施氮量对川西高原地区棒菜主要农艺性状的影响

孔垂豹，冉茂林，杨 峰，雍晓平，冉 科，李晓梅*

（1.四川省农业科学院 水稻高粱研究所（四川省农业科学院德阳分院），四川 德阳 618000；2. 四川省农业科学院 蔬菜种质与品种创新四川省重点实验室，四川 成都 610066）

棒菜（Brassica junceavar.crassicaulisChen et Yang）又名笋子芥、笋子青菜等，属于十字花科芸薹属草本植物［1-2］，是三大茎用芥菜（笋子芥、茎瘤芥和抱子芥）之一［3］。川西高原位于四川省西部，是青藏高原东南部的主要部分，境内海拔高，地势起伏大，属于青藏高原山地气候［4-5］。川西高原地区得益于独特的山地气候类型，经过30 a的发展，已经成为四川省高山蔬菜的发源地和主要优势区［6］。凭借川西高原地区棒菜优良的产品品质以及上市期正好填补平原地区市场的空档，当地棒菜的收购价格基本在3～4元/kg，产值超过15万元/hm2，棒菜产业逐渐成为川西地区农民脱贫致富的重要依靠［2,7］。氮肥是影响作物生长发育和产量形成的重要因素之一［8］。在棒菜的生产过程中，人们为了追求作物高产往往会过量施用氮肥，这不仅会提高成本和造成资源的浪费，也在一定程度上导致了作物减产和环境污染［9-10］。因此，适宜的施氮量对川西高原地区棒菜产业的可持续健康发展具有重要意义。

为研究不同施氮量对莴苣产量及品质的影响，夏彦辉等［11］以美国大速生莴苣为试验材料，分析不同施氮水平下莴苣的品质和产量指标，研究结果表明，随着施氮量的增加，莴苣产量及可溶性糖含量、维生素C等均呈现先上升后下降的趋势，莴苣高产优质的尿素施用量为20 g/m2；为解决茎瘤芥合理施氮肥的问题，探究施氮量对茎瘤芥品质和产量的影响；肖波等［12］以涪杂8号为试验材料并设置了7个施氮水平，研究结果表明，随着施氮量的增加，茎瘤芥产量呈现先增加后下降的趋势，且施氮量对茎瘤芥株高、菜形指数、茎叶比、皮筋率等均达到显著水平；高洋帅［13］的研究结果表明，随着施氮量的增加，芥菜产量呈先增加后下降的趋势，其中施氮量为20.96 kg/667 m2的芥菜产量最高。综上分析，目前关于不同施氮量对蔬菜产量以及氮素吸收相关农艺性状发生规律的研究较少，对于川西高原地区棒菜生长最适施氮水平的研究也尚不清楚。因此，本研究通过设置不同的施氮水平，探讨不同施氮量对川西高原地区棒菜主要农艺性状的影响，以期为促进该地区棒菜的高产、高效栽培提供指导依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县古尔沟镇大沟村（102°55′55″E，31°33′48″N)，该地区平均海拔高度为2500 m，年平均气温8.2 ℃，无霜期162 d，年平均日照时数1700 h，是川西高原地区传统的蔬菜种植区。试验地前茬作物为莴笋，土壤的理化性状为：pH值7.8，有机质含量28.80 g/kg，全氮含量0.077%，全磷含量为1.28 g/kg，全钾含量20.30 g/kg，水解性氮含量119.20 mg/kg，有效磷含量53.10 mg/kg，速效钾含量为288.00 mg/kg。

1.2 试验材料

试验品种为金田棒菜，由当地蔬菜种植大户提供。供试肥料包括尿素（N有效含量≥46%）、过磷酸钙（P2O5≥12%）和硫酸钾（K2O≥50%），上述3种肥料均通过市场购买获得。

1.3 试验设计

试验共设置4个不同施氮水平，分别为N0：0 kg/hm2；N150：150 kg/hm2；N210：210 kg/hm2；N270：270 kg/hm2。每个处理3次重复，共计12个小区，每个小区20 m2，各个小区分别施P2O575 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2。氮肥底肥与追肥比例为1∶1，磷钾肥做底肥一次性施入。试验于2022年7月下旬开始播种，播种前施入底肥并随均匀深翻土壤，于生长期65 d进行一次追肥，各处理的田间栽培技术管理按照当地种植技术进行。

1.4 性状指标测定方法

于采收期在每个小区随机选取10株代表性植株进行主要农艺经济性状的测定，具体指标包括：棒菜的叶片SPAD值、株高、叶片数、食用茎长、食用茎粗、单株质量、鲜叶质量、肉质茎质量、茎叶比和抽薹率。各指标结果以平均值±标准误表示。

各小区分别选择4株具有代表性的棒菜带回试验室，按照叶、叶柄、肉质茎分开并剪碎，在80 ℃鼓风干燥箱中烘15 min，降温至60 ℃烘干至恒重，使用自动定氮仪法（NY/T 2419-2013）对棒菜不同部位的全氮含量进行测定。

1.5 数据处理与分析

统计分析方法依照盖钧镒［14］的方法进行，使用DPS 7.05软件对数据进行多重比较（LSD）。使用SPSS 27软件、SPSSPRO在线工具（https://www.spsspro.com）和SPSSAU在线工具（https://spssau.com）对各性状指标进行相关性分析、灰色关联度分析以及主成分分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对棒菜主要农艺性状的影响

由表1可知，随着施氮量的增加，棒菜的株高、肉质茎粗、单株质量、鲜叶质量、肉质茎质量和叶片SPAD值均呈增加趋势，其中株高、肉质茎粗、单株质量、肉质茎质量和叶片SPAD值等5个指标的增量逐渐趋缓，各处理相较于前一处理的具体增量情况分别为：株高（7.49、3.13、-1.13 cm）、肉质茎粗（9.47、3.60、0.45 mm）、单株质量（391.96、173.84、10.51 g）、肉质茎质量（129.60、31.23、5.73 g）、叶片SPAD值（3.48、-0.22、1.18）。鲜叶质量在不同施氮量下的增量较为稳定，分别为278.48、142.60、147.83 g。综上，增加施氮量有助于提高棒菜的株高、肉质茎粗、单株质量、鲜叶质量、肉质茎质量和叶片SPAD值，其中仅鲜叶质量指标能够持续稳定地增长。

表1 不同施氮量对棒菜6个农艺指标的影响

由表2可知，随着施氮量的增加，棒菜的叶片数、肉质茎长、茎叶比和抽薹率均呈下降趋势，其中在抽薹率同为最低值（8.33%）的情况下，N210处理的棒菜肉质茎长高于N270处理，并且茎叶比也显著高于N270处理，但N210、N270处理下棒菜的叶片数差异不大。综上，相较于其他处理，N210处理的棒菜抽薹率最低，其肉质茎长和茎叶比均较高。

表2 不同施氮量对棒菜4个农艺指标的影响

由表3可知，随着施氮量的增加，叶片的全氮含量呈增加趋势，并在N210处理下趋于饱和，肉质茎和叶柄的全氮含量均呈现出先增后降的变化趋势，且均在N210处理达到峰值。这说明N210处理最有利于棒菜对氮素的吸收和积累。

表3 不同施氮量对棒菜不同部位氮含量的影响 g/kg

2.2 灰色关联度分析

由表4可知，与施氮量灰色关联度最高的性状是鲜叶质量，关联度为0.810，灰色关联度最低的性状是抽薹率，为0.562。各性状与施氮量的灰色关联度大小排序依次为：鲜叶质量＞单株质量＞肉质茎粗＞肉质茎质量＞株高＞叶片SPAD值＞叶片数＞肉质茎长＞茎叶比＞抽薹率。这表明施氮量的增加主要促进了棒菜鲜叶质量、单株质量、肉质茎粗、肉质茎质量、株高、叶片SPAD值等指标的增加，进而提高了棒菜的产量。

由表5可知，与施氮量灰色关联度最高的是叶柄氮含量（0.655），其次是肉质茎氮含量（0.582），与施氮量的灰色关联度最低为叶片氮含量（0.575）。这表明施氮量对棒菜不同部位氮素积累的影响程度不同，施氮量的增加对棒菜叶柄氮含量的影响最大，其次为肉质茎氮含量，对叶片氮含量的影响程度最小。

表5 棒菜不同部位氮含量与施氮量的灰色关联系数及灰色关联度

2.3 相关性分析

对叶片SPAD值（X1）、株高（X2）、叶片数（X3）、肉质茎长（X4）、肉质茎粗（X5）、鲜叶质量（X6）、茎叶比（X7）、抽薹率（X8）、单株质量（X9）、肉质茎质量（X10）、叶片氮含量（X11）、肉质茎氮含量（X12）、叶柄氮含量（X13）和施氮量（X14）等14个性状指标进行双因素相关性分析，结果见表6。由表6可知，施氮量与叶片SPAD值、株高、肉质茎粗、鲜叶质量、单株质量、肉质茎质量、肉质氢氮含量、叶柄氮含量均呈极显著正相关，相关系数分别为0.84、0.80、0.90、0.95、0.92、0.90、0.87、0.73；施氮量与叶片数、茎叶比和抽薹率呈极显著负相关，相关系数分别为-0.74、-0.75、-0.92；与肉质茎长呈显著负相关，相关系数为-0.65。这表明鲜叶质量、单株质量、肉质茎粗、肉质茎质量、叶片SPAD值、株高和抽薹率等性状与施氮量的关系较为紧密，施氮量的增加能够有效促进棒菜鲜叶质量、单株质量、肉质茎粗、肉质茎质量、肉质氢氮含量、叶柄氮含量、叶片SPAD值和株高等指标的极显著提高和抽薹率的极显著降低。

表6 棒菜主要农艺性状与施氮量的相关系数

2.4 棒菜主要农艺性状与施氮量的主成分分析

选取棒菜叶片氮含量、肉质茎氮含量、叶柄氮含量、肉质茎质量以及施氮量等与氮素吸收利用相关的5个指标与不同施氮处理进行主成分分析。在进行主成分分析前，对5个指标进行Kaiser-Meyer-Olkin（KMO）和Bartlett球形检验度检验，其中KMO度量值为0.619，Bartlett球形检验度检验Sig.为0。当KMO值大于0.6，且P值小于0.05时，说明各指标具有较强的关联性，可以进行主成分分析［15］。

经过主成分分析得到2个主成分的特征根、贡献率和累积贡献率（表7），其中第1主成分（PC1）的特征根为4.144，贡献率为82.873%，第2主成分（PC2）的特征根为0.549，贡献率为10.985%，2个主成分的累积贡献率达到93.857%，基本能够反映全部指标包含的信息［16-18］。

表7 主成分分析的载荷系数、特征根和贡献率

对5个性状指标进行标准化处理，因此主成分1得分（F1）、主成分2得分（F2）以及综合得分（F）的计算模型分别为：

F1=0.459×叶片氮含量+0.489×肉质茎氮含量+0.408×叶柄氮含量+0.430×肉质茎质量-0.447×施氮量

F2=0.327×叶片氮含量-0.117×肉质茎氮含量+0.706×叶柄氮含量-0.467×肉质茎质量+0.403×施氮量

根据主成分线性组合系数计算2个主成分的得分，再依据2个主成分的贡献率以及累计贡献率计算各处理的综合得分（表8），其中N210处理的综合得分最高（1.695分），其次是N270处理(0.654分），排名第三为N150处理（0.177分），N0处理的综合得分最低（-2.526分）。

表8 不同施氮量下棒菜主要农艺性状的综合评价 分

3 讨论

氮素对作物生长和产量的形成至关重要［19］。适量的氮肥施用对作物生长和产量的形成具有积极作用，但氮肥不足或者过量施用可能会抑制作物的生长［20］。大量研究表明，氮肥的不合理施用直接作用于作物的各项农艺经济指标，并最终影响到作物的产量。例如，氮肥供应量过低会导致小麦开花后期的光合能力下降，不利于小麦产量的形成［21］。陈伟等［22］研究表明，过量的氮肥虽然能够促进水稻有效穗数的增加，但每穗总粒数、结实率、千粒质量却显著降低，从而导致产量下降，曾彩霞等［23-24］在大白菜的研究上也得出了相似的结论。本研究中，施氮量的增加一方面可促进株高、肉质茎粗、单株质量、鲜叶质量、肉质茎质量和叶片SPAD值的增加，另一方面可导致叶片数、肉质茎长、茎叶比和抽薹率的降低。当施氮量从210 kg/hm2增加到270 kg/hm2时，株高、肉质茎粗、单株质量、肉质茎质量和叶片SPAD值等指标不再显著增加；在抽薹率均为最低值情况下，N210处理的肉质茎长要高于N270处理，N210处理的茎叶比要显著高于N270。综上所述，棒菜的最适施氮水平为210 kg/hm2，研究结果与厍润祥等［25-26］研究结果相似。

孙亮等［27］的研究表明，施氮量对甜高粱的株高、茎粗、叶片数、节数、单株产量和单位面积鲜干草产量有显著影响；王海洋等［28］的研究表明，增施氮肥能够显著增加棉花单株成铃数和产量，同时降低棉花的霜前花率；增施氮肥还可促进燕麦营养生长，其中燕麦株高、茎粗均显著增加［29-30］。在本研究中，通过各指标与施氮量的灰色关联度分析和相关性分析可知，施氮量对鲜叶质量、单株质量、肉质茎粗、肉质茎质量、株高、叶片SPAD值等性状的影响较大，施氮量对棒菜各指标的直接作用程度大小为：鲜叶质量＞单株质量＞肉质茎粗＞肉质茎质量＞株高＞叶片SPAD值。其中单株质量、肉质茎粗、肉质茎质量、株高是直接影响棒菜产量的重要因素，而叶片是植物进行光合作用、制造有机物的主要器官，叶片SPAD值则直接影响到植物光合作用速率［31-32］，因此，鲜叶质量和叶片SPAD值对肉质茎质量的提高具有重要作用。

适宜的施氮量有利于植物地上部的生长和对氮素的积累［33］，施氮量的增加可以促进地上部植株［34］和叶片［35-37］氮含量的提高。本研究中，随着施氮量的增加，棒菜肉质茎和叶柄的氮含量均表现出先增后降的趋势，而叶片氮含量的增速逐渐趋缓，这与前人的研究结果一致［38-39］。此外，灰色关联度分析和相关性分析的结果表明，施氮量对棒菜不同部位氮含量的直接作用程度大小为：叶柄氮含量＞肉质茎氮含量＞叶片氮含量。

近年来，多元统计学方法已广泛应用于作物优异品种筛选［40-42］、适应性评价［43-44］和高效施肥［15,18］等领域。主成分分析是一种无量纲化处理的统计分析方法，其将分散的多组变量信息简化概括于某几个综合指标，以实现维数降低的目的［45］。本研究选取棒菜叶片氮含量、肉质茎氮含量、叶柄氮含量、肉质茎质量以及施氮量等与氮素吸收利用相关的5个指标与不同施氮处理进行主成分分析，提取出累积贡献率达到93.857%的2个主成分，并根据得分系数得到主成分因子模型和综合得分模型，通过综合分析确定N210处理的综合得分最高。因此，棒菜的最适施氮水平为210 kg/hm2。

4 结论

施氮量的增加会促进棒菜株高、肉质茎粗、单株质量、鲜叶质量、肉质茎质量和叶片SPAD值的提高以及叶片数、肉质茎长、茎叶比和抽薹率的降低。施氮量对棒菜的鲜叶质量、单株质量、肉质茎粗、肉质茎质量、株高、叶片SPAD值等性状的影响较大。综合对比不同施氮量对棒菜主要农艺性状的影响，得出川西高原地区棒菜的最适施氮量为210 kg/hm2。