荒漠區灰鈣土土壤養分對甘草經濟效益的影響

宋學林, 謝曉蓉, 劉金榮

(1.張掖市種子管理局, 甘肅 張掖 734000； 2.甘肅中醫藥大學,甘肅 蘭州 730020； 3.蘭州大學 草地農業科技學院, 甘肅 蘭州 730020)

近年來，隨著甘草產業開發利用的不斷深入，甘草在甘肅省河西走廊荒漠區種植業結構調整中占有重要地位。甘肅省河西走廊荒漠區具有得天獨厚的自然環境條件和區位優勢，日照時間3 000～3 400 h，年均溫度5.2～7.5 ℃，≥10的積溫為2 400～2 800 ℃，年降水量100～150 mm，年蒸發量2 000～3 000 mm，無霜期105 ～130 d，海拔1 800～2 300 m的灰鈣土是甘草種植的最佳生態區。近年來，甘肅省河西走廊從國外引進了烏拉爾甘草、無腺毛甘草、光果甘草、脹果甘草、粗毛甘草、圓果甘草、刺果甘草和光國甘草，建立了加工型甘草生產基地2.97×104hm2，年產鮮甘草2.86×105t，建成了永正藥業2.50×104t中藥材加工生產線，宏泰藥業2 000 t中藥材加工生產線，甘草產業已發展成為甘肅河西走廊荒漠區農民增收,企業增效的重要支柱產業之一。隨著甘草產業的發展，目前日益凸顯的主要問題是：農戶超量施用氮磷化肥的現象非常普遍，沒有施用鉀肥和鋅肥的習慣，土壤養分比例失衡，缺鉀和缺鋅的生理性病害經常發生，導致甘草品質和藥效較差，產量低而不穩。因此，研究甘草氮磷鉀鋅經濟效益最佳施肥量是本地區甘草產業可持續發展的關鍵所在。近年來，有關甘草施肥技術研究受到了廣泛關注[1-10]。然未見甘肅省河西走廊灰鈣土甘草氮磷鉀鋅最佳施肥量方面的報道。本文擬以甘草和氮磷鉀鋅為研究材料，采用田間試驗方法，分析氮磷鉀鋅不同梯度施用量對甘草的增產效果和經濟效益，闡明甘肅省河西走廊荒漠區灰鈣土甘草氮磷鉀鋅經濟效益最佳施肥量，以期為甘草合理施肥提供技術支撐。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗地概況 試驗于2015—2017年在甘肅省張掖市民樂縣三堡鎮上二壩寨村進行，海拔2 128 m，100°53′22″E，37°48′17″N，年均溫5.2 ℃，≥10 ℃積溫2 685 ℃，年均降水量330 mm，年均蒸發量1 850 mm，無霜期105 d。供試土壤類型是灰鈣土。在試驗地種植前(2015年4月30)采用對角線采樣方法，在試驗地布置5個采樣點，每個采樣點采集0—20 cm土樣3 kg，用四分法帶回1 kg混合土樣，風干15 d，過1 mm篩，室內測定含有機質12.67 g/kg，堿解氮45.64 mg/kg，速效磷5.60 mg/kg，速效鉀125.20 mg/kg，有效鋅0.41mg/kg，pH值7.83，陽離子交換量CEC 12.80 mol/kg，容重1.24 g/cm， 總孔隙度53.21%，土壤質地為壤質土，前茬作物是青稞。

1.1.2 試驗材料 尿素(含N 46%，粒徑2～3 mm，甘肅劉家峽化工廠產品)；過磷酸鈣(含P2O520%，粒徑2～5 mm，云南云天化國際化工股份有限公司產品)；硫酸鉀(含K2O 50%，粒徑2～3 mm，湖北興銀河化工有限公司產品)，硫酸鋅(含Zn 23%，粒徑2～3 mm，甘肅劉家峽化工廠產品)；甘草品種(烏拉爾甘草，從甘肅省武威市民勤縣農業技術推廣站引進)。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗處理 氮(N)素施肥量梯度分別設計為0,90,180,270,360,450,540,630 kg/hm2，以不施氮為CK，每個處理施用P2O5260 kg/hm2+K2O 160 kg/hm2做肥底；磷(P2O5)素施肥量梯度分別設計為0,45,90,135,180,225,270,315 kg/hm2，以不施磷為CK,每個處理施用N 460 kg/hm2+K2O 160 kg/hm2做肥底；鉀(K2O)素施肥量梯度分別設計為0,30,60,90,120,150,180,210 kg/hm2，以不施鉀為CK,每個處理施用N 460 kg/hm2+P2O5260 kg/hm2做肥底；鋅(Zn)素施肥量梯度分別設計為0,4.50,9.00,13.50,18.00,22.50,27.00,31.50 kg/hm2，以不施鋅為CK,每個處理施用N 460 kg/hm2+P2O5260 kg/hm2+K2O 160 kg/hm2做肥底。每個試驗設計8個處理，每個處理重復3次，隨機區組排列。

1.2.2 種植方法 試驗小區面積為40 m2(8 m×5 m)，小區四周筑埂，埂寬50 cm，埂高30 cm。種植時間為2015年的4月30日，將直徑1.5 cm的根莖截成 10～15 cm 的小段，每段 1～2 個芽，按株距30 cm，行距40 cm，深度15 cm開溝，將剪好的根莖節平擺溝底覆土壓實，每個小區種植6行，每小區保苗160株，種植后立即灌水。1/3肥料在第2次灌水時追施， 2/3肥料在第3次灌水時追施，追肥方法為條施，其他田間管理措施與大田相同。

1.2.3 測定項目與方法 定點試驗3 a后，于2017年9月30日每個試驗小區單獨收獲，將小區產量折合成單位公頃(hm2)產量進行統計分析[11]。

邊際產量=每增加一個單位肥料用量時

所得到的產量-前一個處理的產量

(1)

邊際產值=邊際產量×產品價格

(2)

邊際成本=邊際施肥量×肥料價格

(3)

邊際利潤=邊際產值-邊際成本

(4)

邊際施肥量=后一個處理

施肥量-前一個處理施肥量

(5)

每千克 N,P,K,Zn增產量=

(N,P,K,Zn增產量)/(N，P，K，Zn施肥量)

(6)

1.2.4 數據分析方法 差異顯著性采用DPSS 10.0統計軟件分析，多重比較，LSR檢驗法。依據經濟效益最佳施肥量計算公式：

x0=〔(Px/Py)-b〕/2c

(7)

式中：Px——肥料平均銷售價格(元/t)；Py——農產品平均收購價格(元/t)。b,c——回歸系數。

求得N,P,K,Zn經濟效益最佳施肥量(x0)[12]，依據Y=a+bx+cx2回歸方程，求得甘草鮮根理論產量(y)[13]。甘草價格依據2017年試驗時間內當地加工企業收購價格確定。

2 結果與分析

2.1 甘草氮素最佳經濟效益施肥量

2.1.1 氮素施肥量對甘草增產效果和經濟效益的影響 定點試驗3 a后，于2017年9月30日甘草收獲時測定數據可以看出，隨著氮素施肥量梯度的增加，甘草鮮根產量在梯增。氮素施肥量由90 kg/hm2遞增到630 kg/hm2時，甘草鮮根產量由9.36 t/hm2遞增到13.26 t/hm2。氮素施肥630 kg/hm2與540 kg/hm2比較，增產0.60%，差異不顯著(p>0.05)；與450 kg/hm2比較，增產5.83%，差異顯著(p<0.05)；與施肥量360,270,180,90 kg/hm2比較，分別增產12.47%,20.33%,29.87%,41.67%，差異極顯著(p<0.01)。

經施肥利潤分析可以看出，氮素施肥量由90 kg/hm2遞增到450 kg/hm2時，施肥利潤隨著氮素施肥量梯度的增加而遞增，氮素施肥量超過450 kg/hm2時，施肥利潤開始下降。由此可見，氮素適宜用量一般不要超過450 kg/hm2。進一步分析可以看出，隨著氮素施肥量梯度的增加，千克氮素增產量在遞減。將氮素不同梯度施肥量與甘草鮮根產量進行經濟效益分析可知[14-15]，隨著氮素施肥量梯度的增加，邊際產量由最初的0.91 t/hm2遞減到0.08t/hm2；邊際產值由最初的4 550元/hm2遞減到400元/hm2；邊際利潤由最初的1 028.30元/hm2遞減到-3 121.70元/hm2。氮素施肥量在450 kg/hm2的基礎上再繼續增加施肥量，邊際利潤出現負值(見表1)。

表1 氮素施肥量對甘草增產效果和經濟效益的影響

注：同列數據大寫字母不同表示LSR0.01水平差異顯著，小寫字母不同表示LSR0.05水平差異顯著，下同。

2.1.2 甘草氮素最佳經濟效益施肥量確定 將表1氮素不同梯度施肥量與甘草鮮根產量間的關系，采用肥料效應函數方程Y=a+bx+cx2擬合，得到的回歸方程為：

y=8.450 0+11.130 6x-3.591 9x2

(8)

對回歸方程進行顯著性測驗，F=20.19**，F0.01=18.84，r= 0.983 4**，說明回歸方程擬合良好。2017年氮素市場平均銷售價格(Px)為39 130元/t，2017年甘草鮮根市場平均收購價格為(Py)為5 000元/t，將Px,Py,回歸方程的b和c代入公式(7),求得甘草氮素最佳經濟效益施肥量(x0)為0.46 t/hm2，將x0代入(8)式，求得甘草氮素最佳經濟效益施肥量時的甘草鮮根理論產量(y)為12.81 t/hm2, 回歸統計分析結果與田間試驗處理的氮素施肥量450 kg/hm2基本吻合(見表1)。

2.2 甘草磷素最佳經濟效益施肥量

2.2.1 磷素施肥量對甘草增產效果和經濟效益的影響 定點試驗3 a后，2017年9月30日甘草收獲時測定數據可以看出，隨著磷素施肥量梯度的增加，甘草鮮根產量在梯增。磷素施肥量由45 kg/hm2遞增到315 kg/hm2時，甘草鮮根產量由10.79 t/hm2遞增到13.60 t/hm2。磷素施肥315 kg/hm2與270 kg/hm2比較，增產2.49%，差異不顯著(p>0.05)；與225 kg/hm2比較，增產5.75%，差異顯著(p<0.05)；與施肥量180,135,90,45 kg/hm2比較，分別增產9.50%,13.90%,19.30%,26.04%，差異極顯著(p<0.01)。經施肥利潤分析可以看出，磷素施肥量由45 kg/hm2遞增到270 kg/hm2時，施肥利潤隨著磷素施肥量的增加而遞增，磷素施肥量大于270 kg/hm2時，施肥利潤開始下降。由此可見，磷素適宜用量不要超過270 kg/hm2。磷素施肥量由45 kg/hm2遞增到315 kg/hm2時，每1 kg磷素增產量由19.78 kg遞減到11.75 kg,說明單位磷素增產量隨磷素施肥量梯度的增加而遞減。將磷素不同梯度施肥量與甘草鮮根產量進行經濟效益分析可以看出，隨著磷素施肥量梯度的增加，邊際產量由最初的0.89 t/hm2遞減到0.33 t/hm2；邊際產值由4 450元/hm2遞減到1 650元/hm2；邊際利潤由2 450.20元/hm2遞減到-349.80元/hm2。磷素施肥量在270 kg/hm2的基礎上再繼續增加施肥量，邊際利潤出現負值(見表2)。

表2 磷素施肥量對甘草增產效果和經濟效益的影響

2.2.2 甘草磷素最佳經濟效益施肥量確定 將表2磷素不同梯度施肥量與甘草鮮根產量間的關系，采用肥料效應函數方程y=a+bx+cx2擬合，得到的回歸方程為：

y=9.900 0+18.304 3x-16.935 8x2

(9)

對回歸方程進行顯著性測驗，F=26.98**，F0.01=25.17，r=0.965 8**，說明回歸方程擬合良好。2017年磷素市場平均銷售價格(Px)為44 440元/t，2017年甘草鮮根市場平均收購價格(Py)為5 000元/t，將Px,Py,回歸方程的b和c代入公式(7),求得甘草磷素最佳施肥量(x0)為0.26 t/hm2，將x0代入(9)式，求得甘草磷素最佳施肥量時的甘草鮮根理論產量(y)為13.35 t/hm2, 回歸統計分析結果與田間試驗處理7磷素施肥量270 kg/hm2基本吻合(見表2)。

2.3 甘草鉀素最佳經濟效益施肥量

2.3.1 鉀素施肥量對甘草增產效果和經濟效益的影響 定點試驗3 a后，2017年9月30日甘草收獲時測定數據可以看出，隨著鉀素施肥量梯度的增加，甘草鮮根產量在遞增。鉀素施肥量由30 kg/hm2遞增到210 kg/hm2時，甘草鮮根產量由11.11 t/hm2遞增到13.34 t/hm2。鉀素施肥量210 kg/hm2與180和150 kg/hm2比較，增產1.75%和4.06%，差異不顯著(p>0.05)；與120 kg/hm2比較，增產7.24%，差異顯著(p<0.05)；與施肥量90,60和30 kg/hm2比較，分別增產10.89%,15.10%和20.07%，差異極顯著(p<0.01)。經施肥利潤分析可知，鉀素施肥量由30 kg/hm2遞增到150 kg/hm2時，施肥利潤隨著鉀素施肥量梯度的增加而遞增，當鉀素施肥量在150 kg/hm2的基礎上再繼續增加，施肥利潤開始下降。由此可見，鉀素適宜用量一般為150 kg/hm2時，施肥利潤達到最大值。鉀素施肥量由30 kg/hm2遞增到210 kg/hm2時，千克鉀素增產量則由18.67 kg遞減到10.33 kg,說明單位鉀素增產量隨鉀素施肥量梯度的增加而遞減。隨著鉀素施肥量梯度增加，邊際產量由最初的0.56 t/hm2遞減到0.23 t/hm2；邊際產值由2 800元/hm2遞減到1 150元/hm2；邊際利潤由1 000元/hm2減少到-650元/hm2，鉀素施肥量在150 kg/hm2的基礎上再增加30 kg/hm2，邊際利潤出現負值(見表3)。

2.3.2 甘草鉀素最佳經濟效益施肥量確定 將表3鉀素不同梯度施肥量與甘草鮮根產量間的關系，采用肥料效應函數方程y=a+bx+cx2擬合擬合，得到的回歸方程為：

y=10.550 0+19.378 0x-23.046 9x2

(10)

對回歸方程進行顯著性測驗，F=24.05**，F0.01=22.44，r=0.982 3**，說明回歸方程擬合良好。2017年鉀素市場平均銷售價格(Px)為60 000元/t，2017年甘草鮮根市場平均收購價格(Py)為5 000元/t，將Px,Py,回歸方程的b和c代入公式(7),求得甘草鉀素最佳施肥量(x0)為0.16 t/hm2，將x0代入(10)式，求得甘草鉀素最佳施肥量時的甘草鮮根理論產量(y)為13.06 t/hm2, 回歸統計分析結果與田間試驗處理的鉀素施肥量150 kg/hm2基本吻合(見表3)。

2.4 甘草鋅素最佳經濟效益施肥量

2.4.1 鋅素施肥量對甘草增產效果和經濟效益的影響 定點試驗3 a后，2017年9月30日甘草收獲時測定數據可以看出，隨著鋅素施肥量梯度的增加，甘草鮮根產量在遞增。鋅素施肥量由4.50 kg/hm2遞增到33.60 kg/hm2時，甘草鮮根產量由12.27 t/hm2遞增到13.18 t/hm2。鋅素施肥量33.60 kg/hm2與施肥量27，22.50和18 kg/hm2比較，分別增產0.77%,1.70%和2.80%，差異不顯著(p>0.05)；與13.50 kg/hm2和9 kg/hm2比較，分別增產5.53%和5.61%，差異顯著(p<0.05)；與4.50 kg/hm2比較，增產7.42%，差異極顯著(p<0.01)。經施肥利潤分析可知，鋅素施肥量由4.50 kg/hm2遞增到22.50 kg/hm2時，施肥利潤隨著鋅素施肥量梯度的增加而遞增，當鋅素施肥量在22.50 kg/hm2的基礎上再繼續增加4.50 kg/hm2，施肥利潤開始下降。由此可見，鋅素適宜用量一般為22.50 kg/hm2時，施肥利潤最大。鋅素施肥量由4.50 kg/hm2梯增到33.60 kg/hm2時，千克鋅素增產量則由55.56 kg遞減到36.83 kg,說明單位鋅素增產量隨鋅素施肥量梯度的增加而遞減。隨著鋅素施肥量梯度增加，邊際產量由最初的0.25 t/hm2遞減到0.10 t/hm2；邊際產值由1250元/hm2遞減到500元/hm2；邊際利潤由624.50元/hm2減少到-125.50元/hm2，鋅素施肥量在22.50 kg/hm2的基礎上再增加4.50 kg/hm2，邊際利潤出現負值(見表4)。

2.4.2 甘草鋅素最佳經濟效益施肥量確定 將表4鉀素不同梯度施肥量與甘草鮮根產量間的關系，采用肥料效應函數方程y=a+bx+cx2擬合，得到的回歸方程為：

y=12 020+173.436 3x-3.405 9x2

(11)

對回歸方程進行顯著性測驗，F=14.43**，F0.01=13.46，r=0.965 7**，說明回歸方程擬合良好。2017年鋅素市場平均銷售價格(Px)為139 000元/t，2017年甘草鮮根市場平均收購價格(Py)為5 000元/t，將Px,Py,回歸方程的b和c代入公式(7),求得甘草鋅素最佳施肥量(x0)為21.38 kg/hm2，將x0代入(11)式，求得甘草鋅素最佳施肥量時的甘草鮮根理論產量(y)為12 760.32 kg/hm2， 回歸統計分析結果與田間試驗處理的鋅素施肥量22.50 kg/hm2基本吻合(見表4)。

表4 鋅素施肥量對甘草增產效果和經濟效益的影響

3 討論與結論

甘草鮮根產量和增產量隨著氮磷鉀鋅施肥量梯度的增加而增加，但千克氮磷鉀鋅增產量、邊際產量和邊際產值均隨著氮磷鉀鋅施肥量梯度的增加而遞減；施肥利潤隨著氮磷鉀鋅施肥量梯度的增加而逐漸增大，到達最大值后，施肥利潤開始下降，呈現報酬遞減律；邊際利潤隨著氮磷鉀鋅施肥量梯度的增加在逐漸下降，最終出現負值。邊際產值大于邊際成本，此時施肥利潤大于肥料投資，說明邊際產值雖然遞減，但是收入不斷增加，施肥還可以增收，此時應繼續增加施肥量，擴大施肥利潤；邊際產值小于邊際成本，此時施肥所增加的收入小于肥料投資，此時施肥雖然甘草鮮根產量在增加，但從經濟效益來講是不合算的，應適當減少施肥量，這種變化規律與秦嘉海等[16-17]的研究結果相一致。究其原因是河西走廊荒漠區灰鈣土速效氮磷鉀含量較低，有效鋅缺，甘草施用氮、磷、鉀、鋅4種肥料具有明顯的增產效果。但最高產量的施肥量并不是經濟效益最佳施肥量，經濟效益最佳施肥量必然低于最高產量施肥量，在生產實踐中，一定要重視經濟效益最佳施肥量，不能單純追求高產，以防止盲目投入造成不必要的經濟損失。

經回歸統計分析，甘草鮮根產量與氮磷鉀鋅的肥料效應回歸方程為：y=8.450 0+11.130 6x-3.591 9x2，y=9.900 0+18.304 3x-16.935 8x2，y=10.550 0+19.378 0x-23.046 9x2和y=12 020+173.436 3x-3.405 9x2，甘草氮磷鉀鋅經濟效益最佳施肥量為0.46，0.26，0.16和0.02 t/hm2，甘草鮮根理論產量為12.81,13.35,13.06,12.76 t/hm2，統計分析結果與田間試驗結果基本一致，對指導農戶合理施肥具有一定的參考價值。