压砂西瓜定植穴施基质和菌肥优化配比组合方案

郭 松，刘声锋，于 蓉，田 梅，杨万邦，王志强，董 瑞

（宁夏农林科学院种质资源研究所，银川750002）

0 引言

压砂西甜瓜产业是宁夏农业发展的主力军，在多年不断的发展中已形成以环香山地区为主体的产业带，是中部干旱带经济发展和农民增收致富不可替代的主要经济来源。随着栽培面积的逐渐扩大和栽培年限的增加，土壤连作的问题已成为制约和影响压砂地西瓜可持续发展的瓶颈。朱英[1]认为土壤盐渍化与土壤微生物区系的改变是西瓜连作障碍的主因。洪春来[2]、毛晓梅[3]等认为施用生防菌肥、微生物肥能有效降低西瓜枯萎病发生率，显著提高西瓜产量。张杨[4]、吴绍军[5]等通过生物育苗基质、喷施等方法进行研究。本研究结合前人研究的成果，以微生物菌、施入方法和时间、补水量为切入点[6-7]，利用压砂西瓜定植穴施菌肥和基质[8]，寻找它们之间的相互作用，达到基质和菌肥的优质配比，从而提高宁夏压砂地西瓜抗病及抗逆性[9]。分析其在不同量基质和菌肥条件下的产量效应，在建立西瓜产量数学模型的基础上，寻求克服土壤连作障碍的高效优化配比方案，实现该地区压砂的健康发展。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

研究田间试验于2017年在宁夏回族自治区中卫市沙坡头区香山乡红圈村进行，北纬36°56′、东经105°15′，海拔1697.8 m。土壤全盐0.38 g/kg，全氮0.34 g/kg，全磷0.46 g/kg，速效氮27 mg/kg，速效磷3.7 mg/kg，速效钾92 mg/kg，有机质4.7 g/kg，pH 8.56。

1.2 试验材料

试验西瓜品种使用‘宁农科1号’自根苗。菌肥使用江阴市联业生物科技有限公司“馕播王”微生物菌肥（有效活菌≥0.2亿/g，有机质≥20%）[10]。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 试验采用3因素5水平二次回归通用旋转组合设计[11]，试验处理随机排列，共设20个处理[12]，每个处理20株，种植地长30 m、宽1.5 m，面积45 m2。4月20日定植，按照设计方案补水3次，分别为伸蔓期1次（5月25日）、坐果期2次（7月5日、7月15日）。其他田间管理与常规生产相同[13-14]，以压砂瓜生产效益为考核指标，研究压砂西瓜补水覆膜条件下[15-16]，定植穴施不同补水量、生物菌肥、基质对西瓜枯萎病及产量的影响，提出不同产量下的水、生物菌肥、基质优化组合方案，确定最优的配比方案[17]。因素水平编码见表1。

表1 因素水平表

1.3.2 统计分析 对原始数据进行标准化处理，用DPS软件进行方差分析，用二次通用旋转组合计算。

2 结果与分析

2.1 二次通用旋转组合试验方案及数学模型的建立

由补水量、生物菌肥、基质3个因素对生产效益建立基质菌肥配比模型[18]，可用二次回归旋转模型表示[19]。根据试验测得的产量结果，以产量为目标函数(Y)，以补水量(X1)、生物菌肥(X2)、基质(X3)3个因素为控制变量[20]，对数据进行计算处理，相互作用计算结果见表2。求得压砂地西瓜基质菌肥配比回归数学模型，按试验结果计算出拟合方程的各项系数，得到回归方程如式(1)。

表2 试验结果方差分析

从表2可知，回归方程显著性检验F2=9.149＞F0.01(9，10)=4.94，回归显著，说明该方程与实际情况拟合很好；失拟性检验F1=0.041＜F0.05(5，5)=5.05，说明未知因素对试验数据的结果干扰很小[21]，回归模型与实际数值能较好地拟合。剔除α=0.50的不显著项后，建立提取率对试验因子的回归方程[22]，如式(2)。

2.2 补水量、施生物菌肥量和施基质量对压砂西瓜产量的单因素分析

根据计算得出的试验结果，对单因素进行产量效益分析，见表3。

表3 单因素对压砂西瓜产量的效应分析 kg/hm2

由表3和图1可以看出，压砂地穴施基质对提高产量影响最大，其次是补水量，影响最小的是菌肥。补水量的增加产量趋于直线增长，基质施入量在200 g左右时，对产量影响变化不大，大于250 g后，有较明显变化。菌肥施入量在150 g以后，对产量因素影响逐渐降低。

图1 单因素对压砂西瓜产量的效应分析

2.3 补水量、施生物菌肥量和施基质量对压砂西瓜产量的交互效应分析

2.3.1 补水和施生物菌肥对压砂西瓜产量的互作效应分析 由图2可知，补水和施生物菌肥对压砂西瓜产量的交互效应表现为，当补水量小于4 kg/株次时，生物菌对产量的影响逐渐呈增大趋势[23]；当补水量逐渐增大时，生物菌对压砂西瓜产量呈现缓慢增长的趋势[24]。当补水量4.682 kg/株次、生物菌肥170 g/定植穴时，压砂西瓜产量最高，为28378.65 kg/hm2。

图2 补水量与施生物菌肥量对压砂西瓜产量的交互效应

2.3.2 补水和穴施基质对压砂西瓜产量的互作效应分析 由图3可知，补水和穴施基质对压砂西瓜产量的交互效应表现为：随基质施入量的增加，不同补水条件下压砂西瓜产量均呈现快速增大的趋势；施入基质量的增加，对保持水分有一定作用，补水量增多对产量影响趋于平缓。当补水量为4.682 kg/株次、施基质量368.2 g/定植穴时，压砂西瓜产量最高为29131.5 kg/hm2。

图3 补水量与施基质量对压砂西瓜产量的互作效应分析

2.3.3 施生物菌肥量和施基质量对压砂西瓜产量的互作效应分析 由图4得知，施生物菌肥量和基质对压砂西瓜产量的交互效应表现为：随着施生物菌肥量和基质量同时增大[25]，压砂西瓜产量也呈现出逐渐增大的趋势[26]；当施生物菌肥量为170 g/定植穴、施基质量为368.2 g/定植穴时，压砂西瓜产量最高为28872 kg/hm2。

图4 施生物菌肥量与施基质量对压砂西瓜产量的互作效应分析

2.3.4 优化组合及推荐指标 通过试验结果分析可知，在试验中不仅存在着单因素效应的作用，同时还存在2个因素之间的交互作用。因此通过单因素效应或是两因素交互作用的结果分析，是不能找到最佳配比方案的，并且在三元二次回归的数学模型中没有出现生产效率函数的极值，因此还需要对回归模型进行再次解析计算，根据己建立的基质和菌肥的优化配比数学模型找到最佳配比方案[27]。编制计算程序，在-1.682～1.682之间取7个水平（分别为-1.682、-1、-0.5、0、0.5、1、1.682），上机对不同目标下的最优配比组合方案进行模拟。构成生产因素组合，通过模拟计算得出产量大于27760.8 kg/hm2的有62个组合，列出其中能代表产量区间的最主要、最优的组合方案（表4）。

3 结论

在试验约束条件下，采用频率分析法对产量模型进行模拟，在95%的置信区间产量大于27760.8 kg/hm2各变量的取值区间分别为，补水量3.358～3.864 kg/株次、施生物菌肥量138.5～162.65 g/定植穴、施基质量207.9～271.1 g/定植穴。在此范围内，考虑到实际的田间可操作性，同时在生产中农资费用投入不宜太高、工序不宜繁琐等因素，可将最优农艺措施定为：补水定额3.5 kg/株次、施生物菌肥160 g/定植穴、施基质量270 g/定植穴。用此最优农艺措施对其进行验证，得产量为28363.35 kg/hm2，与预期产量较为接近，表明本试验结果拟合得出的结果可最大限度提高压砂瓜的产量，并可以较好地应用于压砂瓜的实际生产中。

表4 最优组合62个方案中各变量取值的频率分布

4 讨论

通过试验结果分析可以肯定前人的研究成果，即微生物菌肥对植株的促生作用[28-29]。在定植期的3～5天是缓苗的关键时期，本研究在定植期穴施生物菌肥和基质，促进西瓜苗期的生长及抗病能力，这还是首次研究。本研究主要以生产效益、抗病性为指标进行分析，对土壤群落变化和西瓜品质还未做深入研究，下一步还需要从这几方面深入研究。