Meta分析氮肥對我國秋季大白菜產量的影響及調控因素解析

周賡 杜巖功

摘要 采用Meta分析方法，通過對我國已開展的118組有關施用尿素對秋季大白菜產量影響的試驗結果進行耦合分析。結果表明，施用尿素對我國秋季大白菜產量影響的平均效應值約為0.37±0.04 （95%置信區間0.30～0.44），施氮肥顯著提高秋季大白菜產量（P< 0.001）。施肥對不同省份秋季大白菜產量影響存在較大異質性，湖南、廣西、寧夏、福建、新疆平均效應值較高，而江蘇、貴州、遼寧、江西、內蒙平均效應值偏低，顯著低于全國平均水平（P<0.000 1）。不同氮素施用水平對產量影響的平均效應值從高到低依次為高、低和中等水平，三者之間存在顯著差異（P<0.05）。土壤有機質、速效磷和速效鉀含量對平均效應值具有顯著影響（P<0.01），提高其供給能力，可以有效促進尿素對秋季大白菜的增產效果。

關鍵詞 尿素;劑量;Meta分析;隨機效應模型;平均效應值

中圖分類號 S634.1? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）20-0160-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.20.043

Meta-analysis of the Effect Size of Nitrogen Fertilization on the Yield of Chinese Cabbage in Autumn and Its Regulatory Factors

ZHOU Geng1，DU Yan-gong2 （1.Bureau of Rural Area and Agriculture in Weihai，Weihai，Shandong? 264200;2.Northwest Institute of Plateau Biology，Chinese Academy of Science，Xining，Qinghai? 810001）

Abstract 118 groups of experiment results about the averaged effect size of urea application on the yield of Chinese cabbage in autumn were analyzed by meta-analysis.This study indicated that the average effect size was 0.37±0.04 （95% confidence interval 0.30-0.44） of urea application on the yield of Chinese cabbage in autumn，and nitrogen application significantly increased the yield of Chinese cabbage in autumn （P<0.001）.The average effect sizes of fertilization on the yield of Chinese cabbage in autumn in different provinces was quite different.Province of Hunan，Guangxi，Ningxia，Fujian and Xinjiang had higher average effect sizes，while Jiangsu，Guizhou，Liaoning，Jiangxi and Inner Mongolia had lower average effect sizes，significantly lower than the national average level （P<0.000 1）.Furthermore，the order of the average effect size of different nitrogen application levels was high，low and medium level.There was significant difference between them （P<0.05）.Soil organic matter，available phosphorus and available potassium had significant effect on the average effect value （P<0.01）.Increasing their supply capacity could effectively promote the yield increase effect of urea on Chinese cabbage in autumn.

Key words Urea;Dose;Meta-analysis;Random effect model;Effect size

在現代農業生產中，氮肥對蔬菜作物的生長具有重要作用 [1]。受肥料性質及環境因素的影響，我國氮肥當季利用率為30%～35%，蔬菜生產肥料用量過高 [2-3]，造成資源浪費且對生態環境產生嚴重負面影響 [4]。

大白菜是我國北方主要的冬貯蔬菜，同時也是長江流域地區主要秋冬蔬菜 [5]，施肥顯著提高秋季大白菜產量但不影響其品質 [6]。氮肥減量到適宜水平的80%時，施肥量對大白菜產量無顯著影響，而將氮肥增加到120%時，減產達顯著水平 [7]。隨著氮肥施用量增加，秋季大白菜產量先增加后降低，河南地區施肥量30.0 g/m2時，大白菜產量最高 [8]。而寧夏灌區秋季大白菜高產的最佳施肥量為42.7 g/m2，但農業生產大量施用氮肥，施氮量高達90.0 g/m2? [9]，致使耕作層土壤殘留大量硝態氮 [8]。

Meta分析可以針對相同或相似問題的多個案例研究得到普遍性結論，并進行差異原因解析 [10-11]。目前氮肥施用量對大白菜產量的影響仍是熱點研究內容 [9]，而有關我國各省份秋季大白菜對不同用量尿素響應特征的整合研究仍相對比較薄弱。筆者基于Meta分析結果，綜合分析施用尿素對我國秋季大白菜產量的影響，解析平均效應值與主要土壤理化性質等調控因素之間的耦合關系，為指導我國及主要省份合理施用尿素、提高秋季大白菜產量提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 數據收集 通過CNKI中國知網數據庫，檢索關鍵詞“氮肥”且“白菜”或者“產量”;共計搜索到中文論文85篇。通過原文下載，按照如下準則進行文章篩選：研究對象為秋季大白菜，施用肥料為尿素，設置對照和重復試驗處理。45篇論文包含118組研究數據被采用，進行統計分析。調查樣點主要分布于17省和自治區，河北省15組，寧夏14組，湖南11組，北京、貴州和山東各10組，廣西和四川各8組，遼寧7組，福建、江蘇和浙江各4組，新疆、內蒙古、青海和河南各3組，江西省1組數據。對于論文以圖片發表的數據，采用WebPlotDigitizer軟件進行數據提取 [12]。

1.2 基于均值的效應值 （反應比）

式中，vi表示研究內方差，τ2表示研究間方差，yi為單個研究效應值。

1.3 數據統計分析方法 數據通過R語言 （3.6.1版本）程序進行meta分析。效應值和平均效應值的計算采用隨機效應模型 （rma）。當效應值的整體異質性很強時 （即Qt值較高，且P<0.05），表明試驗的效應值存在較大差異，基于混合效應模型 （mods），引入解釋變量對這種差異進行分析。發表偏差通過漏斗圖對稱性檢驗完成 （Eggers regression test）。

2 結果與分析

2.1 施用氮肥對我國秋季大白菜產量的影響

平均效應值表示施用尿素處理組與對照組的差異程度，即表明氮肥對秋季大白菜產量影響的大小指標，效應值越大則施肥作用效應越強。施用尿素對我國秋季大白菜產量影響的平均效應值為0.37±0.04 （95% 置信區間0.30～0.44，圖1）。這表明施氮肥顯著提高我國秋季大白菜產量（P<0.001），施用尿素農田大白菜產量約為對照的1.45倍。施用氮肥對秋季大白菜產量影響極大，增產范圍為0.10%～841.74%，平均值為（63.12±121.31）%。

施肥對不同省份秋季大白菜產量影響的平均效應值存在較大差異，作用強度從高到低依次為湖南、廣西、寧夏、福建、新疆，平均效應值高于0.50;四川、青海、浙江、山東、北京、河北、河南平均效應值為0.20～0.50;江蘇、貴州、遼寧、江西、內蒙平均效應值低于0.20 （圖2），顯著低于全國平均效應值（P<0.000 1）。

2.2 不同劑量氮肥對秋季大白菜產量影響的平均效應值及異質性檢驗

施用氮肥對我國秋季大白菜產量影響的效應值異質性檢驗表明，數據異質性很強 （P<0.000 1），需要引入解釋變量對異質性的來源進一步分析。該研究引入了分類變量即不同尿素施用 （高、中、低） 水平作為解釋變量，探討不同施氮量對效應值的影響幅度。不同氮素水平對平均效應值具有極顯著影響 （P<0.000 1）。對平均效應值影響從高到低依次為高、低和中等水平，即0.40±0.07、0.37±0.05、0.34±0.08，三者之間存在顯著差異（P<0.05），各處理均可以顯著增加秋季大白菜產量（P<0.000 1，表1）。殘差異質性檢驗結果表明殘差仍具有異質性，需要引入其他解釋變量? （P<0.000 1，表1）。

2.3 平均效應值對土壤理化性質等連續變量的響應特 征

進一步引入了土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀、pH等連續變量（表2）。解釋變量異質性檢驗

結果表明，土壤有機質、速效磷、速效鉀對平均效應值具有顯著影響 （P<0.01，表2）?；跀M合方程結果，可以發現平均效應值與有機質、速效磷、速效鉀、全氮之間存在正相關關系，而與pH、速效氮、全磷之間存在正相關關系 （表2）。土壤有機質、速效氮、分別可以解釋25.24%、22.38%的效應值變異。通過施用有機肥和磷肥，提高土壤有機質和速效磷養分含量，均可以有效提高平均效應值，顯著增加秋季大白菜產量。

2.4 氮肥對我國秋季大白菜產量影響效應值漏斗圖的對稱性檢驗

Meta分析是對效應值和平均效應值的定量化評價，數據來源于公開發表的論文，這可能會受論文選擇性偏倚的影響。通過對漏斗圖的對稱性進行檢驗 （z=2.73，P=0.63），發現P值遠大于0.05，這說明所采用數據的漏斗圖檢驗結果基本對稱 （圖3）。因此，該研究并無研究論文發表偏愛性，研究結果具備充分可信度。

3 討論

近年來，雖然溫室蔬菜種植面積急劇增加，但秋冬茬大白菜仍是北方地區冬季的主要供應蔬菜品種 [13]。大量施用氮肥可能會降低農田地力，降低產量和經濟效應 [14]，而且影響其品質，該研究發現施肥可以顯著提高全國尺度秋季大白菜產量，這也說明氮肥是我國農田和蔬菜產業重要的調控因素。尤其是對于湖南、廣西、寧夏、福建、新疆這些省份平均效應值，明顯高于其余12個省份，這些地區由于其土壤肥力以及水熱條件更適宜施用氮肥調控秋季大白菜的產力 [15-17]。作為秋季大白菜的主要產地山東、北京、河北、河南地區，施用尿素對其產量也具有較好的增產效果 [18-19]。但在內蒙和江西地區，施用尿素的增產效果不明顯，經濟效益 偏低 [20-21]。

土壤有機質是土壤固相部分的重要組成成分，也是植物營養的主要來源，能促進植物的生長發育 [22]。土壤氮素供應充足時，大白菜可合成較多的蛋白質，促進細胞的分裂和增長 [13]，因此植物葉面積增長快，能有更多的葉面積用來進行光合作用。磷肥能促進早期根系的形成和生長，提高植物適應外界環境條件的能力 [5]，蔬菜作物缺磷時，表現為生長遲緩、產量降低。鉀肥能夠促進光合作用、提高水分利用效率，缺鉀使植物光合作用和根系吸收水分能力明顯減弱 [23]。秋季大白菜的產量同時受土壤有機質和氮磷鉀含量等耦合因素的影響 [5，24]。該研究發現土壤有機質、速效磷、速效鉀為調控尿素對大白菜增產效果的主要因素，而與全量養分之間相關性較低，這可能是因為土壤有機質和速效養分可以快速供給大白菜的吸收利用 [22]。

4 結論

施用尿素可以顯著提升我國秋季大白菜產量，尤其是湖南、廣西、寧夏、福建、新疆增產效果極其顯著。不同劑量尿素對平均效應值影響從高到低依次為高、低和中等水平，且三者之間存在顯著差異。施用高水平尿素對大白菜產量提升效果最高。土壤有機質、速效磷、速效鉀含量對平均效應值具有顯著影響，提高其相應水平，可以有效促進尿素對秋季大白菜的增產效果。

參考文獻

[1]

谷佳林，曹兵，徐秋明，等.包衣尿素在春白菜上的應用效果研究[J].中國農學通報，2006，22（4）：284-287.

[2] 黃萬花.錦屏縣芥菜2+X氮肥分期調控試驗初報[J].耕作與栽培，2019，39（1）：40-41，45.

[3] ZHAO C S，HU C X，HUANG W，et al.A lysimeter study of nitrate leaching and optimum nitrogen application rates for intensively irrigated vegetable production systems in Central China[J].Journal of soils and sediments，2010，10：9-17.

[4] 范文靜，林海濤，劉兆輝，等.包膜控釋尿素及硝化抑制劑結合尿素對大白菜產量和品質的影響[D].山東農業科學，2015，47（3）：56-58，62.

[5] 孫曉，姜學玲，張占田，等.氮磷鉀肥豐缺對白菜產量及養分利用效率的影響[J].山東農業科學，2019，51（5）：109-112，116.

[6] 曹兵，徐秋明，李亞星，等.不同控釋肥品種對大白菜產量、氮素吸收和品質的影響[J].華北農學報，2006，21（3）：41-45.

[7] 李月霞，許文營，王煜，等.大白菜氮肥用量梯度對產量的影響[J].河南農業，2017（36）：38-39.

[8] 楊秀臻.氮肥及有機肥對大白菜產量和品質的影響[D].泰安：山東農業大學，2006.

[9] 高艷明，孫權，李建設.氮肥施用量對大白菜硝酸鹽累積的影響研究[J].中國生態農業學報，2004，12（2）：115-117.

[10] ZHAN T Y，ZHANG Z C，SUN J，et al.Meta-analysis demonstrating that moderate grazing can improve the soil quality across China's grassland ecosystems[J/OL].Applied soil ecology，2020，147[2020-01-05].https：//doi.org/10.1016/j.apsoi.2019.103438.

[11] BENTEZ-LPEZ A，ALKEMADE R，SCHIPPER A M，et al.The impact of hunting on tropical mammal and bird populations[J].Science，2017，356（6334）：180-183.

[12] BURDA B U，O′CONNOR E A，WEBBER E M，et al.Estimating data from figures with a Web-based program：Considerations for a systematic review[J].Research synthesis methods，2017，8（3）：258-262.

[13] 鄭明強.有機肥和氮肥不同施用量對白菜產量及經濟效益的影響[J].安徽農業科學，2016，44（30）：112-114.

[14] 劉順國，韓曉日，劉小虎，等.氮肥不同施用方式對大白菜產量的影響[J].安徽農業科學，2015，43（28）：105-106，196.

[15] 李貴兵，馬廣福，楊銀林，等.麥后復種大白菜氮肥施用量試驗初報[J].寧夏農林科技，2012，53（12）：99-100.

[16] 張海濤，王倩，劉金，等.不同施肥處理對黃淮地區大白菜產量及養分利用率的影響[J].河南農業大學學報，2012，46（4）：392-396.

[17] 林麗紅.大白菜“2+x”氮肥試驗初報[J].福建農業科技，2015（10）：14-15.

[18] 王靖荃，滿孝印，李海云，等.充足磷鉀供應下大白菜產量和品質對氮素形態的響應[J].聊城大學學報（自然科學版），2016，29（3）：48-51.

[19] 馮浩杰，劉善江.肥料增效劑對白菜農學效應的影響[J].北方園藝，2015（14）：174-177.

[20] 余策金，郭在斌，談梅芳，等.氮肥總量控制對大白菜產量影響初探[J].農業與技術，2015，35（1）：27.

[21] 張云艷，宋英霞.氮肥和有機肥對白菜產量及氮磷鉀吸收的影響[J].內蒙古農業科技，2013（2）：65-66.

[22] 楊俊剛，徐凱，佟二健，等.控釋肥料與普通氮肥混施對春白菜產量、品質和氮素損失的影響[J].應用生態學報，2010，21（12）：3147-3153.

[23] 孫彭壽，李會合，戴亨林.氮鉀肥對葉菜產量和品質的效應[J].西南農業大學學報（自然科學版），2004，26（6）：710-714.

[24] 孫權，丁福榮，李鵬，等.氮肥對大白菜硝酸鹽累積的影響及合理施用量研究[J].土壤，2003，35（3）：255-258.