香蔥氮、磷、鉀施肥模型的建立及肥料效應(yīng)研究

宋煥忠，蔣萬，陳琴，3，郭元元，3，張力，李洋，3，覃振普，韋丹，陳振東，3

（1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，南寧 530007；2.常德市農(nóng)林科學(xué)研究院，湖南 常德 415000；3.廣西蔬菜育種與新技術(shù)研究實驗室，南寧 530007；4.柳江區(qū)蔬菜生產(chǎn)技術(shù)推廣站，廣西 柳州 545100）

香蔥在廣西地區(qū)擁有較長的栽培歷史，總播種面積達2.07×104hm2，特別是在柳州、百色、桂林、南寧等地區(qū)，均有大面積種植，是當?shù)匚{勞動力、脫貧致富、農(nóng)戶的主要經(jīng)濟來源之一。由于長時間的連作栽培，加之香蔥的復(fù)種指數(shù)高、缺乏科學(xué)的指引，每茬化肥過量施用，使土壤有機質(zhì)下降嚴重，農(nóng)田污染嚴重、土壤板結(jié)，導(dǎo)致香蔥品質(zhì)、產(chǎn)量下降［1］。氮、磷、鉀在香蔥上的施用有一些研究，但未與品質(zhì)以及肥料利用率等進行綜合考量，均停留在高產(chǎn)上。因此，將氮、磷、鉀的施用與產(chǎn)量、品質(zhì)、肥料利用率以及肥料效應(yīng)之間綜合考量，對優(yōu)化香蔥化肥的施用量、提高種植效益、保護農(nóng)田環(huán)境等具有重要意義。香蔥栽培研究一直以來處于相對滯后的狀態(tài)。葛曾民［2］曾摘譯日本《設(shè)施園藝》中關(guān)于香蔥周年栽植技術(shù)的論述，其中提到的日本香蔥施化肥量為復(fù)合肥料（磷硝銨鉀肥）67 kg/667 m2，石灰氮67 kg/667 m2。梅福杰等［3］在日本小香蔥生產(chǎn)技術(shù)中提出，施氮磷鉀三元復(fù)合肥30 kg/667 m2，之后每12～15 d追施尿素5～8 kg，氯化鉀4～5 kg，且在收獲前15～20 d施尿素15 kg，可達到良好的栽培效果。姚寶芬等［4］在香蔥栽培中認為，施普鈣75 kg/667 m2、三元復(fù)合肥45～55 kg/667 m2、尿素40 kg/667 m2。譚永貞等［5］、覃振助等［6］分別總結(jié)廣西田東縣、柳江區(qū)香蔥栽培技術(shù)，認為每茬施用45%復(fù)合肥80～100 kg/667 m2、尿素40～61 kg/667 m2、氯 化 鉀28～35 kg/667 m2（按 照每茬生育期90 d計算）時，可取得理想效果。尚小紅等［7］在總結(jié)香蔥栽培技術(shù)時認為施用45%復(fù)合肥50 kg/667 m2、氯 化 鉀4～5 kg/667 m2、尿 素25～28 kg/667 m2為宜。此外，黃珍發(fā)等［8］利用311-A擬飽和最優(yōu)回歸設(shè)計研究了香蔥（品種為當?shù)匦」苁[）氮磷鉀最佳施肥量，認為在施用氮肥（N）12.92 kg/667 m2、磷 肥（P2O5）6.51 kg/667 m2、鉀 肥（K2O）10.07 kg/667 m2情況下可獲得最優(yōu)產(chǎn)量，其最優(yōu)產(chǎn)量（蔥管）為1 378.30 kg/667 m2。秦健等［9］在對香蔥最佳施肥方案的探究中認為，m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）比值為1.00∶0.42∶0.84時可取得最佳效果?！?414”模型在探究農(nóng)作物最佳施肥量、施肥比例以及配方施肥提高利用率方面具有非常廣泛的應(yīng)用［10］。將“3414”模型與香蔥氮、磷、鉀的施用相結(jié)合，有助于更系統(tǒng)地開展香蔥化肥施用量的研究。化肥施用在大多數(shù)作物上已經(jīng)有非常成熟的研究，有不少已經(jīng)應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。但是在廣西香蔥栽培上，化肥施用量絕大部分基于當?shù)剞r(nóng)戶長期習慣而來，而化肥對香蔥品質(zhì)、產(chǎn)量以及肥料利用率的影響鮮有報道，而至于用肥量是否合理更有待系統(tǒng)研究。本研究借助“3414”模型，探究氮、磷、鉀施用量對香蔥產(chǎn)量、品質(zhì)、相關(guān)肥料效應(yīng)、利用率的影響，為廣西香蔥化肥減施、高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試香蔥品種：柳江3號（來源柳州市柳江區(qū)三都鎮(zhèn)覺山村農(nóng)戶自留種）。

肥料：氮肥（尿素，N≥46%），磷肥（鈣鎂磷肥，P2O5≥12%），鉀肥（氯化鉀，K2O≥60%）。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗時間與地點2018年8—11月在廣西南寧市武鳴區(qū)蘇宮村進行，當?shù)赝寥婪柿^好（水解氮154 mg/kg、有效磷118 mg/kg、速效鉀213 mg/kg），適宜香蔥種植。

1.2.2 試驗設(shè)計試驗采用“3414”完全試驗設(shè)計（表1），使用單一肥源肥料，設(shè)置氮、磷、鉀3個因素，4個水平，14個處理。0水平：不施肥；1水平：2水平×0.5；2水平：標準施肥量；3水平：2水平×1.5。2水平（N2P2K2）施肥量為氮（N）276 kg/hm2、磷（P2O5）135 kg/hm2、鉀（K2O）270 kg/hm2。

表1 香蔥“3414”試驗設(shè)計

本試驗選用土壤條件基本一致的地塊作為試驗小區(qū)，種植時將健康、無破損的香蔥分株剪去蔥葉部分，留長（包括假莖）約10 cm，假莖部分埋入土中，埋土深度為5 cm。多行種植，按畦寬（包溝）1.5 m整成高畦，畦高10 cm，畦溝寬40 cm。多行種植，每行種植6叢，每叢3株，株距20 cm，同行內(nèi)株距為20 cm（株行距為20 cm×20 cm）。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，小區(qū)面積包溝15 m2，每小區(qū)栽植300叢。

1.3 項目測定

1.3.1 農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量統(tǒng)計香蔥收獲后，調(diào)查不同施肥水平下香蔥的株高、分蘗數(shù)、葉片數(shù)，統(tǒng)計不同處理香蔥產(chǎn)量，清理非商品葉，洗凈晾干后測定商品產(chǎn)量，并統(tǒng)計商品率（%）。

1.3.2 品質(zhì)分析可溶性糖采用蒽酮比色法測定。粗蛋白含量測定采用考馬斯亮藍法。維生素C采用2，6-二氯酚靛酚比色法檢測。

1.3.3 肥料互作效應(yīng)分析選取N0P0K0、N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0、N2P2K2，分析不施肥、PK、NK、NP與NPK之間產(chǎn)量增產(chǎn)率（%）、相對產(chǎn)量（%）。并對氮、磷、鉀三者對產(chǎn)量的貢獻率進行分析。

1.3.4 氮、磷、鉀及綜合肥料利用效率分析測定不同處理香蔥植株氮、磷、鉀含量，統(tǒng)計氮、磷、鉀肥及總的回收效率（RE）、農(nóng)學(xué)利用率（AE）、偏生產(chǎn)力（PFP），每小區(qū)4叢。具體計算公式［10］如下：

1.3.5 施肥與產(chǎn)量、各品質(zhì)間一元及三元二次函數(shù)模型的建立與分析根據(jù)每公頃香蔥的種植叢數(shù)與每公頃的施肥量，換算單叢所獲得的施肥量（單位：g/叢）；根據(jù)單叢重以及可溶性糖、粗蛋白與維生素C計算每叢香蔥各品質(zhì)的積累量Q（單位：g/叢），建立Q與施肥量之間的一元方程以及三元二次方程模型。

一 元 方 程 模 型：分 別 選 ?。∟0P2K2、N1P2K2、N2P2K2、N3P2K2）、（N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2、N2P3K2）、（N2P2K0、N2P2K1、N2P2K2、N2P2K3）3組處理利用軟件擬合回歸方程。

三元二次方程模型：YNPK=b0+b1N+b2P+b3K+b4N2+b5P2+b6K2+b7NP+b8NK+b9PK，獲得b值后分析是否符合典型肥效模型，如果屬于典型肥效模型，利用邊際求導(dǎo)法計算經(jīng)濟最優(yōu)施肥量；如屬非典型肥效模型，則用產(chǎn)量頻率分析法來計算經(jīng)濟最佳施肥量和最高產(chǎn)量施肥。

1.3.6 頻率分析法來確定最優(yōu)施肥量對不能采用函數(shù)模型求得最優(yōu)施肥量的肥料因素，采用頻率分析法來確定最優(yōu)施肥量。依據(jù)各處理間產(chǎn)量、各品質(zhì)的平均數(shù)，選定頻次范圍，統(tǒng)計肥料因素不同用量水平對應(yīng)產(chǎn)量、各品質(zhì)在統(tǒng)計區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)，進而計算其頻率、平均值、標準差、均數(shù)標準差，求得95%置信區(qū)間為最佳肥料施用量。

1.4 統(tǒng)計分析

采用SPSS 17.0、Graph Pad Prism 6及Excel對數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮、磷、鉀施用量對香蔥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

由圖1可知，在對不同施肥處理農(nóng)藝性狀調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)各處理間表現(xiàn)差異較大。整體上，施肥處理表現(xiàn)均優(yōu)于N0P0K0。其中，N2P3K2處理的株高、單叢葉片數(shù)、分蘗數(shù)表現(xiàn)最優(yōu)。產(chǎn)量和商品產(chǎn)量依舊是栽培最重要的目標之一，各處理在產(chǎn)量上存在較大差異，具體表現(xiàn)在所有施肥處理均優(yōu)于不施肥處理N0P0K0，而未施用氮肥的N0P2K2處理中，產(chǎn)量小于15 000 kg/hm2；在其余處理中，處理N2P3K2產(chǎn)量最高，接近60 000 kg/hm2，其余處理產(chǎn)量均低于45 000 kg/hm2。在商品產(chǎn)量上規(guī)律大致一致，以N2P3K2最佳，顯著高于其余處理。商品率（%）在各施肥組合中差異不明顯，以N1P2K2商品率最高，N0P0K0處理最低，二者之間存在顯著差異，但與其余12個處理間無顯著差異。

圖1 不同施肥組合對香蔥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

2.2 氮、磷、鉀施用量對香蔥品質(zhì)的影響

通過對圖2中各處理間可溶性糖、粗蛋白、維生素C對比分析認為，處理N2P3K23項指標（可溶性糖4.340%、粗蛋白含量1.403 g/100 g、維生素C含量28.433 mg/100 g）與其他處理呈顯著性差異，明顯優(yōu)于其他處理，品質(zhì)較高；其次為N2P2K2處理，可溶性糖含量3.100%、粗蛋白含量1.403 g/100 g、維生素C含量27.233 mg/100 g；對照不施肥處理N0P0K0表現(xiàn)最差，其可溶性糖含量0.777%、粗蛋白0.927 g/100 g、維生素C 21.333 mg/100 g。此外，N2水平時，其可溶性糖含量均在2%以上，可見氮素對于香蔥可溶性糖的合成有一定影響。

圖2 不同施肥組合對香蔥品質(zhì)的影響

2.3 氮、磷、鉀施肥互作效應(yīng)

PK、NK、NP、NPK與不施肥相比，三者配合施用的效果最優(yōu)，增產(chǎn)率450.82%；而施用NP配合的效果次之，增產(chǎn)率344.10%，NK配合增產(chǎn)200.66%，PK配合施用增產(chǎn)率67.89%。不施肥、PK、NK、NP與NPK相比，不施肥情況下相對產(chǎn)量最低，僅18.15%；在缺N時相對產(chǎn)量僅為30.48%；缺P情況下相對產(chǎn)量為54.58%；缺K情況下相對產(chǎn)量為80.63%。由此，肥料因子氮、磷、鉀三者對香蔥產(chǎn)量貢獻度大小排列為氮＞磷＞鉀（表2）。

表2 香蔥肥料互作效應(yīng)分析

2.4 氮、磷、鉀及綜合肥料利用效率分析

分 別 選 取（N0P2K2、N1P2K2、N2P2K2、N3P2K2）、（N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2、N2P3K2）、（N2P2K0、N2P2K1、

N2P2K2、N2P2K3）對氮、磷、鉀的利用效率進行分析，其結(jié)果如表3所示。在N2水平時，氮素（N）RE、AE、PFP最高；磷素（P2O5）在P1水平時RE和PFP最高，在P3水平AE最高；鉀素（K2O）在K2水平時RE、AE最高，K1水平時PFP最高，在K3水平時，AE（-6.82 kg/kg）為負值，說明當鉀肥施用過量時，會降低香蔥的產(chǎn)量，甚至低于K0水平。

表3 氮、磷、鉀及綜合利用率統(tǒng)計

對所有處理的肥料利用效率進行統(tǒng)計，認為N2P3K2在14個處理中利用率最高，其RENPK、AENPK、PFPNPK分別為21.80%、69.96 kg/kg、80.05 kg/kg；其次為N2P2K0，RENPK、AENPK、PFPNPK分別為18.26%、63.24 kg/kg、81.62 kg/kg；而標準處理N2P2K2的RENPK、AENPK、PFPNPK分 別 為17.23%、50.01 kg/kg、61.10 kg/kg。N2P3K2與N2P2K2相比，N2P3K2的RENPK高4.57個百分點，AENPK高19.95 kg/kg，PFPNPK高18.95 kg/kg。

2.5 施肥與產(chǎn)量間一元、三元二次函數(shù)模型的建立與分析

通過擬合肥料與產(chǎn)量的一元、三元二次方程發(fā)現(xiàn)（表4），氮與各指標間擬合一元二次方程時R2均較低，說明可信程度較低；除氮的效應(yīng)函數(shù)外，其余方程R2均比較高，但只有磷的一元二次方程的P達到了顯著水平或極顯著水平，說明在剩下的函數(shù)中除了YP、QSP、QVP外，其余回歸函數(shù)擬合均未達到顯著水平，擬合失真。YP、QSP、QVP的一元二次函數(shù)中，可以觀察到b1均為正值，即香蔥產(chǎn)量、可溶性糖、維生素C隨磷的施用僅存在最小值而不存在飽和值，顯然與現(xiàn)實不符，說明本試驗中磷肥的施用未達到飽和量，因此以本試驗中最大施用量202.5 kg/hm2（P2O5）作為產(chǎn)量、品質(zhì)最優(yōu)施肥量。而其余肥料的產(chǎn)量、品質(zhì)最優(yōu)施肥量需根據(jù)產(chǎn)量頻率分析法來進行確定。

表4 肥料與產(chǎn)量及各品質(zhì)效應(yīng)函數(shù)

2.6 產(chǎn)量、品質(zhì)的頻率分析及氮、鉀最佳施肥量的確定

磷的最優(yōu)施用量可以由函數(shù)及試驗設(shè)計來確定，即202.5 kg/hm2（P2O5）。氮、鉀的一元、三元二次方程由于擬合的結(jié)果不符，因此采用頻率分析法進行氮、鉀最優(yōu)施肥量的確定。依據(jù)各處理間產(chǎn)量、各品質(zhì)的平均數(shù)，選定產(chǎn)量范圍7 553.775～59 919.945 kg、可溶性糖范圍0.776%～4.340%、粗蛋白范圍0.927～1.403 g/100 g、維生素C范圍21.333～28.433 mg/100 g，計算95%置信區(qū)間，結(jié)果見表5。氮最優(yōu)施用量在95%置 信 區(qū) 間 為197.41～257.18 kg/hm2（產(chǎn) 量）、182.79～255.98 kg/hm2（可溶性糖、粗蛋白）、189.52～260.80 kg/hm2（維生素C）；鉀最優(yōu)施用量在95%置信 區(qū) 間 為193.12～251.59 kg/hm2（產(chǎn) 量）、178.81～250.42 kg/hm2（可溶性糖、粗蛋白）、185.40～255.13 kg/hm（2維生素C）。綜合產(chǎn)量和品質(zhì)可以得到本試驗最優(yōu)施氮量為197.41～255.98 kg/hm（2N），最優(yōu)施磷量為202.5 kg/hm2（P2O5），最優(yōu)施鉀量為193.12～250.42 kg/hm（2K2O）。

表5 產(chǎn)量、品質(zhì)頻率分析

3 討論與結(jié)論

本研究利用農(nóng)業(yè)研究上常用的“3414”模型，分析氮磷鉀施用量與香蔥生長關(guān)系，綜合農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、品質(zhì)以及總利用率結(jié)果可知，當施肥水平處于N2P3K2時可獲得理論上最佳數(shù)據(jù)。即氮肥（N）276 kg/hm2、磷 肥（P2O5）202.5 kg/hm2、鉀 肥（K2O）270 kg/hm2（N∶P2O5∶K2O=1.00∶0.73∶0.99）可獲 得最佳農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、品質(zhì)，且總利用率高于其他組合處理。通過擬合曲線與頻率分析分別得到最佳施肥量為氮肥（N）197.41～255.98 kg/hm2、磷肥（P2O5）202.50 kg/hm2、鉀肥（K2O）193.12～250.42 kg/hm2（N∶P2O5∶K2O=0.97～1.26∶1.00∶0.95～1.24）。與前人研究比較，氮的施用量高于黃珍發(fā)［8］研究結(jié)果而低于廣西田東、柳江（N 486～645.9 kg/hm2）地區(qū)，說明生產(chǎn)上的氮肥施用量有進一步減少的空間。此外，氮的施用量與尚小紅等［7］、秦健等［9］的研究結(jié)果基本一致。磷的施用量高于他人研究施用量，與廣西田東、柳江（P2O5180～225 kg/hm2）地區(qū)基本一致，同時通過P2O5與產(chǎn)量相關(guān)性曲線可知，本次試驗設(shè)置的磷施用量偏低，導(dǎo)致未出現(xiàn)曲線最高點，因此在單純考慮P2O5與產(chǎn)量的關(guān)系時，是否可增施P2O5有待進一步探討。鉀的最佳施用量與他人研究差異不大，但是顯著低于秦健［9］以及柳江［6］、田東地區(qū)［5］K2O施用量，說明鉀肥的用量在生產(chǎn)上存在進一步減施的空間。

通過計算肥料單因素利用率的結(jié)果顯示，N2、P1、K2時，RE最高，分別為19.23%、3.56%、2.45%；N2、P3、K2時，AE最高，分別為104.81、183.75、7.17 kg/kg；N2、P1、K1時，PFP最 高，分 別 為138.66、438.37、278.62 kg/kg。而依據(jù)氮磷鉀總利用率計算結(jié)果可知，N2P3K2組 合RE、AE最 大，分 別 為21.80%、69.96 kg/kg；N2P2K0組 合PFP最 大，為81.62 kg/kg。肥料單因素利用率與總利用率兩者結(jié)論僅AE上保持一致，而RE及PFP結(jié)論不一致。究其原因，認為主要是選取的對照不同和肥料間存在互作效應(yīng)所致，如RE的單因素肥料利用率分析中，N2P3K2處理僅參與比較了磷肥施用量的差異，且N2P3K2與N2P3K2的REP相差較小，然而未比較兩者氮肥、鉀肥RE的差異；而在總肥料利用率上，則是將氮、磷、鉀施用量累加后的RE作出的比較。在PFP的比較中N2P2K0僅僅是作為對照參與了鉀肥PFP的比較，未與N2、P1、K1比較氮、磷PFP之間的差異，但具體如何有待進一步研究?？紤]到在實際生產(chǎn)中，氮、磷、鉀均為配合施用，因此可以以氮磷鉀總利用率作為田間施肥利用率的依據(jù)，綜合RE、AE、PFP，即認為當施 用N2P3K2：276 kg/hm2（N）+202.5 kg/hm2（P2O5）+270 kg/hm2（K2O）時，其肥料利用效果最佳，此結(jié)果與產(chǎn)量、品質(zhì)的最佳施肥量接近。因此，可認為當施用197.41～255.98 kg/hm2（N）+202.5 kg/hm2（P2O5）+193.12～250.42 kg/hm2（K2O）時可獲得最優(yōu)產(chǎn)量、品質(zhì)及較高的肥料利用率。

合理施肥可以提高經(jīng)濟效益，降低生產(chǎn)成本，保護生態(tài)環(huán)境。氮、磷、鉀施用量過少會降低香蔥的品質(zhì)、產(chǎn)量，而氮、磷、鉀施用量施用過量時會降低肥料的利用率、提高生產(chǎn)成本。本研究基于整個生育期的氮磷鉀施用量進行分析，未涉及不同生育期階段的最佳施用量，因此在田間指導(dǎo)肥料施用時應(yīng)按照現(xiàn)有的施肥比例折合施用，而其不同生育期的施用比例是否最優(yōu)，有待進一步探討。