保護地冬早辣椒氮磷鉀優化施肥組合研究*

尹勝鑫，濮永賽，鄔春芹，陳進廳，楊久才，周 祺

(1.保山市土壤肥料工作站 云南保山 678000； 2.隆陽區土壤肥料工作站 云南保山 678000)

0 前言

辣椒是目前云南省保山市冬早大棚栽培的主要蔬菜作物之一，種植面積超過4 000 hm2，產量160 kt/a，產值5.5億元/a，但生產上普遍存在著偏施氮肥、盲目施肥和過量施肥現象，嚴重影響著產量、品質和效益的提高，解決施肥問題是當地大棚辣椒生產的關鍵。辣椒產量受氣候、土壤、施肥、品種等諸多因素的影響,其中施肥對辣椒的產量和品質具有決定性作用[1]。多年來，辣椒施肥方面的研究以盆栽和露地栽培條件下的甜椒和干制辣椒為主，設施栽培條件下的研究以單因素肥料效應居多[2- 5]，同時研究氮、磷、鉀及其交互效應的較少，且不同區域的研究結果差異較大[6- 7]，針對云南省保山區域大棚辣椒氮磷鉀肥料效應和優化施肥配比的研究則尚未見報道。本研究于2014—2015年采用二次正交旋轉組合設計，同時研究大棚辣椒氮磷鉀肥料的主效應、交互效應、回歸模型和高產優化施肥方案，為實現大棚辣椒標準化施肥提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試土壤

試驗地點安排在云南省保山市隆陽區永昌辦事處廖官村，位于北緯25°09′03″、東經99°11′28″，海拔高度1 650 m。供試土壤為湖積物母質發育的潴育型水稻土，質地為壤土，肥力上等，土壤pH為6.24。試驗地土壤養分狀況及評級[8]：有機質42.8 g/kg(Ⅰ級)，全氮2.56 g/kg(Ⅰ級)，堿解氮221 mg/kg(Ⅰ級)，有效磷74.6 mg/kg(Ⅰ級)，速效鉀155 mg/kg(Ⅱ級)。前茬作物為黃瓜，產量為97 500 kg/hm2。前茬作物施肥情況：廄肥52 500 kg/hm2，尿素2 250 kg/hm2，復合肥(15- 15- 15)750 kg/hm2。

1.1.2 供試作物

供試作物為辣椒，品種為保山市農業科學研究所選育的岫椒5號，屬于牛角椒，采用基質漂浮育苗移栽，塑料大棚種植方式，苗齡45 d。

1.1.3 供試肥料

有機肥為腐熟的農家肥(廄肥)，氮肥為尿素(含N質量分數46.4 %)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O5質量分數16.0%)，鉀肥為硫酸鉀(含K2O質量分數50.0%)，價格分別為尿素1 780元/t、過磷酸鈣700元/t、硫酸鉀5 100元/t。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

采用氮、磷、鉀三因素五水平二次正交旋轉組合設計的田間試驗方式，試驗處理組合數為24，其中處理1～處理8為各因素的二水平試驗，處理9～處理14為各因素的星號試驗，處理15～處理23為各因素的零水平試驗，處理24為空白對照(CK)。試驗除處理間施肥量差異外，其他栽培管理措施一致。氮、磷、鉀三因素各水平編碼值如表1所示。

表1 氮、磷、鉀三因素各水平編碼值

因素水平氮肥(N)/(kg·hm-2)磷肥(P2O5)/(kg·hm-2)鉀肥(K2O)/(kg·hm-2)-r175．045．0175．0-1276．3117．0322．00425．0222．5537．5+1573．7328．0753．0+r675．0400．0900．0Δj148．7105．5215．5

1.2.2 小區技術

田間試驗遵循農業行業標準《肥料效應鑒定田間試驗技術規程》(NY/T 497—2002)[9]，小區面積26.64 m2(8.1 m×3.3 m)，采用隨機排列，讓中心試驗點均勻分布在區組內。小區內辣椒種植采用寬窄行條栽，寬行60 cm，窄行50 cm，株距32 cm，每小區種植密度為152株，折合每公頃種植57 060株。

1.2.3 施肥方案

辣椒定植前10 d(2014- 11- 23)整地施腐熟農家肥15 000 kg/hm2作基肥，并用旋耕機深耕后曬垡；定植前2 d劃定試驗小區，開挖種植溝，在種植溝內施氮肥總用量的25%、全部磷肥和鉀肥總用量的50%作為基肥，施基肥后覆土。氮肥總用量的75%、鉀肥總用量的50%作為追肥，追肥分5次施用，首次追肥于移栽定植后50 d(2015- 01- 22)，之后每隔20 d追肥1次，追肥采用兌水澆施方式。

1.2.4 分析方法

辣椒產量以每個小區各次采收的青辣椒質量(含果柄)之和計算，首次采收于定植后60 d，之后視青辣椒的成熟度和市場價格每15～20 d采收1次，共采收9次，最后一次采收將果實全部收盡。肥料效應回歸模型的擬合、顯著性檢驗和失擬性檢驗應用Excel的數據統計相關功能進行[10- 11]。為使施肥決策更接近于生產實際，減少小概率事件發生的風險，優化施肥方案的確定采用頻率分析法[12]。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對大棚辣椒產量的影響

各施肥處理組合的青辣椒產量較空白對照有大幅提高，其中：各施肥處理較空白對照增產9 779～18 327 kg/hm2，平均增產14 903 kg/hm2，平均增產率39.33%；處理9的產量最高，單產為56 223 kg/hm2，較空白對照增產18 327 kg/hm2；處理10的產量最低，單產為47 675 kg/hm2，較空白對照增產9 779 kg/hm2。不同施肥處理對大棚辣椒產量的影響如表2所示。

表2 不同施肥處理對辣椒產量的影響

處理編碼NP2O5K2O施肥量/(kg·hm-2)NP2O5K2O產量/(kg·hm-2)較空白對照增產/%1111573．7328．0753．05484644．73211-1573．7328．0322．05319640．3731-11573．7117．0753．05323140．4741-1-1573．7117．0322．05135735．525-111276．3328．0753．05124335．226-11-1276．3328．0322．05158136．117-1-11276．3117．0753．05169236．408-1-1-1276．3117．0322．05101734．629r00675．0222．5537．55622348．3610-r00175．0222．5537．54767525．80110r0425．0400．0537．55412642．83120-r0425．045．0537．55056133．421300r425．0222．5900．05472544．411400-r425．0222．5175．04868928．4815000425．0222．5537．55537346．1216000425．0222．5537．55499645．1217000425．0222．5537．55499645．1218000425．0222．5537．55323140．4719000425．0222．5537．55187836．9020000425．0222．5537．55443443．6421000425．0222．5537．55413542．8522000425．0222．5537．55195037．0923000425．0222．5537．55323140．47240．00．00．037896

2.2 不同施肥處理對大棚辣椒產值和效益的影響

氮肥(N)、磷肥(P2O5)和鉀肥(K2O)投入價格分別為3.84，4.38和10.20 元/kg，青辣椒果實按平均價格3.00 元/kg計算。各施肥處理的辣椒產值較空白對照增加29 337～54 981 元/hm2，產值平均增加44 710元/hm2，平均增加率39.33%，增值顯著；與空白對照相比，各施肥處理的辣椒純效益增加22 208～45 932元/hm2，平均純效益為36 621元/hm2，平均增加率32.21%，效益顯著；各施肥處理的辣椒產投比為2.93～7.10，平均值為4.72，處理8的產投比最高為7.10。處理5的產投比最低為2.93。不同施肥處理對辣椒經濟效益的影響如表3所示。

表3 不同施肥處理對辣椒經濟效益的影響

處理產值/(元·hm-2)產值較空白對照增加率/%肥料投入/(元·hm-2)純效益/(元·hm-2)純效益較空白對照增加率/%產投比116453844．731132015321834．773．49215958840．37692415266434．285．63315969340．471039614929731．323．43415407135．52600014807130．245．73515372935．221017814355126．272．93615474336．11578214896131．036．10715507636．40925414582228．273．47815305134．62485814819330．357．10916866948．36904915962040．405．081014302525．80712913589619．533．121116237842．83886715351135．034．491215168333．42731214437126．994．201316417544．411178715238834．043．281414606728．48439214167524．626．371516611946．12808915803039．005．481616498845．12808915689938．015．341716498845．12808915689938．015．341815969340．47808915160433．354．691915563436．90808914754529．784．192016330243．64808915521336．535．132116240542．85808915431635．745．022215585037．09808914776129．974．212315969340．47808915160433．354．6924113688113688

2.3 大棚辣椒氮磷鉀肥料效應函數模型的建立與檢驗

2.3.1 肥料效應函數模型的建立

由于二次正交旋轉組合設計試驗不設重復，試驗區組不是依據重復來劃定，為有效控制非試驗因素對試驗結果的影響，首先對模型的二次項編碼值進行中心化處理[13]，然后將一次項、交互項和二次項的編碼值換算成施肥量，再應用Excel數據統計相關功能擬合得到以氮(X1)、磷(X2)和鉀(X3)施肥量為自變量，產量(Y)為因變量的肥料效應函數模型(1)：

(1)

模型(1)是正交設計中各因素取值經過線性變化后得到的函數模型，其中的自變量Xi不代表氮、磷、鉀純養分施用量，故將X1=(N-0水平)/Δj，X2=(P-0水平)/Δj和X3=(K-0水平)/Δj代入模型(1)，得到以純N(以N表示)，P2O5(以P表示)和K2O(以K表示)施用量為自變量，產量(Y)為因變量的肥料效應函數模型(2)：

Y=38 180.42+19.865 68N+16.102 02P+16.150 05K+0.026 603NP+0.012 429NK-0.006 79PK-0.025 75N2-0.038 47P2-0.014 1K2

(2)

2.3.2 肥料效應函數模型的顯著性檢驗

應用SAS(Statistic Analysis System)軟件進行失擬性和顯著性檢驗，結果失擬F=1.92SignificanceF=0.019 9，施肥量對產量的影響達到顯著水平。模型系數經偏回歸檢驗，氮的一次項系數回歸F=14.654>SignificanceF=0.002 1,差異達極顯著水平；磷鉀交互項系數回歸F=0.083SignificanceF，差異達顯著水平。

2.4 肥料效應函數模型的解析

2.4.1 主效應分析

從模型(1)和模型(2)可看出，一次項的偏回歸系數均為正值，二次項系數均為負值，符合報酬遞減率，模型屬于典型模型。從一次項系數絕對值的大小判別，氮肥、磷肥、鉀肥對辣椒產量的影響程度是氮肥(b1=19.865 68)>鉀肥(b3=16.150 05)>磷肥(b2=16.102 02)。將氮磷鉀三因素中的2個因素固定在0水平，采用降維法可得到下列單因素肥料效應函數模型：

Y=38 180.42+19.865 68N-0.025 75N2

(3)

Y=38 180.42+16.102 02P-0.038 47P2

(4)

Y=38 180.42+16.150 05K-0.014 1K2

(5)

在不考慮交互效應的情況下，求解模型(3)，(4)和(5)，得到邊際產量為0(dy/dx=0)時的N，P2O5和K2O施用量分別為385.7，209.3和572.7 kg/hm2。當施N量取值[0.0，385.7]、施P2O5量取值[0.0，209.3]、施K2O量取值[0.0，572.7]時，邊際產量均為正值，施肥效應均為正效應，辣椒產量均隨著施肥量的增加而增加；當N，P2O5和K2O的施用量分別大于385.7，209.3以及572.7 kg/hm2時，邊際產量均為負值，施肥效應均為負效應，辣椒產量均隨著施肥量的增加而降低。

2.4.2 交互效應分析

從模型(1)中交互項的偏回歸系數絕對值大小可看出，氮磷鉀間交互效應大小依次為氮磷>氮鉀>磷鉀。從回歸模型顯著性檢驗結果可以看出，達到顯著水平的交互項為氮磷和氮鉀。模型(2)采用降維法得到氮肥與磷肥、氮肥與鉀肥間的交互效應函數模型(6)和模型(7)：

Y=38 180.42+19.865 68N+16.102 02P+0.026 603NP-0.025 75N2-0.038 47P2

(6)

Y=38 180.42+19.865 68N+16.150 05K+0.012 429NK-0.025 75N2-0.014 1K2

(7)

將相關因素各水平施肥量代入模型(6)和模型(7)，得到各試驗因素的交互效應分析結果如表4所示。

表4 各試驗因素的交互效應分析結果

項 目N水平-r-101rP水平-r4172542618431284243641312-142770439214465244245433160435824501746166461764553114353845257468234725146890r4301644929467804749347326K水平-r4364344699452914474543720-145307465484741247137462970466444815649419495424897414667248456501165063850341r4594047908498405063450522

從表4可看出：①氮肥在[-r，0]水平區域內，辣椒產量隨著磷肥用量的增加呈先增后降趨勢，增幅隨著磷肥用量的增加而減小；氮肥在[1，r]水平區域內，辣椒產量隨著磷肥用量的增加而增加，增產幅度隨著磷肥用量的增加而減小；磷肥在[-r，r]水平區域內，辣椒產量隨著氮肥用量的增加呈先增后降的趨勢。②氮肥在[-r，1]水平區域內，辣椒產量隨著鉀肥用量的增加呈先增后降的趨勢，增產幅度隨著鉀肥用量的增加而減小；氮肥在r水平時，辣椒產量隨著鉀肥用量的增加而增加，增產幅度隨著鉀肥用量的增加而減小；鉀肥在[-r，r]水平區域內，辣椒產量隨著氮肥用量的增加呈先增后降的趨勢。

2.5 優化施肥方案的確定

三因素五水平二次正交旋轉組合設計共有125個處理組合，將各處理組合的氮磷鉀施肥量代入函數模型(2)，可得到125個預報產量，其中辣椒產量大于53 000 kg/hm2的處理組合共計有25個。對產量大于53 000 kg/hm2的處理組合進行頻率分析，氮磷鉀取值分布如表5所示。

由表5可知，在大棚設施栽培條件下，辣椒的優化施肥組合為純N 568.9～631.9 kg/hm2，P2O5242.7～321.3 kg/hm2，K2O 684.6～794.8 kg/hm2。按該優化施肥組合進行施肥，辣椒產量在53 000 kg/hm2以上的可能性為95%。取加權平均值(純N 600.4 kg/hm2，P2O5282.0 kg/hm2，K2O 739.7 kg/hm2)代入函數模型(2)，得到的預報產量為55 142 kg/hm2，氮磷鉀施用質量比為1.00∶0.47∶1.23。

表5 辣椒產量大于53 000 kg/hm2的處理氮磷鉀取值分布

因素水平N施肥量/(kg·hm-2)頻數/次P2O5施肥量/(kg·hm-2)頻數/次K2O施肥量/(kg·hm-2)頻數/次-r175．0045．00175．00-1276．30117．04322．000425．03222．57537．57+1573．711328．08753．010+r675．011400．06900．08加權平均數600．4282．0739．7標準差S80．3378100．1922140．5036均數標準差16．067620．038428．100795%置信區間568．9～631．9242．7～321．3684．6～794．8

3 結語

(1) 氮磷鉀肥配合施用能顯著提高大棚辣椒產量，其中氮肥對大棚辣椒產量的影響達極顯著水平，磷肥和鉀肥對辣椒產量的影響達顯著水平，氮肥效應>鉀肥效應>磷肥效應，與郭鑫年等的研究結果相吻合[7]。

(2) 氮磷和氮鉀的交互效應為正效應，經偏回歸檢驗達顯著水平，與黃科等盆栽試驗結果一致[13]；磷鉀的交互效應為負效應，經偏回歸檢驗差異不顯著。純N用量在175.0～425.0 kg/hm2時，辣椒產量隨著P2O5用量的增加呈先增后降趨勢，增幅隨著磷肥用量的增加而減小；純N用量在175.0～573.7 kg/hm2時，鉀肥效應趨勢與磷肥一致；在高施氮量情況下，辣椒產量隨著磷肥或鉀肥用量的增加而增加。

(3) 大棚辣椒產量大于53 000 kg/hm2的優化施肥方案為純N 568.9～631.9 kg/hm2，P2O5242.7～321.3 kg/hm2，K2O 684.6～794.8 kg/hm2，與當地生產條件下高產施肥量水平相符；加權平均值為純N 600.4 kg/hm2，P2O5282.0 kg/hm2，K2O 739.7 kg/hm2，氮磷鉀施用質量比為1.00∶0.47∶1.23。

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