Meta分析氮肥對(duì)我國(guó)秋季大白菜產(chǎn)量的影響及調(diào)控因素解析

周賡 杜巖功

摘要 采用Meta分析方法，通過(guò)對(duì)我國(guó)已開展的118組有關(guān)施用尿素對(duì)秋季大白菜產(chǎn)量影響的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行耦合分析。結(jié)果表明，施用尿素對(duì)我國(guó)秋季大白菜產(chǎn)量影響的平均效應(yīng)值約為0.37±0.04 （95%置信區(qū)間0.30～0.44），施氮肥顯著提高秋季大白菜產(chǎn)量（P< 0.001）。施肥對(duì)不同省份秋季大白菜產(chǎn)量影響存在較大異質(zhì)性，湖南、廣西、寧夏、福建、新疆平均效應(yīng)值較高，而江蘇、貴州、遼寧、江西、內(nèi)蒙平均效應(yīng)值偏低，顯著低于全國(guó)平均水平（P<0.000 1）。不同氮素施用水平對(duì)產(chǎn)量影響的平均效應(yīng)值從高到低依次為高、低和中等水平，三者之間存在顯著差異（P<0.05）。土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀含量對(duì)平均效應(yīng)值具有顯著影響（P<0.01），提高其供給能力，可以有效促進(jìn)尿素對(duì)秋季大白菜的增產(chǎn)效果。

關(guān)鍵詞 尿素;劑量;Meta分析;隨機(jī)效應(yīng)模型;平均效應(yīng)值

中圖分類號(hào) S634.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2020）20-0160-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.20.043

Meta-analysis of the Effect Size of Nitrogen Fertilization on the Yield of Chinese Cabbage in Autumn and Its Regulatory Factors

ZHOU Geng1，DU Yan-gong2 （1.Bureau of Rural Area and Agriculture in Weihai，Weihai，Shandong? 264200;2.Northwest Institute of Plateau Biology，Chinese Academy of Science，Xining，Qinghai? 810001）

Abstract 118 groups of experiment results about the averaged effect size of urea application on the yield of Chinese cabbage in autumn were analyzed by meta-analysis.This study indicated that the average effect size was 0.37±0.04 （95% confidence interval 0.30-0.44） of urea application on the yield of Chinese cabbage in autumn，and nitrogen application significantly increased the yield of Chinese cabbage in autumn （P<0.001）.The average effect sizes of fertilization on the yield of Chinese cabbage in autumn in different provinces was quite different.Province of Hunan，Guangxi，Ningxia，F(xiàn)ujian and Xinjiang had higher average effect sizes，while Jiangsu，Guizhou，Liaoning，Jiangxi and Inner Mongolia had lower average effect sizes，significantly lower than the national average level （P<0.000 1）.Furthermore，the order of the average effect size of different nitrogen application levels was high，low and medium level.There was significant difference between them （P<0.05）.Soil organic matter，available phosphorus and available potassium had significant effect on the average effect value （P<0.01）.Increasing their supply capacity could effectively promote the yield increase effect of urea on Chinese cabbage in autumn.

Key words Urea;Dose;Meta-analysis;Random effect model;Effect size

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，氮肥對(duì)蔬菜作物的生長(zhǎng)具有重要作用 [1]。受肥料性質(zhì)及環(huán)境因素的影響，我國(guó)氮肥當(dāng)季利用率為30%～35%，蔬菜生產(chǎn)肥料用量過(guò)高 [2-3]，造成資源浪費(fèi)且對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重負(fù)面影響 [4]。

大白菜是我國(guó)北方主要的冬貯蔬菜，同時(shí)也是長(zhǎng)江流域地區(qū)主要秋冬蔬菜 [5]，施肥顯著提高秋季大白菜產(chǎn)量但不影響其品質(zhì) [6]。氮肥減量到適宜水平的80%時(shí)，施肥量對(duì)大白菜產(chǎn)量無(wú)顯著影響，而將氮肥增加到120%時(shí)，減產(chǎn)達(dá)顯著水平 [7]。隨著氮肥施用量增加，秋季大白菜產(chǎn)量先增加后降低，河南地區(qū)施肥量30.0 g/m2時(shí)，大白菜產(chǎn)量最高 [8]。而寧夏灌區(qū)秋季大白菜高產(chǎn)的最佳施肥量為42.7 g/m2，但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大量施用氮肥，施氮量高達(dá)90.0 g/m2? [9]，致使耕作層土壤殘留大量硝態(tài)氮 [8]。

Meta分析可以針對(duì)相同或相似問(wèn)題的多個(gè)案例研究得到普遍性結(jié)論，并進(jìn)行差異原因解析 [10-11]。目前氮肥施用量對(duì)大白菜產(chǎn)量的影響仍是熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容 [9]，而有關(guān)我國(guó)各省份秋季大白菜對(duì)不同用量尿素響應(yīng)特征的整合研究仍相對(duì)比較薄弱。筆者基于Meta分析結(jié)果，綜合分析施用尿素對(duì)我國(guó)秋季大白菜產(chǎn)量的影響，解析平均效應(yīng)值與主要土壤理化性質(zhì)等調(diào)控因素之間的耦合關(guān)系，為指導(dǎo)我國(guó)及主要省份合理施用尿素、提高秋季大白菜產(chǎn)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)收集 通過(guò)CNKI中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索關(guān)鍵詞“氮肥”且“白菜”或者“產(chǎn)量”;共計(jì)搜索到中文論文85篇。通過(guò)原文下載，按照如下準(zhǔn)則進(jìn)行文章篩選：研究對(duì)象為秋季大白菜，施用肥料為尿素，設(shè)置對(duì)照和重復(fù)試驗(yàn)處理。45篇論文包含118組研究數(shù)據(jù)被采用，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。調(diào)查樣點(diǎn)主要分布于17省和自治區(qū)，河北省15組，寧夏14組，湖南11組，北京、貴州和山東各10組，廣西和四川各8組，遼寧7組，福建、江蘇和浙江各4組，新疆、內(nèi)蒙古、青海和河南各3組，江西省1組數(shù)據(jù)。對(duì)于論文以圖片發(fā)表的數(shù)據(jù)，采用WebPlotDigitizer軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)提取 [12]。

1.2 基于均值的效應(yīng)值 （反應(yīng)比）

式中，vi表示研究?jī)?nèi)方差，τ2表示研究間方差，yi為單個(gè)研究效應(yīng)值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法 數(shù)據(jù)通過(guò)R語(yǔ)言 （3.6.1版本）程序進(jìn)行meta分析。效應(yīng)值和平均效應(yīng)值的計(jì)算采用隨機(jī)效應(yīng)模型 （rma）。當(dāng)效應(yīng)值的整體異質(zhì)性很強(qiáng)時(shí) （即Qt值較高，且P<0.05），表明試驗(yàn)的效應(yīng)值存在較大差異，基于混合效應(yīng)模型 （mods），引入解釋變量對(duì)這種差異進(jìn)行分析。發(fā)表偏差通過(guò)漏斗圖對(duì)稱性檢驗(yàn)完成 （Eggers regression test）。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用氮肥對(duì)我國(guó)秋季大白菜產(chǎn)量的影響

平均效應(yīng)值表示施用尿素處理組與對(duì)照組的差異程度，即表明氮肥對(duì)秋季大白菜產(chǎn)量影響的大小指標(biāo)，效應(yīng)值越大則施肥作用效應(yīng)越強(qiáng)。施用尿素對(duì)我國(guó)秋季大白菜產(chǎn)量影響的平均效應(yīng)值為0.37±0.04 （95% 置信區(qū)間0.30～0.44，圖1）。這表明施氮肥顯著提高我國(guó)秋季大白菜產(chǎn)量（P<0.001），施用尿素農(nóng)田大白菜產(chǎn)量約為對(duì)照的1.45倍。施用氮肥對(duì)秋季大白菜產(chǎn)量影響極大，增產(chǎn)范圍為0.10%～841.74%，平均值為（63.12±121.31）%。

施肥對(duì)不同省份秋季大白菜產(chǎn)量影響的平均效應(yīng)值存在較大差異，作用強(qiáng)度從高到低依次為湖南、廣西、寧夏、福建、新疆，平均效應(yīng)值高于0.50;四川、青海、浙江、山東、北京、河北、河南平均效應(yīng)值為0.20～0.50;江蘇、貴州、遼寧、江西、內(nèi)蒙平均效應(yīng)值低于0.20 （圖2），顯著低于全國(guó)平均效應(yīng)值（P<0.000 1）。

2.2 不同劑量氮肥對(duì)秋季大白菜產(chǎn)量影響的平均效應(yīng)值及異質(zhì)性檢驗(yàn)

施用氮肥對(duì)我國(guó)秋季大白菜產(chǎn)量影響的效應(yīng)值異質(zhì)性檢驗(yàn)表明，數(shù)據(jù)異質(zhì)性很強(qiáng) （P<0.000 1），需要引入解釋變量對(duì)異質(zhì)性的來(lái)源進(jìn)一步分析。該研究引入了分類變量即不同尿素施用 （高、中、低） 水平作為解釋變量，探討不同施氮量對(duì)效應(yīng)值的影響幅度。不同氮素水平對(duì)平均效應(yīng)值具有極顯著影響 （P<0.000 1）。對(duì)平均效應(yīng)值影響從高到低依次為高、低和中等水平，即0.40±0.07、0.37±0.05、0.34±0.08，三者之間存在顯著差異（P<0.05），各處理均可以顯著增加秋季大白菜產(chǎn)量（P<0.000 1，表1）。殘差異質(zhì)性檢驗(yàn)結(jié)果表明殘差仍具有異質(zhì)性，需要引入其他解釋變量? （P<0.000 1，表1）。

2.3 平均效應(yīng)值對(duì)土壤理化性質(zhì)等連續(xù)變量的響應(yīng)特 征

進(jìn)一步引入了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀、pH等連續(xù)變量（表2）。解釋變量異質(zhì)性檢驗(yàn)

結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀對(duì)平均效應(yīng)值具有顯著影響 （P<0.01，表2）?；跀M合方程結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)平均效應(yīng)值與有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀、全氮之間存在正相關(guān)關(guān)系，而與pH、速效氮、全磷之間存在正相關(guān)關(guān)系 （表2）。土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、分別可以解釋25.24%、22.38%的效應(yīng)值變異。通過(guò)施用有機(jī)肥和磷肥，提高土壤有機(jī)質(zhì)和速效磷養(yǎng)分含量，均可以有效提高平均效應(yīng)值，顯著增加秋季大白菜產(chǎn)量。

2.4 氮肥對(duì)我國(guó)秋季大白菜產(chǎn)量影響效應(yīng)值漏斗圖的對(duì)稱性檢驗(yàn)

Meta分析是對(duì)效應(yīng)值和平均效應(yīng)值的定量化評(píng)價(jià)，數(shù)據(jù)來(lái)源于公開發(fā)表的論文，這可能會(huì)受論文選擇性偏倚的影響。通過(guò)對(duì)漏斗圖的對(duì)稱性進(jìn)行檢驗(yàn) （z=2.73，P=0.63），發(fā)現(xiàn)P值遠(yuǎn)大于0.05，這說(shuō)明所采用數(shù)據(jù)的漏斗圖檢驗(yàn)結(jié)果基本對(duì)稱 （圖3）。因此，該研究并無(wú)研究論文發(fā)表偏愛(ài)性，研究結(jié)果具備充分可信度。

3 討論

近年來(lái)，雖然溫室蔬菜種植面積急劇增加，但秋冬茬大白菜仍是北方地區(qū)冬季的主要供應(yīng)蔬菜品種 [13]。大量施用氮肥可能會(huì)降低農(nóng)田地力，降低產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效應(yīng) [14]，而且影響其品質(zhì)，該研究發(fā)現(xiàn)施肥可以顯著提高全國(guó)尺度秋季大白菜產(chǎn)量，這也說(shuō)明氮肥是我國(guó)農(nóng)田和蔬菜產(chǎn)業(yè)重要的調(diào)控因素。尤其是對(duì)于湖南、廣西、寧夏、福建、新疆這些省份平均效應(yīng)值，明顯高于其余12個(gè)省份，這些地區(qū)由于其土壤肥力以及水熱條件更適宜施用氮肥調(diào)控秋季大白菜的產(chǎn)力 [15-17]。作為秋季大白菜的主要產(chǎn)地山東、北京、河北、河南地區(qū)，施用尿素對(duì)其產(chǎn)量也具有較好的增產(chǎn)效果 [18-19]。但在內(nèi)蒙和江西地區(qū)，施用尿素的增產(chǎn)效果不明顯，經(jīng)濟(jì)效益 偏低 [20-21]。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分的重要組成成分，也是植物營(yíng)養(yǎng)的主要來(lái)源，能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育 [22]。土壤氮素供應(yīng)充足時(shí)，大白菜可合成較多的蛋白質(zhì)，促進(jìn)細(xì)胞的分裂和增長(zhǎng) [13]，因此植物葉面積增長(zhǎng)快，能有更多的葉面積用來(lái)進(jìn)行光合作用。磷肥能促進(jìn)早期根系的形成和生長(zhǎng)，提高植物適應(yīng)外界環(huán)境條件的能力 [5]，蔬菜作物缺磷時(shí)，表現(xiàn)為生長(zhǎng)遲緩、產(chǎn)量降低。鉀肥能夠促進(jìn)光合作用、提高水分利用效率，缺鉀使植物光合作用和根系吸收水分能力明顯減弱 [23]。秋季大白菜的產(chǎn)量同時(shí)受土壤有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀含量等耦合因素的影響 [5，24]。該研究發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀為調(diào)控尿素對(duì)大白菜增產(chǎn)效果的主要因素，而與全量養(yǎng)分之間相關(guān)性較低，這可能是因?yàn)橥寥烙袡C(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分可以快速供給大白菜的吸收利用 [22]。

4 結(jié)論

施用尿素可以顯著提升我國(guó)秋季大白菜產(chǎn)量，尤其是湖南、廣西、寧夏、福建、新疆增產(chǎn)效果極其顯著。不同劑量尿素對(duì)平均效應(yīng)值影響從高到低依次為高、低和中等水平，且三者之間存在顯著差異。施用高水平尿素對(duì)大白菜產(chǎn)量提升效果最高。土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀含量對(duì)平均效應(yīng)值具有顯著影響，提高其相應(yīng)水平，可以有效促進(jìn)尿素對(duì)秋季大白菜的增產(chǎn)效果。

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