保护地冬早辣椒氮磷钾优化施肥组合研究*

尹胜鑫，濮永赛，邬春芹，陈进厅，杨久才，周 祺

(1.保山市土壤肥料工作站 云南保山 678000； 2.隆阳区土壤肥料工作站 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，种植面积超过4 000 hm2，产量160 kt/a，产值5.5亿元/a，但生产上普遍存在着偏施氮肥、盲目施肥和过量施肥现象，严重影响着产量、品质和效益的提高，解决施肥问题是当地大棚辣椒生产的关键。辣椒产量受气候、土壤、施肥、品种等诸多因素的影响,其中施肥对辣椒的产量和品质具有决定性作用[1]。多年来，辣椒施肥方面的研究以盆栽和露地栽培条件下的甜椒和干制辣椒为主，设施栽培条件下的研究以单因素肥料效应居多[2- 5]，同时研究氮、磷、钾及其交互效应的较少，且不同区域的研究结果差异较大[6- 7]，针对云南省保山区域大棚辣椒氮磷钾肥料效应和优化施肥配比的研究则尚未见报道。本研究于2014—2015年采用二次正交旋转组合设计，同时研究大棚辣椒氮磷钾肥料的主效应、交互效应、回归模型和高产优化施肥方案，为实现大棚辣椒标准化施肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试土壤

试验地点安排在云南省保山市隆阳区永昌办事处廖官村，位于北纬25°09′03″、东经99°11′28″，海拔高度1 650 m。供试土壤为湖积物母质发育的潴育型水稻土，质地为壤土，肥力上等，土壤pH为6.24。试验地土壤养分状况及评级[8]：有机质42.8 g/kg(Ⅰ级)，全氮2.56 g/kg(Ⅰ级)，碱解氮221 mg/kg(Ⅰ级)，有效磷74.6 mg/kg(Ⅰ级)，速效钾155 mg/kg(Ⅱ级)。前茬作物为黄瓜，产量为97 500 kg/hm2。前茬作物施肥情况：厩肥52 500 kg/hm2，尿素2 250 kg/hm2，复合肥(15- 15- 15)750 kg/hm2。

1.1.2 供试作物

供试作物为辣椒，品种为保山市农业科学研究所选育的岫椒5号，属于牛角椒，采用基质漂浮育苗移栽，塑料大棚种植方式，苗龄45 d。

1.1.3 供试肥料

有机肥为腐熟的农家肥(厩肥)，氮肥为尿素(含N质量分数46.4 %)，磷肥为过磷酸钙(含P2O5质量分数16.0%)，钾肥为硫酸钾(含K2O质量分数50.0%)，价格分别为尿素1 780元/t、过磷酸钙700元/t、硫酸钾5 100元/t。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

采用氮、磷、钾三因素五水平二次正交旋转组合设计的田间试验方式，试验处理组合数为24，其中处理1～处理8为各因素的二水平试验，处理9～处理14为各因素的星号试验，处理15～处理23为各因素的零水平试验，处理24为空白对照(CK)。试验除处理间施肥量差异外，其他栽培管理措施一致。氮、磷、钾三因素各水平编码值如表1所示。

表1 氮、磷、钾三因素各水平编码值

因素水平氮肥(N)/(kg·hm-2)磷肥(P2O5)/(kg·hm-2)钾肥(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 小区技术

田间试验遵循农业行业标准《肥料效应鉴定田间试验技术规程》(NY/T 497—2002)[9]，小区面积26.64 m2(8.1 m×3.3 m)，采用随机排列，让中心试验点均匀分布在区组内。小区内辣椒种植采用宽窄行条栽，宽行60 cm，窄行50 cm，株距32 cm，每小区种植密度为152株，折合每公顷种植57 060株。

1.2.3 施肥方案

辣椒定植前10 d(2014- 11- 23)整地施腐熟农家肥15 000 kg/hm2作基肥，并用旋耕机深耕后晒垡；定植前2 d划定试验小区，开挖种植沟，在种植沟内施氮肥总用量的25%、全部磷肥和钾肥总用量的50%作为基肥，施基肥后覆土。氮肥总用量的75%、钾肥总用量的50%作为追肥，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，追肥采用兑水浇施方式。

1.2.4 分析方法

辣椒产量以每个小区各次采收的青辣椒质量(含果柄)之和计算，首次采收于定植后60 d，之后视青辣椒的成熟度和市场价格每15～20 d采收1次，共采收9次，最后一次采收将果实全部收尽。肥料效应回归模型的拟合、显著性检验和失拟性检验应用Excel的数据统计相关功能进行[10- 11]。为使施肥决策更接近于生产实际，减少小概率事件发生的风险，优化施肥方案的确定采用频率分析法[12]。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对大棚辣椒产量的影响

各施肥处理组合的青辣椒产量较空白对照有大幅提高，其中：各施肥处理较空白对照增产9 779～18 327 kg/hm2，平均增产14 903 kg/hm2，平均增产率39.33%；处理9的产量最高，单产为56 223 kg/hm2，较空白对照增产18 327 kg/hm2；处理10的产量最低，单产为47 675 kg/hm2，较空白对照增产9 779 kg/hm2。不同施肥处理对大棚辣椒产量的影响如表2所示。

表2 不同施肥处理对辣椒产量的影响

处理编码NP2O5K2O施肥量/(kg·hm-2)NP2O5K2O产量/(kg·hm-2)较空白对照增产/%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 不同施肥处理对大棚辣椒产值和效益的影响

氮肥(N)、磷肥(P2O5)和钾肥(K2O)投入价格分别为3.84，4.38和10.20 元/kg，青辣椒果实按平均价格3.00 元/kg计算。各施肥处理的辣椒产值较空白对照增加29 337～54 981 元/hm2，产值平均增加44 710元/hm2，平均增加率39.33%，增值显著；与空白对照相比，各施肥处理的辣椒纯效益增加22 208～45 932元/hm2，平均纯效益为36 621元/hm2，平均增加率32.21%，效益显著；各施肥处理的辣椒产投比为2.93～7.10，平均值为4.72，处理8的产投比最高为7.10。处理5的产投比最低为2.93。不同施肥处理对辣椒经济效益的影响如表3所示。

表3 不同施肥处理对辣椒经济效益的影响

处理产值/(元·hm-2)产值较空白对照增加率/%肥料投入/(元·hm-2)纯效益/(元·hm-2)纯效益较空白对照增加率/%产投比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 大棚辣椒氮磷钾肥料效应函数模型的建立与检验

2.3.1 肥料效应函数模型的建立

由于二次正交旋转组合设计试验不设重复，试验区组不是依据重复来划定，为有效控制非试验因素对试验结果的影响，首先对模型的二次项编码值进行中心化处理[13]，然后将一次项、交互项和二次项的编码值换算成施肥量，再应用Excel数据统计相关功能拟合得到以氮(X1)、磷(X2)和钾(X3)施肥量为自变量，产量(Y)为因变量的肥料效应函数模型(1)：

(1)

模型(1)是正交设计中各因素取值经过线性变化后得到的函数模型，其中的自变量Xi不代表氮、磷、钾纯养分施用量，故将X1=(N-0水平)/Δj，X2=(P-0水平)/Δj和X3=(K-0水平)/Δj代入模型(1)，得到以纯N(以N表示)，P2O5(以P表示)和K2O(以K表示)施用量为自变量，产量(Y)为因变量的肥料效应函数模型(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 肥料效应函数模型的显著性检验

应用SAS(Statistic Analysis System)软件进行失拟性和显著性检验，结果失拟F=1.92SignificanceF=0.019 9，施肥量对产量的影响达到显著水平。模型系数经偏回归检验，氮的一次项系数回归F=14.654>SignificanceF=0.002 1,差异达极显著水平；磷钾交互项系数回归F=0.083SignificanceF，差异达显著水平。

2.4 肥料效应函数模型的解析

2.4.1 主效应分析

从模型(1)和模型(2)可看出，一次项的偏回归系数均为正值，二次项系数均为负值，符合报酬递减率，模型属于典型模型。从一次项系数绝对值的大小判别，氮肥、磷肥、钾肥对辣椒产量的影响程度是氮肥(b1=19.865 68)>钾肥(b3=16.150 05)>磷肥(b2=16.102 02)。将氮磷钾三因素中的2个因素固定在0水平，采用降维法可得到下列单因素肥料效应函数模型：

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)

在不考虑交互效应的情况下，求解模型(3)，(4)和(5)，得到边际产量为0(dy/dx=0)时的N，P2O5和K2O施用量分别为385.7，209.3和572.7 kg/hm2。当施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]时，边际产量均为正值，施肥效应均为正效应，辣椒产量均随着施肥量的增加而增加；当N，P2O5和K2O的施用量分别大于385.7，209.3以及572.7 kg/hm2时，边际产量均为负值，施肥效应均为负效应，辣椒产量均随着施肥量的增加而降低。

2.4.2 交互效应分析

从模型(1)中交互项的偏回归系数绝对值大小可看出，氮磷钾间交互效应大小依次为氮磷>氮钾>磷钾。从回归模型显著性检验结果可以看出，达到显著水平的交互项为氮磷和氮钾。模型(2)采用降维法得到氮肥与磷肥、氮肥与钾肥间的交互效应函数模型(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)

将相关因素各水平施肥量代入模型(6)和模型(7)，得到各试验因素的交互效应分析结果如表4所示。

表4 各试验因素的交互效应分析结果

项 目N水平-r-101rP水平-r4172542618431284243641312-142770439214465244245433160435824501746166461764553114353845257468234725146890r4301644929467804749347326K水平-r4364344699452914474543720-145307465484741247137462970466444815649419495424897414667248456501165063850341r4594047908498405063450522

从表4可看出：①氮肥在[-r，0]水平区域内，辣椒产量随着磷肥用量的增加呈先增后降趋势，增幅随着磷肥用量的增加而减小；氮肥在[1，r]水平区域内，辣椒产量随着磷肥用量的增加而增加，增产幅度随着磷肥用量的增加而减小；磷肥在[-r，r]水平区域内，辣椒产量随着氮肥用量的增加呈先增后降的趋势。②氮肥在[-r，1]水平区域内，辣椒产量随着钾肥用量的增加呈先增后降的趋势，增产幅度随着钾肥用量的增加而减小；氮肥在r水平时，辣椒产量随着钾肥用量的增加而增加，增产幅度随着钾肥用量的增加而减小；钾肥在[-r，r]水平区域内，辣椒产量随着氮肥用量的增加呈先增后降的趋势。

2.5 优化施肥方案的确定

三因素五水平二次正交旋转组合设计共有125个处理组合，将各处理组合的氮磷钾施肥量代入函数模型(2)，可得到125个预报产量，其中辣椒产量大于53 000 kg/hm2的处理组合共计有25个。对产量大于53 000 kg/hm2的处理组合进行频率分析，氮磷钾取值分布如表5所示。

由表5可知，在大棚设施栽培条件下，辣椒的优化施肥组合为纯N 568.9～631.9 kg/hm2，P2O5242.7～321.3 kg/hm2，K2O 684.6～794.8 kg/hm2。按该优化施肥组合进行施肥，辣椒产量在53 000 kg/hm2以上的可能性为95%。取加权平均值(纯N 600.4 kg/hm2，P2O5282.0 kg/hm2，K2O 739.7 kg/hm2)代入函数模型(2)，得到的预报产量为55 142 kg/hm2，氮磷钾施用质量比为1.00∶0.47∶1.23。

表5 辣椒产量大于53 000 kg/hm2的处理氮磷钾取值分布

因素水平N施肥量/(kg·hm-2)频数/次P2O5施肥量/(kg·hm-2)频数/次K2O施肥量/(kg·hm-2)频数/次-r175．0045．00175．00-1276．30117．04322．000425．03222．57537．57+1573．711328．08753．010+r675．011400．06900．08加权平均数600．4282．0739．7标准差S80．3378100．1922140．5036均数标准差16．067620．038428．100795%置信区间568．9～631．9242．7～321．3684．6～794．8

3 结语

(1) 氮磷钾肥配合施用能显著提高大棚辣椒产量，其中氮肥对大棚辣椒产量的影响达极显著水平，磷肥和钾肥对辣椒产量的影响达显著水平，氮肥效应>钾肥效应>磷肥效应，与郭鑫年等的研究结果相吻合[7]。

(2) 氮磷和氮钾的交互效应为正效应，经偏回归检验达显著水平，与黄科等盆栽试验结果一致[13]；磷钾的交互效应为负效应，经偏回归检验差异不显著。纯N用量在175.0～425.0 kg/hm2时，辣椒产量随着P2O5用量的增加呈先增后降趋势，增幅随着磷肥用量的增加而减小；纯N用量在175.0～573.7 kg/hm2时，钾肥效应趋势与磷肥一致；在高施氮量情况下，辣椒产量随着磷肥或钾肥用量的增加而增加。

(3) 大棚辣椒产量大于53 000 kg/hm2的优化施肥方案为纯N 568.9～631.9 kg/hm2，P2O5242.7～321.3 kg/hm2，K2O 684.6～794.8 kg/hm2，与当地生产条件下高产施肥量水平相符；加权平均值为纯N 600.4 kg/hm2，P2O5282.0 kg/hm2，K2O 739.7 kg/hm2，氮磷钾施用质量比为1.00∶0.47∶1.23。

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