不同施肥模式对娃娃菜生长、产量及品质的影响

Effects of different fertilization modes on growth，yield and quality of Mini Chinese cabbage

摘要

目的 探究不同施肥处理对娃娃菜生长、产量及品质的影响。 方法 试验以春玉黄娃娃菜为试材，设置常规施肥（CK）、常规施肥+有机肥（T₁）、常规施肥+有机肥+微生物菌剂（T₂）、有机肥（T₃）、有机肥+微生物菌剂（T₄）、常规化肥减量50%+有机肥（T₅）、缓释复合肥（T₆）以及常规化肥减量30%（T₇）八个处理，并运用主成分分析综合评判各处理对娃娃菜生产、产量和品质的影响。 结果 与CK相比，8个施肥处理对娃娃菜株高无显著影响，T₅、T₇处理的冠幅显著增加了9.43%和7.52%，T₅处理地上部鲜质量以及整株干质量显著提高25.23%和14.16%，产量增加27.95%；与CK相比，T₇处理和T₃处理产品硝酸盐含量显著降低65.77%和25.95%，T₅处理的维生素C含量提高了47.83%，T₁处理的可溶性蛋白含量显著增高6.54%，T₃处理可溶性糖含量显著升高15.3%。经主成分分析共提取了5个主成分，累计方差贡献率达96.803%。8个施肥处理综合得分进行排名为T₅>T₆>CK>T₃>T₄>T₂>T₁>T₇。 结论 常规施肥减量50%配施400 kg/667m²有机肥处理更有利于促进娃娃菜生长，提高其产量和品质，该结果可为化肥减施模式下娃娃菜高产优质栽培提供理论依据。

Abstract

Objective The study aimed to explore the effects of different fertilization treatments on the growth，yield and quality of Mini Chinese cabbage. Method With Chunyuhuang Mini Chinese cabbage as the test material，the experiment set up eight treatments of fertilization as follows: conventional fertilization (CK)，conventional fertilization+organic fertilizer (T₁)，conventional fertilization + organic fertilizer + microbial agent (T₂)，organic fertilizer (T₃)，organic fertilizer + microbial agent (T₄)，the reduced conventional fertilization by 50% + organic fertilizer (T₅)，slow-release compound fertilizer (T₆)，and the reduced conventional fertilization by 30% (T₇).The Principal Component Analysis was used to comprehensively evaluate the effect of fertilization treatments on the production，yield and quality of the Mini Chinese cabbage. Result Compared with CK，all the eight fertilization treatments exerted no significant effect on the plant height.The crown width of T₅ and T₇ treatments increased by 9.43% and 7.52%，the aboveground fresh weight and the whole dry weight of T₅ treatments increased by 25.23% and 14.16%，respectively，and the yield increased by 27.95%.Compared with CK，the nitrate content of the products of T₇ and T₃ was significantly reduced by 65.77% and 25.95%，respectively.Vitamin C content of T₅ treatment was significantly increased by 47.83%，soluble protein content of T₁ treatment was significantly increased by 6.54%，and soluble sugar content of T₃ treatment was significantly increased by 15.3%.A total of 5 principal components were extracted by PCA，and the cumulative variance contribution rate reached 96.80%.The comprehensive scores of the 8 fertilization treatments ranked as follows: T₅>T₆>CK>T₃>T₄>T₂>T₁>T₇. Conclusion The reduced application of conventional fertilizer by 50% combined with 400 kg/667m² organic fertilizer treatment was beneficial to promote the growth of Mini Chinese cabbage and to improve its yield and quality，which could serve as a theoretical basis for high-yield and high-quality cultivation of Mini Chinese cabbage under the reduced fertilizer application mode.

Graphical abstract

关键词

娃娃菜 / 不同施肥 / 产量 / 品质 / 主成分分析

Key words

Mini Chinese cabbage / different fertilization / yield / quality / principal component analysis

Author summay

马祥兰，硕士研究生。E-mail：[e-mail]

我国是世界上最大的蔬菜生产国和消费国^［1］，随着科技的不断进步使得蔬菜品种日渐丰富，产量以及产品的营养品质和安全性也在不断提高^［2］。蔬菜作为一种重要的经济作物，在我国其种植面积仅次于粮食作物，在国家扶贫攻坚目标的实现和乡村振兴战略的实施中，发挥了重要的作用。但是就目前市场而言，随着人民生活水平的不断提高，在满足广大消费者需求量的同时，蔬菜品质和安全更加受到关注，同时也是面对国际市场时出现的新挑战^［3］。肥料的选择和使用对土壤养分、生物学特性以及作物产量和品质有着重大影响。长期以来，高产优质是蔬菜栽培中追求的主要目标，在产品生产过程中盲目施用过量化肥成为了提高产量的主要途径，然而过量施用化学肥料会造成土壤板结、土壤次生盐渍化、根际微生物结构失衡、环境污染等问题，严重影响了产品质量及农业的可持续发展，甚至威胁到人类健康^［4-7］。针对这一问题，关于施肥模式的研究报道多见于各类期刊，其中有机肥替代或部分替代是化学肥料减施的重要途径之一^［8-9］。蒲全明等^［10］研究表明，化肥配施有机肥可以显著提高土壤生产力，进而影响农作物品质。Ye等^［11］在番茄的田间试验和连续盆栽试验中发现，生物有机肥和化肥以适当比例结合可以在很大程度上获得产量、品质以及肥料节约方面的最大效益。也有学者研究发现，有机肥与化肥配合施用可以改良土壤环境，平衡土壤中各类元素，提升土壤生产力，最终提高农作物产量以及品质^［12-14］。王金林等^［15］、于点等^［16］提到有机肥料与无机肥料配施可以提高作物产量以及产量的可持续性。

娃娃菜（Brassica pekinensis）也叫微型大白菜，是十字花科芸薹属白菜亚种的一种半耐寒性蔬菜^［17］。由于其叶球小、生育期短等自身特点已经成为规模种植的重要蔬菜种类之一^［18-19］。兰州高原夏菜是我国部分沿海地区夏季蔬菜的重要来源以及甘肃蔬菜产业的一张名片，其中娃娃菜由于其口感爽脆、经济价值高、喜冷凉气候等特点，成为高原夏菜主要种类之一^［20］。然而，为了追求高产的过量施肥现象同样存在^［21］。有机肥的应用可有效减少不同种类高原夏菜栽培过程中化学肥料的使用，同时在提高产量、增强长势以及改善产品可溶性糖、维生素C等品质指标上都有显著作用^［22-24］。

本试验以娃娃菜为供试材料，探究不同施肥组合对娃娃菜生长、产量和品质的影响，旨在筛选出适合高原夏菜主产区兰州市榆中县娃娃菜种植过程中的施肥模式，为当地娃娃菜种植养分管理及高品质栽培提高参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年4月至2020年7月在甘肃省兰州市榆中县康源现代农业产业园区内进行。

肥料：磷酸二铵［W（N）=18%，W（P₂O₅）=46%］由云天化三环嘉吉化肥有限公司生产；有机肥［有机质含量（W）40%，腐殖酸含量（W）10%，氮磷钾含量（W）5%］和微生物复合菌剂（有效活菌数≥10亿/g）均为北京丰民同和国际农业科技发展有限公司生产的蒙鼎底肥和蒙鼎微生物配肥复合菌剂；缓释肥［W（N）=26%，W（P₂O₅）=11%，W（K₂O）=11%］为云南云天化股份有限公司生产的三环复合肥料；过磷酸钙［W（P₂O₅）=12%］由上海永通化工有限公司生产，硫酸钾［W（K₂O）≥52%］。

1.2 试验设计与方法

试验栽培方式为露地栽培，垄栽，株距为35 cm、行距为30 cm，667 m²定植3 970株，随机区组设计。各处理栽培面积相同，均为72.15 m²（宽6.5 m，长11.1 m）。试验于2020年4月20日施肥，各处理肥料均一次性施入，于2020年5月5日定植，共设置8个处理、3个重复：常规施肥（CK）、常规施肥+有机肥（T₁）、常规施肥+有机肥+菌剂（T₂）、有机肥（T₃），有机肥+菌剂（T₄），常规化肥减量50%+有机肥（T₅），缓释复合肥（T₆），常规化肥减量30%（T₇），由于试验区当地习惯在前一年蔬菜收获后土地封冻之前，撒施钾肥后旋耕，试验小区已于2019年11月施入K₂O 26.2 kg/667m²，肥料为硫酸钾（K₂O≥52%），所以试验处理中化肥减量是指当年的N和P₂O₅肥施用减量，详见表1。将各处理肥料均匀撒在栽培区域内，然后用旋耕机将肥料均匀混翻。常规施肥磷酸二铵用量为每小区5.41 kg，有机肥用量为每小区43.28 kg，菌剂用量为每小区0.649 2 kg，缓释肥合肥用量为每小区2.618 4 kg，过磷酸钙用量为每小区12.118 4 kg。本试验从2020年7月20日开始收获，收获后娃娃菜的各项指标的测定在甘肃农业大学园艺学院蔬菜生理实验室进行。

1.3 测试指标及方法

1.3.1 娃娃菜生长指标测定

娃娃菜的株高与冠幅用钢卷尺测量，每个处理随机选取十株进行测量；鲜质量采用直接称量法，每个处理测定3个重复；称完鲜质量后将娃娃菜在105 ℃下杀青30 min，80 ℃下烘干至恒质量即得干质量，每个处理测定3个重复；

1.3.2 娃娃菜产量测定

在娃娃菜成熟后收获并记录各处理小区的产量，最后折算成每667 m²的产量即得总产量。

1.3.3 娃娃菜品质指标测定

在收获的娃娃菜中选取大小均匀一致的娃娃菜进行品质测定：维生素C含量的测定采用二甲苯萃取比色法；可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝染色法；可溶性总糖含量采用蒽酮比色法测定；硝酸盐含量采用水杨酸比色法测定；每个处理测定3个重复。

1.3.4 主成分分析法

采用SPSS 25.0软件对娃娃菜生长及品质指标进行主成分分析并得出综合排名。

1.4 数据处理

使用Microsoft Excel 2010软件和SPSS 25.0软件进行数据整理、分析以及作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对娃娃菜株高和冠幅的影响

由图1可见，T₃处理的娃娃菜株高最大，T₇处理的娃娃菜株高最小，但各施肥处理娃娃菜的株高与CK并无明显差异。除T₁、T₃处理的冠幅低于CK外，其他各处理的冠幅均高于CK处理。其中，T₅、T₇处理较CK冠幅显著增加了9.43%和7.52% ，T₁、T₃处理较CK显著降低2.01%和2.54%。

2.2 不同施肥处理对娃娃菜干鲜质量及根冠比的影响

植株干、鲜质量在一定程度上说明了植株生物量的积累程度，根冠比反映了植株内物质的分配，是反映植物根系与地上部分生长协调的重要指标。从表2可以看出，T₅处理地上部鲜质量以及整株干质量显著高于其他处理，较CK处理分别高25.23%和14.16%；各处理地下部鲜质量无显著差异；根冠比各处理无显著差异，其中最高的为T₄处理，其次是T₅处理，两者较CK分别高21.69%和16.26%。

2.3 不同施肥处理对娃娃菜产量的影响

由图2可以看出，不同施肥处理对娃娃菜产量有较为显著的影响。其中T₅处理折合产量最高，为11 348.7 kg/667m²，较CK增长了27.95%；其次是T₂、T₁及T₇处理，较CK分别增长了21.99%、21.91%和16.23%。其中最低折合产量是T₆处理，为7 645.8 kg/667m²，较CK降低了13.79%。

2.4 不同施肥处理对娃娃菜硝酸盐含量的影响

图3反映了不同施肥处理下娃娃菜内硝酸盐含量的变化。CK处理下娃娃菜中硝酸盐含量最高，达到了221.09 mg/kg，与其他各处理有显著性差异。其中T₇处理显著低于其他处理，为133.37 mg/kg，远低于国家标准（≤432 mg/kg），较CK低65.77%。其次是T₃处理，较CK低25.95%。除CK与T₇处理外，其他处理间均无明显差异。

2.5 不同施肥处理对娃娃菜维生素C含量的影响

由图4可以看出施用不同肥料组合对娃娃菜维生素C含量产生的影响显著。其中，T₅处理的含量显著高于其他处理，较CK高出 47.83%，较含量最低的T₇处理高161.53%；与CK处理相比，T₃、T₄处理分别增加了14.73%和16.46%。T₁、T₂处理与CK无明显差异。

2.6 不同施肥处理对娃娃菜可溶性蛋白含量的影响

由图5可以看出，T₁处理的可溶性蛋白含量显著高于其他处理，较CK处理显著增高6.54%；其中，除T₁处理外其他处理均显著低于CK处理，可溶性蛋白含量最低的是T₄处理，较CK处理降低39.79%。

2.7 不同施肥处理对娃娃菜可溶性糖含量的影响

图6中可以看出，可溶性糖含量T₃处理最高，较CK处理显著升高15.3%，较最低的T₇处理显著升高了73.97%；T₄与CK处理间无显著性差异；除T₃和T₄以外的其他各处理的可溶性糖含量显著低于CK处理。

2.8 娃娃菜各指标的主成分分析

如图7所示，按照特征值大于1以及累计贡献率大于85%的原则，选择了五个主成分，结果如表3所示，第一主成分特征值为4.252，反应了娃娃菜13个指标32.704%的信息；第二主成分特征值为3.948，反应了娃娃菜各指标30.373%的信息；第三主成分特征值为2.113，反应了娃娃菜13个指标16.256%的信息；第四主成分特征值为1.209，反应了娃娃菜13个指标9.303%的信息；第五主成分特征值为1.062，反应了娃娃菜13个指标8.166%的信息。5个主成分的累计方差贡献率为96.803%，说明这5个主成分反应了原始变量约97%的信息，因此这5个主成分能够代表原来13个指标对娃娃菜进行综合评价。

如表4所示，用表中各指标的主成分载荷值除以相对应特征值的开平方根，即得到每个指标所对应的系数（表5），以这些系数为权重构建5个主成分的表达函数式：

Y₁=-0.324X₁+0.374X₂+0.022X₃-0.004X₄+0.413X₅+0.458X₆+0.088X₇+0.478X₈- 0.020X₉-0.045X₁₀+0.144 X₁₁-0.169 X₁₂-0.020 X₁₃

Y₂=0.089X₁+0.031X₂+0.448X₃+0.497X₄+0.087X₅+0.147X₆+0.488X₇-0.052X₈-0.019X₉-0.032X₁₀+0.225X₁₁+0.203X₁₂+0.003X₁₃

Y₃=0.319X₁-0.321X₂-0.064X₃+0.067X₄+0.261X₅-0.013X₆+0.059X₇-0.004X₈-0.200X₉-0.215X₁₀+0.366X₁₁-0.186X₁₂+0.662X₁₃

Y₄=0.467X₁-0.313X₂+0.244X₃+0.041X₄+0.098X₅+0.001X₆+0.038X₇-0.041X₈-0.129X₉-0.831X₁₀+0.188X₁₁+0.708X₁₂+0.072X₁₃

Y₅=-0.185X₁+0.167X₂+0.112X₃-0.014X₄+0.126X₅-0.057X₆-0.024X₇-0.071X₈+0.912X₉+0.047X₁₀+0.596X₁₁-0.034X₁₂-0.195X₁₃

Z=32.704%Y₁+30.373%Y₂+16.256%Y₃+9.303%Y₄+8.166%Y₅

式中：X₁~X₁₃分别代表标准化的株高、冠幅、地上部鲜质量、地上部干质量、植株干质量、根冠比、产量、硝酸盐、维生素C、可溶性蛋白以及可溶性糖数据，Z为主成分综合得分。

由表6数据可以得出，不同施肥处理综合得分以及排名由高到低依次为：T₅>T₆>CK>T₃>T₄>T₂>T₁>T₇，T₅处理综合得分最高，为2.041，表明T₅处理即常规施肥减量50%配施有机肥施肥效果最好；T₇处理综合得分最低，为-1.490，表明T₇处理即常规施肥减量30%施肥效果最差。

3 讨论

品质和产量的双向提高，是农业产业健康发展所需要解决的迫切问题。而化学肥料长期以来极大地保证了农作物产量的快速增长，但形成的化肥滥用的现状又阻碍了品质农业的发展，因此关于农业生产过程中化肥施用的研究也越来越常见^［25-26］。蔬菜作为人类日常生活中必不可少的佐餐食物，随着人们生活水平的提高，消费者对蔬菜的要求也从只注重外观品质向营养与外观并重转变。温延臣等^［27］研究发现，施用有机肥后土壤养分、有机质含量能有效提高，从各方面提升土壤肥力水平，提高养分供应能力，此外，生物有机肥的施用还可以提高作物的产量和品质^［28-29］。

本试验发现，常规施肥减量50%配施有机肥处理下娃娃菜的冠幅显著升高，在一定程度上可以增加娃娃菜植株的整体长势，这与张国龙等^［30］在茄子上的研究结果一致；王磊等^［31］研究发现化肥减量配施有机肥可以提高作物干、鲜质量，本试验也有类似发现。此外，常规施肥减量50%配施有机肥能够显著提高娃娃菜产量，同样地结果在冯海萍^［32］和王蓥燕^［33］等人的研究中被证实；硝酸盐是衡量蔬菜品质的重要指标之一，过量的硝酸盐会危及人类健康^［34］。梁曼恬等^［35］研究发现化肥施用量越少甘蓝硝酸盐含量就越低，李锋等^［36］研究也发现化肥与有机肥配施可显著降低小白菜硝酸盐含量。本试验研究发现化肥配施有机肥能有效降低娃娃菜硝酸盐含量，与前人研究结果一致。李荣飞等^［37］研究发现，有机肥和化肥混施时龙安柚果产量最高，并且显著提高果实中维生素C含量，王冰清等^［38］研究发现化肥减量配施有机肥对蔬菜维生素C有提高效果，本试验研究结果也表明常规施肥减量配施有机肥能够显著提高娃娃菜维生素C含量。本试验研究发现化肥配施有机肥可以有效提高娃娃菜叶球中可溶性蛋白、可溶性糖含量，这与在叶菜类蔬菜^［39］和橄榄^［40］上的研究结果一致。综上所述，常规施肥减量50%配施有机肥能显著增强娃娃菜长势，提高产量和品质。

主成分分析（PCA）对作物性状综合评价在农业领域的研究中被广泛认可^［41-43］，是一种常见的多指标评价方法，能够通过降维的方式将多个具有一定相关性的观测指标转化为少数几个能反应原本多个变量主要信息的新指标，再依据各样品的因子得分进行综合评价，减少计算工作量，使评价结果更加客观、合理^［44-46］。本试验将娃娃菜生长、产量以及品质性状等三个方面的13个指标进行了主成分分析，将13个指标缩减为5个主成分，其累计方差贡献率达96.803%，经综合得分得出适合娃娃菜的施肥处理为T₅处理。

4 结论

综上所述，利用主成分分析法可以得出8个施肥处理综合排名由高到低依次为：T₅>T₆>CK>T₃>T₄>T₂>T₁>T₇，表明在娃娃菜种植过程中T₅处理即化肥减量50%配施有机肥400 kg/667 m²可以有效促进其生长，提高产量并有效改善品质，为娃娃菜种植提供理论参考。

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基金资助

甘肃省科技重大专项(22ZD6NA010)

现代丝路寒旱农业科技支撑项目(GSLK-2021-6)

甘肃省教育厅产业支撑计划项目(2021CYZC-45)

甘肃省科技厅软科学计划项目(20CX4ZA044)