生姜高产优化施肥最佳方案的选择与分析

陈建峰

摘    要：以往生姜施肥忽视K肥和P肥，过多地施加N肥，造成生姜肥料中N、P、K的比例失衡，导致肥料中的重要营养物质大量流失。以福建省德化县为研究对象，采用3因子5水平最优回归设计法，进行生姜施肥氮肥、磷肥、钾肥用量的试验，找到生姜高产优化施肥的最佳方案，从而促进生姜种植实现高产量、高品质的理想阶段。

关键词：生姜;高产;优化施肥;最佳方案

文章编号： 1005-2690（2021）10-0028-02       中国图书分类号： S632.5       文献标志码： B

近年来，生姜种植规模在福建省德化县逐渐扩大，德化县多个乡镇兴起种姜。德化县土壤肥沃，本地黄姜有着悠久的种植历史。德化本地生姜具有独特口感，并且经专业部门检测其姜黄素含量远超出其他产地，而姜黄素的含量越高，生姜品質就越好。但想要生姜品质持续增长，就需要探索生姜高产优化施肥的最佳方案，使农户种植生姜时既能保证产量高，又能保证质量高。

1   材料与方法

1.1   种植方法

研究对象是德化县的土壤和生姜。德化县位于福建省的中部地带，地势较高，山脊多，溪流密布，流域面积985 km2。气候属中亚热带地区，四季分明，气候温暖潮湿，常年降水量充沛。试验田土壤含有机质13.7 g/kg、速效钾115.1 mg/kg、全氮1.1 g/kg、碱解氮59.2 mg/kg、速效磷11.0 mg/kg，pH值为8.5。

试验采用3因子5水平最优回归设计方法，将土壤地块按10 m2进行划分，把肥料中60%的氮肥作为基肥。其他40%投入磷、钾肥作为追肥，试验品种是德化本地生姜。

1.2   姜种处理

姜种必须选择符合栽培目的及相关生产需求的优良品种。在姜块筛选中，选择肥大且饱满光亮的姜块，如果姜块出现干裂、腐烂或质地较硬的现象，则进行刨除。在姜种处理中，对其进行以下5种流程的处理。

1.2.1   晒姜

在播种前的20～30 d，将所种植的姜种平摊。将姜块放置于背风向阳的平地或草席上，集体晾晒1～2 d。在傍晚收于室内进行遮盖，以防止夜间受凉。此外，若在晾晒过程中中午日光强烈，也可进行一定程度的遮阴，以防止暴晒对姜种造成损伤。

1.2.2   困姜

当姜种晾晒1～2 d后，可将姜种堆放于室内，并遮盖草帘，保持温度。将室内温度设定为11～16 ℃，堆放2～3 d后，对姜种进行二次筛选，剔除因困姜所导致受热、变软、变厚的劣质姜种。

1.2.3   催芽

在设定催芽湿度时，将整体湿度定为80%～85%，温度设定为22～28 ℃，完成变温催芽。在前期，将整体的催芽温度设定为23 ℃，当姜芽生长时，将其设定为26 ℃。在后期，将其设定为24 ℃。需要注意的一点是，在生姜种植中，当幼芽长度为1 cm左右时，便可以进行播种。

1.2.4   对姜种进行预处理

将需要播种的姜种分为35～75 kg的姜块。每个姜块上保留1个姜芽，少数姜块若有特殊情况也可保留两个，其余幼芽全部剔除。

1.2.5   浸种

作为最后一个步骤，可以对姜块进行浸泡，同时配比浸泡液。浸泡液采用1%的波尔多液浸种20 min;或采用1%的石灰水对其浸泡30 min后，取出晾干即可播种。

2   模型建立

试验结果见表1。

由表1数据计算得出N、P、K肥的含量与生姜产量的数学模型为Y=49 852 628.3+105.569 6x1+147.562 1

x2+168.565 0x3-92.462 4x12-136.625 0x22-89.154 2x32+

2.545 6x1x2+36.452 7x1x3-23.015 5x2x3，得出预测产量，并通过检验得出数学模型拟合的结论。

3   模型优化

3.1   产量最高施肥方案

想要生姜产量最高，根据数学模型分析，就需要将产量对每个变量的一阶偏导数趋于零，如将系数代入数学模型而得出105.569 6-184.924 8x1+2.545 6x2+

36.452 7x3=0;147.562 1-2.545 6x1-273.250x2+23.015 5x3=

0;168.565 0+36.452 7x1-23.015 5x2-178.308 4x3=0。

通过相关公式计算得出结果x1=0.874 5、x2=0.231 5、x3=1.205 4，即土壤应施P2O5 79.56 kg/hm2、N 317.12 kg/hm2、

K2O 356.17 kg/hm2，进一步计算出尿素852.24 kg/hm2、过磷酸钙684.18 kg/hm2、硫酸钾754.15 kg/hm2，产出生姜60 785.51 kg/hm2，由此找出生产生姜产量最高的施肥方案。

3.2   优化施肥方案

通过频次分析法控制各个因子的取值范围在N（x1）

为312.25 kg/hm2

由此计算出523.14 kg/hm2<尿素<974.48 kg/hm2、489.34 kg/hm2<过磷酸钙<758.23 kg/hm2、589.14 kg/hm2<硫酸钾<895.25 kg/hm2，经结果分析选出优化施肥方案。

4   模型解析

經单因子效应分析，在上述数学模型采用降维法，将两个因子固定在0水平，得到了各个因子对产量的回归子模型，对回归子模型进行求导并让其为0，得出因子在达到产量峰值时的氮[1]。三氧化二磷、一氧化二钾实际用量分别为386.93 kg/hm2、389 kg/hm2。对于各个回归子模型采用变幅方差法分析，得到因子对生姜产量的影响顺序为钾肥>氮肥>磷肥。双因子互作效应分析，同样采用降维法，可分别得到两个因子对于产量的回归子模型。

Y=49 852 628.3+105.569 6x1+147.562 1x2+168.565

x3-92.462 4x12-136.625 0x22-89.154 2x32+2.545 6x1x2+

36.452 7x1x3-23.015 5x2x3

Y12=49 852 628.3+105.569 6x1+147.562 1x2+2.545 6

x1x2-92.462 4x12-136.625 0x22

Y13=49 852 628.3+105.569 6x1+168.565x3-92.462 4

x12-89.154 2x32+36.452 7x1x3

Y23=49 852 628.3+147.562 1x2+168.565x3-136.625 0

x22-89.154 2x32-23.015 5x2x3

氮肥和钾肥互作效应，由两个因子互作效应等可以说明，两者存在明显的正相关关系[2]，就是说钾与氮互作效应明显。提高肥料的利用率，增强群体的抗逆能力，就必须做到氮钾配合施用，两个因素配合最佳协调点为x1=0.87、x2=1.37时，理论产量为59 120 kg/hm2，可以看出两因素边际替代的范围较宽。若一因素用量不足，可通过增加另一个因素的实施用量进行补充，同样具有丰产增收的效果。

氮肥和磷肥的互作效应，由两因素产量效应子模型可以表明，氮肥和磷肥之间存在正向相关关系，观察互作效应等从而得出，两者之间x1=0.66、x2=0.37时，为两因素的最佳协调点，此时获得了最高理论产量为58 991 kg/hm2。

磷肥和钾肥的互作效应，两者之间有负向相关关系[3]。当x1=0.33、x2=1.12时，为两因素的最佳协调点，此时获得了最高理论产量为59 041 kg/hm2。

5   结束语

根据3因子5水平的最优回归设计方法，创建优化德化传统大姜产量数学分配模型，通过对模型数据的分析德化传统大姜高产高效栽培，氮肥、磷肥、钾肥3因子作用影响排序为钾肥>氮肥>磷肥[4]，并且氮肥与磷肥和钾肥之间存在正相关关系，磷肥与氮肥之间存在负相关关系[5]。

在福建地区，获得最高产量的生姜（60 132.14 kg/hm2）的肥料配比方案为：尿素932.46 kg/hm2、过磷酸钙756.04 kg/hm2、硫酸钾851.19 kg/hm2;其中能够获得最大收入（91 587.84元/hm2）的肥料配比为：尿素922.36 kg/hm2、过磷酸钙743.24 kg/hm2、硫酸钾841.24 kg/hm2。

参考文献：

[ 1 ] 高德民.生姜生物学特性的研究[J].中国野生植物资源，2011，30（3）：24-25.

[ 2 ] 董灿兴，徐坤，谷顼，等.有机土配方与生姜产量品质的关系[J].植物营养与肥料学报，2009，15（4）：871-876.

[ 3 ] 孔祥波，徐坤，尚庆文，等.生物有机肥对生姜生长及产量、品质的影响[J].中国土壤与肥料，2007（2）：64-67.

[ 4 ] 徐坤，康立美.生姜高产栽培技术研究[J].山东农业科学，1999（2）：28-29.

[ 5 ] 艾希珍，赵德婉，曲静然，等.施肥水平对生姜生长及产量的影响[J].中国蔬菜，1997（1）：20-23.