引用本文
马祥, 贾志锋, 刘文辉, 刘勇, 魏小星, 牛奎举. 青海地区燕麦“3414”施肥效果及推荐施肥量. 草业科学, 2017,34(9):1906-1914
Ma Xiang, Jia Zhi-feng, Liu Wen-hui, Liu Yong, Wei Xiao-xing, Niu Kui-ju. Effect of “3414” fertilization and recommended fertilizer quantity for Avena sativa in Qinghai Area . Pratacultural Science,2017,34(9): 1906-1914  
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青海地区燕麦“3414”施肥效果及推荐施肥量
马祥1,2, 贾志锋1,2, 刘文辉1,2, 刘勇1,2, 魏小星1,2, 牛奎举3
1.青海大学畜牧兽医科学院,青海 西宁810016
2.青海省青藏高原优良牧草种质资源利用重点实验室青海省畜牧兽医科学院,青海 西宁810016
3.甘肃农业大学草业学院,甘肃 兰州 730070
通信作者；贾志锋(1980-),男,甘肃金昌人,副研究员,在读博士生,主要从事牧草栽培育种研究。E-mail:[email protected]

第一作者:马祥(1987-),男(回族),青海民和人,助理研究员,主要从事牧草栽培育种研究。E-mail:[email protected]

收稿日期: 2017-02-24
基金: 基金项目:青海省青藏高原优良牧草种质资源利用重点实验室(2017-ZJ-Y12); 国家燕麦荞麦产业技术体系海东综合试验站(CARS-08); 高寒区饲用燕麦品种提纯复壮和三级繁育体系建立(2017-NK-113)
摘要

合理的施肥是提高燕麦( Avena sativa)产量的主要措施之一。以‘青引1号’为试验材料,于2012-2014年采用“3414”施肥方案,研究不同氮(N)、磷(P)、钾(K)配施对青海地区燕麦种子产量及经济效益的影响,旨在为青海地区燕麦的合理施肥提供依据。结果表明,不同氮、磷、钾配施处理下燕麦的产量和经济效益均高于不施肥处理,以处理N2P3K2的产量最高,达到4 785.2 kg·hm-2,较不施肥处理增产1 488.9 kg·hm-2,而处理N2P2K0可增收3 324.7 CNY·hm-2,其增收效果最为明显;两两互作对燕麦产量的影响表现为NP>NK>PK。燕麦施肥量与产量间的一元二次方程拟合结果均典型,能够较好地反映施肥量同产量的关系,但在氮磷施用量中等水平时,随着钾肥施用量的逐渐增加,燕麦产量开始降低,因此,青海地区燕麦种植可不施用钾肥;通过氮磷的二元二次拟合方程可得出,本研究条件下获得燕麦最高产量的施肥方案为氮118.6 kg·hm-2、磷177.0 kg·hm-2,产量可达4 867.4 kg·hm-2,纯收入为12 930.9 CNY·hm-2。最佳经济施肥方案为氮 102.2 kg·hm-2、磷102.0 kg·hm-2,产量为4 731.3 kg·hm-2,纯收入为13 111.6 CNY·hm-2。

关键词: 燕麦; “; 3414”; 肥料设计; 草产量; 经济效益; 青海; 施肥
中图分类号:S512.602 文献标志码:A 文章编号:1001-0629(2017)09-1906-09 doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0586
Effect of “3414” fertilization and recommended fertilizer quantity for Avena sativa in Qinghai Area
Ma Xiang1,2, Jia Zhi-feng1,2, Liu Wen-hui1,2, Liu Yong1,2, Wei Xiao-xing1,2, Niu Kui-ju3
1.The Academy of Animal and Veterinary Science, Qinghai University, Xining 810016, China
2.Key Laboratory of Superior Forage Germplasm in the Qinghai-Tibetan Plateau, Qinghai Academy of Animal Science and Veterinary Medicine, Xining 810016, China
3.Paracultural College of Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China
Corresponding author: Jia Zhi-feng E-mail:[email protected]
Abstract

Judicious fertilization is one of the main measures to improve Avena sativa yield. This study aimed to provide a practical, scientific basis for A. sativa fertilization in Qinghai. We used “Qingyin No. 1” as the experimental material in our research. From 2012 to 2014, we applied the “3414” fertilizing scheme to observe A. sativa yield under the influence of different allocations of nitrogen, phosphorus and potassium, as well as the related economic efficiency. The results showed that yield and economic efficiency were always higher with, rather than without, fertilizer treatment. The treatment of N2P2K0 reached the highest output, up to 4 785.22 kg·ha-1, and increased by 1 488.91 kg·ha-1 compared with those without fertilizer treatment; the treatment of N2P2K0 increased by 3 324.71 CNY·ha-1,showing the most significant economic effect. In general, both treatments interact with each other; the effects on A. sativa yield are NP>NK>PK. The results of the quadratic equations between A. sativa fertilizer quantity and its yield were typical, which helps explain the relationship between fertilizer quantity of A. sativa and its yield. However, with a medium fertilizer rate of nitrogen and phosphorus and an increase in potassium, the yield of A. sativa began to decrease. From the above experiment, we conclude that it is possible to omit potassium fertilizer when growing A. sativa in Qinghai Area. Moreover, it can be inferred from the binary quadratic equations of nitrogen and phosphorus that, to obtain the highest yield of A. sativa, the best fertilizer scheme should be nitrogen 118.55 kg·ha-1, phosphorus 176.96 kg·ha-1, up to 4 867.43 kg·ha-1,with net income 12 930.94 CNY·ha-1; the best economic fertilizer scheme should be nitrogen 102.18 kg·ha-2, phosphorus 102.04 kg·ha-1, up to 4 731.25 kg·ha-1,with a net income of 13 111.63 CNY·ha-1.

Keyword: Avena sativa; “; 3414”; fertilizer scheme; hay yield; economic efficiency; Qinghai; fertilization

燕麦(Avena)是粮饲兼用型一年生作物, 根据种子是否带壳可将其分为皮燕麦(Avena sativa)和裸燕麦(A. nuta), 我国种植燕麦区主要分布在华北、西北、西南和青藏高原等地, 其中华北、西北和西南区以种植裸燕麦为主, 籽粒用于食用, 秸秆也是优良饲草; 青藏高原及其周边区域主要栽培皮燕麦, 其籽粒和秸秆用于放牧家畜冬春补饲[1]。青海省主要栽培皮燕麦, 其燕麦的种植面积也在逐年的增加[2]。长期以来, 燕麦单位面积产量较低是制约其规模化、产业化发展的重要限制因子[3]。提高燕麦单位面积的产量, 可在保证种植面积不变的情况下增加收入。燕麦产量的提高和品质的改良不仅受自身遗传特性的限制, 其水分、土壤、气候和肥料等外界环境条件也是重要的限制因子[3, 4, 5]。合理施肥是生产中用来调节作物生长发育和产量的重要措施之一[6, 7, 8, 9]。

在青藏高原燕麦施肥研究通常以常规方法, 通过施肥梯度、单因素施肥等进行试验, 且青藏高原地区关于燕麦施肥报道文章较少[2, 3]。“ 3414” 肥料效应方案是农业部《测土配方施肥技术规范(试行)修订稿》中推荐采用的方案设计[10, 11]。通过“ 3414” 方案试验, 可模拟出肥料与产量和经济效益的三元二次、二元二次和一元二次回归函数, 结合实际情况, 并应用模拟出的回归函数可确定最佳的施肥量和最大产量的施肥量, 从而为合理施肥提供合理依据[12, 13]。目前, “ 3414” 测土配方试验方案已应用于小麦(Triticum aestivum)[10, 13-14]、水稻(Oryza sativa)[12, 15-16]、玉米(Zea mays)[17-18]、马铃薯(Solanum tuberosum)[19]和番茄(Lycopersicon esculentum)[20]等重要农作物合理的养分施用量的确定。此外, “ 3414” 试验方案已应用于吉林省白城[21]、河北省张北县[22]、内蒙古乌兰察布市[23]和宁夏南部[24]等地区燕麦合理施肥量的确定。然而, 由于每个地区土壤基肥水平和主要栽培品种的不同, 每个地区通过“ 3414” 试验方案所得到的最佳施肥量也会有所不同[21, 22, 23, 24], 且青藏高原地区海拔气候条件特殊。因此, 本研究以青海省主要栽培品种‘ 青引1号’ 为试验材料, 于2012-2014年采用“ 3414” 试验方案设计氮、磷、钾 3 种肥料的不同配施组合, 研究氮磷钾配施对青海地区燕麦种子产量的影响, 通过建立肥料效应函数模型, 确定最佳的施肥量, 以期为青海地区燕麦的合理施肥和提高其经济效益提供科学依据。

1 材料与方法
1.1 试验地概况

试验地位于青海省湟中县鲁沙尔镇, 地势平坦, 地理坐标101° 37' E, 36° 28' N, 海拔2 620 m, 气候寒冷潮湿, 无绝对无霜期, 年均温3.7 ℃, 历年年降水量481 mm(降雨和降雪)。试验地为平地, 土质栗钙土, 前茬作物为油菜(Brassia campestris), 肥力较好(全氮1.4 g· kg-1, 有效磷22.2 mg· kg-1、速效钾98.5 mg· kg-1, pH 7.9)。

1.2 供试材料

青燕1号燕麦由青海省畜牧兽医科学院提供, 氮肥用尿素(含N 46%), 磷肥用过磷酸钙(含P2O5 12%), 钾肥用硫酸钾(含K2O 50%)。施肥量如表1所示。

1.3 试验方案

试验采用“ 3414” 肥效试验方案[11]。“ 3414” 是指氮、磷、钾3个因素、4个水平、14个处理(表1)。4个水平的含义:0水平指不施肥, 2水平指当地最佳施肥量, 1水平=2水平× 0.5, 3水平=2水平× 1.5(该水平为过量施肥水平)。试验小区采用完全随机区组排列, 小区面积5 m× 6 m, 试验田四周设1 m的保护行。试验每处理3次重复, 并连续进行3年(2012-2014年)。

试验播种密度为每公顷525万有效种子, 条播, 播深3~4 cm, 行距25 cm。旱作条件下开展试验。试验中过磷酸钙和硫酸钾以及1/3 的尿素作为底肥施入, 2/3 的尿素在拔节期作为追肥施入。在成熟期对每个小区进行刈割, 测定种子产量。

表1 “ 3414” 实验方案和施肥量 Table 1 The ‘ 3414’ experimental scheme and fertilizer quantity
1.4 计算方法和数据处理

各指标的计算方法:

增产量=施肥区经济产量-缺素区经济产量;

增收=(施肥区产值-施肥区肥料成本)-(缺素区产值-缺素区肥料成本);

肥料贡献率=(施肥区经济产量-缺素区经济产量)/施肥区经济产量× 100%。

采用Excel 2003 对原始数据进行初步处理, 建立肥料效益的多种回归方程及制图。采用SPSS 19.0 软件进行方差分析, 多重比较采用Duncan法。

2 结果与分析
2.1 不同肥料配施方案的燕麦施肥效应

合理的施肥可补充土壤自身肥力(地力)的短缺, 从而提高作物的产量。经过3年的试验表明, 除处理N0P2K2外其它氮磷钾配施处理的肥料贡献率均在20%以上, 其中以处理N2P3K2的肥料贡献率最高, 达到32.5%, 说明合理的施肥可有效提高燕麦籽粒产量(表2)。

经过2012-2014年对燕麦产量和经济效益的分析表明(表2), 施肥处理的产量均高于对照(N0P0K0), 且不同处理的增产效果存在一定的差异。N2P3K2施肥处理较对照增产1 488.9 kg· hm-2, 其增产效果最大; 其次为N2P2K0, 较产量最高的处理N2P3K2仅低137.0 kg· hm-2, 这说明只要施用足够的氮肥和磷肥, 不施用钾肥并不会造成青海地区燕麦籽粒产量较大程度的减少; 以N0P2K2的增产量最小, 仅达到225.9 kg· hm-2, 说明氮肥对青海地区燕麦籽粒产量的增高具有至关重要的作用。氮、磷、钾缺素处理较最高产量处理分别减产26.39%、14.24%、2.86%, 即氮肥是限制燕麦产量的主要因子, 其增产效果最为明显。其次是磷肥, 钾肥最差。

与N0P0K0相比, 不同的肥料配比均可提高经济效益, 增加纯收入(表2)。处理N2P3K2的经济效益最高, 为14 355.7 CNY· hm-2, 是对照的1.48倍, 但因其肥料成本也较高, 导致增收反而有所降低, 而处理N2P2K0因其成本相对较低, 增收最多, 达3 324.7 CNY· hm-2, 说明最高的产量并不意味着纯收入增加。此外, 缺氮处理(N0P2K2)增收仅为3.2 CNY· hm-2, 表明在不施氮肥的情况下, 只施钾肥和磷肥对增加纯收入毫无意义; 而缺钾处理(N2P2K0)为增收效果最佳的处理, 表明在保证施用一定量的氮肥和磷肥的情况下, 施用钾肥并不会增加收入。

2.2 氮、磷、钾单种肥料的增产效应分析

根据N0P2K2、N1P2K2、N2P2K2、N3P2K2, N2P1K2、N2P2K2、N2P0K2、N2P2K0, N2P2K2、N2P2K0、N2P2K1、N2P2K3的结果, 对氮、磷、钾肥单种肥料的产量比较分析。对氮肥同燕麦籽粒产量的关系做散点图, 拟合一元二次曲线(图1)。氮肥与产量的拟合函数为:y=-0.092 9x2+20.324x+3 515.1 (R2=0.998 7), 由于一元二次方程二次项系数为负数, 一次项为正数, 说明函数具有极大值, 表明燕麦的籽粒产量随氮肥施用量的增加呈先增加后减少的趋势。根据拟合函数可得出最大施氮量为109.4 kg· hm-2, 此时最大理论产量为4 626.7 kg· hm-2。缺氮时的理论产量为3 515.1 kg· hm-2, 与实际试验中所得到的3 522.2 kg· hm-2基本一致。

磷肥与产量的拟合函数为y=-0.008 2x2+6.459 2x+4 107.3(R2=0.999 0)(图1)。F检验表明, 拟合函数极显著(P< 0.01)。根据拟合函数可得出最大的施磷量为396.0 kg· hm-2, 此时最大理论产量为5 386.2 kg· hm-2。在氮、磷肥的施用量达到中等水平时, 缺钾(N2P2K0)的燕麦籽粒产量要高于施钾(N2P2K2、N2P2K1、N2P2K3), 说明该地区土壤本身钾含量已足够供应燕麦的生长所需, 施用钾肥并不会增加燕麦的产量(图1)。

图1 氮、磷、钾施用量与产量的拟合曲线Fig. 1 The fitted curve of yield and N, P or K application rates

2.3 氮、磷、钾肥的互作效应分析

对氮、磷、钾肥的交互作用进一步分析(图2), 结果表明, 在K2水平时, 当氮肥施用量从N1增加到N2, P1和P2水平分别增产88.9和363.0 kg· hm-2, 增产率分别为2.08%和8.62%。说明一定的磷肥用量可提高氮肥肥效的发挥, 对氮肥具有增效作用。在P2水平时, 当氮肥施用量从N1增加到N2时, K1和K2水平分别增产194.4和363.0 kg· hm-2。当磷肥施用量为82.5 kg· hm-2、钾肥施用量为44.3 kg· hm-2时, 其更有利于氮肥肥效的发挥, 此时N1和N2水平的产量均最高。

在K2水平下, 当磷肥施用量从P1增加到P2时, N1水平减产70.4 kg· hm-2, 而N2水平增产203.7 kg· hm-2, 说明氮肥施用量的提高有利于磷肥肥效更好的发挥(图2)。氮肥施用量在2水平时, 随着施磷水平的增加, K1的增产量和K2水平的增产量比较接近, 说明钾肥施用量的增加并不会较明显的影响磷肥肥效。高氮(N2)和低钾(K1)处理更有利于磷肥肥效的发挥。随着钾肥施用量的增加, N1、N2(P2条件下)和P1、P2(N2条件下)均出现了不同程度的减产, 说明钾肥施用量的增加反而不利于氮、磷肥肥效的发挥(图2)。

表2 不同氮、磷、钾配施处理的燕麦施肥效应 Table 2 Effects of combined fertilizers application on the yield, economic benefits and fertilizer contribution rate of oat

图2 氮、磷、钾交互效应分析Fig. 2 Interactions of N, P and K application level

2.4 氮、磷、钾肥料效应模型和最佳施肥量的确定

以燕麦“ 3414” 试验方案中处理1-14的产量为目标函数的氮、磷、钾肥效三元二次回归模型为Y=32 46.97+15.19N-0.108N2+6.60P-0.026P2+6.03K-0.028K2+0.074NP+0.009NK-0.058PK, 式中, Y为燕麦籽粒产量, N、P、K分别为纯N、P2O5和K2O的施用量。该拟合函数R2=0.987 1, F=33.995> F0.01=0.002, 符合肥料报酬递减规律。但从图1和表2中的数据可以看出, 钾肥施用量的增加不仅会导致燕麦产量的减产, 同时也会增加成本, 以至于纯收入也会跟着减少。因此, 钾肥的最佳施用量即为0, 所以三元二次回归模型本不适合用于本研究中最高产量施肥量和最佳施肥量的确定。

当不考虑钾肥施用量时, 以燕麦“ 3414” 不完全试验方案中处理N0P0K0、N0P2K2、N1P2K2、N2P0K2、N2P1K2、N2P2K2、N2P3K2、N1P1K2、N3P2K2的产量为目标函数的氮和磷肥效为Y=19.18N+5.29P-0.110N2-0.028P2+0.039NP+3 264.9。对该函数关于N和P求偏导数, 令其为0, 即可得当N=118.6 kg· hm-2、P=177.0 kg· hm-2时, 可得到最大产量(4 867.4 kg· hm-2), 此时经济效益为14 602.3 CNY· hm-2, 扣除肥料成本纯收入为12 931 CNY· hm-2。根据边际收益等于边际成本的原则, 以N、P为变量, 对方程两边求导可得, 当N=102.2 kg· hm-2, P=102.0 kg· hm-2时, 可获得最高的纯收入13 111.6 CNY· hm-2。

综上所述, 最佳的施肥量为N=102.2 kg· hm-2, P=102.0 kg· hm-2, K=0 kg· hm-2。此时的纯收入为(13 111.6 CNY· hm-2)。

2.5 氮、磷、钾配施对燕麦经济性状的影响

2012-2014年, 在评价燕麦“ 3414” 试验种子产量的同时, 本研究还对与种子产量相关的经济性状进行了测定(表3)。不同的氮磷钾处理对燕麦株高、主穗长、小穗数和单株粒重的影响均存在差异, 其中种子产量最高的N2P3K2处理的株高、主穗长、小穗数和单株粒重均显著高于N0P0K0(P< 0.05), 而N0P2K2与N0P0K0在这3个性状上均差异不显著(P> 0.05)。除N0P2K2外, 其它施肥处理的燕麦株高和单株粒重均显著高于不施肥处理(P< 0.05), 即施肥处理对燕麦株高和单株粒重的影响极为显著; 除处理N1P2K2、N2P3K2、N3P2K2外, 其它处理的主穗长虽高于N0P0K0, 但均未达到显著性水平(P> 0.05); 施肥处理对小穗数的影响只有N2P3K2与N0P0K0差异显著(P< 0.05), 其它处理与N0P0K0均差异不显著(P> 0.05)。所有施肥处理燕麦的千粒重虽均高于N0P0K0, 但与N0P0K0差异并不显著(P> 0.05), 说明施肥处理并不会显著地增加燕麦种子的饱满程度, 其对籽粒产量的影响主要是通过增加主穗长和小穗数等经济性状得到实现。

表3 不同氮、磷、钾配施处理的燕麦经济性状 Table 3 Effects of combined fertilizers application on the economic characters of oat
3 讨论
3.1 施肥量对化肥肥效的影响

土壤肥力是提供植物所需各种营养元素的综合能力, 施肥是补充土壤营养匮乏、维持土壤持续生产力和维持稳定增产的有效措施[25]。彭建伟等[5]研究表明, 不同氮磷钾施肥配比均可提高油菜的籽粒产量, 3种养分中, 以氮肥对提高籽粒产量的作用最大, 磷肥次之, 作用最小者为钾肥。由于营养元素对作物产量的影响, 不仅具有主效应, 交互作用效应也对产量有一定的影响, 是当前土壤肥料学与植物营养研究的热点[26]。齐浩等[25]发现唐古特大黄(Rheum tanguticum)单施氮、磷、钾的施肥量与产量和经济效益呈抛物线关系, 即在一定的施肥量下, 产量和经济效益随施肥量的增加而提高, 但当超过一定的施肥量后, 其产量和经济效益均降低。朱桂玉等[12]研究发现, 氮磷钾施用量均为中等水平时, 水稻产量和经济效益达到最佳, 同时, 氮、磷、钾肥间存在明显的交互作用, 配合施用有助于各自肥效的发挥。单种肥料与种产量呈抛物线关系, 一定范围内产量随施肥量的增加而提高, 但超过此范围反而降低, 在陇东烤烟(Nicotiana)[27]和唐古特大黄[25]肥效试验中也得到了相似的结果, 这种现象符合“ 报酬递减律学说” 。然而, 本研究中钾肥的施用量与产量之间虽成抛物线的关系, 但是从模拟函数可以看出, 当钾肥的施用量大于0时, 其燕麦籽粒产量开始逐渐降低, 表明在该地区不施或少施钾肥更有利于燕麦产量和经济效益的提高。葛军勇等[21]在白城区燕麦“ 3414” 肥效方案中也得到了相似的结果。这说明该地区土壤的钾含量相对较高, 可以满足燕麦整个生长期对钾元素的需求。对肥料的交互效应分析发现, 氮磷配合使用可极大地提高燕麦产量, 钾肥施肥量的增加不利于氮磷肥效的发挥, 这进一步说明影响青海地区燕麦籽粒产量的主要肥料因素为氮肥和磷肥。

3.2 土壤肥力对化肥肥效的影响

土壤肥力水平是决定肥料利用效率高低的基本因素, 即在高肥力土壤条件下, 得到高肥料利用效率的几率较小, 反之在土壤肥力较低时, 得到高肥料利用效率的几率越大[17, 28]。三年间空白区的平均产量为3 229.6 kg· hm-2, 而施肥区的最高产量为4 785.2 kg· hm-2, 表明该地块的基肥能力属于中等偏上水平。根据土壤养分含量测试结果可知, 供试地区氮素水平处于中等偏下水平(全氮1.4 g· kg-1), 磷素水平处于中等水平(有效磷22.2 mg· kg-1), 钾水平偏高(速效钾98.5 mg· kg-1), 说明该地区高氮磷肥料利用效率的几率较大, 高钾肥料利用几率较小。本研究发现最高产量氮、磷施用量和最佳氮、磷施用量也均处于中等偏高水平, 而钾含量的增加只会导致燕麦籽粒产量的降低, 该结果进一步表明土壤肥力水平对肥料的肥效发挥具有显著影响, 对中、低肥力土壤而言, 施肥可显著增加产量、收入以及对燕麦籽粒产量的贡献率, 而在高肥力土壤条件下施肥的增产和增收效果并不显著。

3.3 燕麦产量和经济效益综合考虑

当施肥量过低时, 其肥料的增产潜力不能被充分发挥出来; 当施肥量过高时, 则会增加成本、降低收益和增加环境风险; 因此, 确定合理施肥量是增产、增收和肥料高效利用的关键[17]。本研究通过建立燕麦产量和施肥效益的一元二次肥料效应函数, 得到不同肥效函数的施肥参数。利用一元二次肥效方程估测得最高产量氮、磷最佳施肥量分别为N=109.4 kg· hm-2, 最大产量为4 626.7 kg· hm-2; N=396.0 kg· hm-2, 最大产量为5 386.2 kg· hm-2; 而钾肥的一元二次函数的一次项为负, 其最大产量的施肥量为负值(-12.7 kg· hm-2), 结合实际情况, 当K=0 kg· hm-2时, 可获得最大产量(4 649.1 kg· hm-2)。因此, 在不考虑钾肥施用量的情况下, 以氮磷模拟二元二次方程、得到最大产量的施肥量为N=118.6 kg· hm-2, P=177.0 kg· hm-2, 产量为4 867.4 kg· hm-2; 最佳经济施肥量为N=102.2 kg· hm-2, P=102.0 kg· hm-2, 产量为4 731.2 kg· hm-2。结合产量和经济效益, 建议该地的施肥量:氮肥为102.2~118.6 kg· hm-2, 磷肥为102.0~177.0 kg· hm-2, 不施钾肥。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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