葉 林，穆曉國，高 虎，李海俊，高富成，張 瑩

（1.寧夏大學(xué)葡萄酒與園藝學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏設(shè)施園藝工程技術(shù)研究中心，銀川 750021）

0 引言

甘藍是中國蔬菜重要的組成部分，在蔬菜供應(yīng)與出口貿(mào)易中占有重要地位[1]，甘藍栽培面積廣，各栽培區(qū)特色鮮明。寧夏六盤山地區(qū)具有獨特的冷涼氣候條件，產(chǎn)出的蔬菜口感好、品質(zhì)高，已形成特色鮮明、品牌知名度高的“六盤山”冷涼蔬菜產(chǎn)業(yè)[2]。但當?shù)馗仕{種植農(nóng)機農(nóng)藝融合程度低，沒有明確的栽培標準，滯緩甘藍產(chǎn)業(yè)標準化與規(guī)?；l(fā)展。

有研究表明，起壟高度、覆蓋材料等因素均會影響根區(qū)溫度，進而影響作物產(chǎn)量[3-4]。在馬鈴薯的不同覆膜以及起壟高度栽培中發(fā)現(xiàn)，覆白色地膜馬鈴薯的產(chǎn)量要高于黑色地膜，同時，當壟高為25 cm 時，產(chǎn)量最高[5-6]。

黃瓜起壟20 和40 cm 栽培條件下，產(chǎn)量均明顯比平地提高15 %左右[7]，甜椒不同起壟栽培試驗發(fā)現(xiàn)高壟還有助于地上部生物量的積累，甜椒在壟高為15 cm 時產(chǎn)量最高[8-9]。由此可以說明，起壟可以促進作物增產(chǎn)，起壟高度還需根據(jù)作物類型進行調(diào)整。此外，影響作物生長環(huán)境的因素還有地膜透光強弱，不同透光率的地膜對覆膜作物產(chǎn)量也會產(chǎn)生較大影響。其中透光率最高的為白色地膜，其次是套色膜，黑膜透光率最低。黑、白地膜在生產(chǎn)中應(yīng)用最廣，從相關(guān)研究報道來看，不同作物應(yīng)用地膜的生產(chǎn)效果存在差異，草莓和油菜白膜覆蓋作物的產(chǎn)量較高[10-11]，玉米和甘薯等作物應(yīng)用黑膜的增產(chǎn)效果比較明顯[12-13]。在起壟和覆膜這兩種農(nóng)藝措施的研究中，甘藍的栽培壟高一般為0、12、15、20、30 cm[14-16]，甘藍以及其他蔬菜覆膜種類主要為黑、白聚乙烯地膜[17-18]，但覆蓋白膜存在雜草長勢旺盛的問題，而黑白雙色膜有很好的抑草作用，同時不影響作物產(chǎn)量[19]，目前在蔬菜上的應(yīng)用較少，展開該膜的相關(guān)研究很有必要性。

幼苗移栽作為生產(chǎn)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其大小及長勢強弱將會影響移栽成活率以及機械移栽效率。甘藍移栽苗齡一般在30～40 d[20-21]，同樣針對機械移栽甘藍幼苗大小的研究中，32～44 d 的甘藍苗齡能適應(yīng)高度機械化作業(yè)，并保證移栽的成活率，因此，苗子株型在移栽機栽植器投喂范圍內(nèi)均可行[22]。移栽幼苗太小容易覆土太松或太深，導(dǎo)致緩苗時間久、長勢弱甚至死苗，移栽太晚，根系容易老化，也會導(dǎo)致緩苗時間長長勢弱的問題。所以，明確適宜的甘藍幼苗移栽苗齡，將有利于農(nóng)機農(nóng)藝的高效融合。

為了實現(xiàn)六盤山地區(qū)甘藍農(nóng)機農(nóng)藝融合高效生產(chǎn)的目標，本試驗基于以上分析，對不同栽培措施對甘藍生長土壤綜合環(huán)境以及甘藍產(chǎn)量的影響進行研究，以明確適宜六盤山地區(qū)農(nóng)機農(nóng)藝高度融合的甘藍栽培措施。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2022 年5 月在寧夏固原市西吉縣黃家川村冷涼蔬菜基地進行。供試甘藍品種為‘中甘15’，以起壟高度、地膜光照透光率和移栽苗齡為試驗因素。各處理重復(fù)3 次，18 個小區(qū)，小區(qū)面積為30 m2（1 m×30 m），各小區(qū)隨機排列。試驗田以300 kg/hm2三元復(fù)合肥作為底肥，壟寬設(shè)置為60 cm，株、行距分別為30、40 cm，采用覆膜及滴灌的栽培模式。在甘藍蓮座期及結(jié)球期由水肥一體機分別施入高氮型水溶肥75 和150 kg/hm2，灌水等其他管理一致，7 月24 日進行甘藍采收。

本試驗所使用起壟覆膜機型號為YSLM-60（無錫悅田農(nóng)業(yè)機械科技有限公司），移栽機型號為2ZB-4（寶雞市鼎鐸機械有限公司）。

1.2 試驗設(shè)計

已有研究表明適合機械移栽甘藍的壟高在0～30 cm范圍內(nèi)[14-16]。在寧夏及氣候條件相似的甘肅地區(qū)甘藍栽培中，平畦產(chǎn)量最高，其次是15 cm 壟高[23-26]，同時經(jīng)過對西吉甘藍種植制度的調(diào)研，當?shù)仄饓鸥叨儒e雜，絕大多數(shù)的壟高在15 cm 左右，因此，選取15 cm 作為響應(yīng)曲面試驗中起壟高度的中心點。

適合機械移栽的甘藍幼苗在30～44 d 苗齡[22,27-29]，但是對于甘藍生長發(fā)育情況的優(yōu)劣少有報道。潘永飛等[29]研究表明，移栽苗齡為30 d 的甘藍產(chǎn)量最高，其次是40 d。西吉當?shù)馗仕{幼苗一般在35 d 左右開始移栽，因此，選取35 d 的苗齡作為響應(yīng)曲面中移栽苗齡的中心點。

胡立軍等[30]在甘藍覆膜研究中表明，覆蓋相同厚度白色透明地膜的甘藍產(chǎn)量最高，其次是白色降解地膜。測得白色地膜光照透過率為80.15 %，滲水膜光照透過率為9.89 %，套色膜黑、白比例為1:1，視白色透明地膜與黑色滲水地膜光照透過率之和的平均值為套色膜光照透過率45.02 %，地膜厚度均為0.01 mm，光照透過率取整，因此本試驗中以光照透過率為45 %為響應(yīng)曲面試驗中光照透過率的中心點。

本試驗采用3 因素3 水平設(shè)計方法（表1），設(shè)置3 個起壟高度：0、15、30 cm；3 種地膜光照透過率：10%、45 %、80%；3 個幼苗移栽苗齡：30、35、40 d。利用Design-Expert 軟件的Box-Behnken 試驗原理設(shè)計了17 組試驗。

表1 試驗因素編碼Table 1 Test factor codes

1.3 試驗指標

1.3.1 土壤理化性質(zhì)及土壤環(huán)境綜合指數(shù)

地膜光照透過率和起壟高度對土壤溫度有直接調(diào)節(jié)作用，并間接影響土壤化學(xué)性質(zhì)。因此，本試驗需測定土壤理化性質(zhì)，其中土壤溫度使用RC-4 型地溫計對實時溫度進行記錄，每個處理布置置3 個測溫點，最終對各測溫點數(shù)據(jù)進行平均值計算；使用環(huán)刀對土壤取樣，通過烘干前后的干鮮重計算土壤含水量，參考張芳等[31]試驗中的方法測定土壤速效氮、速效鉀、速效磷、全氮以及有機質(zhì)含量，各處理做9 次重復(fù)，并最終取各指標的平均值，作為土壤環(huán)境綜合指數(shù)計算的環(huán)境因子。

土壤環(huán)境綜合指數(shù)S為[32]

式中n=1,2,……,7，X1～Xn分別為土壤溫度、含水量，速效氮、速效鉀、速效磷、全氮及有機質(zhì)含量指標實測值；～為不同處理的同類土壤溫度、含水量，速效氮、速效鉀、速效磷、全氮及有機質(zhì)指標的平均值。

1.3.2 甘藍產(chǎn)量

各處理剔除外觀形態(tài)最大和最小的甘藍，選取9 株大小適中的甘藍，使用精度0.1 g 的天平進行稱量，9 株甘藍質(zhì)量總和除以株數(shù)，得到每株甘藍平均質(zhì)量。根據(jù)每公頃栽培甘藍株數(shù)與甘藍平均質(zhì)量的乘積，得出每公頃甘藍產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 整理數(shù)據(jù)，采用Design-Expert 8.0.6 Trial 進行響應(yīng)曲面分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 模型構(gòu)建

對表2 不同處理土壤溫度、土壤含水量及速效鉀等指標進行土壤環(huán)境因子綜合指標計算，運用Design-Expert 軟件進行多元擬合與回歸分析。

利用Design-Expert 軟件對表3 土壤環(huán)境綜合指標及產(chǎn)量進行擬合與回歸分析，得到與起壟高度、地膜光照透過率以及甘藍幼苗移栽苗齡之間的響應(yīng)回歸模型分別為

2.2 回歸分析

為了進一步判定模型的擬合準確度及各因素對甘藍土壤環(huán)境綜合指數(shù)的影響主次順序，利用Design Expert8.0.6 軟件對表3 土壤環(huán)境綜合指數(shù)進行方差分析和三元二次回歸分析。

如表4 所示，該模型的決定系數(shù)為0.90，且模型顯著性檢驗中，F(xiàn)=6.9，P＜0.01，說明回歸模型差異極顯著；通過失擬性檢驗發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)=2.24，P＞0.1，為不顯著，說明該模型擬合精度高，能夠準確反映土壤環(huán)境綜合指數(shù)與起壟高度、地膜透光率、移栽苗齡之間的關(guān)系，可用于土壤環(huán)境綜合指標的預(yù)測分析。

表4 方差分析Table 4 Analysis of variance for overall soil environment indicators

對甘藍產(chǎn)量進行方差分析及回歸分析得出，回歸模型的決定系數(shù)為0.91，且顯著性檢驗值F=8.26，P＜0.01，有極顯著差異；通過失擬性檢驗可以表明，F(xiàn)=1.23，P=0.41，不具有顯著性，因此該模型與實際結(jié)果有極高的擬合精度，能夠準確反應(yīng)甘藍產(chǎn)量與起壟高度、地膜光照透過率、移栽苗齡之間的關(guān)系以及甘藍產(chǎn)量的預(yù)測和分析。

2.3 響應(yīng)面分析

2.3.1 土壤環(huán)境總體指數(shù)與各因素響應(yīng)曲面分析

通過Design-Expert 軟件分析了不同因素交互作用對土壤環(huán)境上的影響，其中地膜光照透過率和移栽苗齡交互作用對土壤環(huán)境綜合指數(shù)的影響顯著，起壟高度和苗齡、起壟高度和地膜光照透過率的交互作用對土壤環(huán)境綜合指數(shù)影響不顯著（表4）。圖1 為地膜光照透過率和移栽苗齡對土壤環(huán)境綜合指數(shù)交互影響的響應(yīng)曲面，當?shù)啬す庹胀高^率處于高透過率、苗齡越大，土壤環(huán)境綜合指數(shù)越高。主要原因在于，當?shù)啬す庹胀高^率較高時，土壤吸收的熱量增加，可以適宜的提高土壤溫度，這有利于養(yǎng)分的有效轉(zhuǎn)化[33]。

圖1 交互作用對土壤環(huán)境綜合指數(shù)的影響Fig.1 Response surface of interaction effect on the combined soil environment indicators

2.3.2 甘藍產(chǎn)量與各因素響應(yīng)曲面分析

通過Design-Expert 軟件分析了不同因素交互作用對甘藍產(chǎn)量的影響，其中起壟高度與地膜光照透過率交互作用、地膜光照透過率和移栽苗齡交互作用對產(chǎn)量的影響顯著，起壟高度和苗齡的交互作用對甘藍產(chǎn)量影響不顯著（表4）。圖2 為地膜光照透過率和起壟高度對甘藍產(chǎn)量交互影響的響應(yīng)曲面，當起壟高度越低、地膜光照透過率越低（圖2a），或起壟高度越高、地膜光照透過率越高時（圖2b），甘藍產(chǎn)量呈增加趨勢。起壟高度增加可以提高甘藍產(chǎn)量，這與前人在甜椒[9]、黃瓜[34]、大豆[35]上的研究結(jié)果相似。

圖2 交互作用對產(chǎn)量影響的響應(yīng)曲面Fig.2 Response surface of interaction effect on yield

其主要原因可能是起壟高度、地膜光照透過率對土壤環(huán)境造成改變，改善田間小氣候而導(dǎo)致甘藍產(chǎn)量產(chǎn)生差異[9]。楊封科等[36]研究指出，不同壟高覆蓋黑色地膜土壤中的養(yǎng)分含量均比矮壟覆蓋白色地膜土壤養(yǎng)分含量高，而本研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋白色地膜的3 個梯度壟高土壤養(yǎng)分含量較高，3 種不同覆膜土壤養(yǎng)分含量有著共同的變化特征，即隨著起壟高度增加，同類膜下土壤養(yǎng)分含量增加。其原因一方面可能在于起壟高度和不同地膜改善了土壤水熱條件，形成的土壤水分梯度使得養(yǎng)分在土壤表層聚集[37]，另一方面可能是水熱條件的改變使得養(yǎng)分有效性增加[38]。

2.4 參數(shù)優(yōu)化

依據(jù)模型分析效果，利用Design-Expert 軟件對參數(shù)進行優(yōu)化，為提高甘藍生長環(huán)境質(zhì)量，應(yīng)在保證土壤環(huán)境綜合指數(shù)最優(yōu)的同時，甘藍產(chǎn)量達到最大。根據(jù)擬合的模型以及回歸方程對變量區(qū)間進行計算，求得優(yōu)化后各因素優(yōu)參數(shù)為：起壟高度為30 cm、地膜光照透過率為80 %、苗齡為39 d，此時土壤環(huán)境綜合指數(shù)和甘藍產(chǎn)量表現(xiàn)最佳，分別為7.79 和86.51 t/hm2。

3 驗證試驗

通過響應(yīng)回歸模型構(gòu)建對甘藍栽培制度優(yōu)化，得出了起壟高度、地膜光照透過率以及苗齡最優(yōu)參數(shù)，于2022 年12 月15 日在寧夏大學(xué)北校區(qū)日光溫室進行了驗證試驗。以甘藍產(chǎn)量最高的試驗編號為6 和14 的處理組合分別為對照1（CK1）與對照2（CK2），與優(yōu)化后的試驗組合（T1）進行產(chǎn)量比較。通過驗證試驗，由表5可知，優(yōu)化后的栽培制度組合T1 甘藍產(chǎn)量較CK1 高3.1%，具有顯著差異，與CK2 無顯著差異，其原因在于兩個處理組合的起壟高度、地膜光照透過率一致，苗齡接近。這將為六盤山地區(qū)甘藍種植制度提供參考依據(jù)，加強農(nóng)機農(nóng)藝融合，加速甘藍產(chǎn)業(yè)向標準化發(fā)展。

表5 不同處理組合對甘藍產(chǎn)量的影響Table 5 Effect of different treatment combinations on cabbage yield

4 結(jié)論

通過調(diào)整甘藍栽培壟高、地膜光照透過率和移栽苗齡不同栽培措施，能有效改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤環(huán)境綜合指數(shù)，甘藍產(chǎn)量明顯增加。通過響應(yīng)曲面法優(yōu)化得到的甘藍最佳栽培措施為：起壟高度30 cm、地膜光照透過率為80%，移栽苗齡在39 d。