不同栽培措施对六盘山地区甘蓝高效生产的影响.pdf

第39 卷第13期2023年7月农业工程学报Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringVol.39No.13July 202389不同栽培措施对六盘山地区甘蓝高效生产的影响叶林1-2，穆晓国1，高虎，李海俊，高富成1，张莹1（1宁夏大学葡萄酒与园艺学院，银川7 50 0 2 1；2.宁夏设施园艺工程技术研究中心，银川7 50 0 2 1）摘要：六盘山地区甘蓝生产的高效栽培措施尚未明确，不利于甘蓝产业向高效化和标准化生产方式发展。该研究以“中甘15 为试验材料，以地膜光照透过率、起垄高度及移栽苗龄为试验因素，进行了3因素3水平二次回归正交试验，分析了不同因素对土壤综合环境指数和甘蓝产量的影响。结果表明：地膜光照透过率和移栽苗龄交互作用对土壤环境综合指数的影响显著（P0.05），其他因素交互影响不显著。起垄高度与地膜光照透过率、地膜光照透过率和移栽苗龄交互作用对产量影响显著（P0.05）。经响应曲面分析及多目标优化，当起垄高度为30 cm、地膜光照透过率为8 0%、苗龄为39d时，土壤环境综合指数和甘蓝产量最优，土壤环境综合指数为7.7 9，甘蓝产量为8 6.51t/hm。研究结果可为有效改善土壤环境、提高甘蓝产量、促进甘蓝产业标准化和机械高效化发展提供参考。关键词：土壤；理化性质；甘蓝；地膜；起垄；苗龄；产量doi:10.11975/j.issn.1002-6819.202305094中图分类号：S513；S2 7 4叶林，穆晓国，高虎，等.不同栽培措施对六盘山地区甘蓝高效生产的影响 J.农业工程学报，2 0 2 3，39(13）：8 9-95.doi:10.11975/j.issn.1002-6819.202305094YE Lin,MU Xiaoguo,GAO Hu,et al.Optimization study on the different cultivation measures for the efficient production ofcabbage in Liupanshan of Ningxia Region in ChinaJJ.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2023,39(13):89-95.(in Chinese with English abstract)doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2023050944 http:/www.tcsae.org0 引 言甘蓝是中国蔬菜重要的组成部分，在蔬菜供应与出口贸易中占有重要地位，甘蓝栽培面积广，各栽培区特色鲜明。宁夏六盘山地区具有独特的冷?气候条件，产出的蔬菜口感好、品质高，已形成特色鲜明、品牌知名度高的“六盘山”冷?蔬菜产业 2 。但当地甘蓝种植农机农艺融合程度低，没有明确的栽培标准，滞缓甘蓝产业标准化与规模化发展。有研究表明，起垄高度、覆盖材料等因素均会影响根区温度，进而影响作物产量 3-4。在马铃薯的不同覆膜以及起垄高度栽培中发现，覆白色地膜马铃薯的产量要高于黑色地膜，同时，当垄高为2 5cm时，产量最高 5-6 。黄瓜起2 0 和40 cm栽培条件下，产量均明显比平地提高15%左右 7 ，甜椒不同起垄栽培试验发现高垄还有助于地上部生物量的积累，甜椒在垄高为15cm时产量最高 8-9。由此可以说明，起垄可以促进作物增产，起高度还需根据作物类型进行调整。此外，影响作物生长环境的因素还有地膜透光强弱，不同透光率的地膜对收稿日期：2 0 2 3-0 5-13修订日期：2 0 2 3-0 6-2 7基金项目：国家重点研发计划项目（2 0 2 1YFD1600300）；宁夏回族自治区重点研发计划项目（2 0 2 1BBF02006）；宁夏回族自治区重点研发计划项目引才专项（2 0 2 1BEB04064）：宁夏高等学校一流学科建设（NXYLXK2017B03)作者简介：叶林，博士，教授，研究方向为设施园艺及蔬菜逆境生理生态等。Email:文献标志码：A4http:/www.tcsae.org文章编号：10 0 2-6 8 19(2 0 2 3)-13-0 0 8 9-0 7覆膜作物产量也会产生较大影响。其中透光率最高的为白色地膜，其次是套色膜，黑膜透光率最低。黑、白地膜在生产中应用最广，从相关研究报道来看，不同作物应用地膜的生产效果存在差异，草莓和油菜白膜覆盖作物的产量较高 10-11，玉米和甘薯等作物应用黑膜的增产效果比较明显 12-13。在起垄和覆膜这两种农艺措施的研究中，甘蓝的栽培垄高一般为0、12、15、2 0、30 cml1416,甘蓝以及其他蔬菜覆膜种类主要为黑、白聚乙烯地膜 17-18 1，但覆盖白膜存在杂草长势旺盛的问题，而黑白双色膜有很好的抑草作用，同时不影响作物产量 19，目前在蔬菜上的应用较少，展开该膜的相关研究很有必要性。幼苗移栽作为生产最为关键的环节，其大小及长势强弱将会影响移栽成活率以及机械移栽效率。甘蓝移栽苗龄一般在30 40 d20-21，同样针对机械移栽甘蓝幼苗大小的研究中，32 44d的甘蓝苗龄能适应高度机械化作业，并保证移栽的成活率，因此，苗子株型在移栽机栽植器投喂范围内均可行 2 2 。移栽幼苗太小容易覆土太松或太深，导致缓苗时间久、长势弱甚至死苗，移栽太晚，根系容易老化，也会导致缓苗时间长长势弱的问题。所以，明确适宜的甘蓝幼苗移栽苗龄，将有利于农机农艺的高效融合。为了实现六盘山地区甘蓝农机农艺融合高效生产的目标，本试验基于以上分析，对不同栽培措施对甘蓝生长土壤综合环境以及甘蓝产量的影响进行研究，以明确适宜六盘山地区农机农艺高度融合的甘蓝栽培措施。901材料与方法1.1 试验材料试验于2 0 2 2 年5月在宁夏固原市西吉县黄家川村冷?蔬菜基地进行。供试甘蓝品种为中甘15；以起垄高度、地膜光照透光率和移栽苗龄为试验因素。各处理重复3次，18 个小区，小区面积为30 m（1m 30 m），各小区随机排列。试验田以30 0 kg/hm三元复合肥作为底肥，垄宽设置为6 0 cm，株、行距分别为30、40 cm，采用覆膜及滴灌的栽培模式。在甘蓝莲座期及结球期由水肥一体机分别施入高氮型水溶肥7 5和150 kg/hm，灌水等其他管理一致，7 月2 4日进行甘蓝采收。本试验所使用起垄覆膜机型号为YSLM-60（无锡悦田农业机械科技有限公司），移栽机型号为2 ZB-4（宝鸡市鼎铎机械有限公司）。1.2试验设计已有研究表明适合机械移栽甘蓝的垄高在0 30 cm范围内 14-16 。在宁夏及气候条件相似的甘肃地区甘蓝栽培中，平产量最高，其次是15cm垄高 2 3-2 6 ，同时经过对西吉甘蓝种植制度的调研，当地起垄高度错杂，绝大多数的垄高在15cm左右，因此，选取15cm作为响应曲面试验中起垄高度的中心点。适合机械移栽的甘蓝幼苗在30 44 d苗龄 2 2.2 7-2 9,但是对于甘蓝生长发育情况的优劣少有报道。潘永飞等 2 9 研究表明，移栽苗龄为30 d的甘蓝产量最高，其次是40 d。西吉当地甘蓝幼苗一般在35d左右开始移栽，因此，选取35d的苗龄作为响应曲面中移栽苗龄的中心点。胡立军等 30 在甘蓝覆膜研究中表明，覆盖相同厚度白色透明地膜的甘蓝产量最高，其次是白色降解地膜。测得白色地膜光照透过率为8 0.15%，渗水膜光照透过率为9.8 9%，套色膜黑、白比例为1:1，视白色透明地膜与黑色渗水地膜光照透过率之和的平均值为套色膜光照透过率45.0 2%，地膜厚度均为0.0 1mm，光照透过率取整，因此本试验中以光照透过率为45%为响应曲面试验中光照透过率的中心点。本试验采用3因素3水平设计方法（表1），设置3个起垒高度：0、15、30 cm；3种地膜光照透过率：10%、45%、8 0%；3个幼苗移栽苗龄：30、35、40 d。利用Design-Expert软件的Box-Behnken试验原理设计了 17 组试验。水平起垄高度LevelRidge height/cm Light transmittance/%Transplanting seedling age/d-10015130农业工程学报（http:/www.tcsae.org）1.3试验指标1.3.1土壤理化性质及土壤环境综合指数地膜光照透过率和起垄高度对土壤温度有直接调节作用，并间接影响土壤化学性质。因此，本试验需测定土壤理化性质，其中土壤温度使用RC-4型地温计对实时温度进行记录，每个处理布置置3个测温点，最终对各测温点数据进行平均值计算；使用环刀对土壤取样，通过烘干前后的干鲜重计算土壤含水量，参考张芳等 31试验中的方法测定土壤速效氮、速效钾、速效磷、全氮以及有机质含量，各处理做9 次重复，并最终取各指标的平均值，作为土壤环境综合指数计算的环境因子。土壤环境综合指数S为 32(1)式中n=-1,2，,7，Xi X,分别为土壤温度、含水量，速效氮、速效钾、速效磷、全氮及有机质含量指标实测值；XX,为不同处理的同类土壤温度、含水量，速效氮、速效钾、速效磷、全氮及有机质指标的平均值。1.3.2甘蓝产量各处理剔除外观形态最大和最小的甘蓝，选取9株大小适中的甘蓝，使用精度0.1g的天平进行称量，9株甘蓝质量总和除以株数，得到每株甘蓝平均质量。根据每公顷栽培甘蓝株数与甘蓝平均质量的乘积，得出每公顷甘蓝产量。1.4数据处理采用Excel2010整理数据，采用Design-Expert8.0.6Trial进行响应曲面分析。2结果与分析2.1模型构建对表2 不同处理土壤温度、土壤含水量及速效钾等指标进行土壤环境因子综合指标计算，运用Design-Expert软件进行多元拟合与回归分析。利用Design-Expert软件对表3土壤环境综合指标及产量进行拟合与回归分析，得到与起垄高度、地膜光照透过率以及甘蓝幼苗移栽苗龄之间的响应回归模型分别为S=6.65+0.33A+0.013B+0.14C+0.10AB+0.12AC-0.31BC+0.28A+0.33B-0.29C2Y=72.14-1.49A-0.68B+19.4C-4.09AB+表1试验因素编码2.03AC-2.27BC+2.38A+6.20B2 4.50C2Table 1 Test factor codes光照透过率8045102023年(2)(3)移栽苗龄2.2回归分析为了进一步判定模型的拟合准确度及各因素对甘蓝30土壤环境综合指数的影响主次顺序，利用Design35Expert8.0.6软件对表3土壤环境综合指数进行方差分析40和三元二次回归分析。第13期ABCTemperature/-1-1-1-100-1110-110 0001-11-1-11001111-11101001011注：A、B、C 分别为起垄高度、地膜光照透过率、移栽苗龄的水平值，-1、0、1分别为起垄高度、地膜透光率、移栽苗龄的水平值。下同。Note:A,B,and C are the horizontal values of the ridge height,mulch light transmittance,and transplanting seedling,respectively,-1,O,and I are the horizontal values of theridge height,mulch light transmittance,and transplanting seedling,respectively.The same below.表3不同处理的甘蓝产量与土壤环境综合指数结果Table 3 Experimental results on cabbage yield and total indicatorsof soil environment for different treatment试验编号ABCTest No.Yield Y/(t-hm)Combined soil environment indicators S1-1-1-120003-100400050006-11170-11801-19000101-1-1110001210013111141-111510 11600117011如表4所示，该模型的决定系数为0.90，且模型显著性检验中，F=6.9，P 0.1，为不显著，说明该模型拟合精度高，能够准确反映土壤环境综合指数与起垄高度、地膜透光率、移栽苗龄之间的关系，可用于土壤环境综合指标的预测分析。对甘蓝产量进行方差分析及回归分析得出，回归模型的决定系数为0.91，且显著性检验值F=8.26，P0.01，有极显著差异；通过失拟性检验可以表明，F=1.23，P=0.41，不具有显著性，因此该模型与实际结果有极高的拟合精度，能够准确反应甘蓝产量与起垄高度、地膜光照透过率、移栽苗龄之间的关系以及甘蓝产量的叶林等：不同栽培措施对六盘山地区甘蓝高效生产的影响表2 不同处理土壤环境因子及综合指数Table 2Soil environmental factors and combined indicators for different treatment温度土壤含水量Soil water content/%20.6010.0019.409.4019.609.8020.709.3019.408.9020.109.1021.007.7019.909.5020.908.1020.409.4019.708.7019.709.8019.008.40产量土壤环境综合指数71.896.2873.476.6175.856.9473.476.6173.476.6179.136.0478.117.0873.476.8871.866.6173.476.7469.596.6172.017.1273.097.4686.357.8371.267.1270.826.6371.036.6991速效钾速效磷Avail K/(mg:kgl)Olsen P/(mg:kg l)55.1017.1556.1023.6460.3845.8965.5817.2963.0226.0864.3429.4357.7422.6059.0628.9156.4331.0755.1126.3156.4325.3460.3819.7364.3420.47预测和分析。Table 4 Analysis of variance for overall soil environment指标PIndexSourceSum of square模型2.58A0.68B0.00C0.12AB0.02AC0.02土壤环境BC综合指数A2Total indicators ofB2soil environmentC残差失拟项误差总和调整R2模型ABCABACBC产量A2YieldB2C残差失拟项误差总和调整R2注：*表示差异极显著(P0.01)；*表示差异显著(P0.05)Note:*indicates a highly significant variance(P 0.01);*indicates a significantvariance(P0.05)速效氮Alkali N/(mg:kg)13.0719.6025.2029.3316.8118.6724.2721.4718.6726.1319.6219.6720.53表4方差分析indicators自由度来源平方和Degree offreedom9111110.3710.1710.1510.1010.2970.2930.0042.87160.90237.9213.472.6821.4324.046.2019.7712.4152.0824.3122.3910.7611.63260.300.91有机质Organic matter/(g:kg l)8.7412.4211.1910.7611.059.1711.4112.4318.2118.6414.5910.6911.5616全氮Tottal N/(g:kgl)0.740.680.520.590.540.610.550.560.610.640.680.590.62F6.900.009*16.260.005*0.0230.882.790.140.370.560.540.498.910.02*4.030.083.640.102.340.172.240.2798.260.006*14.2110.8416.7017.5211.9416.1813.88116.280.005*17.607340.080.390.04*0.03*0.210.04*0.090.03*1.230.41922.3叫响应面分析2.3.1土壤环境总体指数与各因素响应曲面分析通过Design-Expert软件分析了不同因素交互作用对土壤环境上的影响，其中地膜光照透过率和移栽苗龄交互作用对土壤环境综合指数的影响显著，起垄高度和苗龄、起垄高度和地膜光照透过率的交互作用对土壤环境综合指数影响不显著（表4）。图1为地膜光照透过率和移栽苗龄对土壤环境综合指数交互影响的响应曲面，当地膜光照透过率处于高透过率、苗龄越大，土壤环境综合指数越高。主要原因在于，当地膜光照透过率较高时，土壤吸收的热量增加，可以适宜的提高土壤温度，这有利于养分的有效转化 33。8.06.0-1Transplanted seedlingage移栽苗岭农业工程学报（http:/www.tcsae.org)效性增加 38 。2.4参数优化依据模型分析效果，利用Design-Expert软件对参数进行优化，为提高甘蓝生长环境质量，应在保证土壤环境综合指数最优的同时，甘蓝产量达到最大。根据拟合的模型以及回归方程对变量区间进行计算，求得优化后各因素优参数为：起垄高度为30 cm、地膜光照透过率为8 0%、苗龄为39d，此时土壤环境综合指数和甘蓝产量表现最佳，分别为7.7 9和8 6.51t/hm。3验证试验通过响应回归模型构建对甘蓝栽培制度优化，得出0了起垄高度、地膜光照透过率以及苗龄最优参数，于01-1光照透过率2023年而本研究发现，覆盖白色地膜的3个梯度垄高土壤养分含量较高，3种不同覆膜土壤养分含量有着共同的变化特征，即随着起垄高度增加，同类膜下土壤养分含量增加。其原因一方面可能在于起垄高度和不同地膜改善了土壤水热条件，形成的土壤水分梯度使得养分在土壤表层聚集 3，另一方面可能是水热条件的改变使得养分有2022年12 月15日在宁夏大学北校区日光温室进行了验Ligtransmitance图1交互作用对土壤环境综合指数的影响Fig.1 Response surface of interaction effect on the combined soilenvironment indicators2.3.2甘蓝产量与各因素响应曲面分析通过Design-Expert软件分析了不同因素交互作用对甘蓝产量的影响，其中起垄高度与地膜光照透过率交互作用、地膜光照透过率和移栽苗龄交互作用对产量的影响显著，起垄高度和苗龄的交互作用对甘蓝产量影响不显著（表4）。图2 为地膜光照透过率和起垄高度对甘蓝产量交互影响的响应曲面，当起垄高度越低、地膜光照透过率越低（图2 a），或起垄高度越高、地膜光照透过率越高时（图2 b），甘蓝产量呈增加趋势。起高度增加可以提高甘蓝产量，这与前人在甜椒 9、黄瓜 34、大豆 35 上的研究结果相似。-1一1起度0Rise heighta.Y-f(A,B,0)图2 交互作用对产量影响的响应曲面Fig.2Response surface of interaction effect on yield其主要原因可能是起垄高度、地膜光照透过率对土壤环境造成改变，改善田间小气候而导致甘蓝产量产生差异 9。杨封科等 36 研究指出，不同垄高覆盖黑色地膜土壤中的养分含量均比矮垄覆盖白色地膜土壤养分含量高，证试验。以甘蓝产量最高的试验编号为6 和14的处理组合分别为对照1（CK1）与对照2（CK2），与优化后的试验组合（T1）进行产量比较。通过验证试验，由表5可知，优化后的栽培制度组合T1甘蓝产量较CK1高3.1%，具有显著差异，与CK2无显著差异，其原因在于两个处理组合的起垄高度、地膜光照透过率一致，苗龄接近。这将为六盘山地区甘蓝种植制度提供参考依据，加强农机农艺融合，加速甘蓝产业向标准化发展。表5不同处理组合对甘蓝产量的影响Table 5 Effect of different treatment combinations on cabbageyield起垄高度光照透过率处理RidgeTreatmentsheight/cmCK10CK230T130注：不同列不同小写字母表示显著性差异。Note:Different lowercase letters in different columns indicate significant variance.4 结 论通过调整甘蓝栽培垄高、地膜光照透过率和移栽苗0Light transmitanceLightrasmitanceb.Y-f(O,B,C)移栽苗龄LightTransplantingtransmittance/%seedling ageld104080408039龄不同栽培措施，能有效改善土壤结构，提高土壤环境综合指数，甘蓝产量明显增加。通过响应曲面法优化得Transplanted seling age到的甘蓝最佳栽培措施为：起垄高度30 cm、地膜光照透过率为8 0%，移栽苗龄在39 d。参考文献1任雪松，宋洪元，司军，等.甘蓝新品种西园16 号 J.园艺学报，2 0 16，43(6)：12 13-12 14.REN Xuesong,SONG Hongyuan,SI Jun,et al.A new cabbagecultivar Xiyuan 16.J.Acta Horticulturae Sinica,2016,产量Yield/(t:hm)67.141.85 b69.071.27 a69.231.59 a第13期43(6):1213-1214.(in Chinese with English abstract)2】孙晓一，汤青，徐勇，等.宁南山区特色农业发展模式探讨 J.水土保持研究，2 0 13，2 0(2)：18 1-18 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