李曉蘭李瑞輝尹慧來趙紅蕊鄭宇慧王韶婉于龍君宋媛媛

(1.赤峰學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；2.赤峰市林西縣新林鎮(zhèn)人民政府，內(nèi)蒙古 赤峰 025258)

引言

油莎豆(Cyperus esculentus)多年草本生植物，隸屬莎草科(Cypraceae)莎草屬(Cyperus)，是熱溫帶地區(qū)營養(yǎng)最豐富的堅果之一，又稱為人參豆、地下板栗、地下核桃等[1]。油莎豆塊莖蛋白質(zhì)含量在3.83%～7.11%[2]。油莎豆中脂肪、淀粉、粗纖維含量很高，是膳食纖維和油的潛在來源[3]，油莎豆塊莖具有健脾和胃舒肝益氣的作用[6]，可以作為天然保健食品食用[5]。其果實和塊莖內(nèi)含有豐富淀粉，具有較高營養(yǎng)價值高，曬干磨粉后可制作糕點[5]。同時，油莎豆還可以做制備生物柴油原料[4]，其地上部分可以作為牲畜的飼料，其飼用價值可以與紫花苜蓿相媲美，也可以作為綠肥。此外，油莎豆也可以作為綠化、美化環(huán)境的觀賞植物[7]，其發(fā)達(dá)的分蘗產(chǎn)生的塊莖和根系可以作為固沙植物。所以油莎豆是集油、糧、飼等為一體的具有發(fā)展前途的作物種類。因此，發(fā)展和利用油莎豆，對我國油料、糧食、飼用牧草、環(huán)境綠色發(fā)展等方面具有重要意義[8]。

半干旱風(fēng)沙區(qū)是生態(tài)環(huán)境比較脆弱的區(qū)域，春季播種季節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)大風(fēng)揚沙天氣，并且會伴有低溫，對油莎豆的發(fā)芽影響較大。對于特殊的生境中種植油莎豆，對養(yǎng)分的需求與其它區(qū)域比較會有差異，必須制定針對本區(qū)域生境合理的施肥模式才能保證油莎豆的高產(chǎn)。本試驗對半干旱風(fēng)沙區(qū)種植油莎豆的氮磷鉀肥料3要素與生長指標(biāo)、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)系進(jìn)行研究，旨在建立肥料與產(chǎn)量間的數(shù)學(xué)擬合模型，量化油莎豆生長的需肥量，為本區(qū)域種植油莎豆及高產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2019年在內(nèi)蒙古赤峰市翁牛特旗玉田皋地區(qū)種植，該地區(qū)位于E119°44′，N42°47′。供試土壤是風(fēng)沙土，土壤有機(jī)質(zhì)含量5.00g·kg-1、土壤堿解氮含量62.86mg·kg-1、土壤有效磷含量22.94mg·kg-1、土壤有效鉀含量393.05mg·kg-1。

1.2 試驗材料

供試的油莎豆品種于2017年引自新疆伊犁，于2018年在赤峰地區(qū)擴(kuò)繁種植。2019年將擴(kuò)繁的材料進(jìn)行不同施肥試驗處理。

1.3 試驗設(shè)計

本試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為4m×4m，前茬作物是葵花。試驗采用覆膜滴灌方式種植，行距為40cm，株距為20cm，種植密度約為12萬株·hm-2。試驗采用“3414”施肥方案，見表1，每個因素4個水平，0水平表示不施肥，2水平表示當(dāng)?shù)胤N植油莎豆最佳施肥量的近似值，1水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5。供試的肥料為尿素(含N 46%)、磷酸二銨(含N 18%，含P2O546%)、硫酸鉀(含K2O 50%)。施肥方式為基施∶追施=6∶4。為保證發(fā)芽率90%以上，提前篩選塊莖進(jìn)行發(fā)芽試驗，確定發(fā)芽率達(dá)到要求后，于5月7日將油莎豆塊莖進(jìn)行篩選，盡量選擇飽滿無殘缺的塊莖，5月9日進(jìn)行播種，每穴播種2粒塊莖，播種完立即澆水，整個生育期保證水分的正常供應(yīng)，其它田間管理與大田一致。5月25日和6月5日分別記錄各小區(qū)的出苗情況。

表1 “3414”試驗處理編碼及肥料用量

1.4 測定指標(biāo)

在油莎豆生長期內(nèi)，待全部肥料施用完成后，葉片開始泛黃時，每個小區(qū)內(nèi)取3叢油莎豆，測定每叢的株高(自然株高)、分蘗數(shù)、塊莖數(shù)、每叢粒重、千粒重等指標(biāo)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析應(yīng)用Excel 2010對“3414”試驗的不同處理的產(chǎn)量與施肥量進(jìn)行三元二次方程、二元二次方程和一元二次方程的回歸分析，對得到的回歸方程進(jìn)行偏導(dǎo)數(shù)求解，可以得到最大產(chǎn)量、最佳產(chǎn)量、最大產(chǎn)量施肥量、最佳產(chǎn)量施肥量等。其中，每公頃施用氮磷鉀肥分別用N、P2O5、K2O的施用量表示，回歸方程中分別用X1、X2、X3表示，三元二次回歸方程可表示為:

Y=a0+a1X1+a2X2+a3X3+a4X12+a5X22+a6X32+a7X1X2+a8X1X3+a9X2X3

式中,a0～a9為回歸系數(shù)。根據(jù)施肥投入的價格與油莎豆產(chǎn)出的價格進(jìn)行比較，得出地塊內(nèi)的最佳產(chǎn)量和施肥量。采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷鉀配施對油莎豆生長指標(biāo)的影響

由表2可知，14個處理之間的株高和分蘗數(shù)均存在顯著差異(F=3.43,P<0.01；F=18.50,P<0.01)。在磷鉀肥均固定的情況下，隨著氮肥施用量的增加，株高和分蘗數(shù)均呈現(xiàn)增加趨勢，且在N3P2K2處理株高達(dá)到最高值65.2cm，分蘗數(shù)也最高為35個；氮肥和鉀肥均固定的情況下，隨著磷肥施用量的增加，株高和分蘗數(shù)也均呈現(xiàn)增加趨勢，且在N2P3K2處理株高達(dá)到最高值60.8cm，該處理時分蘗數(shù)為34個；氮肥和磷肥施用量固定的情況下，隨著鉀肥施用量的增加，株高和分蘗數(shù)的變化趨勢均不明顯。

表2 不同施肥處理對油莎豆生長指標(biāo)的影響

2.2 氮磷鉀配施對油莎豆產(chǎn)量指標(biāo)的影響

由表3可知，14個處理之間的每叢塊莖數(shù)、叢粒重和千粒重均存在顯著差異(P<0.01)。在2種肥料施用量固定的情況下，隨著另一種肥料施用量的增加，每叢塊莖數(shù)均無明顯的變化規(guī)律，但叢粒重均呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，且在N2P2K2處理叢粒重達(dá)到最高值，其平均值為53.4g/叢。氮鉀肥和磷鉀肥固定，隨著另一種肥料的增加，千粒重也呈現(xiàn)先增加后降低趨勢；但氮磷肥固定，隨著鉀肥施用量的增加，千粒重出現(xiàn)波動變化。

表3 不同施肥處理對油莎豆產(chǎn)量指標(biāo)的影響

2.3 氮磷鉀肥效效應(yīng)的回歸分析

一元二次方程的擬合采用氮磷鉀3因素，其中2個因素均為2水平處理，另一因素按0～3水平的不同施肥量，與對應(yīng)的產(chǎn)量進(jìn)行回歸分析。從表4可以看出，氮磷鉀的3個一元二次方程均擬合較好(F>F0.05)。通過方程的一次項系數(shù)均為正值，所以施用氮磷鉀肥均可以提高油莎豆產(chǎn)量，但隨著施用量的增加，產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后降低趨勢。

二元二次方程的擬合，是將其中一種肥料固定施用2水平，其它2種肥料按照0～3水平施用，從表4的擬合方程看，3個擬合方程擬合較好(F>F0.05)，氮磷和氮鉀兩兩互作項的系數(shù)均為正值，表明2種肥料互作產(chǎn)生了正效應(yīng)，2種肥料配施有利于油莎豆產(chǎn)量的提高，且氮磷的互作效應(yīng)要高于氮鉀互作效應(yīng)，而磷鉀肥互作效應(yīng)則呈現(xiàn)出負(fù)效應(yīng)。

表4 氮磷鉀肥效效應(yīng)方程

將14個處理的施肥量和產(chǎn)量全部進(jìn)行擬合得到三元二次方程，方程擬合性較好(F>F0.05)，所有一次項系數(shù)均為正值，氮磷鉀肥均有明顯的增產(chǎn)效應(yīng)；二次項均為負(fù)值，符合報酬遞減律；互作項中氮鉀、磷鉀均為正效應(yīng)，氮磷則為負(fù)效應(yīng)。

2.4 最高施肥量、最佳施肥量和經(jīng)濟(jì)效益分析

分別將表4中的一元二次方程和三元二次方程求解，計算最高施肥量和最佳施肥量，2019年肥料價格分別為純N 5.65元·kg-1、P2O58.26元·kg-1、K2O 10.4元·kg-1。對于單種肥料而言，最高施氮量(N)為84.59kg·hm-2，此時產(chǎn)量為6274.65kg·hm-2，最佳施氮量為80.59kg·hm-2，此時產(chǎn)量為6272.77kg·hm-2；最高施磷量(P2O5)為69.18kg·hm-2，此時產(chǎn)量為6168.86kg·hm-2，最佳施磷量為64.26kg·hm-2，此時產(chǎn)量為6165.48kg·hm-2；最高施鉀量(K2O)為89.70kg·hm-2，此時產(chǎn)量為6010.70kg·hm-2，最佳施鉀量為82.69kg·hm-2，此時產(chǎn)量為6004.62kg·hm-2。3種肥料配施，最高施肥量分別為純N 106.94kg·hm-2、P2O577.40kg·hm-2、K2O 101.19kg·hm-2時，產(chǎn)量為5930.54kg·hm-2；最佳施肥量分別為純N 111.14kg·hm-2、P2O557.29kg·hm-2、K2O 89.72kg·hm-2時，產(chǎn)量為5908.73kg·hm-2。一元二次方程得到的產(chǎn)量均高于三元二次方程得到的產(chǎn)量，但施氮量和施鉀量均低于三元二次方程的最高和最佳施肥量。

從表5可以看出，肥料配施與不施肥比較均表現(xiàn)為增產(chǎn)，但產(chǎn)投比不同處理間有較大差別。產(chǎn)投比越大說明經(jīng)濟(jì)效益越好，本研究中鉀肥價格最高，且土壤速效鉀含量較高，所以施用鉀肥量低的處理，經(jīng)濟(jì)效益較好，產(chǎn)投比最高的處理是N2P2K0處理。但從實際收入看，N2P2K2處理的收入最高。

表5 半干旱風(fēng)沙區(qū)種植油莎豆氮磷鉀配施的經(jīng)濟(jì)效益

3 討論與結(jié)論

油莎豆沒有真正的莖稈，葉片較堅硬，當(dāng)葉片長度達(dá)到100cm以上易發(fā)生倒伏現(xiàn)象，因此葉片長度也可作為株高，是衡量群體質(zhì)量的重要指標(biāo)。本試驗的油莎豆種植在北方沙區(qū)，所有處理的株高均低于100cm。最高株高為65.2cm，出現(xiàn)在N3P2K2處理，同時該處理的分蘗數(shù)也最多，為35個，這與高氮能促進(jìn)干物質(zhì)向營養(yǎng)器官分配有關(guān)[9]，促進(jìn)了營養(yǎng)生長。產(chǎn)量指標(biāo)中的每叢塊莖重決定了產(chǎn)量的高低，N2P2K2處理的叢粒重顯著高于高氮、高磷和高鉀處理，但4個處理間的分蘗數(shù)卻沒有顯著差別，且N2P2K2處理的千粒重也是最高的，這與新疆地區(qū)種植油莎豆施肥處理的研究結(jié)果一致[10]。已有研究表明，在新疆干旱地區(qū)種植不同品種油莎豆，結(jié)果發(fā)現(xiàn)分蘗數(shù)越少，塊莖分散，結(jié)豆率低，產(chǎn)量也較低[11]。

油莎豆原產(chǎn)于非洲，是比較耐貧瘠的植物。在我國北方干旱和半干旱地區(qū)適宜種植，在新疆中壤土中種植油莎豆，種植密度為13.5萬株·hm-2，產(chǎn)量高達(dá)13400kg·hm-2[10]。本試驗種植密度為12萬株·hm-2，產(chǎn)量平均為5580kg·hm-2，與新疆的產(chǎn)量比較有很大差異，這可能與土壤和氣候均有關(guān)。本試驗是在沙土中種植，其保水保肥能力較差，且氣溫要低于新疆地區(qū)。本試驗的產(chǎn)量最高值也出現(xiàn)在N2P2K2處理中，新疆地區(qū)該處理的施肥量為N 67.5kg·hm-2、P2O594.5kg·hm-2、K2O 78.75kg·hm-2，而本試驗施肥量為N 102kg·hm-2、P2O580kg·hm-2、K2O 90kg·hm-2，沙土中的氮素含量較低，且保肥性差，本試驗的施肥與山東泰州高沙土中種植油莎豆的施肥量(N 116.25kg·hm-2、P2O587.75kg·hm-2、K2O 78.75kg·hm-2)差異較小。

對氮磷鉀的肥效效應(yīng)進(jìn)行方程擬合后發(fā)現(xiàn)，肥料施用量與產(chǎn)量的擬合方程均較好，但氮磷的肥效效應(yīng)要高于鉀肥。三元二次方程得出的最高施肥量與最佳施肥量對應(yīng)的產(chǎn)量均低于一元二次方程得出的產(chǎn)量，根據(jù)2類方程的結(jié)果，推薦施肥量還需要進(jìn)一步研究，但N、P2O5、K2O施用量約為100kg·hm-2、70kg·hm-2、90kg·hm-2?！?414”肥效試驗常用于大田作物上，雖然引進(jìn)的油莎豆品種可作為大田作物，但在北方沙區(qū)種植且對其進(jìn)行不同施肥處理的研究較少，不同施肥量的確定是根據(jù)文獻(xiàn)中的不同施用量進(jìn)行設(shè)置的，所以方程的擬合效果與其它大田作物比較還需要進(jìn)一步驗證。

在北方沙區(qū)種植油莎豆，從“3414”的結(jié)果看，N2P2K0處理的產(chǎn)投比最高，因為試驗地內(nèi)的速效鉀含量較高，施用鉀素的量可適當(dāng)減少，但收入最高的處理是N2P2K2。在新疆香梨初果期的“3414”施肥試驗中，產(chǎn)投比和收入最高的N2P1K1處理，N2P2K0產(chǎn)投比也較高，但收入偏低[12]。不同氮磷鉀處理甜瓜產(chǎn)量最高值和經(jīng)濟(jì)效益最高值均出現(xiàn)在N2P2K2。這說明常規(guī)施肥對作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益均較好[13]。但油莎豆在北方地區(qū)種植，目前還沒有較合適的施肥量指導(dǎo)生產(chǎn)，由于油莎豆的機(jī)械收獲技術(shù)相對于其它大田作物而言還較落后，在未來能夠推廣大面積機(jī)械收獲，提高塊莖撿拾率，發(fā)揮油莎豆的優(yōu)勢，有助于解決我國油、糧、飼等一系列問題。