陳玉佳 姜波 阮傳志

摘要：以氮、磷、鉀為主要影響因子，采用“311-A”二次回歸最優(yōu)設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)研究，利用肥料效應(yīng)函數(shù)法建立了加工番茄施肥模型，并分析了3種肥料與番茄產(chǎn)量之間的關(guān)系。結(jié)果表明，氮肥和鉀肥對(duì)加工番茄產(chǎn)量影響較大，磷肥次之。根據(jù)模型確定了經(jīng)濟(jì)最佳施肥量和最高產(chǎn)量施肥量，針對(duì)不同的情況選擇合適的施肥量，為合理施肥提供了科學(xué)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：加工番茄；施肥量；肥料效應(yīng)函數(shù)

中圖分類號(hào)：S147.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）10-2500-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.10.053

作物生產(chǎn)是生態(tài)系統(tǒng)中的第一性生產(chǎn)，肥料的施用合理與否不僅關(guān)系到作物品質(zhì)能否得到改善與提高，還關(guān)系到生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)能否正常進(jìn)行，最終影響生態(tài)平衡。建立科學(xué)的平衡施肥體系，需要以多年、多點(diǎn)、準(zhǔn)確可靠的肥料田間試驗(yàn)作為基本依據(jù)，才能得到切合實(shí)際、較為理想的施肥模型或方案[1-3]?？茖W(xué)、連續(xù)的施肥方案不僅可以維持和提高土壤肥力，還可以不斷地促進(jìn)作物增產(chǎn)。同時(shí)大量化肥的施用也帶來了一系列的問題，包括肥效降低、化肥利用率低及污染等[4-7]。新疆是世界上主要的加工番茄種植及其制品加工基地之一，番茄醬出口量接近世界貿(mào)易總量的25%，已成為新疆特色型“紅色”支柱產(chǎn)業(yè)[8-10]。加工番茄施肥模型的研究對(duì)提高番茄果實(shí)產(chǎn)量與質(zhì)量及提高番茄種植產(chǎn)業(yè)的綜合效益意義重大。

目前國內(nèi)外對(duì)作物施肥模型的研究多數(shù)集中在對(duì)作物產(chǎn)量與施肥量進(jìn)行數(shù)學(xué)模型擬合方法以及其擬合精度分析等方面上，其中肥料效應(yīng)函數(shù)法具有一定的精確度和準(zhǔn)確度。本研究基于肥料效應(yīng)方程，通過對(duì)加工番茄施肥模型進(jìn)行擬合、對(duì)肥料效應(yīng)方程進(jìn)行參數(shù)估計(jì)建立了肥料效應(yīng)模型。

1 肥料效應(yīng)函數(shù)概述

肥料效應(yīng)函數(shù)是指表達(dá)肥料施用量與作物產(chǎn)量之間數(shù)量關(guān)系的數(shù)學(xué)函數(shù)式。肥料效應(yīng)函數(shù)法是以田間試驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用回歸設(shè)計(jì)，將不同處理得到的產(chǎn)量進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，求得在供試條件下產(chǎn)量與施肥量之間的數(shù)量關(guān)系，即肥料效應(yīng)函數(shù)或肥料效應(yīng)方程式。從肥料效應(yīng)方程式中不僅可以直觀地看出不同肥料的增產(chǎn)效應(yīng)和兩種肥料配合施用的交互效應(yīng)，而且還可以計(jì)算最高產(chǎn)量施肥量（即最大施肥量）和經(jīng)濟(jì)最佳施肥量（即最佳施肥量），以作為配方施肥決策的重要依據(jù)[11]。

大多數(shù)土壤在滿足農(nóng)作物高產(chǎn)要求時(shí)，一般都需要能同時(shí)施用氮（N）、磷（P）、鉀（K）3種常用營養(yǎng)元素，三元肥料效應(yīng)模型可用三元二次多項(xiàng)式回歸方程表示：

y=b0+b1N+b2P+b3K+b4NP+b5NK+b6PK+b7N2+b8P2+b9K2 （1）

其中，y為番茄的產(chǎn)量，b0，b1，…，b9為回歸方程的系數(shù)。

令x1=N，x2=P，x3=K，x3=NP，x5=NK，x6=PK，x7=N2，x8=P2，x9=K2得到：

y=b0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x1x2+b5x1x3+b6x2x3+b7x12+b8x22+b9x32 （2）

將每增投1個(gè)單位肥料時(shí)所增加的產(chǎn)量，稱為邊際產(chǎn)量，其數(shù)學(xué)模型可由產(chǎn)量y對(duì)x的一階偏導(dǎo)數(shù)表示，即：

MP=dy/dx （3）

當(dāng)邊際產(chǎn)量等于零時(shí)，農(nóng)作物產(chǎn)量即達(dá)到最高點(diǎn)，此時(shí)的施肥量為最大施肥量（或稱為最高產(chǎn)量施肥量）。根據(jù)邊際產(chǎn)量函數(shù)表達(dá)式，可以確定出最高產(chǎn)量施肥量。

而經(jīng)濟(jì)最佳施肥量是單位面積獲得最大經(jīng)濟(jì)效益的施肥量，其表達(dá)式為：

■=■（R+1） （4）

式中，R為邊際利潤，

R=■ （5）

實(shí)際生產(chǎn)中要求R≥0，Cx1為肥料1的價(jià)格，C■ 為產(chǎn)品的價(jià)格。

由公式（4）可以看出，當(dāng)邊際收益（？墜y·Cy）與邊際成本（？墜x·Cx1）相等時(shí)，邊際利潤（R）為零，此時(shí)的單位面積經(jīng)濟(jì)效益最大，可用下式表示：

■=■ （6）

2 材料與方法

試驗(yàn)在新疆南疆地區(qū)番茄基地進(jìn)行，該地塊地勢(shì)平坦，土壤偏堿性，灌溉方式為鋪設(shè)單翼迷宮式加壓滴灌。2012年10月秋季深松起壟，施底肥，2013年3月扶壟。供試加工番茄品種為T7，供施肥料為尿素、一銨、硫酸鉀，均作為滴灌肥施入，試驗(yàn)前取土壤進(jìn)行化驗(yàn)，土壤中含氮45.4 mg/kg、磷6.1 mg/kg、鉀174 mg/kg、有機(jī)質(zhì)1.42 mg/kg。

采用“311-A”二次回歸最優(yōu)設(shè)計(jì)，以氮肥、磷肥鉀肥為主要因素，試驗(yàn)中共設(shè)置11個(gè)處理水平，以畝產(chǎn)來進(jìn)行分析，1畝為667 m2，記錄各組試驗(yàn)地塊收獲的產(chǎn)量。各處理水平施肥量及其對(duì)應(yīng)產(chǎn)量如表1所示。

3 結(jié)果與分析

3.1 施肥模型的建立

由表1可以看出，不同處理水平下番茄的產(chǎn)量不同，說明氮、磷、鉀肥的施用量對(duì)加工番茄的產(chǎn)量有顯著影響。根據(jù)三元肥料效應(yīng)模型的函數(shù)表達(dá)式式（1），利用計(jì)算機(jī)對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[12]，可以得到模型中各參數(shù)的值，建立加工番茄施肥模型：

■=4 483.802+238.867 4x1+167.004 6x2+406.050 3x3+0.750 44x1x2-5.592 29x1x3+2.900 83x2x3-1.336 47x12-4.646 45x22-4.521 61x32 （7）

從回歸模型表達(dá)式中可以看出，番茄的產(chǎn)量除了分別受到氮、磷、鉀的主效應(yīng)外，還存在氮、磷、鉀之間的交互效應(yīng)。氮肥和磷肥之間存在正效應(yīng)，氮肥和鉀肥、鉀肥和磷肥之間存在負(fù)效應(yīng)，并對(duì)模型進(jìn)行了方差分析，番茄產(chǎn)量與氮、磷、鉀肥的施用量之間具有顯著的回歸關(guān)系，可用該模型提供指導(dǎo)施肥。

3.2 氮、磷、鉀肥肥效對(duì)比

回歸模型是由3個(gè)子模型進(jìn)行疊加構(gòu)成的，對(duì)模型采用“降維法”，即固定其中兩個(gè)（或一個(gè)）變量的取值而導(dǎo)出另外一個(gè)變量的子模型，進(jìn)而分析單因素的作用。

氮肥效應(yīng)子模型■（N，0，0）=4 483.802+238.867 4x1-1.336 47x12 （8）

磷肥效應(yīng)子模型■（0，P，0）=4 483.802+167.004 6x2-4.646 46x22 （9）

鉀肥效應(yīng)子模型■（0，0，K）=4 483.802+406.050 3x3-4.521 61x32 （10）

根據(jù)3種元素的效應(yīng)子模型函數(shù)表達(dá)式，分別采取不同的施肥量即可得到相應(yīng)的產(chǎn)量，從而得到不同肥料對(duì)番茄產(chǎn)量的影響曲線，如圖1所示。

從圖1中可以看出，氮肥和鉀肥對(duì)加工番茄產(chǎn)量影響較大，磷肥次之。番茄的生長對(duì)于3種肥料的需求量雖然不同，但是這3種肥料無論是哪一種供應(yīng)不足，番茄的產(chǎn)量都會(huì)降低，當(dāng)施肥量增加時(shí)番茄的產(chǎn)量隨著增加，但是當(dāng)施肥量超過某一值時(shí)，番茄的產(chǎn)量反而會(huì)降低。因此，根據(jù)肥料與番茄產(chǎn)量的影響曲線，確定番茄產(chǎn)量最高時(shí)的施肥量有助于進(jìn)行合理施肥，從而在達(dá)到高產(chǎn)目的的同時(shí)，有效避免資源浪費(fèi)與環(huán)境污染。

3.3 優(yōu)化施肥方案的選擇

根據(jù)公式（3）得到氮、磷、鉀相應(yīng)的邊際產(chǎn)量函數(shù)表達(dá)式：

dy/dN=238.8674+ 0.750 44x2- 5.592 99x3 - 2.672 94x1 （11）

dy/dN=167.004 6+0.750 44x1+2.900 83x3-9.2929x2 （12）

dy/dK = 406.050 3- 5.592 29x1 + 2.900 83x2 - 9.043 22x3 （13）

根據(jù)市場調(diào)研，尿素、一銨、硫酸鉀的價(jià)格分別為2.10、5.15、3.35 kg/元，番茄的價(jià)格為3.0 kg/元。根據(jù)邊際產(chǎn)量函數(shù)表達(dá)式，得到番茄的氮、磷、鉀肥的最高產(chǎn)量施肥量和此情況下的產(chǎn)量；根據(jù)公式（4）、公式（5）可以得到，氮、磷、鉀的經(jīng)濟(jì)最佳施肥量和此情況下的產(chǎn)量，如表2所示。

從表2中可以看出，經(jīng)濟(jì)最佳施肥量和經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量的值都略低于最高產(chǎn)量施肥量及其產(chǎn)量，說明經(jīng)濟(jì)最佳施肥量在節(jié)省肥料用量的基礎(chǔ)上也達(dá)到了高產(chǎn)的目的，表明經(jīng)濟(jì)最佳施肥量更適合用于合理的施肥指導(dǎo)，實(shí)際生產(chǎn)中需要根據(jù)具體的目的選擇合適的施肥量。

4 小結(jié)與討論

1）通過回歸模型得到氮、磷、鉀效應(yīng)子模型，研究每種肥料對(duì)番茄產(chǎn)量的影響。通過氮、磷、鉀效應(yīng)子模型，確定出最高產(chǎn)量施肥量和經(jīng)濟(jì)最佳施肥量。最高產(chǎn)量施肥量獲得的產(chǎn)量高，但是同時(shí)又增加了肥料投入，因此，通常都選擇經(jīng)濟(jì)最佳施肥量來進(jìn)行施肥指導(dǎo)，符合經(jīng)濟(jì)合理原則。

2）施肥模型僅對(duì)具有相同地力條件的土壤適用，不同地區(qū)、不同年份肥料增產(chǎn)效應(yīng)往往表現(xiàn)不同，因而肥料效應(yīng)函數(shù)也不相同。因此，對(duì)于不同的地塊，應(yīng)根據(jù)土壤、生產(chǎn)管理水平、資金物質(zhì)資源和當(dāng)年的氣候情況等因素，擬合出適合一定條件的肥料效應(yīng)函數(shù)，制定出合理的施肥計(jì)劃。

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