基于“3414”試驗的紅心甘薯新品種‘莆薯17’優(yōu)化施肥技術(shù)研究

鐘玉揚，崔紀超，余金姜，武小霞，洪鼎剴，鄭建揚

（莆田市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，福建莆田 351100）

0 引言

中國是世界上最大甘薯生產(chǎn)國，2019年中國甘薯種植面積和甘薯產(chǎn)量分別占世界甘薯生產(chǎn)總量的30.55%和56.62%[1]。甘薯因營養(yǎng)價值高、保健作用突出而深受消費者喜愛[2]。甘薯富含多種人體必需的營養(yǎng)物質(zhì)，其中紅心甘薯富含β-胡蘿卜素，對兒童維生素A 缺乏有明顯的改善作用[3]。β-胡蘿卜素被人體吸收后，可轉(zhuǎn)化為維生素A，在維護上皮組織細胞健康、增強人體免疫力、促進生長和生殖特別是維護正常視覺功能方面有著重要作用[4]。近年來，隨著甘薯的營養(yǎng)價值重新被人們認識，甘薯已經(jīng)由傳統(tǒng)的糧食、飼料作物轉(zhuǎn)變?yōu)樾б嫘妥魑?，種植甘薯經(jīng)濟效益顯著增加，許多地區(qū)將甘薯作為特色作物和增收優(yōu)勢作物[5]。氮磷鉀是作物生長發(fā)育過程中所必需的三大主要營養(yǎng)元素。甘薯生產(chǎn)過程中，每生成500 kg薯塊、莖葉，就要供應(yīng)氮1.75 kg、磷0.75 kg、鉀2.9 kg[6]。氮營養(yǎng)與甘薯產(chǎn)量關(guān)系密切，一定范圍內(nèi)，增施氮肥可提高甘薯產(chǎn)量，但過高導(dǎo)致甘薯地上部莖葉徒長，塊根產(chǎn)量降低[7]。相對于氮鉀，甘薯對磷肥需求量較少，但磷肥能促進碳水化合物的合成、轉(zhuǎn)運與儲存，增加薯塊干物質(zhì)含量[8]，有利于產(chǎn)量提高。甘薯是典型的喜鉀作物，增施鉀肥能夠提高碳同化物在塊根中的分配比例，促進塊根迅速膨大[9]，增加塊根產(chǎn)量。但作物中營養(yǎng)元素并不是獨立調(diào)控的，氮磷鉀之間存在協(xié)同機制以實現(xiàn)作物不同營養(yǎng)的平衡[10]。氮磷鉀合理配施才能提高甘薯產(chǎn)量[11]。然而，甘薯生產(chǎn)中施肥不合理現(xiàn)象仍然比較普遍。張輝等[12]對長江中下游甘薯種植農(nóng)戶施肥狀況調(diào)查表明，配方肥施用仍然不足，氮肥施用趨于合理，磷肥用量偏高，鉀肥用量仍有欠缺。因此，根據(jù)田間肥效試驗，制定合理的施肥措施對提高甘薯產(chǎn)量、節(jié)約肥料成本、增加薯農(nóng)經(jīng)濟效益具有現(xiàn)實意義。

氮磷鉀“3414”試驗設(shè)計是三因素四水平肥料試驗，該方案具有回歸最優(yōu)設(shè)計處理少、效率高的優(yōu)點[13]。試驗結(jié)果可運用全部14 個處理建立氮磷鉀三因素、二因素、單因素肥效模型，分析得出作物的氮磷鉀3種肥料推薦施用量[14]。作為一種先進的科學(xué)施肥手段，已在田間試驗中廣泛應(yīng)用[15-17]?！问?7’是莆田市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所以‘美F8-18’為母本通過集團雜交選育而成的紅心甘薯新品種[登記編號GPD 甘薯(2022)350088]。該品種鮮薯產(chǎn)量高、抗病性強、胡蘿卜素含量高，符合當前市場消費需求，具有良好的應(yīng)用前景。本研究采用“3414”試驗設(shè)計方案，研究氮磷鉀不同施用量對‘莆薯17’產(chǎn)量的影響，通過肥料效應(yīng)模型獲得推薦施肥參數(shù)，以期為該品種推廣應(yīng)用和高產(chǎn)高效栽培提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與材料

試驗于2021 年在福建省莆田市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所黃石清前試驗基地進行。試驗地前茬為水稻，土壤為粘質(zhì)壤土，pH 7.26，有機質(zhì)含量15.52 g/kg，堿解氮64.8 mg/kg，有效磷135.6 mg/kg，速效鉀252 mg/kg。供試品種為莆田市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育的紅心甘薯新品種‘莆薯17’，2021 年7 月23 日栽插，2021 年12 月7日收獲，全生育期137 d。當年鮮薯售價為1.5 元/kg，供試氮肥為尿素(N≥46%)，磷肥為過磷酸鈣(P2O5≥12%)，鉀肥為硫酸鉀(K2O≥51%)。肥料單價折N、P2O5、K2O分別為6.96、7.50、9.02元/kg。

1.2 試驗方法

試驗采用“3414”肥料效應(yīng)完全試驗方案。試驗設(shè)氮磷鉀3 個肥料因素，每個因素4 個施肥水平，即0 水平(CK)，不施肥；2水平，當?shù)赝扑]的施肥量；1水平，施肥量為2 水平的0.5 倍；3 水平，施肥量為2 水平的1.5倍。試驗設(shè)14 個處理（表1）。試驗小區(qū)長6 m，每個小區(qū)4 行，壟距1 m，小區(qū)面積24 m2，隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)。所有肥料均在起壟作畦時作基肥一次性施用，田間管理按常規(guī)方法進行。收獲時各小區(qū)單獨全部收獲，統(tǒng)計鮮薯產(chǎn)量并計算單位面積產(chǎn)量。

表1 ‘莆薯17’施肥試驗設(shè)計方案和施肥量

1.3 統(tǒng)計分析

采用Excel 2003對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對‘莆薯17’產(chǎn)量的影響

測產(chǎn)結(jié)果（表2）顯示，14 個施肥處理鮮薯產(chǎn)量在21542.74～52877.64 kg/hm2之間。其中處理10(N2P2K3)鮮薯產(chǎn)量最高，為52877.64 kg/hm2；處理7(N2P2K3)鮮薯產(chǎn)量次之，為52377.61 kg/hm2；處理1 (N0P0K0)鮮薯產(chǎn)量最低，僅為21542.74 kg/hm2。各施肥處理產(chǎn)量均比對照區(qū)產(chǎn)量高，表明施肥處理有明顯增產(chǎn)效果，氮磷鉀配施能有效提高甘薯產(chǎn)量。

表2 不同施肥處理‘莆薯17’鮮薯產(chǎn)量

2.2 土壤養(yǎng)分豐缺狀況

《測土配方施肥技術(shù)規(guī)范》[18]土壤養(yǎng)分等級劃分建議[相對產(chǎn)量=(缺素區(qū)產(chǎn)量/全肥區(qū)產(chǎn)量)×100%]，相對產(chǎn)量＜50%為極低，相對產(chǎn)量50%～60%（不含）為低，相對產(chǎn)量60%～70%（不含）為較低，相對產(chǎn)量70%～80%（不含）為中，相對產(chǎn)量80%～90%（不含）為較高，相對產(chǎn)量≥90%為高。由表3可知，空白對照區(qū)的相對產(chǎn)量為41.26%，表明該試驗地肥力極低。無氮區(qū)的相對產(chǎn)量為56.11%，無磷區(qū)的相對產(chǎn)量為80.05%，無鉀區(qū)的相對產(chǎn)量為50.60%。

表3 土壤豐缺狀況

2.3 單因素肥料效應(yīng)

2.3.1 氮肥肥料效應(yīng)通過處理2、處理3、處理6、處理11 4個數(shù)據(jù)組建立不同施氮量與‘莆薯17’鮮薯產(chǎn)量的回歸模型，如式(1)所示。

從圖1可知，鮮薯產(chǎn)量隨施氮量增加呈現(xiàn)先增后減趨勢。求解方程得出，當最大氮肥施用量201.45 kg/hm2時，對應(yīng)最大鮮薯產(chǎn)量為53896.26 kg/hm2；最佳氮肥施用量為197.56 kg/hm2時，最佳鮮薯產(chǎn)量為53887.26 kg/hm2。

圖1 氮肥肥料效應(yīng)

2.3.2 磷肥的肥料效應(yīng)通過處理4、處理5、處理6、處理7 4個數(shù)據(jù)組建立不同施磷量與‘莆薯17’鮮薯產(chǎn)量的回歸模型，如式(2)所示。

從圖2可知，鮮薯產(chǎn)量隨著施磷量增加呈現(xiàn)先增后減趨勢。求解方程得出，當最大磷肥施用量100.89 kg/hm2時，對應(yīng)最大產(chǎn)量為53328.87 kg/hm2；最佳磷肥施用量為98.62 kg/hm2時，最佳產(chǎn)量為53323.20 kg/hm2。

圖2 磷肥肥料效應(yīng)

2.3.3 鉀肥的肥料效應(yīng)通過處理8、處理9、處理6、處理10 4 個數(shù)據(jù)組建立不同施氮量與‘莆薯17’鮮薯產(chǎn)量的回歸模型，如式(3)所示。

從圖3可知，鮮薯產(chǎn)量隨著施鉀量增加呈現(xiàn)先增后減趨勢。求解方程得出，當最大鉀肥施用量360.59 kg/hm2時，對應(yīng)最大產(chǎn)量為54823.63 kg/hm2；最佳鉀肥施用量為346.469 kg/hm2時，最佳產(chǎn)量為54781.17 kg/hm2。

圖3 鉀肥肥料效應(yīng)

2.4 氮磷鉀二因素肥料互作效應(yīng)及最佳施肥量

2.4.1 氮磷鉀互作效應(yīng)在鉀肥施用量為K2水平條件下，氮肥施用量N1水平增加到N2，P1水平增產(chǎn)3926.86 kg/hm2，P2水平增產(chǎn)1666.75 kg/hm2（圖4），說明增加磷肥用量會減弱或抑制氮肥肥效作用。在磷肥施用量為P2水平時，氮肥施用量從N1水平增加到N2水平，鉀肥K1水平增產(chǎn)583.36 kg/hm2，鉀肥K2水平增產(chǎn)1666.75 kg/hm2，說明適量增施鉀肥對氮肥有明顯促進作用。

圖4 磷鉀互作

在鉀肥施用量為K2水平條件下，磷肥施用量從P1水平增加到P2水平，氮肥N1水平增產(chǎn)3583.51 kg/hm2，氮肥N1水平增產(chǎn)1333.40 kg/hm2（圖5），說明氮肥增加用量會減弱磷肥肥效的發(fā)揮。在氮肥施用量為N2水平時，磷肥施用量從P1水平增加到P2水平，鉀肥K1水平減產(chǎn)3292.54 kg/hm2，鉀肥K2水平增產(chǎn)133.40 kg/hm2，說明適量增施鉀肥有利于磷肥肥效的發(fā)揮。

圖5 氮鉀互作

在磷肥施用量為P2水平條件下，鉀肥施用量從K1水平增加到K2水平，氮肥N1水平增產(chǎn)2916.81 kg/hm2，氮肥N2水平增產(chǎn)4000.20 kg/hm2（圖6），說明增施氮肥對鉀肥肥效的有正向作用。在氮施用量為N2水平時，鉀肥施用量從K1水平增加到K2水平，磷肥P1水平增產(chǎn)3291.83 kg/hm2，磷肥P2水平增產(chǎn)4000.20 kg/hm2，說明增施適量磷肥有利于鉀肥肥效的發(fā)揮。

圖6 氮磷互作

2.4.2 氮磷鉀互作效應(yīng)及最佳施肥量根據(jù)表1 數(shù)據(jù)，通過處理2～7、11、12的結(jié)果建立以鉀肥施用量K2水平為基礎(chǔ)的氮磷二元二次肥料效應(yīng)方程，通過處理2、3、6、8～11、13的結(jié)果建立以磷肥施用量P2水平為基礎(chǔ)的氮鉀二元二次肥料效應(yīng)方程，通過處理4～11、14 的結(jié)果建立以氮肥施用量N2水平為基礎(chǔ)的磷鉀二元二次肥料效應(yīng)方程。擬合結(jié)果（表4）顯示，各組方程F值均大于F0.05值，擬合方程檢驗達到顯著水平，且二次項均為負值，一次項均為正值，符合肥料報酬遞減律。各互作效應(yīng)R2較高，說明擬合度較好。根據(jù)表4 采用微分偏導(dǎo)數(shù)法求解得到氮磷鉀肥料施用量及對應(yīng)的最高產(chǎn)量、最佳產(chǎn)量（表5）。

表4 二元二次肥料效應(yīng)模型擬合結(jié)果

表5 二元二次方程下施肥量與產(chǎn)量 kg/hm2

2.5 三因素肥料效應(yīng)

根據(jù)氮、磷、鉀肥不同施用量對鮮薯產(chǎn)量的影響，將表2 的試驗結(jié)果用Excel 2003 進行回歸分析，擬合得到三元二次肥料效應(yīng)方程，如式(4)所示。

式中，X1、X2、X3分別為氮肥、磷肥和鉀肥折純用量，Y為鮮薯產(chǎn)量。

經(jīng)F檢驗，F(xiàn)=48.84＞F0.05=0.0010，R2=0.9910，回歸擬合較好，可以進行回歸模擬。對方程進行求偏導(dǎo)并求解得出，在本試驗條件下，鮮薯獲得最高產(chǎn)量(55646.98 kg/hm2)時的最大施肥量分別為氮肥206.88 kg/hm2、磷肥100.37 kg/hm2、鉀肥252.86 kg/hm2。在肥料價格氮肥6.96元/kg、磷肥7.50元/kg、鉀肥9.02元/kg、鮮薯銷售價格1.5元/kg條件下，求得氮肥最佳施肥量為199.42 kg/hm2、磷肥最佳施肥量為95.40 kg/hm2、鉀肥最佳施肥量為238.50 kg/hm2，對應(yīng)的最佳鮮薯產(chǎn)量為55574.07 kg/hm2。

2.6 不同施肥處理經(jīng)濟效益分析

由于不同施肥處理的管理成本相同，本研究計算經(jīng)濟效益時只考慮肥料成本，如式(5)～(7)。

其中，氮肥、磷肥、鉀肥對照分別為N2P0K2、N2P0K2、N2P2K0。

從表6可見，中氮中磷高鉀時產(chǎn)量和產(chǎn)值最高，分別為52877.64 kg/hm2、79316.47 元/hm2。中氮中磷中鉀時收益最好，為73234.12 元/hm2。產(chǎn)投比中氮中磷低鉀時最高，為18.75。各施肥處理的收益和產(chǎn)投比隨著氮、磷、鉀肥施用量的增加呈先升后降趨勢。

表6 不同施肥處理經(jīng)濟效益分析

3 討論

施肥是甘薯養(yǎng)分的主要來源，施用氮磷鉀均對甘薯具有極顯著增產(chǎn)效果[19]，氮磷鉀合理配施是甘薯高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的有效栽培措施[20]。本研究試驗條件下，缺素相對產(chǎn)量結(jié)果表明，氮磷鉀3 種肥料對‘莆薯17’產(chǎn)量增產(chǎn)效應(yīng)依次為鉀肥＞氮肥＞磷肥，這與冉園園等[21]研究不同地貌甘薯種植區(qū)氮磷鉀增產(chǎn)效應(yīng)結(jié)論一致。研究表明，甘薯不同生育階段吸收氮磷鉀的強度和數(shù)量不同[22]，與氮磷相比，全生育期吸收鉀最多，塊根膨大階段尤為明顯[23]。

本研究通過開展“3414”肥料效應(yīng)試驗，建立以‘莆薯17’產(chǎn)量為因變量、氮磷鉀肥為自變量的肥料效應(yīng)模型，方差分析表明，肥料效應(yīng)模型的F值均大于F0.05，差異達顯著水平。從單因素肥料效應(yīng)分析，氮、磷、鉀3個因素的產(chǎn)量均呈先升后降的趨勢，3種肥料對產(chǎn)量的單因素效應(yīng)達最大值時，氮磷鉀的施用量分別為201.45、100.89、257.56 kg/hm2，N:P:K=1:0.5:1.28。這一結(jié)果與李慧峰等[24]、王和壽等[25]研究結(jié)果趨勢一致。王艷等[26]研究赤紅壤區(qū)粉葛的肥效效應(yīng)，結(jié)果表明，P、N均與K呈負交互作用。本研究兩因素互作分析，氮磷呈負交互作用，氮鉀、磷鉀均呈正交互作用，與前人研究結(jié)果不一致，主要可能是作物不同導(dǎo)致。本研究模擬的氮磷鉀施用量與‘莆薯17’產(chǎn)量的效應(yīng)函數(shù)尋優(yōu)結(jié)果，三元二次方程中P0.05最小，擬合度最高，可作施肥推薦，即鮮薯獲得最高產(chǎn)量(55646.98 kg/hm2)時的最大施肥量分別為氮肥206.88 kg/hm2、磷肥100.37 kg/hm2、鉀肥252.86 kg/hm2，N:P:K=1:0.49:1.22。氮肥最佳施肥量為199.42 kg/hm2、磷肥最佳施肥量為95.40 kg/hm2、鉀肥最佳施肥量為238.50 kg/hm2，對應(yīng)的最佳鮮薯產(chǎn)量為55574.07 kg/hm2，N:P:K=1:0.48:1.2。這一結(jié)果與前人研究結(jié)果略有差異，但趨勢一致[24-25]。主要原因是甘薯對氮磷鉀吸收比例因甘薯品種和生產(chǎn)條件變化產(chǎn)生一定差異[22]。

由于各年度鮮薯和肥料的價格售價變化很大，對收益和產(chǎn)投比影響較大。因此，要根據(jù)當年度肥料價格，以及對收獲時甘薯價格的合理預(yù)測，尋找最高產(chǎn)投比來確定肥料配比，以獲得最佳收益。本研究只對主栽因素氮磷鉀施用量進行試驗，其他影響因素如種植密度、施肥方式等有待進一步研究。

4 結(jié)論

合理配施氮磷鉀可以提高‘莆薯17’產(chǎn)量，氮磷鉀3種肥料對‘莆薯17’產(chǎn)量增產(chǎn)效應(yīng)依次為鉀肥＞氮肥＞磷肥，氮、磷、鉀3 個因素的單因素肥料效應(yīng)均呈先升后降的趨勢。氮磷鉀之間互作均可影響‘莆薯17’產(chǎn)量。氮磷鉀施用量與‘莆薯17’產(chǎn)量的效應(yīng)函數(shù)尋優(yōu)結(jié)果，鮮薯獲得最高產(chǎn)量(55646.98 kg/hm2)時的最大施肥量分別為氮肥206.88 kg/hm2、磷肥100.37 kg/hm2、鉀肥252.86 kg/hm2，氮磷鉀配比為1:0.49:1.22。氮肥最佳施肥量為199.42 kg/hm2、磷肥最佳施肥量為95.40 kg/hm2，鉀肥最佳施肥量為238.50 kg/hm2，對應(yīng)的最佳鮮薯產(chǎn)量為55574.07 kg/hm2，氮磷鉀配比為1:0.48 :1.2。