干旱区红小豆施肥效应研究

韩彦龙,李晓平,李 洁,李海金,晋凡生*

(1.山西省农业科学院 旱地农业研究中心，山西 太原 030031; 2.山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801)

干旱区红小豆施肥效应研究

韩彦龙1,李晓平2,李 洁1,李海金1,晋凡生1*

(1.山西省农业科学院 旱地农业研究中心，山西 太原 030031; 2.山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801)

应用“3414”试验方案，研究了干旱区红小豆施肥效应和土壤供肥特性，以期为该区红小豆高产高效施肥提供参考依据。结果表明：施肥处理的红小豆产量高于不施肥处理，以N2P1K1处理的红小豆产量和产投比最高。钾肥对红小豆的增产率最大，为13.7%～16.9%；其次是氮肥，增产率为6.1%～12.1%；最后是磷肥，增产率为0.6%～6.4%，即对红小豆产量影响的大小顺序为钾、氮、磷。由红小豆肥料效应方程可知，达到最高产量的N、P2O5、K2O平均施肥量分别为98.5、109.0、97.5 kg/hm2，产量为1 320 kg/hm2，产投比为8.8；达到最佳产量的N、P2O5、K2O平均施肥量分别为86.4、110.8、95.8 kg/hm2，产量为1 302 kg/hm2，产投比为9.0。此外，红小豆施肥试验期间，土壤地力贡献率为81.1%，土壤肥力中等，施肥效果明显。

红小豆； “3414”试验； 产量； 肥料效应

“3414”试验方案[1]因回归最优设计处理少、效率高、符合肥料试验和施肥决策的专业要求，目前已广泛应用在玉米[2-6]、小麦[7-10]、大豆[11]、花生[12]、马铃薯[13-16]、木薯[17-18]等作物的测土配方施肥中，取得了显著的应用效果。山西因气候条件适宜成为小杂粮的主要产地，在全国占有重要的地位。红小豆又名赤豆、小豆，具有极高的药用价值，是山西区域性特色农产品。前人在红小豆的施肥方面做了一些研究，牟善积等[19]、何明华[20]研究表明，氮、磷、钾配施显著提高红小豆产量，磷的效果较氮、钾显著；赵婷婷等[21]认为，合理的磷肥用量能提高红小豆产量，但随磷肥用量增加磷素生产力下降；郭中校等[22]研究了吉林黑钙土上红小豆的最高产量施肥量。在山西干旱气候条件下，红小豆需肥规律和施肥效应如何，以及当地土壤供肥能力如何，至今尚未见报道。为此，于2014 年在山西省阳曲县旱作耕地区开展了基于“3414”试验设计的红小豆田间肥效试验和土壤供肥特性研究，旨在探讨干旱区土壤供肥能力、红小豆需肥规律以及施肥效应等，为该区红小豆高产高效施肥提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2014年在山西省农业科学院旱作农业研究中心试验基地山西省阳曲县凌井乡河村进行。该区地处忻州与晋中盆地之脊梁地带，属温暖带大陆性季风气候，四季分明，年平均气温为6 ℃，年平均降雨量为441.2 mm，无霜期为120 d左右。土壤为褐土性土，0～20 cm土层含全氮0.95 g /kg、碱解氮40.4 mg /kg、有机质14.41 g/kg、速效磷17.05 mg/kg、速效钾107.12 mg/kg，pH值为8.25。

1.2 试验设计

采用“3414”肥料效应试验[3]，设氮、磷、钾3个因素4个水平，共14个处理(表1)，每个处理重复3次，总计42个小区，每个小区28 m2，随机区组排列。最佳施肥量根据红小豆需肥量和当地农户施肥量而定，即N2P2K2，为N 90 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2、K2O 100 kg/hm2。供试肥料为含N 46%的尿素、含P2O514%的过磷酸钙、含K2O 52%的硫酸钾，各处

表1 红小豆“3414”试验设计方案

理施肥量见表1，全部肥料采用春季一次性基施。供试材料为晋红1号，种植密度为150 000 株/hm2， 5月1日播种，5月26日出苗，9月27日收获。

1.3 产量测定

每个小区单独收获，脱粒，计量小区产量。

1.4 数据统计分析

数据采用SPSS 15.0和测土配方施肥数据管理系统中“3414”工具进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同氮磷钾配比对红小豆产量的影响及土壤供肥特性

从表2可以看出，不同氮磷钾配比处理间红小豆产量有差异，各试验小区产量高低依次为处理N2P1K1>N2P2K2=N2P3K2=N2P2K3>N2P2K1>N2P1K2=N1P2K2=N3P2K2>N2P0K2>N0P2K2>N1P1K2>N2P2K0>N1P2K1>N0P0K0。施用氮、磷、钾肥后红小豆产量均有所增加，以N2P1K1处理最高，为1 394 kg/hm2，显著高于其他处理，比不施肥处理(N0P0K0)增产30.2%。

不同氮、磷、钾配比对红小豆产量的影响不同(表2)，当磷、钾水平一定时，随氮用量的增加红小豆的产量先增加后减少，N2处理显著高于N3和 N1处理，但N2处理与N1处理差异不显著；当氮、钾水平一定时，施磷量少时，磷对红小豆产量影响作用不显著，继续增施磷可以显著提高红小豆产量，但磷用量达到一定量时，再增加磷用量红小豆产量趋于平缓，表现为P2=P3>P1>P0，P2与P3处理差异不显著，但显著高于P1，P1处理与P0处理差异不显著；当氮、磷水平一定时，施用钾可以提高红小豆产量，K1、K2、K3处理显著高于K0，但K1与K2、K3处理间差异不显著。进一步分析发现，钾肥对红小豆的增产率最大，为13.7%～16.9%；其次是氮肥，增产率为6.1%～12.1%；最后是磷肥，增产率为0.6%～6.4%。即限制红小豆产量的首要因子是钾，其次是氮，磷对红小豆的增产作用最小。

土壤对当季作物产量的贡献即地力贡献率，可以用不施肥处理作物产量占最佳施肥处理作物产量的百分数来计算。本试验地土壤基础产量为1 071 kg/hm2，即地力贡献率为81.1%(表2)。根据缺素区产量占最佳施肥区产量的百分比计算相对产量，用相对产量对土壤肥力进行分级，相对产量小于50%为极低水平，相对产量在50%～75%为低水平，相对产量在75%～95%为中水平，相对产量大于95%为高水平[1]。由表3可知，供试土壤氮、磷、钾素养分丰缺状况均为中水平。可见，在红小豆生长当季试验地土壤氮、磷、钾养分为中等水平，缺钾和氮较缺磷对红小豆产量影响大，这与肥料效应结果基本一致。

表2 不同氮磷钾配比对红小豆产量及经济效益的影响

注：同列数据后不同字母表示差异显著(P<0.05); 红小豆10.0元/kg、N 3.9元/kg、P2O55.0元/kg、K2O 5.8元/kg。

表3 供试土壤养分丰缺状况

2.2 不同氮、磷、钾肥处理对红小豆经济效益的影响

不同氮、磷、钾处理的肥料投入成本、红小豆产值和经济效益有明显差异，N3P2K2、N2P3K2和N2P2K3处理投入肥料成本最多，N2P1K1处理投入较少，但收入最高，比不施肥处理提高21.4%。不同处理产投比大小依次为处理N2P1K1>N2P0K2>N2P2K0>N1P1K2>N2P2K1>N2P1K2>N1P2K1>N0P2K2>N1P2K2>N2P2K2>N3P2K2=N2P2K3N2P3K2。相关分析发现，红小豆产值与N、P2O5和K2O投入呈显著正相关，红小豆经济效益与K2O投入呈极显著正相关，与N和P2O5投入相关性不显著。

2.3 氮、磷、钾施肥效应方程拟合

根据“3414”试验方案对红小豆产量与肥料施用量分别进行三元二次方程、二元二次方程和一元二次方程拟合，在模型的基础上计算得出最高产量、最佳经济产量及其氮、磷、钾的施用量(表4—6)。对三元二次方程：Y1=1 066.8+10.82N-0.02N2-4.35P+0.001P2-1.59K-0.007K2-0.025NP-0.050 6NK+0.07PK进行显著性检验，方差分析结果所明，决定系数R2=0.96，F=10.63，F值达到显著水平，说明该方程为典型三元二次肥料效应方程，氮、磷、钾配比不同，红小豆产量显著不同，此模型可以用于推荐施肥量。根据方程计算得出最高产量的N、P2O5、K2O施用量分别为102.2、116.3、95.4 kg/hm2，对应的最高产量为1 290 kg/hm2，产投比为8.4。2014年按照红小豆10元/kg、N 3.9元/kg、P2O55.0元/kg、K2O 5.8元/kg计算，得出N、P2O5、K2O最佳施肥量分别为87.5、114.4、97.4 kg/hm2，其对应产量为1 287 kg/hm2，产投比为8.7。

N、P二因素拟合方程为Y2=1 742.4+6.94N-0.016N2+3.53P+0.000 5P2-0.034 8NP，最高产量为1 287 kg/hm2，达到最高产量的N、P2O5施用量分别为104.4、103.5 kg/hm2；最佳产量为1 285 kg/hm2，达到最佳产量的N、P2O5施用量分别为90.1、105.5 kg/hm2。P、K二因素的拟合方程为Y3=1 732.3-4.65P-0.002P2-3.78K-0.012K2+0.056PK，最高产量为1 310 kg/hm2， 对应的P2O5、K2O施用量分别为106.7、91.6 kg/hm2；最佳产量为1 317 kg/hm2， P2O5、K2O施用量分别为121.4、101.6 kg/hm2。N、K二因素的拟合方程为Y4=375.0+10.38N-0.02N2+9.13K-0.012K2-0.068NK，最高产量为1 310 kg/hm2，达到最高产量的N、K2O施用量分别为101.8、89.1 kg/hm2；最佳产量为1 309 kg/hm2， N、K2O施用量分别为93.6、88.5 kg/hm2。综合3个二元二次拟合方程的结果表明，达到最高产量的N、P2O5、K2O平均施肥量分别为103.1、105.1、90.4 kg/hm2，产量为1 302 kg/hm2，产投比为9.0；达到最佳产量的N、P2O5、K2O平均施肥量分别为91.8、113.4、95.4 kg/hm2，产量为1 303 kg/hm2，产投比为8.8。

N、P、K单因素的拟合方程分别为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，最高产量平均为1 346 kg/hm2，达到最高产量的N、P2O5、K2O施用量分别为85.6、112.0、114.0 kg/hm2，产投比为8.6；最佳产量平均为1 307 kg/hm2， 达到最佳产量的N、P2O5、K2O施用量分别为74.5、102.0、95.6 kg/hm2，产投比为9.6。

从3类拟合方程可以看出，由不同肥料效应函数计算的最高产量有差异，依次为：一元二次方程>二元二次方程>三元二次方程，一元二次肥料效应函数推荐的产量与其他2种差别较大；最高产量时的产投比依次为：二元二次方程>一元二次方程>三元二次方程。由不同肥料效应函数计算的最佳产量依次为：一元二次方程>二元二次方程>三元二次方程，不同肥料效应函数推荐的产量差别较小；最佳产量时的产投比依次为：一元二次方程>二元二次方程>三元二次方程。综合3种肥料效应推荐的施肥量结果表明，达到最高产量的N、P2O5、K2O平均施肥量分别为98.5、109.0、97.5 kg/hm2，产量为1 320 kg/hm2，产投比为8.8；达到最佳产量的N、P2O5、K2O平均施肥量分别为86.4、110.8、95.8 kg/hm2，产量为1 302 kg/hm2，产投比为9.0。

表4 肥料效应拟合方程

表5 不同肥料效应函数的最高产量及施肥量

表6 不同肥料效应函数的最佳产量及施肥量

3 结论

本试验结果表明，研究区地力贡献率为81.1%，土壤养分属中等肥力水平，施肥能明显提高红小豆产量。施肥处理的红小豆产量显著高于不施肥处理，以N2P1K1处理的红小豆产量和产投比最高。钾肥对红小豆的增产率最大，为13.7%～16.9%；其次是氮肥，增产率为6.1%～12.1%；最后是磷肥，增产率为0.6%～6.4%，表明钾肥是限制当地红小豆产量的主要因素，氮、磷、钾肥对产量影响的大小顺序依次为钾、氮、磷。

红小豆产量和氮、磷、钾施用量拟合而成的三元二次肥料效应方程回归检验达到显著水平，此肥料效应回归模型用于预测红小豆施肥量具有实际应用价值。综合3种肥料效应函数推荐施肥量，可以得出，在本试验条件下，达到最高产量的N、P2O5、K2O施用量分别为98.5、109.0、97.5 kg/hm2，产量为 1 320 kg/hm2，产投比为8.8；达到最佳产量的N、P2O5、K2O施用量分别为86.4、110.8、95.8 kg/hm2，产量为1 302 kg/hm2，产投比为9.0。

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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

国家科技支撑计划项目(2014BAD07B05)；山西省科技创新重点团队项目 (2012091022)

韩彦龙(1976-)，男，山西宁武人，助理研究员，硕士，主要从事旱作节水及植物营养研究。 E-mail：yanlonghan@126.com

*通讯作者：晋凡生(1964-)，男，山西夏县人，副研究员，本科，主要从事农田土壤水分和农田生态研究。 E-mail：jinfs@sina.com

S521；S143

A

1004-3268(2016)05-0056-05