氮肥優化對鳳頭姜產量和養分吸收利用的影響

徐大兵，周劍雄，胡洪濤，朱鳳娟，袁家富，趙書軍

（湖北省農業科學院，a.農業農村部廢棄物肥料化利用重點實驗室/植保土肥研究所；b.湖北省生物農藥工程研究中心；c.經濟作物研究所，武漢 430064）

生姜不僅是人們日常生活中一種重要的調味品，而且還是重要的工業原料和香辛香料，此外也是中國傳統的中醫藥材，廣泛種植于全球各熱帶和亞熱帶地區［1，2］。中國是世界生姜主產區，2020 年全國生姜種植面積已達28.53 萬hm2，產量800 萬t［3］。生姜是需肥量較大的作物，生姜的生長和產量受施肥影響較大，僅靠土壤提供的養分遠不能滿足生姜正常生長發育的需要，合理施肥直接影響生姜產質量的提升［4］。然而，生姜施肥方面還存在不少問題，過量施用化肥和氮磷鉀養分比例不協調、中微量元素肥料欠缺等現象較為普遍，生姜病蟲害特別是連作障礙嚴重，種姜經濟效益難以得到提升，嚴重制約了中國生姜產業的發展［5］。由于生姜品種繁多，即使同一個生姜品種，在不同環境條件下對養分的吸收利用也不盡相同，進而導致需肥量有很大的差異［6-8］。這也導致生姜施肥技術方面缺乏系統的研究，難以指導生產實踐。

來鳳縣鳳頭姜無筋脆嫩、品質獨特，與其他品種相比具有明顯的比較優勢，是來鳳縣獨有的特色資源［9］。然而目前鳳頭姜種植水平較低，生姜產量有大小年之分，直接影響鳳頭姜的種植效益。此外，由于長期的不合理施肥和連作導致連作障礙頻發［10］。因此，合理的優化施肥是解決鳳頭姜產業可持續發展的重要措施之一。基于此，本研究以鳳頭姜為供試材料，研究不同氮肥用量對鳳頭姜養分累積和產量的影響，在此基礎上研究優化施肥對鳳頭姜產量的促進效果，以期為鳳頭姜科學施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于湖北省恩施州來鳳縣綠水鎮香溝村，屬于中亞熱帶季風濕潤型山地氣候，四季分明，雨熱同季，光照充足。年降雨量在1 400～1 500 mm，年平均氣溫14～16 ℃，年最高氣溫38～39 ℃，最低氣溫8～10 ℃，無霜期250～269 d。

1.2 材料

供試土壤為水稻土，0～20 cm 土壤基本理化性質如下：pH 5.74，有機質16.27 g/kg，堿解氮95.46 mg/kg，速效磷19.59 mg/kg，速效鉀185.11 mg/kg。供試作物為當地鳳頭姜品種。供試肥料為市售硝銨磷肥（N 30%、P2O56%）、過磷酸鈣（P2O512%）、農用硫酸鉀（K2O 50%）和 復合肥（N 18%、P2O518%、K2O 18%）。專用肥（N 15%、P2O55%、K2O 20%）和緩釋肥（N 18%、P2O59%、K2O 16%，氮緩釋）由湖北宜施壯農業科技有限公司提供。

1.3 試驗設計

試驗1 和試驗2 分別于2020 年和2021 年4—10月在湖北省恩施州來鳳縣綠水鎮香溝村進行。試驗1 設置7 個處理，處理1，不施氮肥，記作CK；處理2，施氮量360 kg/hm2，記作N360；處理3：施氮量405 kg/hm2，記作N405；處理4，施氮量450 kg/hm2，記作N450；處理5，施氮量495 kg/hm2，記作N495；處理6，施氮量540 kg/hm2，記作N540；處理7，施氮量600 kg/hm2，記作N600。磷、鉀用量分別為225 kg/hm2和600 kg/hm2。所有有機肥料和磷肥全部作為基肥，50%氮、鉀作為基肥，出苗后30、60、90 d 分別追施10%、20%和20%氮、鉀，具體施肥安排見表1。

試驗2 設置3 個處理，處理1，普通復合肥，記作CF；處理2，專用肥，記作SF；處理3，緩控釋肥，記作SRF，各處理氮肥用量一致，具體施肥安排見表2。每個處理3 次重復，隨機排列。

表2 試驗2 具體施肥安排 （單位：kg/hm2）

試驗1小區面積25.2 m2（6.0 m×4.2 m，溝寬0.3 m），試驗2小區面積189.0 m2（15.0 m×12.6 m，溝寬0.3 m），行距60 cm，株距30 cm。其他栽培管理措施按照常規操作統一安排。

1.4 項目測定與分析

鳳頭姜收獲時按小區計產。分別于第一次采摘果實時每個小區隨機采集10 株，帶回實驗室用于分析干物質量。將采集的鳳頭姜在105 ℃條件下殺青30 min 后，75 ℃烘干稱重。采用濃H2SO4-H2O2消解法分析鳳頭姜氮、磷、鉀養分含量。氮養分吸收量、氮素農學效率（kg/kg）、氮素利用效率（%）、氮肥偏生產力（kg/kg）［11］的計算公式如下。

1.4 數據分析

采用Excel 2016 軟件進行數據初步分析，利用SPSS 22.0 軟件（SPSS Inc.Chicago，IL）進行不同處理間的單因素ANOVA 方差分析以及多重比較（Duncan）。

2 結果與分析

2.1 優化施肥對鳳頭姜產量的影響

鳳頭姜產量隨著施氮量的增加呈先增加后降低的變化趨勢（圖1）。N450處理產量最高，分別比N360、N405、N495、N540和N600處 理 產 量 增 加 了27.49%、19.29%、3.76%、28.64%和28.64%，但各處理間差異不顯著。與CF 處理相比，SF 處理和SRF 處理鳳頭姜產量分別增加了25.23%和13.96%，且各處理間差異達到顯著水平。

圖1 不同施肥處理對鳳頭姜產量和干物質量的影響

2.2 優化施肥對鳳頭姜干物質量和氮素累積量的影響

由圖2 可以看出，在移栽后45 d 和130 d，不同處理間干物質量差異不顯著。在移栽后90 d，N495處理干物質量分別比N360、N405、N450、N540、N600處理增加了11.70%、5.19%、1.52%、1.20%、2.20%，且與N360處理間差異達到顯著水平。與CF 處理相比，SF 處理和SRF 處理在移栽后45 d 干物質量分別增加了23.71%和13.57%，且與SF 處理間差異達到顯著水平。然而，隨著生育進程的推進，不同處理間干物質量差異均不顯著。

圖2 不同施肥處理對鳳頭姜干物質量的影響

從圖3 可以看出，移栽后45 d 和移栽后90 d 不同處理間鳳頭姜氮素累積量差異均不顯著。不同施氮量處理對鳳頭姜氮素累積量的影響主要在移栽90 d 以后，在移栽后130 d，N495分別比N360、N405、N450、N540、N600增 加 了42.95%、29.62%、9.09%、8.48%、12.83%，但是各處理間差異均不顯著。移栽后45 d，SF 處理氮素累積量顯著高于CF 處理和SRF 處理，且分別增加了21.72%和50.89%。但是在移栽后90 d 和130 d，不同處理間鳳頭姜氮素累積量差異均不顯著。

圖3 不同施肥處理對鳳頭姜氮素累積量的影響

2.3 優化施肥對氮肥利用率的影響

由表3 可知，不同施氮量處理之間氮素利用效率和氮素農學利用率均沒有顯著差異，但是分別以N495和N360處理最高。N360處理氮肥偏生產力最高，分 別 比N405、N450、N495、N540、N600提 高 了10.86%、38.99%、51.22%、56.33%和66.19%，且與N450、N495、N540和N600處理間差異達到顯著水平。與CF 相比，SF 和SRF 處理氮肥農學利用率分別增加了62.58%和34.66%，而氮肥偏生產力則分別增加了25.23%和13.96%，且各處理間差異均達到顯著水平。

表3 不同氮肥運籌對鳳頭姜氮肥利用率的影響

3 討論

合理施用化肥特別是氮肥，是提高農作物產質量的有效途徑之一。李德文等［12］研究發現脫毒生姜新品系黔姜181 最佳施氮量為32.75 kg/hm2。邵海南等［13］利用正交試驗發現山農1 號綿姜最佳氮用量為20.55 kg/hm2。鄭福麗等［14］研究發現安丘市大姜最適宜的氮肥用量為40～50 kg/hm2，而對于本研究中鳳頭姜而言，最適施氮量為30～33 kg/hm2，之所以產生這樣的差異可能與不同生姜品種和供試土壤肥力有關，而李錄久等［15］研究結果也發現了不同品種生姜根狀莖產量需肥量和比例存在較大差異。由此可見，針對不同區域的生姜品種，如何進行科學施肥，仍然需要田間試驗的進一步驗證。

王馨笙等［14］研究發現生姜全生育期對N、P2O5、K2O 的吸收比例為2.5∶1.0∶3.8。可以看出，如果施用等養分的化肥，特別是本研究中施用的普通復合肥，勢必會造成養分不平衡，進而影響生姜產量，因此，平衡施肥顯得尤為重要。在本研究中相對于常規施肥，優化施肥處理中磷肥用量減少了66.67%，而鉀肥增加了25.00%，增產率達25.23%。徐大兵等［16］研究發現相比常規施肥，優化施肥（磷肥用量減少51.85%）能夠獲得與常規施肥相當的番茄產量，這可能是由于優化施肥氮、磷、鉀比例更協調，反而促進了蔬菜對氮、磷、鉀養分的吸收。朱國梁等［17］研究發現，緩釋肥較普通復合肥處理黃瓜增產15.70%，而張青等［18］研究發現緩控釋肥比傳統施肥處理蜜柚平均增產13.20%，然而在本研究中優化施肥較常規施肥處理生姜增產13.96%，這與前人研究結果相似，主要原因可能是緩控釋肥料養分釋放速率緩慢，可以滿足全生育期作物對養分的需求，因此提高了產量［18］。

研究表明，隨著施氮量的增加，作物產量和干物質量均呈先增加后降低的變化趨勢［16，19，20］，這與本研究的結果一致。在本研究中，隨著施氮量（360、405、450、495、540、600 kg/hm2）的增加，氮素利用效率也呈先增加后降低的變化趨勢，而氮素農學利用率則先降低后略有增加。李錄久等［21］研究發現獅頭姜隨著施氮量（225、450、600、900 kg/hm2）的增加，其氮素利用效率則呈逐漸降低的變化趨勢，這可能是由于兩者不同施氮水平和梯度所致，但是兩者之間的氮肥偏生產力均呈逐漸降低的趨勢。

肥料利用率是衡量施肥效率的重要指標之一。化肥優化施肥、平衡施肥以及有機無機配施等均是減少化肥用量和提高肥料利用效率的重要途徑［22］。在相同有機肥用量和施氮量條件下，優化施肥處理通過減少磷肥用量和增加鉀肥用量可以較常規施肥增加氮素利用效率、氮肥農學利用率和氮肥偏生產力，這與徐大兵等［16］研究結果一致，這可能是由于優化施肥，特別是氮磷鉀的配比［23］，更能促進生姜的氮素吸收和累積，從而提高其氮素利用率［24，25］。在本研究中等氮量條件下，緩控釋肥處理氮素利用效率、氮素農學利用率和氮肥偏生產力均高于常規施肥處理，這與趙堂甫等［26］和張富鑫等［27］的研究結果相似。緩控釋肥料能控制養分釋放速率，較常規肥料的釋放速率低，既能減少肥料損失，又能滿足生姜生育后期對養分的需求。

4 小結

隨著施氮量的增加，來鳳縣鳳頭姜產量、干物質量和氮素累積量均呈先增加后降低的變化趨勢，且以450～495 kg/hm2施氮量為最佳。不同施氮量對鳳頭姜氮素利用效率和氮素農學利用率的影響不顯著，但是卻降低了氮肥偏生產力。

與常規施肥相比，優化施肥和緩釋肥處理鳳頭姜產量分別增加了25.23%和13.96%，優化施肥能夠獲得更高的干物質量和氮素累積量。較常規施肥而言，優化施肥處理氮素利用效率、氮素農學利用率和氮肥偏生產力分別增加了19.33%、62.58% 和25.23%，而緩控釋肥處理則分別增加了13.33%、34.66%和13.96%。由此可見，鳳頭姜最適施氮量為450～495 kg/hm2，且在施用有機肥的基礎上，優化施肥和緩釋均能獲得較好的增產效果。