香葱氮、磷、钾施肥模型的建立及肥料效应研究

宋焕忠，蒋万，陈琴，3，郭元元，3，张力，李洋，3，覃振普，韦丹，陈振东，3

（1.广西农业科学院蔬菜研究所，南宁 530007；2.常德市农林科学研究院，湖南 常德 415000；3.广西蔬菜育种与新技术研究实验室，南宁 530007；4.柳江区蔬菜生产技术推广站，广西 柳州 545100）

香葱在广西地区拥有较长的栽培历史，总播种面积达2.07×104hm2，特别是在柳州、百色、桂林、南宁等地区，均有大面积种植，是当地吸纳劳动力、脱贫致富、农户的主要经济来源之一。由于长时间的连作栽培，加之香葱的复种指数高、缺乏科学的指引，每茬化肥过量施用，使土壤有机质下降严重，农田污染严重、土壤板结，导致香葱品质、产量下降［1］。氮、磷、钾在香葱上的施用有一些研究，但未与品质以及肥料利用率等进行综合考量，均停留在高产上。因此，将氮、磷、钾的施用与产量、品质、肥料利用率以及肥料效应之间综合考量，对优化香葱化肥的施用量、提高种植效益、保护农田环境等具有重要意义。香葱栽培研究一直以来处于相对滞后的状态。葛曾民［2］曾摘译日本《设施园艺》中关于香葱周年栽植技术的论述，其中提到的日本香葱施化肥量为复合肥料（磷硝铵钾肥）67 kg/667 m2，石灰氮67 kg/667 m2。梅福杰等［3］在日本小香葱生产技术中提出，施氮磷钾三元复合肥30 kg/667 m2，之后每12～15 d追施尿素5～8 kg，氯化钾4～5 kg，且在收获前15～20 d施尿素15 kg，可达到良好的栽培效果。姚宝芬等［4］在香葱栽培中认为，施普钙75 kg/667 m2、三元复合肥45～55 kg/667 m2、尿素40 kg/667 m2。谭永贞等［5］、覃振助等［6］分别总结广西田东县、柳江区香葱栽培技术，认为每茬施用45%复合肥80～100 kg/667 m2、尿素40～61 kg/667 m2、氯 化 钾28～35 kg/667 m2（按 照每茬生育期90 d计算）时，可取得理想效果。尚小红等［7］在总结香葱栽培技术时认为施用45%复合肥50 kg/667 m2、氯 化 钾4～5 kg/667 m2、尿 素25～28 kg/667 m2为宜。此外，黄珍发等［8］利用311-A拟饱和最优回归设计研究了香葱（品种为当地小管葱）氮磷钾最佳施肥量，认为在施用氮肥（N）12.92 kg/667 m2、磷 肥（P2O5）6.51 kg/667 m2、钾 肥（K2O）10.07 kg/667 m2情况下可获得最优产量，其最优产量（葱管）为1 378.30 kg/667 m2。秦健等［9］在对香葱最佳施肥方案的探究中认为，m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）比值为1.00∶0.42∶0.84时可取得最佳效果。“3414”模型在探究农作物最佳施肥量、施肥比例以及配方施肥提高利用率方面具有非常广泛的应用［10］。将“3414”模型与香葱氮、磷、钾的施用相结合，有助于更系统地开展香葱化肥施用量的研究。化肥施用在大多数作物上已经有非常成熟的研究，有不少已经应用到实际生产中。但是在广西香葱栽培上，化肥施用量绝大部分基于当地农户长期习惯而来，而化肥对香葱品质、产量以及肥料利用率的影响鲜有报道，而至于用肥量是否合理更有待系统研究。本研究借助“3414”模型，探究氮、磷、钾施用量对香葱产量、品质、相关肥料效应、利用率的影响，为广西香葱化肥减施、高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试香葱品种：柳江3号（来源柳州市柳江区三都镇觉山村农户自留种）。

肥料：氮肥（尿素，N≥46%），磷肥（钙镁磷肥，P2O5≥12%），钾肥（氯化钾，K2O≥60%）。

1.2 试验方法

1.2.1 试验时间与地点2018年8—11月在广西南宁市武鸣区苏宫村进行，当地土壤肥力较好（水解氮154 mg/kg、有效磷118 mg/kg、速效钾213 mg/kg），适宜香葱种植。

1.2.2 试验设计试验采用“3414”完全试验设计（表1），使用单一肥源肥料，设置氮、磷、钾3个因素，4个水平，14个处理。0水平：不施肥；1水平：2水平×0.5；2水平：标准施肥量；3水平：2水平×1.5。2水平（N2P2K2）施肥量为氮（N）276 kg/hm2、磷（P2O5）135 kg/hm2、钾（K2O）270 kg/hm2。

表1 香葱“3414”试验设计

本试验选用土壤条件基本一致的地块作为试验小区，种植时将健康、无破损的香葱分株剪去葱叶部分，留长（包括假茎）约10 cm，假茎部分埋入土中，埋土深度为5 cm。多行种植，按畦宽（包沟）1.5 m整成高畦，畦高10 cm，畦沟宽40 cm。多行种植，每行种植6丛，每丛3株，株距20 cm，同行内株距为20 cm（株行距为20 cm×20 cm）。试验采用随机区组设计，3次重复，小区面积包沟15 m2，每小区栽植300丛。

1.3 项目测定

1.3.1 农艺性状及产量统计香葱收获后，调查不同施肥水平下香葱的株高、分蘖数、叶片数，统计不同处理香葱产量，清理非商品叶，洗净晾干后测定商品产量，并统计商品率（%）。

1.3.2 品质分析可溶性糖采用蒽酮比色法测定。粗蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法。维生素C采用2，6-二氯酚靛酚比色法检测。

1.3.3 肥料互作效应分析选取N0P0K0、N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0、N2P2K2，分析不施肥、PK、NK、NP与NPK之间产量增产率（%）、相对产量（%）。并对氮、磷、钾三者对产量的贡献率进行分析。

1.3.4 氮、磷、钾及综合肥料利用效率分析测定不同处理香葱植株氮、磷、钾含量，统计氮、磷、钾肥及总的回收效率（RE）、农学利用率（AE）、偏生产力（PFP），每小区4丛。具体计算公式［10］如下：

1.3.5 施肥与产量、各品质间一元及三元二次函数模型的建立与分析根据每公顷香葱的种植丛数与每公顷的施肥量，换算单丛所获得的施肥量（单位：g/丛）；根据单丛重以及可溶性糖、粗蛋白与维生素C计算每丛香葱各品质的积累量Q（单位：g/丛），建立Q与施肥量之间的一元方程以及三元二次方程模型。

一 元 方 程 模 型：分 别 选 取（N0P2K2、N1P2K2、N2P2K2、N3P2K2）、（N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2、N2P3K2）、（N2P2K0、N2P2K1、N2P2K2、N2P2K3）3组处理利用软件拟合回归方程。

三元二次方程模型：YNPK=b0+b1N+b2P+b3K+b4N2+b5P2+b6K2+b7NP+b8NK+b9PK，获得b值后分析是否符合典型肥效模型，如果属于典型肥效模型，利用边际求导法计算经济最优施肥量；如属非典型肥效模型，则用产量频率分析法来计算经济最佳施肥量和最高产量施肥。

1.3.6 频率分析法来确定最优施肥量对不能采用函数模型求得最优施肥量的肥料因素，采用频率分析法来确定最优施肥量。依据各处理间产量、各品质的平均数，选定频次范围，统计肥料因素不同用量水平对应产量、各品质在统计区间内出现的次数，进而计算其频率、平均值、标准差、均数标准差，求得95%置信区间为最佳肥料施用量。

1.4 统计分析

采用SPSS 17.0、Graph Pad Prism 6及Excel对数据整理、统计分析。

2 结果与分析

2.1 氮、磷、钾施用量对香葱农艺性状及产量的影响

由图1可知，在对不同施肥处理农艺性状调查过程中，发现各处理间表现差异较大。整体上，施肥处理表现均优于N0P0K0。其中，N2P3K2处理的株高、单丛叶片数、分蘖数表现最优。产量和商品产量依旧是栽培最重要的目标之一，各处理在产量上存在较大差异，具体表现在所有施肥处理均优于不施肥处理N0P0K0，而未施用氮肥的N0P2K2处理中，产量小于15 000 kg/hm2；在其余处理中，处理N2P3K2产量最高，接近60 000 kg/hm2，其余处理产量均低于45 000 kg/hm2。在商品产量上规律大致一致，以N2P3K2最佳，显著高于其余处理。商品率（%）在各施肥组合中差异不明显，以N1P2K2商品率最高，N0P0K0处理最低，二者之间存在显著差异，但与其余12个处理间无显著差异。

图1 不同施肥组合对香葱农艺性状及产量的影响

2.2 氮、磷、钾施用量对香葱品质的影响

通过对图2中各处理间可溶性糖、粗蛋白、维生素C对比分析认为，处理N2P3K23项指标（可溶性糖4.340%、粗蛋白含量1.403 g/100 g、维生素C含量28.433 mg/100 g）与其他处理呈显著性差异，明显优于其他处理，品质较高；其次为N2P2K2处理，可溶性糖含量3.100%、粗蛋白含量1.403 g/100 g、维生素C含量27.233 mg/100 g；对照不施肥处理N0P0K0表现最差，其可溶性糖含量0.777%、粗蛋白0.927 g/100 g、维生素C 21.333 mg/100 g。此外，N2水平时，其可溶性糖含量均在2%以上，可见氮素对于香葱可溶性糖的合成有一定影响。

图2 不同施肥组合对香葱品质的影响

2.3 氮、磷、钾施肥互作效应

PK、NK、NP、NPK与不施肥相比，三者配合施用的效果最优，增产率450.82%；而施用NP配合的效果次之，增产率344.10%，NK配合增产200.66%，PK配合施用增产率67.89%。不施肥、PK、NK、NP与NPK相比，不施肥情况下相对产量最低，仅18.15%；在缺N时相对产量仅为30.48%；缺P情况下相对产量为54.58%；缺K情况下相对产量为80.63%。由此，肥料因子氮、磷、钾三者对香葱产量贡献度大小排列为氮＞磷＞钾（表2）。

表2 香葱肥料互作效应分析

2.4 氮、磷、钾及综合肥料利用效率分析

分 别 选 取（N0P2K2、N1P2K2、N2P2K2、N3P2K2）、（N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2、N2P3K2）、（N2P2K0、N2P2K1、

N2P2K2、N2P2K3）对氮、磷、钾的利用效率进行分析，其结果如表3所示。在N2水平时，氮素（N）RE、AE、PFP最高；磷素（P2O5）在P1水平时RE和PFP最高，在P3水平AE最高；钾素（K2O）在K2水平时RE、AE最高，K1水平时PFP最高，在K3水平时，AE（-6.82 kg/kg）为负值，说明当钾肥施用过量时，会降低香葱的产量，甚至低于K0水平。

表3 氮、磷、钾及综合利用率统计

对所有处理的肥料利用效率进行统计，认为N2P3K2在14个处理中利用率最高，其RENPK、AENPK、PFPNPK分别为21.80%、69.96 kg/kg、80.05 kg/kg；其次为N2P2K0，RENPK、AENPK、PFPNPK分别为18.26%、63.24 kg/kg、81.62 kg/kg；而标准处理N2P2K2的RENPK、AENPK、PFPNPK分 别 为17.23%、50.01 kg/kg、61.10 kg/kg。N2P3K2与N2P2K2相比，N2P3K2的RENPK高4.57个百分点，AENPK高19.95 kg/kg，PFPNPK高18.95 kg/kg。

2.5 施肥与产量间一元、三元二次函数模型的建立与分析

通过拟合肥料与产量的一元、三元二次方程发现（表4），氮与各指标间拟合一元二次方程时R2均较低，说明可信程度较低；除氮的效应函数外，其余方程R2均比较高，但只有磷的一元二次方程的P达到了显著水平或极显著水平，说明在剩下的函数中除了YP、QSP、QVP外，其余回归函数拟合均未达到显著水平，拟合失真。YP、QSP、QVP的一元二次函数中，可以观察到b1均为正值，即香葱产量、可溶性糖、维生素C随磷的施用仅存在最小值而不存在饱和值，显然与现实不符，说明本试验中磷肥的施用未达到饱和量，因此以本试验中最大施用量202.5 kg/hm2（P2O5）作为产量、品质最优施肥量。而其余肥料的产量、品质最优施肥量需根据产量频率分析法来进行确定。

表4 肥料与产量及各品质效应函数

2.6 产量、品质的频率分析及氮、钾最佳施肥量的确定

磷的最优施用量可以由函数及试验设计来确定，即202.5 kg/hm2（P2O5）。氮、钾的一元、三元二次方程由于拟合的结果不符，因此采用频率分析法进行氮、钾最优施肥量的确定。依据各处理间产量、各品质的平均数，选定产量范围7 553.775～59 919.945 kg、可溶性糖范围0.776%～4.340%、粗蛋白范围0.927～1.403 g/100 g、维生素C范围21.333～28.433 mg/100 g，计算95%置信区间，结果见表5。氮最优施用量在95%置 信 区 间 为197.41～257.18 kg/hm2（产 量）、182.79～255.98 kg/hm2（可溶性糖、粗蛋白）、189.52～260.80 kg/hm2（维生素C）；钾最优施用量在95%置信 区 间 为193.12～251.59 kg/hm2（产 量）、178.81～250.42 kg/hm2（可溶性糖、粗蛋白）、185.40～255.13 kg/hm（2维生素C）。综合产量和品质可以得到本试验最优施氮量为197.41～255.98 kg/hm（2N），最优施磷量为202.5 kg/hm2（P2O5），最优施钾量为193.12～250.42 kg/hm（2K2O）。

表5 产量、品质频率分析

3 讨论与结论

本研究利用农业研究上常用的“3414”模型，分析氮磷钾施用量与香葱生长关系，综合农艺性状、产量、品质以及总利用率结果可知，当施肥水平处于N2P3K2时可获得理论上最佳数据。即氮肥（N）276 kg/hm2、磷 肥（P2O5）202.5 kg/hm2、钾 肥（K2O）270 kg/hm2（N∶P2O5∶K2O=1.00∶0.73∶0.99）可获 得最佳农艺性状、产量、品质，且总利用率高于其他组合处理。通过拟合曲线与频率分析分别得到最佳施肥量为氮肥（N）197.41～255.98 kg/hm2、磷肥（P2O5）202.50 kg/hm2、钾肥（K2O）193.12～250.42 kg/hm2（N∶P2O5∶K2O=0.97～1.26∶1.00∶0.95～1.24）。与前人研究比较，氮的施用量高于黄珍发［8］研究结果而低于广西田东、柳江（N 486～645.9 kg/hm2）地区，说明生产上的氮肥施用量有进一步减少的空间。此外，氮的施用量与尚小红等［7］、秦健等［9］的研究结果基本一致。磷的施用量高于他人研究施用量，与广西田东、柳江（P2O5180～225 kg/hm2）地区基本一致，同时通过P2O5与产量相关性曲线可知，本次试验设置的磷施用量偏低，导致未出现曲线最高点，因此在单纯考虑P2O5与产量的关系时，是否可增施P2O5有待进一步探讨。钾的最佳施用量与他人研究差异不大，但是显著低于秦健［9］以及柳江［6］、田东地区［5］K2O施用量，说明钾肥的用量在生产上存在进一步减施的空间。

通过计算肥料单因素利用率的结果显示，N2、P1、K2时，RE最高，分别为19.23%、3.56%、2.45%；N2、P3、K2时，AE最高，分别为104.81、183.75、7.17 kg/kg；N2、P1、K1时，PFP最 高，分 别 为138.66、438.37、278.62 kg/kg。而依据氮磷钾总利用率计算结果可知，N2P3K2组 合RE、AE最 大，分 别 为21.80%、69.96 kg/kg；N2P2K0组 合PFP最 大，为81.62 kg/kg。肥料单因素利用率与总利用率两者结论仅AE上保持一致，而RE及PFP结论不一致。究其原因，认为主要是选取的对照不同和肥料间存在互作效应所致，如RE的单因素肥料利用率分析中，N2P3K2处理仅参与比较了磷肥施用量的差异，且N2P3K2与N2P3K2的REP相差较小，然而未比较两者氮肥、钾肥RE的差异；而在总肥料利用率上，则是将氮、磷、钾施用量累加后的RE作出的比较。在PFP的比较中N2P2K0仅仅是作为对照参与了钾肥PFP的比较，未与N2、P1、K1比较氮、磷PFP之间的差异，但具体如何有待进一步研究。考虑到在实际生产中，氮、磷、钾均为配合施用，因此可以以氮磷钾总利用率作为田间施肥利用率的依据，综合RE、AE、PFP，即认为当施 用N2P3K2：276 kg/hm2（N）+202.5 kg/hm2（P2O5）+270 kg/hm2（K2O）时，其肥料利用效果最佳，此结果与产量、品质的最佳施肥量接近。因此，可认为当施用197.41～255.98 kg/hm2（N）+202.5 kg/hm2（P2O5）+193.12～250.42 kg/hm2（K2O）时可获得最优产量、品质及较高的肥料利用率。

合理施肥可以提高经济效益，降低生产成本，保护生态环境。氮、磷、钾施用量过少会降低香葱的品质、产量，而氮、磷、钾施用量施用过量时会降低肥料的利用率、提高生产成本。本研究基于整个生育期的氮磷钾施用量进行分析，未涉及不同生育期阶段的最佳施用量，因此在田间指导肥料施用时应按照现有的施肥比例折合施用，而其不同生育期的施用比例是否最优，有待进一步探讨。