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        基于多指標(biāo)協(xié)同的草莓水肥耦合綜合調(diào)控

        2020-03-09 08:03:40李曼寧蔡澤林洪婷婷
        關(guān)鍵詞:產(chǎn)量

        張 智 李曼寧 楊 志 蔡澤林 洪婷婷 丁 明

        (1.西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院, 陜西楊凌 712100; 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北設(shè)施園藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西楊凌 712100)

        0 引言

        草莓營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富,具有益心健腦的獨(dú)特功效,且采摘期較長(zhǎng),逐漸成為多地農(nóng)民增收致富的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)[1]。目前我國(guó)草莓種植面積和產(chǎn)量位居世界第一[2],主要采用溫室栽培方式,反季節(jié)栽培草莓的經(jīng)濟(jì)效益更高[3-4]。然而,過(guò)量的灌水和施肥不但造成大量的水分流失、肥料利用效率降低、土壤板結(jié)、地下水污染等一系列環(huán)境問(wèn)題[5-6],同時(shí)還影響植株的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)。水肥耦合可以促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的快速吸收和高效利用,以達(dá)到節(jié)水節(jié)肥、增產(chǎn)增質(zhì)、省工省時(shí)和減污等目的[7]。

        水肥對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的形成起著決定性的作用[8]。前人的研究表明,水肥一體化模式可以提高肥料利用效率,適量減少施肥可以提高草莓的品質(zhì)和產(chǎn)量[9];滴灌條件下輕度虧缺灌溉可以提高草莓果實(shí)的含糖量[10]和產(chǎn)量[11];適量的灌水施肥模式可以提高溫室草莓的產(chǎn)量和水肥利用效率[12-13];水氮耦合處理可以提高草莓果實(shí)中的維生素C含量、可溶性糖含量、有機(jī)酸含量和糖酸比[14];在一定范圍內(nèi)適量施用磷肥或氮肥均可提高番茄中維生素C、可溶性糖和可溶性固形物含量[15]。

        不同水肥處理對(duì)產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)和水肥利用效率的影響不同,即使同一水肥處理,對(duì)不同指標(biāo)的影響差異也較大。植株生長(zhǎng)包括不同類(lèi)別的多項(xiàng)指標(biāo),每種指標(biāo)衡量標(biāo)準(zhǔn)不同,但又相互關(guān)聯(lián),僅憑單一指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)具有局限性,很難準(zhǔn)確評(píng)價(jià)草莓生長(zhǎng)的優(yōu)劣[16]。因此,合理綜合各項(xiàng)指標(biāo)、建立科學(xué)的評(píng)價(jià)體系是取得整體水肥施用優(yōu)化方案的基礎(chǔ)。層次分析(Analytic hierarchy process,AHP)法可以通過(guò)對(duì)客觀事實(shí)的主觀判斷,將元素的相對(duì)重要性定量描述[17]。熵權(quán)法是一種由待評(píng)價(jià)指標(biāo)確定指標(biāo)權(quán)重的客觀方法,具有較強(qiáng)的操作性,可根據(jù)指標(biāo)的變異程度客觀計(jì)算出各指標(biāo)的權(quán)重值。TOPSIS(Technique for order preference by similarity to ideal solution)模型可以充分利用原始數(shù)據(jù),通過(guò)比較各個(gè)指標(biāo)中的最優(yōu)解和最劣解評(píng)價(jià)方案的優(yōu)劣性[18]。采用基于博弈論的組合賦權(quán)法對(duì)AHP法和熵權(quán)法得到的權(quán)重進(jìn)行融合,充分利用主觀賦權(quán)法反映決策者意愿及客觀賦權(quán)法的理論依據(jù)優(yōu)勢(shì),對(duì)定性的問(wèn)題進(jìn)行定量分析,同時(shí)克服單一方法的偏向性,得到更加合理的指標(biāo)權(quán)重,再基于TOPSIS法構(gòu)建評(píng)價(jià)體系,可實(shí)現(xiàn)對(duì)多指標(biāo)內(nèi)容的科學(xué)評(píng)價(jià)[19-20]。

        本文旨在對(duì)草莓多個(gè)指標(biāo)分析的基礎(chǔ)上,建立融合產(chǎn)量、品質(zhì)、水肥利用效率等多因素的綜合評(píng)價(jià)模型,提出多目標(biāo)協(xié)同下的最優(yōu)水肥組合模式,為實(shí)現(xiàn)設(shè)施草莓生產(chǎn)高產(chǎn)、高品質(zhì)、高效的綜合水肥管理提供科學(xué)理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        本試驗(yàn)于2018年9月—2019年4月在陜西省楊凌示范區(qū)揉谷鎮(zhèn)錦田果蔬合作社(北緯34°16′,東經(jīng)108°2′)的大跨度非對(duì)稱雙層塑料大棚中進(jìn)行。該試驗(yàn)區(qū)地處陜西省中部關(guān)中平原腹地,海拔450 m,屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年平均降水量635.1 mm,無(wú)霜期211 d,年平均日照時(shí)數(shù)2 163.8 h。塑料大棚跨度為17 m,長(zhǎng)度為55 m。試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)為黃土,土壤中硝銨態(tài)氮質(zhì)量比177.82 mg/g,速效磷質(zhì)量比28.16 mg/g,速效鉀質(zhì)量比248.922 mg/g,電導(dǎo)率(EC)為587.33 μS/cm,土壤pH值為6.50。供試草莓品種為紅顏。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)灌水量依據(jù)參考作物的蒸騰蒸發(fā)量(Evapotranspiration, ETC),施肥量根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量法選擇N、P2O5、K2O比例為14∶6∶30的復(fù)合肥[21]。試驗(yàn)設(shè)置兩因素,3個(gè)滴灌水平(高水W1:100% ETC、中水W2:80%ETC、低水W3:60%ETC)和3個(gè)施肥水平(高肥F1:2 199.85 kg/hm2、中肥F2:1 833.21 kg/hm2、低肥F3:1 466.57 kg/hm2),以高水(W1)和不施肥作為對(duì)照,共10個(gè)處理,每個(gè)處理進(jìn)行3次重復(fù)。試驗(yàn)小區(qū)呈隨機(jī)區(qū)組排列,小區(qū)長(zhǎng)10 m、寬2 m,每小區(qū)定植60株草莓,采用一壟兩行的種植方式,壟高為0.4 m,小區(qū)之間用0.1 mm黑色塑料膜隔開(kāi),防止處理間的水肥相互影響。

        試驗(yàn)采用膜下滴灌技術(shù),進(jìn)行水肥同時(shí)處理。草莓于2018年9月6日定植,2019年4月5日拉秧。定植和緩苗時(shí)灌水量為1 666.7 L,處理后每3~4 d灌一次水,ETC依據(jù)Penman-Monteith修正公式計(jì)算[22](參照文獻(xiàn)中草莓各時(shí)期灌水系數(shù)計(jì)算[23]),環(huán)境數(shù)據(jù)由小型氣象站采集(HOBO event logger, Onset Computer Corporation,美國(guó)),在整個(gè)生育期W1、W2、W3灌水總量分別為3 150、2 520、1 890 m3/hm2。由數(shù)顯電子流量計(jì)和施肥泵精確控制灌水量和施肥量。試驗(yàn)水肥施用量以及進(jìn)行歸一化處理的數(shù)據(jù)編碼值見(jiàn)表1(括號(hào)中為各因素編碼)。

        表1 試驗(yàn)因素編碼與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        1.3 測(cè)定指標(biāo)和方法

        (1)產(chǎn)量

        果實(shí)成熟時(shí),采收成熟度一致的草莓。每隔3~5 d采收一次,每次采收要分別測(cè)定單果質(zhì)量、果實(shí)數(shù)量、單株產(chǎn)量,根據(jù)單株產(chǎn)量計(jì)算果實(shí)的總產(chǎn)量。

        (2)果實(shí)品質(zhì)

        選取第3穗成熟度一致的果實(shí)進(jìn)行果實(shí)品質(zhì)測(cè)定。維生素C含量采用鉬藍(lán)比色法;可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)-G250染色法;可溶性固形物含量和糖酸比均采用bxacid藍(lán)莓專用糖酸一體機(jī)測(cè)定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法。

        (3)水肥利用效率

        采用草莓的農(nóng)學(xué)利用效率來(lái)表示草莓的水分利用效率(Water use efficiency, WUE),計(jì)算公式為

        WUE=Y/L

        (1)

        式中Y——各處理草莓的總產(chǎn)量,kg

        L——生育期內(nèi)的灌水量,m3

        采用草莓的總氮利用效率來(lái)表示草莓的肥料利用效率(Apparent recovery efficiency, RE)[24],全氮含量采用H2SO4-H2O2消煮法測(cè)定,肥料利用效率計(jì)算公式為

        RE=(U1-U0)/F×100%

        (2)

        式中U1——施肥區(qū)667 m2吸收N的量,g

        U0——對(duì)照區(qū)667 m2吸收N的量,g

        F——667 m2肥料施入量,g

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        采用SPSS軟件進(jìn)行各數(shù)據(jù)的方差分析,利用Origin軟件進(jìn)行圖表繪制;采用Yaaph軟件繪制草莓綜合分析層次模型及各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重分析;采用Excel軟件按照TOPSIS法計(jì)算綜合評(píng)價(jià)數(shù)值;運(yùn)用DPS建立數(shù)學(xué)模型,采用Matlab解析模型。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同水肥處理對(duì)草莓產(chǎn)量的影響

        灌水、施肥以及水肥耦合作用對(duì)草莓單果質(zhì)量的影響都達(dá)到極顯著水平(表2)。從灌水水平來(lái)看,單果質(zhì)量由大到小為W1、W2、W3;從施肥水平來(lái)看,單果質(zhì)量由大到小為F2、F1、F3。在同一施肥水平下,中肥和低肥處理時(shí)單果質(zhì)量隨灌水量增加均呈上升趨勢(shì)。相同灌水處理下,高水和低水處理時(shí)單果質(zhì)量隨施肥量增加先增大后減小。由圖1(圖中不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05),下同)可知,在所有處理中,中水高肥(T2)的單果質(zhì)量最高,為12.74 g;低水低肥(T9)的單果質(zhì)量最低,僅為9.81 g。灌水、施肥以及水肥耦合作用對(duì)草莓產(chǎn)量的影響都達(dá)到極顯著水平(表2)。從灌水水平來(lái)看,草莓產(chǎn)量由大到小依次為W1、W2、W3;從施肥水平來(lái)看,草莓產(chǎn)量由大到小依次為F2、F1、F3。在同一施肥水平下,在高肥和低肥處理時(shí)產(chǎn)量隨灌水量增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì);在同一灌水水平下,灌水量為中水和低水時(shí),產(chǎn)量隨施肥量的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。由圖1可知,在中水中肥(T5)處理下草莓產(chǎn)量最高,為19 251.2 kg/hm2,低水低肥(T9)處理下產(chǎn)量最低,為12 598.4 kg/hm2。

        2.2 不同水肥處理對(duì)草莓品質(zhì)的影響

        可溶性糖含量受灌水的影響顯著、施肥的影響極顯著,但水肥耦合作用對(duì)其無(wú)顯著性影響(表2)。從灌水水平來(lái)看,中水處理草莓可溶性糖含量表現(xiàn)最優(yōu);從施肥水平來(lái)看,低肥最有利于草莓可溶性糖含量提升。施肥量一定的情況下,可溶性糖含量隨灌水量的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)(T3除外)。灌水量一定的情況下,可溶性糖含量隨施肥量的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)(T9除外)。在中水中肥(T5)處理下果實(shí)的可溶性糖含量最高,為7.8 mg/g,高水高肥(T1)處理下果實(shí)的可溶性糖含量最低,為6.29 mg/g(圖2a)。

        施肥對(duì)草莓的糖酸比具有極顯著性的影響,灌水和水肥耦合作用對(duì)其無(wú)顯著性影響(表2)。施肥量一定的情況下,糖酸比隨灌水量由大到小表現(xiàn)為W2、W3、W1;灌水量一定的情況下,糖酸比隨施肥量增加而降低。水肥耦合作用下中水低肥(T8)處理下草莓的糖酸比最高,為6.03,高水高肥(T1)處理下草莓的糖酸比最低,為4.64(圖2b)。

        表2 不同水肥處理下草莓的各項(xiàng)指標(biāo)

        注:*表示差異顯著(P<0.05),** 表示差異極顯著(P<0.01)。

        圖1 水肥耦合對(duì)產(chǎn)量的影響

        灌水和施肥對(duì)草莓的可溶性固形物含量具有極顯著影響,水肥耦合作用對(duì)其無(wú)顯著性影響(表2)。從灌水水平來(lái)看,可溶性固形物含量由大到小依次為W3、W2、W1;從施肥水平來(lái)看,可溶性固形物含量由大到小依次為F2、F1、F3。同一施肥水平下,可溶性固形物含量隨灌水量的增加而減?。?同一灌水水平下,可溶性固形物含量隨施肥量的增加先增大后減小。在低水中肥(T6)處理下草莓的可溶性固形物含量最佳(圖2c)。

        維生素C含量受施肥和灌水的影響極顯著,水肥耦合作用對(duì)其無(wú)顯著性影響。維生素C含量隨灌水和施肥增加均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。低水低肥(T9)處理下果實(shí)維生素C含量最高,為221.30 mg/(100 g),高水高肥(T1)處理下果實(shí)維生素C含量最低,為140.71 mg/(100 g)(圖2d)。

        可溶性蛋白質(zhì)含量只受施肥的影響極顯著(表2)。同一施肥水平下灌水量的差異對(duì)可溶性蛋白質(zhì)含量影響不顯著,從整體來(lái)看,低肥處理下可溶性蛋白質(zhì)含量最佳。如圖2e所示,中水低肥(T8)處理下果實(shí)的可溶性蛋白質(zhì)含量最佳。

        圖2 水肥耦合對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響

        2.3 不同水肥處理對(duì)草莓水肥利用效率的影響

        灌水、施肥以及水肥耦合作用均對(duì)草莓的水分利用效率影響極顯著(表2)。施肥量一定的情況下,水分利用效率隨灌水量的增加而減??;灌水量一定的情況下,水分利用效率受施肥影響由大到小依次為F2、F1、F3。水肥耦合作用下,低水中肥(T6)處理下水分利用效率最高,達(dá)到8.36 kg/m3(圖3a)。

        圖3 水肥耦合對(duì)水肥利用效率的影響

        同時(shí),灌水、施肥以及水肥耦合作用也對(duì)肥料利用效率的影響極顯著(表2)。從灌水水平來(lái)看,肥料利用效率隨灌水量增加而減小;從施肥水平來(lái)看,中肥(F2)處理下肥料利用效率最高,其次為低肥(F3),高肥處理下肥料利用效率最低,各處理間差異顯著。由圖3b可知,在低水中肥(T6)處理下肥料利用效率最高,為14.74%,在高水高肥(T1)處理下肥料利用效率最低,僅為10.49%。

        2.4 草莓綜合生長(zhǎng)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

        2.4.1綜合評(píng)價(jià)層次模型

        運(yùn)用Yaaph軟件建立草莓綜合評(píng)價(jià)的層次模型(圖4)。綜合生長(zhǎng)指標(biāo)(C)目標(biāo)層分為產(chǎn)量指標(biāo)(C1)、果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)(C2)、水肥利用效率(C3)3個(gè)準(zhǔn)則層;產(chǎn)量指標(biāo)包括單果質(zhì)量(C11)和產(chǎn)量(C12)兩個(gè)指標(biāo)層,果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)包括可溶性糖含量(C21)、糖酸比(C22)、可溶性固形物含量(C23)、維生素C含量(C24)和可溶性蛋白質(zhì)含量(C25)5個(gè)指標(biāo)層,水肥利用效率包括水分利用效率(C31)和肥料利用效率(C32)2個(gè)指標(biāo)層。

        2.4.2指標(biāo)權(quán)重

        (1)基于AHP法確定權(quán)重

        層次模型建立后采用1~9的比例標(biāo)度法建立判斷矩陣并對(duì)矩陣的一致性進(jìn)行檢驗(yàn),綜合生長(zhǎng)指標(biāo)、產(chǎn)量指標(biāo)、果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)、水肥利用效率判斷矩陣分別為綜合生長(zhǎng)指標(biāo)、產(chǎn)量指標(biāo)、果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)、水肥利用效率的一致性檢驗(yàn)系數(shù)CR均小于0.10,一致性檢驗(yàn)結(jié)果較好,所建立的判斷矩陣具有可靠性和合理性(表3,表中λmax為最大特征值)。結(jié)果表明,草莓各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重由大到小依次為:產(chǎn)量、單果質(zhì)量、肥料利用效率、可溶性糖含量、糖酸比、水分利用效率、可溶性固形物含量、維生素C含量、可溶性蛋白質(zhì)含量。

        圖4 草莓綜合生長(zhǎng)指標(biāo)層次模型

        (2)基于熵權(quán)法確定權(quán)重

        采用熵權(quán)法對(duì)草莓的單一指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)(具體計(jì)算方法和步驟見(jiàn)文獻(xiàn)[21]),計(jì)算得出草莓各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重見(jiàn)表4。由表可知,熵權(quán)法確定的草莓各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重由大到小依次為:產(chǎn)量、水分利用效率、維生素C含量、可溶性蛋白質(zhì)含量、肥料利用效率、糖酸比、單果質(zhì)量、可溶性固形物含量、可溶性糖含量。

        表3 AHP層次分析法計(jì)算權(quán)重的結(jié)果

        表4 熵權(quán)法確定的草莓單一指標(biāo)權(quán)重

        (3)基于博弈論的組合賦權(quán)

        式中αk、wk——AHP法、熵權(quán)法所得權(quán)重

        表5 基于博弈論的組合賦權(quán)確定的草莓單一指標(biāo)權(quán)重

        2.4.3基于TOPSIS法的草莓綜合評(píng)價(jià)

        基于組合賦權(quán)的TOPSIS綜合模型評(píng)價(jià)[25],將決策矩陣進(jìn)行歸一化處理,建立加權(quán)矩陣,而后計(jì)算評(píng)判指標(biāo)的理想解和貼合度Ci,結(jié)果如表6所示。由表可知,T5(中水中肥)處理草莓的綜合指標(biāo)貼合度最大,草莓的綜合評(píng)價(jià)最優(yōu),T4(高水中肥)處理和T6(低水中肥)次之,T3處理貼合度最小,說(shuō)明草莓的綜合表現(xiàn)最差。

        表6 基于TOPSIS法的草莓綜合指標(biāo)及其排序

        注:S+為理想解、S-為逆理想解;D+為各處理與理想解的距離、D-為各處理與逆理想解的距離。

        2.5 草莓綜合生長(zhǎng)的水肥耦合響應(yīng)模型

        根據(jù)草莓的綜合生長(zhǎng)評(píng)分進(jìn)行二元二次回歸模擬,得到草莓綜合生長(zhǎng)評(píng)分(Y)與灌水量編碼值(X1)、施肥量編碼值(X2)的回歸模型為

        (3)

        對(duì)回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),相關(guān)系數(shù)R=0.989 4,決定系數(shù)R2=0.978 9,擬合度較高;F=37.084 2,P=0.001 9<0.01,說(shuō)明回歸關(guān)系達(dá)到了極顯著水平,證明建立的回歸模型可靠。

        2.5.1水肥單因素效應(yīng)

        為了進(jìn)一步研究單因素對(duì)草莓綜合生長(zhǎng)的影響,對(duì)建立的二元二次回歸模型進(jìn)行降維處理,得到灌水量(YW)和施肥量(YF)的單因素方程

        (4)

        (5)

        由圖5可以看出,灌水量和施肥量對(duì)草莓的綜合評(píng)分的效應(yīng)均為開(kāi)口向下的拋物線,草莓的綜合評(píng)分隨灌水量或施肥量的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì),符合報(bào)酬遞減效應(yīng),即灌水量和施肥量超過(guò)一定的范圍再繼續(xù)增加綜合評(píng)分都會(huì)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。隨著灌水量的增加綜合生長(zhǎng)評(píng)分的變化比較平緩,隨著施肥量的增加產(chǎn)生比較急劇的變化,說(shuō)明對(duì)施肥量的變化更加敏感。

        圖5 單因素對(duì)草莓綜合評(píng)分的效應(yīng)曲線

        2.5.2水肥交互作用

        草莓的綜合生長(zhǎng)受灌水量和施肥量耦合作用的影響。根據(jù)建立的回歸方程做出灌水量和施肥量對(duì)草莓的綜合生長(zhǎng)指標(biāo)互作效應(yīng)的三維關(guān)系圖(圖6)。根據(jù)回歸方程可以計(jì)算出,綜合評(píng)分Y最高為1.204 5時(shí),X1為-0.23、X2為-0.02,即灌水量為2 375.1 m3/hm2、施肥量為1 825.88 kg/hm2。

        圖6 水肥耦合對(duì)草莓綜合生長(zhǎng)的影響

        由圖6可知,以綜合評(píng)分最大值的90%劃分水肥耦合閉合區(qū)域,此閉合區(qū)域出現(xiàn)在中低灌水量水平與中等施肥水平,可得出在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上最佳的灌水和施肥區(qū)間分別為灌水量在2 268~2 520 m3/hm2、施肥量在1 759.88~1 869.87 kg/hm2之間,此水肥區(qū)間最有利于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高品質(zhì)、高效。

        3 討論

        設(shè)施內(nèi)草莓的生長(zhǎng)過(guò)程中,合理和良好的水肥管理是十分必要的條件。作物不同的水肥處理對(duì)草莓的耦合效應(yīng)不同。適量灌水可以提高草莓產(chǎn)量,過(guò)量產(chǎn)量反而會(huì)降低[26];水分虧缺條件下雖然草莓的產(chǎn)量和單果質(zhì)量有所下降,但是果實(shí)含糖量增加,品質(zhì)有所上升[27];適當(dāng)虧缺灌溉可以減少水分的消耗,降低果實(shí)對(duì)水分的吸收,導(dǎo)致稀釋作用減弱,果實(shí)品質(zhì)增加[28-29]。有研究表明,田間持水率為20%時(shí),灌水量為充分灌水的50%可以有效地提高水分利用效率[30]。本研究亦得出中低水灌溉下可以提高草莓的品質(zhì),低水灌溉有利于提高草莓的水分利用效率。

        作物地下部吸收水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的器官是根,適當(dāng)增加土壤的濕潤(rùn)程度可以促進(jìn)根系的發(fā)育,擴(kuò)大根系與土壤的接觸面積,加快養(yǎng)分的吸收和利用,有效增加水肥利用效率[31-32]。 同樣增加適量的氮肥可以提高草莓的產(chǎn)量,過(guò)量則會(huì)增加草莓的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng),抑制生殖生長(zhǎng),導(dǎo)致植株徒長(zhǎng)、草莓的含糖量和產(chǎn)量降低[33-34]。草莓需鉀量比較多,合理地增加施鉀量可以提高草莓的產(chǎn)量和果實(shí)中的可溶性固形物,過(guò)量可導(dǎo)致草莓酸度增加[5,35]。本研究結(jié)果表明,中肥灌溉最有利于產(chǎn)量的增加,中低肥灌溉可以得到最佳果實(shí)品質(zhì),中肥灌溉使水肥利用效率達(dá)到最優(yōu)效果,與前人得出結(jié)論相似。

        合理的水肥配比可以增加產(chǎn)量,同時(shí)降低灌水量和施肥量[36],有研究表明充分灌水的80%和充分施肥的80%互作下可以提高草莓的產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[37];在灌水量減少的情況下,適量的增施氮同樣可以改善根系活力[38],增加根系的吸收面積,減小水分缺失對(duì)作物的影響,同時(shí)增加氮素利用效率[39],說(shuō)明灌水和施肥二者存在耦合效應(yīng),充分驗(yàn)證了本試驗(yàn)的結(jié)論——滴灌條件下中水中肥的灌溉施肥模式最有利于草莓的生長(zhǎng)。

        大多數(shù)對(duì)草莓水肥耦合的研究,都只針對(duì)某一指標(biāo)或者某幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主觀或者客觀的評(píng)價(jià)[40-42]。本文為了更好地對(duì)草莓的綜合指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià),以高產(chǎn)、高品質(zhì)、高效為目標(biāo),運(yùn)用AHP主觀賦權(quán)法、熵權(quán)客觀法和基于博弈論的分層組合賦權(quán)法進(jìn)行TOPSIS評(píng)價(jià),得出草莓的綜合生長(zhǎng)評(píng)分最好的水肥組合為中水中肥。通過(guò)建模得出灌水量、施肥量與草莓綜合生長(zhǎng)指標(biāo)的二元二次回歸方程,降維后得到灌水量和施肥量與草莓的綜合生長(zhǎng)指標(biāo)均呈開(kāi)口向下的拋物線形關(guān)系,表明隨著灌水量和施肥量的增加草莓的綜合生長(zhǎng)指標(biāo)呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì),與前人結(jié)論一致[43-44]。綜合建模的三維關(guān)系圖得出,灌水量在中低水平、施肥量在中等偏低水平草莓的綜合生長(zhǎng)情況最好。

        本試驗(yàn)針對(duì)滴灌灌水與施氮磷鉀復(fù)合肥兩因素對(duì)草莓的產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)和水肥利用效率的影響進(jìn)行研究,各指標(biāo)所得出的最優(yōu)水肥組合不同,需要將各項(xiàng)指標(biāo)綜合進(jìn)行判斷。其次不同的水肥滴灌條件會(huì)影響3類(lèi)因素的多個(gè)指標(biāo),進(jìn)而影響綜合賦權(quán)及評(píng)價(jià),其結(jié)果與溫室內(nèi)的小氣候、當(dāng)?shù)赝寥罓顩r等外因影響有關(guān),還需要進(jìn)一步研究。

        4 結(jié)論

        (1)水肥耦合作用對(duì)草莓的產(chǎn)量和水肥利用效率等各項(xiàng)指標(biāo)均影響顯著,對(duì)果實(shí)品質(zhì)無(wú)顯著影響。增加灌水量可以提高草莓的單果質(zhì)量和產(chǎn)量,減少灌水量有利于提高草莓的可溶性固形物含量、維生素C含量及水肥利用效率,中等灌溉水平有利于草莓可溶性糖含量、糖酸比和可溶性蛋白質(zhì)含量的提升;較低施肥量可以提升草莓的品質(zhì)及水分利用效率,中等施肥水平有利于提高草莓的單果質(zhì)量、產(chǎn)量和肥料利用效率。

        (2)引入層次分析法和熵權(quán)法對(duì)3類(lèi)因素9個(gè)指標(biāo)進(jìn)行多層賦權(quán),運(yùn)用基于博弈論的組合賦權(quán)法獲得各單一指標(biāo)的最終權(quán)重,賦權(quán)最高為產(chǎn)量(0.264 1),最低為可溶性蛋白質(zhì)含量(0.059 5)。根據(jù)TOPSIS法建立的草莓綜合生長(zhǎng)評(píng)價(jià)體系,得到貼合度最好的處理為中水中肥(T5)。

        (3)通過(guò)建立草莓綜合生長(zhǎng)對(duì)水肥耦合的響應(yīng)模型得出,灌水量與施肥量單因素對(duì)草莓綜合生長(zhǎng)的影響均呈開(kāi)口向下拋物線,水肥交互作用影響顯著。當(dāng)灌水量編碼值為-0.23(2 375.1 m3/hm2)、施肥量編碼值為-0.02(1 825.88 kg/hm2)時(shí),綜合生長(zhǎng)評(píng)分最高。以綜合評(píng)分最大值的90%劃分水肥耦合閉環(huán)區(qū)間,得到最佳灌水和施肥區(qū)間分別為灌水量2 268~2 520 m3/hm2、施肥量1 759.88~1 869.87 kg/hm2,此時(shí)產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)以及水肥利用效率協(xié)同最優(yōu)。

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