何 玲,周小平*,楊艷芳

(1.寧夏農(nóng)村科技發(fā)展中心,寧夏銀川 750021;2.寧夏科技發(fā)展戰(zhàn)略和信息研究所,寧夏銀川 750021)

目前,在我國(guó)旱區(qū),干旱和貧瘠限制農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展已成為省區(qū)級(jí)重點(diǎn)解決的問(wèn)題。改善區(qū)域干旱和土壤貧瘠需要長(zhǎng)期的演變過(guò)程,并實(shí)現(xiàn)非常困難,因此針對(duì)大面積旱區(qū)和土壤貧瘠區(qū)域,研究出因地制宜的種植作物、種植方法、田間管理、水肥措施等有巨大實(shí)際意義。油用向日葵是我國(guó)第四大油料作物,是居民食用油的主要來(lái)源,享有“營(yíng)養(yǎng)健康油”的美譽(yù)。它不僅是寧夏當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的主要經(jīng)濟(jì)作物,更是鹽堿地改良的首選作物[1-4]。早期研究大多關(guān)于滴灌技術(shù)應(yīng)用的不同作物的反應(yīng)和產(chǎn)量效應(yīng)及節(jié)水效應(yīng)[5-8]。滴灌施肥對(duì)養(yǎng)分和水分的吸收運(yùn)移規(guī)律的影響和增產(chǎn)機(jī)理已有大量研究[6-13],也有關(guān)于旱區(qū)滴灌施肥的水肥耦合效應(yīng)的報(bào)道[8,14-15]。研究表明,增施氮、磷、鉀肥能增加油葵產(chǎn)量[16-17];N、P、K肥施用量在一定范圍內(nèi)時(shí),向日葵的水分利用效率隨施肥量的增加而提高[18];水肥耦合體系的研究主要集中在北方旱區(qū),供試作物以小麥、玉米為主,也有谷子、馬鈴薯、棉花、辣椒、莜麥及沙打旺和楊樹(shù)等林草[6-7,19-21]。但對(duì)于油料作物的研究罕見(jiàn)報(bào)道,同時(shí)寧夏對(duì)水肥耦合關(guān)鍵技術(shù)的探究剛起步。針對(duì)寧夏中部干旱帶沒(méi)有因地制宜的油葵種植方式、田間管理、施肥灌溉技術(shù)的問(wèn)題,筆者將滴灌施肥技術(shù)應(yīng)用于寧夏中部干旱地區(qū)油用向日葵的生產(chǎn),通過(guò)對(duì)不同水平的水、氮磷肥耦合處理的研究,尋找對(duì)當(dāng)?shù)赜涂a(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分具有最優(yōu)效應(yīng)的水肥耦合模式及單因子、雙因子最佳模式。

1 材料與方法

1.1 供試土壤在寧夏中部干旱帶典型干旱地區(qū)同心縣王團(tuán)鎮(zhèn)科技園區(qū)開(kāi)展大田試驗(yàn)。試驗(yàn)地海拔約在1 365 m,105°59′E,36°52′N(xiāo)。

土壤為砂質(zhì)黏壤土,肥力水平低,熱量充足,晝夜溫差大,是我國(guó)北方典型的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)?；A(chǔ)理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤主要理化性質(zhì)

根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶纸y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),年平均降雨量300 mm,年蒸發(fā)量975 mm。

1.2 試驗(yàn)材料指示作物與品種:選取當(dāng)?shù)貜V泛種植的油用向日葵品種S606作為指示作物。該品種生育期115～130 d。株高165～170 cm,籽實(shí)含油率50%左右?？共　⒖购?、耐貧瘠、穩(wěn)產(chǎn)性均佳。

供試肥料:尿素(N 46%)、重過(guò)磷酸鈣(P2O546%)、顆粒硫酸鉀(K2O 50%)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)在滴灌條件下,統(tǒng)一施用羊糞30 t/hm2,K2O 投入量60 kg/hm2的基礎(chǔ)上,采用312-D最優(yōu)飽和設(shè)計(jì)(3因素5水平),進(jìn)行油用向日葵氮、磷肥施用量與灌水量試驗(yàn),12個(gè)處理,3次重復(fù),隨機(jī)區(qū)組排列(表2)。

表2 水、養(yǎng)分量試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4 試驗(yàn)方法灌水方法:采用膜下滴灌方式(現(xiàn)蕾期和花期各灌水處理總灌水量的50%)。

種植方法:南北走向,雙壟雙溝全覆膜,寬窄行種植,寬行60 cm,窄行40 cm,株距30 cm,壟寬20 cm。小區(qū)面積3.6×15.0=54.0 m2,共12×3=36個(gè)小區(qū),小區(qū)間間隔50 cm,走道寬1 m,試驗(yàn)區(qū)凈面積約0.227 hm2。每小區(qū)種3壟6行,每行50株,密度300株/54.0 m2(55 575株/hm2)。每穴播種2粒。

施肥方法:①基肥。羊糞、磷肥、鉀肥、70%氮肥基施,在油葵播種前結(jié)合整地撒施后旋耕入土(旋深10～15 cm)。②追肥。結(jié)合灌水在現(xiàn)蕾期(6～8對(duì)真葉)旱追氮肥(占總施氮量的30%)。

田間管理:一對(duì)真葉間苗,每穴留苗2株,2對(duì)真葉定苗,每穴留苗1株?，F(xiàn)蕾期和花期各灌水1次,灌水量按照各處理不同水平進(jìn)行定量灌溉(表3)。

表3 田間管理與操作時(shí)間

1.5 測(cè)定項(xiàng)目與方法測(cè)定方法統(tǒng)一采用鮑士旦[22]的《土壤農(nóng)化分析》進(jìn)行。

測(cè)定土壤的基礎(chǔ)理化性質(zhì)與收獲后每處理的理化性質(zhì):有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、速效鉀、pH、全鹽、質(zhì)地、容重、土壤含水量;按生育期測(cè)定土壤含水量。

植株采集與測(cè)試分析:出苗后,數(shù)出苗率。每隔10 d每處理測(cè)量株高、莖粗(以及盤(pán)徑),并采集完整植株10株,帶回測(cè)定不同處理不同器官鮮重、干重和氮磷鉀含量[6]。植株N、P、K含量測(cè)定流程:采樣—分器官—稱鮮重—經(jīng)65 ℃條件下烘干—稱干物質(zhì)量—粉碎—全部通過(guò)1 mm篩—H2SO4-H2O2消煮—測(cè)定植株全N(凱氏定氮)、全P(釩鉬黃比色法)、全K(火焰光度計(jì))。

油葵籽仁品質(zhì)測(cè)定項(xiàng)目與方法:粗蛋白采用杜馬斯燃燒法 (國(guó)標(biāo)GB/T 5512—2008);粗脂肪(油酸、亞油酸、亞麻酸、棕櫚酸、硬脂酸、棕櫚油酸)采用索氏抽取法 (GB/T5512-2008);脂肪酸采用氣相色譜法(GB/T1736—2008,GB/T17377—2008)。

植株養(yǎng)分吸收累積量的計(jì)算:各器官干物質(zhì)重量乘以相應(yīng)氮(N)、磷(P)、鉀(K)含量(%),即得N、P、K吸收量,然后將P、K分別乘以2.291 4、1.204 6換算為P2O5、K2O,各器官相加即為整株N、P2O5、K2O養(yǎng)分吸收累積量。

收獲實(shí)產(chǎn):針對(duì)3個(gè)區(qū)組所有處理按小區(qū)測(cè)產(chǎn),并將采樣與考種損失的產(chǎn)量合算進(jìn)去。

1.6 生育階段的劃分油葵生育期劃分見(jiàn)表4。

表4 油葵生育期記載

1.7 數(shù)據(jù)分析采用Excel 2007軟件整理數(shù)據(jù)、Origin 8.0軟件作圖、DPS軟件方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 油用向日葵一生中各器官的N、P2O5、K2O養(yǎng)分累積量由表5可知,單株油葵N養(yǎng)分累積量可達(dá)4.2 g/株;主要集中在籽粒中,總累積量達(dá)2.2 g/株,占單株油葵總累積量的52.38%;其次是葉片,占單株的23.81%;根最少。單株油葵P2O5養(yǎng)分累積量可達(dá)4.8 g/株;主要集中在籽粒中,達(dá)2.0 g/株,占單株總累積量的41.67%;其次是葉片,占單株的29.17%;根最少。單株油葵K2O養(yǎng)分累積量可達(dá)13.4 g/株;主要集中在莖中,達(dá)6.4 g/株,占單株總累積量的47.76%;其次是葉片和花盤(pán),占單株的23.14%和20.15%;根和籽粒最少。

表5 油用向日葵一生中各器官的N、P2O5、K2O養(yǎng)分累積量

單株油葵3種養(yǎng)分的總累積量的大小排序?yàn)镵2O>P2O5>N。就籽粒中3種養(yǎng)分累積量占單株的百分比可知,對(duì)籽粒的形成和發(fā)育的貢獻(xiàn)率大小排序?yàn)镹>P2O5>K2O。

2.2 單株油用向日葵一生中N、P2O5、K2O養(yǎng)分及水分累積量的變化從圖1可以看出,對(duì)單株油葵的N、P2O5、K2O養(yǎng)分累積量進(jìn)行“S”型曲線模擬,r值分別為0.997 648、0.993 580和0.986 975,因此油葵的N、P2O5、K2O養(yǎng)分符合logstic方程。

圖1 單株油葵一生的N、P2O5、K2O養(yǎng)分累積量

2.3 油用向日葵不同生育時(shí)期N、P2O5、K2O累積量由表6可知,油葵全生育期幼苗期和成熟期最長(zhǎng)。通過(guò)logstic方程模擬后,單株油葵一生的N累積量可達(dá)4.5 g/株,主要是在現(xiàn)蕾期和幼苗期,累積量達(dá)一生中總累積量的37.78%和33.33%。單株油葵一生的P2O5累積量可達(dá)5.3 g/株,主要是在開(kāi)花期和現(xiàn)蕾期,累積量達(dá)一生中總累積量的47.17%和39.62%。單株油葵一生的K2O累積量可達(dá)15.5 g/株,主要是現(xiàn)蕾期,累積量達(dá)一生中總累積量的52.91%,苗期和開(kāi)花期也有累積。3種養(yǎng)分在成熟期的累積量占整個(gè)生育期很小。

表6 油用向日葵不同生育時(shí)期N、P2O5、K2O累積量

單株油葵一生中的N、P2O5、K2O累積量的大小排序與之前的結(jié)論一致。

2.4 油用向日葵在不同時(shí)期對(duì)N、P2O5、K2O、水分的吸收量由圖2可知,油葵全生育期對(duì)水分的吸收量遠(yuǎn)大于氮磷鉀養(yǎng)分的吸收量,對(duì)鉀素的吸收高于氮素和磷素。作物吸收養(yǎng)分的高峰期,也稱植物營(yíng)養(yǎng)最大效率期,是養(yǎng)分能發(fā)揮最大增產(chǎn)效能的時(shí)期,表明該時(shí)期是對(duì)某種養(yǎng)分的需求量最多,作物吸收養(yǎng)分能力強(qiáng),生長(zhǎng)旺盛的時(shí)期。油葵吸收各養(yǎng)分水分的高峰期并不是都處于同一時(shí)期。吸收水分、鉀的高峰期在出苗后60 d左右,吸收量分別達(dá)94.9、8.2 g/株;從苗期到現(xiàn)蕾期對(duì)氮素的吸收量都保持高水平,在1.6 g/株左右;吸收磷的高峰期在出苗后75 d(終花期)左右,吸收量達(dá)3.6 g/株。這是因?yàn)榈侵参矬w內(nèi)許多重要有機(jī)化合物的成分,在多方面影響植物的代謝過(guò)程和生長(zhǎng)發(fā)育,現(xiàn)蕾期是油葵莖、葉生物量增加最快的時(shí)期,因此需要吸收大量水分,更需要吸收氮素來(lái)完成有機(jī)化合物的合成;鉀素可促進(jìn)光合作用,因此其需求量較高;磷素促進(jìn)開(kāi)花,因此在現(xiàn)蕾后油葵對(duì)磷素的吸收量逐漸增多,直到終花。如能及時(shí)滿足作物對(duì)3種養(yǎng)分與水分的需求,其增產(chǎn)效果顯著。

圖2 油用向日葵在不同生育期對(duì)N、P2O5、K2O、水分的吸收量

2.5 不同水肥耦合條件對(duì)油用向日葵產(chǎn)量的影響

2.5.1對(duì)不同水肥耦合條件下油用向日葵產(chǎn)量的差異分析。針對(duì)3個(gè)區(qū)組所有處理按小區(qū)實(shí)產(chǎn)實(shí)收,并將采樣與考種損失的產(chǎn)量合算進(jìn)去。3次重復(fù),以便方差分析。對(duì)產(chǎn)量的平均值折合成油用向日葵產(chǎn)量(表7)。

表7 不同水肥耦合條件下油用向日葵產(chǎn)量

方差分析結(jié)果表明,增施氮磷肥和灌水的增產(chǎn)效果均達(dá)極顯著水平,但超量施肥產(chǎn)量反而降低。以處理(純氮投入量為180 kg/hm2,P2O5投入量90 kg/hm2,灌水量750 m3/hm2)增幅最高,相比對(duì)照處理增產(chǎn)31.9%,產(chǎn)量達(dá)4 814.7 kg/hm2。其次為處理⑥(純氮投入量為307.3 kg/hm2,P2O5投入量153.6 kg/hm2,灌水量1 125 m3/hm2),增產(chǎn)30.0%,產(chǎn)量達(dá)4 746.3 kg/hm2。可初步確定適宜當(dāng)?shù)赜涂弋a(chǎn)的水肥組合為純氮投入量為180.0～307.3 kg/hm2,P2O5投入量90.0～153.6 kg/hm2,灌水量750～1 125 m3/hm2。結(jié)合2014年及往年試驗(yàn),K2O 投入量確定在60 kg/hm2左右。

2.5.2產(chǎn)量函數(shù)模型的建立。對(duì)產(chǎn)量結(jié)果進(jìn)行二次回歸擬合,得到其回歸數(shù)學(xué)模型:

Y=4 814.678 9+112.655 4x1+87.160 0x2+131.598 3x3-74.519 5x12-139.503 2x22-178.739 6x32+33.657 7x1x2+65.077 9x1x3-26.085 0x2x3

(1)

式中,Y為油用向日葵產(chǎn)量( kg/hm2),x1、x2、x3分別為試驗(yàn)設(shè)計(jì)的氮肥(N)、磷肥(P2O5)和灌水的碼值。經(jīng)檢驗(yàn)該方程達(dá)顯著水平,說(shuō)明方程擬合性好,模型能反映油用向日葵產(chǎn)量和氮、磷、水三因素之間的關(guān)系。

2.5.3單因素效應(yīng)分析。對(duì)回歸模型(1)降維,固定兩因素碼值為0,分別得到3個(gè)因素對(duì)產(chǎn)量的單因素效應(yīng)方程模型:

Yx1=4 814.678 9+112.655 4x1-74.519 5x12

(2)

Yx2=4 814.678 9+87.160 0x2-139.503 2x22

(3)

Yx3=4 814.678 9+131.598 3x3-178.739 6x32

(4)

偏回歸系數(shù)的絕對(duì)值可以直接反映變量對(duì)產(chǎn)量的影響程度。由方程一次項(xiàng)系數(shù)都為正值可知,各因素對(duì)產(chǎn)量都有增產(chǎn)效應(yīng),且增產(chǎn)程度大小順序?yàn)樗?x3)﹥氮(x1)﹥磷(x2),水分起主導(dǎo)作用。該試驗(yàn)并未排除降水量的影響,當(dāng)?shù)亟涤陼r(shí)節(jié)與油葵需水時(shí)期吻合較好,但降水量較往年少,植株對(duì)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的吸收依賴于土壤有效水的多少,因此水對(duì)油葵產(chǎn)量的影響也非常大。

由二次項(xiàng)系數(shù)為負(fù)值可知,油葵產(chǎn)量對(duì)不同水平氮、磷、水的效應(yīng)表現(xiàn)為開(kāi)口向下的拋物線型,拋物線頂點(diǎn)的最高產(chǎn)量值對(duì)應(yīng)三因素的最適投入量,超過(guò)最適投入量反而降低產(chǎn)量[3,6-8],符合報(bào)酬遞減規(guī)律。由圖3各因素的產(chǎn)量效應(yīng)可知,無(wú)論投入量高或低,氮肥的增產(chǎn)效果始終高于水分和磷肥。由模型(2)計(jì)算可知,施氮獲得的最高產(chǎn)量值對(duì)應(yīng)的最適投入量為0.756(碼值),實(shí)際用量為248.03 kg/hm2,產(chǎn)量可達(dá)4 857.26 kg/hm2;由模型(3)計(jì)算可知,施磷獲得的最高產(chǎn)量值對(duì)應(yīng)的最適投入量為0.312,實(shí)際用量為104.06 kg/hm2,產(chǎn)量可達(dá)4 828.29 kg/hm2;由模型(4)計(jì)算可知,灌水獲得的最高產(chǎn)量值對(duì)應(yīng)的最適投入量為0.368(碼值),實(shí)際用量為888.05 m3/hm2,產(chǎn)量可達(dá)4 838.90 kg/hm2。當(dāng)因素投入低于最適投入量時(shí),產(chǎn)量隨投入量的增加而增加;等于投入量時(shí),產(chǎn)量最大;高于投入量時(shí),產(chǎn)量隨投入量增加而降低。

圖3 N、P、水單因素效應(yīng)

2.5.4單因素邊際效應(yīng)。邊際產(chǎn)量可反映各因素的最適投入量和單位水平投入量變化對(duì)產(chǎn)量增減速率的影響,各因素在不同水平下的邊際產(chǎn)量可通過(guò)對(duì)回歸模擬求一階偏導(dǎo),得到氮、磷、水因素的邊際效應(yīng)方程:

dy/dx1=112.655 4-149.039x1

(5)

dy/dx2=87.160 0-279.006 4x2

(6)

dy/dx3=131.5983-357.4792x3

(7)

令dy/dx=0,得到圖4,反映了邊際效應(yīng)隨因素大小變化而變化的速率。由圖4可知,邊際效應(yīng)隨三因素投入量的增加均呈遞減趨勢(shì)。說(shuō)明低投入時(shí)邊際效應(yīng)更大,即增產(chǎn)效益更大,并以水分增產(chǎn)效果最顯著,氮因素增產(chǎn)效果變化緩慢;隨著投入量的增加,邊際效應(yīng)降低,與X軸相交處即為單因素最適投入量,分別為x1=0.756,換算為純氮投入量為248.03 kg/hm2,產(chǎn)量達(dá)4 857.26 kg/hm2;x2=0.312,P2O5投入量為104.06 kg/hm2,產(chǎn)量達(dá)4 828.29 kg/hm2;x3=0.368,灌水量為888.05 m3/hm2,產(chǎn)量達(dá)4 838.90 kg/hm2。投入量繼續(xù)增加,邊際效應(yīng)呈負(fù)值,以氮因素邊際效應(yīng)最大,即增產(chǎn)效益最大。由此可知,當(dāng)土壤氮養(yǎng)分貧瘠時(shí),可通過(guò)增加灌水提高產(chǎn)量;當(dāng)土壤含水量高時(shí),可通過(guò)增施氮肥投入量提高產(chǎn)量。磷素邊際效益變化速率小,說(shuō)明磷素對(duì)油葵產(chǎn)量的影響相對(duì)較小。

圖4 單因素邊際效應(yīng)

2.5.5因素耦合效應(yīng)。為探討耦合效應(yīng),對(duì)回歸模型(1)降維,分別固定一個(gè)因素碼值為0,得到另外2個(gè)因素對(duì)產(chǎn)量的耦合效應(yīng)回歸子模型(8)、(9)、(10):

Yx1=0=4 814.678 9+87.160 0x2+131.598 3x3-139.503 2x22-178.739 6x32-26.085 0x2x3

(8)

Yx2=0=4 814.678 9+112.655 4x1+131.598 3x3-74.519 5x12-178.739 6x32+65.077 9x1x3

(9)

Yx3=0=4 814.678 9+112.655 4x1+87.160 0x2-74.519 5x12-139.503 2x22+33.657 7x1x2

(10)

由模型可知,x1x3、x1x2系數(shù)為正,x2x3系數(shù)為負(fù),說(shuō)明氮、水和氮、磷耦合對(duì)產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為正交互效應(yīng),可以相互促進(jìn);磷、水耦合表現(xiàn)為負(fù)交互效應(yīng),在一定程度上可以相互代替,在水分虧缺情況下施磷肥可提高作物抗旱能力[3-5、9-11];由系數(shù)絕對(duì)值可知,兩因素交互對(duì)產(chǎn)量的影響大小順序?yàn)榈兊砖兞姿?/p>

對(duì)(8)、(9)、(10)模型繪圖,得到兩因素交互效應(yīng)曲面圖(圖5、6、7),均呈開(kāi)口向下拋物線形,說(shuō)明符合報(bào)酬遞減規(guī)律。由圖5可知,水、磷交互效應(yīng)曲面圖高產(chǎn)量趨向于水因素,因此灌水增產(chǎn)效果大于施磷;當(dāng)磷投入量低時(shí),隨著水因素的增大,油葵產(chǎn)量迅速上升,說(shuō)明當(dāng)磷養(yǎng)分貧瘠時(shí),可通過(guò)增加灌水有效提高油葵產(chǎn)量,二者有相互替代作用;(x1=0時(shí))最高點(diǎn)出現(xiàn)在x2=0.312(P2O5投入量104.06 kg/hm2),x3=0.368(灌水量888.05 m3/hm2),產(chǎn)量達(dá)4 849.52 kg/hm2。由圖6可知,氮、水交互效應(yīng)曲面圖高產(chǎn)量趨向于氮因素,說(shuō)明施氮增產(chǎn)效益大于灌水;當(dāng)灌水量低時(shí),適量增施氮肥可提高產(chǎn)量,但最低產(chǎn)量出現(xiàn)在高氮低水處,因?yàn)榈屯寥篮坑诌^(guò)量施氮肥,會(huì)加重水分脅迫,說(shuō)明高氮低水脅迫使產(chǎn)量大幅度下降;(x2=0時(shí))最高點(diǎn)出現(xiàn)在高氮高水水平:x1=0.756(N投入量248.03 kg/hm2),x3=0.368(灌水量888.05 m3/hm2),產(chǎn)量達(dá)4 899.59 kg/hm2,說(shuō)明可通過(guò)高氮高水提高油葵產(chǎn)量。由圖7可知,氮、磷交互效應(yīng)曲面圖高產(chǎn)量趨向于氮因素,說(shuō)明施氮肥增產(chǎn)效益大于施磷;(x3=0時(shí))最高點(diǎn)出現(xiàn)在x1=0.756(N投入量248.03 kg/hm2),x2=0.312(P2O5投入量104.06 kg/hm2),產(chǎn)量達(dá)4 878.82 kg/hm2。

圖5 P、水交互作用

圖6 N、水交互作用

圖7 N、P交互作用

2.5.6數(shù)學(xué)模型尋優(yōu)。獲得最高產(chǎn)量的必要條件是回歸模型對(duì)各因子的一階偏導(dǎo)數(shù)為零。用回歸模型(1)分別對(duì)x1、x2、x3求偏導(dǎo),即方程(5)、(6)、(7),令等于0。得到最優(yōu)解x1=0.756、x2=0.312、x3=0.368,換算為純氮投入量為248.03 kg/hm2,P2O5投入量104.06 kg/hm2,灌水量888.05 m3/hm2,產(chǎn)量達(dá)4 918.15 kg/hm2。結(jié)合2014年及往年試驗(yàn),K2O 投入量確定在60 kg/hm2左右。N∶P2O5∶K2O最佳配比為4.12∶1.73∶1。

2.5.7經(jīng)濟(jì)效益分析。不考慮其他花費(fèi),當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣性灌水、施復(fù)合肥的成本為2 325元/hm2,產(chǎn)量3 800 kg/hm2。按純N 5.06元/kg、P2O56.52元/kg、K2O 8.63元/kg、灌水0.2元/m3計(jì)算,最優(yōu)水肥處理(N、P2O5、K2O投入量分別為248.03、104.06、60.00 kg/hm2,水投入量為888.05 m3/hm2)的成本為2 629元/hm2,產(chǎn)量4 918.15 kg/hm2,按油葵5元/kg計(jì)算,與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民未進(jìn)行水肥耦合處理相比,增產(chǎn)29.4%,增收5 287元/hm2(表8)。

表8 最優(yōu)水肥組合與當(dāng)?shù)亓?xí)慣管理所得效益的對(duì)比

3 結(jié)論與討論

(1)單株油葵N養(yǎng)分累積量可達(dá)4.2 g/株;主要集中在籽粒中,總累積量達(dá)2.2 g/株,占單株油葵總累積量的52.38%;其次是葉片,占單株的23.81%;根最少。單株油葵P2O5養(yǎng)分累積量可達(dá)4.8 g/株;主要集中在籽粒中,達(dá)2.0 g/株,占單株總累積量的41.67%;其次是葉片,占單株的29.17%;根最少。單株油葵K2O養(yǎng)分累積量可達(dá)13.4 g/株;主要集中在莖中,達(dá)6.4 g/株,占單株總累積量的47.76%;其次是葉片和花盤(pán),占單株的23.14%和20.15%;根和籽粒最少。

單株油葵3種養(yǎng)分的總累積量的大小排序?yàn)镵2O>P2O5>N。但對(duì)籽粒的形成和發(fā)育的貢獻(xiàn)率大小排序?yàn)镹>P2O5>K2O。

(2)對(duì)單株油葵的N、P2O5、K2O累積量進(jìn)行“S”型曲線模擬,r值分別為0.997 648、0.993 580和0.986 975,因此油葵的N、P2O5、K2O累積量符合logstic方程。

(3)油葵全生育期達(dá)120 d左右,幼苗期和成熟期最長(zhǎng)。通過(guò)logstic方程模擬后,可知單株油葵一生的N累積量可達(dá)4.5 g,主要是在現(xiàn)蕾期和幼苗期,累積量達(dá)一生中總累積量的37.78%和33.33%。單株油葵一生的P2O5累積量可達(dá)5.3 g,主要是在開(kāi)花期和現(xiàn)蕾期,累積量達(dá)一生中總累積量的47.17%和39.62%。單株油葵一生的K2O累積量可達(dá)15.5 g,主要是現(xiàn)蕾期,累積量達(dá)一生中總累積量的52.97%,苗期和開(kāi)花期也有累積。3種養(yǎng)分在成熟期的累積量占整個(gè)生育期很小。

(4)單株油葵全生育期對(duì)水分的吸收量遠(yuǎn)大于氮磷鉀養(yǎng)分的吸收量,對(duì)鉀素的吸收高于氮素和磷素。且油葵吸收各養(yǎng)分水分的高峰期并不是都處于同一時(shí)期。吸收水分、鉀的高峰期在出苗后60 d左右,吸收量分別可以達(dá)94.9、8.2 g/株;從苗期到現(xiàn)蕾期對(duì)氮素的吸收量都保持高水平,在1.6 g/株左右;吸收磷的高峰期在出苗后75 d(終花期)左右,吸收量達(dá)3.6 g/株。

(5)適宜當(dāng)?shù)赜涂弋a(chǎn)的水肥組合為純氮投入量為180.0～307.3 kg/hm2,P2O5投入量90.0～153.6 kg/hm2,灌水量750～1 125 m3/hm2。結(jié)合2014年及往年試驗(yàn),K2O 投入量確定在60 kg/hm2左右。

各單因素對(duì)產(chǎn)量都有增產(chǎn)效應(yīng),且增產(chǎn)程度大小順序?yàn)樗?x3)﹥氮(x1)﹥磷(x2),水分起主導(dǎo)作用。且產(chǎn)量對(duì)不同水平氮、磷、水的效應(yīng)符合報(bào)酬遞減規(guī)律。邊際效應(yīng)反映了產(chǎn)量隨因素大小變化而變化的速率,邊際效應(yīng)隨三因素投入量的增加均呈遞減趨勢(shì),說(shuō)明低投入時(shí)邊際效應(yīng)更大,即增產(chǎn)速率更大,并以產(chǎn)量隨水分變化的速率最顯著。 任意兩因素碼值為0條件下,施氮獲得的產(chǎn)量更高,可達(dá)4 857.26 kg/hm2,實(shí)際用量為248.03 kg/hm2;施磷獲得的最高產(chǎn)量4 828.29 kg/hm2,實(shí)際用量為104.06 kg/hm2;灌水獲得的最高產(chǎn)量4 838.90 kg/hm2,實(shí)際用量為888.05 m3/hm2。

氮、水和氮、磷耦合對(duì)產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為正交互效應(yīng);磷、水耦合表現(xiàn)為負(fù)交互效應(yīng);兩因素交互對(duì)產(chǎn)量的影響程度大小順序?yàn)榈兊砖兞姿?。兩因素交互作用曲面圖趨向可知,灌水增產(chǎn)效果大于施磷。施氮增產(chǎn)效益大于灌水,高氮低水脅迫使產(chǎn)量大幅度下降;可通過(guò)高氮高水提高油葵產(chǎn)量。施氮增產(chǎn)效益大于施磷。

通過(guò)田間試驗(yàn),對(duì)數(shù)學(xué)模型尋優(yōu),獲得適宜當(dāng)?shù)氐淖顑?yōu)水肥用量為純氮投入量為248.03 kg/hm2,P2O5投入量104.06 kg/hm2,K2O 投入量 60 kg/hm2,灌水量888.05 m3/hm2,產(chǎn)量達(dá)4 918.15 kg/hm2。N∶P2O5∶K2O最佳配比為4.12∶1.73∶1。與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民相比,增產(chǎn)29.4%,增收5 287元/hm2。因此該試驗(yàn)結(jié)果具有應(yīng)用于農(nóng)田實(shí)踐的必要性。