干旱區(qū)紅小豆施肥效應研究

韓彥龍,李曉平,李 潔,李海金,晉凡生*

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學院 旱地農(nóng)業(yè)研究中心，山西 太原 030031; 2.山西農(nóng)業(yè)大學 資源環(huán)境學院，山西 太谷 030801)

干旱區(qū)紅小豆施肥效應研究

韓彥龍1,李曉平2,李 潔1,李海金1,晉凡生1*

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學院 旱地農(nóng)業(yè)研究中心，山西 太原 030031; 2.山西農(nóng)業(yè)大學 資源環(huán)境學院，山西 太谷 030801)

應用“3414”試驗方案，研究了干旱區(qū)紅小豆施肥效應和土壤供肥特性，以期為該區(qū)紅小豆高產(chǎn)高效施肥提供參考依據(jù)。結(jié)果表明：施肥處理的紅小豆產(chǎn)量高于不施肥處理，以N2P1K1處理的紅小豆產(chǎn)量和產(chǎn)投比最高。鉀肥對紅小豆的增產(chǎn)率最大，為13.7%～16.9%；其次是氮肥，增產(chǎn)率為6.1%～12.1%；最后是磷肥，增產(chǎn)率為0.6%～6.4%，即對紅小豆產(chǎn)量影響的大小順序為鉀、氮、磷。由紅小豆肥料效應方程可知，達到最高產(chǎn)量的N、P2O5、K2O平均施肥量分別為98.5、109.0、97.5 kg/hm2，產(chǎn)量為1 320 kg/hm2，產(chǎn)投比為8.8；達到最佳產(chǎn)量的N、P2O5、K2O平均施肥量分別為86.4、110.8、95.8 kg/hm2，產(chǎn)量為1 302 kg/hm2，產(chǎn)投比為9.0。此外，紅小豆施肥試驗期間，土壤地力貢獻率為81.1%，土壤肥力中等，施肥效果明顯。

紅小豆； “3414”試驗； 產(chǎn)量； 肥料效應

“3414”試驗方案[1]因回歸最優(yōu)設計處理少、效率高、符合肥料試驗和施肥決策的專業(yè)要求，目前已廣泛應用在玉米[2-6]、小麥[7-10]、大豆[11]、花生[12]、馬鈴薯[13-16]、木薯[17-18]等作物的測土配方施肥中，取得了顯著的應用效果。山西因氣候條件適宜成為小雜糧的主要產(chǎn)地，在全國占有重要的地位。紅小豆又名赤豆、小豆，具有極高的藥用價值，是山西區(qū)域性特色農(nóng)產(chǎn)品。前人在紅小豆的施肥方面做了一些研究，牟善積等[19]、何明華[20]研究表明，氮、磷、鉀配施顯著提高紅小豆產(chǎn)量，磷的效果較氮、鉀顯著；趙婷婷等[21]認為，合理的磷肥用量能提高紅小豆產(chǎn)量，但隨磷肥用量增加磷素生產(chǎn)力下降；郭中校等[22]研究了吉林黑鈣土上紅小豆的最高產(chǎn)量施肥量。在山西干旱氣候條件下，紅小豆需肥規(guī)律和施肥效應如何，以及當?shù)赝寥拦┓誓芰θ绾危两裆形匆妶蟮?。為此，?014 年在山西省陽曲縣旱作耕地區(qū)開展了基于“3414”試驗設計的紅小豆田間肥效試驗和土壤供肥特性研究，旨在探討干旱區(qū)土壤供肥能力、紅小豆需肥規(guī)律以及施肥效應等，為該區(qū)紅小豆高產(chǎn)高效施肥提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2014年在山西省農(nóng)業(yè)科學院旱作農(nóng)業(yè)研究中心試驗基地山西省陽曲縣凌井鄉(xiāng)河村進行。該區(qū)地處忻州與晉中盆地之脊梁地帶，屬溫暖帶大陸性季風氣候，四季分明，年平均氣溫為6 ℃，年平均降雨量為441.2 mm，無霜期為120 d左右。土壤為褐土性土，0～20 cm土層含全氮0.95 g /kg、堿解氮40.4 mg /kg、有機質(zhì)14.41 g/kg、速效磷17.05 mg/kg、速效鉀107.12 mg/kg，pH值為8.25。

1.2 試驗設計

采用“3414”肥料效應試驗[3]，設氮、磷、鉀3個因素4個水平，共14個處理(表1)，每個處理重復3次，總計42個小區(qū)，每個小區(qū)28 m2，隨機區(qū)組排列。最佳施肥量根據(jù)紅小豆需肥量和當?shù)剞r(nóng)戶施肥量而定，即N2P2K2，為N 90 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2、K2O 100 kg/hm2。供試肥料為含N 46%的尿素、含P2O514%的過磷酸鈣、含K2O 52%的硫酸鉀，各處

表1 紅小豆“3414”試驗設計方案

理施肥量見表1，全部肥料采用春季一次性基施。供試材料為晉紅1號，種植密度為150 000 株/hm2， 5月1日播種，5月26日出苗，9月27日收獲。

1.3 產(chǎn)量測定

每個小區(qū)單獨收獲，脫粒，計量小區(qū)產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 15.0和測土配方施肥數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中“3414”工具進行統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮磷鉀配比對紅小豆產(chǎn)量的影響及土壤供肥特性

從表2可以看出，不同氮磷鉀配比處理間紅小豆產(chǎn)量有差異，各試驗小區(qū)產(chǎn)量高低依次為處理N2P1K1>N2P2K2=N2P3K2=N2P2K3>N2P2K1>N2P1K2=N1P2K2=N3P2K2>N2P0K2>N0P2K2>N1P1K2>N2P2K0>N1P2K1>N0P0K0。施用氮、磷、鉀肥后紅小豆產(chǎn)量均有所增加，以N2P1K1處理最高，為1 394 kg/hm2，顯著高于其他處理，比不施肥處理(N0P0K0)增產(chǎn)30.2%。

不同氮、磷、鉀配比對紅小豆產(chǎn)量的影響不同(表2)，當磷、鉀水平一定時，隨氮用量的增加紅小豆的產(chǎn)量先增加后減少，N2處理顯著高于N3和 N1處理，但N2處理與N1處理差異不顯著；當?shù)?、鉀水平一定時，施磷量少時，磷對紅小豆產(chǎn)量影響作用不顯著，繼續(xù)增施磷可以顯著提高紅小豆產(chǎn)量，但磷用量達到一定量時，再增加磷用量紅小豆產(chǎn)量趨于平緩，表現(xiàn)為P2=P3>P1>P0，P2與P3處理差異不顯著，但顯著高于P1，P1處理與P0處理差異不顯著；當?shù)?、磷水平一定時，施用鉀可以提高紅小豆產(chǎn)量，K1、K2、K3處理顯著高于K0，但K1與K2、K3處理間差異不顯著。進一步分析發(fā)現(xiàn)，鉀肥對紅小豆的增產(chǎn)率最大，為13.7%～16.9%；其次是氮肥，增產(chǎn)率為6.1%～12.1%；最后是磷肥，增產(chǎn)率為0.6%～6.4%。即限制紅小豆產(chǎn)量的首要因子是鉀，其次是氮，磷對紅小豆的增產(chǎn)作用最小。

土壤對當季作物產(chǎn)量的貢獻即地力貢獻率，可以用不施肥處理作物產(chǎn)量占最佳施肥處理作物產(chǎn)量的百分數(shù)來計算。本試驗地土壤基礎產(chǎn)量為1 071 kg/hm2，即地力貢獻率為81.1%(表2)。根據(jù)缺素區(qū)產(chǎn)量占最佳施肥區(qū)產(chǎn)量的百分比計算相對產(chǎn)量，用相對產(chǎn)量對土壤肥力進行分級，相對產(chǎn)量小于50%為極低水平，相對產(chǎn)量在50%～75%為低水平，相對產(chǎn)量在75%～95%為中水平，相對產(chǎn)量大于95%為高水平[1]。由表3可知，供試土壤氮、磷、鉀素養(yǎng)分豐缺狀況均為中水平。可見，在紅小豆生長當季試驗地土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分為中等水平，缺鉀和氮較缺磷對紅小豆產(chǎn)量影響大，這與肥料效應結(jié)果基本一致。

表2 不同氮磷鉀配比對紅小豆產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(P<0.05); 紅小豆10.0元/kg、N 3.9元/kg、P2O55.0元/kg、K2O 5.8元/kg。

表3 供試土壤養(yǎng)分豐缺狀況

2.2 不同氮、磷、鉀肥處理對紅小豆經(jīng)濟效益的影響

不同氮、磷、鉀處理的肥料投入成本、紅小豆產(chǎn)值和經(jīng)濟效益有明顯差異，N3P2K2、N2P3K2和N2P2K3處理投入肥料成本最多，N2P1K1處理投入較少，但收入最高，比不施肥處理提高21.4%。不同處理產(chǎn)投比大小依次為處理N2P1K1>N2P0K2>N2P2K0>N1P1K2>N2P2K1>N2P1K2>N1P2K1>N0P2K2>N1P2K2>N2P2K2>N3P2K2=N2P2K3N2P3K2。相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，紅小豆產(chǎn)值與N、P2O5和K2O投入呈顯著正相關(guān)，紅小豆經(jīng)濟效益與K2O投入呈極顯著正相關(guān)，與N和P2O5投入相關(guān)性不顯著。

2.3 氮、磷、鉀施肥效應方程擬合

根據(jù)“3414”試驗方案對紅小豆產(chǎn)量與肥料施用量分別進行三元二次方程、二元二次方程和一元二次方程擬合，在模型的基礎上計算得出最高產(chǎn)量、最佳經(jīng)濟產(chǎn)量及其氮、磷、鉀的施用量(表4—6)。對三元二次方程：Y1=1 066.8+10.82N-0.02N2-4.35P+0.001P2-1.59K-0.007K2-0.025NP-0.050 6NK+0.07PK進行顯著性檢驗，方差分析結(jié)果所明，決定系數(shù)R2=0.96，F(xiàn)=10.63，F(xiàn)值達到顯著水平，說明該方程為典型三元二次肥料效應方程，氮、磷、鉀配比不同，紅小豆產(chǎn)量顯著不同，此模型可以用于推薦施肥量。根據(jù)方程計算得出最高產(chǎn)量的N、P2O5、K2O施用量分別為102.2、116.3、95.4 kg/hm2，對應的最高產(chǎn)量為1 290 kg/hm2，產(chǎn)投比為8.4。2014年按照紅小豆10元/kg、N 3.9元/kg、P2O55.0元/kg、K2O 5.8元/kg計算，得出N、P2O5、K2O最佳施肥量分別為87.5、114.4、97.4 kg/hm2，其對應產(chǎn)量為1 287 kg/hm2，產(chǎn)投比為8.7。

N、P二因素擬合方程為Y2=1 742.4+6.94N-0.016N2+3.53P+0.000 5P2-0.034 8NP，最高產(chǎn)量為1 287 kg/hm2，達到最高產(chǎn)量的N、P2O5施用量分別為104.4、103.5 kg/hm2；最佳產(chǎn)量為1 285 kg/hm2，達到最佳產(chǎn)量的N、P2O5施用量分別為90.1、105.5 kg/hm2。P、K二因素的擬合方程為Y3=1 732.3-4.65P-0.002P2-3.78K-0.012K2+0.056PK，最高產(chǎn)量為1 310 kg/hm2， 對應的P2O5、K2O施用量分別為106.7、91.6 kg/hm2；最佳產(chǎn)量為1 317 kg/hm2， P2O5、K2O施用量分別為121.4、101.6 kg/hm2。N、K二因素的擬合方程為Y4=375.0+10.38N-0.02N2+9.13K-0.012K2-0.068NK，最高產(chǎn)量為1 310 kg/hm2，達到最高產(chǎn)量的N、K2O施用量分別為101.8、89.1 kg/hm2；最佳產(chǎn)量為1 309 kg/hm2， N、K2O施用量分別為93.6、88.5 kg/hm2。綜合3個二元二次擬合方程的結(jié)果表明，達到最高產(chǎn)量的N、P2O5、K2O平均施肥量分別為103.1、105.1、90.4 kg/hm2，產(chǎn)量為1 302 kg/hm2，產(chǎn)投比為9.0；達到最佳產(chǎn)量的N、P2O5、K2O平均施肥量分別為91.8、113.4、95.4 kg/hm2，產(chǎn)量為1 303 kg/hm2，產(chǎn)投比為8.8。

N、P、K單因素的擬合方程分別為Y5=1 170+3.02N-0.02N2、Y6=1 235.3+0.61P-0.000 6P2和Y7=1 134.1+3.54K-0.016K2，最高產(chǎn)量平均為1 346 kg/hm2，達到最高產(chǎn)量的N、P2O5、K2O施用量分別為85.6、112.0、114.0 kg/hm2，產(chǎn)投比為8.6；最佳產(chǎn)量平均為1 307 kg/hm2， 達到最佳產(chǎn)量的N、P2O5、K2O施用量分別為74.5、102.0、95.6 kg/hm2，產(chǎn)投比為9.6。

從3類擬合方程可以看出，由不同肥料效應函數(shù)計算的最高產(chǎn)量有差異，依次為：一元二次方程>二元二次方程>三元二次方程，一元二次肥料效應函數(shù)推薦的產(chǎn)量與其他2種差別較大；最高產(chǎn)量時的產(chǎn)投比依次為：二元二次方程>一元二次方程>三元二次方程。由不同肥料效應函數(shù)計算的最佳產(chǎn)量依次為：一元二次方程>二元二次方程>三元二次方程，不同肥料效應函數(shù)推薦的產(chǎn)量差別較?。蛔罴旬a(chǎn)量時的產(chǎn)投比依次為：一元二次方程>二元二次方程>三元二次方程。綜合3種肥料效應推薦的施肥量結(jié)果表明，達到最高產(chǎn)量的N、P2O5、K2O平均施肥量分別為98.5、109.0、97.5 kg/hm2，產(chǎn)量為1 320 kg/hm2，產(chǎn)投比為8.8；達到最佳產(chǎn)量的N、P2O5、K2O平均施肥量分別為86.4、110.8、95.8 kg/hm2，產(chǎn)量為1 302 kg/hm2，產(chǎn)投比為9.0。

表4 肥料效應擬合方程

表5 不同肥料效應函數(shù)的最高產(chǎn)量及施肥量

表6 不同肥料效應函數(shù)的最佳產(chǎn)量及施肥量

3 結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，研究區(qū)地力貢獻率為81.1%，土壤養(yǎng)分屬中等肥力水平，施肥能明顯提高紅小豆產(chǎn)量。施肥處理的紅小豆產(chǎn)量顯著高于不施肥處理，以N2P1K1處理的紅小豆產(chǎn)量和產(chǎn)投比最高。鉀肥對紅小豆的增產(chǎn)率最大，為13.7%～16.9%；其次是氮肥，增產(chǎn)率為6.1%～12.1%；最后是磷肥，增產(chǎn)率為0.6%～6.4%，表明鉀肥是限制當?shù)丶t小豆產(chǎn)量的主要因素，氮、磷、鉀肥對產(chǎn)量影響的大小順序依次為鉀、氮、磷。

紅小豆產(chǎn)量和氮、磷、鉀施用量擬合而成的三元二次肥料效應方程回歸檢驗達到顯著水平，此肥料效應回歸模型用于預測紅小豆施肥量具有實際應用價值。綜合3種肥料效應函數(shù)推薦施肥量，可以得出，在本試驗條件下，達到最高產(chǎn)量的N、P2O5、K2O施用量分別為98.5、109.0、97.5 kg/hm2，產(chǎn)量為 1 320 kg/hm2，產(chǎn)投比為8.8；達到最佳產(chǎn)量的N、P2O5、K2O施用量分別為86.4、110.8、95.8 kg/hm2，產(chǎn)量為1 302 kg/hm2，產(chǎn)投比為9.0。

[1] 陳新平,張福鎖.通過“3414”試驗建立測土配方施肥技術(shù)指標體系[J].中國農(nóng)技推廣,2006,22(4):36-39.

[2] 遲繼勝,李杰,黃麗芬,等.應用“3414”試驗求解玉米施肥參數(shù)的初探[J].雜糧作物,2007,27(5):371-372.

[3] 蔣永,陳靜芬,王廣燦.夏玉米“3414”肥料效應田間試驗[J].安徽農(nóng)學通報,2007,13(17):100-102.

[4] 高曉霞.孝義市旱地玉米“3414”肥效試驗[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2015，43(12)：1609-1612.

[5] 梁青,聶大杭,高建民.應用“3414”試驗擬探討不同肥料處理對玉米產(chǎn)量的影響[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2013(5):54-55，69.

[6] 劉志雄,馮勇,胡達古拉，等.土壤養(yǎng)分供應水平及不同施肥量對玉米產(chǎn)量的影響[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2009(2):31-34.

[7] 孫義祥,郭躍升,于舜章,等.應用“3414”試驗建立冬小麥測土配方施肥指標體系[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2009，15(1):197-203.

[8] 何盛蓮,吳政卿,雷振生,等.小麥新品種鄭麥9962施肥效果及推薦用量研究[J].河南農(nóng)業(yè)科學，2014,43(1)：33-35.

[9] 李磊,閆敏,閆堅中,等.祁縣小麥“3414”肥料效應試驗報告[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2010，38(10)：34-36.

[10] 寧成林，湯紅偉，李文兵，等.寧強縣小麥測土配方施肥“3414”試驗研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015(13):30，32.

[11] 王志剛,高強,馮國忠.吉林省大豆施肥指標體系初步建立[J].大豆科學,2010，29(4):669-672.

[12] 祁大成,馮旭東,董紅梅,等.花生“3414”肥料效應試驗及推薦施肥分析[J].湖北農(nóng)業(yè)科學,2011,50(14):2831-2834.

[13] 戴樹榮.應用“3414”試驗設計建立二次肥料效應函數(shù)尋求馬鈴薯氮磷鉀適宜施肥量的研究[J].中國農(nóng)學通報,2010,26(12):154-159.

[14] 汗祖拉·圖爾貢，帕爾哈提·吾甫爾，阿瓦姑麗·吐爾洪，等.氮磷鉀平衡施肥對馬鈴薯產(chǎn)量及肥料效益的影響[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2016(1):92-93，95.

[15] 王瑞,王建軍,丁桂亞,等.馬鈴薯“3414”試驗中氮素對產(chǎn)量的影響[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014(1):110，113.

[16] 韓勝利,楊海明,郭利明.旱作馬鈴薯配方肥配方制定過程分析[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2013(5):61，67.

[17] 王英日.木薯華南5號“3414”肥效試驗研究[J].廣西農(nóng)業(yè)科學,2009,40(8):1036-1039.

[18] 林洪鑫,袁展汽,劉仁根,等.不同氮磷鉀處理對木薯產(chǎn)量、養(yǎng)分積累、利用及經(jīng)濟效益的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2012,18(6):1457-1465.

[19] 牟善積,何明華.紅小豆主要增產(chǎn)因素正交試驗結(jié)果[J].華北農(nóng)學報,1992,7(2):18-22.

[20] 何明華.紅小豆氮磷鉀復合因子效應研究[J].天津農(nóng)林科技,1993(2):3-5.

[21] 趙婷婷,馮光明,劉樹欣.施磷對紅小豆吸磷及產(chǎn)量的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報報,2001,9(2):70-71.

[22] 郭中校,王明海,包淑英,等.綠豆和紅小豆氮磷鉀肥適宜用量初探[J].吉林農(nóng)業(yè)科學,2010,35(2):24-26.

Study on Fertilization Effects on Adsuki Bean in the Dry Area

HAN Yanlong1,LI Xiaoping2,LI Jie1,LI Haijin1,JIN Fansheng1*

(1.Research Center for Dryland Agriculture,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan 030031,China; 2.College of Resources and Environmental Sciences,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,China)

In order to provide the basis for adsuki bean fertilization,a “3414”experiment design had been arranged to investigate the fertilization effects on adsuki bean and soil nutrients supply capacity in dryland.The results showed the yields of the fertilization treatments were higher than those of the treatments without fertilization,the yields and output-input ratio of the N2P1K1treatment was the highest.The adsuki bean yield increment rates by the application of K,N and P fertilizer were separately 13.7%—16.9%、6.1%—12.1% and 0.6%—6.4%,and the order of effects on the yield was K>N>P.The equation of fertilization effects on adzuki bean showed that the N，P2O5，K2O amounts when the maximum yield was obtained were 98.5，109.0，97.5 kg/ha respectively,the yield was 1 320 kg/ha,and the output to input ratio was 8.8; the N，P2O5，K2O amounts when the optimum economic yield was obtained were 86.4,110.8,95.8 kg/ha respectively,the yield was 1 302 kg/ha,and the output to input ratio was 9.0.The soil fertility was middle,and the contribution of land capability reached 81.1%.

adsuki bean； “3414” experiment； yield； fertilizer effect

2016-01-22

國家科技支撐計劃項目(2014BAD07B05)；山西省科技創(chuàng)新重點團隊項目 (2012091022)

韓彥龍(1976-)，男，山西寧武人，助理研究員，碩士，主要從事旱作節(jié)水及植物營養(yǎng)研究。 E-mail：yanlonghan@126.com

*通訊作者：晉凡生(1964-)，男，山西夏縣人，副研究員，本科，主要從事農(nóng)田土壤水分和農(nóng)田生態(tài)研究。 E-mail：jinfs@sina.com

S521；S143

A

1004-3268(2016)05-0056-05