氮磷鉀配施對番紅花品質和產量的影響

張衡鋒， 韋慶翠， 魏 欣， 張煥朝

(1.江蘇農牧科技職業學院園林園藝學院，江蘇泰州 225300； 2.南京林業大學林學院，江蘇南京 210037)

番紅花(CrocussativusL.)屬鳶尾科(Iridaceae)番紅花屬鱗莖類球根花卉，原產于伊朗、小亞細亞半島和希臘，后引種到印度、地中海盆地、東歐和中國[1]，已有近3 000年的栽培歷史，由于其獨特的藥用價值、芳香、色彩、著色和觀賞特性，作為藥材、香料、天然色素、染料和觀賞植物在國際上廣泛應用。番紅花以花柱入藥，稱西紅花(Crocistigma)，在我國被列為名貴中藥材[2]。番紅花因其苛刻的生境要求、特殊的采收方式(須在開花當日純手工采收，最大限度保存柱頭內揮發性有效成分)、極低的產量(6～8 kg/hm2)，致使它的售價高達10美元/g，素有“植物黃金”之稱[3]。番紅花為三倍體植物，我國引種后逐漸探索出“二段法”栽培模式，即當年11月至翌年7月，開花后母球大田種植，越冬生長并發育生成仔球，采收后室內干燥儲藏；翌年8—10月仔球在暗光陰濕條件下上架催芽，開花，采收花朵[4]。

“3414”二次回歸肥料設計是農業部推薦的測土配方施肥設計方案，在國內外研究植物配方施肥中廣泛應用[5]。眾所周知，優秀的遺傳基礎是作物實現優質高產的前提條件之一，但栽培管理條件和生態環境對作物的品質和產量亦至關重要。番紅花屬于喜肥植物，尤其在仔球培養過程中需肥量較高，但長期以來，番紅花的生產多根據種植戶的經驗進行，在生產上盲目施肥現象嚴重。另外，雖然中國番紅花產業迅速發展，但中國仍然是番紅花主要進口國之一，平均單產較發達國家仍有較大差距，在番紅花肥效研究方面起步較晚，且缺乏系統性和科學性的研究，國外研究成果難以直接指導國內番紅花生產。為此本試驗采用“3414”測土配方施肥方案，系統研究氮、磷、鉀營養對番紅花仔球的生長、品質和產量的影響，為番紅花的規范化生產提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在江蘇農牧科技職業學院校內實訓基地內(32°27′42″N、119°55′57″E)，地處江蘇中部，年均氣溫14.4～15.1 ℃；年均降水量1 037.7 mm，降雨日113 d，土壤類型屬典型潮土，0～30 cm耕層土壤有機質含量為13.17 g/kg，堿解氮含量為92.63 mg/kg，有效磷含量為40.37 mg/kg，速效鉀含量為132.34 mg/kg，pH值為7.06。

1.2 試驗材料

番紅花種球由江蘇省泰州市本草農業科技有限公司提供，種球平均鮮質量(15±2.5) g，于2015年11月28日栽植，每個種球留2個主芽，定植株行距為10 cm×12 cm，小區面積10 m×1.5 m。供試肥料中氮肥采用尿素(含N 46%)，磷肥采用過磷酸鈣(含P2O514%)，鉀肥采用硫酸鉀(含K2O 54%)。

1.3 試驗設計

本試驗采用“3414”二次回歸肥料設計，選取N、P、K 3種肥料，每種肥料設置4個水平，未施肥處理為CK(對照)，共設置14個處理，3次重復，具體試驗方案設計見表1。磷肥和鉀肥作為基肥一次性施入，氮肥50%作基肥施入，50%為追肥于3月分2次施入。2016年5月6日收獲仔球，統計產量并隨機選取各處理仔球用于各項指標的測定。

表1 N、P、K“3414”配方施肥試驗設計方案

1.4 測定項目及方法

可溶性蛋白含量的測定參照李合生的方法[6]，采用考馬斯亮藍比色法進行測定；可溶性糖含量和淀粉含量的測定采用蒽酮比色法[7]進行測定；番紅花仔球產量的統計以小區為單位統計收獲仔球的鮮質量和數量。

1.5 數據分析

番紅花仔球品質綜合評分標準：根據番紅花規范化生產標準及產品質量評價標準，參照趙鍇等對洋蔥和宋春鳳等對芋頭品質的評分標準[8-9]，設置各品質指標的最佳處理值為100分，各處理的指標測定值占最佳處理值的比例即為該處理的實際分值。另外，設置各處理品質權重，所有權重得分之和即為該處理品質的綜合評分，其中可溶性蛋白含量和可溶性糖含量權重均為0.3，淀粉含量權重為0.4。番紅花仔球產量綜合評分方法與仔球品質綜合評分方法相同，收獲仔球總鮮質量權重為0.7，仔球總數量權重為0.3。

采用Excel 2013進行數據處理和制表，并用DPS 9.50軟件進行方差分析和顯著性檢驗(Duncan新復極差法)，并對番紅花最終收獲仔球的品質和產量進行二次多元方程模型擬合。

2 結果與分析

2.1 配方施肥對品質的影響

不同處理對番紅花仔球品質影響的測定結果見表2。由表2可知， 番紅花在施用氮肥、 磷肥、鉀肥之后，仔球品質均有不同程度的提高，且均達到極顯著差異，其中以處理7(N2P3K2)處理效果最佳，綜合評價分值與對照相比提高了41.65%。

2.1.1 回歸模型的建立 以表1中氮(X1)、磷(X2)、鉀(X3)肥料的施用量為自變量，表2中番紅花品質綜合評分為因變量，進行三元二次肥料效應擬合，用以得出番紅花品質評分與氮、磷、鉀肥料施用量之間的回歸方程：

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)

對此肥料效應進行顯著性F檢驗，F=9.647 2>F0.05=0.021 6，說明回歸關系顯著，該方程能夠反映施肥量與番紅花品質評分之間的關系，對番紅花品質評分具有良好的預測作用。對各偏回歸系數進行F檢驗分析，均達到顯著水平，所以不用剔除不顯著項。

2.1.2 模型解析

2.1.2.1 因子主效應分析 通過比較各偏回歸系數的絕對值就能反映各施肥因子的重要程度。從式(1)的一次項可以看出，氮肥、磷肥、鉀肥施用量的偏回歸系數絕對值分別為0.047 3、0.189 2、0.212 3，說明氮肥、磷肥和鉀肥施用量對番紅花仔球品質的影響以鉀肥施用量最大，磷肥施用量次之，氮肥施用量最小。

表2 氮磷鉀配施對番紅花品質的影響

對三元二次方程進行典型性辨別分析，表明回歸模型為典型式，采用邊際分析求解，得到番紅花最佳品質綜合得分(YNPK=94.100)的施用量為：氮肥246.64 kg/hm2，磷肥 152.30 kg/hm2，鉀肥92.31 kg/hm2。

2.1.2.2 單因子效應分析 將番紅花品質綜合評分回歸模型中3個自變量中任意2個固定為中等水平，這樣就可以得到剩余那個自變量與目標函數之間的關系，以及氮、磷、鉀施用量與番紅花仔球品質綜合評分之間關系的單因子效應方程，通過回歸擬合得到方程：

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)。

通過方程可知，番紅花仔球品質隨著氮、磷、鉀施用量的增加而提高，當達到最大值后又隨著施用量的增加而降低。在試驗范圍內，氮肥和鉀肥施用量存在最大值，而磷肥施用量最大值超出了試驗定量范圍，分別為：氮肥193.75 kg/hm2，YN=91.649；磷肥181.75 kg/hm2，YP=100.275(無效)；鉀肥101.89 kg/hm2，YK=94.739。

2.1.2.3 因子交互效應分析 將番紅花品質綜合評分回歸模型中存在氮、磷、鉀施用量交互項，而且偏回歸系數達到了顯著水平，這就說明氮、磷、鉀施用量的交互作用對番紅花仔球品質產生了顯著的影響，換而言之就是番紅花仔球品質的變化不是某種單因子作用的結果，而是各因子之間交互作用產生的配合效應。對番紅花仔球品質進行二元二次肥料效應模型擬合，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)。

通過典型性辨別分析可知回歸模型為非典型式，無法采用邊際分析求得有效值。

2.1.3 利用模型進行決策 將上述3類方程進行比較，結果表明各類型函數預測的最佳產量為一元函數>三元函數，但是這些函數模型推薦的施肥量之間存在一定的差異，除鉀肥推薦濃度相對接近外，氮肥和磷肥推薦量差距較大。三元函數方程最全面地考慮了氮磷鉀推薦量綜合交互作用效果，并與本研究中番紅花對氮磷鉀的栽培營養需求基本吻合，所以最終確定了番紅花仔球品質最佳施肥決策：氮肥 246.64 kg/hm2，磷肥152.30 kg/hm2，鉀肥92.31 kg/hm2。

2.2 氮磷鉀配方施肥的產量效應

2.2.1 氮磷鉀配施的產量效應 不同處理對番紅花仔球產量影響的測定結果見表3。由表3可知，番紅花在施用氮肥、磷肥、鉀肥之后，仔球產量均有不同程度的提高，除處理2、處理12、處理13之間和處理4、處理14之間無極顯著差異外，其余處理之間均達到極顯著差異，其中以處理6(N2P2K2)效果最佳，綜合評價分值與對照相比提高了36.36%。

表3 氮磷鉀配施對番紅花產量的影響

2.2.2 回歸模型的建立 由“2.1.2”節，可得出番紅花產量與氮、磷、鉀肥料施用量之間的回歸方程：

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)

對此肥料效應進行顯著性F檢驗，F=1.783 4>F0.05=0.302 7，說明回歸關系顯著，該方程能夠反映施肥量與番紅花產量之間的關系，因此該方程對番紅花產量具有良好的預測作用。同理，可知番紅花最佳產量綜合得分(YNPK=96.065)的施肥量：氮肥249.85 kg/hm2，磷肥 138.97 kg/hm2，鉀肥110.20 kg/hm2。

2.2.2.1 因子主效應分析 由“2.1.2.1”節，從式(2)的一次項可以看出，氮肥、磷肥、鉀肥施用量的偏回歸系數絕對值分別為0.077 9、0.010 9、0.110 2，說明氮肥、磷肥、鉀肥施用量對番紅花仔球產量的影響以鉀肥施用量最大，氮肥施用量次之，磷肥施用量最小。

2.2.2.2 單因子效應分析 由“2.1.2.2”節，可得氮、磷、鉀與番紅花仔球產量綜合評分之間關系的單因子效應方程：

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)。

通過方程同理可求得番紅花最佳施肥量和最高產量綜合評分值，為：氮肥254.67 kg/hm2，YN=94.798；磷肥 121.00 kg/hm2，YP=95.624；鉀肥127.77 kg/hm2，YK=96.299。

2.2.2.3 因子交互效應分析 同理可得交互效應方程：

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)

典型性辨別分析可知，回歸模型為非典型式，無法采用邊際分析求得有效值。

2.2.3 利用模型進行決策 各類型函數預測的最佳產量中，除鉀肥施用量一元函數高于三元函數外，其余皆為三元函數高，這在一定程度上也說明鉀肥施用量對番紅花產量指數影響最明顯。另外，函數模型推薦的施肥量之間存在一定差異，除氮肥推薦施用量相對接近外，鉀肥和磷肥推薦量差距較大。在綜合考慮不同氮磷鉀配方對番紅花產量的具體影響效果和各類函數推薦施肥量后，最終確定番紅花仔球產量最佳施肥決策：氮肥249.85 kg/hm2，磷肥138.97 kg/hm2，鉀肥127.77 kg/hm2。

3 討論與結論

3.1 氮磷鉀配方施肥對碳水化合物含量(品質)的影響

在氮、磷、鉀配方施肥研究中，作物最終收獲產品的品質是研究的重要參數之一，而且高品質的番紅花種球帶來高產量柱頭已經得到證實[10]。本研究結果表明，鉀肥和磷肥對番紅花仔球品質的影響較大，說明鉀元素和磷元素對番紅花仔球品質至關重要，尤其是磷肥，磷是植物生命中多種功能得以實現的關鍵因素，主要幫助儲存和轉運能量，同時也是磷酸、磷蛋白、磷脂和磷酸糖等生物物質的主要參與者之一[11]。本研究中有關氮、磷、鉀配方施肥對番紅花仔球品質的研究結果與劉蕓等研究鉀對番紅花球莖膨大的生理生態效應[12]和胡篤敬等研究鉀對荸薺品質的結果[13]基本一致，但趙鍇等研究氮磷鉀配施洋蔥產量和品質影響時發現，磷肥施用量對洋蔥品質的影響最大，氮肥施用量次之，鉀肥施用量最小[8]，這可能與植物種類以及試驗地土壤所含有的有效成分有關。另外，從研究結果來看，高濃度的鉀肥對番紅花仔球品質具有一定的抑制作用，而高濃度磷肥對其卻仍具有促進作用，這可能也是與試驗地土壤本身速效鉀濃度較高(里下河平原水網地區土壤鉀含量普遍較高)有關。

3.2 氮磷鉀配方施肥對產量的影響

在氮、磷、鉀配方施肥研究中，對作物產量研究是目前研究最為集中的領域，通過配方施肥，尋求最佳的施肥方案和最佳產量[14-15]。早期的平衡施肥方案主要是為了維持土壤原始肥力水平，對作物消耗掉的營養元素給予補充，而現代的平衡施肥方案已向縱深和多樣性發展，其目的就是為了在不影響營養平衡的前提下獲得更大的產量(生物量)。本研究結果表明，氮肥施用量對番紅花仔球產量的影響較大，磷肥施用量次之，鉀肥施用量最小，而且氮肥、磷肥、鉀肥施用量的中等水平最有利于番紅花仔球產量的獲得，而高水平的氮肥、磷肥、鉀肥施用量對其產量具有抑制作用，本研究結果與黃巧義等的研究結果[16-17]類似。而宋春鳳等在研究氮磷鉀配施對芋頭和馬鈴薯產量影響中發現，鉀肥施用量影響最大，氮肥施用量和磷肥施用量次之[9，18]，這可能是因為植物種類不同以及試驗地土壤環境不同所致。

本研究通過對二次多元函數的綜合比較并結合試驗數據，最終使得推薦施用量更加真實、可靠。為獲得番紅花最佳品質的建議施肥量：氮肥246.64 kg/hm2，磷肥 152.30 kg/hm2，鉀肥92.31 kg/hm2；為獲得番紅花最高產量的建議施肥量應為：氮肥249.85 kg/hm2，磷肥 138.97 kg/hm2，鉀肥127.77 kg/hm2。