基于氮钾二因子饱和D最优设计的迁葫1号施肥效果研究

周玲玲，张黎杰，余 翔，姜若勇，田福发，王夏雯，吴绍军，孟佳丽

(江苏省农业科学院 宿迁农科所，江苏 宿迁 223800)

西葫芦(CucubitapepoL.)又称美洲南瓜，属于葫芦科南瓜属的一年生草本植物，在我国南、北方均有种植。西葫芦不仅作为日光温室越冬茬、塑料大棚早春和秋延后栽培的一种重要蔬菜，在瓜类蔬菜中栽培面积仅次于黄瓜，栽培面积达17.67万hm2；而且西葫芦根系发达，吸肥能力强，生长快、产量高、需肥量大，很容易成为化学肥料过量施用的重灾区。在实际生产中，由于西葫芦施肥过多和偏施氮肥，不仅造成了成本增加、资源浪费、土壤盐渍化加重的严重后果，而且极大地影响了西葫芦的产量和品质,降低了农民的经济收益[1]。

氮、钾作为大量营养元素，两者的营养平衡及配合施用，对提高肥料的利用率、增加作物产量、改善作物品质具有重要的理论和实践意义[2]。关于氮、钾配施对西葫芦产量、品质的影响缺乏系统性的研究。因此，本研究通过氮钾二因子饱和D最优设计，研究了氮钾肥料施用量与迁葫1号西葫芦产量和品质之间的关系，建立了施肥模型，明确了迁葫1号的最优施肥方案，为迁葫1号西葫芦秋延后高产、优质栽培提供了施肥方案选择的理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

迁葫1号，由江苏省农业科学院宿迁农科所自主选育。

1.2 试验地点

试验地为宿迁市宿豫区市农科院3号连栋大棚。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 试验田土壤中，速效氮、磷、钾的含量分别为248.5 mg/kg、101.3 mg/kg、431.7 mg/kg，有机质含量2.20%。2017年9月初育苗，9月中旬定植，单行种植，株距50 cm，行距1.5 m，面积472.5 m2。各处理小区面积为26.25 m2,随机排列，3次重复。供试肥料分5次施入，基肥中氮肥占20%、钾肥占20%；定植后，7～8片叶时施氮肥20%、钾肥50%；坐果后施氮肥20%、钾肥10%；结果期分2次施肥,每次均施氮肥20%、钾肥10%施入。施用磷肥20 kg/667 m2，其余栽培管理措施按生产要求进行。

1.3.2 二次D-饱和最优设计 试验采用二因素二次D-饱和最优设计，建立N、K与西葫芦产量和品质的模型。根据肥效模式类型，建立二次多项式：

YA=b0+b1X1+b2X2+b12X1X2+b12X12+b22X22

YB=b0+b1X1+b2X2+b12X1X2+b12X12+b22X22

式中：X1代表N编码值，X2代表K2O编码值，bi为回归系数，YA代表西葫芦产量，YB代表西葫芦品质。

2个施肥因素，各设置4个水平，一共有6个处理(表1)，每个处理3个重复，每个试验小区为17.5 m×1.5 m=26.25 m2。

表1 二次D-饱和最优设计迁葫1号施肥方案设计

1.4 测定的指标和方法

1.4.1 产量的测定 前期产量结果期30 d内小区产量分别测产统计，最后折合成每667 m2的产量。

1.4.2 果实品质的测定 果实品质送样至南京钟鼎生物有限公司进行检测，采用双波段比色法测定硝酸盐含量；采用钼蓝比色法测定维生素C含量；采用硫酸蒽酮法测定可溶性总糖含量；采用考马斯亮蓝比色法测定可溶性蛋白含量；采用茚三酮比色法测定游离氨基酸含量。

果实品质检测后进行评分。评分标准：按照总分100分，其中维生素C占40分、可溶性总糖占20分、可溶性蛋白占20分、游离氨基酸占20分、硝酸盐占-20分。

1.5 数据统计分析

数据的统计分析选用Excel 2003软件和南京农业大学统计分析2017.02版，绘图采用Excel 2003和Origin 8.5软件。

2 结果与分析

2.1 对西葫芦产量和品质的影响

从表2可以看出，西葫芦的产量由高到低依次是T4>T5>T6>T2>T3>T1，说明氮钾肥料合理配施有助于产量的提高；单施氮肥(T2)较单施钾肥(T3)产量高，说明增施氮肥更有利于西葫芦产量的提高。

从表3可以看出，西葫芦品质指标得分由高到低依次是T4>T5>T1>T3>T6>T2，说明不施肥、单施氮肥、钾肥和施用高水平的氮钾配比肥料的西葫芦品质低，合理的氮钾配比有助于提高西葫芦的品质，单施钾肥(T3)较单施氮肥(T2)的品质好，说明增施钾肥更有利于提高西葫芦的品质。

表2 迁葫1号的产量测定结果

2.2 回归模型的建立

根据试验的产量、品质指标评分结果，利用Excel 2003建立二次饱和D-最优设计回归模型[3]，得出西葫芦产量、品质和N、K编码值之间的回归方程：

YA=5487.94+113.69X1+31.11X2-96.57X1X2-189.89X12-198.38X22

(1)

YB=73.49-2.42X1+3.56X2+3.57X1X2-1.42X12-10.33X22

(2)

式中：YA表示产量，YB表示品质，X1代表N的用量编码，X2代表K2O的用量编码。

表3 迁葫1号的品质指标评分结果 分

2.3 模型分析

2.3.1 主效因子分析 偏回归系数绝对值的大小反映了因素的主次，符号的正负反映了因素水平的取值方向[4]。|113.69|>|31.11︱，表明在一定的范围内，氮素使用量的大小是影响西葫芦产量的主要因素；|-2.42|<|3.56|，表明在一定的范围内，钾素使用量的大小是影响西葫芦品质指标的主要因素。

2.3.2 单因子效应分析 将自变量X1、X2中的一个固定在0水平，可以得到另一个自变量与目标函数的关系，即单因子效应方程。

令式(1)中X2=0，得到方程YA1=5487.94+113.69X1-189.89X12，即N对迁葫1号产量的单因子效应方程；令式(1)中X1=0，得到方程YA2=5487.94+31.11X2-198.38X22，即K2O对迁葫1号产量的单因子效应方程。

同理，令式(2)中X2=0，得到方程YB1=73.49-2.42X1-1.42X12，即N对迁葫1号品质的单因子效应方程；令式(2)中X1=0，得到方程YB2=73.49+3.56X2-10.33X22，即K2O对迁葫1号品质的单因子效应方程。

将产量和品质的单因子效应方程绘制成图1和图2。由此可以看出，产量随着N、K2O施用量的增加而增加，达到最大值后，随施肥量的增加而降低。品质随着N施用量的增加而缓慢降低；随着K2O施用量的增加而增加，达到最大值后，随施肥量的增加而降低。

图1 N、K2O对迁葫1号产量的单因子效应分析

图2 N、K2O对迁葫1号品质的单因子效应分析

2.3.3 交互效应分析 施肥效应方程中N、K2O肥料交互作用项的系数反映了肥料间两两交互作用的强弱程度，在效应方程中，产量回归方程中的交互项系数为负值，说明N、K元素表现为拮抗作用；在品质回归方程中，交互项系数为正值，说明N、K元素表现为协同作用[5]。

通过氮钾交互效应方程，将N和K2O的编码值带入方程，计算产量和品质，得到表3和表4。

分别以X1、X2编码值为x和y轴，西葫芦单产为z轴，对氮钾交互效应方程制作图3。

结合表4和图3可知，西葫芦产量随着X1、X2先升高后降低，X1、X2过高或过低都不利于产量的提高。以5300 kg/667 m2作为西葫芦目标产量，当X1取-0.1315～1.0000，X2取-0.1315～0.3944之间，N、K2O对西葫芦产量的互作效应明显；超出此范围，无论是N还是K2O的施用量增加或减少，产量均表现为下降。

表4 N和K2O交互效应对迁葫1号产量的影响

图3 N和K2O对迁葫1号产量的交互效应分析

同理，分别以X1、X2编码值为x和y轴，西葫芦品质得分为z轴，对氮钾交互效应方程制作图4。

结合表5和图4可知，西葫芦品质随着X1、X2变化先后降低升高，钾含量的提高有利于品质的提升。以70分作为西葫芦目标品质，当X1取-0.1315～0.3944，X2取-1.0000～0.3944之间，N、K2O对西葫芦品质的互作效应明显；超出此范围，无论是N还是K2O的施用量增加或减少，品质均表现为下降。

表5 N和K2O交互效应对迁葫1号品质的影响

图4 N和K2O对迁葫1号品质的交互效应分析

2.4 最优施肥模式选择

利用频数分布法计算，得出本试验条件下，产量超过5300 kg/667 m2的施肥方案(表6)。从表6可以看出，迁葫1号的产量超过5300 kg/667 m2，氮钾肥料用量要求有一定的范围，即施氮24.13～43.30 kg/667 m2、施钾24.68～63.20 kg/667 m2。利用回归分析软件求得方程最优解，施氮32.73 kg/667 m2、施钾40.00 kg/667 m2，产量为5504.55 kg/667 m2，达到最高。

表6 迁葫1号产量超过5300 kg/667m2时的因素取值频率分布

注：自由度df=8，t0.05=2.306。

同理，也可以得出本试验条件下品质得分超过70分的施肥方案(表7)。最优施肥方案：施氮6.70～39.92 kg/667 m2、施钾36.71～56.81 kg/667 m2。利用回归分析软件求得方程最优解，施氮16.36 kg/667 m2、施钾47.64 kg/667 m2，品质得分为75.70分，达到最优。

表7 迁葫1号品质得分超过70分时的因素取值频率分布

注：自由度df=7，t0.05=2.365。

3 结论与讨论

氮肥是提高大多数蔬菜作物产量的主要因素。齐辉[1]认为氮肥的变化对产量的影响较钾肥变化的影响大；陈修斌等[6]认为西葫芦水肥耦合中，对产量影响的大小为氮>水>钾；聂大杭等[7]认为氮肥对番茄增产效果明显，增施氮肥有利于提高番茄产量；诸海焘等[8]的研究表明，在一定范围内，随着氮用量的上升，西瓜产量增加；王祝余等[9]认为在低氮条件下，增施氮肥能极显著提高青花菜产量。本试验的研究结果与前人的研究结果基本一致：在一定范围内氮肥施用量的大小是影响西葫芦产量的主要因素，且与西葫芦的产量呈正相关。

钾肥是品质元素，国内学者的大多数研究结果表明施用钾肥可以明显提高蔬菜产品中维生素C的含量；孙晓琦等[10]认为适量施钾，可使黄瓜果实特征风味物质相对含量明显升高。本研究结果表明：在一定范围内钾肥施用量的大小对品质的影响大于氮肥，且与西葫芦的品质呈正相关。此外，氮肥是影响硝酸盐的主要因素，氮肥的增加，有利于蔬菜作物硝酸盐的积累，从而降低蔬菜的品质，因此氮肥、钾肥的施用均能够影响蔬菜的品质。本试验的研究结果表明：氮肥与钾肥对西葫芦品质的影响具有协同作用。低氮低钾、高氮高钾都不利于西葫芦的品质。合理的氮钾配施对西葫芦的产量和品质的提高有明显的促进作用。

本试验采用二因素二次D-饱和最优设计，建立了西葫芦秋延迟栽培氮钾元素施用量与其产量品质关系的回归方程，提出了实现目标产量和品质的西葫芦氮钾最佳施肥方案，为西葫芦生产中氮钾合理配施及精准施肥提供了理论依据。