保護(hù)地冬早辣椒氮磷鉀優(yōu)化施肥組合研究*

尹勝鑫，濮永賽，鄔春芹，陳進(jìn)廳，楊久才，周 祺

(1.保山市土壤肥料工作站 云南保山 678000； 2.隆陽區(qū)土壤肥料工作站 云南保山 678000)

0 前言

辣椒是目前云南省保山市冬早大棚栽培的主要蔬菜作物之一，種植面積超過4 000 hm2，產(chǎn)量160 kt/a，產(chǎn)值5.5億元/a，但生產(chǎn)上普遍存在著偏施氮肥、盲目施肥和過量施肥現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著產(chǎn)量、品質(zhì)和效益的提高，解決施肥問題是當(dāng)?shù)卮笈锢苯飞a(chǎn)的關(guān)鍵。辣椒產(chǎn)量受氣候、土壤、施肥、品種等諸多因素的影響,其中施肥對(duì)辣椒的產(chǎn)量和品質(zhì)具有決定性作用[1]。多年來，辣椒施肥方面的研究以盆栽和露地栽培條件下的甜椒和干制辣椒為主，設(shè)施栽培條件下的研究以單因素肥料效應(yīng)居多[2- 5]，同時(shí)研究氮、磷、鉀及其交互效應(yīng)的較少，且不同區(qū)域的研究結(jié)果差異較大[6- 7]，針對(duì)云南省保山區(qū)域大棚辣椒氮磷鉀肥料效應(yīng)和優(yōu)化施肥配比的研究則尚未見報(bào)道。本研究于2014—2015年采用二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，同時(shí)研究大棚辣椒氮磷鉀肥料的主效應(yīng)、交互效應(yīng)、回歸模型和高產(chǎn)優(yōu)化施肥方案，為實(shí)現(xiàn)大棚辣椒標(biāo)準(zhǔn)化施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試土壤

試驗(yàn)地點(diǎn)安排在云南省保山市隆陽區(qū)永昌辦事處廖官村，位于北緯25°09′03″、東經(jīng)99°11′28″，海拔高度1 650 m。供試土壤為湖積物母質(zhì)發(fā)育的潴育型水稻土，質(zhì)地為壤土，肥力上等，土壤pH為6.24。試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分狀況及評(píng)級(jí)[8]：有機(jī)質(zhì)42.8 g/kg(Ⅰ級(jí))，全氮2.56 g/kg(Ⅰ級(jí))，堿解氮221 mg/kg(Ⅰ級(jí))，有效磷74.6 mg/kg(Ⅰ級(jí))，速效鉀155 mg/kg(Ⅱ級(jí))。前茬作物為黃瓜，產(chǎn)量為97 500 kg/hm2。前茬作物施肥情況：廄肥52 500 kg/hm2，尿素2 250 kg/hm2，復(fù)合肥(15- 15- 15)750 kg/hm2。

1.1.2 供試作物

供試作物為辣椒，品種為保山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育的岫椒5號(hào)，屬于牛角椒，采用基質(zhì)漂浮育苗移栽，塑料大棚種植方式，苗齡45 d。

1.1.3 供試肥料

有機(jī)肥為腐熟的農(nóng)家肥(廄肥)，氮肥為尿素(含N質(zhì)量分?jǐn)?shù)46.4 %)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)16.0%)，鉀肥為硫酸鉀(含K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)50.0%)，價(jià)格分別為尿素1 780元/t、過磷酸鈣700元/t、硫酸鉀5 100元/t。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用氮、磷、鉀三因素五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)的田間試驗(yàn)方式，試驗(yàn)處理組合數(shù)為24，其中處理1～處理8為各因素的二水平試驗(yàn)，處理9～處理14為各因素的星號(hào)試驗(yàn)，處理15～處理23為各因素的零水平試驗(yàn)，處理24為空白對(duì)照(CK)。試驗(yàn)除處理間施肥量差異外，其他栽培管理措施一致。氮、磷、鉀三因素各水平編碼值如表1所示。

表1 氮、磷、鉀三因素各水平編碼值

因素水平氮肥(N)/(kg·hm-2)磷肥(P2O5)/(kg·hm-2)鉀肥(K2O)/(kg·hm-2)-r175．045．0175．0-1276．3117．0322．00425．0222．5537．5+1573．7328．0753．0+r675．0400．0900．0Δj148．7105．5215．5

1.2.2 小區(qū)技術(shù)

田間試驗(yàn)遵循農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《肥料效應(yīng)鑒定田間試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》(NY/T 497—2002)[9]，小區(qū)面積26.64 m2(8.1 m×3.3 m)，采用隨機(jī)排列，讓中心試驗(yàn)點(diǎn)均勻分布在區(qū)組內(nèi)。小區(qū)內(nèi)辣椒種植采用寬窄行條栽，寬行60 cm，窄行50 cm，株距32 cm，每小區(qū)種植密度為152株，折合每公頃種植57 060株。

1.2.3 施肥方案

辣椒定植前10 d(2014- 11- 23)整地施腐熟農(nóng)家肥15 000 kg/hm2作基肥，并用旋耕機(jī)深耕后曬垡；定植前2 d劃定試驗(yàn)小區(qū)，開挖種植溝，在種植溝內(nèi)施氮肥總用量的25%、全部磷肥和鉀肥總用量的50%作為基肥，施基肥后覆土。氮肥總用量的75%、鉀肥總用量的50%作為追肥，追肥分5次施用，首次追肥于移栽定植后50 d(2015- 01- 22)，之后每隔20 d追肥1次，追肥采用兌水澆施方式。

1.2.4 分析方法

辣椒產(chǎn)量以每個(gè)小區(qū)各次采收的青辣椒質(zhì)量(含果柄)之和計(jì)算，首次采收于定植后60 d，之后視青辣椒的成熟度和市場(chǎng)價(jià)格每15～20 d采收1次，共采收9次，最后一次采收將果實(shí)全部收盡。肥料效應(yīng)回歸模型的擬合、顯著性檢驗(yàn)和失擬性檢驗(yàn)應(yīng)用Excel的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)相關(guān)功能進(jìn)行[10- 11]。為使施肥決策更接近于生產(chǎn)實(shí)際，減少小概率事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化施肥方案的確定采用頻率分析法[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)大棚辣椒產(chǎn)量的影響

各施肥處理組合的青辣椒產(chǎn)量較空白對(duì)照有大幅提高，其中：各施肥處理較空白對(duì)照增產(chǎn)9 779～18 327 kg/hm2，平均增產(chǎn)14 903 kg/hm2，平均增產(chǎn)率39.33%；處理9的產(chǎn)量最高，單產(chǎn)為56 223 kg/hm2，較空白對(duì)照增產(chǎn)18 327 kg/hm2；處理10的產(chǎn)量最低，單產(chǎn)為47 675 kg/hm2，較空白對(duì)照增產(chǎn)9 779 kg/hm2。不同施肥處理對(duì)大棚辣椒產(chǎn)量的影響如表2所示。

表2 不同施肥處理對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響

處理編碼NP2O5K2O施肥量/(kg·hm-2)NP2O5K2O產(chǎn)量/(kg·hm-2)較空白對(duì)照增產(chǎn)/%1111573．7328．0753．05484644．73211-1573．7328．0322．05319640．3731-11573．7117．0753．05323140．4741-1-1573．7117．0322．05135735．525-111276．3328．0753．05124335．226-11-1276．3328．0322．05158136．117-1-11276．3117．0753．05169236．408-1-1-1276．3117．0322．05101734．629r00675．0222．5537．55622348．3610-r00175．0222．5537．54767525．80110r0425．0400．0537．55412642．83120-r0425．045．0537．55056133．421300r425．0222．5900．05472544．411400-r425．0222．5175．04868928．4815000425．0222．5537．55537346．1216000425．0222．5537．55499645．1217000425．0222．5537．55499645．1218000425．0222．5537．55323140．4719000425．0222．5537．55187836．9020000425．0222．5537．55443443．6421000425．0222．5537．55413542．8522000425．0222．5537．55195037．0923000425．0222．5537．55323140．47240．00．00．037896

2.2 不同施肥處理對(duì)大棚辣椒產(chǎn)值和效益的影響

氮肥(N)、磷肥(P2O5)和鉀肥(K2O)投入價(jià)格分別為3.84，4.38和10.20 元/kg，青辣椒果實(shí)按平均價(jià)格3.00 元/kg計(jì)算。各施肥處理的辣椒產(chǎn)值較空白對(duì)照增加29 337～54 981 元/hm2，產(chǎn)值平均增加44 710元/hm2，平均增加率39.33%，增值顯著；與空白對(duì)照相比，各施肥處理的辣椒純效益增加22 208～45 932元/hm2，平均純效益為36 621元/hm2，平均增加率32.21%，效益顯著；各施肥處理的辣椒產(chǎn)投比為2.93～7.10，平均值為4.72，處理8的產(chǎn)投比最高為7.10。處理5的產(chǎn)投比最低為2.93。不同施肥處理對(duì)辣椒經(jīng)濟(jì)效益的影響如表3所示。

表3 不同施肥處理對(duì)辣椒經(jīng)濟(jì)效益的影響

處理產(chǎn)值/(元·hm-2)產(chǎn)值較空白對(duì)照增加率/%肥料投入/(元·hm-2)純效益/(元·hm-2)純效益較空白對(duì)照增加率/%產(chǎn)投比116453844．731132015321834．773．49215958840．37692415266434．285．63315969340．471039614929731．323．43415407135．52600014807130．245．73515372935．221017814355126．272．93615474336．11578214896131．036．10715507636．40925414582228．273．47815305134．62485814819330．357．10916866948．36904915962040．405．081014302525．80712913589619．533．121116237842．83886715351135．034．491215168333．42731214437126．994．201316417544．411178715238834．043．281414606728．48439214167524．626．371516611946．12808915803039．005．481616498845．12808915689938．015．341716498845．12808915689938．015．341815969340．47808915160433．354．691915563436．90808914754529．784．192016330243．64808915521336．535．132116240542．85808915431635．745．022215585037．09808914776129．974．212315969340．47808915160433．354．6924113688113688

2.3 大棚辣椒氮磷鉀肥料效應(yīng)函數(shù)模型的建立與檢驗(yàn)

2.3.1 肥料效應(yīng)函數(shù)模型的建立

由于二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)不設(shè)重復(fù)，試驗(yàn)區(qū)組不是依據(jù)重復(fù)來劃定，為有效控制非試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，首先對(duì)模型的二次項(xiàng)編碼值進(jìn)行中心化處理[13]，然后將一次項(xiàng)、交互項(xiàng)和二次項(xiàng)的編碼值換算成施肥量，再應(yīng)用Excel數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)相關(guān)功能擬合得到以氮(X1)、磷(X2)和鉀(X3)施肥量為自變量，產(chǎn)量(Y)為因變量的肥料效應(yīng)函數(shù)模型(1)：

(1)

模型(1)是正交設(shè)計(jì)中各因素取值經(jīng)過線性變化后得到的函數(shù)模型，其中的自變量Xi不代表氮、磷、鉀純養(yǎng)分施用量，故將X1=(N-0水平)/Δj，X2=(P-0水平)/Δj和X3=(K-0水平)/Δj代入模型(1)，得到以純N(以N表示)，P2O5(以P表示)和K2O(以K表示)施用量為自變量，產(chǎn)量(Y)為因變量的肥料效應(yīng)函數(shù)模型(2)：

Y=38 180.42+19.865 68N+16.102 02P+16.150 05K+0.026 603NP+0.012 429NK-0.006 79PK-0.025 75N2-0.038 47P2-0.014 1K2

(2)

2.3.2 肥料效應(yīng)函數(shù)模型的顯著性檢驗(yàn)

應(yīng)用SAS(Statistic Analysis System)軟件進(jìn)行失擬性和顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果失擬F=1.92SignificanceF=0.019 9，施肥量對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)到顯著水平。模型系數(shù)經(jīng)偏回歸檢驗(yàn)，氮的一次項(xiàng)系數(shù)回歸F=14.654>SignificanceF=0.002 1,差異達(dá)極顯著水平；磷鉀交互項(xiàng)系數(shù)回歸F=0.083SignificanceF，差異達(dá)顯著水平。

2.4 肥料效應(yīng)函數(shù)模型的解析

2.4.1 主效應(yīng)分析

從模型(1)和模型(2)可看出，一次項(xiàng)的偏回歸系數(shù)均為正值，二次項(xiàng)系數(shù)均為負(fù)值，符合報(bào)酬遞減率，模型屬于典型模型。從一次項(xiàng)系數(shù)絕對(duì)值的大小判別，氮肥、磷肥、鉀肥對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響程度是氮肥(b1=19.865 68)>鉀肥(b3=16.150 05)>磷肥(b2=16.102 02)。將氮磷鉀三因素中的2個(gè)因素固定在0水平，采用降維法可得到下列單因素肥料效應(yīng)函數(shù)模型：

Y=38 180.42+19.865 68N-0.025 75N2

(3)

Y=38 180.42+16.102 02P-0.038 47P2

(4)

Y=38 180.42+16.150 05K-0.014 1K2

(5)

在不考慮交互效應(yīng)的情況下，求解模型(3)，(4)和(5)，得到邊際產(chǎn)量為0(dy/dx=0)時(shí)的N，P2O5和K2O施用量分別為385.7，209.3和572.7 kg/hm2。當(dāng)施N量取值[0.0，385.7]、施P2O5量取值[0.0，209.3]、施K2O量取值[0.0，572.7]時(shí)，邊際產(chǎn)量均為正值，施肥效應(yīng)均為正效應(yīng)，辣椒產(chǎn)量均隨著施肥量的增加而增加；當(dāng)N，P2O5和K2O的施用量分別大于385.7，209.3以及572.7 kg/hm2時(shí)，邊際產(chǎn)量均為負(fù)值，施肥效應(yīng)均為負(fù)效應(yīng)，辣椒產(chǎn)量均隨著施肥量的增加而降低。

2.4.2 交互效應(yīng)分析

從模型(1)中交互項(xiàng)的偏回歸系數(shù)絕對(duì)值大小可看出，氮磷鉀間交互效應(yīng)大小依次為氮磷>氮鉀>磷鉀。從回歸模型顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，達(dá)到顯著水平的交互項(xiàng)為氮磷和氮鉀。模型(2)采用降維法得到氮肥與磷肥、氮肥與鉀肥間的交互效應(yīng)函數(shù)模型(6)和模型(7)：

Y=38 180.42+19.865 68N+16.102 02P+0.026 603NP-0.025 75N2-0.038 47P2

(6)

Y=38 180.42+19.865 68N+16.150 05K+0.012 429NK-0.025 75N2-0.014 1K2

(7)

將相關(guān)因素各水平施肥量代入模型(6)和模型(7)，得到各試驗(yàn)因素的交互效應(yīng)分析結(jié)果如表4所示。

表4 各試驗(yàn)因素的交互效應(yīng)分析結(jié)果

項(xiàng) 目N水平-r-101rP水平-r4172542618431284243641312-142770439214465244245433160435824501746166461764553114353845257468234725146890r4301644929467804749347326K水平-r4364344699452914474543720-145307465484741247137462970466444815649419495424897414667248456501165063850341r4594047908498405063450522

從表4可看出：①氮肥在[-r，0]水平區(qū)域內(nèi)，辣椒產(chǎn)量隨著磷肥用量的增加呈先增后降趨勢(shì)，增幅隨著磷肥用量的增加而減?。坏试赱1，r]水平區(qū)域內(nèi)，辣椒產(chǎn)量隨著磷肥用量的增加而增加，增產(chǎn)幅度隨著磷肥用量的增加而減??；磷肥在[-r，r]水平區(qū)域內(nèi)，辣椒產(chǎn)量隨著氮肥用量的增加呈先增后降的趨勢(shì)。②氮肥在[-r，1]水平區(qū)域內(nèi)，辣椒產(chǎn)量隨著鉀肥用量的增加呈先增后降的趨勢(shì)，增產(chǎn)幅度隨著鉀肥用量的增加而減?。坏试趓水平時(shí)，辣椒產(chǎn)量隨著鉀肥用量的增加而增加，增產(chǎn)幅度隨著鉀肥用量的增加而減小；鉀肥在[-r，r]水平區(qū)域內(nèi)，辣椒產(chǎn)量隨著氮肥用量的增加呈先增后降的趨勢(shì)。

2.5 優(yōu)化施肥方案的確定

三因素五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)共有125個(gè)處理組合，將各處理組合的氮磷鉀施肥量代入函數(shù)模型(2)，可得到125個(gè)預(yù)報(bào)產(chǎn)量，其中辣椒產(chǎn)量大于53 000 kg/hm2的處理組合共計(jì)有25個(gè)。對(duì)產(chǎn)量大于53 000 kg/hm2的處理組合進(jìn)行頻率分析，氮磷鉀取值分布如表5所示。

由表5可知，在大棚設(shè)施栽培條件下，辣椒的優(yōu)化施肥組合為純N 568.9～631.9 kg/hm2，P2O5242.7～321.3 kg/hm2，K2O 684.6～794.8 kg/hm2。按該優(yōu)化施肥組合進(jìn)行施肥，辣椒產(chǎn)量在53 000 kg/hm2以上的可能性為95%。取加權(quán)平均值(純N 600.4 kg/hm2，P2O5282.0 kg/hm2，K2O 739.7 kg/hm2)代入函數(shù)模型(2)，得到的預(yù)報(bào)產(chǎn)量為55 142 kg/hm2，氮磷鉀施用質(zhì)量比為1.00∶0.47∶1.23。

表5 辣椒產(chǎn)量大于53 000 kg/hm2的處理氮磷鉀取值分布

因素水平N施肥量/(kg·hm-2)頻數(shù)/次P2O5施肥量/(kg·hm-2)頻數(shù)/次K2O施肥量/(kg·hm-2)頻數(shù)/次-r175．0045．00175．00-1276．30117．04322．000425．03222．57537．57+1573．711328．08753．010+r675．011400．06900．08加權(quán)平均數(shù)600．4282．0739．7標(biāo)準(zhǔn)差S80．3378100．1922140．5036均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差16．067620．038428．100795%置信區(qū)間568．9～631．9242．7～321．3684．6～794．8

3 結(jié)語

(1) 氮磷鉀肥配合施用能顯著提高大棚辣椒產(chǎn)量，其中氮肥對(duì)大棚辣椒產(chǎn)量的影響達(dá)極顯著水平，磷肥和鉀肥對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響達(dá)顯著水平，氮肥效應(yīng)>鉀肥效應(yīng)>磷肥效應(yīng)，與郭鑫年等的研究結(jié)果相吻合[7]。

(2) 氮磷和氮鉀的交互效應(yīng)為正效應(yīng)，經(jīng)偏回歸檢驗(yàn)達(dá)顯著水平，與黃科等盆栽試驗(yàn)結(jié)果一致[13]；磷鉀的交互效應(yīng)為負(fù)效應(yīng)，經(jīng)偏回歸檢驗(yàn)差異不顯著。純N用量在175.0～425.0 kg/hm2時(shí)，辣椒產(chǎn)量隨著P2O5用量的增加呈先增后降趨勢(shì)，增幅隨著磷肥用量的增加而減??；純N用量在175.0～573.7 kg/hm2時(shí)，鉀肥效應(yīng)趨勢(shì)與磷肥一致；在高施氮量情況下，辣椒產(chǎn)量隨著磷肥或鉀肥用量的增加而增加。

(3) 大棚辣椒產(chǎn)量大于53 000 kg/hm2的優(yōu)化施肥方案為純N 568.9～631.9 kg/hm2，P2O5242.7～321.3 kg/hm2，K2O 684.6～794.8 kg/hm2，與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件下高產(chǎn)施肥量水平相符；加權(quán)平均值為純N 600.4 kg/hm2，P2O5282.0 kg/hm2，K2O 739.7 kg/hm2，氮磷鉀施用質(zhì)量比為1.00∶0.47∶1.23。

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