基于“3414”模型对甜玉米氮磷钾效应的研究

熊汉锋+熊又升+张国斌

摘要：为探讨不同氮、磷、钾施肥配比及用量对甜玉米产量的影响，运用“3414”回归最优设计原理，在武汉市汉南区现代农业试验示范园设置甜玉米肥效试验。各处理中，N2P3K2处理产量最高，达13 477.5 kg/hm2， N0P0K0处理不施肥时产量为10 870.5 kg/hm2，产量差异显著；比较不同氮、磷、钾肥用量的甜玉米产量，发现在3种肥料中2种肥料不变的条件下，单一提高另一种肥料的施用量，甜玉米的产量随肥料用量的提高先上升后下降；对比氮、磷、钾3因素的缺素处理，发现对甜玉米产量影响次序为钾肥>氮肥>磷肥。施肥配比及施肥用量对甜玉米产量有着直接影响，钾肥是影响该区甜玉米产量的主要因素。在生产上，甜玉米施肥时应考虑肥料的合理投入。

关键词：“3414”田间试验；甜玉米；配方施肥；产量

中图分类号：S513 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2018）02-0041-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.02.011

Abstract： The research aimed to investigate the effects of different N，P，K fertilizer ratio and fertilizer amount on sweet maize yield. “3414” design theory was applied to set sweet maize fertilizer efficiency test in Hannan modern agricultural experiment and demonstration garden of Wuhan city. The yield of N2P3K2 was the highest，reaching 13 477.5 kg/hm2，when that of no fertilizer N0P0K0 treatment was 10 870.5 kg/hm2. The difference of yield was significant. Compared with the different dosage of nitrogen and phosphorus and potassium，it was found that while the other two fertilizes kept unchanged only increased a single use of another fertilizer，the sweet maize yields increased with the fertilizer at first and then decreased when continued to improve the amount of the fertilizer treatments. The results showed that the treatment without potassium had a notable effect on sweet maize yield. Contrasted with the nutrients deficiency no phosphorus treatment had less effect on sweet maize yield and no nitrogen treatment had minimal effect on sweet maize yield. Optimum fertilizing proportion of N，P and K fertilizer and fertilization amount had a direct impact on sweet maize yield. Potassium fertilizer was the key factors. It should be consideration of the reasonable application of fertilizer in fields.

Key words： “3414” field experiments； sweet maize； fertilization； yield

甜玉米因其具有豐富的营养、甜、鲜、脆、嫩的特色而深受各阶层消费者青睐。随着居民消费结构的调整，对甜玉米产品价值的了解加深，鲜食甜玉米消费将进一步扩大，且甜玉米产业将带动区域农业经济的发展。甜玉米生长量大、生长速度快，因而生长发育过程对肥料养分吸收需求量大，要求养分供应强度也高。在生产上化肥用量不断加大，化肥利用率低、污染严重等现象普遍存在。氮、磷、钾肥用量及配比不合理、养分利用效率下降等严重问题，是玉米产量低而不稳的重要原因[1]。近年来，随着测土配方施肥项目的推进，不同农业生态区积累了大量的“3414”田间肥效试验数据[2-5]。而应用“3414”田间试验研究甜玉米施肥量、施肥配比的报道较少[6]。为此，本研究通过“3414”田间试验研究甜玉米栽培的施肥量和施肥配比，达到提高肥料利用率、减少农民投入、增加经济效益、保护生态环境的目的，为甜玉米科学施肥提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验共设计1个“3414”试验，重复3次。小区面积20 m2，采用随机区组排列。试验安排在武汉市汉南区现代农业试验示范园邓南街金城村，土壤有机质16.45 g/kg，碱解氮87.87 mg/kg，有效磷35.24 mg/kg，有效钾159.67 mg/kg，pH 7.78。

供试作物品种为信甜彩糯。2015年7月18日整地施用基肥，7月20日播种，10月8日采收。endprint

1.2 试验方案

“3414”试验施肥方案：共设氮、磷、钾3因素，4水平，共计14个处理：①N0P0K0、②N0P2K2、③N1P2K2、④N2P0K2、⑤N2P1K2、⑥N2P2K2、⑦N2P3K2、⑧N2P2K0、⑨N2P2K1、⑩N2P2K3、11N3P2K2、12N1P1K2、13N1P2K1、14N2P1K1

（下标为养分施用量水平，0水平表示不施，1水平养分施用量为2水平的一半，3水平为2水平的1.5倍；1水平养分施用量N 90 kg/hm2，P2O5 11.25 kg/hm2，K2O 22.5 kg/hm2）。P、K全部基施，N 60%基施，40%追施。

1.3 土样化验

pH采用电位法测定；有机质采用油浴加热重铬酸钾氧化-容量法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法（Olsen法）测定；速效钾采用乙酸铵浸提-原子吸收分光光度法测定。

1.4 数据处理

数据采用Microsoft Excel 2007和SAE 5.10处理分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥对甜玉米产量的影响

不同施肥量和不同量的配施对甜玉米产量的影响见表1。由表1可知，除N2P2K0处理外，其他施肥处理均比不施肥处理（N0P0K0）增产，产量最高的为N2P3K2处理，为13 477.5 kg/hm2，其次为N2P2K1处理，为13 171.5 kg/hm2，分别较不施肥处理增产23.98%和21.17%；产量最低的为N2P2K0处理，为10 806.0 kg/hm2，较不施肥处理增产-0.60%。所有N、P、K配合处理中，除N0P2K2、N1P2K2、N2P1K2、N2P2K0处理外，都比不施肥处理（N0P0K0）显著增产。处理N3P2K2的养分总含量最高，但产量不是最高，表明甜玉米施肥与产量间回报递减规律的存在。对试验结果进行肥料效应回归模型模拟，得到产量与肥料之间的数学模型为Y=730.19+14.65X1-0.81X12-13.67X2+30.08X22+17.78X3-15.92X32-5.90X1X2+3.85X1X3+11.21X2X3。其中，X1为N，X2为P，X3为K。复相关系数R=0.843 3，决定系数R2=0.989 8，F=42.964 9，差异显著。表明参加试验的14个处理在产量上差异达到显著水平，氮、磷、钾施用对甜玉米有显著的增产效果。通过上述肥料效应模型，计算得到最佳施肥量产量为Y=12 367.5 kg/hm2，其中X1（N）=156 kg/hm2，X2（P）=12 kg/hm2，X3（K）=30 kg/hm2。

单因子效应分析由主效应模型得出各因子不同水平下的产量情况。当某两个因子为零水平时，得到氮（N，X1）、磷（P，X2）、钾（K，X3）单因子效应模型分别为Y=742.115+7.594 2X1-0.206 2X12、Y=839.035-100.935X2+57.555 6X22、Y=732.24+102.226 7X3-19.111 1X32。从一次项系数看，对产量的影响依次为K>N>P；从二次项看，其绝对值P>K>N。氮、磷、钾肥施用量均表现为随着施肥量增加，玉米产量先增加后下降。结合缺N、P、K的相对产量可以看出，钾肥是甜玉米生产的重点控制因子，其次是氮肥。

2.2 不同氮、磷、钾施肥水平对甜玉米产量的影响

在磷、钾两种养分处于当地最佳水平（2水平）时，仅对氮进行肥效分析。选用N0P2K2、N1P2K2、N2P2K2和N3P2K2处理研究甜玉米在最佳磷、钾施用量下的氮肥效应。结果（图1A）表明，甜玉米产量随着施氮量的增加呈先上升而后下降的趋势，即当氮肥施用量低于一定水平时，随着施氮量的提高，甜玉米的产量不断增加，但随后再继续增加氮肥的施用量，产量反而出现一定的下降。方差分析氮肥处理表明，N0P2K2与N1P2K2处理间差异不显著（P>0.05）。N2P2K2和N3P2K2处理较N0P2K2、N1P2K2处理增产显著。

在氮、钾两种养分处于当地最佳水平（2水平）时，仅对磷进行肥效分析。选用N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2和N2P3K2處理研究甜玉米在最佳氮、钾施用量下的磷肥效应。结果（图1B）表明，甜玉米产量随着施磷量的增加呈先下降而后上升的趋势，N2P1K2、N2P2K2处理产量低于N2P0K2处理，N2P0K2与N2P2K2处理间无显著差异（P>0.05）。N2P3K2处理与其他处理间差异显著（P<0.05）。

在氮、磷两种养分处于当地最佳水平（2水平）时，仅对钾进行肥效分析。选用N2P2K0、N2P2K1、N2P2K2和N2P2K3处理研究甜玉米在最佳氮、磷施用量下的钾肥效应。结果（图1C）表明，玉米产量随着施钾量的增加呈先上升而后下降的趋势，各施钾肥处理与缺钾处理间差异都达显著水平（P<0.05）。

2.3 缺肥对甜玉米产量的影响

N0P0K0、N0P2K2、N2P0K2、N2P2K2、N2P2K0处理分别是无肥区、缺氮区、缺磷区、最佳施肥区、缺钾区。地力贡献率=无肥区产量/最佳施肥区产量×100%，通过图2可算出该地块的地力贡献率为87.16%，说明在当地肥力水平下，肥料对产量的贡献率只有12.84%。表明土壤肥力较高，施肥增产效应较低。相对产量=缺肥区产量/最佳施肥量区产量×100%。缺氮处理（N0P2K2）的相对产量为90.37%，说明在当地肥力水平下，氮肥对产量的贡献率为9.63%。缺磷处理（N2P0K2）的相对产量为100.80%，说明在当地肥力水平下，磷肥对产量的贡献微弱。缺钾处理（N2P2K0）的相对产量为86.46%，说明在当地肥力水平下，钾肥对产量的贡献率为13.54%。由此可知，缺磷的相对产量>缺氮的相对产量>缺钾的相对产量。表明在该试验条件下，氮、磷、钾三要素中钾的增产效果最明显，氮的增产效果次之，磷的增产效果不明显。因此，钾肥是决定当地甜玉米产量的关键肥料因素。endprint

3 小结与讨论

通过对试验点对应处理的甜玉米产量与施肥量进行回归分析，建立氮（N，X1）、磷（P，X2）、钾（K，X3）三元二次肥料效应函数为Y=730.19+14.65X1-0.81X12-13.67X2+30.08X22+17.78X3-15.92X32-5.90X1X2+3.85X1X3+11.21X2X3（r=0.84）。推荐本地区甜玉米产量为12 367.5 kg时的氮、磷、钾肥最佳施用量分别为156、12、30 kg。氮、磷、钾三大元素施肥量均低于广州市的甜玉米最佳施肥量[6]。这可能是由于本试验区土壤基础肥力较高所致。

本研究结果表明，试验地土壤基础肥力贡献率为87.16%，说明玉米产量对土壤基础肥力依赖度较大，而施肥对产量的贡献率仅为12.84%。在当地肥力水平下，氮、磷、钾肥对产量的贡献率分别为9.63%、-0.80%、13.54%。由此可知，在此地力水平下，钾肥是决定玉米产量的关键因素，对玉米产量起决定性作用。试验地土壤供磷能力较高。磷肥施用量过高会出现负收益现象。与广东的趋势一致[6]，广东甜玉米产区土壤相对缺氮、钾，但磷含量相对较高，广东甜玉米产区施肥效益较高。

田间试验结果表明，施肥配比及施肥量对甜玉米产量有着直接影响。缺素对甜玉米产量影响次序为钾肥>氮肥>磷肥。在氮、磷、钾3种肥料中的2种肥料保持不变的前提下，单一提高另一种肥料的施用量，玉米产量随着肥料用量的逐渐提高而出现先提高后下降的趋势。这与梁改梅等[7]研究山西普通玉米的结果一致。如果再继续增加肥料的用量，反而会出现成本增加而减产的双重損失，因此生产上应合理施用肥料，提高农民的经济收益。

参考文献：

[1] 孙文涛，汪 仁，安景文，等.平衡施肥技术对玉米产量影响的研究[J].玉米科学，2008，16（3）：109-111.

[2] 张朋妍，霍剑锋，孟繁盛，等.不同肥料、施肥水平及施用方法对玉米产量、性状及效益的影响[J].江苏农业科学，2014，42（11）：119-122.

[3] 毕生斌，张国云，杨平芬，等.“3414”试验对山地玉米产量影响及推荐施肥探索[J].热带农业科学，2015，35（3）：7-11.

[4] 沈学善，陈尚洪，陈红琳.基于“3414”模型对川中丘陵区玉米氮磷钾效应的研究[J].西南农业学报，2012，25（6）：2132-2137.

[5] 胡建军，张月琴，温学飞，等.基于“3414”模型研究宁夏盐池县玉米氮磷钾施肥效应[J].水土保持研究，2011，18（4）：268-272.

[6] 张白鸽，李 强，陈琼贤，等.广东甜玉米施肥指标体系研究[J].广东农业科学，2013（20）：67-70.

[7] 梁改梅，池宝亮，李娜娜，等.不同氮磷钾施肥配比和施肥用量对玉米产量的影响[J].安徽农业科学，2014，42（25）：8573-8574， 8577.endprint