壓砂西瓜定植穴施基質和菌肥優(yōu)化配比組合方案

郭 松，劉聲鋒，于 蓉，田 梅，楊萬邦，王志強，董 瑞

（寧夏農(nóng)林科學院種質資源研究所，銀川750002）

0 引言

壓砂西甜瓜產(chǎn)業(yè)是寧夏農(nóng)業(yè)發(fā)展的主力軍，在多年不斷的發(fā)展中已形成以環(huán)香山地區(qū)為主體的產(chǎn)業(yè)帶，是中部干旱帶經(jīng)濟發(fā)展和農(nóng)民增收致富不可替代的主要經(jīng)濟來源。隨著栽培面積的逐漸擴大和栽培年限的增加，土壤連作的問題已成為制約和影響壓砂地西瓜可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。朱英[1]認為土壤鹽漬化與土壤微生物區(qū)系的改變是西瓜連作障礙的主因。洪春來[2]、毛曉梅[3]等認為施用生防菌肥、微生物肥能有效降低西瓜枯萎病發(fā)生率，顯著提高西瓜產(chǎn)量。張楊[4]、吳紹軍[5]等通過生物育苗基質、噴施等方法進行研究。本研究結合前人研究的成果，以微生物菌、施入方法和時間、補水量為切入點[6-7]，利用壓砂西瓜定植穴施菌肥和基質[8]，尋找它們之間的相互作用，達到基質和菌肥的優(yōu)質配比，從而提高寧夏壓砂地西瓜抗病及抗逆性[9]。分析其在不同量基質和菌肥條件下的產(chǎn)量效應，在建立西瓜產(chǎn)量數(shù)學模型的基礎上，尋求克服土壤連作障礙的高效優(yōu)化配比方案，實現(xiàn)該地區(qū)壓砂的健康發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

研究田間試驗于2017年在寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)香山鄉(xiāng)紅圈村進行，北緯36°56′、東經(jīng)105°15′，海拔1697.8 m。土壤全鹽0.38 g/kg，全氮0.34 g/kg，全磷0.46 g/kg，速效氮27 mg/kg，速效磷3.7 mg/kg，速效鉀92 mg/kg，有機質4.7 g/kg，pH 8.56。

1.2 試驗材料

試驗西瓜品種使用‘寧農(nóng)科1號’自根苗。菌肥使用江陰市聯(lián)業(yè)生物科技有限公司“馕播王”微生物菌肥（有效活菌≥0.2億/g，有機質≥20%）[10]。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 試驗采用3因素5水平二次回歸通用旋轉組合設計[11]，試驗處理隨機排列，共設20個處理[12]，每個處理20株，種植地長30 m、寬1.5 m，面積45 m2。4月20日定植，按照設計方案補水3次，分別為伸蔓期1次（5月25日）、坐果期2次（7月5日、7月15日）。其他田間管理與常規(guī)生產(chǎn)相同[13-14]，以壓砂瓜生產(chǎn)效益為考核指標，研究壓砂西瓜補水覆膜條件下[15-16]，定植穴施不同補水量、生物菌肥、基質對西瓜枯萎病及產(chǎn)量的影響，提出不同產(chǎn)量下的水、生物菌肥、基質優(yōu)化組合方案，確定最優(yōu)的配比方案[17]。因素水平編碼見表1。

表1 因素水平表

1.3.2 統(tǒng)計分析 對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，用DPS軟件進行方差分析，用二次通用旋轉組合計算。

2 結果與分析

2.1 二次通用旋轉組合試驗方案及數(shù)學模型的建立

由補水量、生物菌肥、基質3個因素對生產(chǎn)效益建立基質菌肥配比模型[18]，可用二次回歸旋轉模型表示[19]。根據(jù)試驗測得的產(chǎn)量結果，以產(chǎn)量為目標函數(shù)(Y)，以補水量(X1)、生物菌肥(X2)、基質(X3)3個因素為控制變量[20]，對數(shù)據(jù)進行計算處理，相互作用計算結果見表2。求得壓砂地西瓜基質菌肥配比回歸數(shù)學模型，按試驗結果計算出擬合方程的各項系數(shù)，得到回歸方程如式(1)。

表2 試驗結果方差分析

從表2可知，回歸方程顯著性檢驗F2=9.149＞F0.01(9，10)=4.94，回歸顯著，說明該方程與實際情況擬合很好；失擬性檢驗F1=0.041＜F0.05(5，5)=5.05，說明未知因素對試驗數(shù)據(jù)的結果干擾很小[21]，回歸模型與實際數(shù)值能較好地擬合。剔除α=0.50的不顯著項后，建立提取率對試驗因子的回歸方程[22]，如式(2)。

2.2 補水量、施生物菌肥量和施基質量對壓砂西瓜產(chǎn)量的單因素分析

根據(jù)計算得出的試驗結果，對單因素進行產(chǎn)量效益分析，見表3。

表3 單因素對壓砂西瓜產(chǎn)量的效應分析 kg/hm2

由表3和圖1可以看出，壓砂地穴施基質對提高產(chǎn)量影響最大，其次是補水量，影響最小的是菌肥。補水量的增加產(chǎn)量趨于直線增長，基質施入量在200 g左右時，對產(chǎn)量影響變化不大，大于250 g后，有較明顯變化。菌肥施入量在150 g以后，對產(chǎn)量因素影響逐漸降低。

圖1 單因素對壓砂西瓜產(chǎn)量的效應分析

2.3 補水量、施生物菌肥量和施基質量對壓砂西瓜產(chǎn)量的交互效應分析

2.3.1 補水和施生物菌肥對壓砂西瓜產(chǎn)量的互作效應分析 由圖2可知，補水和施生物菌肥對壓砂西瓜產(chǎn)量的交互效應表現(xiàn)為，當補水量小于4 kg/株次時，生物菌對產(chǎn)量的影響逐漸呈增大趨勢[23]；當補水量逐漸增大時，生物菌對壓砂西瓜產(chǎn)量呈現(xiàn)緩慢增長的趨勢[24]。當補水量4.682 kg/株次、生物菌肥170 g/定植穴時，壓砂西瓜產(chǎn)量最高，為28378.65 kg/hm2。

圖2 補水量與施生物菌肥量對壓砂西瓜產(chǎn)量的交互效應

2.3.2 補水和穴施基質對壓砂西瓜產(chǎn)量的互作效應分析 由圖3可知，補水和穴施基質對壓砂西瓜產(chǎn)量的交互效應表現(xiàn)為：隨基質施入量的增加，不同補水條件下壓砂西瓜產(chǎn)量均呈現(xiàn)快速增大的趨勢；施入基質量的增加，對保持水分有一定作用，補水量增多對產(chǎn)量影響趨于平緩。當補水量為4.682 kg/株次、施基質量368.2 g/定植穴時，壓砂西瓜產(chǎn)量最高為29131.5 kg/hm2。

圖3 補水量與施基質量對壓砂西瓜產(chǎn)量的互作效應分析

2.3.3 施生物菌肥量和施基質量對壓砂西瓜產(chǎn)量的互作效應分析 由圖4得知，施生物菌肥量和基質對壓砂西瓜產(chǎn)量的交互效應表現(xiàn)為：隨著施生物菌肥量和基質量同時增大[25]，壓砂西瓜產(chǎn)量也呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢[26]；當施生物菌肥量為170 g/定植穴、施基質量為368.2 g/定植穴時，壓砂西瓜產(chǎn)量最高為28872 kg/hm2。

圖4 施生物菌肥量與施基質量對壓砂西瓜產(chǎn)量的互作效應分析

2.3.4 優(yōu)化組合及推薦指標 通過試驗結果分析可知，在試驗中不僅存在著單因素效應的作用，同時還存在2個因素之間的交互作用。因此通過單因素效應或是兩因素交互作用的結果分析，是不能找到最佳配比方案的，并且在三元二次回歸的數(shù)學模型中沒有出現(xiàn)生產(chǎn)效率函數(shù)的極值，因此還需要對回歸模型進行再次解析計算，根據(jù)己建立的基質和菌肥的優(yōu)化配比數(shù)學模型找到最佳配比方案[27]。編制計算程序，在-1.682～1.682之間取7個水平（分別為-1.682、-1、-0.5、0、0.5、1、1.682），上機對不同目標下的最優(yōu)配比組合方案進行模擬。構成生產(chǎn)因素組合，通過模擬計算得出產(chǎn)量大于27760.8 kg/hm2的有62個組合，列出其中能代表產(chǎn)量區(qū)間的最主要、最優(yōu)的組合方案（表4）。

3 結論

在試驗約束條件下，采用頻率分析法對產(chǎn)量模型進行模擬，在95%的置信區(qū)間產(chǎn)量大于27760.8 kg/hm2各變量的取值區(qū)間分別為，補水量3.358～3.864 kg/株次、施生物菌肥量138.5～162.65 g/定植穴、施基質量207.9～271.1 g/定植穴。在此范圍內，考慮到實際的田間可操作性，同時在生產(chǎn)中農(nóng)資費用投入不宜太高、工序不宜繁瑣等因素，可將最優(yōu)農(nóng)藝措施定為：補水定額3.5 kg/株次、施生物菌肥160 g/定植穴、施基質量270 g/定植穴。用此最優(yōu)農(nóng)藝措施對其進行驗證，得產(chǎn)量為28363.35 kg/hm2，與預期產(chǎn)量較為接近，表明本試驗結果擬合得出的結果可最大限度提高壓砂瓜的產(chǎn)量，并可以較好地應用于壓砂瓜的實際生產(chǎn)中。

表4 最優(yōu)組合62個方案中各變量取值的頻率分布

4 討論

通過試驗結果分析可以肯定前人的研究成果，即微生物菌肥對植株的促生作用[28-29]。在定植期的3～5天是緩苗的關鍵時期，本研究在定植期穴施生物菌肥和基質，促進西瓜苗期的生長及抗病能力，這還是首次研究。本研究主要以生產(chǎn)效益、抗病性為指標進行分析，對土壤群落變化和西瓜品質還未做深入研究，下一步還需要從這幾方面深入研究。