王樂政 華方靜 曹鵬鵬 田藝心 高鳳菊

(德州市農(nóng)業(yè)科學研究院，山東 德州 253015)

小豆(Vignaangulars)，又名紅小豆，是我國主要食用豆類作物之一[1]，具有生育期短、耐瘠薄、適應性廣、固氮養(yǎng)地等優(yōu)良特點，是禾谷類、棉花、薯類等作物間作套種的適宜作物和良好前茬，在農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用[2]，又因其富含營養(yǎng)，藥食同源，已成為保健食品開發(fā)的重要資源，因而，紅小豆的消費量、種植面積還將大幅提高[3]。但紅小豆生產(chǎn)上仍存在單產(chǎn)提高緩慢、總產(chǎn)不穩(wěn)等區(qū)域性問題[4]，因此，如何提高紅小豆產(chǎn)量、增加種植效益已成為研究熱點之一。通過施肥方式補充氮、磷、鉀是獲得作物高產(chǎn)的重要栽培措施，然而，肥料用量過高、比例不合理及施肥方法不科學等均會導致肥料利用率降低，生產(chǎn)成本升高，進而影響作物品質(zhì)，降低農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟效益，造成養(yǎng)分資源的浪費和環(huán)境污染[5-7]。關(guān)于紅小豆肥料效應方面已有大量報道。郭中校等[8]提出了吉林黑鈣土區(qū)紅小豆高產(chǎn)、低成本、高效益的氮、磷、鉀適宜用量；古述江等[9]分析認為化肥減量施用增施磷細菌劑可明顯促進小豆生長發(fā)育和改善小豆產(chǎn)品品質(zhì)；韓彥龍等[10]研究表明，干旱區(qū)紅小豆施肥增產(chǎn)效果顯著，并明確了紅小豆產(chǎn)量和產(chǎn)投比最高的氮、磷、鉀配施比例；曾玲玲等[11]通過建立肥料效應函數(shù)模型，確定了當?shù)丶t小豆氮、磷、鉀配施的最佳方案。

魯西北地區(qū)是糧食主產(chǎn)區(qū)，種植制度以小麥、玉米一年兩熟為主[12]。隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè)的發(fā)展，紅小豆等食用豆常年保持一定的種植面積，但大多種植在瘠薄地和鹽堿地，廣種薄收，管理粗放，栽培技術(shù)落后，導致紅小豆產(chǎn)量和商品率較低[13]。目前，關(guān)于紅小豆品種引進、篩選等方面的研究[14-15]已有大量報道，而針對魯西北生態(tài)區(qū)夏播紅小豆施肥方面的研究尚未見報道。由于在不同區(qū)域、不同種植模式下合理施肥量與配比存在較大差異，因此，針對魯西北生態(tài)區(qū)一年兩熟種植制度，從夏播紅小豆的干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益方面進行肥料效應研究，并制定經(jīng)濟合理的施肥原則，對減少化肥投入、降低環(huán)境污染、實現(xiàn)節(jié)本增效具有重要意義。“3414”試驗方案具備回歸最優(yōu)設計處理少、效率高的優(yōu)點，且符合肥料試驗和施肥決策的專業(yè)要求[16]，已在其他作物上得到了很好的應用[17-20]。本研究采用“3414”試驗設計，研究氮、磷、鉀配施對魯西北夏播紅小豆干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響，明確肥料因子間交互作用的方向，并構(gòu)建施肥效應模型，以期探索出氮、磷、鉀肥最佳施用量，為魯西北生態(tài)區(qū)夏播紅小豆的合理施肥提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試肥料分別為尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、硫酸鉀(含K2O 50%)，購自德州市金德農(nóng)農(nóng)資服務站；參試紅小豆品種為冀紅16號，由河北省農(nóng)林科學院糧油作物研究所提供。

1.2 試驗地概況

試驗于2017年在德州市農(nóng)業(yè)科學研究院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技園試驗基地(37°27′N，116°18′E)進行，該地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫13.4℃，≥10℃的積溫4 621.3℃，日照時數(shù)2 600 h，年均降雨量510 mm，主要集中在7-9月。供試土壤為黃潮土，試驗地0～20 cm土層土壤基礎理化性狀為pH值7.87、有機質(zhì)9.86 g·kg-1、全氮0.79 g·kg-1、速效氮63 mg·kg-1、速效磷8.04 mg·kg-1、速效鉀95 mg·kg-1。前茬作物為冬小麥，小麥收獲后秸稈還田。

1.3 試驗設計

試驗采用“3414”肥料完全試驗設計方案[16]，設氮、磷、鉀3個因素，4個水平(0水平為不施肥；2水平為常量施肥，專家推薦施肥量；1水平為減量施肥，施肥量為2水平的1/2；3水平為過量施肥，施肥量為2水平的1.5倍)，共14個處理，每個處理3次重復，完全隨機區(qū)組排列，具體設計方案及施肥量見表1。N0、N1、N2、N3分別表示氮肥(N)用量為0、45、90、135 kg·hm-2，P0、P1、P2、P3分別表示磷肥(P2O5)用量為0、60、120、180 kg·hm-2，K0、K1、K2、K3分別表示鉀肥(K2O)用量為0、50、100、150 kg·hm-2。小區(qū)面積為24 m2(4 m×6 m)，紅小豆種植密度10萬株·hm-2，四周設立保護行。全部磷肥、鉀肥及40%氮肥做基肥，60%氮肥于紅小豆始花期施入，之后全生育期不再施肥。試驗除施肥量不同外，其他按當?shù)厣a(chǎn)管理水平進行生育期內(nèi)的田間管理，各小區(qū)田間操作保持一致。

表1 紅小豆施肥“3414”試驗設計方案Table 1 Experiment design of “3414” fertilizer for adzuki bean

1.4 測定項目及方法

1)干物質(zhì)積累的測定：于成熟期收獲前，取各小區(qū)中間4行的任一行連續(xù)10株，按照莖、莢皮、籽粒(因植株成熟時葉片和葉柄自然脫落，故無法統(tǒng)計)分成三部分，105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重并稱量，按照公式計算單位面積干物質(zhì)積累(kg·hm-2)：

單位面積干物質(zhì)積累=單株各器官干物質(zhì)積累量×單位面積株數(shù)

(1)。

2)籽粒產(chǎn)量的測定：于成熟期對試驗小區(qū)分別實收測產(chǎn)，取中間4行(10 m2)計產(chǎn)，脫粒后子粒清選、風干，稱量小區(qū)子粒產(chǎn)量，按照含水量13%折合成單位面積產(chǎn)量(kg·hm-2)。

單位面積產(chǎn)量=[(小區(qū)籽粒產(chǎn)量/10)×(1-實測籽粒含水率)/(1-13%)]×104

(2)。

3)經(jīng)濟效益的計算：以紅小豆籽粒8.00元·kg-1、氮(N)3.05元·kg-1、磷(P2O5)6.00元·kg-1、鉀(K2O)7.00元·kg-1的價格(由于各處理的田間耕作及管理成本一致，故不計入)，按照公式計算單位面積經(jīng)濟效益(元·hm-2)：

單位面積經(jīng)濟效益=籽粒產(chǎn)量×籽粒價格-施肥量×肥料價格

(3)。

4)參照Shukla等[21]的方法，按照公式分別計算氮肥(N)農(nóng)學利用率(kg·kg-1)、磷肥(P2O5)農(nóng)學利用率(kg·kg-1)、鉀肥(K2O)農(nóng)學利用率(kg·kg-1)：

氮肥農(nóng)學利用率=(施氮區(qū)產(chǎn)量-無氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量

(4)

磷肥農(nóng)學利用率=(施磷區(qū)產(chǎn)量-無磷區(qū)產(chǎn)量)/施磷量

(5)

鉀肥農(nóng)學利用率=(施鉀區(qū)產(chǎn)量-無鉀區(qū)產(chǎn)量)/施鉀量

(6)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2003進行數(shù)據(jù)處理和作圖；DPS7.05進行統(tǒng)計分析，新復極差法標定5%差異水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對紅小豆干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響

由表2可知，施肥對紅小豆的干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益均有明顯影響。常量和減量施肥(平衡施肥)處理的干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的平均值分別為6 966.76、2 565.09 kg·hm-2和19 189.34 元·hm-2，較不施肥處理(N0P0K0)分別提高29.16%、22.49%和14.55%；過量施肥處理(N3P2K2、N2P3K2、N2P2K3)的干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益平均值分別為6 671.33、2 374.67 kg·hm-2和17 020.42 元·hm-2，較不施肥處理分別提高23.68%、13.40%和1.60%，較平衡施肥處理分別降低了4.24%、7.42%和11.30%；缺素施肥處理(N0P2K2、N2P0K2、N2P2K0)的干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益平均值分別為6 429.33、2 290.68 kg·hm-2和17 195.74元·hm-2，較不施肥處理分別提高19.19%、9.39%和2.65%，而與平衡施肥處理相比分別降低了7.71%、10.70%和10.39%；其中，過量施氮處理(N3P2K2)和缺氮處理(N0P2K2)顯著降低了經(jīng)濟效益，較不施肥處理分別顯著降低3.64%和3.32%。由此可見，氮、磷、鉀平衡施肥明顯增加了紅小豆的干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，而過量施肥和缺素施肥均不利于紅小豆干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的提高，甚至會降低經(jīng)濟效益。

表2 施肥對紅小豆干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響Table 2 Effect of fertilization on the dry matter accumulation, grain yield and economic benefits of adzuki bean

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level. The same as following.

2.2 氮、磷、鉀施肥效應

2.2.1 氮肥效應 以不施氮(N0P2K2)、減量施氮(N1P2K2)、常量施氮(N2P2K2)和過量施氮(N3P2K2)處理對施氮效應進行分析，由表3可知，隨著施氮水平的提高，紅小豆干物質(zhì)積累量、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益均呈先升高后降低的趨勢。不同施氮水平下紅小豆干物質(zhì)積累差異顯著，氮肥效應依次表現(xiàn)為常量施氮>減量施氮>過量施氮>不施氮，與不施氮處理相比，常量施氮、減量施氮和過量施氮處理干物質(zhì)積累分別顯著增加20.89%、13.63%和8.44%，說明施氮明顯增加了紅小豆干物質(zhì)積累。籽粒產(chǎn)量氮肥效應依次表現(xiàn)為常量施氮>減量施氮>過量施氮>不施氮，與不施氮處理相比，常量施氮、減量施氮、過量施氮處理籽粒產(chǎn)量分別增加18.44%、14.89%和2.04%，但過量施氮與不施氮處理間無顯著差異，而其他處理間差異顯著，說明常量施氮有利于紅小豆籽粒產(chǎn)量的提高；從不同施氮處理的氮肥農(nóng)學利用率看，減量施氮的氮肥農(nóng)學利用率最高，1 kg氮肥(N)可使紅小豆增產(chǎn)7.28 kg，均高于常量施氮和過量施氮處理。而經(jīng)濟效益依次表現(xiàn)為常量施氮>減量施氮>不施氮>過量施氮，與不施氮處理相比，常量施氮和減量施氮處理經(jīng)濟效益分別顯著增加18.36%和15.34%，過量施氮處理則降低0.33%，但與不施氮處理間無顯著差異，說明常量施氮有利于提高紅小豆的經(jīng)濟效益。

表3 紅小豆施氮效應Table 3 Effect of nitrogen fertilizer application on adzuki bean

2.2.2 磷肥效應 選取不施磷(N2P0K2)、減量施磷(N2P1K2)、常量施磷(N2P2K2)和過量施磷(N2P3K2)處理進行施磷效應分析，由表4可知，隨著施磷水平的提高，紅小豆干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益均呈先增加后降低的趨勢。不同施磷水平下紅小豆的干物質(zhì)積累差異顯著，磷肥效應依次表現(xiàn)為常量施磷>減量施磷>過量施磷>不施磷，與不施磷處理相比，常量施磷、減量施磷、過量施磷處理干物質(zhì)積累分別顯著增加10.96%、6.89%和2.93%，表現(xiàn)出與氮肥效應相似的趨勢。籽粒產(chǎn)量依次表現(xiàn)為常量施磷>減量施磷>過量施磷>不施磷，與不施磷處理相比，常量施磷、減量施磷、過量施磷處理籽粒產(chǎn)量分別顯著增加12.64%、11.96%和8.84%，但常量施磷與減量施磷處理間無顯著差異，而其他處理間差異顯著，說明常量施磷和減量施磷有利于紅小豆籽粒產(chǎn)量的提高；從不同施磷處理的磷肥農(nóng)學利用率看，減量施磷的磷肥農(nóng)學利用率最高，1 kg磷肥(P2O5)可使紅小豆增產(chǎn)4.62 kg，高于常量施磷和過量施磷處理。而經(jīng)濟效益依次表現(xiàn)為減量施磷>常量施磷>過量施磷>不施磷，與不施磷處理相比，常量施磷、減量施磷、過量施磷處理經(jīng)濟效益分別顯著增加10.57%、9.24%和3.18%，但減量施磷與常量施磷處理間無顯著差異，而其他處理間差異顯著，說明減量施磷和常量施磷有利于提高紅小豆的經(jīng)濟效益。

表4 紅小豆施磷效應Table 4 Effect of phosphorus fertilizer application on adzuki bean

2.2.3 鉀肥效應 選用不施鉀(N2P2K0)、減量施鉀(N2P2K1)、常量施鉀(N2P2K2)和過量施鉀(N2P2K3)處理進行紅小豆施鉀效應分析，由表5可知，隨著施鉀水平的提高紅小豆干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益均先增加后降低，與氮肥及磷肥效應表現(xiàn)出相似的趨勢。干物質(zhì)積累鉀肥效應依次表現(xiàn)為常量施鉀>減量施鉀>過量施鉀>不施鉀，與不施鉀處理相比，常量施鉀、減量施鉀、過量施鉀處理干物質(zhì)積累分別增加9.47%、4.22%和0.35%，其中過量施鉀與不施鉀處理間無顯著差異，而其他處理間差異顯著。籽粒產(chǎn)量鉀肥效應依次表現(xiàn)為常量施鉀>減量施鉀>過量施鉀>不施鉀，與不施鉀處理相比，常量施鉀、減量施鉀、過量施鉀處理籽粒產(chǎn)量分別增加10.77%、9.88%和0.10%，其中常量施鉀與減量施鉀處理、過量施鉀與不施鉀處理之間均無顯著差異，而其他處理間差異顯著；從不同施鉀水平的鉀肥農(nóng)學利用率看，減量施鉀處理最高，1 kg鉀肥(K2O)可使紅小豆增產(chǎn)4.65 kg，高于常量施鉀和過量施鉀處理。而經(jīng)濟效益表現(xiàn)為減量施鉀>常量施鉀>不施鉀>過量施鉀，與不施鉀處理相比，減量施鉀和常量施鉀處理經(jīng)濟效益分別顯著增加8.47%和7.45%，過量施鉀則顯著降低5.78%，但減量施鉀與常量施鉀處理間無顯著差異，而其他處理間差異顯著。上述結(jié)果表明，紅小豆施用鉀肥效應明顯，常量施鉀有利于增加紅小豆的干物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量，減量施鉀有利于增加經(jīng)濟效益。

表5 紅小豆施鉀效應Table 5 Effect of potassium fertilizer application on adzuki bean

2.3 氮、磷、鉀肥交互效應

2.3.1 不同磷鉀水平的氮肥效應 由圖1可知，不同磷、鉀水平對氮肥效應影響顯著，當鉀肥施用量相同時(鉀常量)，氮肥用量(N)從45 kg·hm-2增加到90 kg·hm-2，磷減量(P2O560 kg·hm-2)和磷常量(P2O5120 kg·hm-2)水平下，因氮肥用量的增加，紅小豆干物質(zhì)積累分別增加207.33和438.00 kg·hm-2，籽粒產(chǎn)量分別增加66.31和78.32 kg·hm-2，經(jīng)濟效益分別提高393.19和489.31元·hm-2，差異顯著(P<0.05)，說明磷肥用量的提高有利于氮肥肥效的發(fā)揮，即氮、磷肥的交互效應為正效應。當磷肥用量相同時(磷常量)，氮肥用量(N)從45 kg·hm-2增加到90 kg·hm-2，鉀減量(K2O 50 kg·hm-2)和鉀常量(K2O 100 kg·hm-2)水平下，因氮肥用量的增加，紅小豆干物質(zhì)積累分別增加64.00和438.00 kg·hm-2，籽粒產(chǎn)量分別增加31.51和78.32 kg·hm-2，經(jīng)濟效益分別提高114.86和489.31 元·hm-2，說明鉀肥用量的增加提高了氮肥肥效，即氮、鉀肥的交互效應為正效應。由此可見，本試驗條件下，最有利于氮肥肥效發(fā)揮的是磷常量和鉀常量水平。

圖1 不同磷鉀水平的氮肥效應Fig.1 Nitrogen fertilizer response under different phosphorus and potassium fertilizer levels

圖2 不同氮鉀水平的磷肥效應Fig.2 Phosphorus fertilizer response under different nitrogen and potassium fertilizer levels

2.3.2 不同氮、鉀水平的磷肥效應 由圖2可知，不同氮鉀水平對磷肥效應產(chǎn)生顯著影響，當鉀肥用量相同時(鉀常量)，磷肥(P2O5)用量從60 kg·hm-2增加到120 kg·hm-2，氮減量(N 45 kg·hm-2)和氮常量(N 90 kg·hm-2)水平下，因磷肥用量的增加，紅小豆干物質(zhì)積累分別增加37.33和268.00 kg·hm-2，籽粒產(chǎn)量分別增加3.69和15.71 kg·hm-2，而經(jīng)濟效益分別減少330.44和234.33元·hm-2(負效應減弱)，說明低氮水平不利于磷肥肥效的發(fā)揮，氮肥用量提高后施用磷肥效果更佳，即氮、磷肥的交互效應為正效應。當?shù)视昧肯嗤瑫r(氮常量)，磷肥(P2O5)用量從60 kg·hm-2增加到120 kg·hm-2，鉀減量(K2O 50 kg·hm-2)和鉀常量(K2O 100 kg·hm-2)水平下，因磷肥用量的增加，紅小豆干物質(zhì)積累分別增加42.00和268.00 kg·hm-2，而籽粒產(chǎn)量分別增加30.57和15.71 kg·hm-2(正效應減弱)，經(jīng)濟效益分別減少115.44和234.33元·hm-2(負效應增強)，說明鉀肥用量增加促進磷肥肥效的發(fā)揮，僅有利于紅小豆干物質(zhì)積累，而不利于籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的提高，即磷、鉀肥對干物質(zhì)積累的交互效應為正效應，而對籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的交互效應為負效應。綜上，本試驗條件下，最有利于磷肥肥效發(fā)揮的是氮常量和鉀減量水平。

圖3 不同氮磷水平的鉀肥效應Fig.3 Potassium fertilizer response under different nitrogen and phosphorus fertilizer levels

2.3.3 不同氮、磷水平的鉀肥效應 由圖3可知，不同氮磷水平對鉀肥效應產(chǎn)生顯著影響，當磷肥用量相同時(磷常量)，鉀肥(K2O)用量從50 kg·hm-2增加到100 kg·hm-2，氮減量(N 45 kg·hm-2)水平下，紅小豆干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益分別減少(負效應)24.00、25.83 kg·hm-2和556.67元·hm-2，而氮常量(N 90 kg·hm-2)水平下，干物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量分別增加(正效應)350.00和20.97 kg·hm-2，經(jīng)濟效益則減少了182.22元·hm-2(負效應減弱)，說明氮肥用量的提高有利于鉀肥肥效的發(fā)揮，即氮、鉀肥的交互效應為正效應。當?shù)视昧肯嗤瑫r(氮常量)，鉀肥(K2O)用量從50 kg·hm-2增加到100 kg·hm-2，磷減量(P2O560 kg·hm-2)水平下，紅小豆干物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量分別增加(正效應)124.00和35.83 kg·hm-2，經(jīng)濟效益減少63.33元·hm-2(負效應)，而磷常量(P2O5120 kg·hm-2)水平下，干物質(zhì)積累增加350.00 kg·hm-2(正效應增強)，籽粒產(chǎn)量僅增加20.97 kg·hm-2(正效應減弱)，經(jīng)濟效益則減少了182.22元·hm-2(負效應增強)，說明增加磷肥用量可促進鉀肥肥效的發(fā)揮，但僅有利于紅小豆干物質(zhì)積累，而不利于提高籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，即磷、鉀肥對干物質(zhì)積累的交互效應為正效應，而對籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的交互效應為負效應。綜上，本試驗條件下，最有利于鉀肥肥效發(fā)揮的是氮常量和磷減量水平。

2.4 氮、磷、鉀配施的優(yōu)化方案

采用三元二次回歸模型Y=b0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x12+b5x22+b6x32+b7x1x2+b8x1x3+b9x2x3，對表1各試驗處理的結(jié)果進行回歸分析，分別建立干物質(zhì)積累(Y1)、籽粒產(chǎn)量(Y2)和經(jīng)濟效益(Y3)與施肥量N(N)、P(P2O5)、K(K2O)的肥料效應模型。由表6可知，回歸模型R2值均大于0.97，P值均小于0.01，且一次項系數(shù)為正值，二次項系數(shù)為負值，均屬于典型肥料效應函數(shù)，可用于紅小豆干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的肥料效應分析。

表6 三元二次肥料效應模型Table 6 The ternary quadratic response model based on fertilizer levels

在回歸模擬計算過程中應用的是無量綱線性編碼代換，所求得的偏回歸系數(shù)已標準化，故其絕對值大小可直接反映各變量對因變量的影響程度[22]。由回歸方程的一次項偏回歸系數(shù)可知，施用N、P、K肥料對干物質(zhì)積累影響程度依次為N>P>K，對籽粒產(chǎn)量、經(jīng)濟效益影響程度依次為N>K>P，均以氮肥效應最大，氮肥是影響紅小豆干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的主要因素。N、P、K肥料因子的二次項回歸系數(shù)均為負數(shù)，說明3個肥料因子的效應曲線為凸型拋物線，應存在一個適宜的區(qū)間，如果超過適宜區(qū)間可能會降低干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。當N、P、K編碼值分別為1.714 2、1.694 9、1.575 3，即N、P、K施肥量分別為77.1、101.7、78.8 kg·hm-2時，紅小豆干物質(zhì)積累最高，為7 151.8 kg·hm-2；在N、P、K編碼值分別為1.508 2、1.588 2、1.407 5，即N、P、K施肥量分別為67.9、95.3、70.4 kg·hm-2時，紅小豆籽粒產(chǎn)量最高，為2 659.9 kg·hm-2；在N、P、K編碼值分別為1.396 3、1.135 2、1.115 3，即N、P、K施肥量分別為62.8、68.1、55.8 kg·hm-2時，紅小豆經(jīng)濟效益最高，為20 147.9 元·hm-2。

根據(jù)建立的肥料效應模型，在試驗約束條件范圍內(nèi)(0≤r≤3)，采用頻率分析法進行模擬尋優(yōu)和篩選優(yōu)化組合方案[22]。以干物質(zhì)積累≥6 500 kg·hm-2為目標，篩選出19套氮、磷、鉀配施的優(yōu)化組合方案；以籽粒產(chǎn)量≥2 350 kg·hm-2為目標，篩選出20套優(yōu)化方案；以經(jīng)濟效益≥17 800元·hm-2為目標，篩選出19套優(yōu)化方案。各優(yōu)化方案及對應的技術(shù)參數(shù)見表7。

表7 氮磷鉀配施的優(yōu)化組合方案Table 7 The optimum combination of N, P and K fertilizer levels

以優(yōu)化施肥調(diào)控群體結(jié)構(gòu)、增加干物質(zhì)積累、提高籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)值為目標，采取多函數(shù)集合的多頻率分析方法[22]，取95%置信區(qū)間，從模擬的組合方案中篩選出干物質(zhì)積累≥6 500 kg·hm-2、籽粒產(chǎn)量≥2 350 kg·hm-2、經(jīng)濟效益≥17 800元·hm-2的氮、磷、鉀配施優(yōu)化組合方案15套(表8)，其相應的施氮量(N)為67.6～76.4 kg·hm-2，施磷量(P2O5)為85.8～105.0 kg·hm-2，施鉀量(K2O)為52.5～67.5 kg·hm-2，其比例為N∶P2O5∶K2O=1∶0.99∶0.75。

表8 氮磷鉀配施的優(yōu)化組合頻數(shù)分析Table 8 The optimum combined frequencies of N, P and K fertilizer levels

3 討論

合理施肥是改善作物生長的礦質(zhì)營養(yǎng)狀況、保障作物健壯成長、獲得高產(chǎn)的重要栽培措施之一[23]。研究表明，適宜配比的氮、磷、鉀養(yǎng)分供應能夠提高莖葉的光合性能，促進同化產(chǎn)物的累積[24-25]，并能夠協(xié)調(diào)源、庫關(guān)系，促進光合產(chǎn)物向籽粒的轉(zhuǎn)移，從而獲得較高的經(jīng)濟產(chǎn)量[26]。研究發(fā)現(xiàn)氮、磷、鉀肥合理配施可以顯著提高紅小豆的產(chǎn)量和產(chǎn)投比[8,10]。也有研究表明，在一定施肥量范圍內(nèi)，氮、磷肥對紅小豆的產(chǎn)量影響顯著，而鉀肥效應甚微[11]，這與本研究結(jié)果基本一致。本研究中，常量和減量施肥(平衡施肥)處理的平均干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益較不施肥處理分別提高29.16%、22.49%和14.55%，較過量施肥處理分別提高4.24%、7.42%和11.30%，較缺素施肥處理分別提高7.71%、10.70%和10.39%。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)過量施氮處理和缺氮處理的經(jīng)濟效益顯著降低。這表明適宜氮、磷、鉀配比的平衡施肥使礦質(zhì)營養(yǎng)狀況和生育中后期各器官干物質(zhì)分配更加優(yōu)化，表現(xiàn)出更好的穩(wěn)、增產(chǎn)效應[27]；而施氮不足導致植株發(fā)育不良，產(chǎn)量降低[28-29]，過量施氮又會導致植株徒長、光能利用率[30]和肥料利用率降低[31]，從而影響經(jīng)濟效益。因此，適宜的氮磷鉀配比施肥有利于紅小豆產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量和經(jīng)濟效益的提高。

氮、磷、鉀對作物生長發(fā)育及產(chǎn)量建成具有極其重要的作用[32]。大量研究證實，氮、磷是影響產(chǎn)量的主要因素，適量增施氮肥可以促進花后干物質(zhì)累積以及營養(yǎng)器官貯存干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運，從而提高籽粒產(chǎn)量[33]，并能提高地上部光合產(chǎn)物對籽粒的貢獻率[34]。缺磷可降低植株干物質(zhì)的積累量[35]。本研究中，氮、磷、鉀肥的單因子效應分析表明，隨著氮、磷、鉀施肥水平的提高，紅小豆干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益均呈先增加后降低的趨勢，干物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量均以常量施肥最高，經(jīng)濟效益以常量施氮、減量施磷鉀最大，肥料的農(nóng)學利用率則以減量施肥最高。進一步回歸分析表明，施用氮磷鉀肥料對紅小豆干物質(zhì)積累影響程度依次為N>P>K，對籽粒產(chǎn)量、經(jīng)濟效益影響程度依次為N>K>P，即均以氮肥效應最大，表明氮肥是影響紅小豆干物質(zhì)積累、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的主要因素，因此，在紅小豆生產(chǎn)中，應重視氮肥的用量和比例。這與前期研究結(jié)果[8，10-11]不盡一致，可能是由于不同施肥水平、不同紅小豆品種在吸收利用土壤養(yǎng)分方面存在差異[36]。因此，根據(jù)品種和土壤養(yǎng)分狀況合理施用氮、磷、鉀肥，才能增加紅小豆的干物質(zhì)積累，提高產(chǎn)量，獲得較高的經(jīng)濟效益。

氮、磷、鉀肥配合施用對于肥效的發(fā)揮具有相互促進作用，肥料因子間的交互作用顯著影響作物的產(chǎn)量[37-39]。研究表明，氮、磷、肥配施對紅小豆產(chǎn)量、利潤有顯著的正交互作用[40]；氮磷、氮鉀對紅小豆產(chǎn)量有顯著的正交互作用，磷鉀呈負交互作用[11]。本研究發(fā)現(xiàn)氮和磷、氮和鉀、磷和鉀之間存在一定的交互作用，在一定施肥量范圍內(nèi)，氮水平的提高有利于磷鉀肥效的發(fā)揮，磷水平的提高也有利于氮鉀肥效的發(fā)揮，鉀的情況與前二者相似。這與前期研究[8，10-11]結(jié)果不一致，可能與氮、磷、鉀肥間的交互作用隨著地力水平的變化有關(guān)[41]。因此，應根據(jù)不同的地力水平選擇合適的氮、磷、鉀肥配比，從而提高肥效。本研究通過三元二次回歸模型進行回歸分析，獲得氮、磷、鉀的肥料效應方程，進而獲得了適于該土壤肥力水平紅小豆生產(chǎn)的氮、磷、鉀配比最佳方案，可為當?shù)氐募t小豆生產(chǎn)提供理論指導，但不同生態(tài)區(qū)不同土壤肥力水平紅小豆的氮、磷、鉀肥配施方案還有待進一步研究。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，氮、磷、鉀肥合理配施可以增加紅小豆的干物質(zhì)積累，提高產(chǎn)量，獲得較高的經(jīng)濟效益。以紅小豆干物質(zhì)積累≥6 500 kg·hm-2、籽粒產(chǎn)量≥2 350 kg·hm-2、經(jīng)濟效益≥17 800元·hm-2的綜合優(yōu)化為目標，氮、磷、鉀配施方案為施氮量(N)為67.6～76.4 kg·hm-2、施磷量(P2O5)為85.8～105.0 kg·hm-2，施鉀量(K2O)為52.5～67.5 kg·hm-2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.99∶0.75。本研究結(jié)果為魯西北生態(tài)區(qū)相似土壤肥力水平夏播紅小豆的合理施肥提供了理論依據(jù)。