采用响应面方法和Box-Behnken设计优化肥料用量以提高火龙果的果实产量

《Frontiers in Plant Science》：Optimization of fertilizer doses for increased fruit yield of dragon fruit adopting response surface methodology and Box-Behnken design

龙果(N:P?O?:K?O)最优施用量研究采用响应面法，通过Box-Behnken设计分析氮磷钾配比对白肉和紫红肉龙果产量的影响。实验表明，白肉龙果最优配比为400:300:650 g/柱·年，产量25.5 t/ha；紫红肉龙果为700:400:350 g/柱·年，产量35.6 t/ha。模型R2达0.71-0.91，显著提升产量。该研究为龙果精准施肥提供科学依据，促进栽培面积扩大与产业增收。

　　龙果，也被称为火龙果或红心火龙果，因其独特的外观和丰富的营养价值而备受消费者青睐。近年来，随着人们对健康饮食的重视，龙果的市场需求不断上升，成为一种广受欢迎的水果。然而，尽管其市场价值高，龙果的产量却受到多种因素的限制，尤其是肥料使用不当的问题。因此，本研究旨在通过优化肥料的使用效率，提升龙果的产量，同时减少无机肥料的浪费。通过改进肥料管理，不仅能够提高单位面积的产量，还能增强作物的整体生长质量和产量稳定性。

在研究中，选择了两种龙果果肉类型——白色果肉和紫色果肉作为试验对象，并设计了三个不同级别的氮（N）、磷（P?O?）和钾（K?O）组合，作为独立变量。为了更有效地分析这些变量对产量的影响，研究采用了响应面法（Response Surface Methodology, RSM），特别是Box-Behnken设计（BBD），以确定最佳的肥料配比。这种方法不仅能够预测产量响应，还能通过统计模型进行优化，从而为实际生产提供科学依据。

研究结果显示，白色果肉龙果在最佳肥料配比400:300:650 g/支柱/年时，其产量达到了25.5吨/公顷；而紫色果肉龙果的最佳配比为700:400:350 g/支柱/年，对应的产量为35.6吨/公顷。这些数据表明，通过科学调控肥料用量，可以显著提升龙果的产量，同时减少肥料的浪费，实现可持续的农业生产。

为了确保研究的可靠性，实验过程中采用了严格的田间管理措施。在实验站，每个处理组均按照相同的种植密度和间距进行布置，保证了实验的可控性和可重复性。所有龙果植株在生长过程中接受了统一的有机肥、农家肥、生物肥料以及灌溉措施。同时，肥料的施用按照四个阶段进行，每个阶段的施用比例都有详细规定，以确保植物在不同生长阶段都能获得适当的养分供应。

在数据收集和分析方面，实验人员记录了每一年的产量数据，并将其汇总为三年的综合数据，用于模型的构建和验证。研究采用SAS V 9.3软件进行方差分析（ANOVA）和回归分析，以评估模型的适用性和准确性。通过R2（决定系数）和调整后的R2值，可以判断模型对实际产量的预测能力。此外，模型的拟合度还通过缺乏适配性（lack of fit）的F值和P值进行验证，结果表明模型具有良好的适用性，能够有效反映肥料配比与产量之间的关系。

研究还利用了响应面法的三维模型，以直观展示不同肥料配比对产量的影响。这种可视化方法有助于研究人员快速识别出最佳的肥料组合，并为农民提供具体的施肥建议。通过这些方法，研究人员能够系统地分析氮、磷、钾三种主要肥料在不同配比下的作用，并找到最优的施用比例，以提高产量并减少浪费。

此外，研究还探讨了不同肥料配比对龙果生长和产量的影响。结果表明，氮和钾在提高产量方面起着关键作用，而磷的作用相对较小。在某些情况下，氮和钾的相互作用对产量提升有显著影响，而在其他情况下，这种相互作用并不显著。因此，研究建议在实际生产中，应更加重视氮和钾的合理配比，以达到最佳的产量效果。

本研究的结果对于农民和农业管理者具有重要的指导意义。通过优化肥料使用，不仅能够提高龙果的产量，还能改善作物的质量，从而提升经济效益。此外，研究还指出，土壤肥力和肥料管理是影响龙果产量和质量的关键因素，因此，提高土壤肥力和科学施肥是实现高产的重要手段。

综上所述，这项研究通过响应面法和Box-Behnken设计，成功找到了提高龙果产量的最佳肥料配比。这不仅有助于农民在实际生产中实现更高的产量，还能为未来的龙果种植提供科学依据。随着龙果种植面积的扩大和市场需求的增加，优化肥料管理将成为提升产量和质量的关键环节。