不同施肥水平對山藥生長發育的影響及基于產量反應的養分用量推薦

張月萌，司煥森，薛 澄，孫志梅*，齊紅茹，馬文奇

(1.河北農業大學資源與環境科學學院，河北 保定 071001；2.河北蠡縣農業局，河北 保定 071400)

我國是世界蔬菜生產和出口第一大國，蔬菜種植面積和產量均居世界首位[1]。據統計，1978～2014年間，我國蔬菜播種面積增長了5.4倍，總產量增長了8.2倍[2]，2015年蔬菜播種面積已超過0.21億hm2，總產量達7.85億t[3]。施肥是實現蔬菜優質高產的重要措施，研究表明，蔬菜中的化肥施用量已占到整個農作物施用總量的20%左右，并且呈現逐年升高的趨勢[4]。山東壽光設施番茄平均施氮量已達1.0 t/hm2，但氮肥利用率不足10%[5]；楊凌日光溫室番茄化肥P2O5和K2O的施用量分別達720和759 kg/hm2，超出推薦用量157%和91%[6]；新疆洋蔥N、P2O5、K2O最佳施用量分別為424.5、340.5、150 kg/hm2[7]，而Kumar等[8]研究表明，當N、P2O5、K2O用量分別為100、50、50 kg/hm2時，洋蔥的經濟效益最高。盲目過量投肥不僅不會帶來高產出和高效益，反而會抑制蔬菜的生長及品質的提升。同時，較低的肥料利用率還會造成嚴重的資源浪費和環境污染[9]。Ramos等[10]研究表明，土壤氮磷流失與施肥量呈顯著正相關?，F階段，我國菜田地下水的硝酸鹽含量超標率為糧田的3.3倍[11]，92%的設施菜田0～20 cm土層中的Olsen-P含量已超過歐洲規定的磷環境閾值(60 mg/kg)，而20～100 cm土層中的Olsen-P已發生明顯淋洗現象[12]。Richardson早在1907年就指出蔬菜中含有大量硝酸鹽，小青菜、杭白菜、莧菜等蔬菜的硝酸鹽含量與施氮量的相關系數分別達到了84%、96%和97%[13]。因此，根據蔬菜的生長發育特性及對養分的需求特點進行科學合理施肥是保證蔬菜高產優質和環境友好的重要措施。

山藥具有較高的食用和藥用價值，近年來被廣泛用作糧食、蔬菜、藥材、飼料和加工原料[14]，隨著市場需求量劇增，山藥價格不斷上漲，種植面積也隨之迅速擴大。蠡縣作為我國優質山藥生產基地，已有3 000多年種植歷史，因其適宜的土質結構和光熱條件，種植面積及產量穩居全國前列，被譽為“中國山藥之鄉”。但目前有關山藥需肥特性方面的研究較少，多年來農民只能依賴傳統種植經驗，在水肥管理上存在“大水大肥”和“以肥促產”的現象。調查數據表明，河北省山藥主產區化學肥料氮、磷、鉀養分平均投入量分別達560、630和720 kg/hm2[15]。長期不科學的施肥必然導致土壤微生態環境的破壞，肥料利用效率低下以及環境污染的加劇，嚴重制約山藥產業的可持續發展。因此，探討山藥的生長發育特性以及養分需求特性，從而確定其合理的氮、磷、鉀肥施用量，推廣山藥定量、平衡施肥技術，對該產業的長期、高效、優質發展具有重要意義。本研究以河北省山藥主產區蠡縣為研究區域，以麻山藥為供試品種，探討了不同氮磷鉀養分供應水平下的山藥生長發育特性及產量效應，旨在為實現山藥生產中肥料的科學施用和高效利用提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗分別于2013年在保定市蠡縣宋崗村、2015年在保定市蠡縣隨東村進行，供試山藥品種為當地主栽品種—麻山藥，供試土壤為砂質壤土，土壤基本理化性質見表1，以尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)和硫酸鉀(K2O 50%)為供試肥料。

表1 土壤基本理化性質

1.2 試驗設計

兩個年份兩個試驗地點的試驗設計相同，均為3因素4水平，各處理施肥量見表2，其中氮肥基追比為3∶7，磷肥一次性基施，鉀肥基追比為4∶6。試驗采用隨機區組設計，小區面積分別為2.1 m×4 m=8.4 m2(2013年)和3 m×5 m=15 m2(2015年)，各處理設置3次重復。小區內麻山藥采用人工種植方式，播深3～4.5 cm，株距12 cm，行距50 cm。2013年宋崗村試驗于4月26日播種，6月27日、7月24日、8月21日追肥，11月9日收獲；2015年隨東村試驗于4月30日播種，6月20日、7月23日和8月20日追肥，10月30日收獲。田間灌水和病蟲害防治等栽培措施按照當地農民的栽培習慣進行。

表2 不同處理的養分施用量 (kg/hm2)

1.3 樣本采集、處理及分析方法

2013年宋崗村試驗分別在山藥播種后第60、90、120和195 d取樣；2015年隨東村試驗則分別在山藥播種后第60、90、120和180 d取樣。每次每小區取5株山藥，分地上和地下兩部分，洗凈后稱重，記錄各處理鮮重，然后取部分樣品105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重，記錄干重。收獲時，每個小區實收測產，然后折算每公頃產量。

1.4 數據計算及統計分析方法

生長速率[kg/(hm2·d)]=(后一生育期鮮重-前一生育期鮮重)/前后生育期相隔天數

干物質累積速率[kg/(hm2·d)]=(后一生育期干重-前一生育期干重)/前后生育期相隔天數

采用Excel 2003和SPSS 17.0統計軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同供氮水平對山藥生長發育的影響

2.1.1 對山藥生物量的影響

圖1表明，各處理地上部生物量隨山藥的生長發育呈先增加后降低的趨勢，120 d時達到峰值；且與N0相比，各施氮處理的地上部生物量均顯著增加。對2013年宋崗村不同施氮水平之間進行比較可以看出，除120 d時N1和N2顯著高于N3外，其他各采樣時期的生物量差異均不顯著；但在2015年隨東村播種60 d后開始，N2、N3處理的生物量即顯著高于N1處理；90～120 d期間，N2、N3處理之間差異不顯著，但收獲時地上部生物量表現出了隨施肥水平的提高而增加的趨勢，與N0相比，N1、N2和N3的生物量分別提高了63.58%、116.66%和159.82%。

圖1 不同施氮水平的山藥地上部鮮重

與地上部生物量變化趨勢不同，地下部生物量表現出隨播種天數的增加而逐漸增加的趨勢(圖2)。相較于N0，各施氮處理在60 d后的產量即顯著提高，且隨著山藥的生長發育差異逐漸增大。2013年宋崗村的3個施氮處理之間的地下部生物量差異均不顯著，但分別比N0提高了60.26%、69.97%和51.02%；而在2015年隨東村，3個施氮處理在60～90 d的地下部生物量差異也不顯著，90 d以后，N2、N3處理則顯著高于N1，分別提高了32.83%～33.95%和20.74%～28.87%，但N2和N3產量差異不大。

圖2 不同施氮水平的山藥地下部鮮重

2.1.2 對山藥干物質累積量的影響

山藥生長發育過程中干物質累積量隨生育期的變化趨勢與鮮生物量相似，各施氮處理在山藥整個生育期內均顯著高于N0(圖3)。宋崗村山藥播種60 d時N3顯著高于N1，120 d時N2干物質累積量顯著高于N1和N3，但收獲時基本相當。在2015年隨東村，從山藥播種60 d后直至收獲，N2和N3處理顯著高于N1，且N3在收獲時顯著高于N2。

圖3 不同施氮水平的山藥地上部干重

對地下部干物質累積量的分析(圖4)發現，與N0相比，增施氮肥可顯著提高山藥地下部干物質累積量。宋崗村的3個施氮處理60、90和195 d時差異均不顯著，120 d時N1、N3處理顯著高于N0和N2；隨東村的N2和N3干物質累積量在播種90 d后差異不大，但均顯著高于N0和N1，120 d時的增幅分別為76.96%、32.83%和69.91%、27.54%，而180 d時的增幅則分別為69.98%、33.95%和63.49%、28.84%。

圖4 不同施氮水平的山藥地下部干重

2.1.3 對山藥生長發育速率和干物質累積速率的影響

對2015年隨東村不同氮水平下的生長速率和干物質累積速率進行分析，結果(表3)表明，在播種后的前4個月，山藥地上部生長速率隨時間延長逐漸提高，各施氮處理地上部生長速率顯著高于N0，且N2和N3顯著高于N1；播種120 d后，山藥地上部生長速率即表現為負增長，但此時N3生長速率下降幅度明顯低于其他處理。不同施氮水平下地下部生長速率120 d之前逐漸增加，90～120 d時達到峰值，與地上部達到最大生長速率時間同步。在山藥整個生育期內，與其他處理相比，N2和N3處理地下部生長速率均表現出了較高的水平。

表3 不同施氮處理對山藥生長速率和干物質累積速率的影響 [kg/(hm2·d)]

注：表中同一列數據后不同小寫字母代表差異達0.05顯著水平(Duncan法)。下同。

不同施氮處理地上部和地下部的干物質累積速率與生長速率變化趨勢一致，播種后的90～120 d也為山藥干物質累積最快階段。N2、N3處理的地上部干物質累積速率在0～120 d均顯著高于N0和N1，且N2、N3的地下部干物質累積速率也表現出了一定優勢，說明適量氮肥的施用有加速山藥干物質累積的作用。

2.2 不同施磷水平對山藥生長發育的影響

2.2.1 對山藥生物量的影響

兩年試驗結果(圖5)均表明，增施磷肥可以顯著提高90 d之后的地上部生物量，但2013年宋崗村3個施磷水平之間的差異沒有達到顯著水平；而2015年隨東村試驗則表明，60～90 d時P1處理地上部生物量顯著高于P0、P2和P3，且P2與P3之間差異不顯著，180 d時P2處理莖葉生物量最高，較P0、P1和P3分別提高了99.95%、18.35%和36.98%。

圖6結果表明，P0處理地下部生物量僅在2013年宋崗村收獲期顯著低于各施磷處理，且3個施磷水平在山藥整個生育期內差異均不顯著。而在2015年隨東村的試驗中，各施磷處理地下部生物量在60 d后顯著高于P0，但P1、P2和P3之間差異均不顯著。由兩年收獲時的地下部生物量結果看，增施磷肥的山藥產量可以提高25.02%～35.26%。

圖5 不同施磷水平的山藥地上部鮮重

圖6 不同施磷水平的山藥地下部鮮重

2.2.2 對山藥干物質累積量的影響

山藥干物質累積量在不同施磷水平下的變化趨勢與鮮生物量表現基本一致(圖7、圖8)。2013年宋崗村各處理地上部干重在90 d時表現為P1﹥P3﹥P2﹥P0，不同處理之間差異顯著；而在90 d后，各施磷水平之間差異不大，但均顯著高于P0(圖7)；2015年隨東村各磷處理地上部干重在90 d時表現為P1﹥P2﹥P3﹥P0，90 d后則表現為P2﹥P1﹥P3﹥P0，且各處理之間在收獲期差異均達顯著水平。

地下部干物質累積量如圖8所示，2013年宋崗村P1處理地下部干物質累積量在90 d后表現出一定優勢，但各施磷處理在整個生育期內的差異并不顯著，僅在195 d時顯著高于P0；2015年在隨東村山藥播后60～90 d時P3處理干物質累積量最高，120～180 d時則為P2最高，但在整個生育期內，3個施磷處理之間差異均未達顯著水平，90～180 d則顯著高于P0。

圖7 不同施磷水平的山藥地上部干重

圖8 不同施磷水平的山藥地下部干重

2.2.3 對山藥生長發育速率和干物質累積速率的影響

以2015年隨東村試驗結果(表4)為例，施磷對山藥生長速率和干物質累積速率的影響與氮相似，生長速率最快階段和下降階段亦分別出現在播后90～120 d和120 d以后；自播種后90 d始，P2處理地上部生長速率和干物質累積速率均顯著高于其他處理，且在山藥整個生育期中，P2處理的生長速率和干物質累積速率均顯著高于P0。相較于P0，P1和P3處理的地上部生長發育優勢分別表現在播后0～120 d和60～120 d，而P2、P3的地下部優勢則表現在整個生育期內。

表4 不同施磷處理對山藥生長速率和干物質累積速率的影響 [kg/(hm2·d)]

2.3 不同施鉀水平對山藥生長發育的影響

2.3.1 對山藥生物量的影響

2013年宋崗村試驗結果(圖9)表明，K2、K3處理地上部鮮重僅在收獲期表現出優勢，與K0和K1處理相比分別提高了54.77%、20.75%和63.23%、27.36%；而2015年隨東村試驗結果表明，K2、K3處理在山藥整個生育期內均顯著高于K0和K1，但K2、K3之間差異不大。

圖9 不同施鉀水平的山藥地上部鮮重

圖10結果表明，K2處理地下部鮮重在宋崗村播種90 d后顯著高于其他處理，收獲時，較K0、K1和K3分別提高了51.19%、43.68%和35.91%；隨東村各施鉀處理的顯著差異同樣表現在90 d以后，K2和K3顯著高于K0和K1，且K1顯著高于K0。

圖10 不同施鉀水平的山藥地下部鮮重

2.3.2 對山藥干物質累積量的影響

圖11結果表明，2013年宋崗村K2和K3處理的地上部干重在90 d之后顯著高于K0和K1，但K2和K3處理之間差異不顯著。而2015年隨東村試驗結果則在種植山藥的60 d后即表現出了與2013年90 d之后相似的趨勢。地下部干物重的分析結果(圖12)表明，2013年K2處理90 d之后顯著高于其他處理，而在2015年，120～180 d時3個施鉀處理均顯著高于K0，且K2和K3處理均顯著高于K1。

圖11 不同施鉀水平的山藥地上部干重

圖12 不同施鉀水平的山藥地下部干重

2.3.3 對山藥生長發育速率和干物質累積速率的影響

施鉀對山藥生長速率和干物質累積速率的影響如表5所示(以2015年隨東村為例)。K3處理的地上部生長速率和干物質累積速率在山藥生育期間均顯著高于K0，而K2處理在0～90 d和120 d后均為最高。K2、K3地下部生長速率和干物質累積速率在播種后60～120 d均顯著高于K0、K1，并在收獲期仍表現出一定優勢。

表5 不同施鉀處理對山藥生長速率和干物質累積速率的影響 [kg/(hm2·d)]

2.4 山藥氮磷鉀最佳用量的推薦

對山藥產量與氮肥用量進行回歸擬合(圖13)，結果表明，2013年宋崗村山藥產量與施氮量間呈現明顯的報酬遞減規律(R2=0.995 2*)，據此可計算出獲得最高產量時的施N量為302.2 kg/hm2。而2015年隨東村山藥產量對氮素供應水平的反應可用線性加平臺模型進行描述，據此計算出獲得最高產量時的施氮量為300 kg/hm2。

2013年宋崗村山藥產量與施磷量之間也符合報酬遞減規律(圖14，R2=0.918 9*)，產量最高可達42.5 t/hm2，此時P2O5用量為181.8 kg/hm2。根據2015年隨東村磷肥用量與產量之間的線性加平臺關系可計算出兩個直線方程交叉處的磷素供應水平為150 kg/hm2，此時山藥最高產量達40.65 t/hm2。

圖13 施氮量與山藥產量的相關性

圖14 施磷量與山藥產量的相關性

2013年宋崗村鉀肥用量與產量之間的關系未達顯著水平(圖15)，2015年隨東村鉀肥用量與產量之間仍可以用線性加平臺的相關關系來描述，由此計算出當施鉀量達300 kg/hm2時可獲得山藥最高產量40.76 t/hm2。

圖15 施鉀量與山藥產量的相關性

3 討論與結論

本研究結果表明，山藥地上部的鮮、干生物量均隨山藥的生長發育呈先增加后降低的趨勢，120 d時達最大值，且鮮、干生物量的最快累積階段均出現在90～120 d；而地下部鮮、干生物量則呈現出持續增加的趨勢，收獲期達最大值，其最快累積階段均出現在90～120 d。兩年試驗結果均表明，氮磷鉀肥施用量的提高可顯著促進山藥地上部和地下部鮮、干生物量的累積，但各處理在不同生育期內的變化不同。2013年宋崗村試驗各施氮處理地下部生物量和各施磷處理地上部生物量在山藥整個生育期內差異均不顯著，而在2015年120～180 d時，N2、N3處理地下部生物量顯著高于N1，各施磷處理地上部生物量在60 d時也出現顯著差異，且其地下部生物量顯著高于P0的時期也相對提前；2013年不同施鉀處理的地上部生物量出現差異的時期較2015年滯后。兩年試驗結果的差異可能與兩個試驗年度土壤條件及光照、溫度、降雨等氣候條件的不同有關。根冠比(R/S)可作為施肥是否合適的一個重要指標[16]，2015年隨東村試驗結果表明，收獲時，N3處理地上部的鮮、干生物量顯著高于其他處理，而N2處理的地下部鮮、干生物量則最高，此時N2、N3處理的根冠比分別為7.31和6.02；同時N2處理的根冠比和產量在2013年試驗中也均大于N3。說明施用氮肥能夠促進山藥地上部和地下部的生長，但地上部生長過于旺盛，導致較低的根冠比，則不利于產量形成。

山藥適宜生長在土質疏松、土層深厚的砂質壤土或砂土中，且需肥量大，而砂質壤土和砂土的總體肥力水平較低，且保水保肥性能普遍較差。因此，科學施肥對保證山藥足夠的養分供應及提高肥料利用率意義重大。對不同氮磷鉀施用水平下山藥產量的響應進行分析，結果發現，不施氮肥可以使收獲期山藥產量下降21.19%～41.17%，不施磷肥使山藥減產20.01%～26.07%，而不施鉀肥則使山藥減產4.97%～33.86%。由此可見，3種元素對山藥產量形成的影響程度為氮最大，鉀其次，磷最小。而馬康誼[17]的研究表明，鉀肥對山藥產量的影響大于氮肥。這可能與供試山藥品種及種植區域的土壤肥力水平差異有關。在實際生產中，應以山藥平衡施肥為前提，并注重氮肥和鉀肥對山藥產量的調控作用和山藥在各個生育期對養分的需求特性。

氮磷鉀最佳用量試驗結果表明，山藥產量在2013年與氮、磷施用量呈報酬遞減規律，而鉀肥施用量與產量之間則未出現顯著相關；最高產量對應的N和P2O5用量分別為302.2和181.8 kg/hm2。而在2015年隨東村試驗中，山藥產量與氮、磷、鉀用量之間的關系則符合線性加平臺的變化規律，當氮、磷、鉀施用量分別達300、150和300 kg/hm2時，可獲得山藥最高產量。結合當地土壤肥力水平和山藥養分需求特性，本研究認為，達到40 t/hm2左右產量的最佳施肥量推薦為N 301.1 kg/hm2、P2O5165.9 kg/hm2和K2O 290.3 kg/hm2，根據磷肥施入土壤中移動性較差且肥效期較長的特點，推薦其以基施為主，氮、鉀肥則根據適種山藥的土壤特性和山藥的生長發育特性遵循底肥輕施、追肥重施、分次施用的原則。