宋學林, 謝曉蓉, 劉金榮

(1.張掖市種子管理局, 甘肅 張掖 734000； 2.甘肅中醫(yī)藥大學,甘肅 蘭州 730020； 3.蘭州大學 草地農(nóng)業(yè)科技學院, 甘肅 蘭州 730020)

近年來，隨著甘草產(chǎn)業(yè)開發(fā)利用的不斷深入，甘草在甘肅省河西走廊荒漠區(qū)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中占有重要地位。甘肅省河西走廊荒漠區(qū)具有得天獨厚的自然環(huán)境條件和區(qū)位優(yōu)勢，日照時間3 000～3 400 h，年均溫度5.2～7.5 ℃，≥10的積溫為2 400～2 800 ℃，年降水量100～150 mm，年蒸發(fā)量2 000～3 000 mm，無霜期105 ～130 d，海拔1 800～2 300 m的灰鈣土是甘草種植的最佳生態(tài)區(qū)。近年來，甘肅省河西走廊從國外引進了烏拉爾甘草、無腺毛甘草、光果甘草、脹果甘草、粗毛甘草、圓果甘草、刺果甘草和光國甘草，建立了加工型甘草生產(chǎn)基地2.97×104hm2，年產(chǎn)鮮甘草2.86×105t，建成了永正藥業(yè)2.50×104t中藥材加工生產(chǎn)線，宏泰藥業(yè)2 000 t中藥材加工生產(chǎn)線，甘草產(chǎn)業(yè)已發(fā)展成為甘肅河西走廊荒漠區(qū)農(nóng)民增收,企業(yè)增效的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著甘草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前日益凸顯的主要問題是：農(nóng)戶超量施用氮磷化肥的現(xiàn)象非常普遍，沒有施用鉀肥和鋅肥的習慣，土壤養(yǎng)分比例失衡，缺鉀和缺鋅的生理性病害經(jīng)常發(fā)生，導(dǎo)致甘草品質(zhì)和藥效較差，產(chǎn)量低而不穩(wěn)。因此，研究甘草氮磷鉀鋅經(jīng)濟效益最佳施肥量是本地區(qū)甘草產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。近年來，有關(guān)甘草施肥技術(shù)研究受到了廣泛關(guān)注[1-10]。然未見甘肅省河西走廊灰鈣土甘草氮磷鉀鋅最佳施肥量方面的報道。本文擬以甘草和氮磷鉀鋅為研究材料，采用田間試驗方法，分析氮磷鉀鋅不同梯度施用量對甘草的增產(chǎn)效果和經(jīng)濟效益，闡明甘肅省河西走廊荒漠區(qū)灰鈣土甘草氮磷鉀鋅經(jīng)濟效益最佳施肥量，以期為甘草合理施肥提供技術(shù)支撐。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗地概況 試驗于2015—2017年在甘肅省張掖市民樂縣三堡鎮(zhèn)上二壩寨村進行，海拔2 128 m，100°53′22″E，37°48′17″N，年均溫5.2 ℃，≥10 ℃積溫2 685 ℃，年均降水量330 mm，年均蒸發(fā)量1 850 mm，無霜期105 d。供試土壤類型是灰鈣土。在試驗地種植前(2015年4月30)采用對角線采樣方法，在試驗地布置5個采樣點，每個采樣點采集0—20 cm土樣3 kg，用四分法帶回1 kg混合土樣，風干15 d，過1 mm篩，室內(nèi)測定含有機質(zhì)12.67 g/kg，堿解氮45.64 mg/kg，速效磷5.60 mg/kg，速效鉀125.20 mg/kg，有效鋅0.41mg/kg，pH值7.83，陽離子交換量CEC 12.80 mol/kg，容重1.24 g/cm， 總孔隙度53.21%，土壤質(zhì)地為壤質(zhì)土，前茬作物是青稞。

1.1.2 試驗材料 尿素(含N 46%，粒徑2～3 mm，甘肅劉家峽化工廠產(chǎn)品)；過磷酸鈣(含P2O520%，粒徑2～5 mm，云南云天化國際化工股份有限公司產(chǎn)品)；硫酸鉀(含K2O 50%，粒徑2～3 mm，湖北興銀河化工有限公司產(chǎn)品)，硫酸鋅(含Zn 23%，粒徑2～3 mm，甘肅劉家峽化工廠產(chǎn)品)；甘草品種(烏拉爾甘草，從甘肅省武威市民勤縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站引進)。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗處理 氮(N)素施肥量梯度分別設(shè)計為0,90,180,270,360,450,540,630 kg/hm2，以不施氮為CK，每個處理施用P2O5260 kg/hm2+K2O 160 kg/hm2做肥底；磷(P2O5)素施肥量梯度分別設(shè)計為0,45,90,135,180,225,270,315 kg/hm2，以不施磷為CK,每個處理施用N 460 kg/hm2+K2O 160 kg/hm2做肥底；鉀(K2O)素施肥量梯度分別設(shè)計為0,30,60,90,120,150,180,210 kg/hm2，以不施鉀為CK,每個處理施用N 460 kg/hm2+P2O5260 kg/hm2做肥底；鋅(Zn)素施肥量梯度分別設(shè)計為0,4.50,9.00,13.50,18.00,22.50,27.00,31.50 kg/hm2，以不施鋅為CK,每個處理施用N 460 kg/hm2+P2O5260 kg/hm2+K2O 160 kg/hm2做肥底。每個試驗設(shè)計8個處理，每個處理重復(fù)3次，隨機區(qū)組排列。

1.2.2 種植方法 試驗小區(qū)面積為40 m2(8 m×5 m)，小區(qū)四周筑埂，埂寬50 cm，埂高30 cm。種植時間為2015年的4月30日，將直徑1.5 cm的根莖截成 10～15 cm 的小段，每段 1～2 個芽，按株距30 cm，行距40 cm，深度15 cm開溝，將剪好的根莖節(jié)平擺溝底覆土壓實，每個小區(qū)種植6行，每小區(qū)保苗160株，種植后立即灌水。1/3肥料在第2次灌水時追施， 2/3肥料在第3次灌水時追施，追肥方法為條施，其他田間管理措施與大田相同。

1.2.3 測定項目與方法 定點試驗3 a后，于2017年9月30日每個試驗小區(qū)單獨收獲，將小區(qū)產(chǎn)量折合成單位公頃(hm2)產(chǎn)量進行統(tǒng)計分析[11]。

邊際產(chǎn)量=每增加一個單位肥料用量時

所得到的產(chǎn)量-前一個處理的產(chǎn)量

(1)

邊際產(chǎn)值=邊際產(chǎn)量×產(chǎn)品價格

(2)

邊際成本=邊際施肥量×肥料價格

(3)

邊際利潤=邊際產(chǎn)值-邊際成本

(4)

邊際施肥量=后一個處理

施肥量-前一個處理施肥量

(5)

每千克 N,P,K,Zn增產(chǎn)量=

(N,P,K,Zn增產(chǎn)量)/(N，P，K，Zn施肥量)

(6)

1.2.4 數(shù)據(jù)分析方法 差異顯著性采用DPSS 10.0統(tǒng)計軟件分析，多重比較，LSR檢驗法。依據(jù)經(jīng)濟效益最佳施肥量計算公式：

x0=〔(Px/Py)-b〕/2c

(7)

式中：Px——肥料平均銷售價格(元/t)；Py——農(nóng)產(chǎn)品平均收購價格(元/t)。b,c——回歸系數(shù)。

求得N,P,K,Zn經(jīng)濟效益最佳施肥量(x0)[12]，依據(jù)Y=a+bx+cx2回歸方程，求得甘草鮮根理論產(chǎn)量(y)[13]。甘草價格依據(jù)2017年試驗時間內(nèi)當?shù)丶庸て髽I(yè)收購價格確定。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘草氮素最佳經(jīng)濟效益施肥量

2.1.1 氮素施肥量對甘草增產(chǎn)效果和經(jīng)濟效益的影響 定點試驗3 a后，于2017年9月30日甘草收獲時測定數(shù)據(jù)可以看出，隨著氮素施肥量梯度的增加，甘草鮮根產(chǎn)量在梯增。氮素施肥量由90 kg/hm2遞增到630 kg/hm2時，甘草鮮根產(chǎn)量由9.36 t/hm2遞增到13.26 t/hm2。氮素施肥630 kg/hm2與540 kg/hm2比較，增產(chǎn)0.60%，差異不顯著(p>0.05)；與450 kg/hm2比較，增產(chǎn)5.83%，差異顯著(p<0.05)；與施肥量360,270,180,90 kg/hm2比較，分別增產(chǎn)12.47%,20.33%,29.87%,41.67%，差異極顯著(p<0.01)。

經(jīng)施肥利潤分析可以看出，氮素施肥量由90 kg/hm2遞增到450 kg/hm2時，施肥利潤隨著氮素施肥量梯度的增加而遞增，氮素施肥量超過450 kg/hm2時，施肥利潤開始下降。由此可見，氮素適宜用量一般不要超過450 kg/hm2。進一步分析可以看出，隨著氮素施肥量梯度的增加，千克氮素增產(chǎn)量在遞減。將氮素不同梯度施肥量與甘草鮮根產(chǎn)量進行經(jīng)濟效益分析可知[14-15]，隨著氮素施肥量梯度的增加，邊際產(chǎn)量由最初的0.91 t/hm2遞減到0.08t/hm2；邊際產(chǎn)值由最初的4 550元/hm2遞減到400元/hm2；邊際利潤由最初的1 028.30元/hm2遞減到-3 121.70元/hm2。氮素施肥量在450 kg/hm2的基礎(chǔ)上再繼續(xù)增加施肥量，邊際利潤出現(xiàn)負值(見表1)。

表1 氮素施肥量對甘草增產(chǎn)效果和經(jīng)濟效益的影響

注：同列數(shù)據(jù)大寫字母不同表示LSR0.01水平差異顯著，小寫字母不同表示LSR0.05水平差異顯著，下同。

2.1.2 甘草氮素最佳經(jīng)濟效益施肥量確定 將表1氮素不同梯度施肥量與甘草鮮根產(chǎn)量間的關(guān)系，采用肥料效應(yīng)函數(shù)方程Y=a+bx+cx2擬合，得到的回歸方程為：

y=8.450 0+11.130 6x-3.591 9x2

(8)

對回歸方程進行顯著性測驗，F(xiàn)=20.19**，F(xiàn)0.01=18.84，r= 0.983 4**，說明回歸方程擬合良好。2017年氮素市場平均銷售價格(Px)為39 130元/t，2017年甘草鮮根市場平均收購價格為(Py)為5 000元/t，將Px,Py,回歸方程的b和c代入公式(7),求得甘草氮素最佳經(jīng)濟效益施肥量(x0)為0.46 t/hm2，將x0代入(8)式，求得甘草氮素最佳經(jīng)濟效益施肥量時的甘草鮮根理論產(chǎn)量(y)為12.81 t/hm2, 回歸統(tǒng)計分析結(jié)果與田間試驗處理的氮素施肥量450 kg/hm2基本吻合(見表1)。

2.2 甘草磷素最佳經(jīng)濟效益施肥量

2.2.1 磷素施肥量對甘草增產(chǎn)效果和經(jīng)濟效益的影響 定點試驗3 a后，2017年9月30日甘草收獲時測定數(shù)據(jù)可以看出，隨著磷素施肥量梯度的增加，甘草鮮根產(chǎn)量在梯增。磷素施肥量由45 kg/hm2遞增到315 kg/hm2時，甘草鮮根產(chǎn)量由10.79 t/hm2遞增到13.60 t/hm2。磷素施肥315 kg/hm2與270 kg/hm2比較，增產(chǎn)2.49%，差異不顯著(p>0.05)；與225 kg/hm2比較，增產(chǎn)5.75%，差異顯著(p<0.05)；與施肥量180,135,90,45 kg/hm2比較，分別增產(chǎn)9.50%,13.90%,19.30%,26.04%，差異極顯著(p<0.01)。經(jīng)施肥利潤分析可以看出，磷素施肥量由45 kg/hm2遞增到270 kg/hm2時，施肥利潤隨著磷素施肥量的增加而遞增，磷素施肥量大于270 kg/hm2時，施肥利潤開始下降。由此可見，磷素適宜用量不要超過270 kg/hm2。磷素施肥量由45 kg/hm2遞增到315 kg/hm2時，每1 kg磷素增產(chǎn)量由19.78 kg遞減到11.75 kg,說明單位磷素增產(chǎn)量隨磷素施肥量梯度的增加而遞減。將磷素不同梯度施肥量與甘草鮮根產(chǎn)量進行經(jīng)濟效益分析可以看出，隨著磷素施肥量梯度的增加，邊際產(chǎn)量由最初的0.89 t/hm2遞減到0.33 t/hm2；邊際產(chǎn)值由4 450元/hm2遞減到1 650元/hm2；邊際利潤由2 450.20元/hm2遞減到-349.80元/hm2。磷素施肥量在270 kg/hm2的基礎(chǔ)上再繼續(xù)增加施肥量，邊際利潤出現(xiàn)負值(見表2)。

表2 磷素施肥量對甘草增產(chǎn)效果和經(jīng)濟效益的影響

2.2.2 甘草磷素最佳經(jīng)濟效益施肥量確定 將表2磷素不同梯度施肥量與甘草鮮根產(chǎn)量間的關(guān)系，采用肥料效應(yīng)函數(shù)方程y=a+bx+cx2擬合，得到的回歸方程為：

y=9.900 0+18.304 3x-16.935 8x2

(9)

對回歸方程進行顯著性測驗，F(xiàn)=26.98**，F(xiàn)0.01=25.17，r=0.965 8**，說明回歸方程擬合良好。2017年磷素市場平均銷售價格(Px)為44 440元/t，2017年甘草鮮根市場平均收購價格(Py)為5 000元/t，將Px,Py,回歸方程的b和c代入公式(7),求得甘草磷素最佳施肥量(x0)為0.26 t/hm2，將x0代入(9)式，求得甘草磷素最佳施肥量時的甘草鮮根理論產(chǎn)量(y)為13.35 t/hm2, 回歸統(tǒng)計分析結(jié)果與田間試驗處理7磷素施肥量270 kg/hm2基本吻合(見表2)。

2.3 甘草鉀素最佳經(jīng)濟效益施肥量

2.3.1 鉀素施肥量對甘草增產(chǎn)效果和經(jīng)濟效益的影響 定點試驗3 a后，2017年9月30日甘草收獲時測定數(shù)據(jù)可以看出，隨著鉀素施肥量梯度的增加，甘草鮮根產(chǎn)量在遞增。鉀素施肥量由30 kg/hm2遞增到210 kg/hm2時，甘草鮮根產(chǎn)量由11.11 t/hm2遞增到13.34 t/hm2。鉀素施肥量210 kg/hm2與180和150 kg/hm2比較，增產(chǎn)1.75%和4.06%，差異不顯著(p>0.05)；與120 kg/hm2比較，增產(chǎn)7.24%，差異顯著(p<0.05)；與施肥量90,60和30 kg/hm2比較，分別增產(chǎn)10.89%,15.10%和20.07%，差異極顯著(p<0.01)。經(jīng)施肥利潤分析可知，鉀素施肥量由30 kg/hm2遞增到150 kg/hm2時，施肥利潤隨著鉀素施肥量梯度的增加而遞增，當鉀素施肥量在150 kg/hm2的基礎(chǔ)上再繼續(xù)增加，施肥利潤開始下降。由此可見，鉀素適宜用量一般為150 kg/hm2時，施肥利潤達到最大值。鉀素施肥量由30 kg/hm2遞增到210 kg/hm2時，千克鉀素增產(chǎn)量則由18.67 kg遞減到10.33 kg,說明單位鉀素增產(chǎn)量隨鉀素施肥量梯度的增加而遞減。隨著鉀素施肥量梯度增加，邊際產(chǎn)量由最初的0.56 t/hm2遞減到0.23 t/hm2；邊際產(chǎn)值由2 800元/hm2遞減到1 150元/hm2；邊際利潤由1 000元/hm2減少到-650元/hm2，鉀素施肥量在150 kg/hm2的基礎(chǔ)上再增加30 kg/hm2，邊際利潤出現(xiàn)負值(見表3)。

2.3.2 甘草鉀素最佳經(jīng)濟效益施肥量確定 將表3鉀素不同梯度施肥量與甘草鮮根產(chǎn)量間的關(guān)系，采用肥料效應(yīng)函數(shù)方程y=a+bx+cx2擬合擬合，得到的回歸方程為：

y=10.550 0+19.378 0x-23.046 9x2

(10)

對回歸方程進行顯著性測驗，F(xiàn)=24.05**，F(xiàn)0.01=22.44，r=0.982 3**，說明回歸方程擬合良好。2017年鉀素市場平均銷售價格(Px)為60 000元/t，2017年甘草鮮根市場平均收購價格(Py)為5 000元/t，將Px,Py,回歸方程的b和c代入公式(7),求得甘草鉀素最佳施肥量(x0)為0.16 t/hm2，將x0代入(10)式，求得甘草鉀素最佳施肥量時的甘草鮮根理論產(chǎn)量(y)為13.06 t/hm2, 回歸統(tǒng)計分析結(jié)果與田間試驗處理的鉀素施肥量150 kg/hm2基本吻合(見表3)。

2.4 甘草鋅素最佳經(jīng)濟效益施肥量

2.4.1 鋅素施肥量對甘草增產(chǎn)效果和經(jīng)濟效益的影響 定點試驗3 a后，2017年9月30日甘草收獲時測定數(shù)據(jù)可以看出，隨著鋅素施肥量梯度的增加，甘草鮮根產(chǎn)量在遞增。鋅素施肥量由4.50 kg/hm2遞增到33.60 kg/hm2時，甘草鮮根產(chǎn)量由12.27 t/hm2遞增到13.18 t/hm2。鋅素施肥量33.60 kg/hm2與施肥量27，22.50和18 kg/hm2比較，分別增產(chǎn)0.77%,1.70%和2.80%，差異不顯著(p>0.05)；與13.50 kg/hm2和9 kg/hm2比較，分別增產(chǎn)5.53%和5.61%，差異顯著(p<0.05)；與4.50 kg/hm2比較，增產(chǎn)7.42%，差異極顯著(p<0.01)。經(jīng)施肥利潤分析可知，鋅素施肥量由4.50 kg/hm2遞增到22.50 kg/hm2時，施肥利潤隨著鋅素施肥量梯度的增加而遞增，當鋅素施肥量在22.50 kg/hm2的基礎(chǔ)上再繼續(xù)增加4.50 kg/hm2，施肥利潤開始下降。由此可見，鋅素適宜用量一般為22.50 kg/hm2時，施肥利潤最大。鋅素施肥量由4.50 kg/hm2梯增到33.60 kg/hm2時，千克鋅素增產(chǎn)量則由55.56 kg遞減到36.83 kg,說明單位鋅素增產(chǎn)量隨鋅素施肥量梯度的增加而遞減。隨著鋅素施肥量梯度增加，邊際產(chǎn)量由最初的0.25 t/hm2遞減到0.10 t/hm2；邊際產(chǎn)值由1250元/hm2遞減到500元/hm2；邊際利潤由624.50元/hm2減少到-125.50元/hm2，鋅素施肥量在22.50 kg/hm2的基礎(chǔ)上再增加4.50 kg/hm2，邊際利潤出現(xiàn)負值(見表4)。

2.4.2 甘草鋅素最佳經(jīng)濟效益施肥量確定 將表4鉀素不同梯度施肥量與甘草鮮根產(chǎn)量間的關(guān)系，采用肥料效應(yīng)函數(shù)方程y=a+bx+cx2擬合，得到的回歸方程為：

y=12 020+173.436 3x-3.405 9x2

(11)

對回歸方程進行顯著性測驗，F(xiàn)=14.43**，F(xiàn)0.01=13.46，r=0.965 7**，說明回歸方程擬合良好。2017年鋅素市場平均銷售價格(Px)為139 000元/t，2017年甘草鮮根市場平均收購價格(Py)為5 000元/t，將Px,Py,回歸方程的b和c代入公式(7),求得甘草鋅素最佳施肥量(x0)為21.38 kg/hm2，將x0代入(11)式，求得甘草鋅素最佳施肥量時的甘草鮮根理論產(chǎn)量(y)為12 760.32 kg/hm2， 回歸統(tǒng)計分析結(jié)果與田間試驗處理的鋅素施肥量22.50 kg/hm2基本吻合(見表4)。

表4 鋅素施肥量對甘草增產(chǎn)效果和經(jīng)濟效益的影響

3 討論與結(jié)論

甘草鮮根產(chǎn)量和增產(chǎn)量隨著氮磷鉀鋅施肥量梯度的增加而增加，但千克氮磷鉀鋅增產(chǎn)量、邊際產(chǎn)量和邊際產(chǎn)值均隨著氮磷鉀鋅施肥量梯度的增加而遞減；施肥利潤隨著氮磷鉀鋅施肥量梯度的增加而逐漸增大，到達最大值后，施肥利潤開始下降，呈現(xiàn)報酬遞減律；邊際利潤隨著氮磷鉀鋅施肥量梯度的增加在逐漸下降，最終出現(xiàn)負值。邊際產(chǎn)值大于邊際成本，此時施肥利潤大于肥料投資，說明邊際產(chǎn)值雖然遞減，但是收入不斷增加，施肥還可以增收，此時應(yīng)繼續(xù)增加施肥量，擴大施肥利潤；邊際產(chǎn)值小于邊際成本，此時施肥所增加的收入小于肥料投資，此時施肥雖然甘草鮮根產(chǎn)量在增加，但從經(jīng)濟效益來講是不合算的，應(yīng)適當減少施肥量，這種變化規(guī)律與秦嘉海等[16-17]的研究結(jié)果相一致。究其原因是河西走廊荒漠區(qū)灰鈣土速效氮磷鉀含量較低，有效鋅缺，甘草施用氮、磷、鉀、鋅4種肥料具有明顯的增產(chǎn)效果。但最高產(chǎn)量的施肥量并不是經(jīng)濟效益最佳施肥量，經(jīng)濟效益最佳施肥量必然低于最高產(chǎn)量施肥量，在生產(chǎn)實踐中，一定要重視經(jīng)濟效益最佳施肥量，不能單純追求高產(chǎn)，以防止盲目投入造成不必要的經(jīng)濟損失。

經(jīng)回歸統(tǒng)計分析，甘草鮮根產(chǎn)量與氮磷鉀鋅的肥料效應(yīng)回歸方程為：y=8.450 0+11.130 6x-3.591 9x2，y=9.900 0+18.304 3x-16.935 8x2，y=10.550 0+19.378 0x-23.046 9x2和y=12 020+173.436 3x-3.405 9x2，甘草氮磷鉀鋅經(jīng)濟效益最佳施肥量為0.46，0.26，0.16和0.02 t/hm2，甘草鮮根理論產(chǎn)量為12.81,13.35,13.06,12.76 t/hm2，統(tǒng)計分析結(jié)果與田間試驗結(jié)果基本一致，對指導(dǎo)農(nóng)戶合理施肥具有一定的參考價值。