適宜氮磷鉀用量和配比提高油用牡丹產量和出油量

魏雙雨，李 敏，吉文麗*，郭 堤，張延龍

（1 西北農林科技大學風景園林藝術學院，陜西楊凌 712100；2 信陽師范學院，河南信陽 464000；3 西北農林科技大學資源環境學院，陜西楊凌 712100）

油用牡丹為芍藥科(Paeoniaceae)芍藥屬(Paeonia)牡丹組(SectionMouton)植物中結實能力強、出油率高(≥ 22%)的種的統稱[1]，是我國特有的木本油料資源，適生分布廣，營養價值優良，綜合利用產業鏈長，附加值高，具有很高的經濟效益、生態效益和社會效益[2-3]。油用牡丹中‘鳳丹’(Paeonia ostii‘Fengdan’)適應性強，出油量高，耐干旱、耐瘠薄，管理粗放，是目前種植推廣的主要品種[4]。油用牡丹籽油是國家衛生部批準的新資源食用油[5]，含17種脂肪酸成分，不飽和脂肪酸含量約為92.42%，其中α-亞麻酸高達42.82%，多項指標均優于“液體黃金”橄欖油，被認為是目前發現的最利于人體健康、最有營養的油脂[6-7]。目前，我國食用油對外依存度已超過60%，大力種植油用牡丹可有效緩解我國食用油嚴重依賴進口的局面[3]。隨著國內外市場對牡丹籽油的需求量大幅增加，提高單產、增加總產已成為我國油用牡丹科研和生產發展的首要任務[8]。

目前，我國油用牡丹的栽培多參考藥用牡丹，常因肥料的施用水平、比例、方法不當導致油用牡丹產量較低、投入產出比不協調。因此，合理平衡施肥，提高土壤供肥能力，已成為提高油用牡丹產量的重要措施。前人圍繞施肥對油用牡丹生長發育及產量的影響進行了一些研究，但這些研究都只針對氮肥進行[9-10]，關于氮、磷、鉀配施對油用牡丹產量及其經濟效益影響的研究還未見報道。農業部制定的“3414”測土配方施肥是一種處理少、效果明顯的肥料效應試驗方法，也是確定作物最佳施肥量、優化施肥配比的主要方法，應用較廣泛[11]，已在花生[12]、芝麻[13]，大豆[14]等油料作物的田間試驗中取得了顯著的效果，而在油用牡丹大田試驗中未見報道。本研究通過“3414”試驗設計，研究油用牡丹‘鳳丹’的氮、磷、鉀肥料效應，旨在建立氮、磷、鉀肥料效應模型，以確定油用牡丹最佳施肥量，優化施肥配比，達到提高肥料利用率、降低生產成本、增加經濟效益的目的，為指導油用牡丹的高效生產提供科學的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于陜西省楊凌區五泉鎮西北農林科技大學油用牡丹試驗基地。該地區屬大陸性季風氣候區，年降水量635.1 mm，年均氣溫12.9℃，年均日照時數2163.8 h，全年 ≥ 10℃的積溫為4184℃。供試田塊為關中黃壤土，土壤pH為8.5、有機質含量24.81 g/kg、全氮含量0.85 g/kg、有效磷含量15.32 mg/kg、速效鉀含量165.01 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試材料選用五年生油用牡丹品種‘鳳丹’。供試肥料氮肥用尿素(含N 46.0%)，磷肥用重過磷酸鈣(含P2O546.0%)，鉀肥為硫酸鉀(含K2O 54.0%)。

1.3 試驗設計

試驗采用農業部推薦的“3414”最優回歸設計肥效試驗方案[15]，即設置氮、磷、鉀3個因素；4個施肥水平為0(不施肥)、1(2水平的0.5倍)、2(試驗地常用施肥量)、3(2水平的1.5倍)。14個處理的具體施肥量見表1，以N、P2O5、K2O計。試驗地常用施肥量為尿素750 kg/hm2、重過磷酸鈣270 kg/hm2、硫酸鉀600 kg/hm2，每個處理設3個重復，每個重復設置小區面積24 m2(4 m×6 m)，每小區四周設1 m寬保護行，試驗采用隨機區組排列。肥料分三次施入，入冬前施基肥；第二年春分前后和花后結莢期分別施一次追肥，每次施肥量均為總量的1/3。其他養護管理措施同一般栽培。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 產量及肥料效應分析 于8月中旬種子成熟時采收果莢，統計單株果莢數、單莢重量、果莢直徑、小莢籽粒數、百粒重等農藝性狀及各處理產量；利用公式計算地力貢獻率、肥料貢獻率、農學效率[16]，計算公式如下：

地力貢獻率 = 無肥區經濟產量/氮磷鉀平衡施肥區經濟產量 × 100%

肥料貢獻率 = (施肥區經濟產量 - 缺素區經濟產量)/施肥區經濟產量 × 100%

農學效率(kg/kg) = (施肥區經濟產量 - 缺素區經濟產量)/(施肥區施肥量 - 缺素區施肥量)

1.4.2 牡丹籽油的提取及果實含油量的測定 取各處理種子烘干、去殼、粉碎過40目篩，采用超臨界CO2法提取牡丹籽油，參照史國安等[17]、Ni等[18]的方法，并稍作改進。相同條件下每個樣品重復3次，利用公式計算種仁含油率和產油量[19-20]。

種仁含油率 = 提取的牡丹籽油質量/種仁質量 ×100%；

產油量 (kg/hm2) = 籽粒產量 × 出仁率 × 種仁含油率。1.4.3 肥料效應回歸方程的建立 分別用一元、二元和三元方程對氮、磷、鉀及其組合效應進行擬合，根據邊際效應計算最高產量和最佳產量下的推薦施肥量[21]。對比不同擬合結果，確定合理的推薦施肥量。

1.5 數據處理與分析

用Excel 2010進行數據整理，用SPSS20.0進行方差分析、回歸分析、Duncan多重比較，用Sigmaplot 10.0繪制三維圖形。

表 1 “3414”試驗方案和施肥量(kg/hm2)Table 1 Experiment design and fertilizer amounts

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理的油用牡丹產量

分別對不同施肥處理下‘鳳丹’產量及農藝性狀數據進行方差分析。由表2可知，施肥處理后的‘鳳丹’單株果莢數、單莢重量、果莢直徑、小莢籽粒數、百粒重等農藝性狀和產量比對照組均有所增加和改善。在P2K2水平上，果莢數、單莢重量和籽粒產量以 N2＞ N3＞ N1＞ N0，果莢直徑、小莢籽粒數、百粒重和莢果產量以 N2＞ N1＞ N3＞ N0，籽粒產量以N2顯著高于N1和N3，N1和N3顯著高于N0。在N2K2水平上，各農藝性狀和產量均為P2＞ P1＞ P3＞P0，籽粒產量以P2顯著高于P1和P3，且P1和P3顯著高于P0。在N2P2水平上，農藝性狀和產量以K2＞K1＞ K3＞ K0，籽粒產量以 K2顯著高于 K1，且 K1顯著高于K3和K0。綜合來看，不同氮、磷、鉀處理的單株果莢數以處理N2P2K2最高，與處理N2P1K2、N2P3K2、N2P2K1、N3P2K2差異不顯著，但顯著高于其余9個處理；單莢重量以對照組最低，顯著低于其他所有處理；果莢直徑以處理N0P0K0、N0P2K2、N2P0K2較低，且顯著低于處理N1P2K2、N2P1K2、N2P2K2；小莢粒數、百粒重和籽粒產量以處理N2P2K2最高，顯著高于其他13個處理；莢果產量以處理N2P2K2最高，除與處理N2P1K2差異不顯著外，顯著高于其他12個處理。此外，由表2還可以看出，缺氮(N0P2K2)、缺磷(N2P0K2)和缺鉀(N2P2K0)3個處理的農藝性狀和產量都普遍較低，說明氮、磷、鉀的平衡施用對‘鳳丹’的產量形成有重要影響。

分別選用處理 N0P2K2、N1P2K2、N2P2K2、N3P2K2，計算P2K2(磷、鉀推薦用量)條件下的氮肥肥效；選用處理 N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2、N2P2K1，計算N2K2(氮、鉀推薦用量)條件下的磷肥肥效；選用處理 N2P2K2、N2P2K0、N2P2K1、N2P2K3，計算 N2P2(氮、磷推薦用量)條件下的鉀肥肥效(表3)。

由表3可以看出，施用氮肥‘鳳丹’平均增產283.7 kg/hm2，較不施氮肥處理增產55.5%，可增加純收入7310.4 yuan/hm2，平均每增施1 kg氮肥‘鳳丹’增產0.96 kg；施用磷肥‘鳳丹’平均增產276.8 kg/hm2，較不施磷肥處理增產50.3%，增加純收入7494.3 yuan/hm2，平均每增施1 kg磷肥‘鳳丹’增產2.76 kg；施用鉀肥‘鳳丹’平均增產150.6 kg/hm2，較不施鉀肥處理增產23.5%，增加純收入2118.9 yuan/hm2，平均每增施1 kg鉀肥‘鳳丹’增產0.59 kg。施肥增產及對產量的貢獻率均表現為N ＞ P2O5＞ K2O，肥料農學效率和增收效果則表現為P2O5＞ N ＞ K2O。

表 2 不同處理對油用牡丹‘鳳丹’農藝性狀及產量的影響Table 2 Effects of different treatments on oil tree peony ‘Fengdan’ agronomic traits and yield

表 3 油用牡丹‘鳳丹’氮磷鉀肥的產量效應、效益及肥料貢獻率Table 3 Seed yield and profit of oil tree peony ‘Fengdan’ and the contribution rate and agronomic efficiency of fertilizers

氮、磷、鉀肥的施用均有顯著的增產效果，各處理均以推薦施肥水平產量最高，而過量施肥會使產量有所降低。氮、磷、鉀肥增產、增收效果以及肥料貢獻率均以推薦施肥水平處理的最高，其農學效率均以1水平最高。由此表明本試驗中氮、磷、鉀肥推薦用量總體上是合理的，且只有確定合理的施肥量才能達到作物高產、肥料高效，同時增收利益最大化的目的。

地力貢獻率反映了農田當季種植作物收獲的產量中由土壤本身的肥力做出的貢獻，可用無肥區作物產量占氮、磷、鉀推薦施肥區產量的百分率表示[22]。本試驗中供試土壤的地力貢獻率為53.7%，即‘鳳丹’產量的一半以上是由土壤養分提供的，表明培肥土壤的重要性。

2.2 不同施肥處理對‘鳳丹’種仁含油率和出油量的影響

依據1.4.2的提取方法，計算不同施肥處理下‘鳳丹’種仁含油率和產油量(表4)。由表4可知，各施肥處理‘鳳丹’出仁率顯著高于對照組，其中以處理N2P2K2出仁率最高，達65.0%，較對照組提高13.0%。出仁率代表了果實的飽滿程度，由表4可知，處理N2P1K2、N2P2K2、N2P2K1果實相對較飽滿，其余處理果實相對較干癟。不同施肥處理與對照組相比，種仁含油率均有所提高，其中處理N1P2K2、N2P1K2、N2P2K2、N2P3K2、N2P2K1、N3P2K2、N1P2K1、N2P1K1達到顯著水平，以處理6最高，含油率為32.9%，較對照組提高12.6%。不同施肥處理通過影響出仁率和種仁含油率來影響產油量，各處理間差異較大，其中以處理N2P2K2產油量最高為193.3 kg/hm2，顯著高于其它各處理。氮磷鉀肥平均增加產油量分別為80.5%、74.0%、37.1%，因此對產油量影響大小順序為 N ＞ P2O5＞ K2O。

2.3 氮、磷、鉀肥間交互作用分析

根據試驗設計，對氮磷、氮鉀、磷鉀兩因素間的交互作用進行了分析，將氮、磷、鉀施肥水平分別固定在345.0、124.2、324.0 kg/hm2，根據試驗結果運用插值法繪制另外兩個因素的交互作用曲面圖(產量以莢果計)。由圖1可知，氮、磷、鉀對‘鳳丹’的產量效應均呈拋物線型，產量先升高后降低，符合報酬遞減規律，而且氮磷、氮鉀和磷鉀對‘鳳丹’產量的影響存在較強的交互效應，即在綜合施肥時，產量的變化不單純是各因子單獨效應的線性累加，還存在配合因子，某一單一肥料的偏高或偏低均不利于‘鳳丹’產量的形成，而由于交互效應，兩者配施則對產量有較強的促進作用。由圖1還可以看出，氮磷互作效應中，‘鳳丹’產量隨著氮肥和磷肥施用量的增加而增加，兩者具有明顯的相互促進作用，在中氮和中磷水平時產量達到最大范圍，但當過量施肥時‘鳳丹’的產量又有下降趨勢；氮鉀互作效應中，低氮肥水平時‘鳳丹’產量較低，且鉀肥施用量對‘鳳丹’產量影響不大，曲線較為平緩；但在中氮肥水平時，‘鳳丹’產量隨著鉀肥施用量的增加迅速增加；在高氮肥水平時，‘鳳丹’產量有所下降且鉀肥施用量對產量影響較小；在磷鉀互作效應中，磷肥的增產效應隨鉀肥施用量的增加呈現先增加后降低的趨勢，同時鉀肥對‘鳳丹’產量的影響受磷肥施用量的影響，磷肥具有促進鉀肥施用效果的作用。

表 4 各處理種仁含油率及產油量Table 4 Oil contents in kernel and oil outputs in different treatments

圖 1 氮磷鉀肥交互作用分析Fig. 1 Interaction among the nitrogen, phosphorous and potassium fertilization

2.4 肥料效應函數擬合及施肥量分析

對試驗方案中不同氮、磷、鉀處理的‘鳳丹’產量分別進行三元、二元和一元方程擬合，根據邊際效應值計算最高產量和最佳產量時對應的氮、磷、鉀施用量，其中當邊際效應為0時所得結果為最高產量下的推薦施肥量，當邊際效應為肥料與產值的比值時，所得結果為最佳產量時的推薦施肥量，并通過檢驗和篩選得出最適宜的肥料用量(表5)。由表5可知，對于氮元素一元二次效應方程和氮、磷、鉀三元二次效應方程進行檢驗均達到顯著水平，對于磷元素一元二次效應方程推算出的施用量偏高，但氮、磷二元二次方程檢驗結果達到極顯著水平，且氮、磷最佳施肥量均在合理范圍內，所以氮、磷最高施肥量和經濟最佳施肥量由氮、磷二元二次擬合方程進行決策，分別為氮最高施用量346.5 kg/hm2、最佳施用量343.2 kg/hm2；磷最高施用量110.6 kg/hm2、最佳施用量109.7 kg/hm2。對于鉀元素一元二次效應方程檢驗結果不顯著，氮鉀、磷鉀二元二次效應方程和氮磷鉀三元二次效應方程檢驗達到顯著水平，綜合分析三種模型，選用氮鉀二元二次模型對鉀肥施用量進行決策，結果為鉀肥最高施用量為261.8 kg/hm2、最佳施用量為248.4 kg/hm2。綜上所述，油用牡丹‘鳳丹’氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)的最佳施肥量分別為343.2、109.7、248.4 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.32∶0.72。

3 討論

油用牡丹是以收獲果實獲得牡丹籽油為經營目標的經濟林木，其籽粒產量與產油率的形成不僅受遺傳因素的影響，同時還受制于礦質營養元素的供給。合理配施肥料，達到養分之間的平衡是實現資源高效、作物高產的重要途徑[23]。目前，關于施肥對油用牡丹的影響報道較少，姜天華等[9]通過試驗研究表明增施氮肥能夠顯著增加油用牡丹株高、冠幅、花徑和產量，但當氮肥施用量達到一定程度時產量不再增加；魏冬峰等[24]研究表明施用氮磷鉀肥能顯著提高油用牡丹的凈光合速率，隨著氮、磷、鉀肥施用量的增加凈光合速率呈現先增加后降低的趨勢。本試驗結果表明，油用牡丹‘鳳丹’施用氮、磷、鉀肥增產效果顯著，以試驗所設最適氮、磷、鉀肥用量組合處理產量最高，增產率高達89.0%。缺素處理產量最低，說明氮、磷、鉀肥的平衡配施是影響‘鳳丹’產量的關鍵因子。試驗中施肥增產及對產量的貢獻率均表現為N ＞ P2O5＞ K2O，肥料農學效率和增收效果則表現為P2O5＞ N ＞ K2O。在本試驗研究范圍內，氮、磷、鉀任何一因素過量施用均會導致產量降低，一種養分的過量投入往往可導致多種元素的不協調，使投入的營養元素無增產效果，甚至會造成減產[25]，其結果與前人在西瓜[21]、桑葉[26]等作物上進行的氮、磷、鉀肥效試驗研究結果一致。

關于施肥對油料作物產油量的影響已有一些研究，汪瑞清等[27]研究表明施用氮、磷、鉀肥能提高油菜產油量，且影響因素大小順序為N ＞ P2O5＞ K2O；劉海龍等[28]通過對澳洲茶樹氮、磷、鉀肥效應研究表明三種肥料配合施用對澳洲茶樹產油量有顯著影響；張文元等[19]研究表明施用適量鉀肥可提高油茶產油量，過量則會降低產油量。本試驗研究表明施用氮、磷、鉀肥可增加干籽出仁率和種仁含油率進而影響‘鳳丹’產油量，氮、磷、鉀三因素對產油量影響大小順序為 N ＞ P2O5＞ K2O。

表 5 ‘鳳丹’肥料效應方程及相應的推薦用量Table 5 Fertilizer response equations and recommended fertilizer application rates for ‘Fengdan’

養分間的交互作用是植物營養與土壤肥料學研究的重點內容，許多研究表明各營養元素之間的關系是復雜的、相互聯系的，只有明確不同養分之間交互作用的方向(正交互作用還是負交互作用)及大小，才能制定適宜的養分配比，以充分發揮肥料的作用[25]。本試驗研究結果表明，氮、磷、鉀間存在不同程度的交互作用，能夠相互促進肥效的發揮。魏冬峰等[24]對油用牡丹凈光合速率的研究表明氮磷之間、氮鉀之間、磷鉀之間表現出協同作用，氮、磷、鉀三因素綜合施用具有更明顯的加和效應，在盛花期凈光合速率顯著增加。馬海洋等[22]通過“3414”試驗發現氮、磷、鉀肥間存在明顯的交互作用，配合施用能提高肥效和卡因菠蘿的產量。張美俊等[29]對糜子氮、磷、鉀肥的“3414”試驗的產量效應研究也表明氮、磷、鉀肥之間存在一定的正交互作用，互相影響肥效的發揮。本研究結果與上述研究結果一致。

對于“3414”肥效試驗擬合的方法有多種，常用的肥效模型有三元二次模型、一元二次模型、二元二次模型、線性加平臺型。在眾多研究結果中發現不同的肥效模型在對不同地點的不同作物擬合時所得產量結果也有所不同。韓峰等[30]對貴州71種水稻進行“3414”肥效擬合結果表明一元二次模型和線性加平臺型是對三元二次模型的優化；王圣瑞等[11]對27種小麥進行“3414”肥效擬合結果表明一元二次模型是三元二次模型的補充。本次研究中對‘鳳丹’分別采用三元、二元和一元模型進行擬合，綜合分析不同擬合結果發現，二元二次模型最適合擬合‘鳳丹’產量與氮、磷、鉀肥之間的關系，根據氮磷和氮鉀二元二次肥料效應模型計算出氮、磷、鉀肥推薦最佳施肥量，分別為N 343.2 kg/hm2、P2O5109.7 kg/hm2、K2O 248.4 kg/hm2，最優經濟產量可達1517.8～1579.5 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.32∶0.72，氮、磷、鉀肥的二元二次肥效模型推薦施肥量與試驗實際設計采用的最適施肥量相比，較接近本地區的氮、磷、鉀實際最佳施肥量。

4 結論

合理的肥料配比和用量是‘鳳丹’增產的保障。施用適量的氮、磷、鉀肥可改善‘鳳丹’單株果莢數、果莢直徑、百粒重等農藝性狀，增加產量，并且提高出仁率和種仁含油率，從而顯著影響‘鳳丹’單位面積的出油量，根據肥效試驗擬合模型得出氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)的最佳推薦施肥量分別為343.2、109.7、248.4 kg/hm2，適宜的氮、磷、鉀施肥比例為1∶0.32∶0.72。研究結果為本地區的油用牡丹‘鳳丹’生產中氮、磷、鉀肥的施用提供科學依據。