适宜氮磷钾用量和配比提高油用牡丹产量和出油量

魏双雨，李 敏，吉文丽*，郭 堤，张延龙

（1 西北农林科技大学风景园林艺术学院，陕西杨凌 712100；2 信阳师范学院，河南信阳 464000；3 西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 712100）

油用牡丹为芍药科(Paeoniaceae)芍药属(Paeonia)牡丹组(SectionMouton)植物中结实能力强、出油率高(≥ 22%)的种的统称[1]，是我国特有的木本油料资源，适生分布广，营养价值优良，综合利用产业链长，附加值高，具有很高的经济效益、生态效益和社会效益[2-3]。油用牡丹中‘凤丹’(Paeonia ostii‘Fengdan’)适应性强，出油量高，耐干旱、耐瘠薄，管理粗放，是目前种植推广的主要品种[4]。油用牡丹籽油是国家卫生部批准的新资源食用油[5]，含17种脂肪酸成分，不饱和脂肪酸含量约为92.42%，其中α-亚麻酸高达42.82%，多项指标均优于“液体黄金”橄榄油，被认为是目前发现的最利于人体健康、最有营养的油脂[6-7]。目前，我国食用油对外依存度已超过60%，大力种植油用牡丹可有效缓解我国食用油严重依赖进口的局面[3]。随着国内外市场对牡丹籽油的需求量大幅增加，提高单产、增加总产已成为我国油用牡丹科研和生产发展的首要任务[8]。

目前，我国油用牡丹的栽培多参考药用牡丹，常因肥料的施用水平、比例、方法不当导致油用牡丹产量较低、投入产出比不协调。因此，合理平衡施肥，提高土壤供肥能力，已成为提高油用牡丹产量的重要措施。前人围绕施肥对油用牡丹生长发育及产量的影响进行了一些研究，但这些研究都只针对氮肥进行[9-10]，关于氮、磷、钾配施对油用牡丹产量及其经济效益影响的研究还未见报道。农业部制定的“3414”测土配方施肥是一种处理少、效果明显的肥料效应试验方法，也是确定作物最佳施肥量、优化施肥配比的主要方法，应用较广泛[11]，已在花生[12]、芝麻[13]，大豆[14]等油料作物的田间试验中取得了显著的效果，而在油用牡丹大田试验中未见报道。本研究通过“3414”试验设计，研究油用牡丹‘凤丹’的氮、磷、钾肥料效应，旨在建立氮、磷、钾肥料效应模型，以确定油用牡丹最佳施肥量，优化施肥配比，达到提高肥料利用率、降低生产成本、增加经济效益的目的，为指导油用牡丹的高效生产提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点位于陕西省杨凌区五泉镇西北农林科技大学油用牡丹试验基地。该地区属大陆性季风气候区，年降水量635.1 mm，年均气温12.9℃，年均日照时数2163.8 h，全年 ≥ 10℃的积温为4184℃。供试田块为关中黄壤土，土壤pH为8.5、有机质含量24.81 g/kg、全氮含量0.85 g/kg、有效磷含量15.32 mg/kg、速效钾含量165.01 mg/kg。

1.2 试验材料

供试材料选用五年生油用牡丹品种‘凤丹’。供试肥料氮肥用尿素(含N 46.0%)，磷肥用重过磷酸钙(含P2O546.0%)，钾肥为硫酸钾(含K2O 54.0%)。

1.3 试验设计

试验采用农业部推荐的“3414”最优回归设计肥效试验方案[15]，即设置氮、磷、钾3个因素；4个施肥水平为0(不施肥)、1(2水平的0.5倍)、2(试验地常用施肥量)、3(2水平的1.5倍)。14个处理的具体施肥量见表1，以N、P2O5、K2O计。试验地常用施肥量为尿素750 kg/hm2、重过磷酸钙270 kg/hm2、硫酸钾600 kg/hm2，每个处理设3个重复，每个重复设置小区面积24 m2(4 m×6 m)，每小区四周设1 m宽保护行，试验采用随机区组排列。肥料分三次施入，入冬前施基肥；第二年春分前后和花后结荚期分别施一次追肥，每次施肥量均为总量的1/3。其他养护管理措施同一般栽培。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 产量及肥料效应分析 于8月中旬种子成熟时采收果荚，统计单株果荚数、单荚重量、果荚直径、小荚籽粒数、百粒重等农艺性状及各处理产量；利用公式计算地力贡献率、肥料贡献率、农学效率[16]，计算公式如下：

地力贡献率 = 无肥区经济产量/氮磷钾平衡施肥区经济产量 × 100%

肥料贡献率 = (施肥区经济产量 - 缺素区经济产量)/施肥区经济产量 × 100%

农学效率(kg/kg) = (施肥区经济产量 - 缺素区经济产量)/(施肥区施肥量 - 缺素区施肥量)

1.4.2 牡丹籽油的提取及果实含油量的测定 取各处理种子烘干、去壳、粉碎过40目筛，采用超临界CO2法提取牡丹籽油，参照史国安等[17]、Ni等[18]的方法，并稍作改进。相同条件下每个样品重复3次，利用公式计算种仁含油率和产油量[19-20]。

种仁含油率 = 提取的牡丹籽油质量/种仁质量 ×100%；

产油量 (kg/hm2) = 籽粒产量 × 出仁率 × 种仁含油率。1.4.3 肥料效应回归方程的建立 分别用一元、二元和三元方程对氮、磷、钾及其组合效应进行拟合，根据边际效应计算最高产量和最佳产量下的推荐施肥量[21]。对比不同拟合结果，确定合理的推荐施肥量。

1.5 数据处理与分析

用Excel 2010进行数据整理，用SPSS20.0进行方差分析、回归分析、Duncan多重比较，用Sigmaplot 10.0绘制三维图形。

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

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理的油用牡丹产量

分别对不同施肥处理下‘凤丹’产量及农艺性状数据进行方差分析。由表2可知，施肥处理后的‘凤丹’单株果荚数、单荚重量、果荚直径、小荚籽粒数、百粒重等农艺性状和产量比对照组均有所增加和改善。在P2K2水平上，果荚数、单荚重量和籽粒产量以 N2＞ N3＞ N1＞ N0，果荚直径、小荚籽粒数、百粒重和荚果产量以 N2＞ N1＞ N3＞ N0，籽粒产量以N2显著高于N1和N3，N1和N3显著高于N0。在N2K2水平上，各农艺性状和产量均为P2＞ P1＞ P3＞P0，籽粒产量以P2显著高于P1和P3，且P1和P3显著高于P0。在N2P2水平上，农艺性状和产量以K2＞K1＞ K3＞ K0，籽粒产量以 K2显著高于 K1，且 K1显著高于K3和K0。综合来看，不同氮、磷、钾处理的单株果荚数以处理N2P2K2最高，与处理N2P1K2、N2P3K2、N2P2K1、N3P2K2差异不显著，但显著高于其余9个处理；单荚重量以对照组最低，显著低于其他所有处理；果荚直径以处理N0P0K0、N0P2K2、N2P0K2较低，且显著低于处理N1P2K2、N2P1K2、N2P2K2；小荚粒数、百粒重和籽粒产量以处理N2P2K2最高，显著高于其他13个处理；荚果产量以处理N2P2K2最高，除与处理N2P1K2差异不显著外，显著高于其他12个处理。此外，由表2还可以看出，缺氮(N0P2K2)、缺磷(N2P0K2)和缺钾(N2P2K0)3个处理的农艺性状和产量都普遍较低，说明氮、磷、钾的平衡施用对‘凤丹’的产量形成有重要影响。

分别选用处理 N0P2K2、N1P2K2、N2P2K2、N3P2K2，计算P2K2(磷、钾推荐用量)条件下的氮肥肥效；选用处理 N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2、N2P2K1，计算N2K2(氮、钾推荐用量)条件下的磷肥肥效；选用处理 N2P2K2、N2P2K0、N2P2K1、N2P2K3，计算 N2P2(氮、磷推荐用量)条件下的钾肥肥效(表3)。

由表3可以看出，施用氮肥‘凤丹’平均增产283.7 kg/hm2，较不施氮肥处理增产55.5%，可增加纯收入7310.4 yuan/hm2，平均每增施1 kg氮肥‘凤丹’增产0.96 kg；施用磷肥‘凤丹’平均增产276.8 kg/hm2，较不施磷肥处理增产50.3%，增加纯收入7494.3 yuan/hm2，平均每增施1 kg磷肥‘凤丹’增产2.76 kg；施用钾肥‘凤丹’平均增产150.6 kg/hm2，较不施钾肥处理增产23.5%，增加纯收入2118.9 yuan/hm2，平均每增施1 kg钾肥‘凤丹’增产0.59 kg。施肥增产及对产量的贡献率均表现为N ＞ P2O5＞ K2O，肥料农学效率和增收效果则表现为P2O5＞ N ＞ K2O。

表 2 不同处理对油用牡丹‘凤丹’农艺性状及产量的影响Table 2 Effects of different treatments on oil tree peony ‘Fengdan’ agronomic traits and yield

表 3 油用牡丹‘凤丹’氮磷钾肥的产量效应、效益及肥料贡献率Table 3 Seed yield and profit of oil tree peony ‘Fengdan’ and the contribution rate and agronomic efficiency of fertilizers

氮、磷、钾肥的施用均有显著的增产效果，各处理均以推荐施肥水平产量最高，而过量施肥会使产量有所降低。氮、磷、钾肥增产、增收效果以及肥料贡献率均以推荐施肥水平处理的最高，其农学效率均以1水平最高。由此表明本试验中氮、磷、钾肥推荐用量总体上是合理的，且只有确定合理的施肥量才能达到作物高产、肥料高效，同时增收利益最大化的目的。

地力贡献率反映了农田当季种植作物收获的产量中由土壤本身的肥力做出的贡献，可用无肥区作物产量占氮、磷、钾推荐施肥区产量的百分率表示[22]。本试验中供试土壤的地力贡献率为53.7%，即‘凤丹’产量的一半以上是由土壤养分提供的，表明培肥土壤的重要性。

2.2 不同施肥处理对‘凤丹’种仁含油率和出油量的影响

依据1.4.2的提取方法，计算不同施肥处理下‘凤丹’种仁含油率和产油量(表4)。由表4可知，各施肥处理‘凤丹’出仁率显著高于对照组，其中以处理N2P2K2出仁率最高，达65.0%，较对照组提高13.0%。出仁率代表了果实的饱满程度，由表4可知，处理N2P1K2、N2P2K2、N2P2K1果实相对较饱满，其余处理果实相对较干瘪。不同施肥处理与对照组相比，种仁含油率均有所提高，其中处理N1P2K2、N2P1K2、N2P2K2、N2P3K2、N2P2K1、N3P2K2、N1P2K1、N2P1K1达到显著水平，以处理6最高，含油率为32.9%，较对照组提高12.6%。不同施肥处理通过影响出仁率和种仁含油率来影响产油量，各处理间差异较大，其中以处理N2P2K2产油量最高为193.3 kg/hm2，显著高于其它各处理。氮磷钾肥平均增加产油量分别为80.5%、74.0%、37.1%，因此对产油量影响大小顺序为 N ＞ P2O5＞ K2O。

2.3 氮、磷、钾肥间交互作用分析

根据试验设计，对氮磷、氮钾、磷钾两因素间的交互作用进行了分析，将氮、磷、钾施肥水平分别固定在345.0、124.2、324.0 kg/hm2，根据试验结果运用插值法绘制另外两个因素的交互作用曲面图(产量以荚果计)。由图1可知，氮、磷、钾对‘凤丹’的产量效应均呈抛物线型，产量先升高后降低，符合报酬递减规律，而且氮磷、氮钾和磷钾对‘凤丹’产量的影响存在较强的交互效应，即在综合施肥时，产量的变化不单纯是各因子单独效应的线性累加，还存在配合因子，某一单一肥料的偏高或偏低均不利于‘凤丹’产量的形成，而由于交互效应，两者配施则对产量有较强的促进作用。由图1还可以看出，氮磷互作效应中，‘凤丹’产量随着氮肥和磷肥施用量的增加而增加，两者具有明显的相互促进作用，在中氮和中磷水平时产量达到最大范围，但当过量施肥时‘凤丹’的产量又有下降趋势；氮钾互作效应中，低氮肥水平时‘凤丹’产量较低，且钾肥施用量对‘凤丹’产量影响不大，曲线较为平缓；但在中氮肥水平时，‘凤丹’产量随着钾肥施用量的增加迅速增加；在高氮肥水平时，‘凤丹’产量有所下降且钾肥施用量对产量影响较小；在磷钾互作效应中，磷肥的增产效应随钾肥施用量的增加呈现先增加后降低的趋势，同时钾肥对‘凤丹’产量的影响受磷肥施用量的影响，磷肥具有促进钾肥施用效果的作用。

表 4 各处理种仁含油率及产油量Table 4 Oil contents in kernel and oil outputs in different treatments

图 1 氮磷钾肥交互作用分析Fig. 1 Interaction among the nitrogen, phosphorous and potassium fertilization

2.4 肥料效应函数拟合及施肥量分析

对试验方案中不同氮、磷、钾处理的‘凤丹’产量分别进行三元、二元和一元方程拟合，根据边际效应值计算最高产量和最佳产量时对应的氮、磷、钾施用量，其中当边际效应为0时所得结果为最高产量下的推荐施肥量，当边际效应为肥料与产值的比值时，所得结果为最佳产量时的推荐施肥量，并通过检验和筛选得出最适宜的肥料用量(表5)。由表5可知，对于氮元素一元二次效应方程和氮、磷、钾三元二次效应方程进行检验均达到显著水平，对于磷元素一元二次效应方程推算出的施用量偏高，但氮、磷二元二次方程检验结果达到极显著水平，且氮、磷最佳施肥量均在合理范围内，所以氮、磷最高施肥量和经济最佳施肥量由氮、磷二元二次拟合方程进行决策，分别为氮最高施用量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。对于钾元素一元二次效应方程检验结果不显著，氮钾、磷钾二元二次效应方程和氮磷钾三元二次效应方程检验达到显著水平，综合分析三种模型，选用氮钾二元二次模型对钾肥施用量进行决策，结果为钾肥最高施用量为261.8 kg/hm2、最佳施用量为248.4 kg/hm2。综上所述，油用牡丹‘凤丹’氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)的最佳施肥量分别为343.2、109.7、248.4 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.32∶0.72。

3 讨论

油用牡丹是以收获果实获得牡丹籽油为经营目标的经济林木，其籽粒产量与产油率的形成不仅受遗传因素的影响，同时还受制于矿质营养元素的供给。合理配施肥料，达到养分之间的平衡是实现资源高效、作物高产的重要途径[23]。目前，关于施肥对油用牡丹的影响报道较少，姜天华等[9]通过试验研究表明增施氮肥能够显著增加油用牡丹株高、冠幅、花径和产量，但当氮肥施用量达到一定程度时产量不再增加；魏冬峰等[24]研究表明施用氮磷钾肥能显著提高油用牡丹的净光合速率，随着氮、磷、钾肥施用量的增加净光合速率呈现先增加后降低的趋势。本试验结果表明，油用牡丹‘凤丹’施用氮、磷、钾肥增产效果显著，以试验所设最适氮、磷、钾肥用量组合处理产量最高，增产率高达89.0%。缺素处理产量最低，说明氮、磷、钾肥的平衡配施是影响‘凤丹’产量的关键因子。试验中施肥增产及对产量的贡献率均表现为N ＞ P2O5＞ K2O，肥料农学效率和增收效果则表现为P2O5＞ N ＞ K2O。在本试验研究范围内，氮、磷、钾任何一因素过量施用均会导致产量降低，一种养分的过量投入往往可导致多种元素的不协调，使投入的营养元素无增产效果，甚至会造成减产[25]，其结果与前人在西瓜[21]、桑叶[26]等作物上进行的氮、磷、钾肥效试验研究结果一致。

关于施肥对油料作物产油量的影响已有一些研究，汪瑞清等[27]研究表明施用氮、磷、钾肥能提高油菜产油量，且影响因素大小顺序为N ＞ P2O5＞ K2O；刘海龙等[28]通过对澳洲茶树氮、磷、钾肥效应研究表明三种肥料配合施用对澳洲茶树产油量有显著影响；张文元等[19]研究表明施用适量钾肥可提高油茶产油量，过量则会降低产油量。本试验研究表明施用氮、磷、钾肥可增加干籽出仁率和种仁含油率进而影响‘凤丹’产油量，氮、磷、钾三因素对产油量影响大小顺序为 N ＞ P2O5＞ K2O。

表 5 ‘凤丹’肥料效应方程及相应的推荐用量Table 5 Fertilizer response equations and recommended fertilizer application rates for ‘Fengdan’

养分间的交互作用是植物营养与土壤肥料学研究的重点内容，许多研究表明各营养元素之间的关系是复杂的、相互联系的，只有明确不同养分之间交互作用的方向(正交互作用还是负交互作用)及大小，才能制定适宜的养分配比，以充分发挥肥料的作用[25]。本试验研究结果表明，氮、磷、钾间存在不同程度的交互作用，能够相互促进肥效的发挥。魏冬峰等[24]对油用牡丹净光合速率的研究表明氮磷之间、氮钾之间、磷钾之间表现出协同作用，氮、磷、钾三因素综合施用具有更明显的加和效应，在盛花期净光合速率显著增加。马海洋等[22]通过“3414”试验发现氮、磷、钾肥间存在明显的交互作用，配合施用能提高肥效和卡因菠萝的产量。张美俊等[29]对糜子氮、磷、钾肥的“3414”试验的产量效应研究也表明氮、磷、钾肥之间存在一定的正交互作用，互相影响肥效的发挥。本研究结果与上述研究结果一致。

对于“3414”肥效试验拟合的方法有多种，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、线性加平台型。在众多研究结果中发现不同的肥效模型在对不同地点的不同作物拟合时所得产量结果也有所不同。韩峰等[30]对贵州71种水稻进行“3414”肥效拟合结果表明一元二次模型和线性加平台型是对三元二次模型的优化；王圣瑞等[11]对27种小麦进行“3414”肥效拟合结果表明一元二次模型是三元二次模型的补充。本次研究中对‘凤丹’分别采用三元、二元和一元模型进行拟合，综合分析不同拟合结果发现，二元二次模型最适合拟合‘凤丹’产量与氮、磷、钾肥之间的关系，根据氮磷和氮钾二元二次肥料效应模型计算出氮、磷、钾肥推荐最佳施肥量，分别为N 343.2 kg/hm2、P2O5109.7 kg/hm2、K2O 248.4 kg/hm2，最优经济产量可达1517.8～1579.5 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.32∶0.72，氮、磷、钾肥的二元二次肥效模型推荐施肥量与试验实际设计采用的最适施肥量相比，较接近本地区的氮、磷、钾实际最佳施肥量。

4 结论

合理的肥料配比和用量是‘凤丹’增产的保障。施用适量的氮、磷、钾肥可改善‘凤丹’单株果荚数、果荚直径、百粒重等农艺性状，增加产量，并且提高出仁率和种仁含油率，从而显著影响‘凤丹’单位面积的出油量，根据肥效试验拟合模型得出氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)的最佳推荐施肥量分别为343.2、109.7、248.4 kg/hm2，适宜的氮、磷、钾施肥比例为1∶0.32∶0.72。研究结果为本地区的油用牡丹‘凤丹’生产中氮、磷、钾肥的施用提供科学依据。