秦啟杰，呂劍，馮致，張國斌，車旭升，羅建，張輝

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

紫甘藍(BrassicaoleraceaL.var.capitataL.frubra)又稱紅甘藍、紫洋白菜或紫茴子白，俗稱紫包菜，十字花科(Brassicaceae)、蕓薹屬(Brassica)甘藍種中的一個變種.紫甘藍作為蘭州市高原夏菜主栽品種之一，以其獨特的顏色，清爽的口感，優(yōu)越的品質(zhì)成為熱銷產(chǎn)品之一.當?shù)夭宿r(nóng)為獲得高產(chǎn)和增加經(jīng)濟收入，盲目地投入過量水肥，導(dǎo)致當季的肥料利用率低、土壤養(yǎng)分積累、次生鹽漬化[1-2]和產(chǎn)品品質(zhì)的下降.因此，應(yīng)用水肥一體化技術(shù)及利用灌溉系統(tǒng)精確地將肥料與水分運輸?shù)街参锔客寥绤^(qū)，可以有效地提高水肥的吸收效率[3]，水肥一體化具有顯著的節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥、省工、高產(chǎn)、高效以及減少對環(huán)境的污染等優(yōu)點[4-7].研究表明，水肥一體化技術(shù)可使肥料利用率提高30%～50%，水分利用率提高40%～60%，可明顯改善傳統(tǒng)灌水施肥帶來的弊端，如肥料的揮發(fā)、淋洗和固定等損失[8].

國內(nèi)外科技工作者對水肥耦合進行了大量多方位，多層次研究，取得了許多成果.研究作物有馬鈴薯[9]、辣椒[10-12]、番茄[13-14]、黃瓜[15-16]、玉米[17-18]等，其中對葉菜類的研究主要在設(shè)施內(nèi)進行[19].本課題組前期的研究表明，水肥耦合對露地松花菜產(chǎn)量具有促進效應(yīng)[20].鑒于此，本研究以蘭州市榆中縣種植的紫甘藍品種‘歐美羅’為試驗對象，研究滴灌條件下水肥耦合對露地紫甘藍農(nóng)藝性狀、植株養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量、品質(zhì)及水肥利用效率的影響，篩選最優(yōu)的水肥組合，為當?shù)刈细仕{灌溉施肥管理提供科學(xué)的指導(dǎo)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在甘肅省榆中縣清水驛稠泥河村進行，該地區(qū)平均海拔1 790 m，平均氣溫6.60 ℃，年降水量400 mm以上，無霜期150 d左右.供試作物為紫甘藍(‘歐美羅’)，供試肥料均使用水溶肥，分別為四川什邡德美實業(yè)有限公司生產(chǎn)的德美二銨(P2O5≥53.0%、N≥20.8%)和硫酸鉀(K2O≥52.0%)；云南云天化股份有限公司生產(chǎn)的尿素(N≥46.0%)；華諾聯(lián)邦磷酸二氫鉀(P2O5≥52%、K≥34%).試驗地0～20 cm 耕層土壤基本理化性質(zhì)見表1.

1.2 試驗設(shè)計

試驗使用滴灌系統(tǒng)，采用二因素三水平交互設(shè)計，因素一為施肥量，N、P、K施肥量設(shè)有3個水平，分別為高肥(F1)即當?shù)厥┓柿?、中?F2)為當?shù)貍鹘y(tǒng)施肥量的80%、低肥(F3)為當?shù)貍鹘y(tǒng)施肥量的60%；因素二為灌水下限，設(shè)3個水平W1、W2、W3，

表1 試驗地0～20 cm耕層土壤基本理化性質(zhì)

其中W1為最大田間持水量的80%、W2為最大田間持水量的60%、W3為最大田間持水量的40%，灌水上限統(tǒng)一設(shè)定為最大田間持水量的95%，組成9(3×3)個水肥一體化處理組合，以大水漫灌、當?shù)亓?xí)慣施肥量組成(CK).試驗共10個處理,3次重復(fù)，共計30個小區(qū).

試驗開始前施用基肥N、P、K(108、276、0 kg/hm2)，追肥分5次進行，具體情況見表2.3月8日育苗，4月17日選擇大小一致，無病蟲害，生長健壯的幼苗進行定植.定植當天澆一次緩苗水，再隔10 d以后進行正常的水肥處理.采用一壟雙行壟面覆膜的栽培模式，壟寬 70 cm、溝寬40 cm，三角形定植、株間距35 cm、株行距40 cm，每667m2共定植3 388棵紫甘藍.整個生育期灌水和病蟲害防治等田間管理措施與當?shù)貍鹘y(tǒng)管理措施保持一致，用烘干法監(jiān)測土壤含水量，待含水量到下限時灌水至上限，灌水量由水表讀出.灌水量計算公式如下[21]：

M=S×r×h×Q×(q1-q2)

式中，M為計劃灌水量(m3)；S為計劃潤濕試驗小區(qū)面積(11.775 m2);r為土壤容重(1.60 g/cm3)；h為計劃潤濕深度(0.2 m);Q為最大田間持水量(28.72%);q1和q2分別代表灌水上限和下限(田間持水量百分比)，不同灌水處理見表3.

1.3 測定項目與方法

當紫甘藍適合采收時，每小區(qū)避開邊緣效應(yīng)隨機選取5個葉球，用刀沿中軸一分為二，取葉球最大縱剖面用直尺測定葉球縱、橫徑.同時，每小區(qū)測取4.05 m2(共20株)內(nèi)的紫甘藍生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量.

紫甘藍品質(zhì)指標的測定參照鄒琦[22]的《植物生理實驗指導(dǎo)》進行測定，測定采收期葉球可食用部分的維生素C(VC)、可溶性蛋白、可溶性糖、硝酸鹽含量，分別采用 2,6-二氯靛酚鈉染色法、考馬斯亮藍G-250溶液法、蒽酮比色法、水楊酸法.

測定采收期葉球可食用部分的全N、全P和全K，測定前期統(tǒng)一用H2O2-H2SO4消煮，其中全N、全P和全K分別用凱氏定氮法、磷鉬藍比色法、火焰光度計法[23]測定.

經(jīng)濟系數(shù)(harvest index)=經(jīng)濟產(chǎn)量/生物產(chǎn)量；

吸氮量(kg/hm2)=植株干質(zhì)量(kg/hm2)×植株N含量；

肥料偏生產(chǎn)力(PFP，kg/kg)=

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

用Microsoft Excel 2016軟件處理數(shù)據(jù)和作圖，用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行單因素、雙因素方差分析，運用Duncan’s檢驗法對顯著性差異進行多重比較，并對數(shù)據(jù)進行主成分分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥耦合對露地紫甘藍生長的影響

由表4可知，水肥耦合作用下，各處理紫甘藍葉球橫徑、葉球縱徑、根干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量和根冠比(除W2F1處理)均高于CK處理而葉球緊實度則顯著小于CK處理.在灌水下限相同時，隨施肥量的增加，葉球縱橫徑、根干質(zhì)量均表現(xiàn)為F2處理顯著大于F1和F3處理；地上部干質(zhì)量在W2和W1處理下均表現(xiàn)為F2>F1>F3；根冠比表現(xiàn)為降低的趨勢.水肥一體化處理，施肥水平相同時，隨灌水量的增加，各處理下葉球縱橫徑、葉球緊實度并無顯著差異；地上部干質(zhì)量呈上升趨勢；根冠比表現(xiàn)為W2處理小于W1、W3處理.雙因素方差分析結(jié)果顯示，施肥對葉球緊實度的影響顯著大于灌水；灌水、施肥和水肥交互效應(yīng)對紫甘藍根干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量和根冠比影響極顯著.

表4 水肥耦合對紫甘藍生長的影響

2.2 水肥耦合對露地紫甘藍產(chǎn)量的影響

由表5可知，水肥一體化處理，在同一灌水下限時，隨施肥量的增加，單球質(zhì)量和經(jīng)濟產(chǎn)量均表現(xiàn)為F2>F1>F3，且F2處理顯著高于F3處理；在W1處理下，生物產(chǎn)量呈先增后減的趨勢而經(jīng)濟系數(shù)則呈上升趨勢，在W3、W2處理下，生物產(chǎn)量表現(xiàn)為F1>F2>F3，經(jīng)濟系數(shù)則表現(xiàn)為F2>F1>F3.水肥一體化處理下，在同一施肥水平時，隨灌水量的增加，葉球質(zhì)量、經(jīng)濟產(chǎn)量在F1和F2處理下均呈先升后降的趨勢，且在F2處理中W2處理顯著高于W3處理，而在F3處理下則表現(xiàn)為上升趨勢；經(jīng)濟系數(shù)表現(xiàn)為先升后降的趨勢，生物產(chǎn)量在F2與F3處理下呈增大趨勢，而在F1處理下呈先增后降的趨勢.雙因素方差分析結(jié)果顯示，水肥耦合效應(yīng)對紫甘藍產(chǎn)量、經(jīng)濟系數(shù)具有顯著影響.水肥耦合作用下，各處理紫甘藍單球質(zhì)量、經(jīng)濟產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟系數(shù)均大于CK且分別提高1.44%～16.37%、1.44%～16.37%、0.76%～7.48%、0.64%～10.42%，W2F2處理單球質(zhì)量、經(jīng)濟產(chǎn)量和經(jīng)濟系數(shù)均最大，且均顯著高于CK處理.生物產(chǎn)量以W1F2處理最大但W2F2處理與之并無顯著差異.故水肥組合中以W2F2處理為最佳組合.

表5 水肥耦合對紫甘藍產(chǎn)量的影響

表6 水肥耦合條件下紫甘藍葉球中硝酸鹽、可溶性糖、VC和可溶性蛋白含量雙因素方差分析(F值)

2.3 水肥耦合對紫甘藍品質(zhì)的影響

由圖1可以看出，在同一灌水下限時，隨施肥量的增加，紫甘藍硝酸鹽、可溶性糖含量提高；紫甘藍VC含量表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢；可溶性蛋白含量在W1和W2處理下呈先降后升的趨勢，而在W3處下呈上升的趨勢；水肥一體化處理，施肥水平相同時，隨灌水量的增加，紫甘藍硝酸鹽含量降低；可溶性糖含量提高；紫甘藍VC含量表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢；在F2、F1處理中，可溶性蛋白含量降低，在F3處理中可溶性蛋白含量呈先增后減的趨勢.雙因素方差分析結(jié)果顯示，水肥耦合效應(yīng)對紫甘藍硝酸鹽、VC和可溶性蛋白含量具有顯著影響.水肥耦合作用下，W2F2處理紫甘藍可溶性糖含量、可溶性蛋白含量均顯著高于CK，各處理較CK提高4.5%～36.35%、7.45%～35.64%.W2F2處理VC含量達到最高，較CK顯著增加3.08%；W2F2處理硝酸鹽含量較CK降低了8.7%.故水肥組合中以W2F2處理為最佳組合.

圖1 水肥耦合對紫甘藍葉球中硝酸鹽(A)、可溶性糖(B)、VC(C)和可溶性蛋白(D)含量的影響Figure 1 Effect of water and fertilizer coupling on nitrate (A),soluble sugar (B),VC (C) and soluble protein (D) content in purple cabbage leaf ball

2.4 水肥耦合對紫甘藍N、P、K吸收量的影響

由表7可知，水肥一體化處理下，在同一灌水下限，植株在W2、W3處理下對N、K 的吸收量表現(xiàn)為F2>F1>F3，在W1處理下植株對N、K 肥的吸收量表現(xiàn)為F2>F3>F1，植株對P 肥的吸收量均表現(xiàn)為F2>F1>F3；水肥一體化處理下，施肥量相同時，隨灌水量的增加，植株對N、K 肥的吸收表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，而對P肥的吸收表現(xiàn)為增加趨勢.雙因素方差分析結(jié)果顯示，灌水、施肥和水肥耦合效應(yīng)對紫甘藍N、P的吸收具有極顯著的影響，水肥耦合效應(yīng)對紫甘藍K的吸收具有顯著的影響.水肥耦合作用下，各處理植株對N、K 肥的吸收量均顯著高于CK，且W2F2處理植株吸收N肥量和K肥量均最大，分別較CK顯著增加59.72%、44.15%，W1F2處理植株吸收P肥量最大，較CK處理顯著增加42.68%，但W2F2處理植株吸收P肥量與W1F2處理并無顯著差異且灌水量少.故水肥組合中以W2F2處理為最佳組合.

表7 水肥耦合對紫甘藍N、P、K吸收量的影響

2.5 水肥耦合對養(yǎng)分偏生產(chǎn)力及灌水利用率的影響

由表8可知，各處理葉球產(chǎn)量肥料偏生產(chǎn)力(PFP)、生物量肥料偏生產(chǎn)力(PFP)、葉球產(chǎn)量灌溉水利用率(IWUE)、生物量灌溉水利用率(IWUE)均大于CK，分別提升11.75%～73.43%、7.23%～71.98%、107.43%～188.09%、101.79%～185.73%，對應(yīng)指標以W1F3處理最高，但W2F2處理葉球IWUE與W1F3處理并無顯著差異.水肥一體化處理，在相同灌水下限時，葉球產(chǎn)量PFP、生物量PFP、葉球產(chǎn)量IWUE和生物量IWUE均表現(xiàn)為F3>F2>F1.水肥一體化處理，在相同施肥水平下，葉球產(chǎn)量PFP、生物量PFP、葉球產(chǎn)量IWUE、生物量IWUE均表現(xiàn)為在F1和F2處理下隨灌水量的增加呈先增后減的趨勢；葉球產(chǎn)量PFP和葉球產(chǎn)量IWUE在F2施肥量下W2處理顯著高于W1、W3處理，而在F1、F3處理下，W1、W2、W3處理間并無顯著差異.雙因素方差分析結(jié)果顯示，施肥因子對紫甘藍的葉球產(chǎn)量PFP、生物量PFP、葉球產(chǎn)量IWUE、生物量IWUE具有極顯著的影響，水肥耦合效應(yīng)對紫甘藍的葉球產(chǎn)量PFP、生物量PFP、葉球產(chǎn)量IWUE、生物量IWUE具有顯著影響.

2.6 不同水肥組合處理效應(yīng)的綜合評價

為了全面系統(tǒng)地反映不同水肥組合處理對紫甘藍產(chǎn)量、品質(zhì)、干物質(zhì)積累、養(yǎng)分吸收及利用的影響情況，對所測得21個指標進行主成分分析得主成分貢獻率和特征值(表9)，按照特征值 > 1的原則，抽取了5個主成分，其特征值分別為10.193、5.938、1.915、1.161、1.031，貢獻率依次為48.538%、28.278%、9.119%、5.528%、4.911%，累計貢獻率達96.373%，表明這5個主成分已提供了96.373%的原始數(shù)據(jù)信息量，能夠充分解釋原始數(shù)據(jù).將主成分因子得分與方差貢獻率加權(quán)得到綜合指數(shù)(表10).從表10可得各處理土壤綜合得分不同，W2F2處理最高為0.926，W1F2處理次之為0.517，CK最低為-1.045.故水肥組合中以W2F2處理為最佳組合.

表8 水肥耦合對養(yǎng)分偏生產(chǎn)力及灌水利用率的影響

表9 主成分特征值及貢獻率

表10 主成分得分及綜合得分

3 討論

3.1 水肥耦合對紫甘藍生長、產(chǎn)量的影響

合理的水肥供應(yīng)有助于作物干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的提高.干物質(zhì)的積累可以從側(cè)面反映作物在一定時期的營養(yǎng)狀況，而適宜的水肥供應(yīng)可以促使植物高速吸收養(yǎng)分和水分，進而達到高產(chǎn)[25].灌水量和施肥量之間存在顯著交互作用[26].袁宇霞等[27]研究發(fā)現(xiàn)，在番茄生長旺盛期，過高的灌水下限和施肥量對番茄的干物質(zhì)量有抑制作用.高肥和低肥均不利于總干物質(zhì)量的積累、經(jīng)濟產(chǎn)量的增加，高肥的抑制作用更明顯[28]，本試驗研究得到相似結(jié)論，水肥耦合作用下，在同一灌水下限時，中肥(F2)處理葉球橫徑、葉球縱徑、總干物質(zhì)量大于高肥(F1)、低肥(F3)處理.吳洮男等[29]在番茄中研究得出水肥一體化條件下可以提高作物產(chǎn)量及經(jīng)濟系數(shù)，本試驗得到與之相同的結(jié)論，水肥一體化處理紫甘藍單球質(zhì)量、經(jīng)濟產(chǎn)量、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟系數(shù)均大于當?shù)厥┓使嗨瓹K處理，其中，中水中肥(W2F2)處理單球質(zhì)量、經(jīng)濟產(chǎn)量和經(jīng)濟系數(shù)均最大.有研究表明，施氮量的增加或者灌水量的增加都可以使蘋果產(chǎn)量增加[30]，但過量灌水并不會顯著提高產(chǎn)量[31].水肥耦合存在閾值反應(yīng)，低于閾值，增加水肥投入增產(chǎn)效果明顯，而高于閾值，增產(chǎn)效果不顯著[32].本試驗研究結(jié)果與之相同，水肥耦合作用下，在同一灌水下限時，隨施肥量的增加紫甘藍單球質(zhì)量和經(jīng)濟產(chǎn)量均表現(xiàn)為中肥(F2)> 高肥(F1)> 低肥(F3)；水肥一體化處理下在同一施肥水平時，經(jīng)濟產(chǎn)量在高肥(F1)和中肥(F2)處理下隨灌水量增加先增加后降低.

3.2 水肥耦合對紫甘藍品質(zhì)的影響

蔬菜品質(zhì)與水肥存在密切聯(lián)系，在合適的水肥供應(yīng)范圍內(nèi)，增加灌水或施肥量才會提升蔬菜品質(zhì).當灌水量相同時，黃瓜果實中的硝酸鹽含量總體表現(xiàn)為隨施肥量的增加而增大[33]，本試驗結(jié)果同樣表明，在同一灌水下限時，紫甘藍葉球中的硝酸鹽含量表現(xiàn)為隨施肥量的增加而提高；在同一施肥水平下，隨灌水量的增加紫甘藍葉球中的硝酸鹽含量表現(xiàn)為降低，周亞婷等[34]研究結(jié)球甘藍得到同樣的結(jié)果，施肥可以顯著提高甘藍葉球中的硝酸鹽含量，而適當?shù)墓嗨擅黠@降低其含量.閔炬等[35]研究認為，施氮量存在最佳范圍，蔬菜VC含量、番茄果實中可溶性糖含量隨著施氮量的增大而增加，而超過最佳施氮量范圍區(qū)后VC含量隨著施氮量的增加而降低.本研究得到相同結(jié)論，在水肥耦合作用下，在同一灌水下限水平時，中肥(F2)處理紫甘藍葉球中VC含量顯著高于高肥(F1)和低肥(F3)處理，可溶性糖含量隨施肥量的增加呈上升趨勢；王文軍等[36]研究同樣認為，減少肥料用量，可以增加番茄果實VC含量.同時本研究還發(fā)現(xiàn)在相同施肥水平下，隨灌水量的增加，紫甘藍VC含量表現(xiàn)為先升后降，這與馬彥霞等[19]研究得出在相同施肥水平下，高灌水頻率甘藍VC含量低于低灌水頻率的結(jié)論相似.

3.3 水肥耦合對紫甘藍養(yǎng)分含量、灌溉水利用率及養(yǎng)分偏生產(chǎn)力的影響

植物對養(yǎng)分吸收主要受灌水和施肥的影響，土壤含有過多或過少水肥量均會影響蔬菜對養(yǎng)分的吸收，且不同作物對不同養(yǎng)分吸收亦不同.依據(jù)本試驗研究，各處理除高水高肥(W1F1)處理外紫甘藍養(yǎng)分含量均表現(xiàn)為K肥大于N、P肥.吳建繁等[37]在番茄中研究發(fā)現(xiàn)相同結(jié)果，各營養(yǎng)器官中K含量大于N、P含量.水分利用效率作為評價植物生長適宜度的綜合指標之一，主要反映植物生產(chǎn)過程中的能量轉(zhuǎn)化效率.施肥具有調(diào)水能力，適量施肥可提高水分利用效率[38-40].本試驗得到不同結(jié)論，在同一灌水下限時，隨施肥量的增加，灌溉水利用率降低，可能是本試驗中當?shù)厥┓柿窟^高，在減肥40%處理下，水調(diào)肥、肥促水效果仍然顯著，隨施肥量增加，肥促水效果并不顯著.同時本試驗發(fā)現(xiàn)，水肥一體化處理在相同施肥水平，灌溉水利用率表現(xiàn)為，在高肥(F1)與中肥(F2)處理下隨灌水量的增加呈先增后減的趨勢，在低肥(F3)處理下隨灌水量的增加呈上升趨勢，這與劉斌等[41]在當歸中研究得到適當增加灌水量可以提高水分利用效率的結(jié)論一致.反映當?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用量綜合效應(yīng)可以用肥料偏生產(chǎn)力來展現(xiàn)[42].本試驗發(fā)現(xiàn)，水肥一體化處理在相同灌水下限時，隨施肥量的增加，經(jīng)濟產(chǎn)量肥料偏生產(chǎn)力、生物量肥料偏生產(chǎn)力表現(xiàn)降低，這與梁錦秀等[43]研究氮磷鉀用量對寧南旱地馬鈴薯產(chǎn)量及水肥利用效率的影響，認為隨著氮、磷、鉀肥用量的增加偏生產(chǎn)力顯著降低的結(jié)論一致.本試驗得出，水肥一體化處理，在相同施肥水平下，肥料偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為高肥(F1)與中肥(F2)處理下隨灌水量的增加呈先增后減的趨勢，在低肥處理下隨灌水量的增加呈增大趨勢，這與周罕覓等[30]研究水肥耦合對蘋果幼樹產(chǎn)量、品質(zhì)和水肥利用的效應(yīng)得出相似結(jié)論，在施肥量相同時，肥料偏生產(chǎn)力隨灌水量的增加而增大.

4 結(jié)論

W2F2(田間持水量60%+N、P、K分別為373.2、604.8、215.93 kg/hm2)處理為最優(yōu)組合，可為當?shù)刈细仕{高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)栽培提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐.