干旱區(qū)鷹嘴豆的氮磷鉀肥最優(yōu)施用量

趙永峰　王斐　關(guān)耀兵　牛永岐　周麗蕾

摘要：以科鷹1號(hào)鷹嘴豆為材料，采用“3414”最優(yōu)回歸設(shè)計(jì)研究氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）不同施肥水平對(duì)鷹嘴豆經(jīng)濟(jì)性狀、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益的影響，并擬合三元二次、一元二次肥效模型，確定鷹嘴豆的合理施肥量。結(jié)果表明，鷹嘴豆株高、有效莢數(shù)隨氮、磷、鉀用量的增加多呈“Λ”形趨勢(shì)變化;氮、磷、鉀用量對(duì)鷹嘴豆單株粒數(shù)、百粒質(zhì)量沒有明顯影響;施N 187.50 kg/hm2可使鷹嘴豆較不施肥增產(chǎn)1 240.50 kg/hm2，純收入增加9 847.50元/hm2，施P2O5 138.0 kg/hm2 可使鷹嘴豆增產(chǎn)1 180.50 kg/hm2，純收入增加9 502.50元/hm2，施K2O 90.0 kg/hm2可使鷹嘴豆增產(chǎn)865.50 kg/hm2，純收入增加7 023.00元/hm2，施磷綜合效果相對(duì)最好，氮肥次之;鷹嘴豆獲得最高產(chǎn)量時(shí)N、P2O5、K2O最佳推薦用量分別為179.33、121.36、76.39 kg/hm2，獲得最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量時(shí)N、P2O5、K2O推薦用量分別為172.25、118.03、74.32 kg/hm2。

關(guān)鍵詞：鷹嘴豆;“3414”施肥試驗(yàn);產(chǎn)量;經(jīng)濟(jì)效益;氮;磷;鉀

中圖分類號(hào)： S529.06文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）09-0143-04

寧夏回族自治區(qū)固原市是寧夏小雜糧主產(chǎn)區(qū)，而鷹嘴豆作為小雜糧之一，近年來價(jià)格逐年攀升，種植面積迅速擴(kuò)大[1]。種植戶為追求鷹嘴豆高產(chǎn)，盲目施肥現(xiàn)象十分普遍，生產(chǎn)上施肥量增多，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加、經(jīng)濟(jì)效益降低，又造成肥料嚴(yán)重浪費(fèi)、污染土壤，傳統(tǒng)施肥技術(shù)已不能滿足當(dāng)?shù)佞椬於股a(chǎn)的需求。本試驗(yàn)以科鷹1號(hào)鷹嘴豆為材料，于2015—2017年連續(xù)3年在寧夏固原市頭營鎮(zhèn)開展“3414”肥料效應(yīng)試驗(yàn)，以探索鷹嘴豆氮、磷、鉀肥最佳施用量，為實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)丶邦愃频貐^(qū)鷹嘴豆生產(chǎn)增效節(jié)本及科學(xué)施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試作物為科鷹1號(hào)鷹嘴豆;氮肥為含N 46%的尿素，磷肥為含P2O5 16%的過磷酸鈣，鉀肥為含K2O 52%的硫酸鉀。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在寧夏農(nóng)林科學(xué)院頭營科研基地進(jìn)行，該基地位于固原市原州區(qū)頭營鎮(zhèn)徐河村，36°16′N、106°44′E，海拔 1 550 m，年均降水量420 mm，≥10 ℃積溫為2 691.9 ℃，年均氣溫為 7.6 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 200～3 000 h，鷹嘴豆生育期日照時(shí)間為1 030～1 120 h。頭營科研基地為川旱地，地勢(shì)平坦，土質(zhì)為緗黃土，肥力較低，肥效均勻;2015—2017年前茬分別為谷子、燕麥、藜麥，鷹嘴豆播種前旋耕1次，耕深20～25 cm。3年試驗(yàn)期內(nèi)，鷹嘴豆播種前土壤平均有機(jī)質(zhì)含量為 12.35 g/kg，堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為66.00、17.92、203.67 mg/kg，pH值為8.5。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用“3414”最優(yōu)回歸設(shè)計(jì)方案[2]，以氮、磷、鉀不同施用量設(shè)計(jì)3因素4水平試驗(yàn)，共計(jì)14個(gè)組合處理（表1）。每個(gè)小區(qū)為1處理，重復(fù)3次。每小區(qū)面積為13 m2，區(qū)間距為1 m，小區(qū)四周做埂，并用塑料棚膜隔離。供試磷、鉀肥播前一次性作為基肥施入，氮肥于現(xiàn)蕾期追施。每小區(qū)播種9行，人工手提式穴播器點(diǎn)播，每行28穴，每穴3粒;出苗達(dá)2張復(fù)葉時(shí)定苗，每穴留1株，即每小區(qū)留苗252株。2015、2016年均于4月21日播種，2017年于5月6日播種，播深為3～5 cm。鷹嘴豆整個(gè)生育期中耕鋤草3次，不灌水。各小區(qū)田間農(nóng)事操作同大田管理一致。

1.4 測(cè)定內(nèi)容及方法

在鷹嘴豆整個(gè)生長(zhǎng)過程中，調(diào)查記錄其播種期、出苗期、現(xiàn)蕾期、開花期、成熟期、收獲期;收獲前2 d，每小區(qū)隨機(jī)選取10株測(cè)量株高，即主莖子葉節(jié)到植株頂端的高度，取平均值;隨機(jī)選取10株，剔除每株空癟莢、未成熟莢，采用目測(cè)法觀測(cè)計(jì)數(shù)每株上的成熟莢數(shù)，折算1 hm2有效莢數(shù)，同時(shí)，采用目測(cè)法觀測(cè)計(jì)數(shù)每株上的成熟粒數(shù)，統(tǒng)計(jì)單株粒數(shù);采收后室內(nèi)清選考種，從干籽粒中隨機(jī)選取100粒，用精度為1%的電子秤稱取干籽粒質(zhì)量，重復(fù)4次，取平均值;每小區(qū)除去邊行單收單脫，待風(fēng)干，用電子秤稱量，計(jì)實(shí)產(chǎn)，折算1 hm2產(chǎn)量。

1.5 推薦施肥量的確定

以鷹嘴豆產(chǎn)量為目標(biāo)y，氮、磷、鉀肥料用量分別為變量x1、x2、x3，分別擬合三元二次、一元二次2種肥料效應(yīng)模型[3]，計(jì)算鷹嘴豆最高產(chǎn)量時(shí)N、P2O5、K2O的施肥量，并依當(dāng)前市場(chǎng)鷹嘴豆和N、P2O5、K2O肥料最新價(jià)格，計(jì)算最佳經(jīng)濟(jì)效益時(shí)的施肥量。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用測(cè)土配方施肥“3414”試驗(yàn)分析器SG-2.2軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;采用極差分析法確定影響鷹嘴豆經(jīng)濟(jì)性狀的關(guān)鍵因子[4];采用鄧肯氏多重比較方法檢驗(yàn)分析鷹嘴豆的產(chǎn)量構(gòu)成;氮、磷、鉀不同施肥水平對(duì)產(chǎn)量的影響采用最小顯著性差異法（LSD法）[5]進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮、磷、鉀不同施肥處理對(duì)鷹嘴豆產(chǎn)量構(gòu)成因素及其產(chǎn)量的影響

由表2可見，在施用等量磷、鉀肥（P2K2處理）條件下，隨著氮肥施用量的增加，鷹嘴豆有效莢數(shù)呈先上升后下降的“Λ”形變化趨勢(shì)，N2P2K2處理時(shí)出現(xiàn)峰值，有效莢數(shù)相對(duì)最高，為1 518.75萬莢/hm2，而鷹嘴豆株高、結(jié)實(shí)率變化趨勢(shì)基本一致，對(duì)單株粒數(shù)、百粒質(zhì)量的影響不明顯;在施用等量氮、鉀肥（N2K2處理）條件下，隨著磷肥用量的增加，鷹嘴豆有效莢數(shù)、株高呈“Λ”形變化趨勢(shì)，N2P2K2處理時(shí)出現(xiàn)峰值，有效莢數(shù)、株高分別為1 518.75萬莢/hm2、58.45 cm，而鷹嘴豆結(jié)實(shí)率呈上升趨勢(shì)，對(duì)單株粒數(shù)、百粒質(zhì)量的影響不大;在施用等量氮、磷肥（N2P2處理）條件下，隨著鉀肥用量的增加，鷹嘴豆有效莢數(shù)、株高呈“Λ”形變化趨勢(shì)，而對(duì)單株粒數(shù)、百粒質(zhì)量的影響不大;不施肥處理（N0P0K0）時(shí)鷹嘴豆的產(chǎn)量相對(duì)最低，為1 640.10 kg/hm2，N2P2K2處理時(shí)產(chǎn)量相對(duì)最高，為2 950.20 kg/hm2，極顯著高于其他處理（P<0.01），比不施肥處理增產(chǎn)79.88%，說明鷹嘴豆最佳施肥組合為N2P2K2，即N、P2O5、K2O施用量分別為187.50、138.0、90.0 kg/hm2。對(duì)氮、磷、鉀肥的施用效果分別進(jìn)行極差分析，結(jié)果表明，氮是影響鷹嘴豆群體莢數(shù)、株高的關(guān)鍵因子，磷是影響鷹嘴豆結(jié)實(shí)率、籽粒飽滿度的關(guān)鍵因子，鉀是影響鷹嘴豆有效莢數(shù)的關(guān)鍵因子，氮、磷、鉀對(duì)鷹嘴豆單株粒數(shù)、百粒質(zhì)量的影響不顯著（P>0.05），這與王偉妮等的研究結(jié)果[4，6-9]相似。

2.2 氮、磷、鉀不同施肥處理對(duì)鷹嘴豆經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表3可見，不同施氮水平下，施氮量為187.50 kg/hm2的處理（中氮水平）其增產(chǎn)量為1 240.50 kg/hm2，極顯著高于其他處理（P<0.01），與無氮處理相比增產(chǎn)率為72.5%，經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)最高，純收入較無氮處理增加9 847.50元/hm2，產(chǎn)投比也相對(duì)最高，為15.2;不同施磷水平下，施磷量為 138.0 kg/hm2 的處理（中磷水平）其增產(chǎn)量為 1 180.50 kg/hm2，極顯著高于其他處理，與無磷處理相比增產(chǎn)率為66.7%，經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)最高，純收入較無磷處理增加 9 502.5元/hm2，產(chǎn)投比也相對(duì)最高，為19.0;不同施鉀水平下，施鉀量為90.0 kg/hm2的處理（中鉀水平）其增產(chǎn)量為865.50 kg/hm2，極顯著高于其他處理，與無鉀處理相比增產(chǎn)率為41.5%，經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)最高，純收入較無鉀處理增加 7 023.00元/hm2，產(chǎn)投比也相對(duì)最高，為22.3，施鉀不足或過量都會(huì)導(dǎo)致鷹嘴豆減產(chǎn)。因此，施用磷肥對(duì)鷹嘴豆的增產(chǎn)效果相對(duì)較好，有利于純收入的增加，而氮肥次之，而施用適量鉀肥有一定的增產(chǎn)效果，這與游國玲等的研究結(jié)果[6]基本一致。

2.3 施用氮、磷、鉀肥的互作效應(yīng)

2.3.1 不同鉀肥用量下氮、磷肥肥效對(duì)產(chǎn)量的影響 由圖1可見，鉀肥用量從45.00 kg/hm2增加到90.00 kg/hm2時(shí)，氮肥用量187.50 kg/hm2（中氮）的鷹嘴豆增產(chǎn)量為 910.05 kg/hm2;鉀肥用量從45.00 kg/hm2增加到 90.00 kg/hm2 時(shí)，磷肥用量138.00 kg/hm2（中磷）的鷹嘴豆增產(chǎn)量為910.05 kg/hm2。這說明鷹嘴豆在中氮、中磷水平時(shí)，更有利于鉀肥肥效的發(fā)揮。

2.3.2 不同磷肥用量下氮、鉀肥肥效對(duì)產(chǎn)量的影響 由圖2可見，磷肥用量從69.00 kg/hm2增加到138.00 kg/hm2時(shí)，氮肥用量為93.75 kg/hm2（低氮）的鷹嘴豆增產(chǎn)量為 15.00 kg/hm2;磷肥用量從69.00 kg/hm2增加到 138.00 kg/hm2 時(shí)，鉀肥用量為90.00 kg/hm2（中鉀）的鷹嘴豆增產(chǎn)量為770.10 kg/hm2。這說明磷肥肥效的發(fā)揮明顯受到氮、鉀肥用量的影響，鷹嘴豆在中氮、中鉀水平時(shí)更有利于磷肥肥效的發(fā)揮。

2.3.3 不同氮肥用量下磷、鉀肥對(duì)產(chǎn)量的影響 由圖3可見，氮肥用量從93.75 kg/hm2增加到187.50 kg/hm2時(shí)，磷肥用量為69.00 kg/hm2（低磷）的鷹嘴豆增產(chǎn)量為 229.95 kg/hm2;氮肥用量從93.75 kg/hm2增加到 187.50 kg/hm2 時(shí)， 鉀肥用量為 45.00 kg/hm2（低鉀）的鷹嘴豆增產(chǎn)量為230.10 kg/hm2。 這說明氮肥肥效的發(fā)揮明顯受到磷、鉀肥用量的影響，鷹嘴豆在中磷、中鉀水平時(shí)更有利于氮肥肥效的發(fā)揮。

2.4 肥料效應(yīng)模型與推薦施肥量的確定

2.4.1 三元二次肥料效應(yīng)模型 試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)擬合得到三元二次肥料效應(yīng)方程為：y=1 601.8+1.56x1+1.53x2+5.59x3-0.01x12-0.03x22-0.03x32+0.03x1x2-0.01x1x3+0.01x2x3（R2=0.493 0），對(duì)方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)值為0.433，小于F0.05的值（6.00），方程未達(dá)到顯著水平，但方程一次項(xiàng)系數(shù)為正值，二次項(xiàng)系數(shù)為負(fù)值，符合肥料報(bào)酬遞減規(guī)律，說明方程擬合較好。對(duì)模型進(jìn)行極值判別分析[3]，判定該三元二次肥效模型是典型的，而鷹嘴豆產(chǎn)量與氮、磷、鉀用量相關(guān)性不顯著。

2.4.2 一元二次肥料效應(yīng)模型 試驗(yàn)擬合的N、P2O5、K2O一元二次肥料效應(yīng)模型分別為：y=1 583.14+11.02x1-0.03x12（r2=0.626 1）、y=1 669.63+16.44x2-0.07x22（r2=0.733 0）、y=1 947.39+15.94x3-0.10x32（r2=0.350），這3個(gè)方程的一次項(xiàng)系數(shù)為正值，二次項(xiàng)系數(shù)為負(fù)值，也符合肥料報(bào)酬遞減規(guī)律，說明方程擬合較好。對(duì)模型進(jìn)行極值判別分析[3]，3個(gè)單因素肥料效應(yīng)模型都是典型的，而F值、r2值都不顯著。

2.4.3 推薦施肥量 [JP+2]由表4可見，由三元二次肥效模型推導(dǎo)出的鷹嘴豆最高、最佳產(chǎn)量分別為2 383.35、2 214.46 kg/hm2，較為接近，且處于試驗(yàn)各處理產(chǎn)量的中等偏上水平，而最高產(chǎn)量施氮量、施磷量分別為385.35、259.68 kg/hm2，大于試驗(yàn)設(shè)計(jì)的氮肥、磷肥最大用量，因此，該模型推薦的施肥量不能用來指導(dǎo)鷹嘴豆施肥;3個(gè)單因素肥料一元二次肥效模型推導(dǎo)出的鷹嘴豆最高、最佳產(chǎn)量在 2 500～2 700 kg/hm2之間，預(yù)測(cè)值與實(shí)際值較為吻合，可用來指導(dǎo)當(dāng)?shù)佞椬於股a(chǎn)施肥，也可為條件類似地區(qū)鷹嘴豆科學(xué)施肥提供參考。鷹嘴豆最高產(chǎn)量時(shí)N、P2O5、K2O施肥量分別為179.33、121.36、76.39 kg/hm2，最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量時(shí)施肥量分別為172.25、118.03、74.32 kg/hm2。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，各施肥處理的鷹嘴豆產(chǎn)量均較不施肥有明顯提高，施肥可以不同程度提高鷹嘴豆的有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、結(jié)實(shí)率等產(chǎn)量構(gòu)成因素;鷹嘴豆施用氮磷鉀肥的增產(chǎn)、增收效果高低依次為P2O5>N>K2O，合理施用氮、磷、鉀肥可以充分發(fā)揮鷹嘴豆增產(chǎn)潛力，提高其經(jīng)濟(jì)效益。

通過“3414”肥效試驗(yàn)[10-11]構(gòu)建的三元二次肥效模型，當(dāng)N、P2O5、K2O施用量分別為385.39、259.68、94.72 kg/hm2時(shí)鷹嘴豆獲得最高產(chǎn)量為2 383.35 kg/hm2，當(dāng)N、P2O5、K2O施用量分別為276.70、181.73、42.93 kg/hm2時(shí)鷹嘴豆獲得最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為2 214.46 kg/hm2。雖然最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與最高產(chǎn)量相比差異不大，但該模型計(jì)算出的最高產(chǎn)量施氮量、施磷量超出試驗(yàn)設(shè)計(jì)的氮肥、磷肥最大用量范圍（N 281.25 kg/hm2、P2O5 207.00 kg/hm2），因此，該肥效模型推薦的施肥量不能用來指導(dǎo)鷹嘴豆施肥。