氮磷鉀肥對脫毒生姜產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的影響

李德文，王少銘，羅莉斯，冷家歸，侯穎輝，李晉華

（1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料研究所 貴陽 550006； 2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所 貴陽 550006）

生姜（Rosc.）為姜科姜屬多年生草本植物，食用器官為地下肉質(zhì)根狀莖，是一種調(diào)味蔬菜，也是醫(yī)藥、化工及食品工業(yè)的重要原料。生姜具有芳香的辛辣風(fēng)味，可加工制成姜干、姜粉、姜汁、姜油、糖姜片等，有除腥、去臊、去臭作用和解毒、散寒、溫胃、發(fā)汗、止嘔等藥效。中國是世界上生姜栽培面積最大且生產(chǎn)總量最多的國家，2018 年全國種植面積29.9 萬hm，生姜產(chǎn)量約846 萬t，平均產(chǎn)量1886 kg·667 m；國內(nèi)銷售比例占71%，用于調(diào)味鮮食，北方市場以銷售大姜為主，南方市場傾向小黃姜。貴州省生姜種植面積約2.67 萬hm，被列為貴州省蔬菜產(chǎn)業(yè)八大單品之一，主要分布在安順、六盤水、黔南和黔西南等地區(qū)，主栽品種類型為密苗型小黃姜。由于生姜以根狀莖為繁殖材料，長期無性繁殖會造成種性退化，種姜多帶病毒，導(dǎo)致生姜的產(chǎn)量和品質(zhì)逐漸下降，制約了生姜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。培育脫毒種可有效減少種姜的病毒，達(dá)到提高生姜產(chǎn)量和品質(zhì)的雙重目的。貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料研究所從地方品種貞豐小黃姜中選擇優(yōu)良單株根狀莖，采用莖尖脫毒法培育出脫毒生姜新品系黔姜181，適宜在貴州喀斯特地區(qū)推廣種植。氮、磷、鉀是植物生長發(fā)育所必需的大量元素，在其生長發(fā)育過程中發(fā)揮著不可替代的作用，氮、磷、鉀用量及其比例對生姜生長及產(chǎn)量有顯著的影響。李錄久認(rèn)為施用適量氮、磷、鉀能有效促進(jìn)不同品種生姜的生長發(fā)育，顯著提高生姜根狀莖產(chǎn)量，氮肥和鉀肥均遠(yuǎn)高于磷肥的增產(chǎn)效應(yīng)，并且不同品種生姜根狀莖產(chǎn)量需肥量和比例存在較大差異。邵海南等認(rèn)為施肥能顯著提升生姜的株高、分枝數(shù)與產(chǎn)量，當(dāng)每667 m施入氮、磷、鉀肥的量分別為44.68、38.91、52.34 kg 時，生姜產(chǎn)量最高。張薇認(rèn)為不同施肥處理對生姜植株生長量存在顯著差異，每667 m施腐殖酸200 kg，生姜產(chǎn)量達(dá)6 303.48 kg·667 m，比不施腐殖酸的產(chǎn)量增加了24.21%；每667 m施控釋肥200 kg 的生姜產(chǎn)量達(dá)5 994.21 kg·667 m，較普通復(fù)合肥增產(chǎn)5.23%。

“3414”肥效試驗是農(nóng)業(yè)部測土配方施肥技術(shù)規(guī)范推薦使用的研究方案，利用該試驗方案既可進(jìn)行作物產(chǎn)量與氮、磷、鉀用量的三元二次肥料效應(yīng)回歸方程擬合，也可分別進(jìn)行氮、磷、鉀中任意二元或一元肥料效應(yīng)回歸方程的擬合，具有回歸最優(yōu)設(shè)計處理少、效率高的優(yōu)點，廣泛用于西瓜、白菜、水稻、油菜、桔梗等作物的施肥推薦研究。在生姜生產(chǎn)上存在盲目施肥現(xiàn)象，施肥過量與比例不合理現(xiàn)象突出，偏施氮肥而不施或少施磷鉀肥，致使土壤中氮、磷、鉀的有效含量失衡，多數(shù)土壤中呈現(xiàn)水堿氮含量偏高而有效磷、有效鉀含量偏低的情況。既造成了大量氮營養(yǎng)流失，又增加了肥料投入成本，嚴(yán)重影響了生姜產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。不同生姜品種對養(yǎng)分的需求并不一致，且受土壤、施肥方式和氣候條件等因素影響。貴州屬于典型的喀斯特地區(qū)，山地立體氣候明顯，需要對密苗型小黃姜開展氮磷鉀施肥試驗。為了充分發(fā)揮氮、磷、鉀肥對脫毒生姜的增產(chǎn)效應(yīng)，有必要制定最佳施肥方案。筆者以脫毒生姜新品系黔姜181 為試驗材料，于2019 年在貴州省安順市普定縣開展了脫毒生姜氮磷鉀“3414”肥料試驗，探討不同氮、磷、鉀施用量及配比對脫毒生姜產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀的影響，以期為脫毒生姜在貴州黔中生態(tài)區(qū)高產(chǎn)栽培提供施肥參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設(shè)在貴州省安順市普定縣太平農(nóng)場旱地中，海拔1260 m，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫15.1 ℃，年平均日照時數(shù)1 164.9 h，無霜期301 d，年平均降水1 378.2 mm。試驗地前作為薏仁米，黃壤土，土壤肥力中等。據(jù)貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境檢測中心分析，土壤pH 值5.91，有 機(jī)質(zhì)含量（，后同）28.5 g·kg，堿解氮含量141.67 mg·kg，有效磷含量39.10 mg·kg，速效鉀含量146.81 mg·kg，土壤弱酸性，有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量中等，堿解氮和有效磷含量豐富。

1.2 材料

供試材料為脫毒生姜新品系黔姜181，屬于密苗型小黃姜類型，由貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料研究所提供，選擇不干裂、不腐爛、未受凍、質(zhì)地硬、無病蟲危害和無機(jī)械損傷的根莖用于試驗。試驗肥料為尿素（含N 46.4%，貴州赤天化股份有限公司生產(chǎn)），過磷酸鈣（含PO16%，貴州開磷有限責(zé)任公司生產(chǎn)），農(nóng)用硫酸鉀（含KO 51%，國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司生產(chǎn)）。

1.3 試驗設(shè)計

采用“3414”肥料效應(yīng)試驗方案，“3414”是指N、P、K 3 個因素，每個因素設(shè)4 個水平（即設(shè)0 水平為不施肥，2 水平為當(dāng)?shù)刈罴咽┓柿康慕浦担?水平=2 水平×0.5，3 水平=2 水平×1.5），共14 個處理（表1），2 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積20 m（4.80 m×4.17 m），開溝直播，行距60 cm，株距20 cm，每667 m種植密度5500 株，四周種植保護(hù)行。

表1 “3414”肥效試驗各處理施肥水平和施肥量

設(shè)667 m純N 施用水平分別為0、15、30、45 kg，PO施用水平分別為0、7.5、15、22.5 kg，KO 施用水平分別為0、15、30、45 kg。

1.4 方法

2019 年3 月28 日按試驗設(shè)計播種，每667 m施腐熟農(nóng)家肥1000 kg。先開好第一條溝，溝深15 cm，將準(zhǔn)備好的姜塊放入溝內(nèi)，每行放20 塊種姜，然后將腐熟農(nóng)家肥、全部磷肥和30%鉀肥放在姜塊之間，再按行距開第2 條溝，用溝土覆蓋第1 條溝，覆土厚度5 cm。脫毒生姜于5 月16 日出苗，6 月10日追施30%氮肥作提苗肥；7 月15 日追施40%氮肥和40%鉀肥，結(jié)合中耕除草，起壟培土1 次；8 月20日根狀莖膨大初期追施30%氮肥和30%鉀肥，起壟培土1 次。病蟲害防治與常規(guī)生姜栽培相同。11月20 日在小區(qū)中間行連續(xù)取樣10 株，參照《姜種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》調(diào)查主要農(nóng)藝性狀，并對小區(qū)內(nèi)根狀莖稱重測產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用Excel 2010 軟件、測土配方施肥“3414”試驗分析器SG2.2 和DPS v18.10 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。有關(guān)參數(shù)的計算方法：氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量，氮肥農(nóng)學(xué)利用率=（施氮區(qū)產(chǎn)量-缺氮區(qū)產(chǎn)量）/施氮量，磷、鉀肥的參數(shù)計算方法與氮肥一致，偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用率的單位均為kg·kg。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理對脫毒生姜主要農(nóng)藝性狀的影響

從表2 可知，脫毒生姜黔姜181 的主要農(nóng)藝性狀均以不施肥處理為最低，差異顯著性分析表明，與不施肥處理（NPK）相比，增施氮磷鉀肥對脫毒生姜黔姜181 的分枝數(shù)、主莖莖粗、主莖葉片數(shù)、莖葉質(zhì)量和根狀莖質(zhì)量均有顯著影響。當(dāng)磷、鉀肥均處于最佳水平（PK）時，脫毒生姜黔姜181 的株高、分枝數(shù)、主莖葉片數(shù)、葉長、葉寬和莖葉質(zhì)量均隨氮肥用量的增加而增加；而主莖莖粗、根狀莖長、根狀莖寬和根狀莖質(zhì)量均是先增加后減少，且均在處理NPK時達(dá)到最大。當(dāng)?shù)⑩浄示幱谧罴阉剑∟K）時，其莖葉質(zhì)量和根狀莖質(zhì)量隨磷肥用量的增加而增加，其余農(nóng)藝性狀呈不規(guī)律變化。當(dāng)?shù)⒘追示幱谧罴阉剑∟P）時，其葉長和根狀莖質(zhì)量隨鉀肥用量的增加而增加，葉寬和根狀莖寬是先增加后減少，其余農(nóng)藝性狀呈不規(guī)律變化。表明在適宜施氮量基礎(chǔ)上，增施磷、鉀肥有利于提高脫毒生姜黔姜181 的莖葉質(zhì)量和根狀莖質(zhì)量。

表2 脫毒生姜主要農(nóng)藝性狀

2.2 各處理對脫毒生姜產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表3 可知，不同氮磷鉀處理間根狀莖產(chǎn)量差異達(dá)顯著水平。其中，NPK處理脫毒生姜黔姜181 根狀莖產(chǎn)量最高，達(dá)2 812.41 kg·667 m；第2 位是NPK處理，根狀莖產(chǎn)量為2 778.39 kg·667 m；第3位是NPK處理，根狀莖產(chǎn)量為2 711.02 kg·667 m。

表3 各處理小區(qū)根狀莖產(chǎn)量

不施肥處理（NPK）脫毒生姜黔姜181 的根狀莖產(chǎn)量只有1 053.86 kg·667 m，缺氮處理（NPK）的產(chǎn)量為1 226.95 kg·667 m，缺磷處理（NPK）的產(chǎn)量為2 312.82 kg·667 m，缺鉀處理（NPK）的產(chǎn)量為2 055.03 kg·667 m，分別比NPK處理的根狀莖產(chǎn)量減產(chǎn)1 724.53、1 551.44、465.57、723.36 kg·667 m，減產(chǎn)率依次為62.07%、55.84%、16.76%、26.04%。這表明缺氮對脫毒生姜黔姜181 的根狀莖產(chǎn)量影響最大，其次是缺鉀，而缺磷的影響相對較小。與不施肥相比，氮磷鉀肥配合施用能夠顯著提高脫毒生姜黔姜181 的根狀莖產(chǎn)量水平。

從表4 可以看出，在田間管理一致時，以NPK處理條件下脫毒生姜黔姜181 的總產(chǎn)值和純收入均最高，每667 m分別為14 062.05 元和8 199.35 元，產(chǎn)投比值為2.4；其次是NPK處理，總產(chǎn)值為13 891.95 元·667 m，純收入為8 170.40 元·667 m，產(chǎn)投比值最高，為2.43；第三是NPK處理，總產(chǎn)值為13 555.10 元·667 m，純收入為7 786.67 元·667 m，產(chǎn)投比值為2.35；第四是NPK處理，總產(chǎn)值為13 403.35 元·667 m，純收入為7 728.67 元·667 m，產(chǎn)投比值為2.36；而NPK處理每667 m的總產(chǎn)值為12 272.80 元，純收入為6 478.50 元，比NPK處理的純收入減少1 691.90 元·667 m。這表明當(dāng)磷鉀肥施用量處于最佳水平時，增施氮肥能夠提高脫毒生姜黔姜181的總產(chǎn)值和純收入，但是氮肥施用過量，單位面積內(nèi)的總產(chǎn)值和純收入反而降低。

表4 脫毒生姜肥效試驗各處理的經(jīng)濟(jì)效益比較 （元·667 m-2）

2.3 脫毒生姜產(chǎn)量-施肥數(shù)學(xué)模型

將產(chǎn)量結(jié)果進(jìn)行回歸分析，得出脫毒生姜黔姜181 根狀莖產(chǎn)量與N、P、K 肥施用量的回歸數(shù)學(xué)模型：=1 062.92+74.10N+32.04P+12.10K+0.44NP+0.69NK+0.47PK-1.66N-1.94P-0.49K。對回歸方程進(jìn)行檢驗，相關(guān)系數(shù)=0.99，=76.45＞，達(dá)顯著水平，表明回歸模型與實際吻合較好，可對其進(jìn)行優(yōu)化分析。在產(chǎn)量回歸數(shù)學(xué)模型中，氮磷鉀3 因素中任意固定其中2 個在“2”水平，變化另1 個因素得到單因素子模型如下：

氮肥的子模型為=1 240.52+101.40N-1.66N；

磷肥的子模型為=2 334.92+59.34P-1.94P；

鉀肥的子模型為=2 034.02+39.85K-0.49K。

通過對子模型中常數(shù)項系數(shù)的比較，不施氮肥時脫毒生姜黔姜181 的根狀莖產(chǎn)量最低，產(chǎn)量為1240.52 kg·667 m；其次是不施鉀肥，根狀莖產(chǎn)量為2 034.02 kg·667 m；不施磷肥的根狀莖產(chǎn)量相對較高，產(chǎn)量達(dá)2 334.92 kg·667 m。一次項系數(shù)為正數(shù)，反映了增施氮磷鉀肥均能提高脫毒生姜黔姜181 的根狀莖產(chǎn)量，以施氮肥的增產(chǎn)效應(yīng)最大。二次項系數(shù)為負(fù)數(shù)，反映了施肥并不是越多越好，當(dāng)?shù)租浄食^一定施用量時，其根狀莖產(chǎn)量反而下降。

從圖1 肥效曲線和表5 參數(shù)值可知，當(dāng)PO、KO 固定在“2”水平，施用氮肥有利于提高脫毒生姜黔姜181 的根狀莖產(chǎn)量，增加單位面積收入。以N處理的增加產(chǎn)值和純收益均最高，每667 m分別為7 757.20 元和7 511.70 元，其產(chǎn)投比為31.60；N處理的產(chǎn)投比、偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用率均最高，分別達(dá)33.05、157.90 kg·kg、76.13 kg·kg；而N處理的產(chǎn)投比、偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用率均最低，分別為19.29、54.50 kg·kg、27.28 kg·kg。每667 m純N施用量為23.25～37.50 kg，脫毒生姜黔姜181 的根狀莖產(chǎn)量達(dá)2 700.00 kg·667 m，但純N 施用量超過32.00 kg·667 m時，根狀莖產(chǎn)量開始下降。當(dāng)N、KO 固定在“2”水平，適當(dāng)增施磷肥有利于提高脫毒生姜黔姜181 的根狀莖產(chǎn)量，以P處理的增加產(chǎn)值和純收益均最高，每667 m分別為2 327.85 元和2 134.10 元，其產(chǎn)投比為12.01；P處理的產(chǎn)投比、偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用率均最高，分別達(dá)12.52、357.42 kg·kg、49.05 kg·kg；而P處理的產(chǎn)投比、偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用率均最低，分別為8.27、120.49 kg·kg、17.70 kg·kg。每667 mPO施用量為11.00～19.50 kg，脫毒生姜黔姜181 的根狀莖產(chǎn)量達(dá)2 750.00 kg·667 m，但PO施用量超過16.00 kg·667 m時，根狀莖產(chǎn)量開始下降。當(dāng)N、PO固定在“2”水平，增施鉀肥能夠提高脫毒生姜黔姜181 的根狀莖產(chǎn)量，以K處理的增加產(chǎn)值和純收益均最高，每667 m分別為3 786.90 元和3 263.45元，其產(chǎn)投比為7.23；當(dāng)667 mKO 施用量為31.50 kg 時，脫毒生姜黔姜181 的根狀莖產(chǎn)量達(dá)2 800.00 kg·667 m，繼續(xù)增加KO 施用量，根狀莖產(chǎn)量增幅不明顯。

圖1 氮磷鉀肥料效應(yīng)曲線

表5 氮磷鉀肥不同施用量處理的參數(shù)值

綜合比較氮、磷、鉀肥交互效應(yīng)的影響，每667 m純N、POKO 各單因子最大施用量分別為33.81、17.41、44.28 kg，脫毒生姜黔姜181 的根狀莖產(chǎn)量達(dá)2 862.19 kg·667 m。在考慮肥料和生姜價格的情況下，通過對回歸數(shù)學(xué)模型求導(dǎo)，得出脫毒生姜黔姜181 在黔中生態(tài)區(qū)高產(chǎn)栽培的最佳施肥方 案 為 純N、PO、KO 分 別 為32.75、16.49、41.19 kg·667 m，即N、PO、KO 質(zhì)量比為2.0∶1.0∶2.5 時，脫毒生姜黔姜181 根狀莖產(chǎn)量達(dá)2 858.00 kg·667 m以上。

3 討論與結(jié)論

氮對生姜產(chǎn)量影響較大。氮素供應(yīng)不足，則植株矮小，葉色發(fā)黃，生長勢弱，分枝少，地下根狀莖小，產(chǎn)量低。氮素用量過多，主要促進(jìn)了地上莖葉的生長，而地下根狀莖質(zhì)量顯著下降，產(chǎn)量降低。氮肥供應(yīng)適量時，生姜植株生長健壯，葉片肥厚、葉色深綠，地下根狀莖膨大快，產(chǎn)量高。磷在促進(jìn)生姜同化產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運方面有重要作用。磷供應(yīng)充足時，前期促進(jìn)生姜根系的生長，后期促進(jìn)根狀莖的生長，促使莖稈和葉片中的光合產(chǎn)物向根狀莖中轉(zhuǎn)運分配，提高產(chǎn)量。缺磷時，生姜葉色暗綠，植株矮小，根狀莖發(fā)育不良，產(chǎn)量低。鉀能促進(jìn)地下根狀莖的膨大。鉀供應(yīng)充足時，生姜葉片肥厚，莖稈粗壯，分枝增多，抗逆性增強(qiáng)，產(chǎn)量高。缺鉀時葉片易干枯脫落，根狀莖膨大不良，產(chǎn)量低。

本研究結(jié)果表明，在黔中生態(tài)區(qū)適當(dāng)施氮能夠促進(jìn)脫毒生姜黔姜181 植株的生長，增加分枝數(shù)、主莖葉片數(shù)和莖葉質(zhì)量；氮肥施用過多使地上莖葉徒長，導(dǎo)致地下根狀莖生長不充實而影響產(chǎn)量。在適宜的施氮量基礎(chǔ)上，增施磷鉀肥對脫毒生姜黔姜181 的分枝數(shù)、主莖莖粗、主莖葉片數(shù)、莖葉鮮質(zhì)量和根狀莖鮮質(zhì)量均有顯著影響。當(dāng)生姜進(jìn)入旺盛生長期，生長速度加快，分枝數(shù)和葉片數(shù)大量增加，根狀莖迅速膨大，追施氮肥和鉀肥對生姜產(chǎn)量提升具有重要作用。本試驗得出影響脫毒生姜黔姜181產(chǎn)量的營養(yǎng)元素順序為氮＞鉀＞磷，同李錄久的研究結(jié)論一致，但與徐坤等、張西平等的研究結(jié)論不一致，這可能是貴州省的生態(tài)氣候條件和土壤肥力水平與北方不一樣，同時密苗型小黃姜與疏苗型大姜在氮磷鉀的吸收利用上不一樣，具體原因需進(jìn)一步研究。

當(dāng)田間管理一致時，脫毒生姜黔姜181 產(chǎn)值和純收入均以NPK處理為最高，每667 m分別為14 062.05 元和8 199.35 元；其次是NPK處理，每667 m總產(chǎn)值13 891.95 元，純收入8 170.40 元；而NPK處理、NPK處理的純收入分別比NPK處理減少1 691.9 元·667 m和383.73 元·667 m。在有效鉀含量偏低的土壤中施用鉀肥能夠顯著增加單位面積內(nèi)脫毒生姜黔姜181 的產(chǎn)值和純收入，但氮肥和磷肥施用過量均會減少脫毒生姜黔姜181的產(chǎn)值和純收入。氮磷鉀肥配施能夠大幅度提高脫毒生姜黔姜181 的根狀莖產(chǎn)量，但施肥并非越多越好，當(dāng)超過一定量時脫毒生姜黔姜181 的根狀莖產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益反而下降。在實際生產(chǎn)應(yīng)用上，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和土壤營養(yǎng)元素的有效含量適當(dāng)調(diào)整氮磷鉀肥施用量及比例。同時，微量元素對生姜生長和產(chǎn)量也有較大影響，在缺硼、缺鋅土壤上增施硼肥和鋅肥，能促進(jìn)生姜的生長發(fā)育，株高增加，分枝數(shù)增多，姜球大而圓。

生姜根狀莖中含有揮發(fā)性的精油和非揮發(fā)性的姜辣素物質(zhì)，精油呈現(xiàn)出生姜的芳香氣味，姜辣素呈現(xiàn)出生姜的辛辣風(fēng)味。前人研究表明，氮對生姜揮發(fā)性精油及姜辣素含量影響較大，鉀次之，磷影響程度較小。適量氮、磷、鉀能明顯提高收獲期生姜根狀莖揮發(fā)性精油及主要生育期姜辣素含量，還能提高根狀莖的蛋白質(zhì)、維生素C 和總糖含量，提升生姜的綜合品質(zhì)；施氮過量，根狀莖揮發(fā)性精油含量明顯下降。筆者未對生姜根狀莖的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，下一步應(yīng)開展氮磷鉀肥不同配比及施用時期對生姜品質(zhì)性狀的影響研究。

綜上所述，在考慮肥料和生姜價格的情況下，脫毒生姜新品系黔姜181 在貴州黔中生態(tài)區(qū)的最佳施肥方案為純N、PO、KO 分別為32.75、16.49、41.19 kg·667 m，即N、PO、KO 質(zhì)量比為2.0∶1.0∶2.5 時，脫毒生姜新品系黔姜181 根狀莖產(chǎn)量達(dá)2 858.00 kg·667 m以上，667 m純收入8 000.00 元。