郭 松，劉聲鋒，于 蓉，田 梅，楊萬(wàn)邦，王志強(qiáng)，董 瑞

（寧夏農(nóng)林科學(xué)院種質(zhì)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(jì)發(fā)展和農(nóng)民增收致富不可替代的主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源。隨著栽培面積的逐漸擴(kuò)大和栽培年限的增加，土壤連作的問(wèn)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(rèn)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(lái)[2]、毛曉梅[3]等認(rèn)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(guò)生物育苗基質(zhì)、噴施等方法進(jìn)行研究。本研究結(jié)合前人研究的成果，以微生物菌、施入方法和時(shí)間、補(bǔ)水量為切入點(diǎn)[6-7]，利用壓砂西瓜定植穴施菌肥和基質(zhì)[8]，尋找它們之間的相互作用，達(dá)到基質(zhì)和菌肥的優(yōu)質(zhì)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(zhì)和菌肥條件下的產(chǎn)量效應(yīng)，在建立西瓜產(chǎn)量數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，尋求克服土壤連作障礙的高效優(yōu)化配比方案，實(shí)現(xiàn)該地區(qū)壓砂的健康發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

研究田間試驗(yàn)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(jìn)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(jī)質(zhì)4.7 g/kg，pH 8.56。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)西瓜品種使用‘寧農(nóng)科1號(hào)’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(jī)質(zhì)≥20%）[10]。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用3因素5水平二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)[11]，試驗(yàn)處理隨機(jī)排列，共設(shè)20個(gè)處理[12]，每個(gè)處理20株，種植地長(zhǎng)30 m、寬1.5 m，面積45 m2。4月20日定植，按照設(shè)計(jì)方案補(bǔ)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(biāo)，研究壓砂西瓜補(bǔ)水覆膜條件下[15-16]，定植穴施不同補(bǔ)水量、生物菌肥、基質(zhì)對(duì)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(zhì)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(jiàn)表1。

表1 因素水平表

1.3.2 統(tǒng)計(jì)分析 對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，用DPS軟件進(jìn)行方差分析，用二次通用旋轉(zhuǎn)組合計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 二次通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)方案及數(shù)學(xué)模型的建立

由補(bǔ)水量、生物菌肥、基質(zhì)3個(gè)因素對(duì)生產(chǎn)效益建立基質(zhì)菌肥配比模型[18]，可用二次回歸旋轉(zhuǎn)模型表示[19]。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得的產(chǎn)量結(jié)果，以產(chǎn)量為目標(biāo)函數(shù)(Y)，以補(bǔ)水量(X1)、生物菌肥(X2)、基質(zhì)(X3)3個(gè)因素為控制變量[20]，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，相互作用計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。求得壓砂地西瓜基質(zhì)菌肥配比回歸數(shù)學(xué)模型，按試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出擬合方程的各項(xiàng)系數(shù)，得到回歸方程如式(1)。

表2 試驗(yàn)結(jié)果方差分析

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

2.2 補(bǔ)水量、施生物菌肥量和施基質(zhì)量對(duì)壓砂西瓜產(chǎn)量的單因素分析

根據(jù)計(jì)算得出的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)單因素進(jìn)行產(chǎn)量效益分析，見(jiàn)表3。

表3 單因素對(duì)壓砂西瓜產(chǎn)量的效應(yīng)分析 kg/hm2

由表3和圖1可以看出，壓砂地穴施基質(zhì)對(duì)提高產(chǎn)量影響最大，其次是補(bǔ)水量，影響最小的是菌肥。補(bǔ)水量的增加產(chǎn)量趨于直線(xiàn)增長(zhǎng)，基質(zhì)施入量在200 g左右時(shí)，對(duì)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(duì)產(chǎn)量因素影響逐漸降低。

圖1 單因素對(duì)壓砂西瓜產(chǎn)量的效應(yīng)分析

2.3 補(bǔ)水量、施生物菌肥量和施基質(zhì)量對(duì)壓砂西瓜產(chǎn)量的交互效應(yīng)分析

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

圖2 補(bǔ)水量與施生物菌肥量對(duì)壓砂西瓜產(chǎn)量的交互效應(yīng)

2.3.2 補(bǔ)水和穴施基質(zhì)對(duì)壓砂西瓜產(chǎn)量的互作效應(yīng)分析 由圖3可知，補(bǔ)水和穴施基質(zhì)對(duì)壓砂西瓜產(chǎn)量的交互效應(yīng)表現(xiàn)為：隨基質(zhì)施入量的增加，不同補(bǔ)水條件下壓砂西瓜產(chǎn)量均呈現(xiàn)快速增大的趨勢(shì)；施入基質(zhì)量的增加，對(duì)保持水分有一定作用，補(bǔ)水量增多對(duì)產(chǎn)量影響趨于平緩。當(dāng)補(bǔ)水量為4.682 kg/株次、施基質(zhì)量368.2 g/定植穴時(shí)，壓砂西瓜產(chǎn)量最高為29131.5 kg/hm2。

圖3 補(bǔ)水量與施基質(zhì)量對(duì)壓砂西瓜產(chǎn)量的互作效應(yīng)分析

2.3.3 施生物菌肥量和施基質(zhì)量對(duì)壓砂西瓜產(chǎn)量的互作效應(yīng)分析 由圖4得知，施生物菌肥量和基質(zhì)對(duì)壓砂西瓜產(chǎn)量的交互效應(yīng)表現(xiàn)為：隨著施生物菌肥量和基質(zhì)量同時(shí)增大[25]，壓砂西瓜產(chǎn)量也呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)[26]；當(dāng)施生物菌肥量為170 g/定植穴、施基質(zhì)量為368.2 g/定植穴時(shí)，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(zhì)量對(duì)壓砂西瓜產(chǎn)量的互作效應(yīng)分析

2.3.4 優(yōu)化組合及推薦指標(biāo) 通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析可知，在試驗(yàn)中不僅存在著單因素效應(yīng)的作用，同時(shí)還存在2個(gè)因素之間的交互作用。因此通過(guò)單因素效應(yīng)或是兩因素交互作用的結(jié)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(xué)模型中沒(méi)有出現(xiàn)生產(chǎn)效率函數(shù)的極值，因此還需要對(duì)回歸模型進(jìn)行再次解析計(jì)算，根據(jù)己建立的基質(zhì)和菌肥的優(yōu)化配比數(shù)學(xué)模型找到最佳配比方案[27]。編制計(jì)算程序，在-1.682～1.682之間取7個(gè)水平（分別為-1.682、-1、-0.5、0、0.5、1、1.682），上機(jī)對(duì)不同目標(biāo)下的最優(yōu)配比組合方案進(jìn)行模擬。構(gòu)成生產(chǎn)因素組合，通過(guò)模擬計(jì)算得出產(chǎn)量大于27760.8 kg/hm2的有62個(gè)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(jié)論

在試驗(yàn)約束條件下，采用頻率分析法對(duì)產(chǎn)量模型進(jìn)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(bǔ)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(zhì)量207.9～271.1 g/定植穴。在此范圍內(nèi)，考慮到實(shí)際的田間可操作性，同時(shí)在生產(chǎn)中農(nóng)資費(fèi)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(bǔ)水定額3.5 kg/株次、施生物菌肥160 g/定植穴、施基質(zhì)量270 g/定植穴。用此最優(yōu)農(nóng)藝措施對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，得產(chǎn)量為28363.35 kg/hm2，與預(yù)期產(chǎn)量較為接近，表明本試驗(yàn)結(jié)果擬合得出的結(jié)果可最大限度提高壓砂瓜的產(chǎn)量，并可以較好地應(yīng)用于壓砂瓜的實(shí)際生產(chǎn)中。

表4 最優(yōu)組合62個(gè)方案中各變量取值的頻率分布

4 討論

通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析可以肯定前人的研究成果，即微生物菌肥對(duì)植株的促生作用[28-29]。在定植期的3～5天是緩苗的關(guān)鍵時(shí)期，本研究在定植期穴施生物菌肥和基質(zhì)，促進(jìn)西瓜苗期的生長(zhǎng)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(biāo)進(jìn)行分析，對(duì)土壤群落變化和西瓜品質(zhì)還未做深入研究，下一步還需要從這幾方面深入研究。