基于灰色关联度分析和主成分分析的辣椒栽培水肥条件综合评价

梁增文，高明刚，李金玲，袁艳芳，信国滨，梁溪原，梁友忠，杨朝霞*，周丽娟

（1.潍坊学院，山东 潍坊 261061；2.山东永盛农业发展有限公司，山东 潍坊 262700）

辣椒是重要的蔬菜和调味品，其营养丰富，深受消费者喜爱[1]，在我国广泛种植。水、肥是目前辣椒生产上最重要的两个因子[2]。生产者为了追求高产和高收益常采用高水、高肥的管理方式，不仅造成了资源的浪费，还导致土壤中大量养分的累积，造成土壤板结、土壤酸化、土壤环境恶化以及地下水污染等农业生态环境问题[3]。因此，发展节水节肥农业，研发先进的灌溉模式与施肥技术，走资源集约型农业之路已经成为我国农业发展的必然趋势[4]。合理施肥、以肥调水，促进辣椒根系生长，增强养分吸收，提高产量和品质的研究已有报道[5-7]，但由于地域限制以及试验条件不同，结论也不尽一致。本试验通过精准控制水肥用量，采用主成分因子分析和灰色关联度分析方法，研究了不同水肥条件对温室辣椒产量和品质的影响，探索了辣椒生产的最优水肥组合，以期为温室辣椒种植的水肥一体化研究提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验在山东永盛农业发展有限公司日光温室进行，试验区属暖温带季风型半湿润气候，年均气温13.0 ℃，日照时长2 406.9 h，无霜期195 d。试验地块土壤为壤土，0～90 cm土层土壤容重为1.5 g/cm3，田间持水率为21.5%。

1.2 试验材料

辣椒品种为“乐迪”，由山东永盛农业发展有限公司提供。水溶性肥料为市售“绿丹阳菜彩”辣椒专用水溶肥。

1.3 试验方法

试验采用传统漫灌和滴灌2种灌溉模式，设置每小区追肥6.0 kg（高肥）、4.0 kg（中肥）、2.0 kg（低肥）3种不同用量，共6个水肥组合，分别记为处理T1（漫灌—高肥）、T2（漫灌—中肥）、T3（漫灌—低肥）、T4（滴灌—高肥）、T5（滴灌—中肥）和T6（滴灌—低肥）。

试验小区面积为7.0 m×1.5 m，每小区定植辣椒2行40株，3次重复。定植前同水平的有机肥一次性底施，追肥在开花坐果期进行。滴灌区与漫灌区用厚塑料布隔离，厚塑料布入土深度30 cm。漫灌处理每次每小区灌水量为0.5 m3，滴灌处理每次每小区灌水量为0.3 m3，随时根据辣椒的生长状况调节灌水时间和灌水量。追肥施用时漫灌区均匀撒施后浇水，滴灌区随水追肥。其他管理措施与常规种植一致。

1.4 指标测定

在辣椒采收期，每小区随机选取长势均匀的辣椒3株，利用游标卡尺测定茎粗，利用紫光平台扫描仪（LA 2000）结合ImageJ软件测定叶面积，叶绿素含量采用乙醇提取比色法测定[8]。采用田间抽样测产来估算产量，在采收盛期进行1次田间抽样测产，然后以该次所测产量为依据，确定所测田块产量。取辣椒果实鲜样，利用蒽酮比色法测定可溶性糖含量，利用考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白含量，采用2,6-二氯靛酚滴定法测定VC含量。

1.5 数据处理

利用Excel 2019软件对数据进行初步整理，利用SPSS 20.0对数据进行方差分析和主成分因子分析，均值多重比较采用LSD比较法。将6个水肥处理组合作为1个灰色系统，每个处理为1个因素，按照邓聚龙[9]的方法进行灰色关联度分析。

2 结果与分析

2.1 不同水肥组合辣椒产量、品质的差异性分析

由表1可知，不同水肥组合的辣椒产量和品质指标间均存在显著性差异，T1处理辣椒的叶面积和叶绿素含量均最高，分别为408.95 cm2和53.82 mg/g，其中叶面积显著高于T3—T6处理，叶绿素含量显著高于T4—T6处理。T4处理辣椒的茎粗、小区产量和可溶性蛋白含量均最大，分别为9.77 mm、39.06 kg和5.90%，其中茎粗显著高于T2、T6处理，小区产量显著高于T2、T3、T6处理，可溶性蛋白含量显著高于T6处理。T5处理辣椒的可溶性糖含量和VC含量均最高，分别为6.12 mg/kg和6.37 g/kg，其中可溶性糖含量显著高于其余处理，VC含量显著高于T1—T3处理。

表1 不同水肥组合辣椒产量和品质指标的差异性分析

2.2 辣椒产量、品质的主成分因子分析

对表1中的7个指标进行主成分分析，结果如表2所示，前2个主成分的特征值均大于1，分别为3.73和2.33，其方差贡献率分别为53.22%和33.31%，累积贡献率分别达到53.22%和86.53%，因此选取前2个主成分代表7个性状的综合表现。

表2 7个指标主成分分析的方差贡献率

由表3可知，第一主成分中载荷系数较高的有叶面积（0.937）、叶绿素含量（0.924）、可溶性糖含量（0.891）和VC含量（0.910）等4个指标，该主成分主要包括了品质相关指标，因此将该因子定义为品质因子。第二主成分中载荷系数较高的有茎粗（0.794）、小区产量（0.723）和可溶性蛋白含量（0.830），该主成分主要包括了产量相关指标（江波等[6]研究表明，可溶性蛋白含量与蔬菜产量呈显著正相关），因此定义为产量相关因子。第一主成分在茎粗和产量指标上的载荷系数为负值，分别为－0.104和－0.401，表明了品质因子与产量相关指标间呈负相关性。

表3 前2个主成分在辣椒各性状指标上的载荷系数

2.3 灰色关联度分析

对不同水肥组合的7个指标进行灰色关联度分析，结果如表4所示，T4处理的灰色综合评判值最高（0.872 0），其次为T5处理（0.800 8），这2个水肥组合的灰色综合评判值较为接近，综合表现良好；T1处理的灰色综合评判值为0.779 6，综合表现次之；T3处理的灰色综合评判值最低，为0.554 0，综合表现较差。

表4 辣椒不同水肥组合的灰色综合评判值

3 结论和讨论

水肥调控对辣椒生长发育以及产量品质的形成具有重要的作用。滴灌与肥料控制相结合的水肥耦合技术能够对辣椒的产量、品质指标以及商品性造成很大的影响[6]。本研究表明，不同水肥组合处理对温室大棚辣椒产量和品质表现具有显著影响。滴灌处理下，高肥处理表现出最高的小区产量（39.06 kg），中肥处理具有最高的可溶性糖含量（6.12 mg/kg）和VC含量（6.37 g/kg），说明滴灌处理在一定程度上提高了辣椒的水肥利用效率，这与高艳明等[3]的研究结果基本一致。

通过合理的水肥调控，协调温室大棚辣椒产量和品质间的关系，是设施辣椒研究的重要内容之一[2,5]。江波等[6]、杨红等[10]对水肥调控与设施蔬菜产量、品质的响应关系的研究发现，适宜的水肥调控措施可显著提高产量和品质；陈平等[11]、张芮等[12]发现灌溉调控在提高设施辣椒产量的同时，降低了可溶性固形物含量和VC含量等品质指标。本研究通过主成分分析将所测7个性状指标分别定义为品质因子和产量因子，品质因子在产量指标上的载荷系数为负值（－0.401），表明不同水肥条件下品质因子和产量之间呈负相关性，这与姚秋菊等[13]的研究结果一致。灰色关联度综合评价结果表明，滴灌—高肥和滴灌—中肥组合的灰色综合评判度较高，综合表现良好，说明滴灌与肥料调控相结合的水肥耦合技术对辣椒的产量和品质具有一定的促进作用。该方法避免了传统统计分析中要求数据服从特定理论分布的局限性，克服了依靠单一性状指标评价水肥组合整体表现的缺点[11]，能够为温室大棚辣椒水肥一体化技术的应用和节水、优质、高效灌溉模式的研究提供一定的理论参考和试验依据。