烟草栽培中氮、磷、钾肥及水分因子与产值的经验模型

中国农业科学2008,41(2):480-487ScientiaAgriculturaSinica收稿日期：2007-03-19；接受日期：2007-09-10基金项目：烟草行业栽培生理生化重点实验室和国家烟草专卖局南阳优质烟生产科技示范基地建设资助项目（110200401004）作者简介：陈义强（1978-），男，福建漳平人，博士研究生，研究方向为烟草栽培与精准农业。Tel：[phone]；E-mail：[e-mail]。通讯作者刘国顺（1954-），男，教授，研究方向为烟草栽培生理。Tel：[phone]；E-mail：[e-mail]烟草栽培中氮、磷、钾肥及水分因子与产值的经验模型陈义强1，刘国顺1，习红昂2（1河南农业大学农学院/国家烟草栽培生理生化基地，郑州450002；2河南省南阳烟草分公司，河南南阳473000）摘要：【目的】为优质烟叶生产提供施肥量依据，防止化肥的过量施用从而造成的环境污染及烟叶品质下降。【方法】以经典统计学和地统计学为分析工具，在对试验地土壤养分空间变异性分析的基础上进行二次回归旋转组合设计试验。【结果】建立了氮、磷、钾肥及水分4因子与烟草产值之间的经验模型，并对各因子之间的交互作用进行了分析，对模型进行了优化。【结论】单因子效应分析表明，随着施氮量和土壤相对含水量的提高，产值呈先升后降的趋势，随着施磷量与施钾量的提高，产值呈上升趋势。双因素交互效应分析表明，氮肥和水分、磷肥和水分、钾肥水分、氮、磷肥、氮、钾肥间互作中都存在一个值域，低于这个值域时氮肥和水分、磷肥和水分、钾肥和水分、氮、磷肥、氮、钾肥间都表现为协同促进作用，高于这个值域时则都表现为拮抗作用。而钾肥和磷肥间一直表现为协同促进作用。模型优化结果表明，大田试验适宜的施氮量为36.72～45.65kgN·ha-1，施磷量为56.53～71.52kgP2O5·ha-1，施钾量为240.78～250.94kgK2O·ha-1，土壤相对含水量为75.2%～80.8%。关键词：烟草；经验模型；肥料；水分EmpiricalModeloftheRelationofOutputValuetoNitrogen,Phosphorus,PotassiumandWaterDuringTobaccoCultivationCHENYi-qiang1,LIUGuo-shun1,XIHong-ang2(1AgronomyDepartmentofHenanAgriculturalUniversity/NationalTobaccoCultivation&Physiology&BiochemistryResearchCenter,Zhengzhou450002;2NanyangTobaccoCompanyofHenanProvince,Nanyang473000,Henan)Abstract:【Objective】Thepresentexperimentwasconductedtostudythereasonablefertilizationforhighqualitytobaccoleavesandtopreventfromtheenvironmentalpollutionandthequalitydeclineoftobaccoleavesresultedfromoverfertilization.【Method】Quadraticgeneralrotaryunitizationdesignwasusedtostudyspatialheterogeneityofsoilnutrientswiththeclassicalmethodandgeostatistics.【Result】Anempiricalmodeloftherelationsoftobaccooutputtonitrogen,phosphorus,potassiumandsoilwatercontentwasestablishedandoptimizedtoanalyzetheinteractionamongthetestedfactors.【Conclusion】Single-factoranalysisshowedthattheoutputoftobaccoleavesincreasedandthendecreasedsteadilywiththeincreaseofthenitrogenapplicationandthesoilwatercontent,butitalwayskeptgoingupwiththeincreaseoftheapplicationofphosphorusandpotassium.Thefirstorderinteractionanalysisindicatedthatthereexistedaninteractionrangebetweennitrogenandwater,phosphorusandwater,potassiumandwater,nitrogenandphosphorus,nitrogenandpotassium.Thesynergisticandantagonisticeffectsbetweenfertilizationandwateringwereshowninthelowerandhigherrange,respectively.Butthesynergisticeffectsalwaysexistedbetweenphosphorusandpotassium.Theoptimalamountinthefieldfromtheoptimizedmodelwas36.72kg·ha-1to45.65kg·ha-1forN,56.53kg·ha-1to71.52kg·ha-1forP2O5,240.78kg·ha-1to250.94kg·ha-1forK2O,75.2%to80.8%forthesoilwatercontent,respectively.Keywords:Tobacco;Empiricalmodel;Fertilizer;Water0引言【研究意义】氮、磷、钾肥及水分是烟草栽培中最为关键的四大影响因素。掌握烟草的需肥需水规律，并把它量化，在此基础上进行精准施肥、精准浇水是生产优质烟叶的主要途径，更是防止化肥的过量施用2期陈义强等：烟草栽培中氮、磷、钾肥及水分因子与产值的经验模型481从而造成污染环境、烟叶品质下降的经济措施，最终有助于实现烟叶生产的可持续发展。【前人研究进展】氮、磷、钾是作物生长的三大营养元素，水是生命之源，这四个因子是形成优质烟叶最基础也是最重要的条件。增施钾肥可以提高烟叶的酸性和中性香气成分含量[1]，增施氮肥和磷肥都可以提高烟叶产量、等级[2,3]，肥料间配施可使烟叶的化学成分协调，致香物质总量和不同种类致香物质含量提高[4,5]，而严重干旱则会使烟叶面积和干重明显减少[6]。虽然氮、磷、钾肥及水分对提高烟叶产量和品质的作用已被证实，但是，由于各地生态条件的不尽相同，氮、磷、钾肥及水分的用量也都各不相同，因此在施肥浇水时总是很难找到一个精准量化的依据。烟草是喜钾作物，较高的烟叶钾含量可以提高烟叶的燃烧性，提高烟叶的品质[7]。同时烟草也是对氮肥较为敏感的作物，充足的氮肥是烟叶形成香气物质的前提条件，过多的氮肥又极易形成“黑暴烟”[7]。因此，合理施氮、合理浇水、高效施钾一直是烟草栽培的关键。【本研究切入点】有关氮、磷、钾肥及土壤水分对烟草生长和烟叶品质的影响已有较多报道，但大部分都是研究这四个因子中某一单因子对烟草的影响。有关烟草生长中氮、磷、钾肥及土壤水分四因子间的互作研究也较少，这四个因子与烟草产值或品质的经验模型鲜见报道。【拟解决的关键问题】以经典统计学和地统计学为研究方法，对烟草栽培中的氮、磷、钾肥及水分这四因子与产值的关系进行研究，拟建立二者之间的经验模型，掌握烟草需肥需水的量化规律及肥水间的交互作用，为烟草栽培提供量化依据。1材料与方法1.1试验地概况试验地位于河南省南阳市方城县清河乡金叶园。地理位置位于东经112°54′，北纬33°15′。属于平原地带，四季气候变化明显，降水量时空分布不均。本试验在金叶园内选取一南北长100m、东西宽25m的长方形典型地块作为研究对象，地面平整。1.2材料与处理采用二次回归旋转组合设计，分氮、磷、钾、水分4个因素，每个因素各设5个水平。各肥料的零水平按N﹕P2O5﹕K2O为1﹕1.5﹕3的比例施肥，水分以每天土壤相对含水量的平均值表示，控制在±2%的波动范围，大田试验各因素的具体零水平和区间见表1。试验于2006年在河南省方城县金叶园内进行，选择地势平坦，土壤养分空间变异小的方形地块作为试验地。供试品种为云烟87，供试土壤为黄褐土，以11m×10m的网格进行取样，共取18个样品。取样时在网格中心点2m范围内取多点混合而成，并以网格中心点位置表示取样位置。所有样品均取自0～20cm土层的土壤，测得pH为7.05±0.23，有机质含量为（12.89±3.40）g·kg-1，全氮为（885.4±46.8）mg·k-1g，全磷为（456.5±80.0）mg·kg-1，全钾为（23.81±2.67）g·kg-1，速效养分含量见下文分析。采用穴灌方式，灌溉时间为傍晚，每天清晨和傍晚各测1次土壤相对含水量。试验地面积为0.21ha，小区面积为55m2，设保护行，共36个小区。试验所施肥料为烟草专用复合肥（氮、磷、钾比例为10%﹕10%﹕20%）、硝铵（含氮30%）、Ca（H2PO4）2·H2O（含P2O512%）、K2SO4（含K2O50%）、KNO3（含氮13%，含K2O45%），其中70%作为基肥施用，30%作为追肥。表1大田试验各因素的零水平及区间Table1Thezerolevelandzoneoffactorsinfieldexperiment因素Factors零水平Zerolevel区间Interval上限Upperlimit下限LowerlimitN（kg·ha-1）4522.5900P2O5（kg·ha-1）67.533.751350K2O（kg·ha-1）13567.52700H2O(%)7015100401.3测定方法全氮用全自动定氮仪（FOSSKjeltec2300）测定，回收率为99.27%；全磷、全钾用等离子体发射光谱测定（美国瓦里安的VISTA-MPXCCDSimultaneousICP-OES）；水解性氮用碱解扩散法测定；速效磷用NaHCO3法测定；速效钾用乙酸铵提取法测定；有机质用重铬酸钾容量法-稀释热法测定；pH值用电位法测定；土壤含水量用环刀法测定[8]。1.4数据处理与分析用DPS软件及GS+软件中的半方差函数及Kriging插值进行数据的统计与分析。2结果与分析2.1试验地养分的空间变异性试验地是田间试验最重要的试验条件，土壤差异是田间试验最主要最经常的误差来源。因此在试验前有必要对试验地进行土壤养分的空间变异性研究，在此基础上选取土壤肥力比较一致的试验地进行试验。482中国农业科学41卷由于经典统计分析只能分析土壤养分变化的总体状况，不能准确反映其变化的局部特征，以及随机性、结构性、独立性和相关性的具体情况，因此有必要采用地统计学方法进行分析，才能了解试验地在种烟前的养分空间分布状况。用半方差函数对不同步长间距下的各种模型进行比较分析，选择最优的模型并进行Kriging插值分析，得图1。由图1可以看出，种烟前3种速效养分在空间中的分布总体上都较为平缓，其含量范围分别为82.86～85.31mg·kg-1，17.8～20.4mg·kg-1，42.6～52.7mg·kg-1，说明试验地的速效养分分布差异不大，总体上分布较为均匀。其中碱解氮含量在试验地中部有3个小凹槽，说明这3个部位的碱解氮含量较低，但是它们与其它位置的碱解氮含量相差不大，约2mg·kg-1。速效磷含量呈现南