“3414”肥料效应函数分析香梨初果期施肥参数

吉光鹏，张栋海，牛蛉磊，姜继元，赵思峰，吴玉蓉

(1.新疆生产建设兵团第三师农业科学研究所，新疆图木舒克 843900；2.新疆农垦科学院，新疆石河子 832000；3.石河子大学，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意义】库尔勒香梨主要种植于新疆巴音郭楞蒙古自治州、阿克苏地区、喀什地区等地，已成为该区域林果产业的主要种植树种[1]。截止2016年，库尔勒香梨的种植总面积72 993.33 hm2，全区种植单产提高到16.22 t/hm2[2]。化肥的使用总量不断增加，造成土壤有机肥缺乏，土壤基础地力下降，理化性质变差，香梨树体缺乏营养，导致抗病能力下降，水肥运筹失衡已成为库尔勒香梨持续、高效发展的主要制约因素。【前人研究进展】测土配方施肥逐年扩大[3]。测土配方施肥技术，包括经验法、养分平衡法、地理差减法和肥料效应函数法，但在果树上应用较多的还是肥料效应函数法。“3414”肥料效应试验方案是推荐采用的方案设计[4-5]。“3414”设计不仅可以作为一个完整的三因素试验用于建立三元二次肥料效应回归方程，而且还可以作为3个二因素或三个单因素试验建立二元或一元肥料效应回归方程，通过肥料效应函数分析，得出该作物在某产地的推荐施肥量[6-8]。应用“3414”试验分别在大田作物[9-13]和果树[14-16]上对施肥参数做过研究。【本研究切入点】有关“3414”肥料效应试验在作为多年生树体的库尔勒香梨上的报道很少。研究初果期密植香梨“3414”肥效试验。【拟解决的关键问题】应用肥料效应函数法，研究香梨初果期密植香梨的推荐施肥量，提高库尔勒香梨种植过程中的肥料利用率，为库尔勒香梨土壤养分的高效利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

以新疆生产建设兵团第三师49团7连丰产田库尔勒香梨为试验对象。试验地地理位置为39°65′N、78°95′E，海拔1 108.8 m，年平均日照时间2 449.6 h，无霜期达到225 d，年平均气温12.8℃，年均降水量63.2 mm，年均蒸发量2 127.2 mm，年均相对湿度在55%以下，属典型暖温带内陆型极端干旱气候。

2019年3月21日对试验地取土样测定土壤初始物理性状，包括土壤质地(干筛法测定)砂质壤土、土壤容重(环刀法测定)1.34 g/cm3、土壤比重(比重瓶法测定)2.60 g/cm3、土壤总孔隙度48.46%、土壤毛管孔隙度27.86%、田间持水量(环刀法测定)20.79%。采用“s”法分层采集土样，送乌鲁木齐谱尼测试科技有限公司，测得0～80 cm土层土壤有机质7.56 g/kg，全盐0.3 g/kg，pH值8.43，全氮655 mg/kg，全磷808 mg/kg，全钾2.26%，碱解氮40.55 mg/kg，速效磷17.75 mg/kg，速效钾98 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用“3414”完全试验方法(即:氮、磷、钾3因素，每个因素4个水平，共14 个处理的肥料试验设计方案。4 个水平的含义:0 水平指不施肥，2水平指当地最佳施肥量的近似值，1水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5(该水平为过量施肥水平)。分别在初果期、盛果期、果实膨大期，每处理选取10株长势均匀的香梨树采取施肥枪施肥的方法分3次施入。表1

表1 试验处理编码及肥料用量Table1 Test treatment code and fertilizer consumption

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 新稍粗度、果实横径每个处理选取有代表性的3株树新梢挂牌编号，分别在库尔勒香梨初果期、果实膨大期，测定新梢的粗度、果实横径。

1.2.2.2 比叶重每个处理选取3个新梢，利用浙江托普云农科技股份有限公司生产的YMJ-B叶面积测量仪测定新梢叶面积值，并测定该面积值的叶片重量，计算叶片比叶重，即：比叶重=W/n×S。W为取样叶片总重量，n为取样叶片数量，S为叶片面积。

1.2.2.3 SPAD值在挂牌的新梢，选取中部叶片利用SPAD502 plus测定各时期的SPAD值。

1.2.2.4 单叶净光合速率在挂牌的新梢，选取中部叶片利用浙江托普云农科技股份有限公司生产的3051C植物光合速率测定仪测定各时期的单叶净光合速率。

1.2.2.5 香梨产量在果实收获期，每小区实收记产。

1.3 数据处理

用Microsoft Excel 2010对3414试验中各处理产量进行三元二次方程、二元二次方程、一元二次方程回归分析，得到的回归方程经检验成立后，对各元求偏导数，得出的方程求解，即得到最大产量、最佳产量、最大产量施肥量、最佳产量施肥量。所采用的三元二次方程为：y=b0+b1N+b1P+b2K+b3N2+b4P2+b5K2+b6NP+b7NK+b8PK，上式中y为1 hm2香梨产量，N、P、K分别表示1 hm2N、P2O5、K2O用量，求偏导，得出边际效应dx/dy=0时，则可获得该地块最大产量施肥量；当dx/dy=px/py(投入价格和产出价格比)，则可获得该地块的最佳产量施肥量。二元二次方程、一元二次方程回归拟合与三元二次方程相同。用DPS7.05统计软件采用LSD法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同肥料处理对果树生长特性的影响

研究表明，随着氮肥、钾肥用量的逐渐减少，新梢直径在此期间的生长量逐渐减小，但未达到显著性差异，随着磷肥用量的减少，新梢直径生长量除N2P0K2外，都呈现增加的趋势，磷肥对枝条的生长有抑制作用，各处理除与不施肥处理呈现显著性差异，其它处理之间差异均未达到显著性，枝条生长对肥料的敏感性较差。钾肥用量越大，果实横径生长越快，3水平与0、1、2水平差异达到显著水平，2水平与0、1水平差异达到显著水平；氮肥用量和磷肥用量对该时期果实横径生长量影响不大，除3水平显著高于0水平外，其余处理均未达到显著性差异。表2

2.2 不同肥料处理对果树生理特性的影响

研究表明，氮肥3水平SPAD值、比叶重、光合速率均为最大值，氮肥0水平比叶重和光合速率为最小值，其次为不施肥水平，SPAD值最小值则为不施肥水平，其次为氮肥0水平，在果实膨大期氮肥对SPAD值、比叶重和单叶净光合速率影响最大。将施磷、施钾均设置在2水平，那么SPAD值、比叶重、光合速率均随着氮肥用量减少逐渐降低，且施氮处理3水平SPAD值与1水平和0水平差异达到显著水平，2水平与0水平差异达到显著水平；施氮处理3水平比叶重与0水平差异达到显著水平；光合速率除施氮处理2水平与1水平差异未达到显著水平外，其余施氮处理间差异均达到显著水平。将施氮、施钾均设置在2水平，那么比叶重、光合速率均随着磷肥用量减少逐渐降低，磷肥1水平SPAD值与0水平差异达到显著水平；磷肥3水平比叶重与0水平差异达到显著水平，其余磷肥处理差异均未达到显著水平，磷肥对SPAD值、比叶重和单叶净光合速率影响较小。将施氮、施磷均设置在2水平，那么钾肥3水平SPAD值与1水平和0水平、2水平有0水平差异均达到显著水平，比叶重、光合速率在钾肥的4个水平上均未达到显著差异。表3

表2 不同肥料处理下果实膨大期枝条与果实生长量变化Table 2 Changes of branches and fruit growth in fruit expansion period under different fertilizer treatments

表3 不同肥料处理下果实膨大期SPAD值、比叶重和光合速率变化Table 3 Effects of different fertilizer treatmentson SPAD value,specific leaf weight and photosynthetic rate during fruit expansion

2.3 配施氮磷钾肥的经济效益

研究表明，对14个处理经济效益分析可以看出，配方施肥与不施肥比较，施用配方肥增产181.5～1 557.7 kg/hm2，产值增加907.4～7 788.4 元/hm2，投入成本增加 2 956.1～7 529.9 元/hm2。其中6、12、13、14处理增效明显高于其他处理，分别增效9 775.1、9 723.7、10 479.1、10 574.5 元/hm2；处理2、4、8增效，低于其他处理；对比各处理增产值与肥料成本，增产值高于肥料成本的处理有3、5、6、9、12、13、14。表4

2.4 氮磷钾肥料效应的回归分析

研究表明，用第2、3、6和11处理的施肥量和产量数据，拟合P2K2水平下氮肥效应方程；用第4、5、6和7处理的施肥量和产量数据，拟合N2K2水平下磷肥效应方程；用8、9、6和10处理的施肥量和产量数据，拟合N2P2水平下钾肥的效应方程。氮磷钾肥料的3个一元二次方程均达到显著水平，方程拟合成功。一次项系数均为正值，施用3种肥料均能够有效提高香梨产量；二次项系数均为负值，氮磷钾肥料效应均符合报酬递减律，即随着施肥量的增加香梨产量均呈先增后减的趋势。

用2～7、11和12处理的施肥量和产量数据，拟合K2水平下氮磷互作效应方程；用4～10和14处理的施肥量和产量数据，拟合N2水平下磷钾互作效应方程；用2、3、6、8～11和13处理的施肥量和产量数据，拟合P2水平下磷钾互作效应方程。拟合结果表明，经相关系数和F检验，3个二元二次方程均达到显著水平，方程拟合成功。互作项系数均为正值，说明氮磷、氮钾、磷钾肥之间均为正向互作效应，配施3种肥料中的任意2种肥料均可以有效增加产量。PK>NP>NK，3种肥料配施下，磷钾肥配施互作效应最大，氮钾肥互作效应最小。

用全部14个处理的施肥量和产量数据，拟合氮磷钾肥三元二次方程，F值=14.83>F0.01，达到极显著水平。从三元二次肥料效应方程可以看出，一次项系数均为正值，二次项系数均为负值，是典型三元二次肥料效应函数，R2值为0.971 0，该方程拟合性好。一次项系数均为正值，表明氮磷钾肥均由明显增产效应；二次项系数均为负值，该方程符合肥料报酬递减律；互作项系数均为正值，氮磷、氮钾、磷钾肥配施均为正向互作效应。

将一元二次方程和三元二次方程求解，当斜率dy/dx=0时，得出最高产量及其施肥量，当dy/dx=py/px(产品与肥料价格比)时，根据目前肥料价格，纯N 5.4元/kg，P2O57.9元/kg，K2O 8.4元/kg，香梨价格5.0元/kg，可以得出最佳产量及其施肥量，最高产量为3 161.23 kg/hm2，最高产量施肥量为氮(N)261.07 kg/hm2，磷(P2O5)186.60 kg/hm2，钾(K2O)367.96 kg/hm2；最佳产量为2 915.99 kg/hm2，最佳产量施肥量为氮(N)167.48 kg/hm2，磷(P2O5)118.65 kg/hm2，钾(K2O)205.42 kg/hm2。最高产量为3 106.5 kg/hm2，最高产量施肥量为氮(N)276.88 kg/hm2，磷(P2O5)195.36 kg/hm2，钾(K2O)396.2 kg/hm2；最佳产量为3 082.8 kg/hm2，最佳产量施肥量为(N)232.98 kg/hm2，磷(P2O5)166.64 kg/hm2，钾(K2O)297.38 kg/hm2。三元二次方程得到的最高产量略高于一元二次方程得出的最高产量，而最高产量施肥量却低于一元二次方程得出的最高产量施肥量。故在肥料成本充足的情况下，选用三元二次方程得出的最高产量施肥量。三元二次方程得出最佳产量略低于一元二次方程得出的最佳产量，而最佳产量施肥量远低于一元二次方程得出的最佳产量施肥量。选用三元二次方程得出的最佳产量施肥量作为推荐施肥量。表5

表4 库尔勒香梨氮磷钾配施经济效益Table 4 Economic benefit analysis of N,P and K application in Korla Fragrant Pear

表5 密植香梨园氮磷钾肥肥料效应方程Table 5 Fertilizer effect equation of N,P and K fertilizer in close planting fragrant pear garden

3 讨 论

3.1果实膨大期氮肥、钾肥对枝条生长均有促进作用，磷肥则对枝条生长有抑制作用，但各处理均未达到显著性差异。施肥量越多，果实生长越有利，钾肥对果实生长促进作用最大。氮肥对香梨果树膨大期SPAD值、比叶重、单叶净光合速率影响最大，所以在这个时期要充分供应果树氮营养，磷肥对3项生理指标影响不大，过分缺失也会影响果树生长，钾肥能够有效提高叶绿素含量，因此，要适度补充磷钾肥。

3.2“3414”肥效试验完全施肥方案，常用于棉花[9]、水稻[10]、小麦[11]、玉米[12]、油菜[13]等大田作物，该类作物在营养分配方面不可控因素较少，因此，试验的肥料效应方程拟合成功率较高。库尔勒香梨作为多年生树种，其当季吸收的养分主要用于下一年树体营养储备、花芽分化和当季营养生长，若上一年养分储备不能满足当季树体需求时，若不及时供应养分，才会导致营养不良，3414肥效试验在库尔勒香梨上应用时需要考虑多方面的因素。该试验对初果期库尔勒香梨成功拟合出三元二次方程，主要是由于前几年该果园疏于管理，树体营养较为匮乏，对养分的反应较为敏感。

3.3“3414”试验的三元二次、二元二次、一元二次肥料效应回归分析，对于获取肥料信息有极大的帮助[9],而三元二次肥料函数相对于其他两类方程更加全面，对于肥料效应有综合分析和评价，如果拟合成功，则可用于推荐施肥。通过对7个方程回归分析，三元二次肥料函数拟合成功，且获得的最高产量较一元函数高，施肥量较一元函数低，在该试验地若以高产为目的，则可施用纯氮(N)261.07 kg/hm2，磷(P2O5)186.60 kg/hm2，钾(K2O)367.96 kg/hm2，获得最高产量3 161.23 kg/hm2；如果以经济效益为目的，三元函数最佳效益产量较一元函数低，肥料投入也远低于一元函数，则可施用氮(N)167.48 kg/hm2，磷(P2O5)118.65 kg/hm2，钾(K2O)205.42 kg/hm2，获得的最佳效益产量为2 915.99 kg/hm2。

4 结 论

库尔勒香梨果实膨大期要注重氮磷钾肥的配施，尤其氮肥和钾肥在果实膨大期对果树生长和生理特性作用显著。获得最高产量施肥量为纯氮(N)261.07 kg/hm2，磷(P2O5)186.60 kg/hm2，钾(K2O)367.96 kg/hm2，获得最高产量3 161.23 kg/hm2；最佳经济效益产量施肥量为氮(N)167.48 kg/hm2，磷(P2O5)118.65 kg/hm2，钾(K2O)205.42 kg/hm2，获得的最佳效益产量为2 915.99 kg/hm2。该试验地的推荐施肥量为氮(N)167.48 kg/hm2，磷(P2O5)118.65 kg/hm2，钾(K2O)205.42 kg/hm2，施肥量获得的产量为2 915.99 kg/hm2。