氮磷鉀配施對番紅花品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

張衡鋒， 韋慶翠， 魏 欣， 張煥朝

(1.江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院園林園藝學(xué)院，江蘇泰州 225300； 2.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江蘇南京 210037)

番紅花(CrocussativusL.)屬鳶尾科(Iridaceae)番紅花屬鱗莖類球根花卉，原產(chǎn)于伊朗、小亞細(xì)亞半島和希臘，后引種到印度、地中海盆地、東歐和中國[1]，已有近3 000年的栽培歷史，由于其獨(dú)特的藥用價(jià)值、芳香、色彩、著色和觀賞特性，作為藥材、香料、天然色素、染料和觀賞植物在國際上廣泛應(yīng)用。番紅花以花柱入藥，稱西紅花(Crocistigma)，在我國被列為名貴中藥材[2]。番紅花因其苛刻的生境要求、特殊的采收方式(須在開花當(dāng)日純手工采收，最大限度保存柱頭內(nèi)揮發(fā)性有效成分)、極低的產(chǎn)量(6～8 kg/hm2)，致使它的售價(jià)高達(dá)10美元/g，素有“植物黃金”之稱[3]。番紅花為三倍體植物，我國引種后逐漸探索出“二段法”栽培模式，即當(dāng)年11月至翌年7月，開花后母球大田種植，越冬生長并發(fā)育生成仔球，采收后室內(nèi)干燥儲藏；翌年8—10月仔球在暗光陰濕條件下上架催芽，開花，采收花朵[4]。

“3414”二次回歸肥料設(shè)計(jì)是農(nóng)業(yè)部推薦的測土配方施肥設(shè)計(jì)方案，在國內(nèi)外研究植物配方施肥中廣泛應(yīng)用[5]。眾所周知，優(yōu)秀的遺傳基礎(chǔ)是作物實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的前提條件之一，但栽培管理?xiàng)l件和生態(tài)環(huán)境對作物的品質(zhì)和產(chǎn)量亦至關(guān)重要。番紅花屬于喜肥植物，尤其在仔球培養(yǎng)過程中需肥量較高，但長期以來，番紅花的生產(chǎn)多根據(jù)種植戶的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，在生產(chǎn)上盲目施肥現(xiàn)象嚴(yán)重。另外，雖然中國番紅花產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，但中國仍然是番紅花主要進(jìn)口國之一，平均單產(chǎn)較發(fā)達(dá)國家仍有較大差距，在番紅花肥效研究方面起步較晚，且缺乏系統(tǒng)性和科學(xué)性的研究，國外研究成果難以直接指導(dǎo)國內(nèi)番紅花生產(chǎn)。為此本試驗(yàn)采用“3414”測土配方施肥方案，系統(tǒng)研究氮、磷、鉀營養(yǎng)對番紅花仔球的生長、品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，為番紅花的規(guī)范化生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地內(nèi)(32°27′42″N、119°55′57″E)，地處江蘇中部，年均氣溫14.4～15.1 ℃；年均降水量1 037.7 mm，降雨日113 d，土壤類型屬典型潮土，0～30 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為13.17 g/kg，堿解氮含量為92.63 mg/kg，有效磷含量為40.37 mg/kg，速效鉀含量為132.34 mg/kg，pH值為7.06。

1.2 試驗(yàn)材料

番紅花種球由江蘇省泰州市本草農(nóng)業(yè)科技有限公司提供，種球平均鮮質(zhì)量(15±2.5) g，于2015年11月28日栽植，每個(gè)種球留2個(gè)主芽，定植株行距為10 cm×12 cm，小區(qū)面積10 m×1.5 m。供試肥料中氮肥采用尿素(含N 46%)，磷肥采用過磷酸鈣(含P2O514%)，鉀肥采用硫酸鉀(含K2O 54%)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用“3414”二次回歸肥料設(shè)計(jì)，選取N、P、K 3種肥料，每種肥料設(shè)置4個(gè)水平，未施肥處理為CK(對照)，共設(shè)置14個(gè)處理，3次重復(fù)，具體試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)見表1。磷肥和鉀肥作為基肥一次性施入，氮肥50%作基肥施入，50%為追肥于3月分2次施入。2016年5月6日收獲仔球，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量并隨機(jī)選取各處理仔球用于各項(xiàng)指標(biāo)的測定。

表1 N、P、K“3414”配方施肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.4 測定項(xiàng)目及方法

可溶性蛋白含量的測定參照李合生的方法[6]，采用考馬斯亮藍(lán)比色法進(jìn)行測定；可溶性糖含量和淀粉含量的測定采用蒽酮比色法[7]進(jìn)行測定；番紅花仔球產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)以小區(qū)為單位統(tǒng)計(jì)收獲仔球的鮮質(zhì)量和數(shù)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

番紅花仔球品質(zhì)綜合評分標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)番紅花規(guī)范化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，參照趙鍇等對洋蔥和宋春鳳等對芋頭品質(zhì)的評分標(biāo)準(zhǔn)[8-9]，設(shè)置各品質(zhì)指標(biāo)的最佳處理值為100分，各處理的指標(biāo)測定值占最佳處理值的比例即為該處理的實(shí)際分值。另外，設(shè)置各處理品質(zhì)權(quán)重，所有權(quán)重得分之和即為該處理品質(zhì)的綜合評分，其中可溶性蛋白含量和可溶性糖含量權(quán)重均為0.3，淀粉含量權(quán)重為0.4。番紅花仔球產(chǎn)量綜合評分方法與仔球品質(zhì)綜合評分方法相同，收獲仔球總鮮質(zhì)量權(quán)重為0.7，仔球總數(shù)量權(quán)重為0.3。

采用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和制表，并用DPS 9.50軟件進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)(Duncan新復(fù)極差法)，并對番紅花最終收獲仔球的品質(zhì)和產(chǎn)量進(jìn)行二次多元方程模型擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 配方施肥對品質(zhì)的影響

不同處理對番紅花仔球品質(zhì)影響的測定結(jié)果見表2。由表2可知， 番紅花在施用氮肥、 磷肥、鉀肥之后，仔球品質(zhì)均有不同程度的提高，且均達(dá)到極顯著差異，其中以處理7(N2P3K2)處理效果最佳，綜合評價(jià)分值與對照相比提高了41.65%。

2.1.1 回歸模型的建立 以表1中氮(X1)、磷(X2)、鉀(X3)肥料的施用量為自變量，表2中番紅花品質(zhì)綜合評分為因變量，進(jìn)行三元二次肥料效應(yīng)擬合，用以得出番紅花品質(zhì)評分與氮、磷、鉀肥料施用量之間的回歸方程：

YNPK=69.426 1-0.047 3X1+0.189 2X2+0.212 3X3-0.000 4X12-0.000 3X22-0.000 7X32+0.001X1X2+0.001X1X3-0.002 5X2X3。

(1)

對此肥料效應(yīng)進(jìn)行顯著性F檢驗(yàn)，F(xiàn)=9.647 2>F0.05=0.021 6，說明回歸關(guān)系顯著，該方程能夠反映施肥量與番紅花品質(zhì)評分之間的關(guān)系，對番紅花品質(zhì)評分具有良好的預(yù)測作用。對各偏回歸系數(shù)進(jìn)行F檢驗(yàn)分析，均達(dá)到顯著水平，所以不用剔除不顯著項(xiàng)。

2.1.2 模型解析

2.1.2.1 因子主效應(yīng)分析 通過比較各偏回歸系數(shù)的絕對值就能反映各施肥因子的重要程度。從式(1)的一次項(xiàng)可以看出，氮肥、磷肥、鉀肥施用量的偏回歸系數(shù)絕對值分別為0.047 3、0.189 2、0.212 3，說明氮肥、磷肥和鉀肥施用量對番紅花仔球品質(zhì)的影響以鉀肥施用量最大，磷肥施用量次之，氮肥施用量最小。

表2 氮磷鉀配施對番紅花品質(zhì)的影響

對三元二次方程進(jìn)行典型性辨別分析，表明回歸模型為典型式，采用邊際分析求解，得到番紅花最佳品質(zhì)綜合得分(YNPK=94.100)的施用量為：氮肥246.64 kg/hm2，磷肥 152.30 kg/hm2，鉀肥92.31 kg/hm2。

2.1.2.2 單因子效應(yīng)分析 將番紅花品質(zhì)綜合評分回歸模型中3個(gè)自變量中任意2個(gè)固定為中等水平，這樣就可以得到剩余那個(gè)自變量與目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系，以及氮、磷、鉀施用量與番紅花仔球品質(zhì)綜合評分之間關(guān)系的單因子效應(yīng)方程，通過回歸擬合得到方程：

YN=76.353 0+0.155 0X1-0.000 4X12(F=1.867 2>F0.05=0.459 6)；

YP=73.849 0+0.290 8X2-0.000 8X22(F=22.984 0>F0.05=0.145 9)；

YK=80.202 1+0.285 3X3-0.001 4X32(F=4.598 0>F0.05=0.313 2)。

通過方程可知，番紅花仔球品質(zhì)隨著氮、磷、鉀施用量的增加而提高，當(dāng)達(dá)到最大值后又隨著施用量的增加而降低。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，氮肥和鉀肥施用量存在最大值，而磷肥施用量最大值超出了試驗(yàn)定量范圍，分別為：氮肥193.75 kg/hm2，YN=91.649；磷肥181.75 kg/hm2，YP=100.275(無效)；鉀肥101.89 kg/hm2，YK=94.739。

2.1.2.3 因子交互效應(yīng)分析 將番紅花品質(zhì)綜合評分回歸模型中存在氮、磷、鉀施用量交互項(xiàng)，而且偏回歸系數(shù)達(dá)到了顯著水平，這就說明氮、磷、鉀施用量的交互作用對番紅花仔球品質(zhì)產(chǎn)生了顯著的影響，換而言之就是番紅花仔球品質(zhì)的變化不是某種單因子作用的結(jié)果，而是各因子之間交互作用產(chǎn)生的配合效應(yīng)。對番紅花仔球品質(zhì)進(jìn)行二元二次肥料效應(yīng)模型擬合，得到方程：

YNP=70.679 1+0.087 2X1+0.057 7X2-0.000 4X12+0.000 1X22+0.000 4X1X2

(F=4.599 9>F0.05=0.028 3)；

YNK=71.216 3+0.103 3X1+0.074 9X3-0.000 3X12+0.000 1X1X3

(F=1.1439>F0.05=0.411 2)；

YPK=68.469 1+0.094 7X2+0.077 8X3+0.000 4X22+0.000 2X32-0.000 3X2X3

(F=3.576 0>F0.05=0.053 9)。

通過典型性辨別分析可知回歸模型為非典型式，無法采用邊際分析求得有效值。

2.1.3 利用模型進(jìn)行決策 將上述3類方程進(jìn)行比較，結(jié)果表明各類型函數(shù)預(yù)測的最佳產(chǎn)量為一元函數(shù)>三元函數(shù)，但是這些函數(shù)模型推薦的施肥量之間存在一定的差異，除鉀肥推薦濃度相對接近外，氮肥和磷肥推薦量差距較大。三元函數(shù)方程最全面地考慮了氮磷鉀推薦量綜合交互作用效果，并與本研究中番紅花對氮磷鉀的栽培營養(yǎng)需求基本吻合，所以最終確定了番紅花仔球品質(zhì)最佳施肥決策：氮肥 246.64 kg/hm2，磷肥152.30 kg/hm2，鉀肥92.31 kg/hm2。

2.2 氮磷鉀配方施肥的產(chǎn)量效應(yīng)

2.2.1 氮磷鉀配施的產(chǎn)量效應(yīng) 不同處理對番紅花仔球產(chǎn)量影響的測定結(jié)果見表3。由表3可知，番紅花在施用氮肥、磷肥、鉀肥之后，仔球產(chǎn)量均有不同程度的提高，除處理2、處理12、處理13之間和處理4、處理14之間無極顯著差異外，其余處理之間均達(dá)到極顯著差異，其中以處理6(N2P2K2)效果最佳，綜合評價(jià)分值與對照相比提高了36.36%。

表3 氮磷鉀配施對番紅花產(chǎn)量的影響

2.2.2 回歸模型的建立 由“2.1.2”節(jié)，可得出番紅花產(chǎn)量與氮、磷、鉀肥料施用量之間的回歸方程：

YNPK=72.520 5+0.077 9X1-0.010 9X2-0.110 2X3-0.000 2X12-0.000 3X22+0.000 5X32+0.000 2X1X3+0.001 4X2X3。(2)

對此肥料效應(yīng)進(jìn)行顯著性F檢驗(yàn)，F(xiàn)=1.783 4>F0.05=0.302 7，說明回歸關(guān)系顯著，該方程能夠反映施肥量與番紅花產(chǎn)量之間的關(guān)系，因此該方程對番紅花產(chǎn)量具有良好的預(yù)測作用。同理，可知番紅花最佳產(chǎn)量綜合得分(YNPK=96.065)的施肥量：氮肥249.85 kg/hm2，磷肥 138.97 kg/hm2，鉀肥110.20 kg/hm2。

2.2.2.1 因子主效應(yīng)分析 由“2.1.2.1”節(jié)，從式(2)的一次項(xiàng)可以看出，氮肥、磷肥、鉀肥施用量的偏回歸系數(shù)絕對值分別為0.077 9、0.010 9、0.110 2，說明氮肥、磷肥、鉀肥施用量對番紅花仔球產(chǎn)量的影響以鉀肥施用量最大，氮肥施用量次之，磷肥施用量最小。

2.2.2.2 單因子效應(yīng)分析 由“2.1.2.2”節(jié)，可得氮、磷、鉀與番紅花仔球產(chǎn)量綜合評分之間關(guān)系的單因子效應(yīng)方程：

YN=75.342 1+0.152 8X1-0.000 3X12(F=0.961 2>F0.05=0.585 0)；

YP=78.055 1+0.290 4X2-0.001 2X22(F=1.451 9>F0.05=0.506 1)；

YK=78.341 3+0.281 1X3-0.001 1X32(F=2.453 0>F0.05=0.411 5)。

通過方程同理可求得番紅花最佳施肥量和最高產(chǎn)量綜合評分值，為：氮肥254.67 kg/hm2，YN=94.798；磷肥 121.00 kg/hm2，YP=95.624；鉀肥127.77 kg/hm2，YK=96.299。

2.2.2.3 因子交互效應(yīng)分析 同理可得交互效應(yīng)方程：

YNP=72.699 9+0.047 4X1+0.018 8X2+0.000 2X1X2

(F=1.812>F0.05=0.216 7)

YNK=72.810 7+0.050 3X1-0.048 4X3+0.000 9X32+0.000 2X1X3

(F=2.767 1>F0.05=0.096 9)

YPK=73.662 1+0.045 6X2-0.024 7X3+0.000 1X22+0.000 9X32+0.000 1X2X3

(F=1.959 6>F0.05=0.189 7)

典型性辨別分析可知，回歸模型為非典型式，無法采用邊際分析求得有效值。

2.2.3 利用模型進(jìn)行決策 各類型函數(shù)預(yù)測的最佳產(chǎn)量中，除鉀肥施用量一元函數(shù)高于三元函數(shù)外，其余皆為三元函數(shù)高，這在一定程度上也說明鉀肥施用量對番紅花產(chǎn)量指數(shù)影響最明顯。另外，函數(shù)模型推薦的施肥量之間存在一定差異，除氮肥推薦施用量相對接近外，鉀肥和磷肥推薦量差距較大。在綜合考慮不同氮磷鉀配方對番紅花產(chǎn)量的具體影響效果和各類函數(shù)推薦施肥量后，最終確定番紅花仔球產(chǎn)量最佳施肥決策：氮肥249.85 kg/hm2，磷肥138.97 kg/hm2，鉀肥127.77 kg/hm2。

3 討論與結(jié)論

3.1 氮磷鉀配方施肥對碳水化合物含量(品質(zhì))的影響

在氮、磷、鉀配方施肥研究中，作物最終收獲產(chǎn)品的品質(zhì)是研究的重要參數(shù)之一，而且高品質(zhì)的番紅花種球帶來高產(chǎn)量柱頭已經(jīng)得到證實(shí)[10]。本研究結(jié)果表明，鉀肥和磷肥對番紅花仔球品質(zhì)的影響較大，說明鉀元素和磷元素對番紅花仔球品質(zhì)至關(guān)重要，尤其是磷肥，磷是植物生命中多種功能得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素，主要幫助儲存和轉(zhuǎn)運(yùn)能量，同時(shí)也是磷酸、磷蛋白、磷脂和磷酸糖等生物物質(zhì)的主要參與者之一[11]。本研究中有關(guān)氮、磷、鉀配方施肥對番紅花仔球品質(zhì)的研究結(jié)果與劉蕓等研究鉀對番紅花球莖膨大的生理生態(tài)效應(yīng)[12]和胡篤敬等研究鉀對荸薺品質(zhì)的結(jié)果[13]基本一致，但趙鍇等研究氮磷鉀配施洋蔥產(chǎn)量和品質(zhì)影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，磷肥施用量對洋蔥品質(zhì)的影響最大，氮肥施用量次之，鉀肥施用量最小[8]，這可能與植物種類以及試驗(yàn)地土壤所含有的有效成分有關(guān)。另外，從研究結(jié)果來看，高濃度的鉀肥對番紅花仔球品質(zhì)具有一定的抑制作用，而高濃度磷肥對其卻仍具有促進(jìn)作用，這可能也是與試驗(yàn)地土壤本身速效鉀濃度較高(里下河平原水網(wǎng)地區(qū)土壤鉀含量普遍較高)有關(guān)。

3.2 氮磷鉀配方施肥對產(chǎn)量的影響

在氮、磷、鉀配方施肥研究中，對作物產(chǎn)量研究是目前研究最為集中的領(lǐng)域，通過配方施肥，尋求最佳的施肥方案和最佳產(chǎn)量[14-15]。早期的平衡施肥方案主要是為了維持土壤原始肥力水平，對作物消耗掉的營養(yǎng)元素給予補(bǔ)充，而現(xiàn)代的平衡施肥方案已向縱深和多樣性發(fā)展，其目的就是為了在不影響營養(yǎng)平衡的前提下獲得更大的產(chǎn)量(生物量)。本研究結(jié)果表明，氮肥施用量對番紅花仔球產(chǎn)量的影響較大，磷肥施用量次之，鉀肥施用量最小，而且氮肥、磷肥、鉀肥施用量的中等水平最有利于番紅花仔球產(chǎn)量的獲得，而高水平的氮肥、磷肥、鉀肥施用量對其產(chǎn)量具有抑制作用，本研究結(jié)果與黃巧義等的研究結(jié)果[16-17]類似。而宋春鳳等在研究氮磷鉀配施對芋頭和馬鈴薯產(chǎn)量影響中發(fā)現(xiàn)，鉀肥施用量影響最大，氮肥施用量和磷肥施用量次之[9，18]，這可能是因?yàn)橹参锓N類不同以及試驗(yàn)地土壤環(huán)境不同所致。

本研究通過對二次多元函數(shù)的綜合比較并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終使得推薦施用量更加真實(shí)、可靠。為獲得番紅花最佳品質(zhì)的建議施肥量：氮肥246.64 kg/hm2，磷肥 152.30 kg/hm2，鉀肥92.31 kg/hm2；為獲得番紅花最高產(chǎn)量的建議施肥量應(yīng)為：氮肥249.85 kg/hm2，磷肥 138.97 kg/hm2，鉀肥127.77 kg/hm2。