夏谷氮、磷、鉀肥的效應研究

陳二影　秦嶺　程炳文等

摘要：為了探明夏谷生產中氮、磷、鉀肥效應和最優施肥參數，本試驗采用“3414”肥料效應田間試驗，對夏谷高產新品種濟谷16的氮、磷、鉀肥料效應進行了研究。結果表明：施用氮、磷、鉀肥增產效果顯著，最高可達32.8%。氮、磷、鉀肥間存在明顯的交互作用，平衡施肥能顯著提高谷子的產量和肥效，氮、磷、鉀肥對產量的影響為氮>鉀>磷。氮、磷、鉀肥的偏生產力隨著用量的提高均呈逐漸降低的趨勢，平均偏生產力鉀>磷>氮。通過建立肥料與產量的三元二次施肥模型得出谷子氮、磷、鉀最佳施用量為N 68.53 kg/hm2、P2O5 160.62 kg/hm2、K2O 8.96 kg/hm2。因此，濟谷16生產中應重視磷肥，適配氮、鉀肥。

關鍵詞：“ 3414”肥料試驗；夏谷；肥料效應

中圖分類號：S515.062 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2015）01-0061-05

Abstract The “3414” fertilizer field experiment was conducted to investigate the application effect of N， P， K fertilizers on summer foxtail millet Jigu 16 and to optimize the fertilization parameters. The results showed that all fertilization treatments significantly increased the grain yield， and the highest reached up to 32.8%. There were obvious interactions among N， P， K fertilizer and balanced fertilization could significantly improve foxtail millet yield and fertilizer use efficiency. The influence of N，P，K fertilizer on foxtail millet yield was in the order of N>K>P. The partial factor productivity of N， P， K fertilizer gradually decreased with the increase of fertilizer application levels， and the average partial factor productivity was in the order of K>P>N. Through establishing three-factor fertilization model， the recommended optimum fertilizing amounts of N， P2O5 and K2O were 68.53， 160.62， 8.96 kg/hm2 respectively. It was concluded that the production of Jigu16 should pay attention to P fertilizer with appropriate application of N and K fertilizer.

Key words “3414” fertilizer experiment； Summer foxtail millet； Fertilizer effect

在現代農業生產中，施肥是決定作物產量水平的重要因素。但由于受不合理的施肥水平、施肥比例和施肥方法的影響，作物產量的提高受到限制，肥料的產投比和利用效率降低，同時加劇了環境污染[1～4]。因此確定合理的施肥方案對于提高作物產量、增加經濟收益、提高肥料利用效率和保護環境具有重要的作用。“3414”肥料效應試驗設計是農業部制定并用于推廣的確定最佳施肥水平、施肥比例和建立施肥指標體系的主要方法[5]，已在水稻、小麥、玉米和油菜等作物的田間試驗中廣泛應用[6～14]。谷子是起源于中國的傳統糧食作物，在我國糧食作物的組成和人民的飲食結構中具有重要地位[15，16]。施用氮磷鉀肥能夠提高谷子的產量和品質[17～21]，同時能夠緩釋土壤侵蝕和減少全量養分流失[22]，但存在著隨用量的增加利用效率逐漸降低的問題[23]。在西北春谷區已開展了春谷大田生產中推薦施肥量的研究[23，24]，但關于華北夏谷區推薦施肥的系統研究尚未見報道，因此本試驗通過“3414”試驗設計研究華北夏谷產區施用氮、磷、鉀肥的效應，建立氮、磷、鉀肥的效應模型，以確定最佳施肥量，為夏谷生產中科學施肥提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2013年在山東省農業科學院章丘龍山試驗基地進行，試驗地前茬作物為小麥。供試土壤為壤土，有機質含量為22.4 g/kg、全氮1.37 g/kg、速效氮137.5 mg/kg、速效磷34.5 mg/kg、速效鉀142 mg/kg。供試品種為夏谷高產新品種濟谷16。供試肥料為尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O5 14%）、氯化鉀（K2O 52%）。

1.2 試驗設計

采用農業部推薦的“3414”完全試驗設計。試驗設氮、磷、鉀3個因素，每個因素4個水平（0 水平指不施肥，2 水平施肥量為 N 150 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 30 kg/hm2，1 水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5） ，共計14個處理。各處理施肥水平和施肥量見表1。磷鉀肥做基肥一次性施入，氮肥50%基施，50%孕穗期追施。小區面積為2.4 m×5 m=12 m2，隨機區組排列，重復3次。種植密度為67.5萬株/hm2，其它管理措施同大田生產。試驗播種日期為6月26日，收獲日期為9月25日，全生育期92天。收獲時，全小區收獲，單收計產。endprint

1.3 推薦施肥量計算與參數測定

計算推薦施肥量時，設定谷子的目標產量為y， 氮、磷、鉀肥各肥料因素用量為x1、x2、x3，采用三元二次肥料效應方程進行擬合，根據肥料效應模型計算谷子最高產量時氮、磷、鉀肥的施用量，同時以氮（N）3.50元/kg、磷（P2O5）5.88元/kg、鉀（K2O）7.00元/kg、谷子6.00元/kg價格根據模型計算最佳經濟產量時氮、磷、鉀肥的施用量。

增產率（%）=（施肥區產量-缺素區產量）/缺素區產量×100

肥料貢獻率（FCR， %）=（施肥區產量-缺素區產量） /施肥區產量×100

肥料利用效率采用國際上常用的肥料偏生產力和農學效率兩個參數來表征[25～27]。

肥料偏生產力（PFP）：指單位投入的肥料所能生產的作物籽粒產量，即PFP=Y/F，Y為施肥后所獲得的作物產量；F代表化肥的投入量。

農學效率（AE）：指單位施肥量所增加的作物籽粒產量， 即AE=（Y-Y0）/F，Y為施肥后所獲得的作物產量；Y0為不施肥條件下作物的產量； F代表化肥的投入量。

1.4 數據處理

采用DPS軟件進行數據處理和統計分析，Excel軟件進行圖表制作。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對谷子產量的影響

與不施肥對照（N0P0K0）處理相比各施肥處理均提高了谷子籽粒產量，增幅為4.2%～32.8%，且以N1P2K2處理最高（圖1）。缺氮N0P2K2、缺磷N2P0K2和缺鉀N2P2K0 3個施肥處理比對照平均增產11.2%，而其它氮、磷、鉀肥全施處理平均增產23.9%，說明氮、磷、鉀平衡施肥對谷子產量的提高有明顯影響。

不同施肥水平的氮、磷、鉀肥處理與缺氮N0P2K2、缺磷N2P0K2和缺鉀N2P2K0處理進行比較所得的施肥效應如表2所示。在同一磷鉀水平條件下，谷子產量隨著施氮量的提高呈逐漸降低的趨勢；在同一氮鉀、氮磷水平下，谷子產量隨著磷、鉀肥用量的提高呈先升高后降低的趨勢，以推薦施肥水平最高，表明過量施肥會降低谷子產量。施用氮肥（N）谷子平均增產854.5 kg/hm2，增產率為20.2%，對產量的貢獻率為16.7%；施用磷肥（P2O5）谷子平均增產307.3 kg/hm2，增產率為6.6%，對產量的貢獻率為6.1%；施用鉀肥（K2O）谷子平均增產411.6kg/hm2，增產率為9.0%，對橫坐標中1～14分別代表表1中的第1～14個處理；柱形上方不同小寫字母表示處理間差異達到5%顯著水平產量的貢獻率為8.2%。這一結果表明，氮、磷、鉀肥對谷子產量影響的大小順序為氮>鉀>磷。

氮、磷、鉀肥的偏生產力隨著施肥水平的提高均呈逐漸降低的趨勢，表明單位氮、磷、鉀肥所能生產的谷子產量降低，平均偏生產力K2O>P2O5>N；氮肥的農學效率隨著施肥水平的增加呈逐漸降低的趨勢，而磷肥和鉀肥的農學效率隨著用量的提高呈先升高后降低的趨勢，平均農學效率表現為K2O>N>P2O5。

2.2 不同施肥處理對谷子農藝性狀的影響

施肥處理的穗長、穗粗和單穗重比對照均有所增加和改善，而對株高和出谷率則無顯著影響（表3）。N1P2K2處理的穗長最長，單穗重最大，分別比對照穗長增加32.7%， 單穗重增加 37.0%。N3P2K2處理的穗粗和千粒重最大，分別比對照穗粗增加9.6%，比對照千粒重增加5.1%。在同一磷鉀、氮鉀、氮磷水平，單穗重均隨單一施肥量的增加呈先增加后降低的趨勢，各施肥處理分別平均比對照增加27.3%、10.4%和15.6%。說明氮肥對單穗重的影響更為顯著。

2.3 氮、磷、鉀肥的交互作用分析

根據谷子產量結果，對氮磷、氮鉀、磷鉀兩因素間的交互作用進行了分析。由表4可知，在推薦鉀肥用量30 kg/hm2水平下， 氮肥用量從75 kg/hm2增加到150 kg/hm2，在低磷和中磷水平下，谷子增產量分別為-40.5 kg/hm2和-100.5 kg/hm2，增產率為-0.83%和-1.91%，說明高磷肥用量不利于氮肥肥效的發揮。在推薦磷肥用量120 kg/hm2水平下，隨著氮肥用量的增加，在低鉀和中鉀水平條件下，谷子增產量分別為-354.0 kg/hm2和-100.5 kg/hm2，增產率分別為-6.92%和-1.91%，說明在高鉀水平條件下氮肥施用效果更好。

在中等鉀肥用量30 kg/hm2條件下，磷肥用量從60 kg/hm2增加到120 kg/hm2，在低氮和中氮水平下，谷子增產量分別為388.5 kg/hm2和328.5 kg/hm2，增產率為7.96%和6.79%，說明高氮肥用量抑制了磷肥肥效的發揮。在推薦氮肥用量150 kg/hm2條件下，隨著磷肥用量的增加，低、中鉀水平下的谷子增產量分別為81.0 kg/hm2和328.5 kg/hm2，增產率為1.73%和6.79%，表明增加鉀肥用量促進了磷肥肥效的發揮。

鉀肥與氮、磷肥間的互作表明，當施用磷肥120 kg/hm2時，鉀肥用量從15 kg/hm2增加到30 kg/hm2，在低、中氮水平下，谷子增產量分別為150.0 kg/hm2和403.5 kg/hm2，增產率為2.93%和8.47%，說明氮肥用量的提高有利于鉀肥肥效的發揮。在推薦氮肥用量150 kg/hm2條件下，隨著鉀肥用量的增加，在低、中磷水平下，谷子增產量分別為156.0 kg/hm2和403.5 kg/hm2，增產率為3.33%和8.47%，說明高磷肥用量促進了鉀肥肥效的發揮。

2.4 肥料效應方程分析與推薦施肥量

選擇三元二次肥料效應模型進行擬合，所采用方程為：y=b0+ b1x1+ b2x2 + b3x3+b4x21+ b5x22+ b6x23+ b7x1x2+ b8x1x3+ b9x2x3， 式中：y為谷子籽粒產量；x1、x2和x3分別為氮（N）、磷（P2O5）和鉀（K2O）肥料用量；b0～b9為三元二次方程的各項回歸系數。對本試驗結果數據進行回歸分析，建立三元二次施肥模型，得到氮、磷、鉀肥料效應方程為：y=3616.342+5.090x1+14.332x2+25.320x3-0.047x21-0.036x22-0.645x23-0.002x1x2+0.249x1x3-0.185x2x3。對此回歸方程進行方差分析，F值達顯著水平（P<0.05）。根據回歸模型，當氮（N）用量為78.99 kg/hm2、磷（P2O5）為169.84 kg/hm2、鉀（K2O）為10.56 kg/hm2時，谷子籽粒產量達到最高值5 168.13 kg/hm2；以氮（N）3.50元/kg、磷（P2O5）5.88元/kg、鉀（K2O）7.00元/kg、谷子6元/kg價格計算，當最佳經濟施肥量為氮（N）68.53 kg/hm2、磷（P2O5）160.62 kg/hm2、鉀肥（K2O）8.96 kg/hm2時，獲得最佳經濟產量為5 159.55 kg/hm2。endprint

3 結論與討論

施用氮、磷、鉀肥能夠顯著提高夏谷的產量及其構成因素，較對照最高增產32.8%。這與秦嶺等[21]和周曉芬等[28]的研究結果一致。在本試驗研究范圍內，氮、磷、鉀肥任一因素過量施用均會導致產量降低，同時氮、磷、鉀肥的平衡施用對產量的提高有著明顯影響，其大小順序為氮>鉀>磷。

偏生產力和農學效率是國際上通用表征肥料利用效率的重要參數。Dobermann[29]研究認為糧食作物氮肥效率目標值在氮肥偏生產力為40～70 kg/kg、氮肥農學效率為10～30 kg/kg范圍內比較適宜。本試驗結果表明，在磷、鉀用量充足條件下，N1、N2 、N3的偏生產力分別為70.3、34.4、21.5 kg/kg，農學效率為13.8、6.2、2.7 kg/kg，因此在本試驗條件下，N1處理的偏生產力和農學效率最為適宜。谷子磷鉀肥的偏生產力遠高于小麥和玉米等作物63.7～72.4 kg/kg的范圍[4]，表明谷子對磷鉀肥的利用遠高于小麥和玉米等作物，這也是其耐貧瘠的一個重要特征。

本試驗結果表明，在谷子生產中，氮、磷、鉀肥間存在明顯的交互作用。氮、磷、鉀肥在1～2用量水平下，氮鉀、磷鉀間存在顯著的協同作用，而氮磷間存在著抑制作用，這與前人研究認為氮磷配施谷子產量顯著高于單施氮肥或磷肥的研究結果不盡一致[5，9]。這主要與本試驗條件下較高的氮素地力水平有關，在N1水平下已能滿足谷子生長的需求，此時進一步提高氮肥用量，引起氮素的過量投入，往往導致磷元素的不協調，使肥效失靈[2]。這表明在氮肥過量的條件下，氮、磷肥間有著明顯的抑制作用。

本試驗條件下，利用建立的三元二次肥料效應方程，模擬出氮、磷、鉀肥推薦最佳施用量，分別為N 68.53 kg/hm2、P2O5 160.62 kg/hm2、K2O 8.96 kg/hm2，最佳經濟產量可達5 159.55 kg/hm2。因此在華北夏谷區生產中，提高磷肥用量，適配氮、磷、鉀肥是獲得夏谷高產高效栽培的重要途徑，可以作為實際生產中的指導依據。

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