基于“3414”试验的巴西蕉施肥效应与最佳施肥量

刘永霞+井涛+唐粉玲+臧小平+郑伟+曹宏鑫+鞠俊杰+王必尊+李昌鹏

摘要：分别采用三元二次、一元二次和直线加平台等肥料效应模型，对海南省福山镇蕉园2年的“3414”试验数据进行分析。结果表明，三元二次模型模拟的最佳施肥量为：N0.374kg/株、P2O50.289kg/株、K2O0.891kg/株；根据产量趋势特点，一元二次模型模拟的最佳施肥量为：N0.400kg/株、P2O50.214kg/株、K2O0.901kg/株。可见三元二次模型模拟的最佳施肥量只有部分指标高于一元二次模型。综合考虑试验结果，初步确定巴西香蕉最佳施肥量为：N0.374～0.400kg/株、P2O50.214～0.289kg/株、K2O0.891～0.901kg/株。

关键词：巴西香蕉；“3414”试验；最佳施肥量；肥料效应模型

中图分类号：S668.106文献标志码：A文章编号：1002-1302（2014）11-0177-03

香蕉（MusananeLour.）是单子叶草本植物，属芭蕉科芭蕉属，在国内泛指香牙蕉、大蕉、粉蕉和龙牙蕉4种类型。世界香蕉生产发展很快，拉丁美洲和加勒比海地区的香蕉种植面积占全球总面积的30%，亚太地区占29%，据联合国粮农组织统计，2011年亚洲、美洲、非洲的香蕉产量分别占全球的51.36%、32.38%、32.38%，总产量约占全球的98%，中国香蕉产量突破1000万t，仅次于印度、巴西、厄瓜多尔、菲律宾4个国家，位居世界第5位。这些地区大部分属于发展中国家，而香蕉成了继水稻、小麦和玉米之后的第四大作物[1]。

香蕉是大肥大水作物，目前香蕉生产上施肥不平衡现象仍普遍存在，不少蕉农对肥料的配比、施用量及施肥时期等缺乏准确的掌握，因而出现增肥不增产、增产不增收的现象。有研究表明，氮、磷、钾肥的当季利用率分别为15%～30%、5%～10%、20%～30%[1-4]，过量施肥或不平衡施肥不仅会造成肥料资源的大量浪费、生产成本增加，同时还会影响香蕉的品质并造成环境污染，而施肥不足又不能发挥作物的增产优势[5-7]。测土配方施肥技术是在测定土壤养分含量的基础上，通过对土壤养分丰缺的诊断，结合香蕉需肥规律，提出合理的施肥配方及科学的施肥技术。匡石滋等采用“3414”测土配方施肥方案研究广东省中山市神湾镇海港村茂盛果场蕉园的香蕉肥料效应，并建立了施肥效应模型，得出当地最佳产量为44.193～45.904t/hm2，氮、磷、钾肥的最佳经济施用量分别为795.1、262.3、236.9kg/hm2[8]。香蕉是海南省热带高效农业的主要支柱产业之一[2]，但目前还没有关于海南省蕉园测土配方施肥的研究报道，本研究采用“3414”最优回归设计施肥方案，研究海南省福山镇文社村蕉园的肥料效应，并建立施肥效应模型，初步确定氮、磷、钾的最佳施用量，以期为当地香蕉的施肥决策提供参考依据。

1材料与方法

1.1试验材料与试验地概况

试验材料为巴西香蕉品种组培苗，由中国热带农业科学院种苗组培中心提供。

试验于2011年6月至2013年6月在海南省澄迈县福山镇文社村东边群图岭进行，试验蕉园面积共0.4hm2。供试土壤类型为玄武岩砖红壤土，于试验前采集0～20cm耕作层土壤，土壤经风干、磨细、过筛等处理后测试其基本农化性状，测试方法参见刘永霞等报道[9]。经测定，土壤pH值为5.06，有机质含量8.7g/kg，水解性氮含量62.7mg/kg，有效磷含量16.69mg/kg，速效钾含量41mg/kg，肥力中等，钾含量偏低。

1.2试验设计

试验面积共0.4hm2，采用“3414”最优回归设计施肥方案，详见表1，设14个处理，每处理小区面积150m2，随机区组设计，重复3次，行株距1.6m×2.5m，每小区植蕉42株，区组内土壤、地形等条件一致。供试肥料中氮肥为尿素（46.4%N），磷肥为普钙（14%P2O5），钾肥为KCl（60%K2O）。在香蕉假植苗入田前，每株香蕉挖坑加2.5kg香蕉茎秆生物有机肥，其有机质含量≥30%，N、P2O5、K2O≥4%，田间管理技术参照高广平等的研究[10]，化肥施用时间及比例参照匡石滋的等研究方法[7]，采收时称量单株果质量并记录。

1.3数据处理

数据用SPSS16.0及Sigmaplot10.0进行回归分析。

2结果与分析

2.1地力产量与土壤肥力

从供试土壤肥力性状分析结果看，供试土壤总体上属于中等肥力水平，唯有速效磷含量较高；研究还发现，肥料效应与肥力水平密切相关。试验方案中处理1、处理2、处理4、处

理8分别为空白区、无氮区、无磷区、无钾区。由表2可知，处理1不施氮磷钾肥土壤的基础产量为15.80kg/株；氮、磷、钾缺素区的相对产量分别为77.5%、87.5%、70.8%。根据农业部2008年3月制定的《测土配方施肥技术规范》，建议把相对产量<50%划分为极低、50%～60%划分为低、60%～70%划分为较低、70%～80%划分为中、80%～90%划分为较高、>90%划分为高。以地力产量评价供试土壤的肥力可知，供氮水平中等，供磷水平较高，供钾水平较低。

[BT2+*8]2.2施肥模型的建立与分析

2.2.1三元二次肥料效应模型的拟合将“3414”田间试验中14个处理的施肥量和产量之间的关系用SPSS数据分析管理系统进行三元二次肥料效应模型进行拟合。以产量为因变量，氮、磷、钾施用量为自变量进行回归，得三元二次肥料方程，并对模型进行解析。

y=16.147+20.704x1+11.231x2+4.233x3-0.003x21-0.062x22-0.012x23-0.029x1x2-0.006x1x3+0.051x2x3。[JY]（1）

式中：y为香蕉产量，kg/株；x1、x2、x3分别为氮、磷、钾施肥水平，kg/株。

采用三元二次肥料效应模型进行拟合，得出最佳施肥配方。对方程进行方差分析，结果表明，香蕉产量与氮、磷、钾肥之间有显著的回归关系，F=11.319，P=0.012<0.05，模型R=0.9810，R2=0.9620，模型拟合效果好，可以用来指导同等肥力和生产条件下香蕉的氮、磷、钾肥的运筹并预测产量。方程中常数项为16.147，与处理1即空白产量15.80kg/株非常接近，说明数学模型与实际非常吻合。方程式中一次项系数为正值，二次项系数为负值，说明肥料效应函数为报酬递减性，香蕉产量随施肥量的增加而按渐减率增加。氮、磷、钾肥的主效应系数大于二次项和交互项系数，说明主效应很明显。根据边际收益（dy/Py）等于边际成本（dy/Px）的原则，即dy/dx=Py/Px计算最佳经济施肥量，分别以x1、x2、x3为变量，对方程（1）两边求导，求得香蕉每株最佳施肥量：x1=0.374kg/株，x2=0.289kg/株，x3=0.891kg/株，其中，y为香蕉产量，x1、x2、x3分别为N、P、K施用水平。将上述值代入方程后，计算得出该香蕉的最佳产量为23.387kg/株。

2.2.2一元二次肥料效应模型的拟合研究某单因素的肥料效应，其他2个因素应固定在2水平，不应该不足或过量，因此本研究将氮、磷、钾其中的2个因子固定在2水平，研究另一个因子对香蕉产量的效应，分别建立氮、磷、钾一元二次肥料效应方程，选用处理2、处理3、处理6、处理11的产量结果模拟氮肥的推荐用量，选用处理4、处理5、处理6、处理7的产量结果模拟磷肥的推荐用量，选用处理6、处理8、处理9、处理10的产量结果模拟钾肥的推荐用量，图1为单因素肥料效应曲线方程。表2为一元二次肥料效应方程与最大施肥量及最高产量。

2.2.3直线加平台模型的拟合以直线加平台模型对处理2、处理3、处理6、处理11的施氮量和产量数据进行拟合，则氮肥效应模型可用如下方程表示：

y=18.467+13.500x1（x1≤0.406）；

或y=23.950（x1>0.406）。

（r2=0.9927）

以直线加平台模型对处理4、处理5、处理6、处理7的施磷量和产量数据进行拟合，则磷肥效应模型可用如下方程表示：

y=15.650+28.849x2（x2≤0.208）；

或y=22.190（x2>0.208）。

（r2=0.7651）

以直线加平台模型对处理6、处理8、处理9、处理10的施钾量和产量数据进行拟合，则磷肥效应模型可用如下方程表示：

y=16.300+9.284x3（x3≤0.865）；

或y=24.968（x3>0.865）。

（r2=0.7072）

根据上述方程，得出施肥量为：氮0.406kg/株、磷0.208kg/株、钾0.865kg/株。

2.2.4不同肥料效应模型拟合的最佳施肥量以三元二次、一元二次及直线加平台等肥料效应模型分别对氮、磷、钾肥料效应进行拟合的结果见表3。三元二次模型计算得出施肥量为：N0.374kg/株、P2O50.289kg/株、K2O0.891kg/株；一元二次模型计算得出最佳施肥量为：N0.400kg/株、P2O50.214kg/株、K2O0.901kg/株；直线加平台模型计算得出施肥量为：N0.406kg/株、P2O50.208kg/株、K2O0.865kg/株。

吴炳孙等研究发现，当第2个水平已接近或达到最高产量时，可以选择直线加平台模型；当前3个施肥水平产量随施肥量增加而增加，第4个施肥水平与第3个施肥水平相比，有明显降低时，应该选择一元二次方程拟合最佳施肥量[11]；本研究中氮肥和磷肥肥料效应适用一元二次方程拟合。当在前3个施肥水平作物产量随施肥量增加而增加，第4个施肥水平与第3个施肥水平相差不大时，一元二次方程和直线加平台模型均适用。本研究中钾肥肥料效应属于此情况。对“3414”试验结果用三元二次肥料效应模型拟合的成功率较低，而本研究中拟合成功，经方差分析，模型拟合效果好，方程中常数项为16.147，与处理1相应自产量15.80kg/株非常接近，说明数学模型与实际非常吻合。由上述分析可知，本研究中的氮、磷、钾肥施肥效应均可用三元二次及一元二次方程模拟。

3结论与讨论

本研究中三元二次肥料效应模型模拟的氮、钾肥的最佳施用量低于一元二次肥料效应模型，而磷肥的最佳施用量高于一元二次肥料效应模型，研究结果与陈新平等所得的研究结果有一定差异，陈新平等研究发现，三元二次肥效在对“3414”试验进行拟合时，可能存在不能拟合或拟合的可靠程度不高的问题，而且在试验中推荐的施用量偏高，造成施肥的经济效益下降[12-14]，而本研究中仅有部分指标偏高。这个结果的差异可能与本研究的氮、磷、钾设置的2水平有一定关系。如果2水平太低，有可能造成方程外推，最佳施肥量超过3水平；反之，又会造成设计的施肥水平离最佳施肥量太远，不能准确捕捉到最佳施肥量。由于不同土壤养分不同，不同蕉园施肥差异很大，本研究参考了当地农户的常规施肥措施，从3种肥料效应模型得到的结果来看，钾肥2水平太低，最佳施肥量超过了3水平，结果与吴炳孙等研究结果[11]一致。

匡石滋等研究表明，采用一元肥料效应模型计算“3414”试验推荐施肥量时，拟合成功率高，可以开发三元二次模型不能利用的信息资源，结果更全面合理，且在考虑1个因素时，另外2个因素是完全满足需要的[7]，实际上是在交互作用存在的条件下研究单一因素，其不足之处在于不能把交互作用量化。王圣瑞等研究发现，采用一元二次肥料效应模型计算推荐施肥量时，拟合成功率高，结果更为全面合理[13]。

本研究结果表明，试验中磷和钾直线加平台模型得到的施肥量最低，这与王圣瑞等的研究结果[13，15-16]一致；氮肥以三元二次模型得到的最佳施肥量较低。而本研究中的氮、磷、钾肥施肥效应均没有在2水平达到最高点，且氮、磷、钾施肥在2、3、4水平获得的产量差异显著，不太适用直线加平台模型，所以本研究中不采用直线加平台模型得到的最佳施肥量。

综合3种肥料效应模型结果，确定巴西香蕉最佳施肥量分别为：N0.374～0.400kg/株、P2O50.214～0.289kg/株、K2O0.891～0.901kg/株。需要指出的是，由于试验条件所限，本研究结果还不能代表整个海南的蕉园施肥指标体系，要想获得准确的施肥指标体系还需要多点、多年试验来完成。另外，本研究只选取巴西蕉作为试材，因不同品种间存在差异，本研究的模型能否用于其他品种有待进一步验证。

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综合3种肥料效应模型结果，确定巴西香蕉最佳施肥量分别为：N0.374～0.400kg/株、P2O50.214～0.289kg/株、K2O0.891～0.901kg/株。需要指出的是，由于试验条件所限，本研究结果还不能代表整个海南的蕉园施肥指标体系，要想获得准确的施肥指标体系还需要多点、多年试验来完成。另外，本研究只选取巴西蕉作为试材，因不同品种间存在差异，本研究的模型能否用于其他品种有待进一步验证。

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