华油杂油菜氮磷钾肥料效应函数模型的建立与分析
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摘要 通过对华油杂油菜品种 “3414”完整方案的田间肥料效应试验，建立潜江地区华油杂油菜目标产量与氮磷钾养分施用量的一元二次和三元二次回归方程，并在此基础上，综合考虑潜江地区油菜栽培管理水平、土壤养分及自然条件，提出了区域性土壤养分丰缺指标以及华油杂油菜品种氮磷钾养分施用量的推荐修正值，推荐区域该油菜目标产量为190～230 kg/667 m2，推荐纯氮的最佳施肥量7.5～10.5 kg/667 m2，五氧化二磷的最佳施肥量3～6 kg/667 m2，氧化钾的最佳施肥量3～5 kg/667 m2。
中图分类号 S634.3；S147.5 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）05-0034-04
油菜是我国主要的油料作物和蛋白质饲料作物，同时也是潜在的重要生物能源作物[1]。潜江市是国家“十一五”重要商品油生产基地之一，常年油菜种植面积3.33万hm2以上，油料总产达9.75万t；已有研究表明，科学施肥能显著增加油菜产量和经济效益[2-3]。随着油菜优良品种的推广应用以及化肥用量的增加，油菜产量成逐年上升趋势[4]；21世纪初潜江市主要种植品种为中油、华油和德油，分别占50%、20%、20%，其他品种占10%；由于华油杂在潜江市域示范表现性状优良，逐渐成为该市主推品种之一，至2007年种植面积达1.67万hm2，占种植面积50%；其分布高亢平地与中间平地占60%，低湿平地与滨湖平地占40%。由于潜江市油菜种植模式主要是棉花—油菜，施肥习惯表现有氮、磷、钾肥施用总量不足，氮、磷、钾肥比例不平衡[5]；油菜基肥氮、磷、钾肥养分施用不足，前期追肥偏少，后期以经验为主，严重障碍了油菜产量提高和品质改善，探索华油杂油菜最佳施肥量与目标产量的关系，建立施肥指标体系显得尤为重要。2007年分别在4个镇进行了华油杂油菜品种“3414”肥料效应试验；该方案以氮、磷、钾为3个养分因子，每个因子分4个梯度，共14处理，属于无重复不完全大田试验设计[6-7]。通过试验建立华油杂油菜施肥模型，分析不同土壤养分状态下作物的最佳产量以及氮、磷、钾肥的推荐施肥量，为市域油菜高效生产提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验安排在潜江市域油菜产区浩口、龙湾、积玉口、周矶4个镇；试验前按“S”型取耕作层土壤混合样，分析土壤理化性状和速效养分含量，调查了解有关油菜种植基本情况，结果见表1。
1.2 试验材料
供试肥料：氮肥为46%枝江牌尿素，磷肥为12%园林牌磷肥，钾肥为60%中华牌钾肥，硼肥为15%车马牌持力硼。供试油菜品种为华油杂系列，其中试验Ⅰ为华油杂13号，试验Ⅱ、试验Ⅲ为华油杂6号，试验Ⅳ为华油杂7号。
1.3 试验设计
各试验点均统一采用“3414”完全试验设计方案，即取氮、磷、钾3个养分因子，每个因子选择4个水平，共组成14个处理（组合）；在N、P、K下分别标注“0、1、2、3”表示该处理的水平。其中，0水平表示不施肥，2水平表示推荐施用量，1水平为2水平×1/2，3水平为2水平×1.5。试验点施肥量见表2，其中各试验点油菜氮、磷、钾养分推荐施用量，即“2水平”的确定，参考区域内土壤养分丰缺指标和作物肥料养分施用指标进行评价，再依据试验点农户种植情况，施肥情况及农田基础设施条件推荐施用量。从4个试验点氮、磷、钾肥料的推荐用量试验结果来看，各试验点之间存在一定的差异，符合肥料效应田间试验“3414”设计方案的基本要求。试验各处理的小区面积均为20 m2，小区随机区组排列，单排单灌，四周留3 m保护行，保护区为常规种植。
1.4 试验实施
各试验均采用育苗移栽技术，于2007年9月中旬播种，播种量0.25 kg/667 m2、撒播旱育，10月中旬移栽，每穴1株，密度为8 000～9 500株/667 m2；施肥方法：磷肥移栽前一次性基施；氮肥50%基施、50%作追肥，追肥10%作提苗肥、15%作腊肥、25%作薹蕾肥；钾肥60%作基肥、40%作追肥，追肥薹蕾期施用；各处理硼肥（0.1 kg/667 m2）50%基施，50%薹蕾期追施。各试验苗期用10%吡虫啉粉剂30 g/667 m2，对水50 kg喷雾防治蚜虫，中后期用40%菌核净100 g/667 m2，对水50 kg喷雾防治菌核病1～2次；试验田调查表明油菜茎病株率潮土田（老茬田）略重于水稻土田（新茬田）平均为5.5%～8.5%，发生程度为轻发生年份（油菜菌核病测报技术规范规定为5级（试行），1级：1%≤茎病株率≤10%，2级：10%
2 结果与分析
2.1 氮磷钾单因子施用量与产量的效应关系拟合与分析
在油菜成熟收获后，实打计产（自然风干重），产量结果统计见表3。
对表3数据分别以氮、磷、钾单因子抽取各处理的施肥量与产量数据，即氮因子抽取处理2、处理3、处理6、处理11数据，磷因子抽取处理4、处理5、处理6、处理7数据，钾因子抽取处理6、处理8、处理9、处理10数据，按y=ax2+bx+c一元二次回归模型，分别进行回归分析，拟合各试验油菜产量（y）与各养分因子（x）施用量的一元二次效应方程，结果见表4。
从表4可以看出，各试验点产量与施肥量均能拟合为一元二次效应方程，二次项系数小于零，呈现正常的抛物线形状。进一步对所拟合的各一元二次效应方程进行显著性分析，只有试验Ⅰ钾因子达到显著水平，其他各试验氮、磷、钾各因子均未达到显著水平；复相关系数R2试验Ⅱ、试验Ⅳ都在0.9以上，表明试验Ⅱ、试验Ⅳ氮、磷、钾拟合程度高，氮磷钾养分施用量预测值更接近生产施用量，可以参照修正氮磷钾养分施用量；试验Ⅰ、试验Ⅲ磷、钾复相关数R2也在0.9以上，氮复相关系数R2只为0.7，表明磷、钾拟合程度高、氮拟合程度差，磷钾养分施用预测值会接近生产施用量，而氮预测值会误差较大，必须参照修正氮磷钾养分施用量。
依据一元二次效应方程，按最大边际效应求取偏导函数。最高施肥量按b+2ax=0方程求取，继而预测最高产量；最佳施肥量按b+2ax=px/py方程求取，继而预测最佳产量，结果见表5。
从表5可以看出，华油杂纯氮的最高施肥量介于9.55～22.60 kg/667 m2，最佳施肥量介于8.18～10.98 kg/667 m2；五氧化二磷的最高施肥量介于3.12～7.28 kg/667 m2，最佳施肥量介于3.01～6.41 kg/667 m2；氧化钾的最高施肥量介于3.66～5.74 kg/667 m2，最佳施肥量介于3.13～5.09 kg/667 m2。
综合考虑，目标产量为190～230 kg/667 m2，推荐纯氮的最高施肥量10～14 kg/667 m2，五氧化二磷的最高施肥量3～7 kg/667 m2，氧化钾的最高施肥量3.5～5.5 kg/667 m2；目标产量为190～230 kg/667 m2，推荐纯氮的最佳施肥量为7.5～10.5 kg/667 m2，五氧化二磷的最佳施肥量3～6 kg/667 m2，氧化钾的最佳施肥量3～5 kg/667 m2。
2.2 氮磷钾三因子施用量与产量的效应关系拟合与分析
对表3数据采取三元二次回归模型：Y=b0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x12+b5x22+b6x32+b7x1x2+b8x1x3+b9x2x3，进行回归分析，分别拟合4个试验点油菜产量（y）与N（N）、P（P2O5）、K（K2O）养分施用量的三元二次效应方程，见表6。
进一步对拟合的产量与施肥量三元二次方程的相关关系显著性进行回归分析[7-9]，结果表明，试验Ⅱ、试验Ⅳ点结果拟合的三元二次方程相关关系显著，说明油菜产量与氮、磷、钾养分施用量的相关关系达到了显著水平，氮磷钾拟合程度高，其产量与养分用量预测值接近生产施用值，可以参照修正氮磷钾养分使用量；试验Ⅰ、试验Ⅲ点结果拟合的三元二次方程相关关系不显著，但复相关系数R2在0.85以上，相关明显，表明氮磷钾拟合程度一般，其产量与养分用量预测值与生产施用量有一定的误差，必须参照修正氮磷钾养分施用量。
依据三元二次效应方程，按最大边际效应求取偏导函数。最高施肥量按，b1+2b4x1+b7x2+b8x3=0，b2+2b5x2+b7x1+b9x3=0，b3+2b6x3+b8x1+b9x3=0方程求取，继而预测最高产量；最佳施肥量按，b1+2b4x1+b7x2+b8x3=PN/PY，b2+2b5x2+b7x1+b9x3=PP/PY，b3+2b6x3+b8x1+b9x3=PK/PY，继而预测最佳产量，见表7。
从表7可以看出，华油杂纯氮的最高施肥量介于9.11～13.96 kg/667 m2，最佳施肥量介于7.34～9.82 kg/667 m2；五氧化二磷的最高施肥量介于3.17～8.81 kg/667 m2，最佳施肥量介于2.66～5.92 kg/667 m2；氧化钾的最高施肥量介于4.32～8.39 kg/667 m2，最佳施肥量介于2.81～5.99 kg/667 m2。
综合考虑，区域目标产量为190～230 kg/667 m2，推荐纯氮 的最高施肥量9～13 kg/667 m2，五氧化二磷的最高施肥量3.5～7.5 kg/667 m2，氧化钾的最高施肥量4～7 kg/667 m2；目标产量为190～230 kg/667 m2，推荐纯氮的最佳施肥量7.5～10.5 kg/667 m2，五氧化二磷的最佳施肥量3～6 kg/667 m2，氧化钾的最佳施肥量3～5 kg/667 m2。
2.3 试验区主要养分丰缺与施肥指标推荐
关于潜江地区土壤养分分级，参照鲁剑巍[10]、杨 利等[11]研究，以及丁亨虎、艾天成关于“运粮湖农场土壤肥力及施肥技术演变”[12]对潜江区域土壤养分的划分（5级），结合该区域测土配方施肥项目确立的土壤养分丰缺指标和油菜作物养分施用指标，并考虑试验区域土壤养分含量、作物产量和施肥水平现状，考虑到潜江地区春季常年雨水较多，常年地下水位较高对油菜产量有直接影响等因素，对各试验点养分用量进行推荐以及土壤养分丰缺指标进行了初步修正，见表8和表9。
进一步综合分析各试验点土壤养分（N、P2O5、K2O）测试值的丰缺状况，以及通过三元二次回归分析所得各试验点肥料养分修正推荐施用量，初步建立潜江市域华油杂油菜作物氮磷钾养分施用指标，见表10。
3 结论与讨论
试验各点产量与施肥量均能拟合出一元二次方程，综合分析，目标产量为190～230 kg/667 m2，推荐华油杂纯氮的最高施肥量为10～14 kg/667 m2，五氧化二磷的最高施肥量为3～7 kg/667 m2，氧化钾的最高施肥量3.5～5.5 kg/667 m2；目标产量为190～230 kg/667 m2，推荐纯氮的最佳施肥量为7.5～10.5 kg/667 m2，五氧化二磷的最佳施肥量3～6 kg/667 m2，氧化钾的最佳施肥量3～5 kg/667 m2。这个结果与大田生产实际基本上吻合，各试验中只有试验Ⅰ钾因子达到显著水平，其他各试验氮、磷、钾各因子均未达到显著水平，是否因为模型的选择的局限性，还是试验中氮磷钾因管理等其他因素造成，尚需进一步研究。
试验各点产量与施肥拟合的三元二次方程，综合分析区域目标产量为190～230 kg/667 m2，推荐华油杂纯氮的最高施肥量9～13 kg/667 m2，五氧化二磷的最高施肥量3.5～7.5 kg/667 m2，氧化钾的最高施肥量4～7 kg/667 m2；当目标产量为190～230 kg/667 m2时，推荐纯氮的最佳施肥量7.5～10.5 kg/667 m2，五氧化二磷的最佳施肥量3～6 kg/667 m2，氧化钾的最佳施肥量3～5 kg/667 m2。试验Ⅱ、试验Ⅳ点结果拟合的三元二次方程相关关系显著，说明油菜产量与氮、磷、钾养分施用量的相关关系达到了显著水平；试验Ⅰ、试验Ⅲ点结果拟合的三元二次方程相关关系没有达到显著水平，但复相关系数R2在0.85以上，拟合产量与实际产量基本吻合。
三元二次施肥模型的主要优点在于考虑了肥料的交互作用，本次4个试验，2个拟合达显著水平，拟合成功为50%，因而推荐施用量时对未成功拟合试验中各因子进行了综合评价，合理修定其养分推荐量；结果表明修正推荐养分施用量与大田示范结果有较高的吻合性，适宜推广使用。
油菜作物从播种到收获都受栽培管理、气候因子的影响；运用效应函数模型时，在分析当地土壤状况、施肥水平同时，必须调查了解当地油菜栽培管理水平、农田基础设施建设情况以及种植华油杂油菜品种的需肥性状[13]，综合拟定配方施肥技术[10，14]，推荐目标产量及最佳施肥量。
油菜生产上科学合理的施肥方法不仅能提高氮磷钾肥料效应函数的拟合程度，而且能提高作物的抗逆能力，减轻油菜菌核病的发生程度，2008年各试验点调查表明油菜菌核病茎病株率潮土田（老茬田）略重于水稻土田（新茬田）平均为5.5%～8.5%，发生程度为轻发生年份。油菜菌核病对油菜产量有直接影响，油菜生产模式中合理的肥料运筹方法具有推迟油菜菌核病发生程度和增产效果[15]；因此，在推荐目标产量与最佳施肥量时，科学合理的施肥技术是确保油菜不同时期养分供给、增强植株抗逆性关键技术。
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