食葵氮磷钾肥对产量相关性状的影响及经济效益分析

白 苇，胡 杨，李 峰，张宝英，崔金丽，杨素梅

（张家口市农业科学院，河北张家口 075000）

0 引言

向日葵是中国主要的经济作物之一，有极高的食用价值和使用价值。由于其抗逆性强、耐盐碱，具有改良土壤的功效，随着种植业结构的调整，食葵经济效益不断提高，种植面积不断增加[1]。食葵植株高大，生长较快，养分需求较高，合理施肥能够有效促进食葵植株生长，改善食葵的产量和品质，从而获得较高的经济效益[2]。然而，向日葵施肥技术可借鉴的较少，生产上只凭经验，普遍存在肥料使用过量，或钾肥施用不足的问题，因此，合理配施氮、磷、钾肥对于食葵高产高效生产示范意义重大[3]。王文军[4]研究表明，向日葵的产量和品质随氮、磷、钾肥施用量增加而升高，但过度施肥又会导致各性状表现下降，当氮、磷、钾肥施用量为90、45、100 kg/hm2时，向日葵各性状综合表现最佳，经济效益最好。张君等[5]通过不同施肥组合分析得出氮、磷、钾平衡施肥可显著提高向日葵籽实产量，增产率分别为10.8%、8.7%、10.5%。白苇等[6]研究表明，施肥能显著提高食葵的产量和农艺性状，3种肥料的作用效果存在差异，对产量的影响顺序为钾＞氮＞磷。钾素作为植物体内几十种酶的活化剂，能促进代谢反应的进行，从而提高向日葵产量相关性状及品质。Li等[7]研究了钾肥对向日葵籽实产量和品质的影响，结果表明，钾肥对食葵和油葵均表现出显著的增产效应，并提高了百粒重、籽仁率、粗脂肪等性状。Chhajro等[8]研究了不同钾水平对向日葵生长、产量和钾积累的影响，施钾可以显著提高向日葵植株干物质量、株高、茎粗、盘径、百粒重、单盘粒重以及籽实产量。王鹏飞[9]研究表明，施肥对向日葵单盘粒重、百粒重和结实率的影响显著，随着氮、磷、钾肥施入量的增加，百粒重、单盘粒重、结实率呈先升高后下降的趋势；钾肥可以提高向日葵的单盘粒重和百粒重，磷肥可以提高向日葵的结实率。段玉等[10]研究表明，施用钾肥对茎秆生长影响显著，对向日葵的盘径、单盘粒重以及百粒重的影响较为突出，向日葵施用钾肥增产率可达10.5%左右。

氮、磷、钾是作物生长的主要因素，科学施肥至关重要。“3414”设计是获得最佳施肥量、施肥配比的根本途径，具有直观的可比性，便于田间操作，近年来向日葵采用该设计的研究报道很多[11-14]，但两两配合施用的研究较少，结果也不尽相同。杨文耀等[15]研究显示，氮、磷、钾两两配合施用以NP配合施用产量最高，其次是PK，NK最低。吴继仁等[16]研究显示，氮、磷、钾肥配施对向日葵生长和增产效果显著，且NP配施的效果优于其他两两组合的效果。白苇等[17]研究显示，NP互作、PK互作达到0.01极显著水平，这2对互作在食葵产量形成中起到至关重要的作用。本研究采用“3414”设计通过3年田间试验，建立肥料模型，研究氮、磷、钾肥对食葵产量及产量相关性状的单因素和互作效应，探索氮、磷、钾肥对食葵产量及产量相关性状的影响，对氮、磷、钾配施进行经济效益分析，为促进食葵增产增效提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为张家口市农业科学院培育的食葵品种‘张葵一号’。氮、磷、钾肥分别为尿素(N≥46%)、过磷酸钙(P2O5≥18%)、硫酸钾(K2O≥50%)。

1.2 试验地概况

试验于2013—2015年在河北省张家口市农业科学院坝下基地(40°40′N，114°55′E)进行，试验地海拔643 m，日照时数为2906.4 h，全年平均气温6.2℃，平均降水量为349.7 mm。

1.3 试验设计

试验采用“3414”试验设计（表1），以氮、磷、钾肥为变量因子，每个因子设4个水平，参照农业部《测土配方施肥技术规范》[18]，磷、钾肥一次基施，氮肥1/2基肥，1/2在现蕾期追肥。小区面积为27 m2（长7.2 m×宽3.75 m），小区随机排列，每区种植5行，行距0.75 m，株距0.6 m，每穴点播2～3粒。试验管理等同大田管理水平，在向日葵1对真叶时间苗，2～3对真叶时定苗，结合间、定苗进行中耕除草，在封垄前结合培土进行第2次中耕除草，适时收获。收获时，每小区随机选择10株作为样株，测量百粒重、单盘粒重，取每小区中间3行测量产量。

表1 3414试验方案

1.4 数据处理

采用Excel和DPS统计软件对试验数据进行分析及处理。

2 结果与分析

2.1 产量相关性状效应函数

通过对试验结果（表2）的回归分析，得到产量与氮、磷、钾肥的效应函数如式(1)所示。

表2 不同处理的试验结果

通过方差分析，F=8.38＞F0.05=6.00，相关系数R=0.974，氮、磷、钾肥缺素和空白相对产量分别为76.13%、77.48%、66.89%和53.11%。根据三元二次肥料函数的配置，最高产量的施肥组合为氮肥61.5 kg/hm2、磷肥35.0 kg/hm2、钾肥50.1 kg/hm2、产量2309.0 kg/hm2；采用目前市场肥料价格尿素(N)2.8元/kg，过磷酸钙(P2O5)2.3元/kg，硫酸钾(K2O)4.2元/kg，向日葵7元/kg，最经济产量的施肥组合为氮肥57.5 kg/hm2、磷肥34.9 kg/hm2、钾肥47.9 kg/hm2、产量2307.8 kg/hm2。

百粒重与氮、磷、钾肥的效应函数如式(2)所示。

通过方差分析，F=7.59＞F0.05=6.00，相关系数R=0.972，氮、磷、钾肥缺素和空白相对百粒重分别96.65%、93.24%、72.79%和67.73%。根据三元二次肥料函数的配置，最高百粒重的施肥组合为氮肥102.6 kg/hm2、磷肥 19.2 kg/hm2、钾肥 79.6 kg/hm2、百粒重17.9 g；最经济百粒重的施肥组合为氮肥71.1 kg/hm2、磷肥24.0 kg/hm2、钾肥46.2 kg/hm2、百粒重16.0 g。

单盘粒重与氮、磷、钾肥的效应函数如式(3)所示。

通过方差分析，F=6.79＞F0.05=6.00，相关系数R=0.969，氮、磷、钾肥缺素和空白相对产量分别为67.59%、67.48%、57.31%和45.38%。根据三元二次肥料函数的配置，最高单盘粒重的施肥组合为氮肥69.9 kg/hm2、磷肥28.6 kg/hm2钾肥72.9 kg/hm2、单盘粒重133.1 g；最经济单盘粒重的施肥组合为氮肥86.5 kg/hm2、磷肥 29.3 kg/hm2、钾肥 19.2 kg/hm2、单盘粒重111.2 g。

2.2 单因素效应分析

2.2.1 产量单因素效应分析 通过回归分析，分别建立氮、磷、钾肥与产量的回归方程：氮肥与产量的效应方程如式(4)所示。

相关系数R=0.924。

磷肥与产量的效应方程如式(5)所示。

相关系数R=0.999。

钾肥与产量的效应方程如式(6)所示。

相关系数R=0.996。

通过单因素回归方程绘制出氮、磷、钾肥与产量效应图（图1），氮、磷、钾肥对产量的影响均表现出开口向下抛物线趋势，即产量随着肥料施用量的增加先升高后下降，氮、磷、钾对产量影响曲线的顶点均落在坐标内，即3种肥料均能取得最佳效果。氮肥最高产量施肥量为84.0 kg/hm2、产量为2110.6 kg/hm2；磷肥最高产量施肥量为32.9 kg/hm2、产量为2282.4 kg/hm2；钾肥最高产量施肥量为65.4 kg/hm2、产量为2376.3 kg/hm2。氮肥最经济产量施肥量81.0kg/hm2、产量为2110.0kg/hm2；磷肥最经济产量施肥量为32.5 kg/hm2、产量为2281.5 kg/hm2；钾肥最经济产量施肥量为63.9 kg/hm2、产为2375.7 kg/hm2。

图1 氮、磷、钾肥对产量的单因素效应

2.2.2 百粒重单因素效应分析 通过回归分析，分别建立氮、磷、钾肥与百粒重的回归方程：氮肥与百粒重的效应方程如式(7)所示，相关系数R=0.989。

磷肥与百粒重的效应方程如式(8)所示，相关系数R=0.951。

钾肥与百粒重的效应方程如式(9)所示，相关系数R=0.953。

通过单因素回归方程绘制出氮、磷、钾肥与百粒重效应图（图2），氮、磷、钾肥对百粒重的影响均表现出开口向下抛物线趋势，即百粒重随着肥料施用量的增加先升高后下降。氮肥最高百粒重施肥量为54.3 kg/hm2、百粒重为19.0 g；磷肥最高百粒重施肥量为38.1 kg/hm2、百粒重为18.6 g；钾肥最高百粒重施肥量为69.7 kg/hm2、百粒重为18.3 g。氮肥最经济百粒重施肥量为12.5 kg/hm2、百粒重为18.6 g；磷肥最经济百粒重施肥量为24.6 kg/hm2、百粒重为18.4 g；钾肥最经济百粒重施肥量为50.1 kg/hm2、百粒重为17.9 g。

图2 氮、磷、钾肥对百粒重的单因素效应

2.2.3 单盘粒重单因素效应分析 通过回归分析，分别建立氮、磷、钾肥与单盘粒重的回归方程，如式(10)～(12)所示。

氮肥与单盘粒重的效应方程，相关系数R=0.923。

磷肥与单盘粒重的效应方程，相关系数R=0.981。

钾肥与单盘粒重的效应方程，相关系数R=0.901。

通过单因素回归方程绘制出氮、磷、钾肥与单盘粒重效应图（图3），氮、磷、钾肥对单盘粒重的影响均表现出开口向下抛物线趋势，即单盘粒重随着肥料施用量的增加先升高后下降。氮肥最高单盘粒重施肥量为88.2 kg/hm2、单盘粒重为128.6 g；磷肥最高单盘粒重施肥量为32.3 kg/hm2、单盘粒重为137.9 g；钾肥最高单盘粒重施肥量为74.9 kg/hm2、单盘粒重为126.0 g。氮肥最经济单盘粒重施肥量为85.5 kg/hm2、单盘粒重为128.5 g；磷肥最经济单盘粒重施肥量为32.1 kg/hm2、单盘粒重为137.8 g；钾肥最经济单盘粒重施肥量为72.8 kg/hm2、单盘粒重为125.9 g。

图3 氮、磷、钾肥对单盘粒重的单因素效应

2.3 两因素互作与产量效应分析

建立两因素互作与产量的二元二次回归方程，如式(13)～(15)所示。

通过二元二次回归方程绘制出两因素互作与产量效应图（图4、5、6），产量随氮、磷、钾肥施入量的增加呈先升高后下降的趋势。3对互作均处于低水平时促进作用明显，产量效应曲线的顶点均落在坐标内，即3对互作的施肥均能取得最佳效果。NP互作对产量的效应较小，施用磷肥的作用略高于氮肥，当N2P1时产量最高，为1999.8 kg/hm2。NK互作和PK互作交互作用显著，其中NK互作中施用钾肥对产量作用更大，当N1K1时产量最高，为2167.4 kg/hm2；PK互作中两者的影响相似，当P2K1时产量最高，为2203.8 kg/hm2。

图4 NP互作对产量的效应

图5 NK互作对产量的效应

图6 PK互作对产量的效应

2.4 经济效益分析

本研究只考虑肥料成本与产量产出，计算食葵的经济效益，即收入=产值-肥料成本，产投比=产值/肥料成本。从表3可以看出，在2水平下，随着施氮量的增加，肥料成本提高，产值和收入呈先升高后下降的趋势，在N2水平达到最高，而产投比不断降低。随着施磷、钾量的增加，肥料成本提高，产值、收入和产投比均呈先升高后下降的趋势，分别在P1和K1水平时达到最高。各处理产投比最高的是N2P2K1处理，为30.0，其产量和收入均最高，分别为2337.2 kg/hm2、15815.6元/hm2，最低的是N2P2K3处理，为8.7，其产量和收入均最低，分别为1389.0 kg/hm2、8611.5元/hm2。

表3 氮、磷、钾肥对食葵产量和经济效益的影响

根据三元二次肥料函数的配置，最高产量的施肥组合为氮肥61.5 kg/hm2、磷肥35.0 kg/hm2、钾 肥50.1 kg/hm2，肥料成本为1172.3元/hm2，最高产量为2309.0 kg/hm2，产值为16163.0 元/hm2，收入为14990.7元/hm2，产投比13.8。最经济产量的施肥组合为氮肥57.5kg/hm2、磷肥34.9kg/hm2、钾肥47.9kg/hm2，肥料成本为1131.2元/hm2，最经济产量为2307.8 kg/hm2，产值为16154.6元/hm2，收入为15023.4元/hm2，产投比14.3。由此可见，最经济产量施肥量较少，肥料成本低，产值低，收入高，产投比高。

3 讨论

合理施肥可充分发挥作物潜力，提高收益[19]。本研究连续3年开展“3414”肥料效应试验，建立了氮、磷、钾肥对食葵产量及产量相关性状的肥料模型，通过缺素相对产量可以看出，3种肥料对食葵产量影响排序为钾＞氮＞磷，与段玉等[10]、杨素梅等[11]研究结论一致；对百粒重和单盘粒重影响排序均为钾＞磷＞氮，与王鹏飞[9]研究结论一致。方差分析表明，产量、百粒重和单盘粒重的F值均大于0.05水平，差异达到显著水平，其中百粒重和单盘粒重作为食葵的品种特性，在一定的范围内，氮、磷、钾肥的施用对百粒重和单盘粒重产生一定影响。

氮、磷、钾肥对产量、百粒重、单盘粒重的单因素效应均呈先升高后下降的趋势，其中当氮、磷、钾肥施用量分别为84.0、32.9、65.4 kg/hm2时，3种肥料对产量的单因素效应达最大值；当氮、磷、钾肥施用量分别为54.3、38.1、69.7 kg/hm2时，3种肥料对百粒重的单因素效应达最大值；当氮、磷、钾肥施用量分别为88.2、32.3、74.9 kg/hm2时，3种肥料对单盘粒重的单因素效应达最大值。韩成等[13]、段玉等[14]通过3414肥料效应试验分析均得出随着氮、磷、钾肥施入量的增加，产量呈先升高后下降的趋势，王鹏飞[9]的通过不同施肥组合分析得出随着氮、磷、钾肥施入量的增加，百粒重、单盘粒重呈先升高后下降的趋势，与本研究结论一致。两因素互作中，产量随氮、磷、钾肥施入量的增加呈先升高后下降的趋势。PK和NK互作效应显著，NP互作对产量的效应较小，可实现的最高产量分别为2203.8、2167.4、1999.8 kg/hm2。PK和NK互作产量较高，这与钾肥对食葵产量影响最大有关。

近年来政府对肥料市场调控逐渐加强，单位作物产值的肥料成本逐渐降低。安玉麟等[20]通过不同施肥组合的油葵经济效益比较发现，氮、磷、钾配合施用最佳产量达4528.5 kg/hm2，收入为10155.5元/hm2。王鹏飞[9]的研究表明，油葵最经济产量为3627.0 kg/hm2，收入为18058.5元/hm2，食葵最经济产量为4297.5 kg/hm2，收入为32490.0元/hm2。本研究最高产投比是N2P2K1处理，达30.0，最高产量为2309.0 kg/hm2，产值为16163.0元/hm2，收入为14990.7元/hm2，产投比13.8。最经济产量为2307.8 kg/hm2，产值为16154.6元/hm2，收入为15023.4元/hm2，产投比14.3。因此，今后在生产中不能为了追求产量而盲目施肥，必须考虑科学合理施肥，需找最高产投比，为指导农民生产提供科学依据。

4 结论

施用氮、磷、钾肥可以显著提高产量，3种肥料对食葵产量影响排序为钾＞氮＞磷，对百粒重和单盘粒重影响排序均为钾＞磷＞氮，氮、磷、钾肥对产量、百粒重、单盘粒重的单因素效应均呈先升高后下降的趋势，两因素互作中，PK互作的产量最高，其次是NK互作，NP互作最低。最高产量的施肥组合为氮肥61.5 kg/hm2、磷肥35.0 kg/hm2、钾肥50.1 kg/hm2、产量2309.0 kg/hm2；最经济产量的施肥组合为氮肥57.5 kg/hm2、磷肥34.9 kg/hm2、钾肥47.9 kg/hm2、产量 2307.8 kg/hm2。最经济产量施肥量较少，肥料成本低，产值低，收入高，产投比高。