马铃薯新品种兴佳2号优化施肥研究

陈孝赏 陈伟强 张中熙 蔡东升

摘要 研究興佳2号的需肥规律，为合理施肥、减少和避免不合理施肥所造成的浪费和环境污染提供理论依据。采用“3414”最优回归设计，研究氮、磷、钾施用量对马铃薯块茎产量的影响，建立相应的肥料效应函数模型。对于马铃薯高产栽培种，钾肥用量对产量的影响最大，其次是磷肥用量和氮肥用量。由此可见，增钾、控氮、适磷的施肥措施是马铃薯获得高产的有效措施。产量高于25.0 t/hm2和利润大于2.0万元/hm2的优化施肥方案为氮肥用量116.42～156.13 kg/hm2，磷肥用量85.45～119.75 kg/hm2，钾肥用量229.69～318.25 kg/hm2。为了高产不能偏面增加肥料用量，需要将氮肥、磷肥、钾肥配施，同时应做好土壤培肥工作。马铃薯栽培中的优化施肥技术研究可采用“3414”最优回归设计。

关键词 马铃薯;肥料效应;最佳用量;兴佳2号;“3414”最优设计

中图分类号 S532文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2020）07-0176-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.07.050

Study on Fertilization Optimization in Potato （cv.Xingjia No.2）

CHEN Xiaoshang，CHEN Weiqiang，ZHANG Zhongxi et al

（Taizhou Academy of Agricultural Sciences，Linhai， Zhejiang 317000）

Abstract To provide a scientific basis for rational fertilization，as well as to avoid and reduce the waste pollution caused by irrational fertilization，the nutrient requirement law of potato （cv.Xingjia No.2） was studied.The effect of nitrogen，phosphorus，and potassium fertilizer supplies on potato tuber yield was tested by employing “3414” optimum regression design method.Corresponding mathematical models were established.In highyielding cultivation of potato，the application amount of K fertilizer had the greatest effect on potato yield，while N and P fertilizer had a minor effect.Thus，to control N，increase K and properly use P fertilizer was the effective measure to obtain high yield in potato.The optimum fertilizer combination for potato yield more than 25.0 t/hm2 and profits more than 20 000 yuan/hm2 was nitrogen 116.42-156.13 kg/hm2，phosphorus 85.45-119.75 kg/hm2，potassium 229.69-318.25 kg/hm2.Overuse of fertilizer to increase yield was not desirable.Instead，NPK fertilizers should be combined and soil fertility should be well managed.The “3414” optimum regression design could be applied to optimization techniques in potato cultivation.

Key words Potato;Fertilizer effect;Optimum amount;Xingjia No.2;“3414” optimum design

基金项目 台州市科技计划项目（15ny08）。

作者简介 陈孝赏（1976—），男，浙江天台人，高级农艺师，农业推广硕士，从事农作物高产栽培技术及新品种推广工作。

收稿日期 2019-10-08

马铃薯（Solanum tuberosum）是世界上四大主要作物之一，其种植面积广泛、适应性强、产量高且营养丰富，是一种粮蔬兼用及工业原料等多用途的作物。2013年浙江省《关于加快发展旱粮生产的意见》出台和2015年国家马铃薯主粮化战略启动[1]，浙江省马铃薯的种植面积不断扩大。马铃薯品种良种化和先进适用栽培技术也逐渐得到重视。农户耕作粗放，偏面追求产量而大量施用化肥，导致环境污染，且经济效益不高。

“3414”最优回归设计是目前国内应用比较广泛的肥料效应田间试验方案[2]。一些学者应用“3414”试验设计对马铃薯、玉米（Zea mays）、棉花（Gossypium spp）、大豆（Glycine max）、芋（Colocasia esculenta）、水稻（Oryza sativa）、大麦（Hordeum vulgare）、花生（Arachis hypogaea）、茄子（Solanum melongena）和甘薯（Dioscorea esculenta）等作物进行肥料效应试验，建立氮磷钾与产量的肥料效应函数模型，求得最佳施肥方案 [3-18]。笔者开展了马铃薯“3414”肥料试验，提出最佳施肥方案，这对提高肥料利用率、降低生产成本具有十分重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料 供试材料为黑龙江省大兴安岭地区农业林业科学研究院选育的马铃薯新品种“兴佳2号”，系脱毒种薯，由仙居县种子公司提供。

供试肥料均选用单质肥料，氮素为46%的尿素，磷素为12%的过磷酸钙，钾素为51%硫酸钾。

1.2 试验地概况

试验地设在仙居县白塔镇下崔上宅村，地势平坦，地力均衡，排灌条件较好。前茬作物为水稻，土壤为砂泥田。翻耕前多点取样风干化验，土壤测试值：有机质33.4 g/kg、碱解氮240.0 mg/kg、速效磷24.0 mg/kg、速效钾225.0 mg/kg、pH 5.81。

1.3 试验方法 采用“3414”最优回归设计，设氮、磷和钾3个因素，4个水平，14个处理，3个因素及其设计水平列于表1。采用随机区组排列，3次重复，共42个小区，小区面积20 m2。

除处理因素外，其他栽培措施与大田生产相同。

1.4 数据分析

试验数据采用DPS软件[19]进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同肥料处理的产量分析 把肥料处理①～B14试验小区的产量折算成1 hm2产量，列于表2。从表2可以看出，处理⑥的产量最高，为26.35 t/hm2，其次为处理③，处理①的产量最低，仅为处理⑥的31.2%。同时处理⑥的利润最高，达21 985元/hm2，其次为处理③，处理①的利润为-10 533元/hm2。方差分析结果表明，处理间的P=0<0.01，差异达极显著水平，说明不同处理间的产量差异达极显著水平。

2.2 土壤缺素分析 试验方案中处理①（N0P0K0）为空白区，处理②（N0P2K2）为缺氮区，处理④（N2P0K2）为缺磷区，

处理⑧（N2P2K0）为缺钾区，处理⑥（N2P2K2）施肥区。缺素区的相对产量采用缺素区产量占施肥区产量的百分比[2]。经统计，马铃

薯的基础肥力产量8.23 t/hm2，其相对产量31.2%，也就是马铃薯产量对土壤的依存率为31.2%。缺氮、缺磷和缺钾的相对产量分别为78.0%、72.5%和66.6%，即氮、磷、钾对马铃薯产量的贡献率为22.0%、27.5%和33.4%，说明3种肥料对产量的影响大小为钾>磷>氮（表3）。

2.3 一元二次肥料效应函数模型的建立 以处理②、③、⑥、B11进行N肥料效应拟合，以处理④、⑤、⑥、⑦对P肥料效应进行拟合，;以处理⑥、⑧、⑨、⑩进行K肥料效应拟合，得出3个一元肥料效应函数模型：

Y=-2.270 8N2+7.422 8N+20.517 8 R2=0.980 5  （1）

Y=-1.801 7P2+7.201 0P+19.089 3 R2=0.987 5（2）

Y=-2.208 3K2+8.866 3K+17.621 3 R2=0.990 8 （3）

通過求导法得出最大施肥量和最佳施肥量（表4）。

2.4 二元二次肥料效应函数模型的建立 以处理②、③、④、⑤、⑥、⑦、B11、B12进行NP肥料效应拟合，以处理②、③、⑥、⑧、⑨、⑩、B11、B13对NK肥料效应进行拟合，以处理④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨、⑩、B14进行PK肥料效应拟合，得出3个一元肥料效应函数模型：

Y=3.986 8+12.076 5N+11.847 7P-2.260 8N2-1.789 6P2-2.343 9NP R2=0.982 6  （4）

Y=10.687 0+8.150 3N+9.222 1K-2.334 8N2-2.162 9K2-0.255 1NK  R2=0.984 2  （5）

Y=13.293 1+5.907 2P+7.207 8K-1.865 0P2-2.164 4K2+0.754 5 PK R2=0.989  0 （6）

通过边际效益分析得出最大施肥量和最佳施肥量（表4）。

2.5 三元二次肥料效应函数模型的建立 通过二次多项式回归分析，得到氮、磷、钾与马铃薯产量的三元二次肥料效应函数方程：

Y=8.127 3+8.779 5N+6.527 7P+3.443 5K-2.108 2N2-1.637 0P2-1.936 4K2-1.536 5NP+0.655 9NK+1.667 5PK R=0.989 9    F=445.336 3 （7）

此方程中R2、F反映出該三元二次肥料效应函数方程拟合成功，说明模型真实可靠，能较准确地反映客观实际，可用建立的数学模型进行各项指标的分析。通过边际效益分析得出，当N、P2O5、K2O 为1.557、2.370、2.173时，马铃薯的产量达到最大，为26.437 t/hm2，其相对的农艺措施为140.09、106.65、293.38 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O≈1∶0.7∶2。当N、P2O5、K2O 为1.512、2.248、1.970时，马铃薯的最佳经济产量为26.368 t/hm2，其相对的农艺措施为136.08 、101.15 、265.96 kg/hm2（表4）。

2.6 频数统计分析 各因素在马铃薯产量大于25.0 t/hm2和利润大于2.0万元/hm2时的取值频率分布见表5。

设定氮、磷、钾的水平步长为0.3，水平值为0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8、2.1、2.4、2.7和3.0这11级，3个参试因素11个处理水平共有1 331套方案。通过计算机模拟寻优，得到表5。马铃薯的产量高于25.0 t/hm2和利润大于2.0万元/hm2的施肥方案有85套，占所有组合方案的6.39 %，其中氮、磷和钾的高产频数峰值分别集中在1.2～1.8、2.1～2.7和1.8～2.4。统计分析得出，产量高于25.0 t/hm2和利润大于2.0万元/hm2的农艺措施优化组合方案为氮肥用量116.42～156.13 kg/hm2，磷肥用量85.45～119.75 kg/hm2，钾肥用量229.69～318.25 kg/hm2，3因素的平均取值分别为136.28、102.60 和273.97 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O ≈1.0∶0.75∶2.0。

3 结论

“3414”最优回归设计是目前国内应用比较广泛的肥料效应田间试验方案。该方案除能构建1个三元二次肥料效应函数模型外，也可以构建3个二元二次肥料效应函数模型和3个一元一次肥料效应函数模型[20]。该试验构建的7个肥料效应函数模型中的理论值与实测值之间的相关系数R2达极显著水平，说明该数学模型具有较强的实用性，可用来指导试验和应用于农业生产。

研究表明，氮、磷、钾对马铃薯产量的贡献率为22.0%、27.5%和33.4%，说明3种肥料对产量的影响为钾>磷>氮。通过频数统计分析，得出产量高于25.0 t/hm2和利润大于2.0万元/hm2的优化施肥方案为氮肥用量116.42～156.13 kg/hm2，磷肥用量85.45～119.75 kg/hm2，钾肥用量229.69～318.25 kg/hm2。该方案包含了7个肥料效应函数模型，得到最大施肥量和最佳施肥量，说明该方案是可行的。

吴艳秋等[21]指出，“3414”最优回归设计能够通过模拟寻优找到目标产量以上的所有方案，得出各因子的取值区间、平均值和频数分布，特别是频数分布，能检验水平2设置的准确性。该试验中氮、磷和钾的高产频数峰值分别集中在1.2～1.8、2.1～2.7和1.8～2.4，说明该试验水平2中氮肥施用量偏高，磷肥施用量偏低，钾肥施用量比较恰当。

该试验虽然成功构建了三元二次肥料效应函数模型，但只有一年一点的数据，代表性有所欠缺，有待在实际生产中进一步验证。

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