氮磷钾配施对番红花品质和产量的影响

张衡锋， 韦庆翠， 魏 欣， 张焕朝

(1.江苏农牧科技职业学院园林园艺学院，江苏泰州 225300； 2.南京林业大学林学院，江苏南京 210037)

番红花(CrocussativusL.)属鸢尾科(Iridaceae)番红花属鳞茎类球根花卉，原产于伊朗、小亚细亚半岛和希腊，后引种到印度、地中海盆地、东欧和中国[1]，已有近3 000年的栽培历史，由于其独特的药用价值、芳香、色彩、着色和观赏特性，作为药材、香料、天然色素、染料和观赏植物在国际上广泛应用。番红花以花柱入药，称西红花(Crocistigma)，在我国被列为名贵中药材[2]。番红花因其苛刻的生境要求、特殊的采收方式(须在开花当日纯手工采收，最大限度保存柱头内挥发性有效成分)、极低的产量(6～8 kg/hm2)，致使它的售价高达10美元/g，素有“植物黄金”之称[3]。番红花为三倍体植物，我国引种后逐渐探索出“二段法”栽培模式，即当年11月至翌年7月，开花后母球大田种植，越冬生长并发育生成仔球，采收后室内干燥储藏；翌年8—10月仔球在暗光阴湿条件下上架催芽，开花，采收花朵[4]。

“3414”二次回归肥料设计是农业部推荐的测土配方施肥设计方案，在国内外研究植物配方施肥中广泛应用[5]。众所周知，优秀的遗传基础是作物实现优质高产的前提条件之一，但栽培管理条件和生态环境对作物的品质和产量亦至关重要。番红花属于喜肥植物，尤其在仔球培养过程中需肥量较高，但长期以来，番红花的生产多根据种植户的经验进行，在生产上盲目施肥现象严重。另外，虽然中国番红花产业迅速发展，但中国仍然是番红花主要进口国之一，平均单产较发达国家仍有较大差距，在番红花肥效研究方面起步较晚，且缺乏系统性和科学性的研究，国外研究成果难以直接指导国内番红花生产。为此本试验采用“3414”测土配方施肥方案，系统研究氮、磷、钾营养对番红花仔球的生长、品质和产量的影响，为番红花的规范化生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在江苏农牧科技职业学院校内实训基地内(32°27′42″N、119°55′57″E)，地处江苏中部，年均气温14.4～15.1 ℃；年均降水量1 037.7 mm，降雨日113 d，土壤类型属典型潮土，0～30 cm耕层土壤有机质含量为13.17 g/kg，碱解氮含量为92.63 mg/kg，有效磷含量为40.37 mg/kg，速效钾含量为132.34 mg/kg，pH值为7.06。

1.2 试验材料

番红花种球由江苏省泰州市本草农业科技有限公司提供，种球平均鲜质量(15±2.5) g，于2015年11月28日栽植，每个种球留2个主芽，定植株行距为10 cm×12 cm，小区面积10 m×1.5 m。供试肥料中氮肥采用尿素(含N 46%)，磷肥采用过磷酸钙(含P2O514%)，钾肥采用硫酸钾(含K2O 54%)。

1.3 试验设计

本试验采用“3414”二次回归肥料设计，选取N、P、K 3种肥料，每种肥料设置4个水平，未施肥处理为CK(对照)，共设置14个处理，3次重复，具体试验方案设计见表1。磷肥和钾肥作为基肥一次性施入，氮肥50%作基肥施入，50%为追肥于3月分2次施入。2016年5月6日收获仔球，统计产量并随机选取各处理仔球用于各项指标的测定。

表1 N、P、K“3414”配方施肥试验设计方案

1.4 测定项目及方法

可溶性蛋白含量的测定参照李合生的方法[6]，采用考马斯亮蓝比色法进行测定；可溶性糖含量和淀粉含量的测定采用蒽酮比色法[7]进行测定；番红花仔球产量的统计以小区为单位统计收获仔球的鲜质量和数量。

1.5 数据分析

番红花仔球品质综合评分标准：根据番红花规范化生产标准及产品质量评价标准，参照赵锴等对洋葱和宋春凤等对芋头品质的评分标准[8-9]，设置各品质指标的最佳处理值为100分，各处理的指标测定值占最佳处理值的比例即为该处理的实际分值。另外，设置各处理品质权重，所有权重得分之和即为该处理品质的综合评分，其中可溶性蛋白含量和可溶性糖含量权重均为0.3，淀粉含量权重为0.4。番红花仔球产量综合评分方法与仔球品质综合评分方法相同，收获仔球总鲜质量权重为0.7，仔球总数量权重为0.3。

采用Excel 2013进行数据处理和制表，并用DPS 9.50软件进行方差分析和显著性检验(Duncan新复极差法)，并对番红花最终收获仔球的品质和产量进行二次多元方程模型拟合。

2 结果与分析

2.1 配方施肥对品质的影响

不同处理对番红花仔球品质影响的测定结果见表2。由表2可知， 番红花在施用氮肥、 磷肥、钾肥之后，仔球品质均有不同程度的提高，且均达到极显著差异，其中以处理7(N2P3K2)处理效果最佳，综合评价分值与对照相比提高了41.65%。

2.1.1 回归模型的建立 以表1中氮(X1)、磷(X2)、钾(X3)肥料的施用量为自变量，表2中番红花品质综合评分为因变量，进行三元二次肥料效应拟合，用以得出番红花品质评分与氮、磷、钾肥料施用量之间的回归方程：

YNPK=69.426 1-0.047 3X1+0.189 2X2+0.212 3X3-0.000 4X12-0.000 3X22-0.000 7X32+0.001X1X2+0.001X1X3-0.002 5X2X3。

(1)

对此肥料效应进行显著性F检验，F=9.647 2>F0.05=0.021 6，说明回归关系显著，该方程能够反映施肥量与番红花品质评分之间的关系，对番红花品质评分具有良好的预测作用。对各偏回归系数进行F检验分析，均达到显著水平，所以不用剔除不显著项。

2.1.2 模型解析

2.1.2.1 因子主效应分析 通过比较各偏回归系数的绝对值就能反映各施肥因子的重要程度。从式(1)的一次项可以看出，氮肥、磷肥、钾肥施用量的偏回归系数绝对值分别为0.047 3、0.189 2、0.212 3，说明氮肥、磷肥和钾肥施用量对番红花仔球品质的影响以钾肥施用量最大，磷肥施用量次之，氮肥施用量最小。

表2 氮磷钾配施对番红花品质的影响

对三元二次方程进行典型性辨别分析，表明回归模型为典型式，采用边际分析求解，得到番红花最佳品质综合得分(YNPK=94.100)的施用量为：氮肥246.64 kg/hm2，磷肥 152.30 kg/hm2，钾肥92.31 kg/hm2。

2.1.2.2 单因子效应分析 将番红花品质综合评分回归模型中3个自变量中任意2个固定为中等水平，这样就可以得到剩余那个自变量与目标函数之间的关系，以及氮、磷、钾施用量与番红花仔球品质综合评分之间关系的单因子效应方程，通过回归拟合得到方程：

YN=76.353 0+0.155 0X1-0.000 4X12(F=1.867 2>F0.05=0.459 6)；

YP=73.849 0+0.290 8X2-0.000 8X22(F=22.984 0>F0.05=0.145 9)；

YK=80.202 1+0.285 3X3-0.001 4X32(F=4.598 0>F0.05=0.313 2)。

通过方程可知，番红花仔球品质随着氮、磷、钾施用量的增加而提高，当达到最大值后又随着施用量的增加而降低。在试验范围内，氮肥和钾肥施用量存在最大值，而磷肥施用量最大值超出了试验定量范围，分别为：氮肥193.75 kg/hm2，YN=91.649；磷肥181.75 kg/hm2，YP=100.275(无效)；钾肥101.89 kg/hm2，YK=94.739。

2.1.2.3 因子交互效应分析 将番红花品质综合评分回归模型中存在氮、磷、钾施用量交互项，而且偏回归系数达到了显著水平，这就说明氮、磷、钾施用量的交互作用对番红花仔球品质产生了显著的影响，换而言之就是番红花仔球品质的变化不是某种单因子作用的结果，而是各因子之间交互作用产生的配合效应。对番红花仔球品质进行二元二次肥料效应模型拟合，得到方程：

YNP=70.679 1+0.087 2X1+0.057 7X2-0.000 4X12+0.000 1X22+0.000 4X1X2

(F=4.599 9>F0.05=0.028 3)；

YNK=71.216 3+0.103 3X1+0.074 9X3-0.000 3X12+0.000 1X1X3

(F=1.1439>F0.05=0.411 2)；

YPK=68.469 1+0.094 7X2+0.077 8X3+0.000 4X22+0.000 2X32-0.000 3X2X3

(F=3.576 0>F0.05=0.053 9)。

通过典型性辨别分析可知回归模型为非典型式，无法采用边际分析求得有效值。

2.1.3 利用模型进行决策 将上述3类方程进行比较，结果表明各类型函数预测的最佳产量为一元函数>三元函数，但是这些函数模型推荐的施肥量之间存在一定的差异，除钾肥推荐浓度相对接近外，氮肥和磷肥推荐量差距较大。三元函数方程最全面地考虑了氮磷钾推荐量综合交互作用效果，并与本研究中番红花对氮磷钾的栽培营养需求基本吻合，所以最终确定了番红花仔球品质最佳施肥决策：氮肥 246.64 kg/hm2，磷肥152.30 kg/hm2，钾肥92.31 kg/hm2。

2.2 氮磷钾配方施肥的产量效应

2.2.1 氮磷钾配施的产量效应 不同处理对番红花仔球产量影响的测定结果见表3。由表3可知，番红花在施用氮肥、磷肥、钾肥之后，仔球产量均有不同程度的提高，除处理2、处理12、处理13之间和处理4、处理14之间无极显著差异外，其余处理之间均达到极显著差异，其中以处理6(N2P2K2)效果最佳，综合评价分值与对照相比提高了36.36%。

表3 氮磷钾配施对番红花产量的影响

2.2.2 回归模型的建立 由“2.1.2”节，可得出番红花产量与氮、磷、钾肥料施用量之间的回归方程：

YNPK=72.520 5+0.077 9X1-0.010 9X2-0.110 2X3-0.000 2X12-0.000 3X22+0.000 5X32+0.000 2X1X3+0.001 4X2X3。(2)

对此肥料效应进行显著性F检验，F=1.783 4>F0.05=0.302 7，说明回归关系显著，该方程能够反映施肥量与番红花产量之间的关系，因此该方程对番红花产量具有良好的预测作用。同理，可知番红花最佳产量综合得分(YNPK=96.065)的施肥量：氮肥249.85 kg/hm2，磷肥 138.97 kg/hm2，钾肥110.20 kg/hm2。

2.2.2.1 因子主效应分析 由“2.1.2.1”节，从式(2)的一次项可以看出，氮肥、磷肥、钾肥施用量的偏回归系数绝对值分别为0.077 9、0.010 9、0.110 2，说明氮肥、磷肥、钾肥施用量对番红花仔球产量的影响以钾肥施用量最大，氮肥施用量次之，磷肥施用量最小。

2.2.2.2 单因子效应分析 由“2.1.2.2”节，可得氮、磷、钾与番红花仔球产量综合评分之间关系的单因子效应方程：

YN=75.342 1+0.152 8X1-0.000 3X12(F=0.961 2>F0.05=0.585 0)；

YP=78.055 1+0.290 4X2-0.001 2X22(F=1.451 9>F0.05=0.506 1)；

YK=78.341 3+0.281 1X3-0.001 1X32(F=2.453 0>F0.05=0.411 5)。

通过方程同理可求得番红花最佳施肥量和最高产量综合评分值，为：氮肥254.67 kg/hm2，YN=94.798；磷肥 121.00 kg/hm2，YP=95.624；钾肥127.77 kg/hm2，YK=96.299。

2.2.2.3 因子交互效应分析 同理可得交互效应方程：

YNP=72.699 9+0.047 4X1+0.018 8X2+0.000 2X1X2

(F=1.812>F0.05=0.216 7)

YNK=72.810 7+0.050 3X1-0.048 4X3+0.000 9X32+0.000 2X1X3

(F=2.767 1>F0.05=0.096 9)

YPK=73.662 1+0.045 6X2-0.024 7X3+0.000 1X22+0.000 9X32+0.000 1X2X3

(F=1.959 6>F0.05=0.189 7)

典型性辨别分析可知，回归模型为非典型式，无法采用边际分析求得有效值。

2.2.3 利用模型进行决策 各类型函数预测的最佳产量中，除钾肥施用量一元函数高于三元函数外，其余皆为三元函数高，这在一定程度上也说明钾肥施用量对番红花产量指数影响最明显。另外，函数模型推荐的施肥量之间存在一定差异，除氮肥推荐施用量相对接近外，钾肥和磷肥推荐量差距较大。在综合考虑不同氮磷钾配方对番红花产量的具体影响效果和各类函数推荐施肥量后，最终确定番红花仔球产量最佳施肥决策：氮肥249.85 kg/hm2，磷肥138.97 kg/hm2，钾肥127.77 kg/hm2。

3 讨论与结论

3.1 氮磷钾配方施肥对碳水化合物含量(品质)的影响

在氮、磷、钾配方施肥研究中，作物最终收获产品的品质是研究的重要参数之一，而且高品质的番红花种球带来高产量柱头已经得到证实[10]。本研究结果表明，钾肥和磷肥对番红花仔球品质的影响较大，说明钾元素和磷元素对番红花仔球品质至关重要，尤其是磷肥，磷是植物生命中多种功能得以实现的关键因素，主要帮助储存和转运能量，同时也是磷酸、磷蛋白、磷脂和磷酸糖等生物物质的主要参与者之一[11]。本研究中有关氮、磷、钾配方施肥对番红花仔球品质的研究结果与刘芸等研究钾对番红花球茎膨大的生理生态效应[12]和胡笃敬等研究钾对荸荠品质的结果[13]基本一致，但赵锴等研究氮磷钾配施洋葱产量和品质影响时发现，磷肥施用量对洋葱品质的影响最大，氮肥施用量次之，钾肥施用量最小[8]，这可能与植物种类以及试验地土壤所含有的有效成分有关。另外，从研究结果来看，高浓度的钾肥对番红花仔球品质具有一定的抑制作用，而高浓度磷肥对其却仍具有促进作用，这可能也是与试验地土壤本身速效钾浓度较高(里下河平原水网地区土壤钾含量普遍较高)有关。

3.2 氮磷钾配方施肥对产量的影响

在氮、磷、钾配方施肥研究中，对作物产量研究是目前研究最为集中的领域，通过配方施肥，寻求最佳的施肥方案和最佳产量[14-15]。早期的平衡施肥方案主要是为了维持土壤原始肥力水平，对作物消耗掉的营养元素给予补充，而现代的平衡施肥方案已向纵深和多样性发展，其目的就是为了在不影响营养平衡的前提下获得更大的产量(生物量)。本研究结果表明，氮肥施用量对番红花仔球产量的影响较大，磷肥施用量次之，钾肥施用量最小，而且氮肥、磷肥、钾肥施用量的中等水平最有利于番红花仔球产量的获得，而高水平的氮肥、磷肥、钾肥施用量对其产量具有抑制作用，本研究结果与黄巧义等的研究结果[16-17]类似。而宋春凤等在研究氮磷钾配施对芋头和马铃薯产量影响中发现，钾肥施用量影响最大，氮肥施用量和磷肥施用量次之[9，18]，这可能是因为植物种类不同以及试验地土壤环境不同所致。

本研究通过对二次多元函数的综合比较并结合试验数据，最终使得推荐施用量更加真实、可靠。为获得番红花最佳品质的建议施肥量：氮肥246.64 kg/hm2，磷肥 152.30 kg/hm2，钾肥92.31 kg/hm2；为获得番红花最高产量的建议施肥量应为：氮肥249.85 kg/hm2，磷肥 138.97 kg/hm2，钾肥127.77 kg/hm2。