氮磷鉀配施對半干旱風沙區油莎豆產量構成因素的影響

李曉蘭李瑞輝尹慧來趙紅蕊鄭宇慧王韶婉于龍君宋媛媛

(1.赤峰學院化學與生命科學學院，內蒙古 赤峰 024000；2.赤峰市林西縣新林鎮人民政府，內蒙古 赤峰 025258)

引言

油莎豆(Cyperus esculentus)多年草本生植物，隸屬莎草科(Cypraceae)莎草屬(Cyperus)，是熱溫帶地區營養最豐富的堅果之一，又稱為人參豆、地下板栗、地下核桃等[1]。油莎豆塊莖蛋白質含量在3.83%～7.11%[2]。油莎豆中脂肪、淀粉、粗纖維含量很高，是膳食纖維和油的潛在來源[3]，油莎豆塊莖具有健脾和胃舒肝益氣的作用[6]，可以作為天然保健食品食用[5]。其果實和塊莖內含有豐富淀粉，具有較高營養價值高，曬干磨粉后可制作糕點[5]。同時，油莎豆還可以做制備生物柴油原料[4]，其地上部分可以作為牲畜的飼料，其飼用價值可以與紫花苜蓿相媲美，也可以作為綠肥。此外，油莎豆也可以作為綠化、美化環境的觀賞植物[7]，其發達的分蘗產生的塊莖和根系可以作為固沙植物。所以油莎豆是集油、糧、飼等為一體的具有發展前途的作物種類。因此，發展和利用油莎豆，對我國油料、糧食、飼用牧草、環境綠色發展等方面具有重要意義[8]。

半干旱風沙區是生態環境比較脆弱的區域，春季播種季節經常出現大風揚沙天氣，并且會伴有低溫，對油莎豆的發芽影響較大。對于特殊的生境中種植油莎豆，對養分的需求與其它區域比較會有差異，必須制定針對本區域生境合理的施肥模式才能保證油莎豆的高產。本試驗對半干旱風沙區種植油莎豆的氮磷鉀肥料3要素與生長指標、產量、經濟效益的關系進行研究，旨在建立肥料與產量間的數學擬合模型，量化油莎豆生長的需肥量，為本區域種植油莎豆及高產提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2019年在內蒙古赤峰市翁牛特旗玉田皋地區種植，該地區位于E119°44′，N42°47′。供試土壤是風沙土，土壤有機質含量5.00g·kg-1、土壤堿解氮含量62.86mg·kg-1、土壤有效磷含量22.94mg·kg-1、土壤有效鉀含量393.05mg·kg-1。

1.2 試驗材料

供試的油莎豆品種于2017年引自新疆伊犁，于2018年在赤峰地區擴繁種植。2019年將擴繁的材料進行不同施肥試驗處理。

1.3 試驗設計

本試驗采用隨機區組設計，每個處理3次重復，小區面積為4m×4m，前茬作物是葵花。試驗采用覆膜滴灌方式種植，行距為40cm，株距為20cm，種植密度約為12萬株·hm-2。試驗采用“3414”施肥方案，見表1，每個因素4個水平，0水平表示不施肥，2水平表示當地種植油莎豆最佳施肥量的近似值，1水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5。供試的肥料為尿素(含N 46%)、磷酸二銨(含N 18%，含P2O546%)、硫酸鉀(含K2O 50%)。施肥方式為基施∶追施=6∶4。為保證發芽率90%以上，提前篩選塊莖進行發芽試驗，確定發芽率達到要求后，于5月7日將油莎豆塊莖進行篩選，盡量選擇飽滿無殘缺的塊莖，5月9日進行播種，每穴播種2粒塊莖，播種完立即澆水，整個生育期保證水分的正常供應，其它田間管理與大田一致。5月25日和6月5日分別記錄各小區的出苗情況。

表1 “3414”試驗處理編碼及肥料用量

1.4 測定指標

在油莎豆生長期內，待全部肥料施用完成后，葉片開始泛黃時，每個小區內取3叢油莎豆，測定每叢的株高(自然株高)、分蘗數、塊莖數、每叢粒重、千粒重等指標。

1.5 數據處理

數據統計分析應用Excel 2010對“3414”試驗的不同處理的產量與施肥量進行三元二次方程、二元二次方程和一元二次方程的回歸分析，對得到的回歸方程進行偏導數求解，可以得到最大產量、最佳產量、最大產量施肥量、最佳產量施肥量等。其中，每公頃施用氮磷鉀肥分別用N、P2O5、K2O的施用量表示，回歸方程中分別用X1、X2、X3表示，三元二次回歸方程可表示為:

Y=a0+a1X1+a2X2+a3X3+a4X12+a5X22+a6X32+a7X1X2+a8X1X3+a9X2X3

式中,a0～a9為回歸系數。根據施肥投入的價格與油莎豆產出的價格進行比較，得出地塊內的最佳產量和施肥量。采用SPSS 20.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 氮磷鉀配施對油莎豆生長指標的影響

由表2可知，14個處理之間的株高和分蘗數均存在顯著差異(F=3.43,P<0.01；F=18.50,P<0.01)。在磷鉀肥均固定的情況下，隨著氮肥施用量的增加，株高和分蘗數均呈現增加趨勢，且在N3P2K2處理株高達到最高值65.2cm，分蘗數也最高為35個；氮肥和鉀肥均固定的情況下，隨著磷肥施用量的增加，株高和分蘗數也均呈現增加趨勢，且在N2P3K2處理株高達到最高值60.8cm，該處理時分蘗數為34個；氮肥和磷肥施用量固定的情況下，隨著鉀肥施用量的增加，株高和分蘗數的變化趨勢均不明顯。

表2 不同施肥處理對油莎豆生長指標的影響

2.2 氮磷鉀配施對油莎豆產量指標的影響

由表3可知，14個處理之間的每叢塊莖數、叢粒重和千粒重均存在顯著差異(P<0.01)。在2種肥料施用量固定的情況下，隨著另一種肥料施用量的增加，每叢塊莖數均無明顯的變化規律，但叢粒重均呈現先增加后降低趨勢，且在N2P2K2處理叢粒重達到最高值，其平均值為53.4g/叢。氮鉀肥和磷鉀肥固定，隨著另一種肥料的增加，千粒重也呈現先增加后降低趨勢；但氮磷肥固定，隨著鉀肥施用量的增加，千粒重出現波動變化。

表3 不同施肥處理對油莎豆產量指標的影響

2.3 氮磷鉀肥效效應的回歸分析

一元二次方程的擬合采用氮磷鉀3因素，其中2個因素均為2水平處理，另一因素按0～3水平的不同施肥量，與對應的產量進行回歸分析。從表4可以看出，氮磷鉀的3個一元二次方程均擬合較好(F>F0.05)。通過方程的一次項系數均為正值，所以施用氮磷鉀肥均可以提高油莎豆產量，但隨著施用量的增加，產量呈現先增加后降低趨勢。

二元二次方程的擬合，是將其中一種肥料固定施用2水平，其它2種肥料按照0～3水平施用，從表4的擬合方程看，3個擬合方程擬合較好(F>F0.05)，氮磷和氮鉀兩兩互作項的系數均為正值，表明2種肥料互作產生了正效應，2種肥料配施有利于油莎豆產量的提高，且氮磷的互作效應要高于氮鉀互作效應，而磷鉀肥互作效應則呈現出負效應。

表4 氮磷鉀肥效效應方程

將14個處理的施肥量和產量全部進行擬合得到三元二次方程，方程擬合性較好(F>F0.05)，所有一次項系數均為正值，氮磷鉀肥均有明顯的增產效應；二次項均為負值，符合報酬遞減律；互作項中氮鉀、磷鉀均為正效應，氮磷則為負效應。

2.4 最高施肥量、最佳施肥量和經濟效益分析

分別將表4中的一元二次方程和三元二次方程求解，計算最高施肥量和最佳施肥量，2019年肥料價格分別為純N 5.65元·kg-1、P2O58.26元·kg-1、K2O 10.4元·kg-1。對于單種肥料而言，最高施氮量(N)為84.59kg·hm-2，此時產量為6274.65kg·hm-2，最佳施氮量為80.59kg·hm-2，此時產量為6272.77kg·hm-2；最高施磷量(P2O5)為69.18kg·hm-2，此時產量為6168.86kg·hm-2，最佳施磷量為64.26kg·hm-2，此時產量為6165.48kg·hm-2；最高施鉀量(K2O)為89.70kg·hm-2，此時產量為6010.70kg·hm-2，最佳施鉀量為82.69kg·hm-2，此時產量為6004.62kg·hm-2。3種肥料配施，最高施肥量分別為純N 106.94kg·hm-2、P2O577.40kg·hm-2、K2O 101.19kg·hm-2時，產量為5930.54kg·hm-2；最佳施肥量分別為純N 111.14kg·hm-2、P2O557.29kg·hm-2、K2O 89.72kg·hm-2時，產量為5908.73kg·hm-2。一元二次方程得到的產量均高于三元二次方程得到的產量，但施氮量和施鉀量均低于三元二次方程的最高和最佳施肥量。

從表5可以看出，肥料配施與不施肥比較均表現為增產，但產投比不同處理間有較大差別。產投比越大說明經濟效益越好，本研究中鉀肥價格最高，且土壤速效鉀含量較高，所以施用鉀肥量低的處理，經濟效益較好，產投比最高的處理是N2P2K0處理。但從實際收入看，N2P2K2處理的收入最高。

表5 半干旱風沙區種植油莎豆氮磷鉀配施的經濟效益

3 討論與結論

油莎豆沒有真正的莖稈，葉片較堅硬，當葉片長度達到100cm以上易發生倒伏現象，因此葉片長度也可作為株高，是衡量群體質量的重要指標。本試驗的油莎豆種植在北方沙區，所有處理的株高均低于100cm。最高株高為65.2cm，出現在N3P2K2處理，同時該處理的分蘗數也最多，為35個，這與高氮能促進干物質向營養器官分配有關[9]，促進了營養生長。產量指標中的每叢塊莖重決定了產量的高低，N2P2K2處理的叢粒重顯著高于高氮、高磷和高鉀處理，但4個處理間的分蘗數卻沒有顯著差別，且N2P2K2處理的千粒重也是最高的，這與新疆地區種植油莎豆施肥處理的研究結果一致[10]。已有研究表明，在新疆干旱地區種植不同品種油莎豆，結果發現分蘗數越少，塊莖分散，結豆率低，產量也較低[11]。

油莎豆原產于非洲，是比較耐貧瘠的植物。在我國北方干旱和半干旱地區適宜種植，在新疆中壤土中種植油莎豆，種植密度為13.5萬株·hm-2，產量高達13400kg·hm-2[10]。本試驗種植密度為12萬株·hm-2，產量平均為5580kg·hm-2，與新疆的產量比較有很大差異，這可能與土壤和氣候均有關。本試驗是在沙土中種植，其保水保肥能力較差，且氣溫要低于新疆地區。本試驗的產量最高值也出現在N2P2K2處理中，新疆地區該處理的施肥量為N 67.5kg·hm-2、P2O594.5kg·hm-2、K2O 78.75kg·hm-2，而本試驗施肥量為N 102kg·hm-2、P2O580kg·hm-2、K2O 90kg·hm-2，沙土中的氮素含量較低，且保肥性差，本試驗的施肥與山東泰州高沙土中種植油莎豆的施肥量(N 116.25kg·hm-2、P2O587.75kg·hm-2、K2O 78.75kg·hm-2)差異較小。

對氮磷鉀的肥效效應進行方程擬合后發現，肥料施用量與產量的擬合方程均較好，但氮磷的肥效效應要高于鉀肥。三元二次方程得出的最高施肥量與最佳施肥量對應的產量均低于一元二次方程得出的產量，根據2類方程的結果，推薦施肥量還需要進一步研究，但N、P2O5、K2O施用量約為100kg·hm-2、70kg·hm-2、90kg·hm-2。“3414”肥效試驗常用于大田作物上，雖然引進的油莎豆品種可作為大田作物，但在北方沙區種植且對其進行不同施肥處理的研究較少，不同施肥量的確定是根據文獻中的不同施用量進行設置的，所以方程的擬合效果與其它大田作物比較還需要進一步驗證。

在北方沙區種植油莎豆，從“3414”的結果看，N2P2K0處理的產投比最高，因為試驗地內的速效鉀含量較高，施用鉀素的量可適當減少，但收入最高的處理是N2P2K2。在新疆香梨初果期的“3414”施肥試驗中，產投比和收入最高的N2P1K1處理，N2P2K0產投比也較高，但收入偏低[12]。不同氮磷鉀處理甜瓜產量最高值和經濟效益最高值均出現在N2P2K2。這說明常規施肥對作物產量和經濟效益均較好[13]。但油莎豆在北方地區種植，目前還沒有較合適的施肥量指導生產，由于油莎豆的機械收獲技術相對于其它大田作物而言還較落后，在未來能夠推廣大面積機械收獲，提高塊莖撿拾率，發揮油莎豆的優勢，有助于解決我國油、糧、飼等一系列問題。