控釋肥、保水劑和殼聚糖對甜椒穴盤育苗的交互效應(yīng)研究

董傳遷,尹程程,魏珉,2*,楊鳳娟,3,史慶華,2,王秀峰,3,張偉麗

1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院,山東泰安271018

2.農(nóng)業(yè)部黃淮海設(shè)施農(nóng)業(yè)工程科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站,山東泰安271018

3.作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東泰安271018

4.山東濟(jì)南偉麗種業(yè)有限公司,山東濟(jì)南250100

控釋肥、保水劑和殼聚糖對甜椒穴盤育苗的交互效應(yīng)研究

董傳遷1,4,尹程程1,魏珉1,2*,楊鳳娟1,3,史慶華1,2,王秀峰1,3,張偉麗4

1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院,山東泰安271018

2.農(nóng)業(yè)部黃淮海設(shè)施農(nóng)業(yè)工程科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站,山東泰安271018

3.作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東泰安271018

4.山東濟(jì)南偉麗種業(yè)有限公司,山東濟(jì)南250100

為探明控釋肥、保水劑和殼聚糖的交互效應(yīng)，以腐熟棉籽殼菇渣+草炭+蛭石（1:1:1，V/V）為基質(zhì)，采用二次通用旋轉(zhuǎn)設(shè)計，研究了控釋肥、保水劑和殼聚糖對甜椒穴盤育苗效果的影響。結(jié)果表明：適量添加保水劑、控釋肥和殼聚糖能有效促進(jìn)幼苗生長，提高生理活性，增強(qiáng)抗逆能力；保水劑與控釋肥之間的互作效應(yīng)為顯著正相關(guān)，保水劑與殼聚糖之間的互作效應(yīng)為正相關(guān)，而控釋肥與殼聚糖之間的互作效應(yīng)為負(fù)相關(guān)，但兩者均未達(dá)到顯著水平。經(jīng)計算機(jī)模擬模型解析，得出該基質(zhì)條件下甜椒育苗的最佳用量組合為：保水劑4.73～5.22 g·L-1，控釋肥5.02～5.52 g·L-1，殼聚糖3.05～3.70 g·L-1。

甜椒;保水劑;控釋肥;殼聚糖;穴盤育苗

近年來，以穴盤育苗為主的蔬菜集約化育苗在全國各地快速發(fā)展，有利地推動了蔬菜產(chǎn)業(yè)向規(guī)?；蛯I(yè)化發(fā)展。然而，由于穴盤育苗的穴孔容量小，容納基質(zhì)少，緩沖性能和保肥保水能力弱，造成幼苗水肥供應(yīng)不足。因此，生產(chǎn)中常常通過多頻次澆灌營養(yǎng)液的方法來滿足幼苗生長需求，但營養(yǎng)液配制和管理繁瑣，技術(shù)要求較高，而且每次灌溉營養(yǎng)液均會造成較多的水肥流失，既降低資源利用效率，又污染環(huán)境[1]。另一方面，穴盤的地上和地下部空間有限，幼苗生長后期往往由于競爭性生長而導(dǎo)致徒長，影響壯苗培育[2]。

伴隨保水劑、控釋肥、殼聚糖等新型材料出現(xiàn)，人們開始關(guān)注其在蔬菜和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。研究表明，合理使用保水劑、控釋肥可明顯促進(jìn)蔬菜生長，增加產(chǎn)量，提高水肥利用效率[3-6]；殼聚糖則有利于提高作物抗逆性[7,8]。關(guān)于保水劑、控釋肥、殼聚糖在蔬菜育苗中的應(yīng)用，曾相繼有一些報道[9-11]，但這些報道多是探討其中某一個因素對育苗效果的影響，關(guān)于保水劑、控釋肥和殼聚糖三者之間的互作效應(yīng)研究甚少。

為此，本試驗(yàn)以甜椒為試材，采用二次通用旋轉(zhuǎn)設(shè)計，研究了保水劑、控釋肥和殼聚糖對穴盤育苗效果的影響，探討三者的互作效應(yīng)及其合理用量，以期為簡化育苗水肥管理，培育優(yōu)質(zhì)壯苗提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

甜椒品種“農(nóng)發(fā)甜椒”由北京神龍種業(yè)有限責(zé)任公司繁育。草炭由黑龍江樺美泥炭有限公司生產(chǎn)，蛭石購自濟(jì)南安信種苗有限公司，腐熟棉籽殼菇渣自行堆漚制作。保水劑為交聯(lián)聚丙烯酰胺類，由北京漢力淼新技術(shù)有限公司提供，規(guī)格XM，顆粒大小0.8～1.6 mm，吸水倍數(shù)約200倍。控釋復(fù)合肥（N-P2O5-K2O為14-14-14，膜含量5%）由山東金正大生態(tài)工程股份有限公司提供，控釋期3個月。殼聚糖由山東奧康生物科技有限公司生產(chǎn)，水溶性，脫乙酰度〉90%，灰分＞1%，粒徑100目。

采用50孔黑色塑料穴盤，單個穴孔容積約為60 cm3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)于2011年11～12月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)北校區(qū)玻璃溫室進(jìn)行。以腐熟棉籽殼菇渣+草炭+蛭石（1:1:1，V/V）為育苗基質(zhì)，采用二次通用旋轉(zhuǎn)設(shè)計，編碼與三因素水平見表1。依據(jù)表1中各因素水平，將相應(yīng)物料混入育苗基質(zhì)中，并添加0.08 g·L-1多菌靈（50%可濕性粉劑）防控苗期病害。

挑選整齊一致的甜椒種子，55℃溫湯浸種10 min，放置于28±1℃恒溫箱中催芽，露白后播種。每處理播種3個穴盤，作為3次重復(fù)。出苗后開始澆灌日本山崎甜椒專用配方營養(yǎng)液。待幼苗長至五葉一心時取樣，每重復(fù)取7株測定生長指標(biāo)，5株測定生理指標(biāo)。試驗(yàn)期間室內(nèi)平均晝/夜溫度為17.5～24.3℃/10.1～16.4℃。

表1 二次通用旋轉(zhuǎn)設(shè)計編碼與水平Table 1 The codes and level in quadratic general rotary design

1.3 測定項(xiàng)目和方法

1.3.1 幼苗生長指標(biāo)測定育苗結(jié)束時，測定株高、莖粗、鮮重，105℃殺青，70℃烘干，測干重。壯苗指數(shù)=（根干重/地上部干重+莖粗/株高）×全株干重（g）×1000

1.3.2 幼苗生理指標(biāo)測定葉綠素采用丙酮乙醇混合液（2:1，V/V）提取[12]，TU-1900紫外可見分光光度計測定；根系活力采用TTC法，根系吸收面積采用甲烯藍(lán)法測定[13]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用DPS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和差異顯著性檢驗(yàn)。采用SAS 9.0軟件處理二次通用旋轉(zhuǎn)設(shè)計的數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 控釋肥、保水劑和殼聚糖對甜椒幼苗生長的影響

從表2可以看出，甜椒幼苗以T15的株高、莖粗、地上部干重和根干重最大，與其它處理間的差異多數(shù)達(dá)到顯著水平，而T1的生長量最小。從壯苗指數(shù)看，T15的壯苗指數(shù)最大，達(dá)到49.16，而T1最小，只有35.38。

表2 不同處理對甜椒幼苗生長的影響Table 2 Effects of different treatments on growth of sweet pepper seedlings

2.2 控釋肥、保水劑和殼聚糖對甜椒幼苗葉綠素含量和根系活力的影響

從表3可以看出，T20的葉綠素含量最高，達(dá)1.977 mg·g-1；T15、T16、T17次之，彼此間無顯著差異；T1的葉綠素含量最低。根系活力以T8、T17、T20較高，彼此間無顯著差異，T13最低，只有143.5 μg TTC·g-1FW·h-1。

表3 不同處理對甜椒幼苗葉綠素含量和根系活力的影響Table 3 Effects of different treatments on chlorophyll content and root vigor of sweet pepper seedling

2.3 甜椒幼苗壯苗指數(shù)效應(yīng)函數(shù)及其解析

2.3.1 效應(yīng)函數(shù)的建立將表2中的壯苗指數(shù)進(jìn)行處理，得到壯苗指數(shù)（Y）對3種添加物（X1，X2，X3）編碼間的回歸模型，見公式（1）。

方差分析得知，F(xiàn)失擬=0.31[F失擬0.05（5,5）=5.05]，F(xiàn)擬合=41.46**[F擬合0.05(9,10)=3.02，F(xiàn)擬合0.01(9,10)=4.91]，復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.9615**，未控制因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響不顯著，可忽略不計，說明所建模型與實(shí)際值擬合程度很好，具有較高可信度。

顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明（表4），保水劑、控釋肥和殼聚糖主效應(yīng)和互作效應(yīng)對甜椒幼苗壯苗指數(shù)都有不同程度影響，保水劑（X1）、控釋肥（X2）和殼聚糖（X3）主效應(yīng)對甜椒幼苗壯苗指數(shù)的影響均極顯著；從一次項(xiàng)的偏回歸系數(shù)看，b1〉b2〉b3，說明本試驗(yàn)添加物范圍內(nèi)[-1.682≤Xi≤1.682，(i=1,2,3)]，保水劑是影響壯苗指數(shù)的主要因子，控釋肥次之，殼聚糖影響最小。二次項(xiàng)系數(shù)|b33|〉|b22|〉|b11|，且三因素均達(dá)極顯著差異水平。

表4 甜椒幼苗壯苗指數(shù)回歸方程的顯著性檢驗(yàn)Table4 Significance test of regression equation on index of sweet pepper seed lings

2.3.2 育苗主效因子分析分別將X1、X2和X3作為獨(dú)立因子，其它因子固定在零水平，對方程（1）進(jìn)行降維處理，得到單因素效應(yīng)方程，并作圖（1A）。

圖1 不同因素對甜椒幼苗壯苗指數(shù)和邊際壯苗指數(shù)的影響Fig.1 Effects of different factors on seed ling index(A)and marginal index(B)of sweet pepper seed ling

保水劑對壯苗指數(shù)的影響：Y1=46.88+2.92X1-1.92X12

控釋肥對壯苗指數(shù)的影響：Y2=46.88+1.85X2-2.26X22

殼聚糖對壯苗指數(shù)的影響：Y3=46.88+1.31X3-2.45X32

對上述3式分別求導(dǎo)，可得邊際壯苗指數(shù)模型：dy1=2.92-3.84X1，dy2=1.85-4.52X2，dy3=1.31-4.90X3，繪出邊際壯苗指數(shù)（圖1B）。

令dy/dXi=0（i=1,2,3），可求出Y極大值時3個因子的取值分別為：X1=0.76，相當(dāng)于保水劑4.76 g·L-1；X2=0.63，相當(dāng)于控釋肥5.13 g·L-1；X3=0.27，相當(dāng)于殼聚糖3.27 g·L-1。

圖1表明，在本試驗(yàn)各因子用量范圍內(nèi)[-1.682≤Xi≤1.682，(i=1,2,3)]，三因素對甜椒幼苗壯苗指數(shù)的效應(yīng)均呈開口向下的二次拋物線，在添加量較少的情況下，保水劑、控釋肥和殼聚糖對甜椒幼苗的壯苗指數(shù)都有明顯促進(jìn)作用，超過一定量后，隨3種添加物的增加壯苗指數(shù)降低。3種添加物的編碼在-1.682時邊際壯苗指數(shù)最高，此后壯苗指數(shù)隨用量（Xi）的增加而迅速增加，而邊際壯苗指數(shù)（dy/dXi）開始減少，保水劑、控釋肥和殼聚糖添加物的編碼值分別達(dá)到0.76、0.63和0.27時，壯苗指數(shù)最高，邊際壯苗指數(shù)為零；超過此用量，邊際壯苗指數(shù)為負(fù)值，壯苗指數(shù)開始下降，即進(jìn)入不合理用量區(qū)間。3種添加物的效應(yīng)均符合報酬遞減規(guī)律，其程度是殼聚糖〉控釋肥〉保水劑。

2.3.3 二因素互作效應(yīng)分析互作項(xiàng)的偏回歸系數(shù)X1X2〉X1X3〉X2X3，可見3種添加物的二因素互作效應(yīng)以保水劑與控釋肥的作用最大，保水劑與殼聚糖次之，控釋肥與殼聚糖最弱（表4）?；プ黜?xiàng)X1X2達(dá)顯著水平，說明甜椒幼苗壯苗指數(shù)的形成不僅是單因素增產(chǎn)效應(yīng)的線性積累，保水劑和控釋肥之間還存在一定的互作效應(yīng)。采用降維法將模型（2）中的任意殼聚糖因子固定在“0”水平，可得保水劑、控釋肥2個因子及其交互作用與壯苗指數(shù)間的回歸模型，即令X3=0，將模型（2）降維，可得式（2）：

根據(jù)模型（2）可繪出保水劑和控釋肥的互作效應(yīng)（圖2）、效應(yīng)曲面和等值線（圖3）。由圖2可知：在本試驗(yàn)用量范圍內(nèi)，某一特定保水劑（X1）用量下，控釋肥用量引起的壯苗指數(shù)變化規(guī)律相同，即隨控釋肥用量增加，壯苗指數(shù)呈先升高后降低變化趨勢。當(dāng)保水劑用量水平為-1.682、-1、0、1、1.682時，達(dá)到最高壯苗指數(shù)需添加的控釋肥用量編碼分別為-0.019、0.155、0.409、0.664、0.837，控釋肥用量分別為4.48、4.65、4.91、5.16、5.34 g·L-1，甜椒幼苗最大壯苗指數(shù)分別為36.54、42.09、47.26、48.88、47.94。由此看出，保水劑用量較低（-1.682或-1），控釋肥對壯苗指數(shù)的促進(jìn)作用較?。槐Ｋ畡┯昧枯^高（0、1或1.682），控釋肥和保水劑的互作效應(yīng)明顯，壯苗指數(shù)較高。

圖2 保水劑和控釋肥互作效應(yīng)Fig.2Interaction effects between SAP and CRFs

圖3保水劑、控釋肥互作效應(yīng)的曲面（A）和等值線圖（B）Fig.3 The curved surface and contour line of interaction effects between SAP and CRFs

圖3是保水劑和控釋肥互作效應(yīng)曲面和等值線圖。效應(yīng)曲面是保水劑和控釋肥對甜椒幼苗壯苗指數(shù)作用的綜合結(jié)果，它能直觀地展現(xiàn)不同保水劑、控釋肥用量對壯苗指數(shù)的效應(yīng)。為分析方便，將效應(yīng)曲面圖投影在基面上得到等值線圖。同一壯苗指數(shù)線的個點(diǎn)雖然值相同，但獲得該壯苗指數(shù)的保水劑、控釋肥比例不同。從等值線圖可看出，本試驗(yàn)條件下保水劑、控釋肥的互作規(guī)律為，當(dāng)保水劑用量一定時（-1.682≤X1≤1.682），壯苗指數(shù)隨控釋肥用量增加呈先升高后降低變化趨勢。當(dāng)保水劑用量較低時，控釋肥對甜椒幼苗壯苗指數(shù)的作用效果較差；保水劑用量較高時（X1≥-1），控釋肥對甜椒幼苗壯苗指數(shù)的作用增大。由圖3可知，甜椒幼苗較高壯苗指數(shù)出現(xiàn)在高保水劑用量、較高控釋肥用量條件下。當(dāng)保水劑的編碼值0.25≤X1≤1.6，控釋肥的編碼值0≤X2≤1.2時，甜椒幼苗壯苗指數(shù)可達(dá)48以上；當(dāng)保水劑編碼值X1≥-0.3，控釋肥編碼值X1≥-0.5時，甜椒幼苗壯苗指數(shù)可達(dá)46以上。

本試驗(yàn)條件下，當(dāng)殼聚糖用量為“0”（編碼水平3 g·L-1）時，保水劑、控釋肥互作所達(dá)到的最高壯苗指數(shù)為48.88，對應(yīng)的保水劑X1用量為5 g·L-1（編碼值1），控釋肥X2用量為5.16 g·L-1（編碼值0.66）。

2.3.4 甜椒幼苗最大壯苗指數(shù)優(yōu)化配比方案本試驗(yàn)條件下，所得壯苗指數(shù)函數(shù)為非線性函數(shù)，可在計算機(jī)上求得其最優(yōu)解，也即模型Y極大值。在計算機(jī)上運(yùn)算可知：本試驗(yàn)共53=125套組合方案，其中最高壯苗指數(shù)Ymax=48.62，相對應(yīng)的各因子用量方案為：X1=1.0，X2=1.0，X3=0（編碼值）。試驗(yàn)范圍內(nèi)（-1.682≤Xi≤1.682），經(jīng)上機(jī)運(yùn)算得到的全部125套組合方案中，其中壯苗指數(shù)大于44以上的有24套，占總組合數(shù)的19.2%。在95%置信域下，獲得3因素用量的最佳范圍為：保水劑4.73～5.22 g·L-1，控釋肥5.02～5.52 g·L-1，殼聚糖3.05～3.70 g·L-1（表5）。

表5 優(yōu)化配比方案Xi取值的分布頻率Table 5 Frequency distribution of Xivalues in optimization ratio scheme

3 結(jié)論與討論

單獨(dú)施用保水劑、控釋肥、殼聚糖均可促進(jìn)作物生長，有利于培育優(yōu)質(zhì)壯苗[9-11]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，保水劑、控釋肥、殼聚糖配合施用更有利于甜椒幼苗生育和壯苗形成，三者的作用大小順序依次為保水劑、控釋肥和殼聚糖，在本試驗(yàn)條件下，其最佳用量范圍分別為保水劑4.73～5.22 g·L-1、控釋肥5.02～5.52 g·L-1、殼聚糖3.05～3.70 g·L-1。該用量范圍與他人報道的研究結(jié)果[9,11,14-17]存在一定差異，可能是由于試驗(yàn)作物、基質(zhì)條件以及所采用的保水劑、控釋肥、殼聚糖產(chǎn)品的類型和規(guī)格不同所致。另一方面，本試驗(yàn)研究結(jié)果也表明，保水劑、控釋肥、殼聚糖三者之間存在一定程度的互作效應(yīng)。

保水劑、控釋肥、殼聚糖之間的互作效應(yīng)，主要表現(xiàn)為促進(jìn)和拮抗兩個方面。保水劑和控釋肥之間存在顯著正向互作效應(yīng)，原因可能是保水劑不僅能夠有效吸持水分，還能夠提高育苗基質(zhì)對養(yǎng)分的吸附能力，保持基質(zhì)肥力，減少灌溉對養(yǎng)分的淋溶作用，促進(jìn)幼苗對養(yǎng)分的吸收[18-21]；同時，控釋肥本身可有效控制養(yǎng)分的釋放速度，有利于保持基質(zhì)中的養(yǎng)分穩(wěn)定，從而避免了鹽分大量積累對保水劑保水保肥功能的影響[22-24]。保水劑與殼聚糖之間的相互促進(jìn)作用，可能與殼聚糖具有一定的吸濕保濕能力有關(guān)[25]，而殼聚糖的吸濕保濕性能有利于增強(qiáng)保水劑的保水持水能力。控釋肥和殼聚糖之間存在一定的拮抗作用，可能與殼聚糖本身具有良好成膜性有關(guān)[26]，研究表明，甲殼素包裹緩釋肥料具有良好的養(yǎng)分緩釋效果[27]，控釋肥顆粒表面的膜能有效控制N、P、K養(yǎng)分的釋放[28-29]，而殼聚糖的成膜能力可能會進(jìn)一步減緩控釋肥養(yǎng)分的釋放速度。關(guān)于殼聚糖、保水劑和控釋肥的相互作用機(jī)制，有待開展更深入的研究。

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Interaction Effects of Controlled Release Fertilizer,Super Absorbent Polymer and Chitosan on Plug Seedlings of Sweet Pepper

DONG Chuan-qian1,4,YIN Cheng-cheng1,WEI Min1,2*,YANG Feng-juan1,3, SHI Qing-hua1,2,WANG Xiu-feng1,3,ZHANG Wei-li4
1.College of Horticultural Science and Engineering of Shandong Agricultural University,Taian271018,China
2.Scientific Observing and Experimental Station of Environment Controlled Agricultural Engineering in Huang-Huai-Hai Region,Ministry of Agriculture,Taian271018,China
3.National Key Laboratory of Crop Biology,Taian271018,China
4.Jinan Weili Seed Co.,Ltd.,Jinan250100,China

To verify the interaction of controlled release fertilizer,super absorbent polymer and Chitosan,their effects on plug seedlings of sweet pepper were studied by using quadratic general rotary unitized design and applying the three materials in a complex media of mushroom residue compost,peat moss and vermiculite at a ratio of 1:1:1(V/V).The results showed that:proper application of super absorbent polymer,controlled release fertilizer and Chitosan could promote the grow th and physiological activities of seedlings,and strengthen their stress resilience.There was significant positive interaction effect between super absorbent polymers and controlled release fertilizer,Chitosan showed a positive effect with super absorbent polymers,and a negative effect with controlled release fertilizer,both of which being not significant.By using computer simulation and model analysis,the optimum rates for sweet pepper plug seedlings production were super absorbent polymer at 4.73～5.22 g·L-1,controlled release fertilizer at 5.02～5.52 g·L-1,and chitosan at 3.05～3.70 g·L-1.

Sweet pepper;super absorbent polymer;controlled release fertilizer;Chitosan;plug seedling

S641.3文獻(xiàn)標(biāo)示碼:A

:1000-2324(2015)06-0801-07

2014-10-13

:2014-11-21

國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201203095);山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新課題(魯財農(nóng)指(2010)58號);山東省自主創(chuàng)新專項(xiàng)(2012CX 90103)

董傳遷(1987-),男,碩士,主要從事蔬菜集約化育苗研究.E-mail:dchuanqian@163.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:m inwei@sdau.edu.cn