不同肥料配施方案對蕎麥品質影響

徐松鶴　任琴　曹興明　郭宏杰　劉拴成

摘要：為提高蕎麥（Fagopyrum esculentum）子粒的口感和品質，采用4因素5水平二次正交旋轉組合設計方案進行施肥，分別建立N肥、P肥、K肥和有機肥與蕎麥子粒中可溶性糖和蛋白質的4元2次回歸方程。通過回歸方程分析得出，適當增施P肥，同時N肥和有機肥比例為1∶140時，可以提高蕎麥種子中蛋白質和可溶性糖的含量。通過計算機模擬方程，蕎麥種子中可溶性糖含量和蛋白質含量都較高的最優施肥方案是：N 35.69～38.74 kg/667m2，P2O5 4.63～4.76 kg/667m2，K2O 16.64～18.07 kg/667m2，有機肥 5 106.00～5 367.60 kg/667m2。氮肥、磷肥、鉀肥和有機肥的最優施肥比例約為8∶1∶4∶1∶1 114。

關鍵詞：蕎麥；施肥；可溶性糖；蛋白質

中圖分類號：S14-3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）24-6207-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.24.027

Abstract： To improve the taste and quality of buckwheat seeds，fertilization was performed according to quadratic orthogonal rotation design of four factors and five levels. The regression equations between nitrogen fertilizer， phosphate fertilizer， potash fertilizer and organic fertilizer soluble sugar content and protein content of buckwheat seeds were established. According to regression equations， appropriate increasing of phosphate fertilizer while the ratio nitrogen fertilizer and organic fertilizer keeps 1∶140 can increase the content of buckwheat seed protein and soluble sugar. By computer simulation optimization， the optimal fertilization program of buckwheat seeds to keep high content of soluble sugar content and protein content are N 35.69～38.74 kg/667m2， P2O5 4.63～4.76 kg/667m2， K2O 16.635～18.065 kg/667m2， organic fertilizer 5 106.00～5 367.60 kg/667m2. The optimal ratio of nitrogen fertilizer， phosphate fertilizer， potash fertilizer and organic fertilizer is about 8∶1∶4∶1 114.

Key words： buckwheat； fertilizer； soluble sugar； protein.

蕎麥（Fagopyrum esculentum）屬蓼科蕎麥屬，廣泛種植于中國東北、華北和西南等一些高寒地區和少數民族聚居區，具有降糖、降壓、降血脂及抗氧化等保健功效，是一種重要的糧食和經濟作物[1，2]。

內蒙古自治區的蕎麥主要種植于中西部的丘陵山地等地區，其種植面積、產量、出口量均居全國第一[3]。隨著蕎麥食品的開發利用，內蒙古烏蘭察布地區已有多家企業進行蕎麥深加工食品的研發[4]，其中總糖和蛋白質含量是影響蕎麥食品口感和品質的重要指標[5]。研究表明，適當早播有利于蕎麥蛋白質及其組分含量的增加[6]，而播期也顯著影響蕎麥子粒中可溶性糖的含量，邢鳳麗[7]研究發現蕎麥子粒中可溶性糖會隨著播期的推遲而增加。文平[8]在其研究中發現N、P、K配施會顯著增加蕎麥子粒中總蛋白及各組分含量。以上研究均集中于播期和無機肥料的影響，而有機肥料和無機肥料配施對蕎麥子粒中蛋白質和可溶性糖含量的綜合影響未見報道。本研究利用二次正交旋轉組合設計將N、P、K與有機肥混合配施，綜合測定蕎麥子粒中可溶性糖和蛋白質含量變化，旨在為生產口感佳、營養高、品質優的蕎麥產品提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

蕎麥種子為烏蘭察布地區常用的栽培品種西農9920，由內蒙古農業科學院提供。試驗無機肥料為尿素、磷酸氫二銨、硫酸鉀，腐熟羊糞作為有機肥。

1.2 試驗方法

采用4因素5水平二次正交旋轉組合設計[9]，分N、P2O5、K2O和有機肥4個因素，分別記為N，P，K和OF，每個因素各設5個水平，具體見表1。共栽種36個小區，每小區面積6 m2（2 m×3 m），行距15 cm，株距10 cm。N肥在播種前按設計方案量的70%作為基肥施入，其余30%在現蕾期追施，其他肥料在播種前作為基肥一次性施入。

本試驗于2013年6月15日播種于集寧師范學院園藝實訓基地，2013年9月25日收獲，生育期全長102 d。

1.3 栽培地土壤養分測試方法及結果

播種前土壤肥料中速效氮用堿解擴散法測定，速效磷用碳酸氫鈉法測定，速效鉀用乙酸銨提取法測定，土壤有機質用重鉻酸鉀容量法稀釋熱法測定[10]。

試驗樣地播種前速效氮含量為（135.33±5.78）mg/kg，速效磷含量為（16.31±3.11）mg/kg，速效鉀含量為（179.08±11.08）mg/kg，有機質含量為（8.00±1.84）mg/kg，土壤較為貧瘠。

1.4 測定方法

可溶性糖含量采用蒽酮法測定，蛋白質含量采用考馬斯亮藍（G-250）染色法測定[11]。

1.5 數據分析

試驗設計采用DPS數據處理系統，并對試驗數據進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 回歸模型的建立與檢驗

根據4元2次回歸正交旋轉組合設計的原理，該試驗期望的回歸數學模型為：■=b0+∑bixi+∑bijxixj∑biix2i。

分別以可溶性糖含量（Y1）和蛋白質含量（Y2）為目標函數，根據36個小區的試驗結果建立四因素X1（N）、X2（P）、X3（K）、X4（OF）相應數學回歸模型如下式（1）和（2）。

Y1=7.229 7+0.145 9X1+0.249 2X2+0.107 3X3+0.204 2X4-0.124 9X12-0.102 9X22-0.097 5X32-0.329 2X42-0.021 1X1X2-0.001 8X1X3+0.070 4X1X4+0.005 1X2X3-0.069 5X2X4+0.007 9 X3X4 （1）

Y2=9.160 2+0.218 3X1+0.376 4X2+0.170 0X3+0.250 3X4-0.178 8X12-0.096 0X22-0.141 3X32-0.346 1X42-0.017 12X1X2-0.005 75X1X3+0.062 00X1X4-0.004 37X2X3-0.0296 2X2X4-0.018 5X3X4 （2）

試驗結果經過方差分析（表2）可知，所建立2個回歸方程的回歸性極顯著（P<0.01），差異有統計學意義，而2個回歸方程的失擬性不顯著（P>0.05），說明回歸方程對試驗的擬合性較好，可以用這兩個方程進行結果預測。

因回歸方程是經無量綱編碼線性代換后所得，方程系數已經標準化，因此回歸方程的系數大小可直接橫向比較，以此反映變量對指標值的影響程度。模型中常數項b0反映各因子用量處在0水平時的指標值，即平均效應；一次項回歸系數bi反映各自對指標值的線性增加效應，二次項回歸系數bii反映各因子的報酬遞減效應；交互項回歸系數bij反映各因素之間的交互效應。

2.2 不同肥料處理對蕎麥種子可溶性糖含量的影響

通過（1）式可知，一次項回歸系數的絕對值大小為：∣b2∣>∣b4∣>∣b1∣>∣b3∣，因此對可溶性糖含量影響依次為：P肥﹥有機肥﹥N肥﹥K肥。二次項回歸系數的絕對值大小為：∣b44∣>∣b11∣>∣b22∣>∣b33∣，因為二次項的系數均為負值，所以絕對值越大，過量施肥將引起可溶性糖含量下降趨勢越快。由二次項系數可知，有機肥影響最大，K肥的影響最小。因為試驗采用正交組合設計，通過降維處理將（1）式中其他變量固定在方程0水平后，得到4個單因素回歸方程，如圖1和方程（3）～方程（6）所示。

Y1=7.229 7+0.145 9X1-0.124 9X12 （3）

Y2=7.229 7+0.249 2X2-0.102 9X22 （4）

Y3=7.229 7+0.107 3X3-0.097 5X32 （5）

Y4=7.229 7+0.204 2X4-0.329 2X42 （6）

通過圖1可以看出，4條曲線均呈現開口向下的拋物線，說明4種肥料過量施用均對可溶性糖含量產生抑制作用。在0水平以下時，隨著4種肥料的增施，可溶性糖含量均增加，但當超過0水平過量施用時，可溶性糖含量將明顯降低，其中有機肥的抑制效果最強，P肥的抑制效果最弱。通過（1）式兩因素交互效應可以看出，N肥和有機肥的配施將提高蕎麥種子中可溶性糖含量的影響，P肥和有機肥的配施會降低可溶性糖的含量。其他肥料的配施對蕎麥種子可溶性糖含量影響不明顯。因此要提高蕎麥可溶性糖含量，需要保持N、P、K和有機肥的合理施肥量。

2.3 不同肥料處理對蕎麥種子蛋白質含量的影響

通過（2）式可知，回歸方程的一次項系數的絕對值大小為：∣b2∣>∣b4∣>∣b1∣>∣b3∣。因此，對于蛋白質含量影響依次為P肥、有機肥、N肥、K肥。二次項回歸系數的絕對值大小為：∣b44∣>∣b11∣>∣b33∣>∣b22∣。同樣（2）式中二次項系數也為負值，因此絕對值越大對蛋白質含量影響的趨勢也越大。通過對回歸方程的二次項系數絕對值比較可以看出，有機肥影響最大，P肥影響最小。采取同樣方法對（2）式進行降維處理，如圖1和方程（7）～方程（10）所示。

Y1=9.160 2+0.218 3X1-0.178 8X12 （7）

Y2=9.160 2+0.376 4X2-0.096 0X22 （8）

Y3=9.160 2+0.170 0X3-0.141 3X32 （9）

Y4=9.160 2+0.250 3X4-0.346 0X42 （10）

通過圖2可看出，X2基本呈一條直線，說明增施P肥將顯著提高蕎麥蛋白質的含量，其余3條曲線均呈現開口向下的拋物線，說明在0水平之前施肥可促進蛋白質含量的增加，而在0水平之后3種肥料過量施用均會對蛋白質含量有抑制作用。但施用P肥還可提高蕎麥的蛋白質含量，這表明在預設的水平范圍內，P肥施肥量未達到最大值。通過（2）式還可以看出N肥和有機肥的配施將提高蕎麥種子中蛋白質含量，其余肥料的組合則會降低蕎麥種子中蛋白質的含量。因而，要提高蕎麥蛋白質的含量，在增施P肥的基礎上還要保持N肥、K肥和有機肥的合理用量。

2.4 最優施肥措施的確定

根據單因素的分析結果可知，一次項的各因素系數對蕎麥種子可溶性糖和蛋白質含量綜合影響次序相同，P肥效應最大，其次是有機肥效應， K肥影響效應最小。二次項綜合影響次序中有機肥影響最大，氮肥其次，K肥對可溶性糖影響最小，P肥對蛋白質的影響最小。在交互作用中，綜合對可溶性糖和蛋白質影響考慮，N肥和有機肥的配施將會同時提高二者的含量，其他肥料的交互作用效果不明顯。

將回歸模型用計算機模擬尋優，根據36個小區的栽培試驗結果，最終將蛋白質含量高于8.7%的146個方案和可溶性糖含量高于6.8%的96個方案匯總比較，然后根據95%置信區間選出最優區間，見表3。

最優區間是回歸方程根據水平編碼線性代換所得，依照表1轉換后各肥料的施肥方案是：N 35.69～38.74 kg/667m2； P2O5 4.63～4.76 kg/667m2；K2O 16.64～18.07 kg/667m2；有機肥5 106.00～5 367.60 kg/667m2。將各肥料的最優區間取其平均值得出氮肥、磷肥、鉀肥和有機肥的最優施肥比例約為：8∶1∶4∶1 114。

3 小結與討論

1） 本試驗采用4因素5水平二次正交旋轉組合設計，分別建立了蕎麥種子中可溶性糖含量和蛋白質含量的回歸方程。通過回歸方程可以看出P肥效應對二者影響較大，通過增施P肥可以同時增加種子中可溶性糖和蛋白質的含量，而有機肥和N肥的交互配施也會同步影響二者的含量。因此，本試驗預測的有機肥和N肥在最優區間的最適施肥比例將會有利于蕎麥種子中可溶性糖和蛋白質的積累。高冬麗[12]的研究曾指出，同施N相比，施P更容易影響甜蕎籽粒各組分蛋白質含量，本試驗也得出增施P肥可增加蕎麥中蛋白質含量。在大麥的施肥配方中發現，N和有機肥對大麥中蛋白質的含量貢獻最大[13]。向達兵等[14]也研究發現增施N肥可顯著提高蕎麥蛋白質含量。本試驗的研究中也發現N和有機肥的交互配施能夠促進蛋白質的累積。關于施肥對蕎麥可溶性糖的研究鮮見報道，但是在煙草中研究發現P與K在合適范圍內能協同促進可溶性糖含量[15]。本研究也證明，P肥對可溶性糖的含量影響最大。因此，本研究的結果表明適當增施P肥，N肥和有機肥的比例為1∶140時，可以提高蕎麥種子中蛋白質和可溶性糖的含量，增加蕎麥子粒的品質。

2）將36個小區的試驗結果通過計算機模擬尋優，得出同時提高蕎麥種子中可溶性糖含量和蛋白質含量的最優施肥方案是：N 35.69～38.74 kg/667m2； P2O5 4.63～4.76 kg/667m2；K2O 16.64～18.07 kg/667m2；有機肥5 106.00～5 367.6 kg/667m2。將各肥料的最優區間取其平均值得出氮肥、磷肥、鉀肥和有機肥的最優施肥比例約為： 8∶1∶4∶1 114。

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