基于“3414”試驗的巴西蕉施肥效應與最佳施肥量

劉永霞+井濤+唐粉玲+臧小平+鄭偉+曹宏鑫+鞠俊杰+王必尊+李昌鵬

摘要：分別采用三元二次、一元二次和直線加平臺等肥料效應模型，對海南省福山鎮蕉園2年的“3414”試驗數據進行分析。結果表明，三元二次模型模擬的最佳施肥量為：N0.374kg/株、P2O50.289kg/株、K2O0.891kg/株；根據產量趨勢特點，一元二次模型模擬的最佳施肥量為：N0.400kg/株、P2O50.214kg/株、K2O0.901kg/株。可見三元二次模型模擬的最佳施肥量只有部分指標高于一元二次模型。綜合考慮試驗結果，初步確定巴西香蕉最佳施肥量為：N0.374～0.400kg/株、P2O50.214～0.289kg/株、K2O0.891～0.901kg/株。

關鍵詞：巴西香蕉；“3414”試驗；最佳施肥量；肥料效應模型

中圖分類號：S668.106文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）11-0177-03

香蕉（MusananeLour.）是單子葉草本植物，屬芭蕉科芭蕉屬，在國內泛指香牙蕉、大蕉、粉蕉和龍牙蕉4種類型。世界香蕉生產發展很快，拉丁美洲和加勒比海地區的香蕉種植面積占全球總面積的30%，亞太地區占29%，據聯合國糧農組織統計，2011年亞洲、美洲、非洲的香蕉產量分別占全球的51.36%、32.38%、32.38%，總產量約占全球的98%，中國香蕉產量突破1000萬t，僅次于印度、巴西、厄瓜多爾、菲律賓4個國家，位居世界第5位。這些地區大部分屬于發展中國家，而香蕉成了繼水稻、小麥和玉米之后的第四大作物[1]。

香蕉是大肥大水作物，目前香蕉生產上施肥不平衡現象仍普遍存在，不少蕉農對肥料的配比、施用量及施肥時期等缺乏準確的掌握，因而出現增肥不增產、增產不增收的現象。有研究表明，氮、磷、鉀肥的當季利用率分別為15%～30%、5%～10%、20%～30%[1-4]，過量施肥或不平衡施肥不僅會造成肥料資源的大量浪費、生產成本增加，同時還會影響香蕉的品質并造成環境污染，而施肥不足又不能發揮作物的增產優勢[5-7]。測土配方施肥技術是在測定土壤養分含量的基礎上，通過對土壤養分豐缺的診斷，結合香蕉需肥規律，提出合理的施肥配方及科學的施肥技術。匡石滋等采用“3414”測土配方施肥方案研究廣東省中山市神灣鎮海港村茂盛果場蕉園的香蕉肥料效應，并建立了施肥效應模型，得出當地最佳產量為44.193～45.904t/hm2，氮、磷、鉀肥的最佳經濟施用量分別為795.1、262.3、236.9kg/hm2[8]。香蕉是海南省熱帶高效農業的主要支柱產業之一[2]，但目前還沒有關于海南省蕉園測土配方施肥的研究報道，本研究采用“3414”最優回歸設計施肥方案，研究海南省福山鎮文社村蕉園的肥料效應，并建立施肥效應模型，初步確定氮、磷、鉀的最佳施用量，以期為當地香蕉的施肥決策提供參考依據。

1材料與方法

1.1試驗材料與試驗地概況

試驗材料為巴西香蕉品種組培苗，由中國熱帶農業科學院種苗組培中心提供。

試驗于2011年6月至2013年6月在海南省澄邁縣福山鎮文社村東邊群圖嶺進行，試驗蕉園面積共0.4hm2。供試土壤類型為玄武巖磚紅壤土，于試驗前采集0～20cm耕作層土壤，土壤經風干、磨細、過篩等處理后測試其基本農化性狀，測試方法參見劉永霞等報道[9]。經測定，土壤pH值為5.06，有機質含量8.7g/kg，水解性氮含量62.7mg/kg，有效磷含量16.69mg/kg，速效鉀含量41mg/kg，肥力中等，鉀含量偏低。

1.2試驗設計

試驗面積共0.4hm2，采用“3414”最優回歸設計施肥方案，詳見表1，設14個處理，每處理小區面積150m2，隨機區組設計，重復3次，行株距1.6m×2.5m，每小區植蕉42株，區組內土壤、地形等條件一致。供試肥料中氮肥為尿素（46.4%N），磷肥為普鈣（14%P2O5），鉀肥為KCl（60%K2O）。在香蕉假植苗入田前，每株香蕉挖坑加2.5kg香蕉莖稈生物有機肥，其有機質含量≥30%，N、P2O5、K2O≥4%，田間管理技術參照高廣平等的研究[10]，化肥施用時間及比例參照匡石滋的等研究方法[7]，采收時稱量單株果質量并記錄。

1.3數據處理

數據用SPSS16.0及Sigmaplot10.0進行回歸分析。

2結果與分析

2.1地力產量與土壤肥力

從供試土壤肥力性狀分析結果看，供試土壤總體上屬于中等肥力水平，唯有速效磷含量較高；研究還發現，肥料效應與肥力水平密切相關。試驗方案中處理1、處理2、處理4、處

理8分別為空白區、無氮區、無磷區、無鉀區。由表2可知，處理1不施氮磷鉀肥土壤的基礎產量為15.80kg/株；氮、磷、鉀缺素區的相對產量分別為77.5%、87.5%、70.8%。根據農業部2008年3月制定的《測土配方施肥技術規范》，建議把相對產量<50%劃分為極低、50%～60%劃分為低、60%～70%劃分為較低、70%～80%劃分為中、80%～90%劃分為較高、>90%劃分為高。以地力產量評價供試土壤的肥力可知，供氮水平中等，供磷水平較高，供鉀水平較低。

[BT2+*8]2.2施肥模型的建立與分析

2.2.1三元二次肥料效應模型的擬合將“3414”田間試驗中14個處理的施肥量和產量之間的關系用SPSS數據分析管理系統進行三元二次肥料效應模型進行擬合。以產量為因變量，氮、磷、鉀施用量為自變量進行回歸，得三元二次肥料方程，并對模型進行解析。

y=16.147+20.704x1+11.231x2+4.233x3-0.003x21-0.062x22-0.012x23-0.029x1x2-0.006x1x3+0.051x2x3。[JY]（1）

式中：y為香蕉產量，kg/株；x1、x2、x3分別為氮、磷、鉀施肥水平，kg/株。

采用三元二次肥料效應模型進行擬合，得出最佳施肥配方。對方程進行方差分析，結果表明，香蕉產量與氮、磷、鉀肥之間有顯著的回歸關系，F=11.319，P=0.012<0.05，模型R=0.9810，R2=0.9620，模型擬合效果好，可以用來指導同等肥力和生產條件下香蕉的氮、磷、鉀肥的運籌并預測產量。方程中常數項為16.147，與處理1即空白產量15.80kg/株非常接近，說明數學模型與實際非常吻合。方程式中一次項系數為正值，二次項系數為負值，說明肥料效應函數為報酬遞減性，香蕉產量隨施肥量的增加而按漸減率增加。氮、磷、鉀肥的主效應系數大于二次項和交互項系數，說明主效應很明顯。根據邊際收益（dy/Py）等于邊際成本（dy/Px）的原則，即dy/dx=Py/Px計算最佳經濟施肥量，分別以x1、x2、x3為變量，對方程（1）兩邊求導，求得香蕉每株最佳施肥量：x1=0.374kg/株，x2=0.289kg/株，x3=0.891kg/株，其中，y為香蕉產量，x1、x2、x3分別為N、P、K施用水平。將上述值代入方程后，計算得出該香蕉的最佳產量為23.387kg/株。

2.2.2一元二次肥料效應模型的擬合研究某單因素的肥料效應，其他2個因素應固定在2水平，不應該不足或過量，因此本研究將氮、磷、鉀其中的2個因子固定在2水平，研究另一個因子對香蕉產量的效應，分別建立氮、磷、鉀一元二次肥料效應方程，選用處理2、處理3、處理6、處理11的產量結果模擬氮肥的推薦用量，選用處理4、處理5、處理6、處理7的產量結果模擬磷肥的推薦用量，選用處理6、處理8、處理9、處理10的產量結果模擬鉀肥的推薦用量，圖1為單因素肥料效應曲線方程。表2為一元二次肥料效應方程與最大施肥量及最高產量。

2.2.3直線加平臺模型的擬合以直線加平臺模型對處理2、處理3、處理6、處理11的施氮量和產量數據進行擬合，則氮肥效應模型可用如下方程表示：

y=18.467+13.500x1（x1≤0.406）；

或y=23.950（x1>0.406）。

（r2=0.9927）

以直線加平臺模型對處理4、處理5、處理6、處理7的施磷量和產量數據進行擬合，則磷肥效應模型可用如下方程表示：

y=15.650+28.849x2（x2≤0.208）；

或y=22.190（x2>0.208）。

（r2=0.7651）

以直線加平臺模型對處理6、處理8、處理9、處理10的施鉀量和產量數據進行擬合，則磷肥效應模型可用如下方程表示：

y=16.300+9.284x3（x3≤0.865）；

或y=24.968（x3>0.865）。

（r2=0.7072）

根據上述方程，得出施肥量為：氮0.406kg/株、磷0.208kg/株、鉀0.865kg/株。

2.2.4不同肥料效應模型擬合的最佳施肥量以三元二次、一元二次及直線加平臺等肥料效應模型分別對氮、磷、鉀肥料效應進行擬合的結果見表3。三元二次模型計算得出施肥量為：N0.374kg/株、P2O50.289kg/株、K2O0.891kg/株；一元二次模型計算得出最佳施肥量為：N0.400kg/株、P2O50.214kg/株、K2O0.901kg/株；直線加平臺模型計算得出施肥量為：N0.406kg/株、P2O50.208kg/株、K2O0.865kg/株。

吳炳孫等研究發現，當第2個水平已接近或達到最高產量時，可以選擇直線加平臺模型；當前3個施肥水平產量隨施肥量增加而增加，第4個施肥水平與第3個施肥水平相比，有明顯降低時，應該選擇一元二次方程擬合最佳施肥量[11]；本研究中氮肥和磷肥肥料效應適用一元二次方程擬合。當在前3個施肥水平作物產量隨施肥量增加而增加，第4個施肥水平與第3個施肥水平相差不大時，一元二次方程和直線加平臺模型均適用。本研究中鉀肥肥料效應屬于此情況。對“3414”試驗結果用三元二次肥料效應模型擬合的成功率較低，而本研究中擬合成功，經方差分析，模型擬合效果好，方程中常數項為16.147，與處理1相應自產量15.80kg/株非常接近，說明數學模型與實際非常吻合。由上述分析可知，本研究中的氮、磷、鉀肥施肥效應均可用三元二次及一元二次方程模擬。

3結論與討論

本研究中三元二次肥料效應模型模擬的氮、鉀肥的最佳施用量低于一元二次肥料效應模型，而磷肥的最佳施用量高于一元二次肥料效應模型，研究結果與陳新平等所得的研究結果有一定差異，陳新平等研究發現，三元二次肥效在對“3414”試驗進行擬合時，可能存在不能擬合或擬合的可靠程度不高的問題，而且在試驗中推薦的施用量偏高，造成施肥的經濟效益下降[12-14]，而本研究中僅有部分指標偏高。這個結果的差異可能與本研究的氮、磷、鉀設置的2水平有一定關系。如果2水平太低，有可能造成方程外推，最佳施肥量超過3水平；反之，又會造成設計的施肥水平離最佳施肥量太遠，不能準確捕捉到最佳施肥量。由于不同土壤養分不同，不同蕉園施肥差異很大，本研究參考了當地農戶的常規施肥措施，從3種肥料效應模型得到的結果來看，鉀肥2水平太低，最佳施肥量超過了3水平，結果與吳炳孫等研究結果[11]一致。

匡石滋等研究表明，采用一元肥料效應模型計算“3414”試驗推薦施肥量時，擬合成功率高，可以開發三元二次模型不能利用的信息資源，結果更全面合理，且在考慮1個因素時，另外2個因素是完全滿足需要的[7]，實際上是在交互作用存在的條件下研究單一因素，其不足之處在于不能把交互作用量化。王圣瑞等研究發現，采用一元二次肥料效應模型計算推薦施肥量時，擬合成功率高，結果更為全面合理[13]。

本研究結果表明，試驗中磷和鉀直線加平臺模型得到的施肥量最低，這與王圣瑞等的研究結果[13，15-16]一致；氮肥以三元二次模型得到的最佳施肥量較低。而本研究中的氮、磷、鉀肥施肥效應均沒有在2水平達到最高點，且氮、磷、鉀施肥在2、3、4水平獲得的產量差異顯著，不太適用直線加平臺模型，所以本研究中不采用直線加平臺模型得到的最佳施肥量。

綜合3種肥料效應模型結果，確定巴西香蕉最佳施肥量分別為：N0.374～0.400kg/株、P2O50.214～0.289kg/株、K2O0.891～0.901kg/株。需要指出的是，由于試驗條件所限，本研究結果還不能代表整個海南的蕉園施肥指標體系，要想獲得準確的施肥指標體系還需要多點、多年試驗來完成。另外，本研究只選取巴西蕉作為試材，因不同品種間存在差異，本研究的模型能否用于其他品種有待進一步驗證。

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綜合3種肥料效應模型結果，確定巴西香蕉最佳施肥量分別為：N0.374～0.400kg/株、P2O50.214～0.289kg/株、K2O0.891～0.901kg/株。需要指出的是，由于試驗條件所限，本研究結果還不能代表整個海南的蕉園施肥指標體系，要想獲得準確的施肥指標體系還需要多點、多年試驗來完成。另外，本研究只選取巴西蕉作為試材，因不同品種間存在差異，本研究的模型能否用于其他品種有待進一步驗證。

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