基于產(chǎn)量水肥利用效率對滴灌西蘭花水肥制度的優(yōu)化

陳華斌，田軍倉，2，3*，沈 暉，2，3，劉大銘

西蘭花是重要的經(jīng)濟蔬菜作物之一[1—2]。西蘭花種植中，為了追求經(jīng)濟效益，水肥浪費現(xiàn)象極其嚴重[3—8]。灌水量、施肥量是影響植物生長的主要因素，是作物提質(zhì)增效的關(guān)鍵[9—15]。近年來，國內(nèi)一些學(xué)者研究了灌水量、施肥量對作物生長指標(biāo)及光合、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[9，13，16]。為了確定灌水量對西蘭花的影響，趙鵬志等[4]通過二因素三水平隨機區(qū)組試驗，得到西蘭花產(chǎn)量最高、光合指標(biāo)最高、品質(zhì)最好的水肥組合為灌水量2 175 m3/hm2、施肥量1 200 kg/hm2。張輝等[17]采用雙因素交互試驗設(shè)計尋找適宜當(dāng)?shù)匚魈m花的水氮組合，結(jié)果表明，灌水量為田間持水量的60%，硝態(tài)氮與銨態(tài)氮比例為5∶5 時，西蘭花的產(chǎn)量、水氮利用效率、干重等表現(xiàn)最優(yōu)。李錄山等[18]尋找西蘭花最優(yōu)水肥組合，結(jié)果表明，中水中肥，西蘭花產(chǎn)量最高，保護酶系統(tǒng)活性較高，最適宜當(dāng)?shù)刈魑锷L要求。

目前，對滴灌西蘭花水肥最優(yōu)組合的確定多為水肥二因素三水平。為了適應(yīng)寧夏本地環(huán)境，本文進行膜下滴灌西蘭花二元二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗，確定最適合本地種植西蘭花的滴灌灌水量和追肥量組合，為西蘭花提質(zhì)增效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020 年7—9 月份在寧夏銀川市賀蘭縣永興村試驗基地進行（106°32′E，38°39′N）。試驗地年平均氣溫10.92 ℃，年平均日照時數(shù)2 620.5 h，年平均降水量186.4 mm。其中，生育期降水量為113 mm。土壤類型為沙壤土，0～20 cm 土壤干容重為1.34 g/cm3，pH值為8.11，堿解氮為59 mg/kg，有效磷為30.2 mg/kg，速效鉀為167 mg/kg，0～60 cm 土壤田間持水率為21.43%。

西蘭花品種為“耐寒優(yōu)秀”，其基肥為友誼復(fù)合肥（N-P2O5-K2O，15-15-15），整地覆膜時均勻撒施300 kg/hm2。采用文丘里施肥器進行水肥一體化隨水追肥，肥料為心連心尿素（w（總氮）≥46%）、俄羅斯阿康公司生產(chǎn)的復(fù)合肥（N-P2O5-K2O，16-16-16）。西蘭花采用膜下滴灌，滴灌帶直徑16.0 mm，滴頭間隔35 cm，滴頭流量1.6 L/h。

1.2 試驗設(shè)計

采用二元二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗，選取灌溉定額W 和純追肥量F 兩個因素，每個因素設(shè)置1.414，1，0，-1，-1.414 五個水平，試驗共16 個處理，每個處理重復(fù)3 次，共計48 個小區(qū)。T9～T16 是同一處理的重復(fù)，重復(fù)間差異體現(xiàn)試驗田位置不同和環(huán)境差異產(chǎn)生的誤差。每個處理為1 條壟，分上、中、下3 個小區(qū)，每個小區(qū)對應(yīng)1 個重復(fù)，旨在研究不同水肥組合對寧夏賀蘭縣西蘭花生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。

根據(jù)已有試驗的研究經(jīng)驗并結(jié)合當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況，確定灌溉定額和施肥量的上下限分別為3 045 m3/hm2和1 305 m3/hm2，2 152 kg/hm2和922 kg/ hm2。各因素水平（Xpj）和變化間隔（Δj）為

式中：X1j表示因素的下限；X2j表示因素的上限；j 為因素個數(shù)；γ 為星號臂。二元二次通用旋轉(zhuǎn)組合試驗方案見表1。

表1 西蘭花種植試驗方案設(shè)計

注：表中純追肥量包括氮肥量、磷肥量和鉀肥量。

試驗田長44 m，寬35 m。每壟對應(yīng)1 個試驗處理，每個處理分上、中、下3 個小區(qū)，小區(qū)長11 m，寬0.8 m，面積為8.8 m2。西蘭花種植方式為溫室內(nèi)育苗，育苗完成移栽至試驗田內(nèi)，移栽時間為2020 年7 月21 日，收獲時間為2020 年9 月21—30 日。西蘭花采取壟上移栽種植，壟面寬80 cm，壟溝寬40 cm，壟高20 cm，每壟上種植2 行西蘭花，壟上覆黑色地膜，株距為35 cm。西蘭花灌溉方式為膜下滴灌，采取2 行1 管模式，滴頭間距為35 cm。6 月25 日育苗，四葉一心時定值，移栽時間為7 月21 日。

1.3 檢測指標(biāo)及方法

（1）產(chǎn)量及品質(zhì)的測定。西蘭花采收期每個處理選取上、中、下3 個小區(qū)，小區(qū)長為11 m，采收小區(qū)內(nèi)西蘭花，測量其鮮重，并折算成每公頃產(chǎn)量。維生素C 按照鉬藍比色法測定，可溶性糖按照蒽酮比色法測定，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍G-250 染色法測定，硝酸鹽采用紫外分光光度法測定，可溶性固體按照阿貝折射儀測定。

（2）灌溉水分利用效率計算。

式中：IWUE為灌溉水分利用效率，kg/m3；Y 為產(chǎn)量，kg/hm2；TW為總灌水量，m3/hm2。

（3）偏氮肥生產(chǎn)力計算。

式中：PNP為偏氮肥生產(chǎn)力，kg/kg；Y 為產(chǎn)量kg/hm2；TF為總追氮量，kg/hm2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計用Excel 2010，顯著性檢驗和方差分析用Spss 26（Tukey 法和LSD 法），線性回歸及其檢驗用DPS 7.05，相關(guān)圖形繪制使用Origin2018。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥處理對西蘭花產(chǎn)量和水肥利用率的影響

由表2 可知，T1 西蘭花產(chǎn)量最高為25 668 kg/hm2；T6 次之，產(chǎn)量為24 766 kg/hm2；最低為T3，產(chǎn)量為18 690 kg/hm2。由T5 與T9～T16 比較可以看出，在施肥量為1 537 kg/hm2時，灌水量由1 305 m3/hm2增加到2 175 m3/hm2時，西蘭花產(chǎn)量增加明顯。T1和T2 相比，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)灌水量為2 790 m3/hm2，施肥量從1 103 kg/hm2增加到1 972 kg/hm2時，對西蘭花產(chǎn)量影響顯著（P＜0.05），說明灌水量為2 160 m3/hm2時，西蘭花產(chǎn)量隨著施肥量的增加而增加。由T1 與T9～T16 比較可以看出，當(dāng)灌水量和施肥量分別由2 175 m3/hm2、1 537 kg/hm2增加到2 790 m3/hm2、1 972 kg/hm2時，T1 處理的西蘭花產(chǎn)量和T9～T16 處理差異顯著（P＜0.05），說明在T1 的水肥組合下西蘭花產(chǎn)量最高。T1 較CK 增加了8.4%，T3 較CK 降低了26.7%。

不同水肥處理西蘭花灌溉水分利用效率和偏氮肥生產(chǎn)力見表2。T5 灌溉水分利用效率最高為14.32 kg/m3，T6 灌溉水分利用效率最低為8.13 kg/m3。由T5 與T9～T16 比較可知，同一施肥水平下，灌溉水分利用效率隨灌水量的增加而減少。T5 比CK增加了31.5%，T6 比CK 降低了25.3%。T7 偏氮肥生產(chǎn)力最高，為39.79 kg/kg，T3 偏氮肥生產(chǎn)力最低，為18.89 kg/kg。由T8 與T9～T16 比較可知，同一灌水量下，偏氮肥生產(chǎn)力隨施肥量的減少而增加。T7比CK 增加了45.4%，T3 比CK 降低了31.0%。2.1.1 回歸方程的建立

表2 不同水肥處理對西蘭花產(chǎn)量、灌溉水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力的影響

2.1.2 回歸方程的顯著性檢驗 經(jīng)方差分析可知，F(xiàn)回歸=13.53，F(xiàn)0.05（5，10）=3.326，F(xiàn)回歸＞F0.05（5，10），顯著水平P=0.005 1，則回歸方程的F 檢驗顯著，表明根據(jù)試驗數(shù)據(jù)建立的回歸方程可靠，具有應(yīng)用價值；回歸方程相關(guān)系數(shù)R2=0.90，擬合程度好。

2.1.3 回歸系數(shù)的顯著性檢驗 采用t 檢驗法進行回歸系數(shù)顯著性檢驗。結(jié)果表明，一次項中灌溉定額x1和二次項中施肥量x2對西蘭花產(chǎn)量影響極顯著，其他項均不顯著?；貧w方程可化簡為

2.1.4 主因素分析 主因素分析主要是分析灌溉定額、施肥量對西蘭花產(chǎn)量的影響效應(yīng)。試驗所建立的回歸方程中2 個因素均為規(guī)范變量，偏回歸系數(shù)不受因素取值大小和單位的影響，其絕對值的大小可以直接反映各個因素對西蘭花產(chǎn)量的影響程度。由表3 可知，水肥因素對西蘭花產(chǎn)量的影響大小為灌溉定額x1＞施肥量x2。其中，灌溉定額對西蘭花產(chǎn)量影響極顯著，說明該試驗條件下，灌溉定額是主要因素。

表3 回歸系數(shù)t 檢驗結(jié)果

2.1.5 單因素分析 對式（5）進行降維處理，即將回歸方程中的灌溉定額、施肥量中的2 個因子固定在零值，即可求得單因素對西蘭花產(chǎn)量的一元二次回歸模型：

式中：y1，y2分別為單獨考慮灌溉定額和施肥量對應(yīng)的估計值，kg/hm2。令xj分別為-1.414，-1，0，1，1.414，通過式（7）～（8）計算得出相應(yīng)的預(yù)測產(chǎn)量，可分別得出單因素不同水平對產(chǎn)量的曲線效應(yīng)圖（圖1）。

由圖1 可知，產(chǎn)量隨著灌溉定額的增加而增加；當(dāng)施肥量編碼小于0 時，產(chǎn)量隨著施肥量的增加而增加；當(dāng)施肥量編碼大于0 時，產(chǎn)量隨著施肥量的增加而降低。

圖1 單因素對產(chǎn)量的影響

2.1.6 交互作用分析 灌溉定額與施肥量的交互作用見圖2。由圖2 可知，產(chǎn)量受灌水量和施肥量的交互影響，當(dāng)灌水量一定時，產(chǎn)量隨著施肥量的增加先增加后減少，當(dāng)施肥量編碼值為0 時，產(chǎn)量達到最大值；當(dāng)施肥量一定時，產(chǎn)量隨著灌水量的增加而增加。通過模型尋優(yōu)發(fā)現(xiàn)灌水量、施肥量編碼組合為（1.414，0），即灌水量為3 045 m3/hm2，施肥量為1 537 kg/hm2時，西蘭花產(chǎn)量最高可以達到26 658 kg/hm2。

圖2 灌溉定額與施肥量的交互作用

2.2 不同水肥處理對西蘭花品質(zhì)的影響

由表4 可知，維生素C 的質(zhì)量比在T1 時最大，為705 mg/kg；在T3 時最小，為612 mg/kg；T1 比T3提高了7.8%，T3 處理比CK 降低了6.9%?？扇苄蕴堑馁|(zhì)量比在T1 時最大，為41.5 mg/g；在T3 時最小，為19.8 mg/g；T1 比T3 提高了109.6%，T1 比CK 提高了14.6%。可溶性蛋白的質(zhì)量比在T8 時最大，為6.4 mg/g；在T6 時最小，為3.9 mg/g；T8 比T6 提高了64.1%，T8 處理比CK 提高了20.7%。可溶性固體質(zhì)量分數(shù)在T8 最大，為10.17%；在T6 最小，為7.98%；T8 比T6 提高了27.4%，T8 處理比CK 提高了16.1%。硝酸鹽的質(zhì)量比在T3 時最大，為1 392 mg/kg；在T9時最小，為765 mg/kg；T3 比T9 提高了81.9%，T3處理比CK 提高了44.8%。

表4 不同水肥處理對西蘭花品質(zhì)的影響

綜上所述，T1 處理的維生素C、可溶糖的質(zhì)量比最高，可溶性蛋白的質(zhì)量比、可溶性固體質(zhì)量分數(shù)都較好，硝酸鹽一般。

2.2.1 回歸方程的建立

2.2.2 回歸方程的顯著性檢驗 經(jīng)方差分析可知，F(xiàn)回歸=9.02，F(xiàn)0.05（5，10）=3.326，F(xiàn)回歸＞F0.05（5，10），顯著水平P=0.012 7，則回歸方程的F 檢驗顯著，表明根據(jù)試驗數(shù)據(jù)建立的回歸方程可靠，具有應(yīng)用價值；回歸方程相關(guān)系數(shù)R2=0.85，擬合程度好。

2.2.3 回歸系數(shù)的顯著性檢驗 采用t 檢驗法進行回歸系數(shù)顯著性檢驗。結(jié)果表明，一次項中灌溉定額x1和二次項中施肥量x2對西蘭花中維生素C 的影響極顯著，其他項均不顯著?；貧w方程可化簡為

2.2.4 主因素分析 主因素分析主要是分析灌溉定額、施肥量對西蘭花維生素C 的影響效應(yīng)。試驗所建立的回歸方程中2 個因素均為規(guī)范變量，偏回歸系數(shù)不受因素取值大小和單位的影響，其絕對值的大小可以直接反映各個因素對西蘭花中維生素C的影響程度。由表5 可知，水肥因素對西蘭花中維生素C 的影響大小為灌溉定額x1＞施肥量x2。其中，灌溉定額對西蘭花中維生素C 影響極顯著，說明該試驗條件下，灌溉定額是主要因素。

表5 回歸系數(shù)t 檢驗結(jié)果

2.2.5 單因素分析 對式（9）進行降維處理，即將回歸方程中的灌溉定額、施肥量中的2 個因子固定在零值，即可求得單因素對西蘭花中維生素C 的一元二次回歸模型：

式中：y1，y2分別為單獨考慮灌溉定額和施肥量對應(yīng)的估計值，mg/kg。令xj分別為-1.414，-1，0，1，1.414，通過式（11）～（12）計算得出相應(yīng)的預(yù)測維生素C，可分別得出單因素不同水平對維生素C 的曲線效應(yīng)圖（圖3）。

由圖3 可知，維生素C 的質(zhì)量比隨著灌溉定額的增加而增加；當(dāng)施肥量編碼小于0 時，維生素C隨著施肥量的增加而增加；當(dāng)施肥量編碼大于0 時，維生素C 隨著施肥量的增加而降低。

圖3 單因素對維生素C 的影響

2.2.6 交互作用分析 灌溉定額與施肥量的交互作用見圖4，維生素C 受灌水量和施肥量的交互影響，當(dāng)灌水量一定時，可以看出維生素C 的質(zhì)量比隨著施肥量的增加先增加后減少，當(dāng)施肥量編碼值為0時，維生素C 的質(zhì)量比達到最大值；當(dāng)施肥量一定時，維生素C 的質(zhì)量比隨著灌水量的增加而增加。

圖4 灌溉定額與施肥量的交互作用

通過模型尋優(yōu)發(fā)現(xiàn)灌水量、施肥量編碼組合為（1.414，1），即灌水量為3 045 m3/hm2，施肥量為1 972 kg/hm2時，西蘭花維生素C 的質(zhì)量比最高可以達到708 mg/kg。

3 結(jié)論

（1）在T1 時，西蘭花產(chǎn)量最高，為25 668 kg/hm2；T3 最低，為18 690 kg/hm2。灌溉水分利用效率在T5時最高，為14.32 kg/m3；在T6 時最低，為8.13 kg/m3。偏氮肥生產(chǎn)力在T7 時最高，為39.79 kg/kg；T3 時最低，為18.89 kg/kg。

（2）在T1 時，維生素C、可溶性糖的質(zhì)量比最大，分別為705 mg/kg，41.5 mg/g；在T3 時最小，分別為612 mg/kg，19.8 mg/g。在T8 時，可溶性蛋白的質(zhì)量比、可溶性固體質(zhì)量分數(shù)最大，分別為6.4 mg/g，10.17%；在T6 時最小，分別為3.9 mg/g，7.98%。硝酸鹽質(zhì)量比在T3 時最大，為1 392 mg/kg，在T9 時最小，為765 mg/kg。

（3）建立了灌水量及施肥量對西蘭花產(chǎn)量、維生素C 質(zhì)量比的影響模型，模型達到顯著水平，對試驗最優(yōu)水肥組合進行驗證，結(jié)果有很好的重現(xiàn)性，表明模型準(zhǔn)確。通過驗證，得到灌水量是影響西蘭花產(chǎn)量、品質(zhì)的主要因素，施肥量是次要因素。

綜合上述分析，從西蘭花產(chǎn)量、水肥利用效率、品質(zhì)及回歸模型尋優(yōu)水肥組合可以得到，在降水量為113 mm 時，灌水量為2 790～3 045 m3/hm2，施肥量為1 537～1 972 kg/hm2時，可以獲得較高的產(chǎn)量（2 6147.72～2 6657.88 kg/hm2）及較優(yōu)的西蘭花品質(zhì)（維生素C 質(zhì)量比為707.52～710.40 mg/kg），是適宜本地西蘭花種植推廣的較優(yōu)水肥組合方案。