補灌水平對寧南山區露地青花菜產量、品質及耕層水分動態的影響

馮海萍 楊冬艷 謝華 裴紅霞

摘 要：為探究寧夏南部山區自然降水條件下露地青花菜的最佳補灌灌溉方案，采用大田田間對比試驗，設置5個補灌水平，在寧夏原州區冷涼蔬菜基地開展補灌水平對土壤水分分布、青花菜產量、品質、水分利用效率的試驗研究。結果表明，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%，此月份無需補灌即可滿足生育后期對水分的需求;不同處理青花菜生育期內土層深度20 cm處土壤含水率總體表現為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），補灌后各處理土壤含水率均達到田間持水量的85%以上;補灌灌溉水平對青花菜花球產量性狀、營養品質均有顯著影響，W3處理經濟總產量最高，達1 524.10 kg·667 m-2，顯著高于其他處理6.28%～33.24%;可溶性糖和可溶性蛋白含量也最高，W3可溶性糖含量顯著高于W1、W4和W5處理24.46%、12.20%、21.41%，W3可溶性蛋白含量顯著高于W1 35.78%，且可溶性固形物和維生素C質量分數也較高，分別為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優補灌方案為補灌灌溉定額為69 mm，苗期-蓮座期補灌灌水2次，灌水量為33 mm，蓮座期-球前期補灌灌水2次，灌水量36 mm，結球前期-采收期補水主要依靠自然降雨。該結果可為本區露地冷涼青花菜夏季栽培產量的積累與水資源的合理應用提供理論指導。

關鍵詞：青花菜;寧夏南部山區;補灌灌溉;土壤含水率;產量;品質

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）又名西蘭花，因其富含抗癌活性最強的天然成分蘿卜硫素，被譽為“蔬菜皇冠”，具有顯著降低癌癥、心腦血管疾病和近視患病風險等保健功能，現已成為一種國際性流行的功能型蔬菜 [1-4]。

近年來，青花菜在我國的種植面積逐步擴大，目前，除海南、西藏外，青花菜種植在我國基本實現了全覆蓋，產品基本上實現了周年供應[5]。隨著世界市場對青花菜需求的不斷增大和農業結構調整進程的逐步加快，青花菜的種植面積在寧夏地區逐年擴大，現已發展成為寧夏冷涼蔬菜產業中主要外銷蔬菜的骨干種類之一，尤其是在寧夏環六盤山區域，近3 a（年）以青花菜、芹菜、娃娃菜等為主要種類的栽培面積穩定在3萬hm2左右，占全區露地蔬菜近一半，主要分布于原州區、西吉縣、隆德縣等地區。當地主要采用滴管和噴灌為主的灌溉方式，且在實際生產中灌水按照經驗管理，導致灌水利用率下降、青花菜產量和品質不穩定等瓶頸問題，明顯制約著產業的健康發展。

隨著人口的增長、區域經濟的發展，以及城市化和工業化進程的加速，缺水問題不可避免地成為經濟社會發展的障礙之一[6]。如何將有限的灌溉用水在作物不同生育期實現優化配置，使灌溉效率最高，成為農田節水灌溉的研究熱點[7]。節水灌溉是傳統農業向優質、高效現代農業轉變的重要舉措，現已被提升到事關國家水資源安全和糧食安全的戰略層面[8]。立足國情、水情，資源可持續利用型農業生產是必然選擇和必由之路，也是建設資源節約型、環境友好型和社會主義生態文明的重要組成部分[9]。

寧夏是一個水資源短缺、時空分布不均的典型地區，在實際農業生產中，為獲得理想的產量，超量灌溉和施肥已成為農業生產常態[10]。已有研究成果發現，傳統過量施肥引起北方土壤養分累積、酸化、鹽漬化以及地下水和大氣污染等一系列問題[11-12]，地下水硝酸鹽超出允許含量的6倍[13]。適量灌水有利于小麥干物質積累，促進籽粒灌漿和形成高產，作物葉面積系數與產量呈極顯著正相關[14-15]。目前關于蔬菜節水灌溉已有不少研究，主要集中于設施果菜類蔬菜，如辣椒、番茄和黃瓜等[8-10，16-18]，葉菜類蔬菜研究相對滯后，特別是基于自然降雨條件下開展露地葉菜類水分相關的研究非常少見，因此，筆者基于自然降水條件下研究補灌水平對青花菜生長發育、生理指標、產量、品質及不同土層水分動態的影響，探究在自然降水條件下青花菜的最佳補灌灌溉制度，為當地露地冷涼蔬菜青花菜的水分管理提供有效指導依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地塊及試驗材料

試驗在2018年5—7月在寧夏固原市原州區中河鄉豐堡萬畝露地冷涼蔬菜基地內進行，該區位于寧夏六盤山東麓區域，海拔1 450～2 500 m，年均氣溫6.5 ℃，年均降雨量300～550 mm，氣候冷涼，晝夜溫差大，是發展露地冷涼蔬菜作物的優勢區域，土壤為壤土，肥力中等，前茬為娃娃菜;供試青花菜品種為耐寒優秀（寧夏恒通現代農業有限公司提供種苗）。

1.2 試驗設計

試驗采用單因素隨機區組設計，設置補灌灌水定額因素，水分設置5個水平，即667 m2每次補灌灌水定額分別為9.0、13.5、18.0、22.5、27.0 mm，共設5個處理（表1），3次重復，定植后所有處理統一灌水15 mm，在生育期間各個處理相對含水率達到田間持水量的70%以下時按照補灌灌水定額試驗方案進行補灌，具體方案見表1。每個小區面積為100 m2，灌水采用膜下滴灌，每個處理灌水量用水表控制，降雨量采用量雨筒計量，各處理間用埋深60 cm的塑料布進行防滲透隔離處理，青花菜定植行株距為50 cm×40 cm，試驗從定植開始到收獲結束，其他管理措施同常規。

1.4 測定指標及方法

生育期間主要監測土壤含水率、青花菜生物學指標、產量、品質、土壤養分等。其中，土壤含水率采用土壤水/溫/鹽3個參數長期監測系統（WatchDog 2400 SMEC）在20 cm處土壤剖面進行測定，定期用鋁盒常規烘干法進行校正;定期選葉片肥厚、葉色濃綠、葉面積大的10片壯齡葉采用常規測定法進行生物學指標測定;采收前每小區隨機取10株，采用常規方法測定花球橫徑、單球質量、凈球質量、小區產量及營養品質，其中維生素C含量采用紫外分光光度法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍染色法測定。經濟系數=經濟產量/生物產量×100%。

1.5 數據處理

采用Excel 2016和DPS 7.05對數據進行統計與分析。

2 結果與分析

2.1 青花菜全生育期自然降雨情況分析

從青花菜全生育期5中旬至7月下旬自然降雨情況（圖1）可以看出，青花菜全生育期自然降雨15次，降雨總量為219.4 mm，屬降雨偏多年份，其中5、6、7月份降雨量分別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，降雨級別為小雨和中雨各1次，降雨間隔1～6 d，其中連續兩天降雨1次，間隔6 d降雨1次，均為有效降雨;6月份降雨3次，降雨高于3 mm以上2次，降雨級別為中雨和小雨各1次，降雨間隔3 d，均為有效降雨;進入7月份后降雨頻率明顯增多，降雨9次，降雨高于3 mm以上6次，降雨級別為暴雨2次，中雨2次，小雨5次，降雨間隔1～5 d，其中連續兩天降雨2次，間隔1 d降雨3次，間隔3 d和4 d降雨各1次，屬于有效降雨5次。綜合青花菜全生育期自然降雨級別、降雨間隔考慮，單靠自然降雨還不能完全進行青花菜夏季正常生產，在青花菜5—6月份還需補灌適量水，進入7月份降雨量和降雨頻率逐步增加，無需補灌即可滿足青花菜生育后期對水分的需求。

2.2 補灌灌溉水平對青花菜土壤水分動態的影響

從青花菜全生育期土壤水分動態變化（圖2）可以看出，青花菜全生育期有效降雨共計9次，補充灌溉3次，水分供應平均間隔6 d，土層深度20 cm處土壤含水率總體表現為W5>W4>W3>W2>W1，這與試驗設置灌溉水平處理一致。灌水后各個處理20 cm處土壤含水率均達到田間持水量的85%以上，其中W1、W2、W3處理灌水后20 cm處土壤含水率達到田間持水量的85%～100%，灌水間隔分別為4、5、6 d，W2、W3處理灌溉水平和灌溉次數適中，W4、W5處理灌水后20 cm土壤含水率超過田間持水量10%以上， W4、W5處理灌溉水平偏高，且灌水前后的土壤含水率變幅較其他處理較大，說明灌溉水可能下滲到土壤耕層以下而引起土壤養分淋溶問題的發生。

2.3 補灌灌溉水平對青花菜形態指標與產量性狀的影響

由表2可以看出，補灌灌溉水平對青花菜花球縱徑、花球橫徑、生物產量、經濟產量和經濟系數均有顯著影響，花球縱徑隨著灌溉水量的增加而呈現先增加后減少的變化趨勢，W4處理花球縱徑最大，與W3、W 5處理間無顯著差異，顯著高于其他處理;花球橫徑以W3處理的最大，比其他處理長0.20～1.45 cm;單株生物產量、單株經濟產量和667 m2產量隨著灌溉水量的增加而呈現先增加后減少的變化趨勢，單株生物產量以灌溉水平為W4處理最大，除顯著高于W1處理外，均與其他處理無顯著差異;單株經濟產量和667 m2產量均以灌溉水平為W3處理的最大，分別達到0.46 kg·株-1和1 524.10 kg·667 m-2，顯著高于其他灌溉水平處理，較灌溉水平最小的W1處理分別増加了0.12 kg·株-1和270.10 kg·667 m-2，說明適宜的灌水量對青花菜增產有重要作用。經濟系數綜合反映不同補灌灌溉水平處理對青花菜生物產量向經濟產量的分配效率。不同處理經濟系數隨著灌水量的增加呈現先增加后降低的趨勢，其中以W2處理達到最大，為21.20%，與W3處理間無顯著差異，顯著高于W1、W4和W5處理。說明適宜的灌水量更有利于青花菜植株積累的干物質較多地轉移到經濟產物花球中。

2.4 補灌灌溉水平對青花菜花球營養品質的影響

從圖3可以看出，補灌灌溉水平對青花菜花球營養品質如維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖、可溶性固形物含量等指標均有顯著影響，各營養指標均隨著灌水量的增加呈現先增加后降低的趨勢，在灌溉水平W2處理下維生素C含量達到最大，顯著高于其他4個處理，其次是W3處理，除與W2處理存在顯著差異外，均與其他處理無顯著差異;可溶性固形物和維生素C含量有著相同的規律，仍然以W2處理的可溶性固形物含量最大，顯著高于其他4個處理，其次是W3處理，以W1處理含量最低，除與W5處理無顯著差異外，均顯著低于其他處理;可溶性糖與可溶性蛋白含量有著相同的規律，均以W3處理的可溶性糖和可溶性蛋白含量最大，其次是W2處理，2個處理之間無顯著差異，說明適度的水分供應有利于青花菜花球營養品質的提升。

2.5 補灌灌溉水平對灌溉水分利用效率的影響

由圖4可知，不同灌溉水平處理的灌溉水分利用效率差異顯著，總體上，不同灌溉水平各處理灌溉水分利用效率隨著灌溉水量的增加而呈下降的趨勢。由大到小依次表現為W1>W2>W3>W4>W5，灌溉量最少的W1處理的水分利用效率最高，顯著高于其他處理，高出3.13%～12.10%。

2.6 青花菜最優補灌方案確定

選擇綜合特性中8個代表性狀：株高、株幅、花球橫徑、葉球縱徑、花球質量、維生素C含量、可溶性蛋白含量、可溶性固形物含量，按順序依次定義為 X1～X8，利用SPSS 26.0軟件對其進行主成分分析。由表3可知，前3個主成分的累計方差貢獻率達到96.72%，基本解釋8個變量中的大部分信息。因此，取前3個主成分分別為第一主成分PC1、第二主成分PC2、第二主成分PC3，并通過對3個主成分的特征向量分析（表3）和 X1～X8性狀指標數值的標準化處理，建立前3個主成分的線性回歸方程如下：

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解釋了總變異信息的53.88%，主要綜合了維生素C含量、可溶性固形物含量信息，且這些信息在第1主成分上呈正向分布，因此將 PC1稱為品質因子。第 2 主成分 PC2 包含了原始信息的24.73%，主要綜合了花球橫徑、花球縱徑、花球質量等產量性狀信息，且這些信息在第2主成分上呈正向分布，因此將 PC2稱為產量性狀因子。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，且這些信息在第3主成分上呈正向分布，因此將 PC3稱為生長性狀因子。

將前3個主成分的方差貢獻率作為權重系數（a1=53.88，a2=24.73，a3=18.12）建立綜合評價模型，S=（a1×PC1+a2×PC2+a3×PC3）/（a1+a2+ a3）。根據3個主成分的線性回歸方程及綜合評價模型，計算出5個處理各主因子得分和綜合得分并按分值高低排序，結果如表4所示，青花菜膜下滴灌的最優方案為 W3，即補灌灌溉定額為69.0 mm，苗期-蓮座期灌水2次，灌水量為33.0 mm，蓮座期-結球前期灌水2次，灌水量36.0 mm，結球前期-采收期灌水主要依靠自然降雨。

3 討論與結論

水是作物生長發育的重要組成部分，蔬菜的需水量較大，而實際的灌溉效率只能達到20%～30%，其中作物有效的吸收水分只占25%左右，不科學的灌水制度和不恰當的灌水方式是浪費水資源的主要原因，還容易引發病蟲害，降低作物產量[18-19]，合理的灌溉措施是蔬菜作物高產高效的關鍵[12]。研究表明，根據不同地區的氣候條件，選取與之相適應的節水灌溉技術，優化作物灌溉制度，實現水資源的有效利用迫在眉睫[8]。本試驗得出，青花菜在寧夏南部山區全生育期自然降雨219.4 mm，屬降雨偏多年份，但降雨主要集中7月份，占青花菜全生育期降雨量的78.49%，此月份無需補灌即可滿足青花菜生育后期對水分的需求;不同處理青花菜生育期內土層深度20 cm處土壤含水率總體表現為W5>W4>W3>W2>W1，補灌后各處理土壤含水率均達到田間持水量的85%以上，W4、W5處理土壤含水率超過田間持水量的10%，且灌水前后的土壤含水率變幅較其他處理較大，說明W4、W5處理灌溉水平偏高，灌溉水可能下滲到土壤耕層以下，進而會引發土壤養分的淋溶問題。這與羅勤[20]對番茄的研究結果相似。

研究表明，適當的水分虧缺不會導致番茄產量嚴重降低，且對番茄品質的提高具有一定的促進作用[21]，適宜的灌水既可以促進蔬菜的生長，增加產量，還可改善蔬菜品質[22]，這與本試驗結果基本相似。本試驗結果表明，適宜的補灌灌水量不僅有利于青花菜植株積累的干物質較多地轉移到經濟產物花球中，而且更有利于青花菜產量的增加和花球營養品質的提升。

主成分分析法是研究如何將多指標問題轉化為較少幾個綜合指標的一種多元統計方法[23]。目前在環境、農業等許多領域，以及油葵、番茄、葡萄、茶屬植物等許多作物的綜合評價中廣泛應用[24-29]。本試驗基于土壤水分、產量、品質及主成分分析法的綜合評價，寧南山區青花菜自然降雨和膜下滴灌條件下的最優補灌方案為補灌灌溉定額69.0 mm，其中苗期-蓮座期灌水2次，灌水量33 mm，蓮座期-結球初期灌水2次，灌水量36.0 mm，結球初期-采收期灌水主要依靠自然降雨。該結果可為本區露地冷涼青花菜夏季栽培產量的積累與水資源的合理應用提供理論指導。

參 考 文 獻

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