半夏测土配方施肥产量效应和氮磷钾吸收特性分析

陈晓芳，张翔宇，柳 敏，王彩云，周茂嫦，李恒谦

（1.毕节医学高等专科学校，贵州 毕节 551700；2.毕节市中药研究所，贵州 毕节 551700）

半夏（Pinellia ternate）为天南星科（Araceae）半夏属（Pinellia）多年生草本植物，其干燥块茎入药，具有燥湿化痰，降逆止呕，消痞散结的功效［1］。半夏在我国为广泛分布种，自然居群不径相同，沿革考证其产区有陕西、山东、江苏、湖北等地［2］。如今我国半夏种植主产区为甘肃、河北、贵州、湖北等省，贵州赫章是主要半夏种植产区之一［3］，所产半夏个大粒圆、色白粉足［4-5］。

半夏为浅根、喜肥植物，具有明显杂草性。受气候环境和海拔的影响，半夏每年一般有2 ~ 3次出苗和倒苗现象。半夏在实际生产中通常以直径1.0 ~ 1.5 cm 作为种茎［6］。相关研究表明，不同区域不同海拔、播种量、种植密度、肥料等均对半夏产量及物质积累均有影响［7-16］，而植物对氮磷钾间吸收存在协同调控机制，以实现植物不同营养的平衡［17-21］。

本课题组前期在赫章、威宁等产区开展了半夏资源引种筛选及施肥技术等方面的研究［4，14-16，22-23］。根据农业部下发的“测土配方施肥规范”推荐采用“3414”方案设计，该方案是3 因素、4 水平、14 个处理优化的不完全实施的正交试验，该方案吸收了回归最优设计处理少、效率高的优点，可作为3因素试验用于建立三元三次肥料效应回归方程，也可作为3 个2 因素或3 个单因素试验建立二元或一元肥料效应回归方程。为此，本研究拟进一步在半夏道地产区赫章县通过“3414”测土配方施肥筛选有利于本区域半夏产量的施肥配方，并探索不同时期半夏块茎氮磷钾的吸收特性，以期为半夏科学施肥实现优质高产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

实验用半夏为经贵州省农业农村厅认证的品种赫麻芋1 号，去除腐烂变质的块茎，挑选直径为1.0 ~ 1.5 cm 的半夏块茎，用2 000 倍石灰水浸泡5 h进行消毒处理后漂洗3 次，然后用62.5 g/L 精甲•咯菌腈悬浮种衣剂进行拌种后晾干备用。肥料采用市售尿素（N ≥ 46.2%）、磷酸二铵（P2O5≥ 16.0%）、硫酸钾（K2O ≥ 52%）。

1.2 试验地概况

试验于2021 年3 ~ 12 月在贵州省毕节市赫章县双坪乡贵州山地高效农业公司半夏基地进行，选择地势平坦、土层深厚、湿润肥沃、保水保肥能力强、地质疏松、排灌良好的沙质土壤为试验基地，所选试验基地pH 值为5.52、全氮2.66 g/kg、水解氮238.92 mg/kg、全磷0.02 g/kg、有效磷14.53 mg/kg、全钾19.76 g/kg、速效钾65.89 mg/kg、有机质79.89 g/kg。

1.3 试验设计

试验以课题组前期针对半夏施肥技术的研究为基础［4，14-16，22-23］。采用“3414”配方施肥随机区组排列设计，设置3个施肥梯度和1个空白对照，于当年3月份播种，共14个处理，3组重复，每个小区面积2.4 m2（0.8 m × 3 m），垄高0.4 m，种植密度为0.75 kg/m2，小区间距为0.6 m，周围设置0.8 m保护行，试验处理及肥料用量（见表1）。起垄后将肥料作基肥按照每个区组一次施入，随时除草，干旱时适当浇水。

表1 “3414”试验及随机区组设计Tab.1 “3414”test and randomized block design

1.4 测定方法

产量按照随机区组采挖后，将所有珠芽和块茎全部收集，用粗筛筛掉表面附着的细沙土后分别称鲜重后取平均值，折算成公顷（hm2）产量；按照半夏一次珠芽着生期、一次珠芽成熟期、二次珠芽着生期、二次珠芽成熟期以及倒苗期分别采集直径大于1.0 cm的新鲜半夏块茎测定不同时期块茎氮磷钾含量并折算为百分率。

检测方法为：将新鲜半夏块茎样品烘干至恒重的样品，经H2SO4- H2O2消煮。全氮用凯氏滴定法测定；全磷用钒钼黄比色法测定；全钾用火焰光度法测定［24］。氮磷钾检测委托新疆墨金农业科技有限公司贵州分公司检验测试中心进行检测。

1.5 统计模型

氮、磷、钾单独施用的产量效应采用模型Y=aX2+ bX+ c 进行拟合，其中Y为产量，X为氮、磷、钾单独施用量；氮、磷、钾混合施用的总效应方程采用模型Y= a + bXN+ cXP+ dXK+ eXNXP+ fXNXK+ gXPXK+hXN2+ iXP2+ jXK2进行拟合；不同时期块茎吸收氮磷钾对产量的影响采用线性回归模型Y= aX+ c 进行拟合。

1.6 统计分析与作图

采用SPSS 22.0 和Excel 2007 软件对以上数据进行统计和显著性分析，采用Origin 9.0 和Excel 2007软件分别对产量效应和氮磷钾吸收情况作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理的产量效应

2.1.1 不同氮磷钾配比的产量效应

由图1 可知，施用不同氮、磷、钾肥半夏产量变化较大，基础肥力区（C1）半夏产量最低，只有9 291.67 ± 20.84 kg/hm2，缺氮区、缺磷区、缺钾区（C2、C4、C8）3 个处理产量分别为11 937.50 ±20.84 kg/hm2、12 069.45 ± 31.83 kg/hm2、9 618.06 ±391.06 kg/hm2，说明试验用地区域需合理施用氮、磷、钾肥，特别是钾肥的施用。随着氮、磷、钾肥施用量的提高，产量逐渐增加（图1），在磷肥和钾肥合理施用（C3）产量最高，为13 451.39 ± 66.97 kg/hm2。而富氮、富磷、富钾（C11、C7、C10）3个处理产量分别为10 277.78 ± 31.83 kg/hm2、10 118.06 ± 31.83 kg/hm2、10 437.50 ± 20.84 kg/hm2，产量均较低，说明单独过量施用氮、磷、钾肥对产量有一定的副作用，进一步说明合理配施氮、磷、钾肥对提高产量极其重要。

图1 不同小区半夏平均产量Fig.1 Yields of P. ternata in different plots

2.1.2 不同氮肥处理的产量效应

在磷钾肥为中等设计施用量（P2K2）时，每小区分别施加氮肥0 kg/hm2、112.5 kg/hm2、225 kg/hm2和337.5 kg/hm2的产量分别为11 937.50 ± 20.84 kg/hm2、13 451.39 ± 66.97 kg/hm2、12 847.23 ± 43.37 kg/hm2、10 277.78 ± 31.83 kg/hm2，总体趋势是产量随施氮量的增加先上升后下降（见图2）。此时氮肥施用量（XN）与半夏产量（Y）的关系可以用一元二次回归方程来表示：Y= -0.081XN2+ 22.259XN+ 11 945.142（R² = 0.999）。因此施加112.5 kg/hm2氮肥可以获得较高产量。

图2 氮肥施用量与半夏产量的效应曲线Fig.2 Effect curve of nitrogen application rate and yields of P. ternata

2.1.3 不同磷肥处理的产量效应

在氮钾肥为中等设计施用量（N2K2）时，每小区分别施加磷肥0 kg/hm2、45 kg/hm2、90 kg/hm2和135 kg/hm2的产量分别为12 069.45 ± 31.83 kg/hm2、12 243.06 ± 31.83 kg/hm2、12 847.23 ± 43.37 kg/hm2、10 118.06 ± 31.83 kg/hm2，总体趋势是产量随施磷量的增加先上升后下降（见图3）。此时磷肥施用量（XP）与半夏产量（Y）的关系可以用一元二次回归方程来表示：Y= -0.358XP2+ 36.713XP+ 11 881.252（R2= 0.830）。因此，施加90 kg/hm2磷肥可以获得较高产量。

图3 磷肥施用量与半夏产量的效应曲线Fig.3 Effect curve of phosphate fertilizer application rate and P. ternata yields

2.1.4 不同钾肥处理的产量效应

在氮磷肥为中等设计施用量（N2P2）时，每小区分别施加钾肥0 kg/hm2、60 kg/hm2、120 kg/hm2和180 kg/hm2的产量分别为9 618.06 ± 391.06 kg/hm2、12 159.72 ± 31.83 kg/hm2、12 847.23 ± 43.37 kg/hm2、10 437.50 ± 20.84 kg/hm2，总体趋势是产量随施钾量的增加先上升后下降（见图4）。此时钾肥施用量（XK）与半夏产量（Y）的关系可以用一元二次回归方程来表示：Y= -0.344XK2+ 67.135XK+ 9 555.907（R2= 0.973）。因此，施加120 kg/hm2钾肥可以获得较高产量。

图4 钾肥施用量与半夏产量的效应曲线Fig.4 Effect curve of potassium fertilizer application rate and P. ternata yields

2.1.5 不同氮磷钾处理对产量总体效应

以半夏产量（Y）为目标函数，根据氮（XN）磷（XP）钾（XK）施用量对产量的影响建立3 因素的施肥数学模型，既Y= 9 071.174 + 44.401XN- 14.974XP+ 5.899XK-0.248XNXP- 0.129XNXK+ 0.738XPXK- 0.033XN2-0.190XP2- 0.202XK2。以上效应方程的R2= 0.746，说明拟合程度较好，能够较好的反应氮磷钾对产量的影响结果。同时，按照上述效应方程计算出氮磷钾的最佳施肥配方为：氮肥74.19 kg/hm2、磷肥87.28 kg/hm2、钾肥25.48 kg/hm2。

2.2 半夏不同时期块茎氮磷钾吸收情况

2.2.1 一次珠芽着生期块茎氮磷钾吸收差异

由图5 可知，不同氮磷钾配施下半夏块茎在一次珠芽着生期对氮磷钾的吸收存在显著性差异，部分区组存在极显著差异。C13 对氮的吸收最高，为（1.23 ± 0.01）%，C6 最少，为（0.78 ± 0.01）%；C9 对磷的吸收最高，为（0.321 ± 0.002）%，C3 最少，为（0.192 ± 0.001）%；C12 对钾的吸收最高，为（1.87 ± 0.02）%，C7 最少，为（1.13 ± 0.01）%。一次珠芽着生期，当固定氮肥、磷肥、钾肥其中2种，只考虑氮肥、钾肥、磷肥单独施用对块茎吸收相应元素的规律发现：块茎对该相应元素的吸收均呈呈现波浪型，而非类似产量效应方程的抛物线型。综合考虑氮磷钾肥料配施时，较低的氮钾肥和较高磷肥的组合有利于块茎对氮元素的吸收，较高氮磷肥和较低钾肥的组合有利于块茎对磷的吸收，较高氮磷肥和高钾肥的组合有利于块茎对钾的吸收。

图5 一次珠芽着生期半夏块茎对氮磷钾的吸收情况Fig.5 The absorption of N-P-K by tubors of P. ternata during the first stage of pearl bud growth

2.2.2 一次珠芽成熟期块茎氮磷钾吸收差异

由图6 可知，不同氮磷钾配施下半夏块茎在一次珠芽成熟期对氮磷钾的吸收存在显著性差异，部分区组存在极显著差异。C10 对氮的吸收最高，为（1.35 ± 0.01）%，C7最少，为（0.98 ± 0.02）%；C9对磷的吸收最高，为（0.306 ± 0.003）%，C3 最少，为（0.189 ± 0.002）% ；C4 对钾的吸收最高，为（1.41 ± 0.02）%，C1 最少，为（0.70 ± 0.01）%。一次珠芽成熟期，当固定氮肥、钾肥、磷肥其中2种，只考虑氮肥、钾肥、磷肥单独施用对块茎吸收相应元素的规律发现：块茎对氮元素和磷元素的吸收均呈先上升后下降，钾元素的吸收呈波浪式渐升。综合考虑氮磷钾肥料配施时，较高氮磷肥和高钾肥的组合有利于块茎对氮元素的吸收，较高氮磷肥和较低钾肥的组合有利于块茎对磷的吸收，较高氮钾肥组合有利于块茎对钾的吸收。

图6 一次珠芽成熟期半夏块茎对氮磷钾的吸收情况Fig.6 The absorption of N-P-K by P. ternata tubers during the first stage of bud maturation

2.2.3 二次珠芽着生期块茎氮磷钾吸收特性差异

由图7 可知，不同氮磷钾配施下半夏块茎在二次珠芽着生期对氮磷钾的吸收存在显著性差异，部分区组存在极显著差异。C9 对氮的吸收最高，为（1.47 ± 0.02）%，C6 最少，为（1.04 ± 0.02）%；C9 对磷的吸收最高，为（0.288 ± 0.003）%，C3 最少，为（0.168 ± 0.001）%；C12 对钾的吸收最高，为（1.51 ± 0.02）%，C1 最少，为（0.86 ± 0.01）%。二次珠芽着生期，当固定氮肥、钾肥、磷肥其中2种，只考虑氮肥、钾肥、磷肥单独施用对块茎吸收相应元素的规律发现：块茎对氮元素的吸收均呈波浪式下降，磷元素的吸收呈先上升后下降，钾元素的吸收呈波浪式渐升。综合考虑氮磷钾肥料配施时，较高氮磷肥和较低钾肥的组合有利于块茎对氮和磷元素的吸收，较低氮磷肥和较高钾肥的组合有利于块茎对钾的吸收。

图7 二次珠芽着生期半夏块茎对氮磷钾的吸收情况Fig.7 The absorption of N-P-K by P. ternata tubers during the second stage of pearl bud growth

2.2.4 二次珠芽成熟期块茎氮磷钾吸收差异

由图8 可知，不同氮磷钾配施下半夏块茎在二次珠芽成熟期对氮磷钾的吸收存在显著性差异，部分区组存在极显著差异。C9 对氮的吸收最高，为（1.43 ± 0.03）%，C13 最少，为（1.01 ± 0.01）%；C9 对磷的吸收最高，为（0.348 ± 0.003）%，C3 最少，为（0.186 ± 0.001）%；C4 对钾的吸收最高，为（1.85 ± 0.02）%，C7 最少，为（1.05 ± 0.01）%。二次珠芽成熟期，当固定氮肥、钾肥、磷肥其中2种，只考虑氮肥、钾肥、磷肥单独施用对块茎吸收相应元素的规律发现：块茎对氮元素的吸收均呈先下降后上升，磷元素的吸收呈先上升后下降，钾元素的吸收呈波浪式渐升。综合考虑氮磷钾肥料配施时，较高氮磷肥和较低钾肥的组合有利于块茎对氮和磷元素的吸收，较高氮钾肥的组合有利于块茎对钾的吸收。

图8 二次珠芽成熟期半夏块茎对氮磷钾的吸收情况Fig.8 The absorption of N-P-K by P. ternata tubers during the second stage of bud maturation

2.2.5 倒苗期块茎氮磷钾吸收差异

由图9 可知，不同氮磷钾配施下半夏块茎在倒苗期对氮磷钾的吸收存在显著性差异，部分区组存在极显著差异。C8对氮的吸收最高，为（1.51 ± 0.02）%，C6 最少，为（1.04 ± 0.02）%；C1 对磷的吸收最高，为（0.277 ± 0.001）%，C12 最少，为（0.168 ± 0.001）%；C10对钾的吸收最高，为（1.86 ± 0.02）%，C7最少，为（0.93 ± 0.01）%。倒苗期，当固定氮肥、钾肥、磷肥其中两种，只考虑氮肥、钾肥、磷肥单独施用对块茎吸收相应元素的规律发现：块茎对氮元素的吸收均呈先下降后上升，磷元素的吸收呈先上升后下降，钾元素的吸收呈上升趋势。综合考虑氮磷钾肥料配施时，较高氮磷肥和较低钾肥的组合有利于块茎对氮的吸收，较高氮磷肥和高钾肥的组合有利于块茎对钾的吸收。

图9 倒苗期半夏块茎对氮磷钾的吸收情况Fig.9 Absorption of N-P-K by P. ternata tubers during the inverted seedling stage

2.3 氮磷钾吸收对半夏产量的总体效应

由表2可知，以半夏产量为目标函数，一次珠芽着生期块茎对氮和磷的吸收与产量成负相关；一次珠芽成熟期块茎对磷吸收与产量成负相关；二次珠芽着生期块茎对氮和磷的吸收与产量成负相关；二次珠芽成熟期磷的吸收与产量成负相关；倒苗期块茎对磷的吸收与产量成负相关。与此同时，一次珠芽着生期块茎对钾的吸收与氮磷的吸收呈负相关；一次珠芽成熟期块茎对钾的吸收与磷的吸收呈负相关，与氮的吸收呈正相关；二次珠芽着生期块茎对钾的吸收与氮磷的吸收呈负相关性；二次珠芽成熟期块茎对钾的吸收与磷的吸收呈负相关，与氮的吸收呈正相关；倒苗期块茎对钾的吸收与氮磷的吸收呈负相关。采用线性回归模型拟合不同时期块茎吸收氮（XN）磷（XP）钾（XK）对产量的影响建立数学模型为：Y= 8 280.753 + 8 390.687XK1- 3 791.758XN1-3 018.448XP1+ 1 368.826XK2+ 7 374.826XN2-125 143.757XP2- 12 388.385XK3- 4 794.26XN3+10 984.924XP3+ 9 533.964XK4+ 262.179XN4+52 510.538XP4– 45 15.149XK5+ 5 104.866XN5+26 027.922XP5。以上效应方程的R2= 0.967，线性拟合程度极好，说明块茎吸收氮磷钾对产量具有显著的线性关系。

3 讨论与结论

3.1 肥料配施对半夏产量的影响分析

氮、磷、钾是植物生长发育所必需的三大营养元素，自然界中土壤的氮、磷、钾含量较低，这是限制植物生长的主要因素，严重影响作物的产量和品质［25］。王鹏等［26］研究表明半夏最大产量为29 921.4 kg/hm2时，施肥量N、五氧化二磷（P2O5）、氧化钾（K2O）分别为413.79 kg/hm2、224.79 kg/hm2、164.01 kg/hm2。申浩等［12］认为川半夏生产栽培中最佳施肥组合为N、P2O5、K2O 为315 kg/hm2、225 kg/hm2、270 kg/hm2。王海玲等［15］研究表明半夏块茎产量高于2 700 g 时的最优方案为播种密度541 ~ 659 粒/m2、施N 量15.28 ~ 19.22 g/ m2、施P2O5量15.40 ~ 20.60 g/m2。赵明勇等［4］以半夏块茎产量 ≥ 2.25 kg/m2为目标，有机肥、氮肥、磷肥的施用量分别为3.121 ~ 3.629 kg/m2、11.215 ~ 13.385 g/m2、25.964 ~ 29.289 g/m2；以半夏块茎产量 ≥ 2.4 kg/m2为目标，有机肥、氮肥、磷肥的施用量分别为3.096 ~ 3.654 kg/m2、11.11 ~ 13.49 g/m2、25.311 ~ 29.289 g/m2。翟玉玲等［27］研究提出，在贵州高海拔地区半夏高产栽培为：每667 m2有机肥、尿素、普钙、硫酸钾的施肥量分别为5 832.915 ~7 277.637 kg、45.863 ~ 54.927 kg、295.815 ~ 374.187 kg、45.356 ~ 70.649 kg。唐映军等［28］报道半夏新品种赫麻芋1 号采用“一次性给肥”方法进行施肥，在年前将腐熟有机肥与磷肥按照20 ∶ 1 拌匀堆腐后2 000 kg/667 m2撒施厢面后覆土2 ~ 3 cm 后再按30 kg/667 m2撒施 15 ∶ 15 ∶ 15 的复合肥，2017 年赫麻芋 1 号每667 m2平均产量为952.86 kg；2018 年平均产量为670.18 kg。以上研究与本研究在半夏产量上差异不大，但每亩肥料配施不同。其原因可能为：一是因为不同产地不同区域土壤基础肥效不一致；二是所用肥料中氮、磷、钾元素的含量的差异；三是施用有机肥、钙肥后对氮磷钾肥的需求不一致。

3.2 半夏施肥策略分析

本研究通过“3414”配方施肥随机区组试验设计，探索氮磷钾配施对半夏产量和不同时期半夏块茎氮磷钾吸收的影响。结果表明，不同氮、磷、钾肥用量之间产量有显著性差异，基础肥力区（C1）2.4 m2半夏产量最低，随着氮、磷、钾肥施用量的提高，产量逐渐增加，但单独过量施用氮、磷、钾肥对产量有一定的副作用。同时根据氮（XN）磷（XP）钾（XK）施用量对产量的影响拟合出3 因素的施肥数学模型得出最佳施肥配方为：氮肥74.19 kg/hm2、磷肥87.289 kg/hm2、钾肥25.48 kg/hm2。

3.3 不同时期半夏氮磷钾吸收影响分析

基于不同时期半夏块茎对氮磷钾吸收的情况，从肥料配比的角度分析认为，不同时期块茎对氮元素的吸收受磷肥施用的影响，当磷肥施用处于较高水平时，块茎对氮元素的吸收处于较高水平；不同时期块茎对磷元素的吸收受钾肥施用的影响，当磷肥施用处于较低水平时，对钾元素的吸收处于较高水平；不同时期块茎对钾元素的吸收则受氮肥和磷肥施用的共同影响，高钾肥的施用有利于块茎对钾的吸收。目前对于不同时期块茎对氮磷钾的吸收特性还有待于进一步探索，以进一步弄清楚块茎对营养物质的吸收的规律性，为配方施肥提供更加可靠的依据。