氮肥优化对凤头姜产量和养分吸收利用的影响

徐大兵，周剑雄，胡洪涛，朱凤娟，袁家富，赵书军

（湖北省农业科学院，a.农业农村部废弃物肥料化利用重点实验室/植保土肥研究所；b.湖北省生物农药工程研究中心；c.经济作物研究所，武汉 430064）

生姜不仅是人们日常生活中一种重要的调味品，而且还是重要的工业原料和香辛香料，此外也是中国传统的中医药材，广泛种植于全球各热带和亚热带地区［1，2］。中国是世界生姜主产区，2020 年全国生姜种植面积已达28.53 万hm2，产量800 万t［3］。生姜是需肥量较大的作物，生姜的生长和产量受施肥影响较大，仅靠土壤提供的养分远不能满足生姜正常生长发育的需要，合理施肥直接影响生姜产质量的提升［4］。然而，生姜施肥方面还存在不少问题，过量施用化肥和氮磷钾养分比例不协调、中微量元素肥料欠缺等现象较为普遍，生姜病虫害特别是连作障碍严重，种姜经济效益难以得到提升，严重制约了中国生姜产业的发展［5］。由于生姜品种繁多，即使同一个生姜品种，在不同环境条件下对养分的吸收利用也不尽相同，进而导致需肥量有很大的差异［6-8］。这也导致生姜施肥技术方面缺乏系统的研究，难以指导生产实践。

来凤县凤头姜无筋脆嫩、品质独特，与其他品种相比具有明显的比较优势，是来凤县独有的特色资源［9］。然而目前凤头姜种植水平较低，生姜产量有大小年之分，直接影响凤头姜的种植效益。此外，由于长期的不合理施肥和连作导致连作障碍频发［10］。因此，合理的优化施肥是解决凤头姜产业可持续发展的重要措施之一。基于此，本研究以凤头姜为供试材料，研究不同氮肥用量对凤头姜养分累积和产量的影响，在此基础上研究优化施肥对凤头姜产量的促进效果，以期为凤头姜科学施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于湖北省恩施州来凤县绿水镇香沟村，属于中亚热带季风湿润型山地气候，四季分明，雨热同季，光照充足。年降雨量在1 400～1 500 mm，年平均气温14～16 ℃，年最高气温38～39 ℃，最低气温8～10 ℃，无霜期250～269 d。

1.2 材料

供试土壤为水稻土，0～20 cm 土壤基本理化性质如下：pH 5.74，有机质16.27 g/kg，碱解氮95.46 mg/kg，速效磷19.59 mg/kg，速效钾185.11 mg/kg。供试作物为当地凤头姜品种。供试肥料为市售硝铵磷肥（N 30%、P2O56%）、过磷酸钙（P2O512%）、农用硫酸钾（K2O 50%）和 复合肥（N 18%、P2O518%、K2O 18%）。专用肥（N 15%、P2O55%、K2O 20%）和缓释肥（N 18%、P2O59%、K2O 16%，氮缓释）由湖北宜施壮农业科技有限公司提供。

1.3 试验设计

试验1 和试验2 分别于2020 年和2021 年4—10月在湖北省恩施州来凤县绿水镇香沟村进行。试验1 设置7 个处理，处理1，不施氮肥，记作CK；处理2，施氮量360 kg/hm2，记作N360；处理3：施氮量405 kg/hm2，记作N405；处理4，施氮量450 kg/hm2，记作N450；处理5，施氮量495 kg/hm2，记作N495；处理6，施氮量540 kg/hm2，记作N540；处理7，施氮量600 kg/hm2，记作N600。磷、钾用量分别为225 kg/hm2和600 kg/hm2。所有有机肥料和磷肥全部作为基肥，50%氮、钾作为基肥，出苗后30、60、90 d 分别追施10%、20%和20%氮、钾，具体施肥安排见表1。

试验2 设置3 个处理，处理1，普通复合肥，记作CF；处理2，专用肥，记作SF；处理3，缓控释肥，记作SRF，各处理氮肥用量一致，具体施肥安排见表2。每个处理3 次重复，随机排列。

表2 试验2 具体施肥安排 （单位：kg/hm2）

试验1小区面积25.2 m2（6.0 m×4.2 m，沟宽0.3 m），试验2小区面积189.0 m2（15.0 m×12.6 m，沟宽0.3 m），行距60 cm，株距30 cm。其他栽培管理措施按照常规操作统一安排。

1.4 项目测定与分析

凤头姜收获时按小区计产。分别于第一次采摘果实时每个小区随机采集10 株，带回实验室用于分析干物质量。将采集的凤头姜在105 ℃条件下杀青30 min 后，75 ℃烘干称重。采用浓H2SO4-H2O2消解法分析凤头姜氮、磷、钾养分含量。氮养分吸收量、氮素农学效率（kg/kg）、氮素利用效率（%）、氮肥偏生产力（kg/kg）［11］的计算公式如下。

1.4 数据分析

采用Excel 2016 软件进行数据初步分析，利用SPSS 22.0 软件（SPSS Inc.Chicago，IL）进行不同处理间的单因素ANOVA 方差分析以及多重比较（Duncan）。

2 结果与分析

2.1 优化施肥对凤头姜产量的影响

凤头姜产量随着施氮量的增加呈先增加后降低的变化趋势（图1）。N450处理产量最高，分别比N360、N405、N495、N540和N600处 理 产 量 增 加 了27.49%、19.29%、3.76%、28.64%和28.64%，但各处理间差异不显著。与CF 处理相比，SF 处理和SRF 处理凤头姜产量分别增加了25.23%和13.96%，且各处理间差异达到显著水平。

图1 不同施肥处理对凤头姜产量和干物质量的影响

2.2 优化施肥对凤头姜干物质量和氮素累积量的影响

由图2 可以看出，在移栽后45 d 和130 d，不同处理间干物质量差异不显著。在移栽后90 d，N495处理干物质量分别比N360、N405、N450、N540、N600处理增加了11.70%、5.19%、1.52%、1.20%、2.20%，且与N360处理间差异达到显著水平。与CF 处理相比，SF 处理和SRF 处理在移栽后45 d 干物质量分别增加了23.71%和13.57%，且与SF 处理间差异达到显著水平。然而，随着生育进程的推进，不同处理间干物质量差异均不显著。

图2 不同施肥处理对凤头姜干物质量的影响

从图3 可以看出，移栽后45 d 和移栽后90 d 不同处理间凤头姜氮素累积量差异均不显著。不同施氮量处理对凤头姜氮素累积量的影响主要在移栽90 d 以后，在移栽后130 d，N495分别比N360、N405、N450、N540、N600增 加 了42.95%、29.62%、9.09%、8.48%、12.83%，但是各处理间差异均不显著。移栽后45 d，SF 处理氮素累积量显著高于CF 处理和SRF 处理，且分别增加了21.72%和50.89%。但是在移栽后90 d 和130 d，不同处理间凤头姜氮素累积量差异均不显著。

图3 不同施肥处理对凤头姜氮素累积量的影响

2.3 优化施肥对氮肥利用率的影响

由表3 可知，不同施氮量处理之间氮素利用效率和氮素农学利用率均没有显著差异，但是分别以N495和N360处理最高。N360处理氮肥偏生产力最高，分 别 比N405、N450、N495、N540、N600提 高 了10.86%、38.99%、51.22%、56.33%和66.19%，且与N450、N495、N540和N600处理间差异达到显著水平。与CF 相比，SF 和SRF 处理氮肥农学利用率分别增加了62.58%和34.66%，而氮肥偏生产力则分别增加了25.23%和13.96%，且各处理间差异均达到显著水平。

表3 不同氮肥运筹对凤头姜氮肥利用率的影响

3 讨论

合理施用化肥特别是氮肥，是提高农作物产质量的有效途径之一。李德文等［12］研究发现脱毒生姜新品系黔姜181 最佳施氮量为32.75 kg/hm2。邵海南等［13］利用正交试验发现山农1 号绵姜最佳氮用量为20.55 kg/hm2。郑福丽等［14］研究发现安丘市大姜最适宜的氮肥用量为40～50 kg/hm2，而对于本研究中凤头姜而言，最适施氮量为30～33 kg/hm2，之所以产生这样的差异可能与不同生姜品种和供试土壤肥力有关，而李录久等［15］研究结果也发现了不同品种生姜根状茎产量需肥量和比例存在较大差异。由此可见，针对不同区域的生姜品种，如何进行科学施肥，仍然需要田间试验的进一步验证。

王馨笙等［14］研究发现生姜全生育期对N、P2O5、K2O 的吸收比例为2.5∶1.0∶3.8。可以看出，如果施用等养分的化肥，特别是本研究中施用的普通复合肥，势必会造成养分不平衡，进而影响生姜产量，因此，平衡施肥显得尤为重要。在本研究中相对于常规施肥，优化施肥处理中磷肥用量减少了66.67%，而钾肥增加了25.00%，增产率达25.23%。徐大兵等［16］研究发现相比常规施肥，优化施肥（磷肥用量减少51.85%）能够获得与常规施肥相当的番茄产量，这可能是由于优化施肥氮、磷、钾比例更协调，反而促进了蔬菜对氮、磷、钾养分的吸收。朱国梁等［17］研究发现，缓释肥较普通复合肥处理黄瓜增产15.70%，而张青等［18］研究发现缓控释肥比传统施肥处理蜜柚平均增产13.20%，然而在本研究中优化施肥较常规施肥处理生姜增产13.96%，这与前人研究结果相似，主要原因可能是缓控释肥料养分释放速率缓慢，可以满足全生育期作物对养分的需求，因此提高了产量［18］。

研究表明，随着施氮量的增加，作物产量和干物质量均呈先增加后降低的变化趋势［16，19，20］，这与本研究的结果一致。在本研究中，随着施氮量（360、405、450、495、540、600 kg/hm2）的增加，氮素利用效率也呈先增加后降低的变化趋势，而氮素农学利用率则先降低后略有增加。李录久等［21］研究发现狮头姜随着施氮量（225、450、600、900 kg/hm2）的增加，其氮素利用效率则呈逐渐降低的变化趋势，这可能是由于两者不同施氮水平和梯度所致，但是两者之间的氮肥偏生产力均呈逐渐降低的趋势。

肥料利用率是衡量施肥效率的重要指标之一。化肥优化施肥、平衡施肥以及有机无机配施等均是减少化肥用量和提高肥料利用效率的重要途径［22］。在相同有机肥用量和施氮量条件下，优化施肥处理通过减少磷肥用量和增加钾肥用量可以较常规施肥增加氮素利用效率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力，这与徐大兵等［16］研究结果一致，这可能是由于优化施肥，特别是氮磷钾的配比［23］，更能促进生姜的氮素吸收和累积，从而提高其氮素利用率［24，25］。在本研究中等氮量条件下，缓控释肥处理氮素利用效率、氮素农学利用率和氮肥偏生产力均高于常规施肥处理，这与赵堂甫等［26］和张富鑫等［27］的研究结果相似。缓控释肥料能控制养分释放速率，较常规肥料的释放速率低，既能减少肥料损失，又能满足生姜生育后期对养分的需求。

4 小结

随着施氮量的增加，来凤县凤头姜产量、干物质量和氮素累积量均呈先增加后降低的变化趋势，且以450～495 kg/hm2施氮量为最佳。不同施氮量对凤头姜氮素利用效率和氮素农学利用率的影响不显著，但是却降低了氮肥偏生产力。

与常规施肥相比，优化施肥和缓释肥处理凤头姜产量分别增加了25.23%和13.96%，优化施肥能够获得更高的干物质量和氮素累积量。较常规施肥而言，优化施肥处理氮素利用效率、氮素农学利用率和氮肥偏生产力分别增加了19.33%、62.58% 和25.23%，而缓控释肥处理则分别增加了13.33%、34.66%和13.96%。由此可见，凤头姜最适施氮量为450～495 kg/hm2，且在施用有机肥的基础上，优化施肥和缓释均能获得较好的增产效果。