老壓砂地氮磷鉀肥配施的西瓜產量效應*

王西娜， 白 云， 譚軍利,3， 田軍倉,3

(1.寧夏大學農學院 寧夏銀川 750021； 2.寧夏大學土木與水利工程學院 寧夏銀川 750021；3.旱區(qū)現代農業(yè)水資源高效利用教育部工程研究中心 寧夏銀川 750021)

寧夏中部干旱區(qū)自然環(huán)境惡劣，降雨量少，蒸發(fā)量大，當地群眾因地制宜創(chuàng)造出了用鋪砂保墑的栽培方式來種植西瓜[1]。目前，壓砂西瓜產業(yè)已成為當地群眾脫貧致富的重要途徑，也是寧夏獨具特色的優(yōu)勢名片[1]，種植面積已超過100萬畝(1畝=667 m2,下同)。然而，由于地表覆砂造成施肥不便，土壤養(yǎng)分得不到及時補充，且在生產中存在重氮輕磷，少施甚至不施鉀肥及微肥等現象，嚴重制約了壓砂西瓜產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2-3]。

根據土壤養(yǎng)分本底值及目標產量進行配方施肥是合理施肥的主要途徑，但目前西瓜生產中普遍存在施肥不平衡的問題。據研究，江蘇省西瓜主產區(qū)施肥現狀為氮肥過高鉀肥過低[4]，陜西省設施西瓜栽培農戶的氮、磷、鉀施肥量可分別減少46%、72%、57%[5]。因此，許多學者對西瓜最優(yōu)施肥量進行了研究。杜少平等[6]推薦甘肅省砂田西瓜最適宜的N、P2O5、K2O的施用量依次為195.96～238.18、167.86～206.72、212.87～214.53 kg/hm2。馬忠明等[7]研究指出,“隴抗9號”在施用氮肥為200 kg/hm2的基礎上，磷肥和鉀肥的最優(yōu)施用量分別為170、260 kg/hm2。諸海燾等[8]發(fā)現在土壤肥力中等的條件下，上海地區(qū)西瓜產量最高時N、P2O5、K2O的施用量依次為150、105、240 kg/hm2。鄧云等[9]認為河南省西瓜最優(yōu)N、P2O5、K2O的施用量為303.9、162.9、214.4 kg/hm2。楊小振等[10]推薦西北旱區(qū)大棚西瓜N、P2O5、K2O施用量是163.05、66.85、202.18 kg/hm2。可見，各地區(qū)的氣候環(huán)境、土壤基礎肥力、試驗品種和栽培模式不同，西瓜施用氮、磷、鉀肥的適宜量存在明顯差異。

目前，有關寧夏老壓砂地西瓜氮磷鉀肥配施耦合模型的研究鮮見報道。因此，本文擬通過建立老壓砂地西瓜氮磷鉀肥配施耦合模型，闡明肥料相互作用的機理，尋求肥料配施的最優(yōu)方案，從而為壓砂西瓜合理施肥，提高肥料利用率和高產優(yōu)質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在寧夏中衛(wèi)市興仁鎮(zhèn)拓寨村進行。該地屬于寧夏壓砂西瓜核心產區(qū)，位于北緯36°59′、東經105°15′，平均海拔1 723 m，多年年平均降水量約180 mm，年蒸發(fā)量為2 100～2 400 mm，試驗地砂石覆蓋層厚度15～25 cm。供試土壤為淡灰鈣土，質地為砂壤土。0～20 cm土層基本理化性狀：全氮質量分數為1.0 g/kg，有機質質量分數為6.39 g/kg，速效磷質量分數為6.2 mg/kg，速效鉀質量分數為88 mg/kg，容重為1.42 g/cm3，田間持水量為27.7%。

1.2 試驗設計

試驗采用三因素二次回歸通用旋轉組合設計方法，設x1為氮(N)施用量、x2為磷(P2O5)施用量、x3為鉀(K2O)施用量，γ=1.68，中心試驗點m0=6，共設20個處理。小區(qū)面積為6 m×6 m，西瓜株行距1.5 m×2.0 m。供試肥料分別為尿素(N質量分數為46%，中化化肥有限公司)、普通過磷酸鈣(P2O5質量分數為12%，山東魯西化肥有限公司)、硫酸鉀(K2O質量分數為50%，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司)。試驗氮磷鉀肥用量編碼及實際用量水平見表1。

表1 試驗氮磷鉀肥用量編碼及實際用量水平

供試西瓜品種為金城五號(中衛(wèi)市金城種業(yè)有限責任公司)，種子催芽后直接播種。所有肥料在播種前通過人工條播均勻施入小區(qū)。灌水方法采用穴灌，分別在伸蔓期、開花坐瓜期、西瓜膨大期進行，每次灌水量為75 m3/hm2，生育期灌溉定額為225 m3/hm2。其他田間管理措施均與當地常規(guī)相同。5月6日種植，8月15日收獲。

1.3 數據分析

試驗數據采用Excel 2010和DPS v7.05數據處理系統分析軟件進行分析，用Origin 2018繪圖分析軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 回歸模型的建立與檢驗

不同氮磷鉀肥配施的西瓜產量見表2。

表2 不同氮磷鉀肥配施的西瓜產量

老壓砂地西瓜氮磷鉀肥配施耦合模型可用二次回歸旋轉模型表示。根據表2產量結果，求得回歸方程見式(1)：

(1)

對回歸方程進行顯著性檢驗，經計算得：F1=0.56F0.05(f回，f剩)=F0.05(9，10)=3.02，P=0.01且模型總決定系數R2=0.82，說明回歸方程達到顯著水平。這表明該肥料耦合回歸模型可以用來進行產量預報，且具有較高的可靠性，可以做進一步分析。

(2)

2.2 西瓜產量模型分析

2.2.1 主因素效應

由于在計算過程中應用的是無量綱線性編碼代換，所求得的偏回歸系數已不受因素取值的大小和單位的影響，即已標準化，其絕對值大小可以直接反映各因素對產量的影響程度。綜合考慮偏回歸系數及t檢驗值，可得出肥料對西瓜產量的影響以磷肥最大，氮肥和鉀肥次之，說明磷肥是老壓砂地西瓜產量的主要限制養(yǎng)分。

2.2.2 單因素效應

將回歸模型式(1)中的氮、磷、鉀3個因子中的2個固定在零水平，求得單因素對產量的回歸子模型見式(3)～(5)：

(3)

(4)

(5)

圖1 單因素肥料效應曲線

由圖1可知，在設計范圍內，氮肥、磷肥、鉀肥3個因素對西瓜產量的效應均呈開口向下的拋物線。產量隨著施肥量的增加而增加，當施肥量增加至一定程度時，產量反而下降，符合報酬遞減規(guī)律。

氮肥的產量效應曲線表明：當氮肥水平從-1.682(75.0 kg/hm2)增加到-0.37(104.2 kg/hm2)時，產量由16 837.80 kg/hm2增加到17 122.49 kg/hm2，單位氮(N)的增產率為9.75 kg/kg；隨著氮肥水平由-0.37(104.2 kg/hm2)增加到1.682(150.0 kg/hm2)，產量反而呈下降趨勢，單位氮的減產率為15.15 kg/kg。磷肥的效應曲線表明：當磷肥從-1.682(90.0 kg/hm2)增加到1.20(128.6 kg/hm2)時，產量從10 344.40 kg/hm2增加到18 513.79 kg/hm2，單位磷(P2O5)的增產率為211.64 kg/kg；隨著磷肥水平從1.20(128.6 kg/hm2)增加到1.682(135.0 kg/hm2)，產量呈下降趨勢，單位磷的減產率為36.03 kg/kg。鉀肥的產量效應曲線表明：當鉀肥水平從-1.682(134.9 kg/hm2)增加到-1.14(149.4 kg/hm2)時，產量由17 173.54 kg/hm2增加到17 194.41 kg/hm2，單位鉀(K2O)的增產率為1.44 kg/kg；隨著鉀肥水平從-1.14(149.4 kg/hm2)增加到1.682(225.1 kg/hm2)時，產量呈現了下降趨勢，單位鉀的減產率為7.60 kg/kg?？梢?，適量施用氮、磷、鉀肥是壓砂西瓜高產的保證，施肥量過低或過高均會引起產量下降。

2.2.3 因素間的交互作用

由回歸方程交互項系數的t檢驗結果可知，氮肥與磷肥以及磷肥與鉀肥的交互作用均達到較顯著水平。為探討氮磷以及磷鉀同時對產量的耦合效應，對式(1)進行降維處理，分別將x3、x1固定在零水平，得到氮磷、磷鉀交互方程見式(6)和式(7)：

(6)

(7)

根據式(6)和式(7)，求得氮磷、磷鉀對西瓜產量的交互作用(見表3、表4)和效應曲面(見圖2、圖3)。

表3 氮磷對西瓜產量的交互作用

表4 磷鉀對西瓜產量的交互作用

圖2 西瓜產量氮磷效應曲面

圖3 西瓜產量磷鉀效應曲面

由表3和圖2可知：若氮肥水平一定，隨著磷肥水平由-1.682增加至1時，西瓜產量逐漸增加；當磷肥水平達到1時，高氮水平(1.682)的產量減少；當磷肥水平達到1.682時，中(0)、高氮(1、1.682)水平的產量均下降。在低磷水平(-1.682、-1)下，隨著氮肥水平增加，產量逐漸增加；在中、高磷水平下，配施高氮的西瓜產量則呈下降趨勢。說明在一定區(qū)間內，氮、磷對西瓜產量有正交互效應，低氮配中、高磷，中氮配中、高磷時產量較高；最高產量為22 176.6 kg/hm2時，氮、磷水平(用量)分別為-1.682(75.0 kg/hm2)和1.682(135.0 kg/hm2)。

由表4和圖3可知：當鉀肥水平為-1.682和-1時，隨著磷肥水平由-1.682增加至1.682，西瓜產量逐漸增加；當鉀肥水平等于0和1時，隨著磷肥水平由-1.682增加為1，產量逐漸增加，當磷肥水平超過1時，產量反而減少。在低磷水平(-1.682、-1)下，隨鉀肥用量增加，西瓜產量逐漸增加；而在中磷(0)和高磷(1和1.682)水平下，配施高量鉀肥的西瓜產量呈下降趨勢。說明在一定區(qū)間內，磷、鉀對西瓜產量亦有正交互效應，低鉀配中、高磷，中鉀配中、高磷時產量較高；最高產量為22 030.6 kg/hm2時，磷、鉀水平(用量)分別為1.682(135.0 kg/hm2)和-1.682(134.9 kg/hm2)。

2.2.4 模型尋優(yōu)

根據試驗所得的優(yōu)化數學模型，編制計算機程序，在-1.682～1.682內取7個水平(-1.682、-1、-0.5、0、0.5、1、1.682)，上機進行不同目標下的最優(yōu)組合方案模擬。通過模擬求得342個組合方案，其中產量為2 500～9 500 kg/hm2的有22個組合，產量為9 500～14 000 kg/hm2的有56個組合，產量為14 000～20 000 kg/hm2的有236個組合，產量為20 000～26 500 kg/hm2的有28個組合。主要目標產量區(qū)間9 500～14 000、14 000～20 000 kg/hm2的施肥最優(yōu)方案分別見表5和表6。

表5 西瓜產量9 500～14 000 kg/hm2尋優(yōu)方案及頻率

表6 西瓜產量14 000～20 000 kg/hm2尋優(yōu)方案及頻率

3 結語

本文建立了老壓砂地西瓜氮磷鉀肥配施耦合回歸模型，經檢驗達到了極顯著水平，可用于預報和指導生產。通過對模型進行主因素效應、單因素效應和交互作用分析得出，在老壓砂地上，磷肥對西瓜產量的影響高于氮肥和鉀肥的，這與杜少平等[6]在砂田西瓜上的研究和葉林等[11]在日光溫室厚皮甜瓜上的研究結果一致，也與沈暉等[12]在壓砂地甜瓜上的研究結果相同，均表現為磷肥對產量的影響最大。原因為灰鈣土本身磷含量偏低，也可能是當地長期重氮肥、輕磷肥導致土壤中有效磷含量低。磷對作物生長發(fā)育、產量和品質形成起著十分重要的作用，眾多研究表明增施磷肥能顯著提高作物的產量和改善作物的品質[13-15]。因此，在壓砂地，尤其是老壓砂地上，適量補充磷肥是提高西瓜產量的重要措施。

氮磷、磷鉀的交互作用較顯著，而氮鉀之間無明顯的交互作用，這與杜少平等[6]的研究結果不同，需進一步探討。在低氮和低鉀水平時，西瓜產量隨磷肥水平的增加而增加，這與馬忠明等[7]的研究結果一致，即產量在低鉀水平下隨著磷肥從0增加到130 kg/hm2也增加。當氮肥和鉀肥處于中、高水平時，西瓜產量隨著磷肥水平的增加先增加后減少，與葉林等[16]發(fā)現日光溫室西瓜產量在低氮水平時隨著施磷量的增加而增加，在中高氮水平時先增加后減少的結果相同。表明兩因素耦合在一定區(qū)間內對產量具有協同促進作用，要獲得西瓜高產必須注意氮、磷、鉀的合理配施。

通過計算機模擬，求得主要目標產量下的最優(yōu)組合方案，當西瓜目標產量為9 500～14 000 kg/hm2時，氮肥水平為104.2～117.3 kg/hm2，磷肥水平為96.9～104.2 kg/hm2，鉀肥水平為171.6～187.4 kg/hm2；當西瓜目標產量為14 000～20 000 kg/hm2時，氮肥水平為114.3～120.2 kg/hm2，磷肥水平為113.8～116.7 kg/hm2，鉀肥水平為181.2～188.4 kg/hm2。這與以往對西瓜最佳施肥量的結果不盡相同[6-9]，其原因可能與土壤基礎肥力、栽培模式、試驗品種等密切相關[17-18]?？梢姡蠅荷暗赝寥乐辛资钱a量的限制因素，西瓜的磷肥效應大于氮肥和鉀肥的，而氮、磷、鉀肥合理配施是西瓜高產、優(yōu)質的基礎。