辉县市高产花生氮磷钾优化配方施肥研究

朱明哲,李翠霞,张文军,郭发军,段红

（1.河南科技学院,河南新乡453003；2.辉县市北云门镇政府,河南辉县453600）

花生是辉县市的主要油料作物,在全市的种植面积较大.近年来,农民为了追求高产,普遍存在盲目施肥和超量施肥,重氮肥、轻磷钾肥的现象,造成花生生产成本增加,品质下降,肥料利用率不高,对环境造成了污染.为探索我市高产花生配方施肥指标,遵照农业部“测土配方施肥技术规范”,设计了花生氮、磷、钾“3414”配方施肥试验[1-9],以期通过田间试验数据建立以花生产量为目标函数的肥力效应模型,求解高产最优施肥配比,为指导我市花生高产科学施肥提供参考依据.

1 试验进行情况

试验于2012年在辉县市北云门镇进行.试验地沙质壤土,前作小麦,土壤肥力中等偏上,耕层土壤有机质 14.0 g/kg、全氮 1.03 g/kg、有效磷 38.7 mg/kg（折合 P2O588.67 mg/kg,换算系数 2.291 3）,速效钾121.2 mg/kg（折合K2O 146.0 mg/kg,换算系数1.204 6）.供试花生品种为天府3号,氮肥为尿素（含N≥46.3%）,磷肥为过磷酸钙（含 P2O5≥16%）,钾肥为进口氯化钾（含 K2O≥60%）.试验设计采用“3414”最优回归设计,小区面积20 m2,重复3次,为麦套花生,于5月16日麦垄点种,田间管理按高产田管理要求进行,试验因素水平编码值列于表1.

表1 试验因素水平编码表Tab.1 Level codes of experiment factors

2 结果与分析

2.1 试验的产量结果

试验结构矩阵及花生产量结果列于表2.

表2 试验结构矩阵与花生产量结果Tab.2 Structural matrix of experiment and peanut yield

2.2 建立肥效模型及模型的优化与解析

2.2.1 氮磷钾全信息肥力效应模型及其模拟施肥参数 根据表2的试验结构矩阵与产量结果,建立以花生产量为目标函数的氮、磷、钾肥力效应全信息回归模型,得出

为求解上述施肥模型的施肥参数,采用数学模拟因素取值的频率分析,在约束条件0≤xi≤3（i=1,2,3）下,取步长为0.3,模拟结果、各因素码值置信度为95%的置信区间及产量结果列于表3.

表3 花生产量≥4 000 kg/hm2的氮磷钾施肥决策模拟结果Tab.3 Simulation result of N,P,K fertilizing decision corresponding to peanut yield more than 4 000 kg/hm2

由表3可知,花生产量≥4 000kg/hm2的施肥决策为：施纯 N92.18～102.45kg/hm2、P2O5105.65～124.69kg/hm2、K2O 36.72～45.13 kg/hm2,期望产量为 4 025.69～4 036.21 kg/hm2.

2.2.2 两因素交互效应模型及其优化与解析 根据表2的14个处理的码值及其对应的产量结果,取任意一因素xi（i=1,2,3）于2水平,利用另两因素对应处理的产量结果,分别建立NP、NK、PK两因素的二元二次回归子模型：

为求解上述3个互作效应模型的施肥参数,仍采用数学模拟因素取值的频率分析,在约束条件0≤xi≤3（i=1,2,3）下,取步长为0.15,模拟结果、两因素互作效应的施肥参数及期望产量列于表4.

表4 花生两因素互作效应施肥量及互作产量Tab.4 Interaction effect fertilizing amount of two factors and yield for peanut

由表 4 可知,施 N 100.44～111.42 kg/hm2、P2O5112.32～122.46 kg/hm2,互作产量 3 873.38～3 883.01 kg/hm2最高；施 N 56.52～67.56 kg/hm2、K2O 6.31～31.65 kg/hm2,互作产量 3 991.75～4 020.54 kg/hm2达峰值；施P2O558.80～70.08 kg/hm2、K2O 26.67～31.92 kg/hm2,互作产量 4 033.84～4 070.12 kg/hm2达峰值.由此可见,花生施用磷钾肥的互作效应非常明显.

2.2.3 氮、磷、钾单因素效应模型及其优化与解析 据表2,固定其中任意两因素于2水平,利用另一因素相应各处理小区的试验结果,依次建立以花生产量为目标函数的一元二次回归子模型,分别得出：

对以上一元二次回归子模型,分别求取不同码值的理论产量及产量变幅（s）,据此评定各因素的增产效果.与此同时,利用导数求出各函数于不同取值水平的瞬时增（减）产速率,结果列于表5.

表5 氮、磷、钾单因素效应模型理论产量变幅与瞬时增（减）产速率Tab.5 Theory output amplitude and instantaneous increase（decrease）rate for single factor effect model of N,P,K

如表5所示,肥料三要素对花生的增产效应依次为钾肥＞磷肥＞氮肥,而且3种肥料均随施肥量的增加,增产速率逐渐下降,其下降的速率以磷肥为最大,氮肥次之,钾肥相对最小.单因素效应模型提供的施肥信息：当x1=1.750 7,等同施纯N 105.24 kg/hm2,其期望产量?3 915.3 kg/hm2达峰值；磷肥最高产量的施肥量码值为x2=1.862 8,折合施P2O5167.65 kg/hm2,期望产量?3 920.84 kg/hm2；钾肥最高产量的施肥量码值为x3=2.563 0,等同施K2O 76.89 kg/hm2,期望产量?4 675.20 kg/hm2为最高.若磷、氮、钾各自超过其施肥上限,则产量逐渐下降.

2.2.4 各类模型所提供施肥决策及期望产量的经济效益分析 将上述3类7种模型提供的施肥决策及产量期望进行经济效益分析比较,可以大大增加这些信息的科学性与决策的正确性.现对以上3类7种模型提供施肥决策及期望产量进行经济效益分析,结果列于表6.

表6 各类肥料效应模型提供的施肥决策及产量期望经济效益分析Tab.6 Economic benefit analysis of fertilizer formula,peanut yield expectation for the fertilizing effect models

由表6可知,在7类模型中,K单因素回归模型提供的施肥决策的产量期望为4 675.20 kg/hm2,居7种模型之冠,但由于肥料投资1 248.45元/hm2稍高,其产投比25.09,降居第2位.PK二因素回归模型的施肥决策所对应的花生产量为4 056.48 kg/hm2,虽较K单因素回归模型相应产量低618.72 kg/hm2,但肥料投资成本仅1 035.36元/hm2为最少,结果产投比26.25为最高.众所周知,在农业生产中不仅追求高产,更重要的是获得高效益.为此应当选取PK二因素回归模型提供的施肥决策：即施纯N 120.00 kg/hm2,P2O564.44 kg/hm2,K2O 29.30 kg/hm2,可望获得花生荚果产量4 056.48 kg/hm2,收益达27 178.42元/hm2,产投比26.25,此可作为辉县市花生高产种植的推荐施肥量.

2.3 不同施肥水平的增产效应

为探讨不同肥料及其不同施肥水平的增产效应,以（施肥区产量-缺素区产量）/施肥量,如N肥可根据处理3、6、11与处理2,P2O5根据处理5、6、7与处理4,K2O根据处理9、6、10与处理8的产量差除以不同水平的施肥量,可分别求出各肥料不同施肥水平的增产量.在此基础上进而求出平均每kg的N、P2O5、K2O的平均增产量,计算方法为：某肥料的平均增产量＝（该肥料不同施肥水平的增产量×各自水平的实际施肥量）/各水平实际施肥量总和.计算结果列于表7.

表7 氮、磷、钾的增产效应及不同施肥水平的平均增产量Tab.7 Effect and average of increasing yield corresponding to different fertilization levels of N,P,K

由表7可知,3种肥料随施肥水平的增加其增产效应逐渐下降,符合报酬递减率.在本试验基础肥力条件下,平均每kg N、P2O5、K2O分别增产花生3.59、4.59及4.82 kg.

3 结论

根据7种模型提供的施肥决策及产量期望的经济效益分析比较结果,决选出PK两因素回归模型提供的施肥决策：即施纯N 120.00 kg/hm2,P2O564.44 kg/hm2,K2O 29.30 kg/hm2,可望获得花生产量4 056.48 kg/hm2,纯收益26 143.06元/hm2,产投比26.25,作为辉县市高产花生的推荐施肥量.

不同肥料随施肥水平其增产效应存在差异.根据本试验结果,在辉县市花生产区,为了既能谋求高产,又能节约用肥,即经济施肥获取最大的施肥效益,应以增施磷钾肥、适施氮肥为施肥对策.因此,必须改变以往重氮肥、轻磷钾求高产的施肥陋习.

[1]陈新平,张福锁.通过“3414”试验建立测土配方施肥技术指标体系[J].中国农技推广,2006,22（4）：36-39.

[2]王圣瑞,陈新平,高祥照,等.“3414”肥料试验模型拟合的探讨[J].植物营养与肥料学报,2002,8（4）：409-413.

[3]宁凤荣,蔡义,孟庆辉,等.彰武县花生“3414”田间试验结果初报[J].农业科技与装备,2008（4）：7-9.

[4]靳红玉,雷春贤,朱春玲,等.大荔县花生“3414”肥料试验[J].现代农业科技,2009（6）：156-157.

[5]战秀梅,韩晓日,王帅,等.应用“3414”肥料试验模型求解春玉米施肥参数的研究[J].河南农业科学,2009（1）：51-53.

[6]王少伟.棉花配方施肥技术参数的研究[J].山东农业科学,2008（4）：66-67.

[7]刘顺国,郎家庆,赵斌,等.昌图县花生“3414”田间试验结果初报[J].农业科技与装备,2009（5）：7-9.

[8]郭荣海,齐建俊,李光宗.山东棉花测土配方施肥技术试验研究[J].江西棉花,2009,31（4）：29-31.

[9]王兴仁,张福锁.现代肥料试验设计[M].北京：中国农业出版社,1996：93-98.

[10]朱明哲,宋小顺.不同肥力水平棉花3414肥料效应的研究[J].河南科技学院学报：自然科学版,2011,39（1）：1-5.