不同肥料配施方案對(duì)蕎麥品質(zhì)影響

徐松鶴　任琴　曹興明　郭宏杰　劉拴成

摘要：為提高蕎麥（Fagopyrum esculentum）子粒的口感和品質(zhì)，采用4因素5水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施肥，分別建立N肥、P肥、K肥和有機(jī)肥與蕎麥子粒中可溶性糖和蛋白質(zhì)的4元2次回歸方程。通過回歸方程分析得出，適當(dāng)增施P肥，同時(shí)N肥和有機(jī)肥比例為1∶140時(shí)，可以提高蕎麥種子中蛋白質(zhì)和可溶性糖的含量。通過計(jì)算機(jī)模擬方程，蕎麥種子中可溶性糖含量和蛋白質(zhì)含量都較高的最優(yōu)施肥方案是：N 35.69～38.74 kg/667m2，P2O5 4.63～4.76 kg/667m2，K2O 16.64～18.07 kg/667m2，有機(jī)肥 5 106.00～5 367.60 kg/667m2。氮肥、磷肥、鉀肥和有機(jī)肥的最優(yōu)施肥比例約為8∶1∶4∶1∶1 114。

關(guān)鍵詞：蕎麥；施肥；可溶性糖；蛋白質(zhì)

中圖分類號(hào)：S14-3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）24-6207-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.24.027

Abstract： To improve the taste and quality of buckwheat seeds，fertilization was performed according to quadratic orthogonal rotation design of four factors and five levels. The regression equations between nitrogen fertilizer， phosphate fertilizer， potash fertilizer and organic fertilizer soluble sugar content and protein content of buckwheat seeds were established. According to regression equations， appropriate increasing of phosphate fertilizer while the ratio nitrogen fertilizer and organic fertilizer keeps 1∶140 can increase the content of buckwheat seed protein and soluble sugar. By computer simulation optimization， the optimal fertilization program of buckwheat seeds to keep high content of soluble sugar content and protein content are N 35.69～38.74 kg/667m2， P2O5 4.63～4.76 kg/667m2， K2O 16.635～18.065 kg/667m2， organic fertilizer 5 106.00～5 367.60 kg/667m2. The optimal ratio of nitrogen fertilizer， phosphate fertilizer， potash fertilizer and organic fertilizer is about 8∶1∶4∶1 114.

Key words： buckwheat； fertilizer； soluble sugar； protein.

蕎麥（Fagopyrum esculentum）屬蓼科蕎麥屬，廣泛種植于中國東北、華北和西南等一些高寒地區(qū)和少數(shù)民族聚居區(qū)，具有降糖、降壓、降血脂及抗氧化等保健功效，是一種重要的糧食和經(jīng)濟(jì)作物[1，2]。

內(nèi)蒙古自治區(qū)的蕎麥主要種植于中西部的丘陵山地等地區(qū)，其種植面積、產(chǎn)量、出口量均居全國第一[3]。隨著蕎麥?zhǔn)称返拈_發(fā)利用，內(nèi)蒙古烏蘭察布地區(qū)已有多家企業(yè)進(jìn)行蕎麥深加工食品的研發(fā)[4]，其中總糖和蛋白質(zhì)含量是影響蕎麥?zhǔn)称房诟泻推焚|(zhì)的重要指標(biāo)[5]。研究表明，適當(dāng)早播有利于蕎麥蛋白質(zhì)及其組分含量的增加[6]，而播期也顯著影響蕎麥子粒中可溶性糖的含量，邢鳳麗[7]研究發(fā)現(xiàn)蕎麥子粒中可溶性糖會(huì)隨著播期的推遲而增加。文平[8]在其研究中發(fā)現(xiàn)N、P、K配施會(huì)顯著增加蕎麥子粒中總蛋白及各組分含量。以上研究均集中于播期和無機(jī)肥料的影響，而有機(jī)肥料和無機(jī)肥料配施對(duì)蕎麥子粒中蛋白質(zhì)和可溶性糖含量的綜合影響未見報(bào)道。本研究利用二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)將N、P、K與有機(jī)肥混合配施，綜合測定蕎麥子粒中可溶性糖和蛋白質(zhì)含量變化，旨在為生產(chǎn)口感佳、營養(yǎng)高、品質(zhì)優(yōu)的蕎麥產(chǎn)品提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

蕎麥種子為烏蘭察布地區(qū)常用的栽培品種西農(nóng)9920，由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。試驗(yàn)無機(jī)肥料為尿素、磷酸氫二銨、硫酸鉀，腐熟羊糞作為有機(jī)肥。

1.2 試驗(yàn)方法

采用4因素5水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)[9]，分N、P2O5、K2O和有機(jī)肥4個(gè)因素，分別記為N，P，K和OF，每個(gè)因素各設(shè)5個(gè)水平，具體見表1。共栽種36個(gè)小區(qū)，每小區(qū)面積6 m2（2 m×3 m），行距15 cm，株距10 cm。N肥在播種前按設(shè)計(jì)方案量的70%作為基肥施入，其余30%在現(xiàn)蕾期追施，其他肥料在播種前作為基肥一次性施入。

本試驗(yàn)于2013年6月15日播種于集寧師范學(xué)院園藝實(shí)訓(xùn)基地，2013年9月25日收獲，生育期全長102 d。

1.3 栽培地土壤養(yǎng)分測試方法及結(jié)果

播種前土壤肥料中速效氮用堿解擴(kuò)散法測定，速效磷用碳酸氫鈉法測定，速效鉀用乙酸銨提取法測定，土壤有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法稀釋熱法測定[10]。

試驗(yàn)樣地播種前速效氮含量為（135.33±5.78）mg/kg，速效磷含量為（16.31±3.11）mg/kg，速效鉀含量為（179.08±11.08）mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為（8.00±1.84）mg/kg，土壤較為貧瘠。

1.4 測定方法

可溶性糖含量采用蒽酮法測定，蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)（G-250）染色法測定[11]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 回歸模型的建立與檢驗(yàn)

根據(jù)4元2次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)的原理，該試驗(yàn)期望的回歸數(shù)學(xué)模型為：■=b0+∑bixi+∑bijxixj∑biix2i。

分別以可溶性糖含量（Y1）和蛋白質(zhì)含量（Y2）為目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)36個(gè)小區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果建立四因素X1（N）、X2（P）、X3（K）、X4（OF）相應(yīng)數(shù)學(xué)回歸模型如下式（1）和（2）。

Y1=7.229 7+0.145 9X1+0.249 2X2+0.107 3X3+0.204 2X4-0.124 9X12-0.102 9X22-0.097 5X32-0.329 2X42-0.021 1X1X2-0.001 8X1X3+0.070 4X1X4+0.005 1X2X3-0.069 5X2X4+0.007 9 X3X4 （1）

Y2=9.160 2+0.218 3X1+0.376 4X2+0.170 0X3+0.250 3X4-0.178 8X12-0.096 0X22-0.141 3X32-0.346 1X42-0.017 12X1X2-0.005 75X1X3+0.062 00X1X4-0.004 37X2X3-0.0296 2X2X4-0.018 5X3X4 （2）

試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過方差分析（表2）可知，所建立2個(gè)回歸方程的回歸性極顯著（P<0.01），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而2個(gè)回歸方程的失擬性不顯著（P>0.05），說明回歸方程對(duì)試驗(yàn)的擬合性較好，可以用這兩個(gè)方程進(jìn)行結(jié)果預(yù)測。

因回歸方程是經(jīng)無量綱編碼線性代換后所得，方程系數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此回歸方程的系數(shù)大小可直接橫向比較，以此反映變量對(duì)指標(biāo)值的影響程度。模型中常數(shù)項(xiàng)b0反映各因子用量處在0水平時(shí)的指標(biāo)值，即平均效應(yīng)；一次項(xiàng)回歸系數(shù)bi反映各自對(duì)指標(biāo)值的線性增加效應(yīng)，二次項(xiàng)回歸系數(shù)bii反映各因子的報(bào)酬遞減效應(yīng)；交互項(xiàng)回歸系數(shù)bij反映各因素之間的交互效應(yīng)。

2.2 不同肥料處理對(duì)蕎麥種子可溶性糖含量的影響

通過（1）式可知，一次項(xiàng)回歸系數(shù)的絕對(duì)值大小為：∣b2∣>∣b4∣>∣b1∣>∣b3∣，因此對(duì)可溶性糖含量影響依次為：P肥﹥有機(jī)肥﹥N肥﹥K肥。二次項(xiàng)回歸系數(shù)的絕對(duì)值大小為：∣b44∣>∣b11∣>∣b22∣>∣b33∣，因?yàn)槎雾?xiàng)的系數(shù)均為負(fù)值，所以絕對(duì)值越大，過量施肥將引起可溶性糖含量下降趨勢越快。由二次項(xiàng)系數(shù)可知，有機(jī)肥影響最大，K肥的影響最小。因?yàn)樵囼?yàn)采用正交組合設(shè)計(jì)，通過降維處理將（1）式中其他變量固定在方程0水平后，得到4個(gè)單因素回歸方程，如圖1和方程（3）～方程（6）所示。

Y1=7.229 7+0.145 9X1-0.124 9X12 （3）

Y2=7.229 7+0.249 2X2-0.102 9X22 （4）

Y3=7.229 7+0.107 3X3-0.097 5X32 （5）

Y4=7.229 7+0.204 2X4-0.329 2X42 （6）

通過圖1可以看出，4條曲線均呈現(xiàn)開口向下的拋物線，說明4種肥料過量施用均對(duì)可溶性糖含量產(chǎn)生抑制作用。在0水平以下時(shí)，隨著4種肥料的增施，可溶性糖含量均增加，但當(dāng)超過0水平過量施用時(shí)，可溶性糖含量將明顯降低，其中有機(jī)肥的抑制效果最強(qiáng)，P肥的抑制效果最弱。通過（1）式兩因素交互效應(yīng)可以看出，N肥和有機(jī)肥的配施將提高蕎麥種子中可溶性糖含量的影響，P肥和有機(jī)肥的配施會(huì)降低可溶性糖的含量。其他肥料的配施對(duì)蕎麥種子可溶性糖含量影響不明顯。因此要提高蕎麥可溶性糖含量，需要保持N、P、K和有機(jī)肥的合理施肥量。

2.3 不同肥料處理對(duì)蕎麥種子蛋白質(zhì)含量的影響

通過（2）式可知，回歸方程的一次項(xiàng)系數(shù)的絕對(duì)值大小為：∣b2∣>∣b4∣>∣b1∣>∣b3∣。因此，對(duì)于蛋白質(zhì)含量影響依次為P肥、有機(jī)肥、N肥、K肥。二次項(xiàng)回歸系數(shù)的絕對(duì)值大小為：∣b44∣>∣b11∣>∣b33∣>∣b22∣。同樣（2）式中二次項(xiàng)系數(shù)也為負(fù)值，因此絕對(duì)值越大對(duì)蛋白質(zhì)含量影響的趨勢也越大。通過對(duì)回歸方程的二次項(xiàng)系數(shù)絕對(duì)值比較可以看出，有機(jī)肥影響最大，P肥影響最小。采取同樣方法對(duì)（2）式進(jìn)行降維處理，如圖1和方程（7）～方程（10）所示。

Y1=9.160 2+0.218 3X1-0.178 8X12 （7）

Y2=9.160 2+0.376 4X2-0.096 0X22 （8）

Y3=9.160 2+0.170 0X3-0.141 3X32 （9）

Y4=9.160 2+0.250 3X4-0.346 0X42 （10）

通過圖2可看出，X2基本呈一條直線，說明增施P肥將顯著提高蕎麥蛋白質(zhì)的含量，其余3條曲線均呈現(xiàn)開口向下的拋物線，說明在0水平之前施肥可促進(jìn)蛋白質(zhì)含量的增加，而在0水平之后3種肥料過量施用均會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)含量有抑制作用。但施用P肥還可提高蕎麥的蛋白質(zhì)含量，這表明在預(yù)設(shè)的水平范圍內(nèi)，P肥施肥量未達(dá)到最大值。通過（2）式還可以看出N肥和有機(jī)肥的配施將提高蕎麥種子中蛋白質(zhì)含量，其余肥料的組合則會(huì)降低蕎麥種子中蛋白質(zhì)的含量。因而，要提高蕎麥蛋白質(zhì)的含量，在增施P肥的基礎(chǔ)上還要保持N肥、K肥和有機(jī)肥的合理用量。

2.4 最優(yōu)施肥措施的確定

根據(jù)單因素的分析結(jié)果可知，一次項(xiàng)的各因素系數(shù)對(duì)蕎麥種子可溶性糖和蛋白質(zhì)含量綜合影響次序相同，P肥效應(yīng)最大，其次是有機(jī)肥效應(yīng)， K肥影響效應(yīng)最小。二次項(xiàng)綜合影響次序中有機(jī)肥影響最大，氮肥其次，K肥對(duì)可溶性糖影響最小，P肥對(duì)蛋白質(zhì)的影響最小。在交互作用中，綜合對(duì)可溶性糖和蛋白質(zhì)影響考慮，N肥和有機(jī)肥的配施將會(huì)同時(shí)提高二者的含量，其他肥料的交互作用效果不明顯。

將回歸模型用計(jì)算機(jī)模擬尋優(yōu)，根據(jù)36個(gè)小區(qū)的栽培試驗(yàn)結(jié)果，最終將蛋白質(zhì)含量高于8.7%的146個(gè)方案和可溶性糖含量高于6.8%的96個(gè)方案匯總比較，然后根據(jù)95%置信區(qū)間選出最優(yōu)區(qū)間，見表3。

最優(yōu)區(qū)間是回歸方程根據(jù)水平編碼線性代換所得，依照表1轉(zhuǎn)換后各肥料的施肥方案是：N 35.69～38.74 kg/667m2； P2O5 4.63～4.76 kg/667m2；K2O 16.64～18.07 kg/667m2；有機(jī)肥5 106.00～5 367.60 kg/667m2。將各肥料的最優(yōu)區(qū)間取其平均值得出氮肥、磷肥、鉀肥和有機(jī)肥的最優(yōu)施肥比例約為：8∶1∶4∶1 114。

3 小結(jié)與討論

1） 本試驗(yàn)采用4因素5水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，分別建立了蕎麥種子中可溶性糖含量和蛋白質(zhì)含量的回歸方程。通過回歸方程可以看出P肥效應(yīng)對(duì)二者影響較大，通過增施P肥可以同時(shí)增加種子中可溶性糖和蛋白質(zhì)的含量，而有機(jī)肥和N肥的交互配施也會(huì)同步影響二者的含量。因此，本試驗(yàn)預(yù)測的有機(jī)肥和N肥在最優(yōu)區(qū)間的最適施肥比例將會(huì)有利于蕎麥種子中可溶性糖和蛋白質(zhì)的積累。高冬麗[12]的研究曾指出，同施N相比，施P更容易影響甜蕎籽粒各組分蛋白質(zhì)含量，本試驗(yàn)也得出增施P肥可增加蕎麥中蛋白質(zhì)含量。在大麥的施肥配方中發(fā)現(xiàn)，N和有機(jī)肥對(duì)大麥中蛋白質(zhì)的含量貢獻(xiàn)最大[13]。向達(dá)兵等[14]也研究發(fā)現(xiàn)增施N肥可顯著提高蕎麥蛋白質(zhì)含量。本試驗(yàn)的研究中也發(fā)現(xiàn)N和有機(jī)肥的交互配施能夠促進(jìn)蛋白質(zhì)的累積。關(guān)于施肥對(duì)蕎麥可溶性糖的研究鮮見報(bào)道，但是在煙草中研究發(fā)現(xiàn)P與K在合適范圍內(nèi)能協(xié)同促進(jìn)可溶性糖含量[15]。本研究也證明，P肥對(duì)可溶性糖的含量影響最大。因此，本研究的結(jié)果表明適當(dāng)增施P肥，N肥和有機(jī)肥的比例為1∶140時(shí)，可以提高蕎麥種子中蛋白質(zhì)和可溶性糖的含量，增加蕎麥子粒的品質(zhì)。

2）將36個(gè)小區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果通過計(jì)算機(jī)模擬尋優(yōu)，得出同時(shí)提高蕎麥種子中可溶性糖含量和蛋白質(zhì)含量的最優(yōu)施肥方案是：N 35.69～38.74 kg/667m2； P2O5 4.63～4.76 kg/667m2；K2O 16.64～18.07 kg/667m2；有機(jī)肥5 106.00～5 367.6 kg/667m2。將各肥料的最優(yōu)區(qū)間取其平均值得出氮肥、磷肥、鉀肥和有機(jī)肥的最優(yōu)施肥比例約為： 8∶1∶4∶1 114。

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