补灌水平对宁南山区露地青花菜产量、品质及耕层水分动态的影响

冯海萍 杨冬艳 谢华 裴红霞

摘 要：為探究宁夏南部山区自然降水条件下露地青花菜的最佳补灌灌溉方案，采用大田田间对比试验，设置5个补灌水平，在宁夏原州区冷凉蔬菜基地开展补灌水平对土壤水分分布、青花菜产量、品质、水分利用效率的试验研究。结果表明，青花菜全生育期自然降雨主要集中在7月份，且占全生育期降雨量的78.49%，此月份无需补灌即可满足生育后期对水分的需求;不同处理青花菜生育期内土层深度20 cm处土壤含水率总体表现为W5（27 mm·667 m-2）>W4（22.5 mm·667 m-2）>W3（18 mm·667 m-2）>W2（13.5 mm·667 m-2）>W1（9 mm·667 m-2），补灌后各处理土壤含水率均达到田间持水量的85%以上;补灌灌溉水平对青花菜花球产量性状、营养品质均有显著影响，W3处理经济总产量最高，达1 524.10 kg·667 m-2，显著高于其他处理6.28%～33.24%;可溶性糖和可溶性蛋白含量也最高，W3可溶性糖含量显著高于W1、W4和W5处理24.46%、12.20%、21.41%，W3可溶性蛋白含量显著高于W1 35.78%，且可溶性固形物和维生素C质量分数也较高，分别为6.26 g·100 g-1和9.57 mg·100 g-1。基于主成分分析的青花菜膜下滴灌最优补灌方案为补灌灌溉定额为69 mm，苗期-莲座期补灌灌水2次，灌水量为33 mm，莲座期-球前期补灌灌水2次，灌水量36 mm，结球前期-采收期补水主要依靠自然降雨。该结果可为本区露地冷凉青花菜夏季栽培产量的积累与水资源的合理应用提供理论指导。

关键词：青花菜;宁夏南部山区;补灌灌溉;土壤含水率;产量;品质

Abstract： To explore the optimal supplementary irrigation scheme of broccoli in open field under natural precipitation conditions in the mountainous area of southern Ningxia， field comparative experiment was carried out， and 5 supplementary irrigation levels were set， the effect of supplementary irrigation level on soil moisture distribution， the yield， quality and water use efficiency of broccoli was investigated at the cold vegetable base in Yuanzhou District of Ningxia. The results showed that the natural rainfall during the whole growth period of broccoli was mainly concentrated in July， accounting for 78.49% of the total rainfall during the whole growth period. In this month， no supplementary irrigation was needed to meet the water demand of broccoli at the late growth stage. The soil moisture contents at 20 cm soil depth in the growth period of broccoli under different treatments were generally W5>W4>W3>W2>W1. After supplementary irrigation， the soil moisture contents of each treatment reached more than 85% of the field capacity. The the yield traits and nutritional quality of broccoli were significantly affected by the supplementary irrigation level. The yield of W3 treatment was up to 1 524.10 kg per 667 m2， which was significantly higher than those of other treatments（6.28%-33.24%）. The soluble sugar and soluble protein of W3 treatment were the highest， the soluble sugar of W3 was significantly higher than those of W1， W4 and W5（24.46%， 12.20%， 21.41% respectively）， and soluble protein of W3 was significantly higher than W1（35.78%）.The contents of soluble solids and Vitamin C were also high， which were 6.26 mg·100g-1 and 9.57 mg·100 g-1， respectively. Based on principal component analysis， the optimal supplementary irrigation scheme of broccoli drip irrigation under mulch was W3， the supplementary irrigation amount was 69 mm， the supplementary irrigation was carried out twice from seedling stage to rosette stage， with an irrigation amount of 33 mm， the supplementary irrigation was carried out twice from rosette stage to early stage， with an irrigation amount of 36 mm， the supplementary irrigation mainly depended on natural rainfall during early heading stage to harvest stage. The results can provide theoretical guidance for the accumulation of broccoli yield in summer and the rational application of water resources in the mountainous area of southern Ningxia.

Key words： Broccoli; Southern mountainous area of Ningxia; Supplementary irrigation; Soil moisture content; Yield; Quality

青花菜（Brassica oleracea var. italica）又名西兰花，因其富含抗癌活性最强的天然成分萝卜硫素，被誉为“蔬菜皇冠”，具有显著降低癌症、心脑血管疾病和近视患病风险等保健功能，现已成为一种国际性流行的功能型蔬菜 [1-4]。

近年来，青花菜在我国的种植面积逐步扩大，目前，除海南、西藏外，青花菜种植在我国基本实现了全覆盖，产品基本上实现了周年供应[5]。随着世界市场对青花菜需求的不断增大和农业结构调整进程的逐步加快，青花菜的种植面积在宁夏地区逐年扩大，现已发展成为宁夏冷凉蔬菜产业中主要外销蔬菜的骨干种类之一，尤其是在宁夏环六盘山区域，近3 a（年）以青花菜、芹菜、娃娃菜等为主要种类的栽培面积稳定在3万hm2左右，占全区露地蔬菜近一半，主要分布于原州区、西吉县、隆德县等地区。当地主要采用滴管和喷灌为主的灌溉方式，且在实际生产中灌水按照经验管理，导致灌水利用率下降、青花菜产量和品质不稳定等瓶颈问题，明显制约着产业的健康发展。

随着人口的增长、区域经济的发展，以及城市化和工業化进程的加速，缺水问题不可避免地成为经济社会发展的障碍之一[6]。如何将有限的灌溉用水在作物不同生育期实现优化配置，使灌溉效率最高，成为农田节水灌溉的研究热点[7]。节水灌溉是传统农业向优质、高效现代农业转变的重要举措，现已被提升到事关国家水资源安全和粮食安全的战略层面[8]。立足国情、水情，资源可持续利用型农业生产是必然选择和必由之路，也是建设资源节约型、环境友好型和社会主义生态文明的重要组成部分[9]。

宁夏是一个水资源短缺、时空分布不均的典型地区，在实际农业生产中，为获得理想的产量，超量灌溉和施肥已成为农业生产常态[10]。已有研究成果发现，传统过量施肥引起北方土壤养分累积、酸化、盐渍化以及地下水和大气污染等一系列问题[11-12]，地下水硝酸盐超出允许含量的6倍[13]。适量灌水有利于小麦干物质积累，促进籽粒灌浆和形成高产，作物叶面积系数与产量呈极显著正相关[14-15]。目前关于蔬菜节水灌溉已有不少研究，主要集中于设施果菜类蔬菜，如辣椒、番茄和黄瓜等[8-10，16-18]，叶菜类蔬菜研究相对滞后，特别是基于自然降雨条件下开展露地叶菜类水分相关的研究非常少见，因此，笔者基于自然降水条件下研究补灌水平对青花菜生长发育、生理指标、产量、品质及不同土层水分动态的影响，探究在自然降水条件下青花菜的最佳补灌灌溉制度，为当地露地冷凉蔬菜青花菜的水分管理提供有效指导依据。

1 材料与方法

1.1 试验地块及试验材料

试验在2018年5—7月在宁夏固原市原州区中河乡丰堡万亩露地冷凉蔬菜基地内进行，该区位于宁夏六盘山东麓区域，海拔1 450～2 500 m，年均气温6.5 ℃，年均降雨量300～550 mm，气候冷凉，昼夜温差大，是发展露地冷凉蔬菜作物的优势区域，土壤为壤土，肥力中等，前茬为娃娃菜;供试青花菜品种为耐寒优秀（宁夏恒通现代农业有限公司提供种苗）。

1.2 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，设置补灌灌水定额因素，水分设置5个水平，即667 m2每次补灌灌水定额分别为9.0、13.5、18.0、22.5、27.0 mm，共设5个处理（表1），3次重复，定植后所有处理统一灌水15 mm，在生育期间各个处理相对含水率达到田间持水量的70%以下时按照补灌灌水定额试验方案进行补灌，具体方案见表1。每个小区面积为100 m2，灌水采用膜下滴灌，每个处理灌水量用水表控制，降雨量采用量雨筒计量，各处理间用埋深60 cm的塑料布进行防渗透隔离处理，青花菜定植行株距为50 cm×40 cm，试验从定植开始到收获结束，其他管理措施同常规。

1.4 测定指标及方法

生育期间主要监测土壤含水率、青花菜生物学指标、产量、品质、土壤养分等。其中，土壤含水率采用土壤水/温/盐3个参数长期监测系统（WatchDog 2400 SMEC）在20 cm处土壤剖面进行测定，定期用铝盒常规烘干法进行校正;定期选叶片肥厚、叶色浓绿、叶面积大的10片壮龄叶采用常规测定法进行生物学指标测定;采收前每小区随机取10株，采用常规方法测定花球横径、单球质量、净球质量、小区产量及营养品质，其中维生素C含量采用紫外分光光度法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝染色法测定。经济系数=经济产量/生物产量×100%。

1.5 数据处理

采用Excel 2016和DPS 7.05对数据进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 青花菜全生育期自然降雨情况分析

从青花菜全生育期5中旬至7月下旬自然降雨情况（图1）可以看出，青花菜全生育期自然降雨15次，降雨总量为219.4 mm，属降雨偏多年份，其中5、6、7月份降雨量分别占青花菜全生育期降雨量的8.66%、12.85%、78.49%，降雨主要集中7月份。5月份降雨3次，降雨高于3 mm以上2次，降雨级别为小雨和中雨各1次，降雨间隔1～6 d，其中连续两天降雨1次，间隔6 d降雨1次，均为有效降雨;6月份降雨3次，降雨高于3 mm以上2次，降雨级别为中雨和小雨各1次，降雨间隔3 d，均为有效降雨;进入7月份后降雨频率明显增多，降雨9次，降雨高于3 mm以上6次，降雨级别为暴雨2次，中雨2次，小雨5次，降雨间隔1～5 d，其中连续两天降雨2次，间隔1 d降雨3次，间隔3 d和4 d降雨各1次，属于有效降雨5次。综合青花菜全生育期自然降雨级别、降雨间隔考虑，单靠自然降雨还不能完全进行青花菜夏季正常生产，在青花菜5—6月份还需补灌适量水，进入7月份降雨量和降雨频率逐步增加，无需补灌即可满足青花菜生育后期对水分的需求。

2.2 补灌灌溉水平对青花菜土壤水分动态的影响

从青花菜全生育期土壤水分动态变化（图2）可以看出，青花菜全生育期有效降雨共计9次，补充灌溉3次，水分供应平均间隔6 d，土层深度20 cm处土壤含水率总体表现为W5>W4>W3>W2>W1，这与试验设置灌溉水平处理一致。灌水后各个处理20 cm处土壤含水率均达到田间持水量的85%以上，其中W1、W2、W3处理灌水后20 cm处土壤含水率达到田间持水量的85%～100%，灌水间隔分别为4、5、6 d，W2、W3处理灌溉水平和灌溉次数适中，W4、W5处理灌水后20 cm土壤含水率超过田间持水量10%以上， W4、W5处理灌溉水平偏高，且灌水前后的土壤含水率变幅较其他处理较大，说明灌溉水可能下渗到土壤耕层以下而引起土壤养分淋溶问题的发生。

2.3 补灌灌溉水平对青花菜形态指标与产量性状的影响

由表2可以看出，补灌灌溉水平对青花菜花球纵径、花球横径、生物产量、经济产量和经济系数均有显著影响，花球纵径随着灌溉水量的增加而呈现先增加后减少的变化趋势，W4处理花球纵径最大，与W3、W 5处理间无显著差异，显著高于其他处理;花球横径以W3处理的最大，比其他处理长0.20～1.45 cm;单株生物产量、单株经济产量和667 m2产量随着灌溉水量的增加而呈现先增加后减少的变化趋势，单株生物产量以灌溉水平为W4处理最大，除显著高于W1处理外，均与其他处理无显著差异;单株经济产量和667 m2产量均以灌溉水平为W3处理的最大，分别达到0.46 kg·株-1和1 524.10 kg·667 m-2，显著高于其他灌溉水平处理，较灌溉水平最小的W1处理分别増加了0.12 kg·株-1和270.10 kg·667 m-2，说明适宜的灌水量对青花菜增产有重要作用。经济系数综合反映不同补灌灌溉水平处理对青花菜生物产量向经济产量的分配效率。不同处理经济系数随着灌水量的增加呈现先增加后降低的趋势，其中以W2处理达到最大，为21.20%，与W3处理间无显著差异，显著高于W1、W4和W5处理。说明适宜的灌水量更有利于青花菜植株积累的干物质较多地转移到经济产物花球中。

2.4 补灌灌溉水平对青花菜花球营养品质的影响

从图3可以看出，补灌灌溉水平对青花菜花球营养品质如维生素C、可溶性蛋白、可溶性糖、可溶性固形物含量等指标均有显著影响，各营养指标均随着灌水量的增加呈现先增加后降低的趋势，在灌溉水平W2处理下维生素C含量达到最大，显著高于其他4个处理，其次是W3处理，除与W2处理存在显著差异外，均与其他处理无显著差异;可溶性固形物和维生素C含量有着相同的规律，仍然以W2处理的可溶性固形物含量最大，显著高于其他4个处理，其次是W3处理，以W1处理含量最低，除与W5处理无显著差异外，均显著低于其他处理;可溶性糖与可溶性蛋白含量有着相同的规律，均以W3处理的可溶性糖和可溶性蛋白含量最大，其次是W2处理，2个处理之间无显著差异，说明适度的水分供应有利于青花菜花球营养品质的提升。

2.5 补灌灌溉水平对灌溉水分利用效率的影响

由图4可知，不同灌溉水平处理的灌溉水分利用效率差异显著，总体上，不同灌溉水平各处理灌溉水分利用效率随着灌溉水量的增加而呈下降的趋势。由大到小依次表现为W1>W2>W3>W4>W5，灌溉量最少的W1处理的水分利用效率最高，显著高于其他处理，高出3.13%～12.10%。

2.6 青花菜最优补灌方案确定

选择综合特性中8个代表性状：株高、株幅、花球横径、叶球纵径、花球质量、维生素C含量、可溶性蛋白含量、可溶性固形物含量，按顺序依次定义为 X1～X8，利用SPSS 26.0软件对其进行主成分分析。由表3可知，前3个主成分的累计方差贡献率达到96.72%，基本解释8个变量中的大部分信息。因此，取前3个主成分分别为第一主成分PC1、第二主成分PC2、第二主成分PC3，并通过对3个主成分的特征向量分析（表3）和 X1～X8性状指标数值的标准化处理，建立前3个主成分的线性回归方程如下：

PC1=0.108X1-0.145X2-0.239X3-0.026X4+0.131X5+0.406X6+0.165X7+0.323X8;

PC2=-0.120X1+0.002X2+0.492X3+0.344X4+0.184X5-0.225X6+0.141X7-0.033X8;

PC3=0.513X1+0.496X2-0.152X3+0.017X4+0.073X5-0.034X6+0.036X7+0.045X8。

第1主成分PC1解释了总变异信息的53.88%，主要综合了维生素C含量、可溶性固形物含量信息，且这些信息在第1主成分上呈正向分布，因此将 PC1称为品质因子。第 2 主成分 PC2 包含了原始信息的24.73%，主要综合了花球横径、花球纵径、花球质量等产量性状信息，且这些信息在第2主成分上呈正向分布，因此将 PC2称为产量性状因子。第 3主成分 PC3 包含了原始信息的18.12%，主要綜合了株高、株幅信息，且这些信息在第3主成分上呈正向分布，因此将 PC3称为生长性状因子。

将前3个主成分的方差贡献率作为权重系数（a1=53.88，a2=24.73，a3=18.12）建立综合评价模型，S=（a1×PC1+a2×PC2+a3×PC3）/（a1+a2+ a3）。根据3个主成分的线性回归方程及综合评价模型，计算出5个处理各主因子得分和综合得分并按分值高低排序，结果如表4所示，青花菜膜下滴灌的最优方案为 W3，即补灌灌溉定额为69.0 mm，苗期-莲座期灌水2次，灌水量为33.0 mm，莲座期-结球前期灌水2次，灌水量36.0 mm，结球前期-采收期灌水主要依靠自然降雨。

3 讨论与结论

水是作物生长发育的重要组成部分，蔬菜的需水量较大，而实际的灌溉效率只能达到20%～30%，其中作物有效的吸收水分只占25%左右，不科学的灌水制度和不恰当的灌水方式是浪费水资源的主要原因，还容易引发病虫害，降低作物产量[18-19]，合理的灌溉措施是蔬菜作物高产高效的关键[12]。研究表明，根据不同地区的气候条件，选取与之相适应的节水灌溉技术，优化作物灌溉制度，实现水资源的有效利用迫在眉睫[8]。本试验得出，青花菜在宁夏南部山区全生育期自然降雨219.4 mm，属降雨偏多年份，但降雨主要集中7月份，占青花菜全生育期降雨量的78.49%，此月份无需补灌即可满足青花菜生育后期对水分的需求;不同处理青花菜生育期内土层深度20 cm处土壤含水率总体表现为W5>W4>W3>W2>W1，补灌后各处理土壤含水率均达到田间持水量的85%以上，W4、W5处理土壤含水率超过田间持水量的10%，且灌水前后的土壤含水率变幅较其他处理较大，说明W4、W5处理灌溉水平偏高，灌溉水可能下渗到土壤耕层以下，进而会引发土壤养分的淋溶问题。这与罗勤[20]对番茄的研究结果相似。

研究表明，适当的水分亏缺不会导致番茄产量严重降低，且对番茄品质的提高具有一定的促进作用[21]，适宜的灌水既可以促进蔬菜的生长，增加产量，还可改善蔬菜品质[22]，这与本试验结果基本相似。本试验结果表明，适宜的补灌灌水量不仅有利于青花菜植株积累的干物质较多地转移到经济产物花球中，而且更有利于青花菜产量的增加和花球营养品质的提升。

主成分分析法是研究如何将多指标问题转化为较少几个综合指标的一种多元统计方法[23]。目前在环境、农业等许多领域，以及油葵、番茄、葡萄、茶属植物等许多作物的综合评价中广泛应用[24-29]。本试验基于土壤水分、产量、品质及主成分分析法的综合评价，宁南山区青花菜自然降雨和膜下滴灌条件下的最优补灌方案为补灌灌溉定额69.0 mm，其中苗期-莲座期灌水2次，灌水量33 mm，莲座期-结球初期灌水2次，灌水量36.0 mm，结球初期-采收期灌水主要依靠自然降雨。该结果可为本区露地冷凉青花菜夏季栽培产量的积累与水资源的合理应用提供理论指导。

参 考 文 献

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