基于灰色關聯度分析和主成分分析的辣椒栽培水肥條件綜合評價

梁增文，高明剛，李金玲，袁艷芳，信國濱，梁溪原，梁友忠，楊朝霞*，周麗娟

（1.濰坊學院，山東 濰坊 261061；2.山東永盛農業發展有限公司，山東 濰坊 262700）

辣椒是重要的蔬菜和調味品，其營養豐富，深受消費者喜愛[1]，在我國廣泛種植。水、肥是目前辣椒生產上最重要的兩個因子[2]。生產者為了追求高產和高收益常采用高水、高肥的管理方式，不僅造成了資源的浪費，還導致土壤中大量養分的累積，造成土壤板結、土壤酸化、土壤環境惡化以及地下水污染等農業生態環境問題[3]。因此，發展節水節肥農業，研發先進的灌溉模式與施肥技術，走資源集約型農業之路已經成為我國農業發展的必然趨勢[4]。合理施肥、以肥調水，促進辣椒根系生長，增強養分吸收，提高產量和品質的研究已有報道[5-7]，但由于地域限制以及試驗條件不同，結論也不盡一致。本試驗通過精準控制水肥用量，采用主成分因子分析和灰色關聯度分析方法，研究了不同水肥條件對溫室辣椒產量和品質的影響，探索了辣椒生產的最優水肥組合，以期為溫室辣椒種植的水肥一體化研究提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗在山東永盛農業發展有限公司日光溫室進行，試驗區屬暖溫帶季風型半濕潤氣候，年均氣溫13.0 ℃，日照時長2 406.9 h，無霜期195 d。試驗地塊土壤為壤土，0～90 cm土層土壤容重為1.5 g/cm3，田間持水率為21.5%。

1.2 試驗材料

辣椒品種為“樂迪”，由山東永盛農業發展有限公司提供。水溶性肥料為市售“綠丹陽菜彩”辣椒專用水溶肥。

1.3 試驗方法

試驗采用傳統漫灌和滴灌2種灌溉模式，設置每小區追肥6.0 kg（高肥）、4.0 kg（中肥）、2.0 kg（低肥）3種不同用量，共6個水肥組合，分別記為處理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）。

試驗小區面積為7.0 m×1.5 m，每小區定植辣椒2行40株，3次重復。定植前同水平的有機肥一次性底施，追肥在開花坐果期進行。滴灌區與漫灌區用厚塑料布隔離，厚塑料布入土深度30 cm。漫灌處理每次每小區灌水量為0.5 m3，滴灌處理每次每小區灌水量為0.3 m3，隨時根據辣椒的生長狀況調節灌水時間和灌水量。追肥施用時漫灌區均勻撒施后澆水，滴灌區隨水追肥。其他管理措施與常規種植一致。

1.4 指標測定

在辣椒采收期，每小區隨機選取長勢均勻的辣椒3株，利用游標卡尺測定莖粗，利用紫光平臺掃描儀（LA 2000）結合ImageJ軟件測定葉面積，葉綠素含量采用乙醇提取比色法測定[8]。采用田間抽樣測產來估算產量，在采收盛期進行1次田間抽樣測產，然后以該次所測產量為依據，確定所測田塊產量。取辣椒果實鮮樣，利用蒽酮比色法測定可溶性糖含量，利用考馬斯亮藍G-250染色法測定可溶性蛋白含量，采用2,6-二氯靛酚滴定法測定VC含量。

1.5 數據處理

利用Excel 2019軟件對數據進行初步整理，利用SPSS 20.0對數據進行方差分析和主成分因子分析，均值多重比較采用LSD比較法。將6個水肥處理組合作為1個灰色系統，每個處理為1個因素，按照鄧聚龍[9]的方法進行灰色關聯度分析。

2 結果與分析

2.1 不同水肥組合辣椒產量、品質的差異性分析

由表1可知，不同水肥組合的辣椒產量和品質指標間均存在顯著性差異，T1處理辣椒的葉面積和葉綠素含量均最高，分別為408.95 cm2和53.82 mg/g，其中葉面積顯著高于T3—T6處理，葉綠素含量顯著高于T4—T6處理。T4處理辣椒的莖粗、小區產量和可溶性蛋白含量均最大，分別為9.77 mm、39.06 kg和5.90%，其中莖粗顯著高于T2、T6處理，小區產量顯著高于T2、T3、T6處理，可溶性蛋白含量顯著高于T6處理。T5處理辣椒的可溶性糖含量和VC含量均最高，分別為6.12 mg/kg和6.37 g/kg，其中可溶性糖含量顯著高于其余處理，VC含量顯著高于T1—T3處理。

表1 不同水肥組合辣椒產量和品質指標的差異性分析

2.2 辣椒產量、品質的主成分因子分析

對表1中的7個指標進行主成分分析，結果如表2所示，前2個主成分的特征值均大于1，分別為3.73和2.33，其方差貢獻率分別為53.22%和33.31%，累積貢獻率分別達到53.22%和86.53%，因此選取前2個主成分代表7個性狀的綜合表現。

表2 7個指標主成分分析的方差貢獻率

由表3可知，第一主成分中載荷系數較高的有葉面積（0.937）、葉綠素含量（0.924）、可溶性糖含量（0.891）和VC含量（0.910）等4個指標，該主成分主要包括了品質相關指標，因此將該因子定義為品質因子。第二主成分中載荷系數較高的有莖粗（0.794）、小區產量（0.723）和可溶性蛋白含量（0.830），該主成分主要包括了產量相關指標（江波等[6]研究表明，可溶性蛋白含量與蔬菜產量呈顯著正相關），因此定義為產量相關因子。第一主成分在莖粗和產量指標上的載荷系數為負值，分別為－0.104和－0.401，表明了品質因子與產量相關指標間呈負相關性。

表3 前2個主成分在辣椒各性狀指標上的載荷系數

2.3 灰色關聯度分析

對不同水肥組合的7個指標進行灰色關聯度分析，結果如表4所示，T4處理的灰色綜合評判值最高（0.872 0），其次為T5處理（0.800 8），這2個水肥組合的灰色綜合評判值較為接近，綜合表現良好；T1處理的灰色綜合評判值為0.779 6，綜合表現次之；T3處理的灰色綜合評判值最低，為0.554 0，綜合表現較差。

表4 辣椒不同水肥組合的灰色綜合評判值

3 結論和討論

水肥調控對辣椒生長發育以及產量品質的形成具有重要的作用。滴灌與肥料控制相結合的水肥耦合技術能夠對辣椒的產量、品質指標以及商品性造成很大的影響[6]。本研究表明，不同水肥組合處理對溫室大棚辣椒產量和品質表現具有顯著影響。滴灌處理下，高肥處理表現出最高的小區產量（39.06 kg），中肥處理具有最高的可溶性糖含量（6.12 mg/kg）和VC含量（6.37 g/kg），說明滴灌處理在一定程度上提高了辣椒的水肥利用效率，這與高艷明等[3]的研究結果基本一致。

通過合理的水肥調控，協調溫室大棚辣椒產量和品質間的關系，是設施辣椒研究的重要內容之一[2,5]。江波等[6]、楊紅等[10]對水肥調控與設施蔬菜產量、品質的響應關系的研究發現，適宜的水肥調控措施可顯著提高產量和品質；陳平等[11]、張芮等[12]發現灌溉調控在提高設施辣椒產量的同時，降低了可溶性固形物含量和VC含量等品質指標。本研究通過主成分分析將所測7個性狀指標分別定義為品質因子和產量因子，品質因子在產量指標上的載荷系數為負值（－0.401），表明不同水肥條件下品質因子和產量之間呈負相關性，這與姚秋菊等[13]的研究結果一致。灰色關聯度綜合評價結果表明，滴灌—高肥和滴灌—中肥組合的灰色綜合評判度較高，綜合表現良好，說明滴灌與肥料調控相結合的水肥耦合技術對辣椒的產量和品質具有一定的促進作用。該方法避免了傳統統計分析中要求數據服從特定理論分布的局限性，克服了依靠單一性狀指標評價水肥組合整體表現的缺點[11]，能夠為溫室大棚辣椒水肥一體化技術的應用和節水、優質、高效灌溉模式的研究提供一定的理論參考和試驗依據。