半干旱地區(qū)綠豆肥料效應(yīng)及優(yōu)化研究

孫志超 葛金剛 安琦

摘要 [目的]優(yōu)化半干旱地區(qū)綠豆氮、磷、鉀施用量，篩選出綠豆高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)施肥模型。[方法]以當(dāng)?shù)刂髟云贩N“綠豐5號(hào)”為試驗(yàn)材料，采用“3414”肥料效應(yīng)試驗(yàn)方法，分析氮、磷、鉀產(chǎn)量效應(yīng)，比較氮、磷、鉀肥交互作用對(duì)綠豆產(chǎn)量效應(yīng)，建立氮、磷和鉀肥與產(chǎn)量的效應(yīng)方程，確定綠豆最佳施肥量。[結(jié)果]氮肥、磷肥、鉀肥的平衡施用能明顯提高綠豆產(chǎn)量，3種肥料對(duì)綠豆產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為磷肥>鉀肥>氮肥。氮肥、磷肥、鉀肥的最佳經(jīng)濟(jì)施用量分別為25.63、77.42和33.36 kg/hm2。[結(jié)論] “綠豐5號(hào)”最佳經(jīng)濟(jì)施肥比例為N∶P2O5∶K2O=1∶3.03∶1.30。

關(guān)鍵詞 半干旱地區(qū);綠豆;肥料效應(yīng);產(chǎn)量

中圖分類號(hào) S522 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2020）10-0126-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.10.034

Abstract [Objective]To optimize the application rates of N， P and K in mung bean in semiarid areas， and screen out the highyield and highquality fertilization model of mung bean. [Method]In this experiment， the local main plant variety “Lü feng 5” was used as the test material， and the “3414” fertilizer effect test method was used to analyze the yield effects of nitrogen fertilizer， phosphate fertilizer and potassium fertilizer. The effects of nitrogen， phosphorus and potassium fertilizer interaction on mung bean yield were compared，the effect equation of phosphate fertilizer and potash fertilizer and yield was established，and the optimal fertilization amount of mung bean was determined. [Result]The balanced application of nitrogen fertilizer， phosphate fertilizer and potassium fertilizer could significantly increase the yield of mung bean. The order of the effects of three fertilizers on mung bean yield was phosphate fertilizer>potassium fertilizer>nitrogen fertilizer. The optimum economic application rates of nitrogen， phosphate and potassium fertilizers were 25.63，77.42 and 33.36 kg/hm2， respectively. [Conclusion]The best economic fertilization ratio of “Lü feng 5” was N∶P2O5∶K2O=1∶3.03∶1.30.

Key words Semiarid area;Mung bean;Fertilizer efficiency;Yield

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綠豆適應(yīng)性強(qiáng)，在我國(guó)種植范圍廣泛，播種面積和產(chǎn)量均居世界前列，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的30%以上[1-2]。綠豆因其蛋白質(zhì)含量高、脂肪含量低，被譽(yù)為糧食中的“綠色珍珠”[3-4]。黑龍江省是我國(guó)綠豆主產(chǎn)省，綠豆是重要出口創(chuàng)匯作物之一。綠豆生育期短、耐瘠性強(qiáng)，其根系有共生固氮能力，施肥量較少或者不施肥，從而導(dǎo)致綠豆產(chǎn)量低，且不穩(wěn)定。

氮、磷、鉀三元素是綠豆生長(zhǎng)發(fā)育必需大量營(yíng)養(yǎng)元素，各元素作用不能相互替代，又有交互作用[5]。因此，確定氮肥、磷肥、鉀肥用量和施肥比例，對(duì)提高綠豆產(chǎn)量和增加施肥效益具有重要作用?！?414”施肥試驗(yàn)方案是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的肥料效應(yīng)田間試驗(yàn)方案[6]。筆者采用“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過(guò)分析氮、磷、鉀肥不同配比產(chǎn)量的肥料效應(yīng)函數(shù)，確定綠豆最佳施肥量，以期為綠豆合理施肥提供理論依據(jù)，促進(jìn)綠豆產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于黑龍江省嫩江縣九三管理局植保站（125°17′E，48°52′N），海拔298.0 m，無(wú)霜期121 d左右，年均降水量514.1 mm，年均蒸發(fā)量1 250.2 mm，年均氣溫1.3 ℃，≥10 ℃活動(dòng)積溫2 300 ℃，為典型的半干旱區(qū)。試驗(yàn)區(qū)地勢(shì)平坦，土壤類型為黑土，肥力均勻，土壤基礎(chǔ)肥力：有機(jī)質(zhì)52.0 g/kg，水解性氮199.58 mg/kg，速效磷31.40 mg/kg，速效鉀190 mg/kg，pH 6.24。前茬作物為玉米。

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種為綠豐5號(hào)。供試肥料尿素（N 46%）、重過(guò)磷酸鈣（P2O5 42%）、硫酸鉀（K2O 52%）。肥料價(jià)格尿素2元/kg（N 4.3元/kg），重過(guò)磷酸鈣2.5元/kg（P2O5 6.0元/kg），硫酸鉀3.2元/kg（K2O 6.2元/kg）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用“3414”施肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，氮、磷、鉀3個(gè)因素，4個(gè)施肥水平：0水平（不施肥），1水平（施肥不足），2水平（當(dāng)?shù)赝扑]施肥量），3水平（過(guò)量施肥），當(dāng)?shù)赝扑]施肥量N 27 ?kg/hm2，P2O5 69 ?kg/hm2，K2O 22.5 ?kg/hm2。共14個(gè)處理，田間隨機(jī)排列。各處理施肥水平和施肥量見表1。小區(qū)面積20 m2，人工播種、施肥，四周設(shè)有保護(hù)行。中耕、除草等措施按常規(guī)進(jìn)行。

1.4 樣品采集與測(cè)定

成熟期，每個(gè)小區(qū)單獨(dú)收獲，測(cè)產(chǎn)。種植前一年秋季在種植區(qū)按照“S”形路線，取10點(diǎn)組成混合樣品，經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)后進(jìn)行養(yǎng)分測(cè)定。其中土壤有機(jī)質(zhì)含量采用外加熱容量法測(cè)定，水解性氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，速效磷含量采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀含量NH4OAC浸提-火焰光度法測(cè)定，pH采用酸度計(jì)測(cè)定。

1.5 推薦施肥量計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析

計(jì)算推薦施肥量時(shí)，設(shè)綠豆的目標(biāo)產(chǎn)量為Y，氮用量（X1）、磷用量（X2）、鉀用量（X3），分別采用一元二次和三元二次肥料效應(yīng)函數(shù)進(jìn)行擬合，選擇最適肥料效應(yīng)函數(shù)，結(jié)合當(dāng)年綠豆銷售價(jià)格（10元/kg）和氮肥（N 4.3元/kg）、磷肥（P2O5 6.0元/kg）和鉀肥（K2O 6.2元/kg）價(jià)格，計(jì)算最佳效益施肥量，確定當(dāng)?shù)鼐G豆最優(yōu)施肥量。顯著性比較、所有方程的擬合、最高產(chǎn)量施肥量、最優(yōu)施肥量的計(jì)算以及圖表制作均采用SPSS和 Excel 軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠豆氮、磷、鉀肥產(chǎn)量效應(yīng)分析 由表2可知 ，施用氮、磷、鉀肥能提高綠豆產(chǎn)量，各施肥處理產(chǎn)量與不施肥處理產(chǎn)量均達(dá)顯著水平，各處理產(chǎn)量增產(chǎn)率為3.54%～69.68%，其中N1P2K1處理產(chǎn)量最高，比不施肥（N0P0K0）處理增加了632.25 kg/hm2。N0P2K2、N2P0K2和N2P2K0 3個(gè)缺氮、缺磷、缺鉀處理平均產(chǎn)量為1 023.02 ?kg/hm2，與N0P0K0處理產(chǎn)量相比增加了12.75%，而其他10個(gè)氮、磷、鉀全施處理平均產(chǎn)量1 350.01 ?kg/hm2，與N0P0K0處理相比產(chǎn)量平均增加48.79 kg/hm2，說(shuō)明氮肥、磷肥、鉀肥的平衡施用能明顯提高綠豆產(chǎn)量。

高氮處理（N3P2K2）與缺氮處理（N0P2K2）增產(chǎn)率之差為13.11%，高磷處理（N2P3K2）與缺磷處理（N2P0K2）增產(chǎn)率之差為65.4%，高鉀處理（N2P2K3）與缺鉀處理（N2P2K0）增產(chǎn)率之差為39.35%，磷肥的增產(chǎn)率最高，表明磷肥是影響綠豆產(chǎn)量的關(guān)鍵因子。

由表3可知，當(dāng)固定氮、磷、鉀中任何2種肥料的施用量，隨著施氮量和施鉀量的增加，綠豆增產(chǎn)量和增產(chǎn)率呈先增加后降低的趨勢(shì);隨著施磷量的增加，綠豆增產(chǎn)量和增產(chǎn)率呈增加趨勢(shì)。與缺素處理相比，氮肥平均增產(chǎn)率為18.79%，磷肥為58.13%，鉀肥為28.24%，這表明氮肥、磷肥、鉀肥施用對(duì)綠豆產(chǎn)量影響表現(xiàn)為磷肥>鉀肥>氮肥。

2.2 氮鉀肥交互作用對(duì)綠豆產(chǎn)量效應(yīng)

氮、磷、鉀肥2個(gè)因素間的交互作用產(chǎn)量效應(yīng)見圖1。由圖1可知，當(dāng)鉀肥為22.5 ?kg/hm2時(shí)，氮肥從13.5 ?kg/hm2增加到27.0 ?kg/hm2，低磷處理（34.5 ?kg/hm2）時(shí)，產(chǎn)量增加了53.63 ?kg/hm2;高磷處理（69 ?kg/hm2）時(shí)，產(chǎn)量增加了430.58 ?kg/hm2。結(jié)果表明，施鉀量一定時(shí)，提高磷肥用量可以氮肥肥效。當(dāng)磷肥為69 ?kg/hm2，隨著氮肥用量的增加，低鉀處理（13.5 ?kg/hm2）時(shí)，綠豆產(chǎn)量減少了385.73 ?kg/hm2;高鉀處理（22.5 ?kg/hm2）時(shí)，綠豆產(chǎn)量增加了430.58 ?kg/hm2。以上結(jié)果表明，施磷量一定時(shí)，提高鉀肥用量可以增加氮肥肥效。

施用鉀肥為22.5 ?kg/hm2時(shí)，磷肥用量從34.5 ?kg/hm2增加到69.0 ?kg/hm2，低氮處理（13.5 ?kg/hm2）時(shí)，綠豆產(chǎn)量減少了258.93 ?kg/hm2;高氮處理（27.0 ?kg/hm2）時(shí)，綠豆產(chǎn)量增加了118.02 kg/hm2。結(jié)果表明，施鉀量一定時(shí)，提高氮肥用量可以增加磷肥肥效。施用氮肥為27.0 ?kg/hm2，隨著施鉀量的增加，低鉀處理（13.5 ?kg/hm2）時(shí)，綠豆減產(chǎn)了151.48 kg/hm2;高鉀處理（22.5 ?kg/hm2）時(shí)，綠豆產(chǎn)量增加了118.02 ?kg/hm2。施磷量一定時(shí)，提高鉀肥用量可以增加氮肥肥效。

施用磷肥為69.0 kg/hm2時(shí)，低氮低鉀（N1P1）產(chǎn)量比低氮高鉀（N1K2）增加了449.86 ?kg/hm2，高氮高鉀（N2K2）比高氮低鉀（N2K1）產(chǎn)量增加了366.95 ?kg/hm2。施用氮肥為27.0 ?kg/hm2時(shí)，隨著磷肥用量的增加，低磷處理（34.5 ?kg/hm2）時(shí)，綠豆產(chǎn)量增加了97.45 kg/hm2;高磷處理（69 ?kg/hm2）時(shí)，綠豆產(chǎn)量增加了366.95 ?kg/hm2。

2.3 肥料效應(yīng)函數(shù)擬合及施肥量分析

2.3.1 氮、磷、鉀三因素肥料效應(yīng)函數(shù)。

2.3.2 氮、磷、鉀單因素肥料效應(yīng)函數(shù)。

將表2中2、3、6、11的產(chǎn)量結(jié)果挑出，回歸分析得到氮肥的一元二次方程：y=1 006.5+26.06x-0.5x2，R2=0.485;表2中4、5、6、7的產(chǎn)量結(jié)果挑出，回歸分析得到磷肥的一元二次方程：y=951.37+15.31x-0.095x2，R2=0.988;表3中8、9、6、10的產(chǎn)量結(jié)果挑出，回歸分析得到鉀肥的一元二次方程：y= 1 027.6+ 25.31x-0.37 x2，R2=0.802。3種肥料效應(yīng)回歸方程的二次項(xiàng)系數(shù)均小于0，拋物線向下（圖2），符合生物學(xué)規(guī)律，各方程進(jìn)行R檢驗(yàn)，均達(dá)顯著水平，表明各方程擬合成功。對(duì)各方程x求偏導(dǎo)數(shù)，根據(jù)邊際收益等于邊際成本計(jì)算，推薦最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益施肥量。

? 由氮肥的一元二次方程可求出氮肥最佳經(jīng)濟(jì)施用量為25.63 ?kg/hm2，產(chǎn)量為1 345.97 ?kg/hm2。由磷肥的一元二次方程可求出磷肥最佳經(jīng)濟(jì)施用量為77.42 kg/hm2，產(chǎn)量為1 567.25 ?kg/hm2。由鉀肥的一元二次方程可求出鉀肥最佳經(jīng)濟(jì)施用量為33.36 kg/hm2，最佳產(chǎn)量為1 460.17 kg/hm2。由此可知，綠豆最佳經(jīng)濟(jì)施肥比例為N∶P2O5∶K2O=1∶3.03∶1.30。

3 結(jié)論與討論

國(guó)內(nèi)外關(guān)于綠豆氮、磷、鉀施肥的研究很多，但因不同地域、不同土壤基礎(chǔ)肥力和耕作栽培措施不同，試驗(yàn)結(jié)果千差萬(wàn)別。王桂梅等[7]研究指出施肥處理能提高單株有效莢數(shù)、單莢粒數(shù)等產(chǎn)量性狀，N2P2K1的各項(xiàng)生理指標(biāo)最優(yōu)。閆虎斌等[8]在晉北地區(qū)綠豆“3414”試驗(yàn)中指出，施肥處理的產(chǎn)量均較對(duì)照明顯提高，增產(chǎn) 12.3%～33.2%，缺失任一養(yǎng)分都會(huì)限制綠豆對(duì)其他養(yǎng)分的吸收并造成減產(chǎn)，施肥可以提高單株莢數(shù)、單株產(chǎn)量、百粒質(zhì)量等產(chǎn)量構(gòu)成因素，說(shuō)明氮、磷、鉀合理配施可以使晉北地區(qū)綠豆高產(chǎn)高效。該試驗(yàn)條件下，施用氮、磷、鉀肥均能提高綠豆產(chǎn)量，增產(chǎn)率為3.54%～69.68%，其中N1P2K1處理產(chǎn)量最高，說(shuō)明科學(xué)合理的氮、磷、鉀肥配比，能均衡供給綠豆所需要的營(yíng)養(yǎng)元素，促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，有利于光合產(chǎn)物向子粒轉(zhuǎn)移，從而提高產(chǎn)量。

范富等[9]研究認(rèn)為綠豆合理施肥，不僅可提高綠豆產(chǎn)量和改善其品質(zhì)，氮、磷、鉀對(duì)綠豆產(chǎn)量影響表現(xiàn)為磷肥>鉀肥>氮肥。趙存虎等[10]、曾玲玲等[11]研究認(rèn)為氮、磷、鉀對(duì)綠豆產(chǎn)量影響表現(xiàn)為磷肥>氮肥>鉀肥。該試驗(yàn)條件下，氮、磷、鉀對(duì)綠豆產(chǎn)量影響表現(xiàn)為磷肥>鉀肥>氮肥。

王桂梅等[7]研究指出綠豆獲得最高產(chǎn)量的施肥量配比N∶P2O5∶K2O=1：1.68∶0.96，最佳產(chǎn)量施肥量配比N∶P2O5∶K2O=1∶1.34∶0.94。閆虎斌等[8]研究指出綠豆獲得最高產(chǎn)量的施肥量配比N∶P2O5∶K2O=1∶1.05∶0.96，最佳產(chǎn)量施肥量配比N∶P2O5∶K2O=1∶1.19∶1.08。該試驗(yàn)單因素一元二次方程肥效分析顯示，各肥料施肥量與綠豆產(chǎn)量之間均表現(xiàn)出拋物線特征，合理施肥對(duì)提高作物產(chǎn)量和生態(tài)保護(hù)具有重要意義。氮肥施用量為25.63 ?kg/hm2，最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為1 345.97 ?kg/hm2;磷肥施用量為77.42 kg/hm2，最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為1 567.25 ?kg/hm2。鉀肥施用量為33.36 kg/hm2，最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量為1 460.17 kg/hm2。由此可知，綠豆最佳經(jīng)濟(jì)施肥比例為N∶P2O5∶K2O=1∶3.03∶1.30。

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