荒漠区灰钙土土壤养分对甘草经济效益的影响

宋学林, 谢晓蓉, 刘金荣

(1.张掖市种子管理局, 甘肃 张掖 734000； 2.甘肃中医药大学,甘肃 兰州 730020； 3.兰州大学 草地农业科技学院, 甘肃 兰州 730020)

近年来，随着甘草产业开发利用的不断深入，甘草在甘肃省河西走廊荒漠区种植业结构调整中占有重要地位。甘肃省河西走廊荒漠区具有得天独厚的自然环境条件和区位优势，日照时间3 000～3 400 h，年均温度5.2～7.5 ℃，≥10的积温为2 400～2 800 ℃，年降水量100～150 mm，年蒸发量2 000～3 000 mm，无霜期105 ～130 d，海拔1 800～2 300 m的灰钙土是甘草种植的最佳生态区。近年来，甘肃省河西走廊从国外引进了乌拉尔甘草、无腺毛甘草、光果甘草、胀果甘草、粗毛甘草、圆果甘草、刺果甘草和光国甘草，建立了加工型甘草生产基地2.97×104hm2，年产鲜甘草2.86×105t，建成了永正药业2.50×104t中药材加工生产线，宏泰药业2 000 t中药材加工生产线，甘草产业已发展成为甘肃河西走廊荒漠区农民增收,企业增效的重要支柱产业之一。随着甘草产业的发展，目前日益凸显的主要问题是：农户超量施用氮磷化肥的现象非常普遍，没有施用钾肥和锌肥的习惯，土壤养分比例失衡，缺钾和缺锌的生理性病害经常发生，导致甘草品质和药效较差，产量低而不稳。因此，研究甘草氮磷钾锌经济效益最佳施肥量是本地区甘草产业可持续发展的关键所在。近年来，有关甘草施肥技术研究受到了广泛关注[1-10]。然未见甘肃省河西走廊灰钙土甘草氮磷钾锌最佳施肥量方面的报道。本文拟以甘草和氮磷钾锌为研究材料，采用田间试验方法，分析氮磷钾锌不同梯度施用量对甘草的增产效果和经济效益，阐明甘肃省河西走廊荒漠区灰钙土甘草氮磷钾锌经济效益最佳施肥量，以期为甘草合理施肥提供技术支撑。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验地概况 试验于2015—2017年在甘肃省张掖市民乐县三堡镇上二坝寨村进行，海拔2 128 m，100°53′22″E，37°48′17″N，年均温5.2 ℃，≥10 ℃积温2 685 ℃，年均降水量330 mm，年均蒸发量1 850 mm，无霜期105 d。供试土壤类型是灰钙土。在试验地种植前(2015年4月30)采用对角线采样方法，在试验地布置5个采样点，每个采样点采集0—20 cm土样3 kg，用四分法带回1 kg混合土样，风干15 d，过1 mm筛，室内测定含有机质12.67 g/kg，碱解氮45.64 mg/kg，速效磷5.60 mg/kg，速效钾125.20 mg/kg，有效锌0.41mg/kg，pH值7.83，阳离子交换量CEC 12.80 mol/kg，容重1.24 g/cm， 总孔隙度53.21%，土壤质地为壤质土，前茬作物是青稞。

1.1.2 试验材料 尿素(含N 46%，粒径2～3 mm，甘肃刘家峡化工厂产品)；过磷酸钙(含P2O520%，粒径2～5 mm，云南云天化国际化工股份有限公司产品)；硫酸钾(含K2O 50%，粒径2～3 mm，湖北兴银河化工有限公司产品)，硫酸锌(含Zn 23%，粒径2～3 mm，甘肃刘家峡化工厂产品)；甘草品种(乌拉尔甘草，从甘肃省武威市民勤县农业技术推广站引进)。

1.2 试验方法

1.2.1 试验处理 氮(N)素施肥量梯度分别设计为0,90,180,270,360,450,540,630 kg/hm2，以不施氮为CK，每个处理施用P2O5260 kg/hm2+K2O 160 kg/hm2做肥底；磷(P2O5)素施肥量梯度分别设计为0,45,90,135,180,225,270,315 kg/hm2，以不施磷为CK,每个处理施用N 460 kg/hm2+K2O 160 kg/hm2做肥底；钾(K2O)素施肥量梯度分别设计为0,30,60,90,120,150,180,210 kg/hm2，以不施钾为CK,每个处理施用N 460 kg/hm2+P2O5260 kg/hm2做肥底；锌(Zn)素施肥量梯度分别设计为0,4.50,9.00,13.50,18.00,22.50,27.00,31.50 kg/hm2，以不施锌为CK,每个处理施用N 460 kg/hm2+P2O5260 kg/hm2+K2O 160 kg/hm2做肥底。每个试验设计8个处理，每个处理重复3次，随机区组排列。

1.2.2 种植方法 试验小区面积为40 m2(8 m×5 m)，小区四周筑埂，埂宽50 cm，埂高30 cm。种植时间为2015年的4月30日，将直径1.5 cm的根茎截成 10～15 cm 的小段，每段 1～2 个芽，按株距30 cm，行距40 cm，深度15 cm开沟，将剪好的根茎节平摆沟底覆土压实，每个小区种植6行，每小区保苗160株，种植后立即灌水。1/3肥料在第2次灌水时追施， 2/3肥料在第3次灌水时追施，追肥方法为条施，其他田间管理措施与大田相同。

1.2.3 测定项目与方法 定点试验3 a后，于2017年9月30日每个试验小区单独收获，将小区产量折合成单位公顷(hm2)产量进行统计分析[11]。

边际产量=每增加一个单位肥料用量时

所得到的产量-前一个处理的产量

(1)

边际产值=边际产量×产品价格

(2)

边际成本=边际施肥量×肥料价格

(3)

边际利润=边际产值-边际成本

(4)

边际施肥量=后一个处理

施肥量-前一个处理施肥量

(5)

每千克 N,P,K,Zn增产量=

(N,P,K,Zn增产量)/(N，P，K，Zn施肥量)

(6)

1.2.4 数据分析方法 差异显著性采用DPSS 10.0统计软件分析，多重比较，LSR检验法。依据经济效益最佳施肥量计算公式：

x0=〔(Px/Py)-b〕/2c

(7)

式中：Px——肥料平均销售价格(元/t)；Py——农产品平均收购价格(元/t)。b,c——回归系数。

求得N,P,K,Zn经济效益最佳施肥量(x0)[12]，依据Y=a+bx+cx2回归方程，求得甘草鲜根理论产量(y)[13]。甘草价格依据2017年试验时间内当地加工企业收购价格确定。

2 结果与分析

2.1 甘草氮素最佳经济效益施肥量

2.1.1 氮素施肥量对甘草增产效果和经济效益的影响 定点试验3 a后，于2017年9月30日甘草收获时测定数据可以看出，随着氮素施肥量梯度的增加，甘草鲜根产量在梯增。氮素施肥量由90 kg/hm2递增到630 kg/hm2时，甘草鲜根产量由9.36 t/hm2递增到13.26 t/hm2。氮素施肥630 kg/hm2与540 kg/hm2比较，增产0.60%，差异不显著(p>0.05)；与450 kg/hm2比较，增产5.83%，差异显著(p<0.05)；与施肥量360,270,180,90 kg/hm2比较，分别增产12.47%,20.33%,29.87%,41.67%，差异极显著(p<0.01)。

经施肥利润分析可以看出，氮素施肥量由90 kg/hm2递增到450 kg/hm2时，施肥利润随着氮素施肥量梯度的增加而递增，氮素施肥量超过450 kg/hm2时，施肥利润开始下降。由此可见，氮素适宜用量一般不要超过450 kg/hm2。进一步分析可以看出，随着氮素施肥量梯度的增加，千克氮素增产量在递减。将氮素不同梯度施肥量与甘草鲜根产量进行经济效益分析可知[14-15]，随着氮素施肥量梯度的增加，边际产量由最初的0.91 t/hm2递减到0.08t/hm2；边际产值由最初的4 550元/hm2递减到400元/hm2；边际利润由最初的1 028.30元/hm2递减到-3 121.70元/hm2。氮素施肥量在450 kg/hm2的基础上再继续增加施肥量，边际利润出现负值(见表1)。

表1 氮素施肥量对甘草增产效果和经济效益的影响

注：同列数据大写字母不同表示LSR0.01水平差异显著，小写字母不同表示LSR0.05水平差异显著，下同。

2.1.2 甘草氮素最佳经济效益施肥量确定 将表1氮素不同梯度施肥量与甘草鲜根产量间的关系，采用肥料效应函数方程Y=a+bx+cx2拟合，得到的回归方程为：

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

(8)

对回归方程进行显著性测验，F=20.19**，F0.01=18.84，r= 0.983 4**，说明回归方程拟合良好。2017年氮素市场平均销售价格(Px)为39 130元/t，2017年甘草鲜根市场平均收购价格为(Py)为5 000元/t，将Px,Py,回归方程的b和c代入公式(7),求得甘草氮素最佳经济效益施肥量(x0)为0.46 t/hm2，将x0代入(8)式，求得甘草氮素最佳经济效益施肥量时的甘草鲜根理论产量(y)为12.81 t/hm2, 回归统计分析结果与田间试验处理的氮素施肥量450 kg/hm2基本吻合(见表1)。

2.2 甘草磷素最佳经济效益施肥量

2.2.1 磷素施肥量对甘草增产效果和经济效益的影响 定点试验3 a后，2017年9月30日甘草收获时测定数据可以看出，随着磷素施肥量梯度的增加，甘草鲜根产量在梯增。磷素施肥量由45 kg/hm2递增到315 kg/hm2时，甘草鲜根产量由10.79 t/hm2递增到13.60 t/hm2。磷素施肥315 kg/hm2与270 kg/hm2比较，增产2.49%，差异不显著(p>0.05)；与225 kg/hm2比较，增产5.75%，差异显著(p<0.05)；与施肥量180,135,90,45 kg/hm2比较，分别增产9.50%,13.90%,19.30%,26.04%，差异极显著(p<0.01)。经施肥利润分析可以看出，磷素施肥量由45 kg/hm2递增到270 kg/hm2时，施肥利润随着磷素施肥量的增加而递增，磷素施肥量大于270 kg/hm2时，施肥利润开始下降。由此可见，磷素适宜用量不要超过270 kg/hm2。磷素施肥量由45 kg/hm2递增到315 kg/hm2时，每1 kg磷素增产量由19.78 kg递减到11.75 kg,说明单位磷素增产量随磷素施肥量梯度的增加而递减。将磷素不同梯度施肥量与甘草鲜根产量进行经济效益分析可以看出，随着磷素施肥量梯度的增加，边际产量由最初的0.89 t/hm2递减到0.33 t/hm2；边际产值由4 450元/hm2递减到1 650元/hm2；边际利润由2 450.20元/hm2递减到-349.80元/hm2。磷素施肥量在270 kg/hm2的基础上再继续增加施肥量，边际利润出现负值(见表2)。

表2 磷素施肥量对甘草增产效果和经济效益的影响

2.2.2 甘草磷素最佳经济效益施肥量确定 将表2磷素不同梯度施肥量与甘草鲜根产量间的关系，采用肥料效应函数方程y=a+bx+cx2拟合，得到的回归方程为：

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

(9)

对回归方程进行显著性测验，F=26.98**，F0.01=25.17，r=0.965 8**，说明回归方程拟合良好。2017年磷素市场平均销售价格(Px)为44 440元/t，2017年甘草鲜根市场平均收购价格(Py)为5 000元/t，将Px,Py,回归方程的b和c代入公式(7),求得甘草磷素最佳施肥量(x0)为0.26 t/hm2，将x0代入(9)式，求得甘草磷素最佳施肥量时的甘草鲜根理论产量(y)为13.35 t/hm2, 回归统计分析结果与田间试验处理7磷素施肥量270 kg/hm2基本吻合(见表2)。

2.3 甘草钾素最佳经济效益施肥量

2.3.1 钾素施肥量对甘草增产效果和经济效益的影响 定点试验3 a后，2017年9月30日甘草收获时测定数据可以看出，随着钾素施肥量梯度的增加，甘草鲜根产量在递增。钾素施肥量由30 kg/hm2递增到210 kg/hm2时，甘草鲜根产量由11.11 t/hm2递增到13.34 t/hm2。钾素施肥量210 kg/hm2与180和150 kg/hm2比较，增产1.75%和4.06%，差异不显著(p>0.05)；与120 kg/hm2比较，增产7.24%，差异显著(p<0.05)；与施肥量90,60和30 kg/hm2比较，分别增产10.89%,15.10%和20.07%，差异极显著(p<0.01)。经施肥利润分析可知，钾素施肥量由30 kg/hm2递增到150 kg/hm2时，施肥利润随着钾素施肥量梯度的增加而递增，当钾素施肥量在150 kg/hm2的基础上再继续增加，施肥利润开始下降。由此可见，钾素适宜用量一般为150 kg/hm2时，施肥利润达到最大值。钾素施肥量由30 kg/hm2递增到210 kg/hm2时，千克钾素增产量则由18.67 kg递减到10.33 kg,说明单位钾素增产量随钾素施肥量梯度的增加而递减。随着钾素施肥量梯度增加，边际产量由最初的0.56 t/hm2递减到0.23 t/hm2；边际产值由2 800元/hm2递减到1 150元/hm2；边际利润由1 000元/hm2减少到-650元/hm2，钾素施肥量在150 kg/hm2的基础上再增加30 kg/hm2，边际利润出现负值(见表3)。

2.3.2 甘草钾素最佳经济效益施肥量确定 将表3钾素不同梯度施肥量与甘草鲜根产量间的关系，采用肥料效应函数方程y=a+bx+cx2拟合拟合，得到的回归方程为：

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

(10)

对回归方程进行显著性测验，F=24.05**，F0.01=22.44，r=0.982 3**，说明回归方程拟合良好。2017年钾素市场平均销售价格(Px)为60 000元/t，2017年甘草鲜根市场平均收购价格(Py)为5 000元/t，将Px,Py,回归方程的b和c代入公式(7),求得甘草钾素最佳施肥量(x0)为0.16 t/hm2，将x0代入(10)式，求得甘草钾素最佳施肥量时的甘草鲜根理论产量(y)为13.06 t/hm2, 回归统计分析结果与田间试验处理的钾素施肥量150 kg/hm2基本吻合(见表3)。

2.4 甘草锌素最佳经济效益施肥量

2.4.1 锌素施肥量对甘草增产效果和经济效益的影响 定点试验3 a后，2017年9月30日甘草收获时测定数据可以看出，随着锌素施肥量梯度的增加，甘草鲜根产量在递增。锌素施肥量由4.50 kg/hm2递增到33.60 kg/hm2时，甘草鲜根产量由12.27 t/hm2递增到13.18 t/hm2。锌素施肥量33.60 kg/hm2与施肥量27，22.50和18 kg/hm2比较，分别增产0.77%,1.70%和2.80%，差异不显著(p>0.05)；与13.50 kg/hm2和9 kg/hm2比较，分别增产5.53%和5.61%，差异显著(p<0.05)；与4.50 kg/hm2比较，增产7.42%，差异极显著(p<0.01)。经施肥利润分析可知，锌素施肥量由4.50 kg/hm2递增到22.50 kg/hm2时，施肥利润随着锌素施肥量梯度的增加而递增，当锌素施肥量在22.50 kg/hm2的基础上再继续增加4.50 kg/hm2，施肥利润开始下降。由此可见，锌素适宜用量一般为22.50 kg/hm2时，施肥利润最大。锌素施肥量由4.50 kg/hm2梯增到33.60 kg/hm2时，千克锌素增产量则由55.56 kg递减到36.83 kg,说明单位锌素增产量随锌素施肥量梯度的增加而递减。随着锌素施肥量梯度增加，边际产量由最初的0.25 t/hm2递减到0.10 t/hm2；边际产值由1250元/hm2递减到500元/hm2；边际利润由624.50元/hm2减少到-125.50元/hm2，锌素施肥量在22.50 kg/hm2的基础上再增加4.50 kg/hm2，边际利润出现负值(见表4)。

2.4.2 甘草锌素最佳经济效益施肥量确定 将表4钾素不同梯度施肥量与甘草鲜根产量间的关系，采用肥料效应函数方程y=a+bx+cx2拟合，得到的回归方程为：

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

(11)

对回归方程进行显著性测验，F=14.43**，F0.01=13.46，r=0.965 7**，说明回归方程拟合良好。2017年锌素市场平均销售价格(Px)为139 000元/t，2017年甘草鲜根市场平均收购价格(Py)为5 000元/t，将Px,Py,回归方程的b和c代入公式(7),求得甘草锌素最佳施肥量(x0)为21.38 kg/hm2，将x0代入(11)式，求得甘草锌素最佳施肥量时的甘草鲜根理论产量(y)为12 760.32 kg/hm2， 回归统计分析结果与田间试验处理的锌素施肥量22.50 kg/hm2基本吻合(见表4)。

表4 锌素施肥量对甘草增产效果和经济效益的影响

3 讨论与结论

甘草鲜根产量和增产量随着氮磷钾锌施肥量梯度的增加而增加，但千克氮磷钾锌增产量、边际产量和边际产值均随着氮磷钾锌施肥量梯度的增加而递减；施肥利润随着氮磷钾锌施肥量梯度的增加而逐渐增大，到达最大值后，施肥利润开始下降，呈现报酬递减律；边际利润随着氮磷钾锌施肥量梯度的增加在逐渐下降，最终出现负值。边际产值大于边际成本，此时施肥利润大于肥料投资，说明边际产值虽然递减，但是收入不断增加，施肥还可以增收，此时应继续增加施肥量，扩大施肥利润；边际产值小于边际成本，此时施肥所增加的收入小于肥料投资，此时施肥虽然甘草鲜根产量在增加，但从经济效益来讲是不合算的，应适当减少施肥量，这种变化规律与秦嘉海等[16-17]的研究结果相一致。究其原因是河西走廊荒漠区灰钙土速效氮磷钾含量较低，有效锌缺，甘草施用氮、磷、钾、锌4种肥料具有明显的增产效果。但最高产量的施肥量并不是经济效益最佳施肥量，经济效益最佳施肥量必然低于最高产量施肥量，在生产实践中，一定要重视经济效益最佳施肥量，不能单纯追求高产，以防止盲目投入造成不必要的经济损失。

经回归统计分析，甘草鲜根产量与氮磷钾锌的肥料效应回归方程为：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，甘草氮磷钾锌经济效益最佳施肥量为0.46，0.26，0.16和0.02 t/hm2，甘草鲜根理论产量为12.81,13.35,13.06,12.76 t/hm2，统计分析结果与田间试验结果基本一致，对指导农户合理施肥具有一定的参考价值。