干旱区鹰嘴豆的氮磷钾肥最优施用量

赵永峰　王斐　关耀兵　牛永岐　周丽蕾

摘要：以科鹰1号鹰嘴豆为材料，采用“3414”最优回归设计研究氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）不同施肥水平对鹰嘴豆经济性状、产量、经济效益的影响，并拟合三元二次、一元二次肥效模型，确定鹰嘴豆的合理施肥量。结果表明，鹰嘴豆株高、有效荚数随氮、磷、钾用量的增加多呈“Λ”形趋势变化;氮、磷、钾用量对鹰嘴豆单株粒数、百粒质量没有明显影响;施N 187.50 kg/hm2可使鹰嘴豆较不施肥增产1 240.50 kg/hm2，纯收入增加9 847.50元/hm2，施P2O5 138.0 kg/hm2 可使鹰嘴豆增产1 180.50 kg/hm2，纯收入增加9 502.50元/hm2，施K2O 90.0 kg/hm2可使鹰嘴豆增产865.50 kg/hm2，纯收入增加7 023.00元/hm2，施磷综合效果相对最好，氮肥次之;鹰嘴豆获得最高产量时N、P2O5、K2O最佳推荐用量分别为179.33、121.36、76.39 kg/hm2，获得最佳经济产量时N、P2O5、K2O推荐用量分别为172.25、118.03、74.32 kg/hm2。

关键词：鹰嘴豆;“3414”施肥试验;产量;经济效益;氮;磷;钾

中图分类号： S529.06文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）09-0143-04

宁夏回族自治区固原市是宁夏小杂粮主产区，而鹰嘴豆作为小杂粮之一，近年来价格逐年攀升，种植面积迅速扩大[1]。种植户为追求鹰嘴豆高产，盲目施肥现象十分普遍，生产上施肥量增多，导致生产成本增加、经济效益降低，又造成肥料严重浪费、污染土壤，传统施肥技术已不能满足当地鹰嘴豆生产的需求。本试验以科鹰1号鹰嘴豆为材料，于2015—2017年连续3年在宁夏固原市头营镇开展“3414”肥料效应试验，以探索鹰嘴豆氮、磷、钾肥最佳施用量，为实现当地及类似地区鹰嘴豆生产增效节本及科学施肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试作物为科鹰1号鹰嘴豆;氮肥为含N 46%的尿素，磷肥为含P2O5 16%的过磷酸钙，钾肥为含K2O 52%的硫酸钾。

1.2 试验地概况

试验在宁夏农林科学院头营科研基地进行，该基地位于固原市原州区头营镇徐河村，36°16′N、106°44′E，海拔 1 550 m，年均降水量420 mm，≥10 ℃积温为2 691.9 ℃，年均气温为 7.6 ℃，年日照时数2 200～3 000 h，鹰嘴豆生育期日照时间为1 030～1 120 h。头营科研基地为川旱地，地势平坦，土质为缃黄土，肥力较低，肥效均匀;2015—2017年前茬分别为谷子、燕麦、藜麦，鹰嘴豆播种前旋耕1次，耕深20～25 cm。3年试验期内，鹰嘴豆播种前土壤平均有机质含量为 12.35 g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为66.00、17.92、203.67 mg/kg，pH值为8.5。

1.3 试验设计

试验采用“3414”最优回归设计方案[2]，以氮、磷、钾不同施用量设计3因素4水平试验，共计14个组合处理（表1）。每个小区为1处理，重复3次。每小区面积为13 m2，区间距为1 m，小区四周做埂，并用塑料棚膜隔离。供试磷、钾肥播前一次性作为基肥施入，氮肥于现蕾期追施。每小区播种9行，人工手提式穴播器点播，每行28穴，每穴3粒;出苗达2张复叶时定苗，每穴留1株，即每小区留苗252株。2015、2016年均于4月21日播种，2017年于5月6日播种，播深为3～5 cm。鹰嘴豆整个生育期中耕锄草3次，不灌水。各小区田间农事操作同大田管理一致。

1.4 测定内容及方法

在鷹嘴豆整个生长过程中，调查记录其播种期、出苗期、现蕾期、开花期、成熟期、收获期;收获前2 d，每小区随机选取10株测量株高，即主茎子叶节到植株顶端的高度，取平均值;随机选取10株，剔除每株空瘪荚、未成熟荚，采用目测法观测计数每株上的成熟荚数，折算1 hm2有效荚数，同时，采用目测法观测计数每株上的成熟粒数，统计单株粒数;采收后室内清选考种，从干籽粒中随机选取100粒，用精度为1%的电子秤称取干籽粒质量，重复4次，取平均值;每小区除去边行单收单脱，待风干，用电子秤称量，计实产，折算1 hm2产量。

1.5 推荐施肥量的确定

以鹰嘴豆产量为目标y，氮、磷、钾肥料用量分别为变量x1、x2、x3，分别拟合三元二次、一元二次2种肥料效应模型[3]，计算鹰嘴豆最高产量时N、P2O5、K2O的施肥量，并依当前市场鹰嘴豆和N、P2O5、K2O肥料最新价格，计算最佳经济效益时的施肥量。

1.6 数据统计分析

采用测土配方施肥“3414”试验分析器SG-2.2软件对试验数据进行统计分析;采用极差分析法确定影响鹰嘴豆经济性状的关键因子[4];采用邓肯氏多重比较方法检验分析鹰嘴豆的产量构成;氮、磷、钾不同施肥水平对产量的影响采用最小显著性差异法（LSD法）[5]进行检验。

2 结果与分析

2.1 氮、磷、钾不同施肥处理对鹰嘴豆产量构成因素及其产量的影响

由表2可见，在施用等量磷、钾肥（P2K2处理）条件下，随着氮肥施用量的增加，鹰嘴豆有效荚数呈先上升后下降的“Λ”形变化趋势，N2P2K2处理时出现峰值，有效荚数相对最高，为1 518.75万荚/hm2，而鹰嘴豆株高、结实率变化趋势基本一致，对单株粒数、百粒质量的影响不明显;在施用等量氮、钾肥（N2K2处理）条件下，随着磷肥用量的增加，鹰嘴豆有效荚数、株高呈“Λ”形变化趋势，N2P2K2处理时出现峰值，有效荚数、株高分别为1 518.75万荚/hm2、58.45 cm，而鹰嘴豆结实率呈上升趋势，对单株粒数、百粒质量的影响不大;在施用等量氮、磷肥（N2P2处理）条件下，随着钾肥用量的增加，鹰嘴豆有效荚数、株高呈“Λ”形变化趋势，而对单株粒数、百粒质量的影响不大;不施肥处理（N0P0K0）时鹰嘴豆的产量相对最低，为1 640.10 kg/hm2，N2P2K2处理时产量相对最高，为2 950.20 kg/hm2，极显著高于其他处理（P<0.01），比不施肥处理增产79.88%，说明鹰嘴豆最佳施肥组合为N2P2K2，即N、P2O5、K2O施用量分别为187.50、138.0、90.0 kg/hm2。对氮、磷、钾肥的施用效果分别进行极差分析，结果表明，氮是影响鹰嘴豆群体荚数、株高的关键因子，磷是影响鹰嘴豆结实率、籽粒饱满度的关键因子，钾是影响鹰嘴豆有效荚数的关键因子，氮、磷、钾对鹰嘴豆单株粒数、百粒质量的影响不显著（P>0.05），这与王伟妮等的研究结果[4，6-9]相似。

2.2 氮、磷、钾不同施肥处理对鹰嘴豆经济效益的影响

由表3可见，不同施氮水平下，施氮量为187.50 kg/hm2的处理（中氮水平）其增产量为1 240.50 kg/hm2，极显著高于其他处理（P<0.01），与无氮处理相比增产率为72.5%，经济效益相对最高，纯收入较无氮处理增加9 847.50元/hm2，产投比也相对最高，为15.2;不同施磷水平下，施磷量为 138.0 kg/hm2 的处理（中磷水平）其增产量为 1 180.50 kg/hm2，极显著高于其他处理，与无磷处理相比增产率为66.7%，经济效益相对最高，纯收入较无磷处理增加 9 502.5元/hm2，产投比也相对最高，为19.0;不同施钾水平下，施钾量为90.0 kg/hm2的处理（中钾水平）其增产量为865.50 kg/hm2，极显著高于其他处理，与无钾处理相比增产率为41.5%，经济效益相对最高，纯收入较无钾处理增加 7 023.00元/hm2，产投比也相对最高，为22.3，施钾不足或过量都会导致鹰嘴豆减产。因此，施用磷肥对鹰嘴豆的增产效果相对较好，有利于纯收入的增加，而氮肥次之，而施用适量钾肥有一定的增产效果，这与游国玲等的研究结果[6]基本一致。

2.3 施用氮、磷、钾肥的互作效应

2.3.1 不同钾肥用量下氮、磷肥肥效对产量的影响 由图1可见，钾肥用量从45.00 kg/hm2增加到90.00 kg/hm2时，氮肥用量187.50 kg/hm2（中氮）的鹰嘴豆增产量为 910.05 kg/hm2;钾肥用量从45.00 kg/hm2增加到 90.00 kg/hm2 时，磷肥用量138.00 kg/hm2（中磷）的鹰嘴豆增产量为910.05 kg/hm2。这说明鹰嘴豆在中氮、中磷水平时，更有利于钾肥肥效的发挥。

2.3.2 不同磷肥用量下氮、钾肥肥效对产量的影响 由图2可见，磷肥用量从69.00 kg/hm2增加到138.00 kg/hm2时，氮肥用量为93.75 kg/hm2（低氮）的鹰嘴豆增产量为 15.00 kg/hm2;磷肥用量从69.00 kg/hm2增加到 138.00 kg/hm2 时，钾肥用量为90.00 kg/hm2（中钾）的鹰嘴豆增产量为770.10 kg/hm2。这说明磷肥肥效的发挥明显受到氮、钾肥用量的影响，鹰嘴豆在中氮、中钾水平时更有利于磷肥肥效的发挥。

2.3.3 不同氮肥用量下磷、钾肥对产量的影响 由图3可见，氮肥用量从93.75 kg/hm2增加到187.50 kg/hm2时，磷肥用量为69.00 kg/hm2（低磷）的鹰嘴豆增产量为 229.95 kg/hm2;氮肥用量从93.75 kg/hm2增加到 187.50 kg/hm2 时， 钾肥用量为 45.00 kg/hm2（低钾）的鹰嘴豆增产量为230.10 kg/hm2。 这说明氮肥肥效的发挥明显受到磷、钾肥用量的影响，鹰嘴豆在中磷、中钾水平时更有利于氮肥肥效的发挥。

2.4 肥料效应模型与推荐施肥量的确定

2.4.1 三元二次肥料效应模型 试验结果经拟合得到三元二次肥料效应方程为：y=1 601.8+1.56x1+1.53x2+5.59x3-0.01x12-0.03x22-0.03x32+0.03x1x2-0.01x1x3+0.01x2x3（R2=0.493 0），对方程进行显著性检验发现，F值为0.433，小于F0.05的值（6.00），方程未達到显著水平，但方程一次项系数为正值，二次项系数为负值，符合肥料报酬递减规律，说明方程拟合较好。对模型进行极值判别分析[3]，判定该三元二次肥效模型是典型的，而鹰嘴豆产量与氮、磷、钾用量相关性不显著。

2.4.2 一元二次肥料效应模型 试验拟合的N、P2O5、K2O一元二次肥料效应模型分别为：y=1 583.14+11.02x1-0.03x12（r2=0.626 1）、y=1 669.63+16.44x2-0.07x22（r2=0.733 0）、y=1 947.39+15.94x3-0.10x32（r2=0.350），这3个方程的一次项系数为正值，二次项系数为负值，也符合肥料报酬递减规律，说明方程拟合较好。对模型进行极值判别分析[3]，3个单因素肥料效应模型都是典型的，而F值、r2值都不显著。

2.4.3 推荐施肥量 [JP+2]由表4可见，由三元二次肥效模型推导出的鹰嘴豆最高、最佳产量分别为2 383.35、2 214.46 kg/hm2，较为接近，且处于试验各处理产量的中等偏上水平，而最高产量施氮量、施磷量分别为385.35、259.68 kg/hm2，大于试验设计的氮肥、磷肥最大用量，因此，该模型推荐的施肥量不能用来指导鹰嘴豆施肥;3个单因素肥料一元二次肥效模型推导出的鹰嘴豆最高、最佳产量在 2 500～2 700 kg/hm2之间，预测值与实际值较为吻合，可用来指导当地鹰嘴豆生产施肥，也可为条件类似地区鹰嘴豆科学施肥提供参考。鹰嘴豆最高产量时N、P2O5、K2O施肥量分别为179.33、121.36、76.39 kg/hm2，最佳经济产量时施肥量分别为172.25、118.03、74.32 kg/hm2。

3 结论与讨论

本试验结果表明，各施肥处理的鹰嘴豆产量均较不施肥有明显提高，施肥可以不同程度提高鹰嘴豆的有效荚数、单株粒数、结实率等产量构成因素;鹰嘴豆施用氮磷钾肥的增产、增收效果高低依次为P2O5>N>K2O，合理施用氮、磷、钾肥可以充分发挥鹰嘴豆增产潜力，提高其经济效益。

通过“3414”肥效试验[10-11]构建的三元二次肥效模型，当N、P2O5、K2O施用量分别为385.39、259.68、94.72 kg/hm2时鹰嘴豆获得最高产量为2 383.35 kg/hm2，当N、P2O5、K2O施用量分别为276.70、181.73、42.93 kg/hm2时鹰嘴豆获得最佳经济产量为2 214.46 kg/hm2。虽然最佳经济产量与最高产量相比差异不大，但该模型计算出的最高产量施氮量、施磷量超出试验设计的氮肥、磷肥最大用量范围（N 281.25 kg/hm2、P2O5 207.00 kg/hm2），因此，该肥效模型推荐的施肥量不能用来指导鹰嘴豆施肥。