陇中黄土高原区不同种植方式对高原夏芹菜品质及产量的影响

Effects of different planting patterns on yield and quality of summer celery in loess plateau of central Gansu

摘要

目的 探究种植方式对定西市安定区高原夏芹菜品质和产量的影响。 方法 以甘肃省定西市安定区芹菜品种文图拉为试验材料。在大田条件下，以露地平作（CK）为对照，设置全膜双垄沟播（SL）、覆膜垄作（LM）、无膜垄作（L）、全覆膜平作（PM）4种种植方式，测定全生育期芹菜叶片SPAD值，茎秆中粗纤维素、可溶性糖、可溶性固形物、维生素C、生物产量、可食率及经济产量。 结果 平作处理SPAD值在全生育期内持续增长，起垄处理SPAD值在全生育期内先增大后降低。与CK相比，SL处理粗纤维素、维生素C、可溶性固形物均与CK无显著性差异，可溶性糖较CK显著提高34.2%；LM处理维生素C、可溶性固形物、可溶性糖均与CK无显著性差异，粗纤维含量显著提高61%；L处理粗纤维、可溶性糖、可溶性固形物与CK无显著性差异，维生素C含量显著提高56%；PM处理粗纤维、维生素C、可溶性糖与CK无显著性差异，可溶性固形物较CK显著降低25%。LM和L处理显著抑制芹菜株高。各处理芹菜经济产量从大到小排序为PM>CK>SL>LM>L，净利润最优为PM处理。 结论 高原夏芹菜种植方式以全覆膜平作处理最佳。

Abstract

Objective The study aimed to explore the effect of planting patterns on the quality and yield of summer celery in Anding District of Dingxi City，Gansu Province. Method Celery Wentula from Anding District of Dingxi City was employed as the experimental material.Under field conditions，the four planting patterns were set up as following，i.e.，the whole plastic-film mulching on double ridges （SL），plastic-film mulching on plastic-film mulching （LM），plastic-film mulching on plastic-film mulching （L），and flat planting with whole plastic-film mulching （PM），with traditional planting without mulching as the control （CK）.The SPAD value of leaves in the whole growth period，crude cellulose，soluble sugar，soluble solid matter in stem，vitamin C，biological yield，edible rate and economic yield were determined. Result The SPAD value in normal treatment increased continuously during the whole growth period，and the value in ridging treatment increased first and then decreased during the whole growth period.Compared with CK，treatment SL showed no significant difference in crude cellulose，vitamin C and soluble solids，but the soluble sugar was significantly increased by 34.2% in the treatment.Treatment LM had no significant difference with CK in vitamin C，soluble solids and soluble sugar，but crude fiber content increased by 61%.The content of crude fiber，soluble sugar and soluble solids in treatment L was not significantly different from CK，but the vitamin C content was significantly increased by 56% in the treatment.Compared with CK，PM had no significant difference in crude fiber，vitamin C and soluble sugar，but its soluble solid content is significantly reduced by 25%.Treatment LM and L significantly inhibited the height of celery plants.The order of economic output of celery from large to small was treatment PM>CK>SL>LM>L.Treatment PM was the best in net profit. Conclusion It is concluded that the best planting mode of highland summer celery is the flat planting with whole plastic-film mulching.

Graphical abstract

关键词

高原夏芹菜 / 种植方式 / 品质 / 产量 / 经济效益

Key words

highland summer celery / planting pattern / quality / yield / economic benefit

芹菜（Apium graveolens），属伞形科（Umbelliferae）植物，喜凉，药食两用植物，是人们日常生活中的主要蔬菜之一，也是高原夏菜的主要种植品种之一^［1-4］。定西市位于甘肃省中部也被称之为“陇中”，其地理位置特殊，夏季气候凉爽，昼夜温差大，日照充足，雨水丰沛，加上引洮灌溉工程的建成，已成为高原夏芹菜的主要产地之一^{。随着定西高原夏芹菜产业高速发展，种植规模不断扩大。近年来，因其生长周期短，为了追求高收益，部分农户从轮作逐步转向全年复作种植。当地种植方式普遍采取畦田移栽种植或铺沙穴播种植。由于长期单一种植方式且连年重茬种植，造成当地土壤肥力降低，次生盐渍化严重，病虫害增加甚至减产等问题 ［5-6］。}

起垄、覆膜等种植方式可有效调节土壤环境，加深耕作层，改变土壤团粒结构，减少土壤板结，并利于与其他作物进行轮作、套作交替种植^［7-8］。垄作种植抬升了土层厚度，可增加地表面积和土壤透气性。地表覆膜不仅可以提高作物氮素利用效率而且还能提高地表温度促进作物出苗^［9］。垄沟覆膜作为一种创新性技术体系，能够提高土地生产力，节水保墒，提高出苗率和植株生长速率^［10-12］。双垄沟播种植模式可大幅度提高自然降雨利用效率，良好的水热条件可以促进干物质积累，同时也活跃了土壤根呼吸和异氧呼吸^［13-14］。西瓜、豆角、辣椒等蔬菜已有在双垄沟播模式下的尝试^［15-16］。以上研究为探索高原夏芹菜的种植方式提供了依据。目前对芹菜的研究大多集中在水肥、光照方面^［17-20］，而关于种植方式对芹菜品质、产量方面的研究鲜有报道。为此，探究不同种植方式对高原夏芹菜产量及品质的影响可为甘肃省定西市高原夏芹菜产业健康发展提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2021年5~8月在甘肃省定西市水科所灌溉试验站进行（N 37°52′，E 102°50′）。该区位于黄土高原西部丘陵区，为引洮供水一期典型灌区^［21］。属半干旱区，年均气温6.3 ℃，年均光照时长2 500 h，年均降水量350~400 mm，无霜期141 d，试验地土壤类型以黄绵土为主，土壤平均孔隙度为55%，田间持水率为24%（体积比），容重平均值为1.5 g/cm³。试验站0~20 cm土壤基本理化性质如表1所示。

1.2 试验材料与试验设计

供试芹菜品种为文图拉。采用育苗移栽的方式，待苗长到80~100 mm时从大棚移栽至大田。试验以当地主要种植方式露地平作（CK）为对照，设置全膜双垄沟播（SL）、覆膜垄作（LM）、无膜垄作（L）、全覆膜平作（PM）4种种植方式（表2）。每个处理重复3次。小区面积12 m² （4 m×3 m），随机区组排列。试验小区布设1 m保护带，地膜厚度均为0.008 mm。5月28日栽苗，8月25日收获。土壤计划湿润层为40 cm，所有处理均实行全生育期充分供水，整个生育期灌水上限均为田间持水率，下限均为田间持水率的85%。各处理灌水日期如表3所示。

1.3 观测指标与方法

1.3.1 叶绿素测定

利用SPAD502plus手持叶绿素仪在生育期（外叶生长期、立心期、内叶生长期）测定叶片叶绿素（SPAD）。

1.3.2 品质测定

收获后采用2.6-二氯酚靛酚钠染色法^［22］测定茎秆中的维生素C，可溶性糖、粗纤维素采用蒽酮比色法测定^［23］；采用WZS手持测糖仪测定可溶性固形物。

1.3.3 测产

芹菜成熟收获后（8月25日）利用精度为0.01 kg的电子称进行全小区测产，并换算成单位面积产量（kg/hm²）。

1.3.4 株高、茎粗测定

芹菜成熟收获时（8月25日）各处理随机选取代表性植株3株进行株高、茎粗测定。株高采用精度为1 mm的钢卷尺测定，茎粗采用精度为0.01 mm的电子游标卡尺距地面1 cm处测定。

1.3.5 可食率测定^［24］

芹菜成熟收获时（8月25日）各处理随机选取代表性植株3株，使用精度为0.01 g的电子称称质量，且将样品去除叶片及根后再进行称质量，其计算式为：

可食率=\frac{m_{\mathrm{1}}-m_{\mathrm{2}}}{m_{\mathrm{1}}}\times \mathrm{100} （1）^［24］

式中：m₁—植株质量，kg；m₂—去除叶片及根后的植株质量，kg。

1.3.6 产值及净利润相关指标计算

分别计算各处理的产值及净利润，其计算式为：

P=P₁×W（2）

P₂=P-P₀（3）

式中：P—产值，元/hm²；P₁—当地芹菜时价，元/kg；W—经济产量，kg/hm²；P₂—净利润，元/hm²；P₀—总成本，元/hm²。

1.4 数据分析

采用Excle 2010和SPSS 26.0进行数据整理和统计分析，方差分析采用最小显著差异法（LSD）。

2 结果与分析

2.1 不同种植方式对高原夏芹菜叶绿素的影响

叶绿素是植物光合作用的主要物质，其含量反映植物光合效率、胁迫及健康情况。不同种植方式对高原夏芹菜叶绿素的影响如图1所示。由图1可知，露地平作（CK）和全覆膜平作（PM）处理叶绿素值均在全生育期内呈现上升趋势，全膜双垄沟播（SL）、覆膜垄作（LM）、无膜垄作（L）处理叶绿素值在全生育期内呈先增大后降低的趋势。外叶生长期各处理间无显著性差异。立心期，全膜双垄沟播（SL）叶绿素值达到最大，且均与其他处理间均呈显著性差异（P<0.05）。内叶生长期，全覆膜平作（PM）叶绿素值最大，与无膜垄作（L）、覆膜垄作（LM）呈显著性差异（P<0.05）。

2.2 不同种植方式对高原夏芹菜品质的影响

2.2.1 不同种植方式对粗纤维的影响

芹菜中粗纤维素含量丰富，是影响芹菜营养和口感的重要物质。不同种植方式对高原夏芹菜粗纤维的影响如图2所示。从图2中可以看出，全覆膜平作（PM）、无膜垄作（L）、全膜双垄沟播（SL）处理的芹菜粗纤维素均与CK无显著性差异。仅覆膜垄作（LM）处理粗纤维含量最大，较CK显著提高61%（P<0.05）。

2.2.2 不同种植方式对可溶性糖的影响

糖分是调节植株代谢工程和基因表达的信号因子，其含量的转化积累、组成种类等对品质起决定性作用。不同种植方式对高原夏芹菜可溶性糖的影响如图2所示。从图2可以看出，全覆膜平作（PM）、无膜垄作（L）、覆膜垄作（LM）处理的芹菜可溶性糖均与CK无显著性差异，仅全膜双垄沟播（SL）处理的可溶性糖含量最大，较CK显著提高34.2%（P<0.05）。

2.2.3 不同种植方式对可溶性固形物的影响

可溶性固形物（SSC）主要由可溶性糖分、有机酸、矿物质等可溶于水的物质组成，是衡量蔬菜品质的重要指标。由图2可知，无膜垄作（L）、覆膜垄作（LM）、全膜双垄沟播（SL）处理的可溶性固形物与CK无显著性差异。全覆膜平作（PM）可溶性固形物含量最低，较CK显著降低了25%（P<0.05）。

2.2.4 不同种植方式对维生素C的影响

维生素C是蔬菜重要的抗氧化物质之一，也是衡量其营养品质的重要指标。由图2可知，全覆膜平作（PM）、覆膜垄作（LM）、全膜双垄沟播（SL）处理的维生素C与CK无显著性差异。无膜垄作（L）处理维生素C含量最高，较CK显著提高56%（P<0.05）。

2.3 不同种植方式对高原夏芹菜生长指标及生物产量的影响

由表4可知，无膜垄作（L）、覆膜垄作（LM）处理的株高显著小于CK（P<0.05）。覆膜垄作（LM）株高最低，较CK显著降低了22%。全覆膜平作（PM）、全膜双垄沟播（SL）处理的株高均与CK无显著性差异。覆膜垄作（LM）、无膜垄作（L）、全覆膜平作（PM）处理的茎粗与CK无显著性差异。而全膜双垄沟播（SL）处理的茎粗较CK显著提高了18%（P<0.05）。

生物产量是作物所生产的全部有机物质的总量。由表4可知，全膜双垄沟播（SL）、覆膜垄作（LM）、无膜垄作（L）、全覆膜平作（PM）处理的生物产量均显著低于CK。5种种植方式对高原夏芹菜生物产量的影响从大到小排序为对照（CK）>全覆膜平作（PM）>全覆膜双垄沟播（SL）>无膜垄作（L）>覆膜垄作（LM）。覆膜垄作（LM）处理产量较CK显著减产32%（P<0.05）。

2.4 不同种植方式对高原夏芹菜可食率、经济产量及净利润的影响

不同种植方式对高原夏芹菜可食率、经济产量及净利润的影响，如表5所示。可食率是作物可食用部分与其生物产量的比值。由表5可知，全覆膜平作（PM）高原夏芹菜的可食率最高，较CK提高22%，与CK存在显著性差异（P<0.05）。无膜垄作（L）处理高原夏芹菜的可食率比CK降低32%，与CK存在显著性差异（P<0.05）。

夏芹菜对应的茎秆部分具有经济价值，常作为经济产量。由表5可知，全覆膜平作（PM）高原夏芹菜的经济产量最高，达到46 851 kg/hm²。其次为全膜双垄沟播（SL）经济产量为41 557.92 kg/hm²，但二者与CK都不存在显著性差异。无膜垄作（L）高原夏芹菜经济产量最低，与CK相比产量显著减少52%（P<0.05）。

净利润等于产值减去总成本。各处理成本见表6。全覆膜平作（PM）高原夏芹菜净利润最高，较CK提高9.4%。无膜垄作（L）、覆膜垄作（LM）高原夏芹菜净利润较CK减少62%、53%，经济效益较差。

3 讨论

叶绿素含量是反映植物光合强度的生理指标之一，叶绿素含量与作物种植方式有关^［25］。露地平作（CK）和全覆膜平作（PM）处理叶绿素值均在全生育期内呈现上升趋势，全膜双垄沟播（SL）、覆膜垄作（LM）、无膜垄作（L）处理叶绿素含量在全生育期内呈先增大后降低的趋势（图1）。这与马栋等^［25］、李娇等^［26］的研究结论基本一致，平作处理的叶绿素含量在整个生育期持续上升，起垄处理叶绿素含量先上升后降低。

较好的作物种植方式可以改善土壤生态环境、促进作物营养物质维生素、各类微量元素的吸收^［27-30］。不同种植方式对作物的粗纤维、可溶性糖、维生素C、可溶性固形物等品质影响各不相同。本研究表明，全覆膜平作（PM）、无膜垄作（L）、全膜双垄沟播（SL）处理的粗纤维素均与CK无显著性差异。覆膜垄作（LM）处理的粗纤维素较CK显著提高61%（P<0.05）。与马忠明等^［31］粗纤维含量受覆膜方式的影响较小研究结论不一致，这可能是因为芹菜受温度和水分交互作用影响，起垄覆膜处理水分保持较好，但地温过高。本研究发现，全覆膜平作（PM）、无膜垄作（L）、覆膜垄作（LM）处理的可溶性糖均与CK无显著性差异，全膜双垄沟播（SL）处理的含糖量较CK显著提高34.2%（P<0.05）。全覆膜平作（PM）可溶性固形物含量最低，较CK显著降低了25%（P<0.05）。这与邓仁菊等^［32］黑膜覆盖使总糖含量降低的研究结论一致。不同种植方式对维生素C含量影响显著，这与前人研究结果一致^［31-32］。

覆膜垄作（LM）和无膜垄作（L）显著抑制芹菜株高，全膜双垄沟播（SL）显著促进茎粗增长。5种种植方式对高原夏芹菜生物产量的影响从大到小排序为对照（CK）>全覆膜平作（PM）>全覆膜双垄沟播（SL）>无膜垄作（L）>覆膜垄作（LM）。表明垄作处理不利于生物产量的提高，这与张晓娟等^［17］研究结果类似。这可能由于一是起垄处理后土壤温度相对较高，而芹菜喜凉，种植季节当值夏季，过高的土壤温度抑制芹菜生长；二是起垄后根系吸水不足造成高温危害，影响生物产量。

5种种植方式对高原夏芹菜可食率的影响从大到小排序为全覆膜平作（PM）>全覆膜双垄沟播（SL）>对照（CK）>覆膜垄作（LM）>无膜垄作（L）。对夏芹菜经济产量的影响从大到小排序为全覆膜平作（PM）>对照（CK）>全覆膜双垄沟播（SL）>覆膜垄作（LM）>无膜垄作（L）。结果表明，垄作处理也不利于经济产量的提高。净利润与产值、成本相关。亩均种植成本主要受人工、覆膜、水肥等条件影响^［33］，本研究中净利润最优为全覆膜平作（PM），净利润最低为无膜垄作（L）和覆膜垄作（LM）。

4 结论

综合5种种植方式对高原夏芹菜叶绿素（SPAD）、粗纤维、可溶性糖、维生素C、可溶性固性物等品质、生长和产量、经济效益的影响，本研究认为，覆膜垄作（LM）和无膜垄作（L）两种处理从生物产量、经济产量、利润上均表现过低，因此高原夏芹菜种植方式不宜采用垄作方式。全膜双垄沟播（SL）相较CK，对夏芹菜的粗纤维、维生素C、可溶性固性、经济产量无显著性影响，生物产量和净利润降低。全覆膜平作（PM）相较CK，对夏芹菜的粗纤维、可溶性糖、维生素C、经济产量无显著性影响，但是生物产量和净利润均高于露地平作（CK）。可以认为高原夏芹菜种植方式以全覆膜平作最佳。

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基金资助

甘肃省重点研发计划项目(20YF8NA107)

甘肃农业大学伏羲青年英才项目(Gaufx-03Y10)

甘肃省科技计划重大项目(21ZD4NF044)

甘肃省水利科学试验研究与技术推广计划项目(甘水建管发〔2021〕71号)