半夏測土配方施肥產量效應和氮磷鉀吸收特性分析

陳曉芳，張翔宇，柳 敏，王彩云，周茂嫦，李恒謙

（1.畢節醫學高等?？茖W校，貴州 畢節 551700；2.畢節市中藥研究所，貴州 畢節 551700）

半夏（Pinellia ternate）為天南星科（Araceae）半夏屬（Pinellia）多年生草本植物，其干燥塊莖入藥，具有燥濕化痰，降逆止嘔，消痞散結的功效［1］。半夏在我國為廣泛分布種，自然居群不徑相同，沿革考證其產區有陜西、山東、江蘇、湖北等地［2］。如今我國半夏種植主產區為甘肅、河北、貴州、湖北等省，貴州赫章是主要半夏種植產區之一［3］，所產半夏個大粒圓、色白粉足［4-5］。

半夏為淺根、喜肥植物，具有明顯雜草性。受氣候環境和海拔的影響，半夏每年一般有2 ~ 3次出苗和倒苗現象。半夏在實際生產中通常以直徑1.0 ~ 1.5 cm 作為種莖［6］。相關研究表明，不同區域不同海拔、播種量、種植密度、肥料等均對半夏產量及物質積累均有影響［7-16］，而植物對氮磷鉀間吸收存在協同調控機制，以實現植物不同營養的平衡［17-21］。

本課題組前期在赫章、威寧等產區開展了半夏資源引種篩選及施肥技術等方面的研究［4，14-16，22-23］。根據農業部下發的“測土配方施肥規范”推薦采用“3414”方案設計，該方案是3 因素、4 水平、14 個處理優化的不完全實施的正交試驗，該方案吸收了回歸最優設計處理少、效率高的優點，可作為3因素試驗用于建立三元三次肥料效應回歸方程，也可作為3 個2 因素或3 個單因素試驗建立二元或一元肥料效應回歸方程。為此，本研究擬進一步在半夏道地產區赫章縣通過“3414”測土配方施肥篩選有利于本區域半夏產量的施肥配方，并探索不同時期半夏塊莖氮磷鉀的吸收特性，以期為半夏科學施肥實現優質高產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

實驗用半夏為經貴州省農業農村廳認證的品種赫麻芋1 號，去除腐爛變質的塊莖，挑選直徑為1.0 ~ 1.5 cm 的半夏塊莖，用2 000 倍石灰水浸泡5 h進行消毒處理后漂洗3 次，然后用62.5 g/L 精甲?咯菌腈懸浮種衣劑進行拌種后晾干備用。肥料采用市售尿素（N ≥ 46.2%）、磷酸二銨（P2O5≥ 16.0%）、硫酸鉀（K2O ≥ 52%）。

1.2 試驗地概況

試驗于2021 年3 ~ 12 月在貴州省畢節市赫章縣雙坪鄉貴州山地高效農業公司半夏基地進行，選擇地勢平坦、土層深厚、濕潤肥沃、保水保肥能力強、地質疏松、排灌良好的沙質土壤為試驗基地，所選試驗基地pH 值為5.52、全氮2.66 g/kg、水解氮238.92 mg/kg、全磷0.02 g/kg、有效磷14.53 mg/kg、全鉀19.76 g/kg、速效鉀65.89 mg/kg、有機質79.89 g/kg。

1.3 試驗設計

試驗以課題組前期針對半夏施肥技術的研究為基礎［4，14-16，22-23］。采用“3414”配方施肥隨機區組排列設計，設置3個施肥梯度和1個空白對照，于當年3月份播種，共14個處理，3組重復，每個小區面積2.4 m2（0.8 m × 3 m），壟高0.4 m，種植密度為0.75 kg/m2，小區間距為0.6 m，周圍設置0.8 m保護行，試驗處理及肥料用量（見表1）。起壟后將肥料作基肥按照每個區組一次施入，隨時除草，干旱時適當澆水。

表1 “3414”試驗及隨機區組設計Tab.1 “3414”test and randomized block design

1.4 測定方法

產量按照隨機區組采挖后，將所有珠芽和塊莖全部收集，用粗篩篩掉表面附著的細沙土后分別稱鮮重后取平均值，折算成公頃（hm2）產量；按照半夏一次珠芽著生期、一次珠芽成熟期、二次珠芽著生期、二次珠芽成熟期以及倒苗期分別采集直徑大于1.0 cm的新鮮半夏塊莖測定不同時期塊莖氮磷鉀含量并折算為百分率。

檢測方法為：將新鮮半夏塊莖樣品烘干至恒重的樣品，經H2SO4- H2O2消煮。全氮用凱氏滴定法測定；全磷用釩鉬黃比色法測定；全鉀用火焰光度法測定［24］。氮磷鉀檢測委托新疆墨金農業科技有限公司貴州分公司檢驗測試中心進行檢測。

1.5 統計模型

氮、磷、鉀單獨施用的產量效應采用模型Y=aX2+ bX+ c 進行擬合，其中Y為產量，X為氮、磷、鉀單獨施用量；氮、磷、鉀混合施用的總效應方程采用模型Y= a + bXN+ cXP+ dXK+ eXNXP+ fXNXK+ gXPXK+hXN2+ iXP2+ jXK2進行擬合；不同時期塊莖吸收氮磷鉀對產量的影響采用線性回歸模型Y= aX+ c 進行擬合。

1.6 統計分析與作圖

采用SPSS 22.0 和Excel 2007 軟件對以上數據進行統計和顯著性分析，采用Origin 9.0 和Excel 2007軟件分別對產量效應和氮磷鉀吸收情況作圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理的產量效應

2.1.1 不同氮磷鉀配比的產量效應

由圖1 可知，施用不同氮、磷、鉀肥半夏產量變化較大，基礎肥力區（C1）半夏產量最低，只有9 291.67 ± 20.84 kg/hm2，缺氮區、缺磷區、缺鉀區（C2、C4、C8）3 個處理產量分別為11 937.50 ±20.84 kg/hm2、12 069.45 ± 31.83 kg/hm2、9 618.06 ±391.06 kg/hm2，說明試驗用地區域需合理施用氮、磷、鉀肥，特別是鉀肥的施用。隨著氮、磷、鉀肥施用量的提高，產量逐漸增加（圖1），在磷肥和鉀肥合理施用（C3）產量最高，為13 451.39 ± 66.97 kg/hm2。而富氮、富磷、富鉀（C11、C7、C10）3個處理產量分別為10 277.78 ± 31.83 kg/hm2、10 118.06 ± 31.83 kg/hm2、10 437.50 ± 20.84 kg/hm2，產量均較低，說明單獨過量施用氮、磷、鉀肥對產量有一定的副作用，進一步說明合理配施氮、磷、鉀肥對提高產量極其重要。

圖1 不同小區半夏平均產量Fig.1 Yields of P. ternata in different plots

2.1.2 不同氮肥處理的產量效應

在磷鉀肥為中等設計施用量（P2K2）時，每小區分別施加氮肥0 kg/hm2、112.5 kg/hm2、225 kg/hm2和337.5 kg/hm2的產量分別為11 937.50 ± 20.84 kg/hm2、13 451.39 ± 66.97 kg/hm2、12 847.23 ± 43.37 kg/hm2、10 277.78 ± 31.83 kg/hm2，總體趨勢是產量隨施氮量的增加先上升后下降（見圖2）。此時氮肥施用量（XN）與半夏產量（Y）的關系可以用一元二次回歸方程來表示：Y= -0.081XN2+ 22.259XN+ 11 945.142（R2 = 0.999）。因此施加112.5 kg/hm2氮肥可以獲得較高產量。

圖2 氮肥施用量與半夏產量的效應曲線Fig.2 Effect curve of nitrogen application rate and yields of P. ternata

2.1.3 不同磷肥處理的產量效應

在氮鉀肥為中等設計施用量（N2K2）時，每小區分別施加磷肥0 kg/hm2、45 kg/hm2、90 kg/hm2和135 kg/hm2的產量分別為12 069.45 ± 31.83 kg/hm2、12 243.06 ± 31.83 kg/hm2、12 847.23 ± 43.37 kg/hm2、10 118.06 ± 31.83 kg/hm2，總體趨勢是產量隨施磷量的增加先上升后下降（見圖3）。此時磷肥施用量（XP）與半夏產量（Y）的關系可以用一元二次回歸方程來表示：Y= -0.358XP2+ 36.713XP+ 11 881.252（R2= 0.830）。因此，施加90 kg/hm2磷肥可以獲得較高產量。

圖3 磷肥施用量與半夏產量的效應曲線Fig.3 Effect curve of phosphate fertilizer application rate and P. ternata yields

2.1.4 不同鉀肥處理的產量效應

在氮磷肥為中等設計施用量（N2P2）時，每小區分別施加鉀肥0 kg/hm2、60 kg/hm2、120 kg/hm2和180 kg/hm2的產量分別為9 618.06 ± 391.06 kg/hm2、12 159.72 ± 31.83 kg/hm2、12 847.23 ± 43.37 kg/hm2、10 437.50 ± 20.84 kg/hm2，總體趨勢是產量隨施鉀量的增加先上升后下降（見圖4）。此時鉀肥施用量（XK）與半夏產量（Y）的關系可以用一元二次回歸方程來表示：Y= -0.344XK2+ 67.135XK+ 9 555.907（R2= 0.973）。因此，施加120 kg/hm2鉀肥可以獲得較高產量。

圖4 鉀肥施用量與半夏產量的效應曲線Fig.4 Effect curve of potassium fertilizer application rate and P. ternata yields

2.1.5 不同氮磷鉀處理對產量總體效應

以半夏產量（Y）為目標函數，根據氮（XN）磷（XP）鉀（XK）施用量對產量的影響建立3 因素的施肥數學模型，既Y= 9 071.174 + 44.401XN- 14.974XP+ 5.899XK-0.248XNXP- 0.129XNXK+ 0.738XPXK- 0.033XN2-0.190XP2- 0.202XK2。以上效應方程的R2= 0.746，說明擬合程度較好，能夠較好的反應氮磷鉀對產量的影響結果。同時，按照上述效應方程計算出氮磷鉀的最佳施肥配方為：氮肥74.19 kg/hm2、磷肥87.28 kg/hm2、鉀肥25.48 kg/hm2。

2.2 半夏不同時期塊莖氮磷鉀吸收情況

2.2.1 一次珠芽著生期塊莖氮磷鉀吸收差異

由圖5 可知，不同氮磷鉀配施下半夏塊莖在一次珠芽著生期對氮磷鉀的吸收存在顯著性差異，部分區組存在極顯著差異。C13 對氮的吸收最高，為（1.23 ± 0.01）%，C6 最少，為（0.78 ± 0.01）%；C9 對磷的吸收最高，為（0.321 ± 0.002）%，C3 最少，為（0.192 ± 0.001）%；C12 對鉀的吸收最高，為（1.87 ± 0.02）%，C7 最少，為（1.13 ± 0.01）%。一次珠芽著生期，當固定氮肥、磷肥、鉀肥其中2種，只考慮氮肥、鉀肥、磷肥單獨施用對塊莖吸收相應元素的規律發現：塊莖對該相應元素的吸收均呈呈現波浪型，而非類似產量效應方程的拋物線型。綜合考慮氮磷鉀肥料配施時，較低的氮鉀肥和較高磷肥的組合有利于塊莖對氮元素的吸收，較高氮磷肥和較低鉀肥的組合有利于塊莖對磷的吸收，較高氮磷肥和高鉀肥的組合有利于塊莖對鉀的吸收。

圖5 一次珠芽著生期半夏塊莖對氮磷鉀的吸收情況Fig.5 The absorption of N-P-K by tubors of P. ternata during the first stage of pearl bud growth

2.2.2 一次珠芽成熟期塊莖氮磷鉀吸收差異

由圖6 可知，不同氮磷鉀配施下半夏塊莖在一次珠芽成熟期對氮磷鉀的吸收存在顯著性差異，部分區組存在極顯著差異。C10 對氮的吸收最高，為（1.35 ± 0.01）%，C7最少，為（0.98 ± 0.02）%；C9對磷的吸收最高，為（0.306 ± 0.003）%，C3 最少，為（0.189 ± 0.002）% ；C4 對鉀的吸收最高，為（1.41 ± 0.02）%，C1 最少，為（0.70 ± 0.01）%。一次珠芽成熟期，當固定氮肥、鉀肥、磷肥其中2種，只考慮氮肥、鉀肥、磷肥單獨施用對塊莖吸收相應元素的規律發現：塊莖對氮元素和磷元素的吸收均呈先上升后下降，鉀元素的吸收呈波浪式漸升。綜合考慮氮磷鉀肥料配施時，較高氮磷肥和高鉀肥的組合有利于塊莖對氮元素的吸收，較高氮磷肥和較低鉀肥的組合有利于塊莖對磷的吸收，較高氮鉀肥組合有利于塊莖對鉀的吸收。

圖6 一次珠芽成熟期半夏塊莖對氮磷鉀的吸收情況Fig.6 The absorption of N-P-K by P. ternata tubers during the first stage of bud maturation

2.2.3 二次珠芽著生期塊莖氮磷鉀吸收特性差異

由圖7 可知，不同氮磷鉀配施下半夏塊莖在二次珠芽著生期對氮磷鉀的吸收存在顯著性差異，部分區組存在極顯著差異。C9 對氮的吸收最高，為（1.47 ± 0.02）%，C6 最少，為（1.04 ± 0.02）%；C9 對磷的吸收最高，為（0.288 ± 0.003）%，C3 最少，為（0.168 ± 0.001）%；C12 對鉀的吸收最高，為（1.51 ± 0.02）%，C1 最少，為（0.86 ± 0.01）%。二次珠芽著生期，當固定氮肥、鉀肥、磷肥其中2種，只考慮氮肥、鉀肥、磷肥單獨施用對塊莖吸收相應元素的規律發現：塊莖對氮元素的吸收均呈波浪式下降，磷元素的吸收呈先上升后下降，鉀元素的吸收呈波浪式漸升。綜合考慮氮磷鉀肥料配施時，較高氮磷肥和較低鉀肥的組合有利于塊莖對氮和磷元素的吸收，較低氮磷肥和較高鉀肥的組合有利于塊莖對鉀的吸收。

圖7 二次珠芽著生期半夏塊莖對氮磷鉀的吸收情況Fig.7 The absorption of N-P-K by P. ternata tubers during the second stage of pearl bud growth

2.2.4 二次珠芽成熟期塊莖氮磷鉀吸收差異

由圖8 可知，不同氮磷鉀配施下半夏塊莖在二次珠芽成熟期對氮磷鉀的吸收存在顯著性差異，部分區組存在極顯著差異。C9 對氮的吸收最高，為（1.43 ± 0.03）%，C13 最少，為（1.01 ± 0.01）%；C9 對磷的吸收最高，為（0.348 ± 0.003）%，C3 最少，為（0.186 ± 0.001）%；C4 對鉀的吸收最高，為（1.85 ± 0.02）%，C7 最少，為（1.05 ± 0.01）%。二次珠芽成熟期，當固定氮肥、鉀肥、磷肥其中2種，只考慮氮肥、鉀肥、磷肥單獨施用對塊莖吸收相應元素的規律發現：塊莖對氮元素的吸收均呈先下降后上升，磷元素的吸收呈先上升后下降，鉀元素的吸收呈波浪式漸升。綜合考慮氮磷鉀肥料配施時，較高氮磷肥和較低鉀肥的組合有利于塊莖對氮和磷元素的吸收，較高氮鉀肥的組合有利于塊莖對鉀的吸收。

圖8 二次珠芽成熟期半夏塊莖對氮磷鉀的吸收情況Fig.8 The absorption of N-P-K by P. ternata tubers during the second stage of bud maturation

2.2.5 倒苗期塊莖氮磷鉀吸收差異

由圖9 可知，不同氮磷鉀配施下半夏塊莖在倒苗期對氮磷鉀的吸收存在顯著性差異，部分區組存在極顯著差異。C8對氮的吸收最高，為（1.51 ± 0.02）%，C6 最少，為（1.04 ± 0.02）%；C1 對磷的吸收最高，為（0.277 ± 0.001）%，C12 最少，為（0.168 ± 0.001）%；C10對鉀的吸收最高，為（1.86 ± 0.02）%，C7最少，為（0.93 ± 0.01）%。倒苗期，當固定氮肥、鉀肥、磷肥其中兩種，只考慮氮肥、鉀肥、磷肥單獨施用對塊莖吸收相應元素的規律發現：塊莖對氮元素的吸收均呈先下降后上升，磷元素的吸收呈先上升后下降，鉀元素的吸收呈上升趨勢。綜合考慮氮磷鉀肥料配施時，較高氮磷肥和較低鉀肥的組合有利于塊莖對氮的吸收，較高氮磷肥和高鉀肥的組合有利于塊莖對鉀的吸收。

圖9 倒苗期半夏塊莖對氮磷鉀的吸收情況Fig.9 Absorption of N-P-K by P. ternata tubers during the inverted seedling stage

2.3 氮磷鉀吸收對半夏產量的總體效應

由表2可知，以半夏產量為目標函數，一次珠芽著生期塊莖對氮和磷的吸收與產量成負相關；一次珠芽成熟期塊莖對磷吸收與產量成負相關；二次珠芽著生期塊莖對氮和磷的吸收與產量成負相關；二次珠芽成熟期磷的吸收與產量成負相關；倒苗期塊莖對磷的吸收與產量成負相關。與此同時，一次珠芽著生期塊莖對鉀的吸收與氮磷的吸收呈負相關；一次珠芽成熟期塊莖對鉀的吸收與磷的吸收呈負相關，與氮的吸收呈正相關；二次珠芽著生期塊莖對鉀的吸收與氮磷的吸收呈負相關性；二次珠芽成熟期塊莖對鉀的吸收與磷的吸收呈負相關，與氮的吸收呈正相關；倒苗期塊莖對鉀的吸收與氮磷的吸收呈負相關。采用線性回歸模型擬合不同時期塊莖吸收氮（XN）磷（XP）鉀（XK）對產量的影響建立數學模型為：Y= 8 280.753 + 8 390.687XK1- 3 791.758XN1-3 018.448XP1+ 1 368.826XK2+ 7 374.826XN2-125 143.757XP2- 12 388.385XK3- 4 794.26XN3+10 984.924XP3+ 9 533.964XK4+ 262.179XN4+52 510.538XP4– 45 15.149XK5+ 5 104.866XN5+26 027.922XP5。以上效應方程的R2= 0.967，線性擬合程度極好，說明塊莖吸收氮磷鉀對產量具有顯著的線性關系。

3 討論與結論

3.1 肥料配施對半夏產量的影響分析

氮、磷、鉀是植物生長發育所必需的三大營養元素，自然界中土壤的氮、磷、鉀含量較低，這是限制植物生長的主要因素，嚴重影響作物的產量和品質［25］。王鵬等［26］研究表明半夏最大產量為29 921.4 kg/hm2時，施肥量N、五氧化二磷（P2O5）、氧化鉀（K2O）分別為413.79 kg/hm2、224.79 kg/hm2、164.01 kg/hm2。申浩等［12］認為川半夏生產栽培中最佳施肥組合為N、P2O5、K2O 為315 kg/hm2、225 kg/hm2、270 kg/hm2。王海玲等［15］研究表明半夏塊莖產量高于2 700 g 時的最優方案為播種密度541 ~ 659 粒/m2、施N 量15.28 ~ 19.22 g/ m2、施P2O5量15.40 ~ 20.60 g/m2。趙明勇等［4］以半夏塊莖產量 ≥ 2.25 kg/m2為目標，有機肥、氮肥、磷肥的施用量分別為3.121 ~ 3.629 kg/m2、11.215 ~ 13.385 g/m2、25.964 ~ 29.289 g/m2；以半夏塊莖產量 ≥ 2.4 kg/m2為目標，有機肥、氮肥、磷肥的施用量分別為3.096 ~ 3.654 kg/m2、11.11 ~ 13.49 g/m2、25.311 ~ 29.289 g/m2。翟玉玲等［27］研究提出，在貴州高海拔地區半夏高產栽培為：每667 m2有機肥、尿素、普鈣、硫酸鉀的施肥量分別為5 832.915 ~7 277.637 kg、45.863 ~ 54.927 kg、295.815 ~ 374.187 kg、45.356 ~ 70.649 kg。唐映軍等［28］報道半夏新品種赫麻芋1 號采用“一次性給肥”方法進行施肥，在年前將腐熟有機肥與磷肥按照20 ∶ 1 拌勻堆腐后2 000 kg/667 m2撒施廂面后覆土2 ~ 3 cm 后再按30 kg/667 m2撒施 15 ∶ 15 ∶ 15 的復合肥，2017 年赫麻芋 1 號每667 m2平均產量為952.86 kg；2018 年平均產量為670.18 kg。以上研究與本研究在半夏產量上差異不大，但每畝肥料配施不同。其原因可能為：一是因為不同產地不同區域土壤基礎肥效不一致；二是所用肥料中氮、磷、鉀元素的含量的差異；三是施用有機肥、鈣肥后對氮磷鉀肥的需求不一致。

3.2 半夏施肥策略分析

本研究通過“3414”配方施肥隨機區組試驗設計，探索氮磷鉀配施對半夏產量和不同時期半夏塊莖氮磷鉀吸收的影響。結果表明，不同氮、磷、鉀肥用量之間產量有顯著性差異，基礎肥力區（C1）2.4 m2半夏產量最低，隨著氮、磷、鉀肥施用量的提高，產量逐漸增加，但單獨過量施用氮、磷、鉀肥對產量有一定的副作用。同時根據氮（XN）磷（XP）鉀（XK）施用量對產量的影響擬合出3 因素的施肥數學模型得出最佳施肥配方為：氮肥74.19 kg/hm2、磷肥87.289 kg/hm2、鉀肥25.48 kg/hm2。

3.3 不同時期半夏氮磷鉀吸收影響分析

基于不同時期半夏塊莖對氮磷鉀吸收的情況，從肥料配比的角度分析認為，不同時期塊莖對氮元素的吸收受磷肥施用的影響，當磷肥施用處于較高水平時，塊莖對氮元素的吸收處于較高水平；不同時期塊莖對磷元素的吸收受鉀肥施用的影響，當磷肥施用處于較低水平時，對鉀元素的吸收處于較高水平；不同時期塊莖對鉀元素的吸收則受氮肥和磷肥施用的共同影響，高鉀肥的施用有利于塊莖對鉀的吸收。目前對于不同時期塊莖對氮磷鉀的吸收特性還有待于進一步探索，以進一步弄清楚塊莖對營養物質的吸收的規律性，為配方施肥提供更加可靠的依據。