膜下滴灌調(diào)虧綠洲菘藍農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的通徑分析

王澤義，張恒嘉，王玉才，張萬恒，高 佳

(甘肅農(nóng)業(yè)大學 水利水電工程學院，甘肅 蘭州 730070)

1 研究背景

近年來，人們的健康理念已發(fā)生巨大的變化，從以往的重治療逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^積極預防和保健來維持健康。這些變化為具有這方面特點和優(yōu)勢的中醫(yī)藥學的發(fā)展帶來了機遇。同時與西藥相比，中藥副作用較小也為其提供了廣闊的市場空間。菘藍(IsatisindigoticaFortune)作為傳統(tǒng)的中藥材，在大部分的感冒藥中均有配伍[1]，其根葉皆可入藥[2-3]，具有多種藥用功效[4-6]，是當下市場潛力較高、人工種植面積較大的傳統(tǒng)中藥材之一。

菘藍耐寒怕澇，對水分的反應(yīng)較為敏感，在生長過程中灌水的時間和數(shù)量對其生長有明顯影響。調(diào)虧灌溉技術(shù)是以節(jié)水和損失最小為目標的灌溉方式[7]。國內(nèi)外學者對糧食作物[8-10]和經(jīng)濟作物[11-13]的研究結(jié)論顯示，該技術(shù)能夠在作物不顯著減產(chǎn)的前提下省水調(diào)質(zhì)。在藥用植物栽培方面雖亦有研究，但大多集中在藥用活性成分方面[14-15]。通徑分析是通徑系數(shù)分析的簡稱，是由賴特(Sewall Wright)于20世紀初期首先提出，后經(jīng)各領(lǐng)域?qū)W者不斷修正，最終形成的一種統(tǒng)計學方法。作物相關(guān)性狀間的因果關(guān)系可通過該模型得以揭示，尤其是各性狀對產(chǎn)量的影響，且該影響的大小能被直觀、精確地反映。研究表明，對產(chǎn)量影響因子的通徑分析，不僅可以顯示各因子間的相關(guān)關(guān)系，而且還能夠?qū)⑾嚓P(guān)系數(shù)分解為直接和間接通徑系數(shù)，體現(xiàn)出產(chǎn)量受各因子的直接或間接影響程度[16-17]。部分學者利用該方法對菘藍進行了相關(guān)研究：王恩軍等[16]用18份國內(nèi)菘藍的種質(zhì)資源作為試材，探究主要農(nóng)藝性狀之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)葉片數(shù)、葉鮮重、根鮮重和側(cè)根數(shù)為不同種質(zhì)菘藍葉產(chǎn)量形成的決定性因子，而根長和根鮮重為菘藍根產(chǎn)量形成的決定性因子；郭巧生等[18]以甘肅隴西、安徽亳州等13個地區(qū)的菘藍為試材，結(jié)合相關(guān)及通徑分析方法分析表明，菘藍育種時應(yīng)選取葉片外形長且窄的株系，此外還要考慮其葉片數(shù)與根長；郭慶海[19]通過對12個不同栽培居群菘藍和3個變異類型進行相關(guān)分析后認為，菘藍獲得高產(chǎn)的培育核心是協(xié)調(diào)株高和莖粗并提高葉面積。由此可見，前人的研究主要集中于不同種質(zhì)的菘藍形態(tài)學性狀與產(chǎn)量關(guān)系的統(tǒng)計分析，而有關(guān)調(diào)虧菘藍農(nóng)藝性狀與其產(chǎn)量間的相關(guān)性研究鮮有報道。本試驗采用膜下滴灌技術(shù)，設(shè)置調(diào)虧灌溉菘藍大田試驗，借助通徑分析方法探討了膜下滴灌調(diào)虧菘藍農(nóng)藝性狀因子對藥材產(chǎn)量的影響，以期為菘藍種植過程中水分的合理調(diào)控提供一些理論指導。

2 材料與方法

2.1 試驗區(qū)概況

本試驗設(shè)置在甘肅省張掖市民樂縣益民灌溉試驗站(100°43′E，38°39′N，海拔約2 000 m)，試驗區(qū)極端溫度的最高和最低值分別為37℃和-33℃，年氣溫均值約6.0℃，無霜期為109～174 d，多年平均日照時數(shù)約3×103h，多年平均降雨量約200 mm，蒸發(fā)量為1 680～2 270 mm；田間土壤為中性(pH=7.20)輕質(zhì)壤土，容積密度為1.46 g/cm3，其最大持水量約為24%。

2.2 試驗設(shè)計

本試驗開展于2018年5-10月間，采用平作全膜覆蓋栽培種植，供試用種選用上一年度優(yōu)質(zhì)菘藍種子，種子純度為96%，于5月9日播種，10月12日鏟葉后挖根。用種量為35 kg/hm2，種植密度為80×104株/hm2。播前1周機械深翻20～30 cm，同時施入基肥(硫酸鉀復合肥)4 500～6 000 kg/hm2；施肥后整平土地并鋪設(shè)滴灌帶(間距60 cm)，滴水器的流量和間距分別為2.0 L/h和30 cm；之后覆蓋無色塑料地膜(寬120 cm，厚0.008 mm)；3～5 d后人工用穴播盤在每條滴灌管兩側(cè)雙行進行條播(株距6～8 cm，行距10～15 cm)，種植小區(qū)面積為10 m×4 m=40 m2。

根據(jù)《灌溉試驗規(guī)范》(SL 13-2015)中作物生長期劃分標準，結(jié)合當?shù)剌克{實際生長情況，把全生育期分為苗期、營養(yǎng)生長期、肉質(zhì)根生長期、肉質(zhì)根成熟期。在生育期內(nèi)每隔5～7 d，用烘干法測1次菘藍各小區(qū)膜下0～80 cm土層的含水率(即0～10 cm采樣1次，20～80 cm深度每間隔20 cm采樣1次，測算其土壤含水率)，并以0～60 cm土壤含水率的平均值作為計算灌水量的依照，當小區(qū)實測含水率值低于或等于設(shè)計下限值時，立即實施水表計量灌水。本試驗為單因素隨機區(qū)組試驗，根據(jù)菘藍不同的控水階段和程度，F(xiàn)0為充分供水處理，F(xiàn)1～F9為不同的調(diào)虧處理，每個處理重復3次。各試驗處理不同生長期的土壤設(shè)計含水率詳見表1。

2.3 測定項目

菘藍生育期的肉質(zhì)根成熟期初，在各試驗處理小區(qū)挑選生長狀況相近的15株菘藍定苗，待收獲時，提前將這15株收回試驗室，洗后晾干，測算其株高(x1)、葉片數(shù)(x2)、葉長(x3)、葉寬(x4)、葉片厚度(x5)、側(cè)根數(shù)(x6)、主根長(x7)、主根直徑(x8)、根冠比(x9)、葉面積指數(shù)(x10)、菘藍單株葉產(chǎn)量(Y1)、菘藍單株根產(chǎn)量(Y2)，取均值作為最終結(jié)果。

2.4 數(shù)據(jù)處理

用 SPSS20.0和Microsoft Excel 2007分別進行相關(guān)性分析與數(shù)據(jù)處理并制表。

3 結(jié)果與分析

3.1 膜下滴灌調(diào)虧灌溉菘藍農(nóng)藝性狀的變異特征

表2為膜下滴灌調(diào)虧灌溉菘藍各項農(nóng)藝性狀的統(tǒng)計分析。由表2可看出，調(diào)虧菘藍的農(nóng)藝性狀指標變化幅度較小。單個指標的變異系數(shù)(CV)從小到大依次為根冠比、主根直徑、株高、葉寬、葉長、主根長、葉產(chǎn)量、葉片數(shù)、側(cè)根數(shù)、葉片厚度、根產(chǎn)量、葉面積指數(shù)，各項農(nóng)藝性狀的CV值在5.45%～17.19%之間，菘藍葉和菘藍根產(chǎn)量的CV值分別為13.14%、16.28%。表明在菘藍不同生育階段虧水處理對藥材產(chǎn)量存在一定程度的影響。

表1 各試驗處理不同生育期的土壤設(shè)計含水率 %

表2 膜下滴灌調(diào)虧灌溉菘藍農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

3.2 膜下滴灌調(diào)虧灌溉菘藍單項農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性分析

表3為菘藍各項農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性分析結(jié)果。由表3可知，菘藍單株葉產(chǎn)量與其株高(0.961**)、葉片數(shù)(0.955**)、葉長(0.930**)、葉寬(0.952**)、葉片厚度(0.973**)、側(cè)根數(shù)(0.910**)、主根長(0.987**)、主根直徑(0.954**)、葉面積指數(shù)(0.773**)均呈極顯著正相關(guān)，與根冠比相關(guān)但未達到顯著水平。菘藍單株根產(chǎn)量與其株高(0.889**)、葉片數(shù)(0.825**)、葉長(0.839**)、葉寬(0.833**)、葉片厚度(0.789**)、側(cè)根數(shù)(0.771**)、主根長(0.765**)、主根直徑(0.789**)、葉面積指數(shù)(0.763**)均呈極顯著正相關(guān)，同樣與根冠比相關(guān)(0.438)，但未達到顯著水平。表明在虧水條件下，植株高、葉片數(shù)多、葉長和葉寬大、葉片厚、側(cè)根數(shù)多、根粗及主根長均對菘藍高產(chǎn)的形成有利。

某一性狀對作物產(chǎn)量的影響大小，若僅以產(chǎn)量與各性狀之間的簡單相關(guān)系數(shù)來確定，性狀本身彼此的影響將容易被忽視，從而其內(nèi)部規(guī)律較難在本質(zhì)上得以反饋。所以，須依靠通徑分析來進一步探究各性狀對作物產(chǎn)量的作用[16-20]。

3.3 膜下滴灌調(diào)虧灌溉菘藍產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的通徑分析

3.3.1 正態(tài)性檢驗 表4為因變量(即菘藍葉和根產(chǎn)量)的正態(tài)性檢驗結(jié)果。由表4可以看出，夏皮羅-威爾克檢驗法得出的菘藍葉產(chǎn)量Y1和根產(chǎn)量Y2的統(tǒng)計量分別為0.901、0.931，P值均大于0.05，其分布滿足正態(tài)性要求。故調(diào)虧菘藍葉和根產(chǎn)量與其農(nóng)藝性狀間關(guān)系可以應(yīng)用逐步回歸分析[21]。

Y1=0.185x1+1.033x7-11.343x8+3.081

(1)

Y2=1.306x1+0.368x3-1.340x7-6.964

(2)

表6為相關(guān)系數(shù)分解得到的菘藍葉和根產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)。由表6可知，菘藍葉產(chǎn)量中x1、x7、x8以及菘藍根產(chǎn)量中x1、x3、x7的P值均小于0.05，即因子與響應(yīng)變量間存在顯著差異，有統(tǒng)計學意義。因此，膜下滴灌調(diào)虧菘藍的10個農(nóng)藝性狀中，株高、主根長、主根直徑是影響菘藍葉產(chǎn)量的關(guān)鍵性狀，而影響菘藍根產(chǎn)量的則為株高、葉長、主根長。具體的影響大小，需對其相關(guān)系數(shù)進行深入分解。

表3 膜下滴灌調(diào)虧灌溉菘藍單項農(nóng)藝性狀間相關(guān)分析

表4 因變量菘藍葉產(chǎn)量和根產(chǎn)量正態(tài)性檢驗

表5 菘藍產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀之間構(gòu)建的3種回歸模型結(jié)果

3.3.3 間接通徑系數(shù) 由表3可知，性狀x1、x7、x8之間的相關(guān)系數(shù)為r17=r71=0.963、r18=r81=0.963、r78=r87=0.986；由表6可知，模型3葉產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)分別為p1y=0.309，p7y=1.574，p8y=-0.896。

riy=piy+所有xiy

(3)

xiy=rij·piy

(4)

式中[16,23-24]：r為相關(guān)系數(shù)；i和y分別為自變量x和因變量Y；piy和xiy分別為xi與Y的直接和間接通徑系數(shù)。

表7和8分別為菘藍葉和根產(chǎn)量的間接通徑系數(shù)。根據(jù)表7、8，由公式(3)可算得x1、x7、x8與葉產(chǎn)量間相關(guān)系數(shù)r1y、r7y、r8y分別為0.961、0.987、0.954，與表3中的數(shù)值(r1y=0.961、r7y=0.987、r8y=0.954)相同。由公式(4)可計算出x7、x8分別對x1的間接通徑系數(shù)，x17、x18分別為1.515、-0.863。

表6 菘藍葉和根產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)

表7 菘藍葉產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀指標的間接通徑系數(shù)

表8 菘藍根產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀指標的間接通徑系數(shù)

3.3.4 決策系數(shù) 若通徑分析中的決策系數(shù)(R2)為正，則自變量增進因變量，反之則抑制因變量[25-27]，其計算公式如下：

(5)

公式中各字母代表的含義同上，計算結(jié)果詳見表7、8。

由表7可知，在虧缺灌水處理下，自變量x1、x7、x8對菘藍單株葉產(chǎn)量Y1的直接影響中，主根長x7影響最大，株高x1次之，而主根直徑x8的影響為負。分析各個間接通徑系數(shù)發(fā)現(xiàn)，主根直徑x8和株高x1經(jīng)主根長x7對Y1的間接通徑系數(shù)分別為1.552、1.515；主根長x7和主根直徑x8經(jīng)株高x1對Y1的間接通徑系數(shù)分別為0.297、0.298。將間接通徑系數(shù)求和可知，單株根直徑、株高、主根長對Y1影響依次減弱，而由決策系數(shù)來看，由大到小影響Y1的次序為單株主根長、株高、根直徑。由決策系數(shù)可得，單株株高、單株主根長對菘藍葉產(chǎn)量均有促進作用，而單株根直徑則為抑制作用。

由表8可知，在虧缺灌水處理下，自變量x1、x3、x7對菘藍單株根產(chǎn)量Y2的直接影響中，株高x1影響最大，葉長x3次之。同理分析間接通徑系數(shù)可知，葉長x3與主根長x7經(jīng)株高x1對Y2的間接通徑系數(shù)分別為1.773和1.858；主根長x7經(jīng)葉長x3對Y2的間接通徑系數(shù)為0.717。同上求和可知，單株主根長對Y2的影響最大，單株葉長次之。但從決策系數(shù)分析來看，影響最大的卻是單株葉長，它對菘藍根產(chǎn)量起主導作用。

4 討 論

作物地上和地下部分互相依賴，彼此影響，且對水分等環(huán)境因子的反映有著不同表現(xiàn)，如何通過對環(huán)境因素調(diào)控，并協(xié)同調(diào)整上、下部分，使其向有利于提高效益方向傾斜，這對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有較為重要的意義[28]。鄭健等[17]對溫室小型西瓜的虧水試驗表明，根干質(zhì)量、莖粗和葉面積指數(shù)與產(chǎn)量間相關(guān)系數(shù)均為極顯著水平差異。本試驗測算調(diào)虧菘藍的10個主要農(nóng)藝性狀指標，其CV的變化范圍為5.45%～17.19%，菘藍葉和菘藍根產(chǎn)量的CV分別為13.14%和16.28%，說明調(diào)虧灌溉對菘藍農(nóng)藝性狀存在一定程度的影響。通過對菘藍10項主要農(nóng)藝性狀及根葉產(chǎn)量間的相關(guān)分析可知，影響菘藍根葉產(chǎn)量的各農(nóng)藝性狀間存在一定程度的相關(guān)性，且產(chǎn)量與除根冠比外的其余性狀間的簡單相關(guān)系數(shù)均達到顯著和極顯著影響水平，說明各農(nóng)藝性狀因子與菘藍產(chǎn)量之間以及各單項因子之間共同作用，彼此影響。

本文以菘藍為研究對象，采用通徑分析模型對不同控水處理菘藍的農(nóng)藝性狀指標與產(chǎn)量進行了綜合分析，從相關(guān)分析的結(jié)果來看，在一定程度上，通徑分析模型揭示了產(chǎn)量的影響因子之間及各因子與產(chǎn)量間的相互作用，探明了構(gòu)成作物高產(chǎn)的主要因子。張旭東等[29]對水稻在生育階段虧水條件下經(jīng)通徑分析方法研究發(fā)現(xiàn)，協(xié)調(diào)提升水稻有效穗數(shù)、單穗粒數(shù)、實粒數(shù)對實現(xiàn)水稻高產(chǎn)的目標有利。施關(guān)正等[30]試驗結(jié)果顯示，玉米在中度干旱脅迫環(huán)境下，單穗粒數(shù)與葉面積(LA)之間相關(guān)關(guān)系達極顯著水平，而與株高、行粒數(shù)均為顯著，其中穗位高和單穗粒重的直接通徑系數(shù)最大，其次是葉面積、百粒重、行粒數(shù)。許海霞等[31]對小麥進行水分脅迫試驗發(fā)現(xiàn)，穗粒數(shù)、單株穗數(shù)、千粒重、穗長和株高等指標均會直接影響小麥單株產(chǎn)量，影響作用依次減小。本研究結(jié)果顯示，菘藍農(nóng)藝性狀對根葉產(chǎn)量均有不同程度的作用，且該作用分別由直接作用和間接作用構(gòu)成。將各農(nóng)藝性狀與菘藍葉、根產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)分解，得到其直接、間接通徑系數(shù)，進而求得決策系數(shù)，結(jié)果表明：株高和主根長對菘藍葉產(chǎn)量起促進作用，而葉長則對菘藍根產(chǎn)量有正向作用。因此，株高、主根長和葉長為評判菘藍產(chǎn)量的重要農(nóng)藝性狀，這與袁偉玲等[32]的研究結(jié)論相近且較為一致。同時也表明對菘藍進行階段虧水處理，在干旱脅迫下協(xié)調(diào)植株各部分的生物量分配，增加菘藍植株的株高、葉長和主根長，有利于產(chǎn)量的增加。

5 結(jié) 論

(1)在虧水條件下，菘藍主要農(nóng)藝性狀指標的變異系數(shù)介于5.45%～17.19%之間，說明菘藍不同生育期控水處理對其農(nóng)藝性狀有一定的影響。

(2)在虧水條件下，菘藍主要農(nóng)藝性狀指標的簡單相關(guān)分析結(jié)果顯示，除根冠比外，其他性狀與根、葉產(chǎn)量間均為顯著正相關(guān)。

(3)通徑分析結(jié)果表明，在菘藍的某個生育期適當?shù)倪M行虧水處理，增加株高和主根長可獲得較高的產(chǎn)量；而根直徑和葉長對菘藍葉產(chǎn)量和根產(chǎn)量的影響則是通過對株高、主根長的作用間接作用于產(chǎn)量。

綜上所述，在菘藍的栽培過程中，要適時觀測各項農(nóng)藝性狀的變化，特別是對菘藍產(chǎn)量起關(guān)鍵作用的因子，從而依照菘藍的需水規(guī)律來調(diào)節(jié)其生長的農(nóng)田環(huán)境，用土壤水分狀況調(diào)控菘藍的農(nóng)藝性狀及生長指標，從而獲得較高的產(chǎn)量效益，這對于藥用作物菘藍的人工種植具有十分重要的意義。然而，通過相對或復合農(nóng)藝性狀指標等來實現(xiàn)對菘藍葉、根產(chǎn)量間接影響的評定，以及具體生育階段虧水和土壤水分含量對菘藍葉、根產(chǎn)量的影響作用，還有待于今后進一步地分析研究。