甜菜平衡施用氮磷鉀肥料效應(yīng)的研究

王玉波，馬鳳鳴，李彩鳳，李士龍，谷 維

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生院，哈爾濱 150030；3.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物營養(yǎng)實(shí)用技術(shù)研究所，哈爾濱 150086）

施肥是提高甜菜產(chǎn)量的重要手段之一，但過量施肥會(huì)造成肥料資源浪費(fèi)、增加生產(chǎn)成本、影響品質(zhì)及環(huán)境污染，而施肥不足又不能發(fā)揮作物的增產(chǎn)優(yōu)勢[1]。有關(guān)研究表明，通過“3414”肥料效應(yīng)田間試驗(yàn)，可獲得不同施肥處理的優(yōu)化施肥量及土壤供肥能力、不同作物養(yǎng)分吸收量和肥料利用率等基本參數(shù)。本試驗(yàn)以甜菜為研究對象，采用測土配方施肥項(xiàng)目中推薦的“3414”肥料效應(yīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，探討氮磷鉀肥用量對甜菜產(chǎn)量影響，以期為當(dāng)前甜菜生產(chǎn)中肥料合理施用提供依據(jù)，提高肥料轉(zhuǎn)化利用效率，制定施肥措施服務(wù)，防止與改善甜菜施肥中肥料及其轉(zhuǎn)化過程中給地下水帶來的污染。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)基地進(jìn)行，供試甜菜品種KWS0143，供試土壤類型為黑土，試驗(yàn)前耕層土壤基礎(chǔ)肥力：有機(jī)質(zhì)26.4 g·kg-1、全氮1.55 g·kg-1、全磷0.348 g·kg-1、緩效鉀888 mg·kg-1、堿解氮 189.2 mg·kg-1、速效磷 28.9 mg·kg-1、速效鉀272 mg·kg-1、pH 6.47。供試肥料：普通尿素（N：46%）；重過磷酸鈣（P2O5：46%）；硫酸鉀（K2O：50%）。本試驗(yàn)采用“3414”最優(yōu)回歸設(shè)計(jì)肥效試驗(yàn)方案，即氮磷鉀三因素，四水平，共14個(gè)處理組合。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)規(guī)格為行長8 m，行距0.7 m，株距0.23 m，5行區(qū)。試驗(yàn)設(shè)氮磷鉀4個(gè)水平，4個(gè)施氮量分別為0、60、120、180 kg·hm-2；4個(gè)施磷量分別為0、45、90、135 kg·hm-2；4 個(gè)施鉀量分別為 0、45、90、135 kg·hm-2。試驗(yàn)于4月20日播種，10月2日收獲，收獲時(shí)每小區(qū)選取中間3行測產(chǎn)測糖。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

土壤農(nóng)化項(xiàng)目測定[2]：有機(jī)質(zhì)采用鉻酸鉀容量法；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法；速效磷采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法；速效鉀采用乙酸銨提取-火焰光度法；pH采用電位法；含糖率采用折光法[3]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用DPS和Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，肥料效應(yīng)采用一元二次方程進(jìn)行模擬[4]。農(nóng)學(xué)利用率[5]=（施肥區(qū)產(chǎn)量-不施肥區(qū)產(chǎn)量）/肥料用量。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷鉀各養(yǎng)分對甜菜產(chǎn)量的施用效果

2.1.1 氮肥效果

選取 N0P2K2、N1P2K2、N2P2K2、N3P2K2處理進(jìn)行甜菜產(chǎn)量氮肥肥效分析（見表1），結(jié)果表明N0與N1存在極顯著差異，二者與N2、N3處理間存在極顯著差異（P＜0.01），但N2與N3差異不顯著，隨施氮水平的提高甜菜產(chǎn)量顯著上升，N3水平塊根產(chǎn)量最高，比不施氮處理增產(chǎn)22949.4 kg·hm-2，增產(chǎn)率達(dá)56.0%，說明施氮對甜菜有明顯增產(chǎn)效果。從不同施氮處理的氮肥效率看，N2水平氮肥效率最高，每kg氮肥可使甜菜增產(chǎn)190.43 kg，均高于低氮和高氮水平。

表1 氮肥對甜菜產(chǎn)量的影響Table 1 Effect of nitrogen fertilizer on sugar beet yield

從表1還可看出，含糖率隨著施氮水平的提高而降低，N3水平最低，與其他處理存在極顯著差異（P＜0.01），產(chǎn)糖量在不同氮水平處理間存在極顯著差異（P＜0.01），由表中數(shù)據(jù)可知，N2處理水平最好。

2.1.2 磷肥效果

選取 N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2、N2P3K2處理進(jìn)行甜菜產(chǎn)量磷肥肥效分析，結(jié)果表明，隨著施磷水平的提高，甜菜塊根產(chǎn)量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，P2水平產(chǎn)量最高與P3差異不顯著，但與P0處理差異極顯著（P＜0.01），比不施磷增產(chǎn)7596.0 kg·hm-2，增產(chǎn)率達(dá)13.51%（見表2）。從不同施磷處理的磷肥效率看，P2水平最高，每kg磷肥的甜菜塊根增產(chǎn)量為84.40 kg，與氮肥變化規(guī)律相似。含糖率隨著磷肥的增加而升高，兩個(gè)高磷水平與兩個(gè)低磷水平差異顯著。產(chǎn)糖量與塊根產(chǎn)量變化相似，P2水平最高。

表2 磷肥對甜菜產(chǎn)量的影響Table 2 Effect of phosphorus fertilizer on sugar beet yield

2.1.3 鉀肥效果

選取 N2P2K0、N2P2K1、N2P2K2、N2P2K3處理進(jìn)行甜菜產(chǎn)量鉀肥肥效的分析（見表3），結(jié)果表明，不同施鉀處理甜菜塊根產(chǎn)量變化與磷肥處理相似，表現(xiàn)為先升后降，K2處理水平產(chǎn)量最高，比不施鉀處理增產(chǎn)6141.0 kg·hm-2，增產(chǎn)率為10.64%，說明施鉀對甜菜塊根有增產(chǎn)效果，但效果不如氮肥明顯。從不同施鉀水平的鉀肥效率看，K2處理水平最高，每kg鉀肥可使甜菜塊根增產(chǎn)68.23 kg，均高于低鉀和高鉀水平。鉀肥對含糖率影響不大，因此產(chǎn)糖量變化規(guī)律與塊根產(chǎn)量規(guī)律一致，K2處理水平產(chǎn)糖量最高。

表3 鉀肥對甜菜產(chǎn)量的影響Table 3 Effect of potassium fertilizer on sugar beet yield

2.2 肥料效應(yīng)方程建立

將氮磷鉀施肥量和相應(yīng)產(chǎn)量分別進(jìn)行一元二次回歸分析，得出相應(yīng)回歸方程，其模型為Y=a0+a1x+a2x2，其中x指氮磷鉀某一因素每公頃施肥量，a為回歸系數(shù)，繪出氮磷鉀單因素肥效圖（見圖1）。在低肥水平，甜菜產(chǎn)量隨著施肥量的增加而上升，根據(jù)各氮磷鉀肥料間數(shù)學(xué)一元二次方程可以得出，本次試驗(yàn)田如果繼續(xù)增加氮磷鉀施肥量，甜菜產(chǎn)量就會(huì)下降，肥料效果N＞P＞K。根據(jù)各肥料的施肥模型得到各肥料最大施肥量分別為N 178.37 kg·hm-2、 P2O593.93 kg·hm-2、K2O 81.23 kg·hm-2，試驗(yàn)結(jié)果接近于生產(chǎn)實(shí)際，且最佳施肥量均在合理范圍內(nèi)。

圖1 不同施肥處理對甜菜產(chǎn)量的影響Fig.1 Effect of different fertilization on sugar beet yield

2.3 氮、磷、鉀肥間交互作用分析

根據(jù)“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對NP、NK、PK兩因素間的交互作用進(jìn)行分析。由圖2可知，氮肥施用效果受磷、鉀肥用量及其組合影響。當(dāng)鉀肥用量一定時(shí)，提高磷肥用量有利于氮肥效果發(fā)揮，氮肥用量從N1上升到N2水平，中、低磷用量條件下，甜菜塊根增產(chǎn)量分別為11801.5和9191.5 kg·hm-2，增產(chǎn)率分別為22.68%和18.62%。當(dāng)磷肥用量相同時(shí)，氮肥用量從N1上升到N2水平，中、低鉀用量條件下，甜菜塊根分別增產(chǎn)11801.5和10847.5 kg·hm-2，相差不大，說明鉀肥對氮肥效果發(fā)揮影響不大，只有在較高磷肥水平下，氮肥效果才會(huì)得以發(fā)揮。

圖2 氮、磷、鉀肥交互作用分析Fig.2 Analysis of the interactions among the nitrogen,phosphorus and potassium fertilization

磷肥與氮、鉀肥間的關(guān)系可以看出，當(dāng)鉀肥用量一定時(shí)，磷肥用量從P1上升到P2水平，中、低氮水平下，產(chǎn)量增加量分別為5274和2664 kg·hm-2，增產(chǎn)率分別為9%和5.4%，說明較高氮肥水平對磷肥施用起促進(jìn)作用；當(dāng)?shù)视昧肯嗤瑫r(shí)，磷肥用量從P1上升到P2水平，中鉀水平下，產(chǎn)量增加5274.0 kg·hm-2，說明中鉀水平對磷肥效果發(fā)揮影響較大。

同樣，不同氮、磷肥水平對鉀肥效果也產(chǎn)生明顯影響，在中量的氮、磷肥配施條件下，產(chǎn)量增加明顯，最大值達(dá)到3099 kg·hm-2，說明中等的氮磷肥用量有利于鉀肥肥效發(fā)揮。

3 討論與結(jié)論

氮、磷、鉀等主要營養(yǎng)元素對甜菜單產(chǎn)和品質(zhì)具有重要影響，合理的肥料配比和用量是甜菜高產(chǎn)的基本保證。多數(shù)研究認(rèn)為，氮、磷是影響產(chǎn)量的主要因素，磷是植物重要的組成成分，以多種方式參與植物體內(nèi)各種生物化學(xué)過程，對作物生長發(fā)育、生理代謝、產(chǎn)量和品質(zhì)都起重要作用[6]。本試驗(yàn)對氮、磷、鉀肥肥效研究表明，隨著肥料用量增加，甜菜產(chǎn)量顯著上升。施用氮肥增產(chǎn)效果最好，產(chǎn)量最大增幅為56.0%，磷肥次之，鉀肥最低。所以在相同條件下，施肥應(yīng)優(yōu)先考慮施用氮肥，磷肥次之。隨著肥料用量增加，肥料效率呈先上升后下降趨勢，說明氮、磷、鉀肥用量及配比是影響甜菜產(chǎn)量的重要因素。本試驗(yàn)條件下，中量水平的氮、磷、鉀肥產(chǎn)糖量最高。根據(jù)模型得到各肥料最大施肥量分別為 N 178.37 kg·hm-2、 P2O593.93 kg·hm-2、 K2O 81.23 kg·hm-2，試驗(yàn)結(jié)果接近生產(chǎn)實(shí)際，且最佳施肥量均在合理范圍內(nèi)。

養(yǎng)分間交互作用是植物營養(yǎng)與土壤肥料學(xué)研究的重點(diǎn)內(nèi)容，研究已表明各營養(yǎng)元素之間的關(guān)系是復(fù)雜的，只有明確不同養(yǎng)分間交互作用的方向（正交互作用還是負(fù)交互作用），才能制定適宜養(yǎng)分配比，充分發(fā)揮肥料作用[7-8]。本試驗(yàn)以甜菜為研究對象，通過選取不同施肥處理分別探討氮磷、氮鉀和磷鉀之間的交互作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氮、磷、鉀肥配施能夠相互促進(jìn)肥效發(fā)揮。在一定施肥量范圍內(nèi)，氮水平提高有利于磷肥效發(fā)揮，磷水平提高也有利于氮肥效發(fā)揮，二者互相促進(jìn)；中鉀有利于磷肥效發(fā)揮，中量氮磷肥有助于鉀肥效發(fā)揮。張玉龍等發(fā)現(xiàn)，在一定施肥范圍內(nèi)，氮肥量增加有利于磷肥效發(fā)揮[9]；魯劍巍等在評(píng)述P-K交互作用中，強(qiáng)調(diào)磷、鉀肥配合施用在高產(chǎn)生產(chǎn)中的重要作用，要使磷肥或鉀肥的作用得到充分發(fā)揮就必須施入與之相平衡的鉀肥或磷肥[10]；Jones等也發(fā)現(xiàn)磷、鉀肥對產(chǎn)量具有類似的正交互作用[11]。本試驗(yàn)結(jié)果與以上研究相一致，在本試驗(yàn)施肥水平下，最有利于氮肥肥效發(fā)揮的是中磷水平，鉀肥影響不大，最有利于磷肥肥效發(fā)揮的是中氮中鉀水平，最有利于鉀肥肥效發(fā)揮的是中氮中磷水平。

當(dāng)然，由于肥料效應(yīng)函數(shù)只能反映進(jìn)行試驗(yàn)的特定土壤和區(qū)域條件下施肥與產(chǎn)量間關(guān)系，以此函數(shù)計(jì)算出來的推薦施肥量只能用于與該特定生長環(huán)境條件相近的地塊[12]，要全面了解甜菜施肥效應(yīng)，還需在更大范圍內(nèi)布置更多田間試驗(yàn)來揭示甜菜產(chǎn)量與施肥量之間的關(guān)系，建立綜合肥料效應(yīng)函數(shù)，提出適合于不同土壤條件的甜菜經(jīng)濟(jì)合理的肥料用量。

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