肥對苧麻植株體內(nèi)的氮磷鉀含量影響顯著，施氮促進(jìn)了苧麻對氮素的積累，但是，增施氮肥不利于磷鉀在苧麻體內(nèi)的積累。鉀肥可以顯著促進(jìn)麻皮對磷鉀的積累，使磷鉀向皮中轉(zhuǎn)移[4]。在日常麻田施肥管理中，我國普遍存在著偏施、濫施化肥;重視氮肥、輕視鉀肥;忽視微肥、忽略中量元素肥料。致使肥料施用嚴(yán)重失衡，化肥利用率逐年降低，相對生產(chǎn)成本增高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)增產(chǎn)不增收的現(xiàn)象，同時(shí)也致使土坡板結(jié)、通透性差，堿性土壤增加，作物病蟲害發(fā)生頻率高，產(chǎn)品質(zhì)量差，出口不達(dá)標(biāo)的問題出現(xiàn)[5]。因此，推廣測土配方施肥技術(shù)勢在必行，該技術(shù)不但可以提高化肥利用率，節(jié)約肥料，還能改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，提高土壤肥力，減少環(huán)境污染。本文針對于苧麻需肥規(guī)律、土壤供肥性能和肥料效應(yīng)，根據(jù)世界糧農(nóng)組織 (FAO)推薦的“3414”方案探尋苧麻栽培中氮、磷、鉀肥料的最佳施用量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn):瀏陽苧麻高產(chǎn)示范基地。該基地位于東經(jīng)113.7767°，北緯27.9974°，土壤肥沃、排灌方便。屬于大陸性亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，四季分明，春夏潮濕多雨，秋冬寒冷干爽。夏季多為東南風(fēng)，冬季轉(zhuǎn)偏北風(fēng)，平均風(fēng)速20米/秒。無霜期長 (235～293天)，雨量充沛 (1 457～2 247mm)。熱量充足，年平均氣溫16.7～18.2℃，≥10℃活動(dòng)積溫5 030～5 353℃，年日照時(shí)數(shù)1 490～1 850小時(shí)，年輻射量為100～112千卡/m2。

試驗(yàn)前對試驗(yàn)基地采集土壤化驗(yàn)。土壤經(jīng)硫酸—高氯酸消化后，用流動(dòng)分析儀測定土壤全氮、全磷、速效磷含量，用火焰光度計(jì)測定土壤全鉀含量;用堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮含量;用乙酸銨浸提火焰光度計(jì)法測定土壤速效鉀含量;有機(jī)質(zhì)采用外加熱重鉻酸鉀氧化容量法，土壤pH值采用電位法。各試驗(yàn)點(diǎn)3次重復(fù)取平均值。結(jié)果詳見表1。

表1 試驗(yàn)基地土壤基本情況Tab.1 Basic conditions of experimented soil

1.2 試驗(yàn)材料

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)苧麻研究所提供的“中苧1號”。2011年5月中上旬在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行嫩梢扦插育苗，于2011年5月31移栽至瀏陽苧麻高產(chǎn)示范基地，屬于三齡麻;氮肥選用重慶建峰化工股份有限公司生產(chǎn)的尿素，按含量46.3%折算純氮。磷肥選用湖南省瀏陽市東區(qū)磷肥廠生產(chǎn)的鈣鎂磷肥，按12.0%含量折算P2O5。鉀肥選用新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司生產(chǎn)的硫酸鉀，按51.0%折算K2O。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用世界糧農(nóng)組織推薦的“3414”方案，即3因素、4水平、14個(gè)處理。設(shè)3個(gè)因素 (N、P、K)、4個(gè)施肥水平 (0～3)，結(jié)合該基地幾年高產(chǎn)施肥及農(nóng)民施肥經(jīng)驗(yàn)確定第2水平施肥量，第0、1、3水平施肥量分別為第2水平的0、0.5、1.5倍，本次試驗(yàn)三次重復(fù)，總共42個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)小區(qū)面積10m2，每廂4穴，株距45厘米。三季麻肥料分配與施用期:頭麻40%，二麻、三麻各占30%，除頭麻氮肥分別于2013年3月11日 (出苗期)和2013年4月3日 (封行前)兩次各半施用外，磷、鉀肥和二、三麻氮肥均在每季麻收獲后結(jié)合中耕一次施入，于2013年6月2日收獲頭麻，8月1日收獲二麻，10月15日收獲三麻。試驗(yàn)均未施有機(jī)肥，按一般大田生產(chǎn)管理。

每季麻收獲前每個(gè)小區(qū)隨機(jī)抽取30株苧麻調(diào)查株高、莖粗;纖維成熟后按小區(qū)收獲麻皮，稱鮮皮重，測鮮皮厚;曬干，稱干麻重，并將纖維產(chǎn)量折合成公頃的產(chǎn)量，數(shù)據(jù)處理分析采用Excel、DPS數(shù)據(jù)分析軟件。氮磷鉀施肥情況見表2。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配方施肥對苧麻纖維產(chǎn)量的影響

不同施肥條件下苧麻全年每公頃纖維產(chǎn)量如表3所示。從表中可知，施肥區(qū)苧麻全年纖維產(chǎn)量均高于不施肥的對照。其中處理6全年纖維產(chǎn)量最高，達(dá)4 185.15 kg/hm2。全年纖維產(chǎn)量最高值與最低值相差甚大，差值達(dá)1 349.7 kg/hm2，說明不同施肥處理對苧麻纖維產(chǎn)量影響甚大，同時(shí)表明本試驗(yàn)第2施肥水平的設(shè)置較為合理。

表2 “3414”試驗(yàn)施肥情況Tab.2 Formulated fertilizer combinations based on method“3414”

表3 不同施肥水平對苧麻全年纖維產(chǎn)量的影響Tab.3 Effect of different fertilizer combinations on ramie yield

2.2 不同配方施肥肥料效益

2013年瀏陽市澄潭江鎮(zhèn)肥料折合純養(yǎng)分價(jià)格為:N 6.52元/kg，P2O56.67元/kg，K2O 7.84元/kg;苧麻原麻單價(jià)為6.8元/kg[6]。根據(jù)“肥料效益=產(chǎn)量×產(chǎn)品價(jià)格－肥料成本”計(jì)算公式[7]，分析各配方施肥處理的肥料效益 (表4)。各處理每公頃纖維年產(chǎn)值范圍為19 281.06～28 459.02元，配方施肥區(qū)每公頃肥料投入增加范圍為2 947.5～6 475.5元，各處理的肥料效益范圍為16 335.9～23 159.52元。每公頃纖維年產(chǎn)值前5名分別為處理6、處理10、處理7、處理5、處理11，肥料效益前5名分別為處理6、處理8、處理5、處理7、處理14，產(chǎn)投比前五名分別為處理1、處理8、處理13、處理14、處理12。處理6產(chǎn)值、肥料效益最好，但產(chǎn)投比卻較低。由此可知，肥料的投入與效益不呈正相關(guān)關(guān)系，只有合理施肥才能達(dá)到增產(chǎn)增效的目的。

表4 不同氮、磷、鉀施肥處理苧麻產(chǎn)值與產(chǎn)值效益Tab.4 Yield and benefit of ramie with different N，P and K treatments

2.3 肥料互作效應(yīng)與地力基礎(chǔ)

肥料的互作效應(yīng)分析結(jié)果表明 (表5)，N、P、K互作效應(yīng)最高，比不施肥處理 (處理1)增產(chǎn)47.60%，其次是NK(處理4)和NP(處理8)的互作效應(yīng)，增產(chǎn)率分別為38.93%和34.45%;PK的互作效應(yīng)最差，增產(chǎn)率僅為0.04%。

按照農(nóng)業(yè)部測土配方施肥的要求，用缺素區(qū)產(chǎn)量占全肥區(qū)產(chǎn)量百分?jǐn)?shù)，即相對產(chǎn)量的高低來表達(dá)土壤養(yǎng)分的豐缺情況，相對產(chǎn)量低于50%的土壤養(yǎng)分為“極缺”;50% ～70%的為“缺乏”;70% ～90%的為“中等”;大于90%的為“豐富”[7]。從表5可以看出，缺N區(qū)產(chǎn)量占全肥區(qū)產(chǎn)量的60.58%，說明土壤全氮含量處于缺乏水平;而缺P區(qū)產(chǎn)量占全肥區(qū)產(chǎn)量的94.13%，說明土壤有效磷含量豐富;缺K區(qū)的產(chǎn)量占全肥區(qū)產(chǎn)量的91.09%，說明土壤有效鉀含量豐富。在此地力基礎(chǔ)上，缺N區(qū)產(chǎn)量2836.50kg/公頃，缺K區(qū)產(chǎn)量為3812.25 kg/公頃，缺P區(qū)產(chǎn)量3939.30 kg/公頃，即處理4＞處理8＞處理2，可知氮肥對苧麻纖維產(chǎn)量影響最大，其次是鉀肥，磷肥對苧麻纖維產(chǎn)量影響相對較小。

表5 肥料互作與相對產(chǎn)量Tab.5 Fertilizers interaction and relative production

2.4 建立施肥模型

采用Excel、DPS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)二次多項(xiàng)式回歸分析、“3414”測土配方施肥實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，建立苧麻施肥量和產(chǎn)量之間的效應(yīng)方程，得出最佳產(chǎn)量施肥量和最高產(chǎn)量施肥量。

2.4.1 三元二次肥料效應(yīng)模型

將每公頃氮、磷、鉀養(yǎng)分施用量及單價(jià)、相應(yīng)產(chǎn)量及單價(jià)，用DPS數(shù)據(jù)處理軟件中“3414”測土配方施肥實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析模塊分析得出本試驗(yàn)三元二次肥料效應(yīng)方程:

回歸方程式中y代表苧麻每公頃纖維產(chǎn)量，x1、x2、x3分別代表N、P2O5、K2O每公頃施用量。極值判別分析判定該三元二次肥效方程典型，符合報(bào)酬遞減律 (二次項(xiàng)系數(shù)為負(fù)值，一次項(xiàng)系數(shù)可能為正值)，P＜0.0009＜0.05，F(xiàn)=50.9941＞F0.05=0.000905，達(dá)到了顯著水平，屬于典型肥料效應(yīng)函數(shù) (方差分析結(jié)果詳見表6)。將三元二次肥效方程進(jìn)行模型優(yōu)化，其結(jié)果為:最高產(chǎn)量 (y)4261.25 kg/hm2，對應(yīng)的 x1、x2、x3分別為 438.98 kg/hm2、88.23 kg/hm2、450.00 kg/hm2;最佳經(jīng)濟(jì)效益22611.55元，對應(yīng)的x1、x2、x3分別為336.51 kg/hm2、4.12kg/hm2、450.00kg/hm2。

表6 試驗(yàn)方差分析Tab.6 Variance analysis of experiment results

2.4.2 一元二次肥料效應(yīng)模型

在某兩種肥料處于第2水平，另一種肥料處于不同水平的情況下，根據(jù)每公頃養(yǎng)分施用量及相應(yīng)纖維產(chǎn)量，通過二次多項(xiàng)式回歸分析得出回歸方程:y=ax2+bx+c，根據(jù)邊際產(chǎn)量為零(dy/dx=2ax+b=0)，求得最高產(chǎn)量及對應(yīng)施肥量;根據(jù)肥料的邊際利潤為零 (dy/dx=Px/Py，Px為養(yǎng)分單價(jià)，Py產(chǎn)品單價(jià))，獲得最佳產(chǎn)量及對應(yīng)施肥量。

經(jīng)二次多項(xiàng)式回歸分析得出:氮的回歸方程y=－0.0085x2+6.7213x+2819.7、磷的回歸方程:y=－0.0278x2+5.1773x+3936.9，對回歸方程求極大值得出，苧麻最高產(chǎn)量施肥量氮(N)395.37 kg/hm2、磷 (P2O5)93.12 kg/hm2;最佳經(jīng)濟(jì)施肥量氮 (N)334.02kg/hm2、磷(P2O5)74.78kg/hm2。鉀的回歸方程:y=－0.0008x2+1.2862x+3783.6，P=0.3758＞0.05，擬合不成功，不能按常規(guī)求極值的方法求最高產(chǎn)量、最佳產(chǎn)量及其相應(yīng)的施肥量。宋朝玉等研究指出對于非典型肥效回歸方程可對其進(jìn)行模型優(yōu)化來求得最高產(chǎn)量、最佳產(chǎn)量及其相應(yīng)的施肥量[7]。因此，對鉀回歸方程進(jìn)行模型優(yōu)化后得出，最高產(chǎn)量為4 204.47 kg/hm2，鉀 (K2O)施用量為450.00 kg/hm2;最佳經(jīng)濟(jì)效益為25 764.87元/hm2，鉀 (K2O)施用量為82.59kg/hm2。

從圖1、圖2可以看出，隨著施肥量的增加，苧麻纖維產(chǎn)量隨之增加;但超過最高產(chǎn)量養(yǎng)分施用量以后，隨著養(yǎng)分施用量的增加，苧麻產(chǎn)量呈下降趨勢。

3 結(jié)論與討論

(1)合理施肥是提高作物產(chǎn)量和肥料利用率的基礎(chǔ)，本試驗(yàn)中不同施肥處理對苧麻產(chǎn)量的影響較大，其中以處理6(N2P2K2)的肥料配施效果最佳。根據(jù)肥料的互作效應(yīng)結(jié)果得出，N、P、K互作效應(yīng)最高，比不施肥處理增產(chǎn)47.60%，其次是NK和NP的互作效應(yīng)，增產(chǎn)率分別為38.93%和34.45%，PK的互作效應(yīng)最差，增產(chǎn)率僅0.04%;單因素對產(chǎn)量的作用效果是N＞K＞P。在此試驗(yàn)點(diǎn)氮對苧麻纖維產(chǎn)量的相關(guān)性較大，而磷、鉀對苧麻纖維產(chǎn)量的相關(guān)性較小，除了與苧麻自身對氮肥的需求量大有關(guān)，還與試驗(yàn)基地土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀含量高有關(guān)。

圖1 氮肥對苧麻產(chǎn)量的影響Fig.1 Effect of N treatment on ramie yield

圖2 磷肥對苧麻產(chǎn)量的影響Fig.2 Effect of P treatment on ramie yield

(2)處理6年產(chǎn)值、肥料效益最高分別為28 459.02元/hm2、23 159.52元/hm2，處理8肥料效益為22 975.8元/hm2，僅次于處理6，但產(chǎn)投比遠(yuǎn)高于處理6。若考慮肥料折合純養(yǎng)分價(jià)格K2O＞P2O5＞N、施肥人工費(fèi)及勞作時(shí)間等成本，在此試驗(yàn)地塊選擇處理8(N2P2K0)施肥量較為合;但若長期依照N2P2K0施肥，勢必會(huì)造成土壤鉀含量降低，出現(xiàn)減產(chǎn)現(xiàn)象。因此須綜合考慮各因素，進(jìn)行合理、科學(xué)的施肥。

(3)“3414”試驗(yàn)肥效方程擬合成功率偏低，一般在50%左右。本試驗(yàn)三元二次肥效方程符合報(bào)酬遞減律屬于典型肥料效應(yīng)函數(shù)。將三元二次肥效方程進(jìn)行模型優(yōu)化，得出最佳經(jīng)濟(jì)施肥量氮 (N)336.51 kg/hm2、磷 (P2O5)4.12 kg/hm2、鉀 (K2O)450 kg/hm2，最高產(chǎn)量施肥量氮 (N)438.98 kg/hm2、磷 (P2O5)88.23 kg/hm2、鉀 (K2O)450.00 kg/hm2。將一元二次肥效方程求極大值及模型優(yōu)化，得出苧麻最高產(chǎn)量施肥量氮 (N)395.37 kg/hm2、磷 (P2O5)93.12 kg/hm2、鉀 (K2O)450.00 kg/hm2;最佳經(jīng)濟(jì)施肥量氮 (N)334.02kg/hm2、磷 (P2O5)74.78kg/hm2、鉀 (K2O)82.59kg/hm2。本試驗(yàn)土樣化驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)僅為1年，而造成試驗(yàn)誤差的因子較多 (如:土壤理化性質(zhì)、氣候、耕作制度、大田管理制度、樣品收集與處理等)，這些因素勢必會(huì)降低測土配方施肥試驗(yàn)的精確度。因此，本試驗(yàn)推薦的施肥配方還不完善，未來將進(jìn)一步進(jìn)行不同土壤肥力的多年試驗(yàn)，進(jìn)而建立全面的苧麻測土配方施肥參數(shù)，提高測土配方施肥技術(shù)水平。

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