施氮量對川西高原地區棒菜主要農藝性狀的影響

孔垂豹，冉茂林，楊 峰，雍曉平，冉 科，李曉梅*

（1.四川省農業科學院 水稻高粱研究所（四川省農業科學院德陽分院），四川 德陽 618000；2. 四川省農業科學院 蔬菜種質與品種創新四川省重點實驗室，四川 成都 610066）

棒菜（Brassica junceavar.crassicaulisChen et Yang）又名筍子芥、筍子青菜等，屬于十字花科蕓薹屬草本植物［1-2］，是三大莖用芥菜（筍子芥、莖瘤芥和抱子芥）之一［3］。川西高原位于四川省西部，是青藏高原東南部的主要部分，境內海拔高，地勢起伏大，屬于青藏高原山地氣候［4-5］。川西高原地區得益于獨特的山地氣候類型，經過30 a的發展，已經成為四川省高山蔬菜的發源地和主要優勢區［6］。憑借川西高原地區棒菜優良的產品品質以及上市期正好填補平原地區市場的空檔，當地棒菜的收購價格基本在3～4元/kg，產值超過15萬元/hm2，棒菜產業逐漸成為川西地區農民脫貧致富的重要依靠［2,7］。氮肥是影響作物生長發育和產量形成的重要因素之一［8］。在棒菜的生產過程中，人們為了追求作物高產往往會過量施用氮肥，這不僅會提高成本和造成資源的浪費，也在一定程度上導致了作物減產和環境污染［9-10］。因此，適宜的施氮量對川西高原地區棒菜產業的可持續健康發展具有重要意義。

為研究不同施氮量對萵苣產量及品質的影響，夏彥輝等［11］以美國大速生萵苣為試驗材料，分析不同施氮水平下萵苣的品質和產量指標，研究結果表明，隨著施氮量的增加，萵苣產量及可溶性糖含量、維生素C等均呈現先上升后下降的趨勢，萵苣高產優質的尿素施用量為20 g/m2；為解決莖瘤芥合理施氮肥的問題，探究施氮量對莖瘤芥品質和產量的影響；肖波等［12］以涪雜8號為試驗材料并設置了7個施氮水平，研究結果表明，隨著施氮量的增加，莖瘤芥產量呈現先增加后下降的趨勢，且施氮量對莖瘤芥株高、菜形指數、莖葉比、皮筋率等均達到顯著水平；高洋帥［13］的研究結果表明，隨著施氮量的增加，芥菜產量呈先增加后下降的趨勢，其中施氮量為20.96 kg/667 m2的芥菜產量最高。綜上分析，目前關于不同施氮量對蔬菜產量以及氮素吸收相關農藝性狀發生規律的研究較少，對于川西高原地區棒菜生長最適施氮水平的研究也尚不清楚。因此，本研究通過設置不同的施氮水平，探討不同施氮量對川西高原地區棒菜主要農藝性狀的影響，以期為促進該地區棒菜的高產、高效栽培提供指導依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于四川省阿壩藏族羌族自治州理縣古爾溝鎮大溝村（102°55′55″E，31°33′48″N)，該地區平均海拔高度為2500 m，年平均氣溫8.2 ℃，無霜期162 d，年平均日照時數1700 h，是川西高原地區傳統的蔬菜種植區。試驗地前茬作物為萵筍，土壤的理化性狀為：pH值7.8，有機質含量28.80 g/kg，全氮含量0.077%，全磷含量為1.28 g/kg，全鉀含量20.30 g/kg，水解性氮含量119.20 mg/kg，有效磷含量53.10 mg/kg，速效鉀含量為288.00 mg/kg。

1.2 試驗材料

試驗品種為金田棒菜，由當地蔬菜種植大戶提供。供試肥料包括尿素（N有效含量≥46%）、過磷酸鈣（P2O5≥12%）和硫酸鉀（K2O≥50%），上述3種肥料均通過市場購買獲得。

1.3 試驗設計

試驗共設置4個不同施氮水平，分別為N0：0 kg/hm2；N150：150 kg/hm2；N210：210 kg/hm2；N270：270 kg/hm2。每個處理3次重復，共計12個小區，每個小區20 m2，各個小區分別施P2O575 kg/hm2，K2O 150 kg/hm2。氮肥底肥與追肥比例為1∶1，磷鉀肥做底肥一次性施入。試驗于2022年7月下旬開始播種，播種前施入底肥并隨均勻深翻土壤，于生長期65 d進行一次追肥，各處理的田間栽培技術管理按照當地種植技術進行。

1.4 性狀指標測定方法

于采收期在每個小區隨機選取10株代表性植株進行主要農藝經濟性狀的測定，具體指標包括：棒菜的葉片SPAD值、株高、葉片數、食用莖長、食用莖粗、單株質量、鮮葉質量、肉質莖質量、莖葉比和抽薹率。各指標結果以平均值±標準誤表示。

各小區分別選擇4株具有代表性的棒菜帶回試驗室，按照葉、葉柄、肉質莖分開并剪碎，在80 ℃鼓風干燥箱中烘15 min，降溫至60 ℃烘干至恒重，使用自動定氮儀法（NY/T 2419-2013）對棒菜不同部位的全氮含量進行測定。

1.5 數據處理與分析

統計分析方法依照蓋鈞鎰［14］的方法進行，使用DPS 7.05軟件對數據進行多重比較（LSD）。使用SPSS 27軟件、SPSSPRO在線工具（https://www.spsspro.com）和SPSSAU在線工具（https://spssau.com）對各性狀指標進行相關性分析、灰色關聯度分析以及主成分分析。

2 結果與分析

2.1 施氮量對棒菜主要農藝性狀的影響

由表1可知，隨著施氮量的增加，棒菜的株高、肉質莖粗、單株質量、鮮葉質量、肉質莖質量和葉片SPAD值均呈增加趨勢，其中株高、肉質莖粗、單株質量、肉質莖質量和葉片SPAD值等5個指標的增量逐漸趨緩，各處理相較于前一處理的具體增量情況分別為：株高（7.49、3.13、-1.13 cm）、肉質莖粗（9.47、3.60、0.45 mm）、單株質量（391.96、173.84、10.51 g）、肉質莖質量（129.60、31.23、5.73 g）、葉片SPAD值（3.48、-0.22、1.18）。鮮葉質量在不同施氮量下的增量較為穩定，分別為278.48、142.60、147.83 g。綜上，增加施氮量有助于提高棒菜的株高、肉質莖粗、單株質量、鮮葉質量、肉質莖質量和葉片SPAD值，其中僅鮮葉質量指標能夠持續穩定地增長。

表1 不同施氮量對棒菜6個農藝指標的影響

由表2可知，隨著施氮量的增加，棒菜的葉片數、肉質莖長、莖葉比和抽薹率均呈下降趨勢，其中在抽薹率同為最低值（8.33%）的情況下，N210處理的棒菜肉質莖長高于N270處理，并且莖葉比也顯著高于N270處理，但N210、N270處理下棒菜的葉片數差異不大。綜上，相較于其他處理，N210處理的棒菜抽薹率最低，其肉質莖長和莖葉比均較高。

表2 不同施氮量對棒菜4個農藝指標的影響

由表3可知，隨著施氮量的增加，葉片的全氮含量呈增加趨勢，并在N210處理下趨于飽和，肉質莖和葉柄的全氮含量均呈現出先增后降的變化趨勢，且均在N210處理達到峰值。這說明N210處理最有利于棒菜對氮素的吸收和積累。

表3 不同施氮量對棒菜不同部位氮含量的影響 g/kg

2.2 灰色關聯度分析

由表4可知，與施氮量灰色關聯度最高的性狀是鮮葉質量，關聯度為0.810，灰色關聯度最低的性狀是抽薹率，為0.562。各性狀與施氮量的灰色關聯度大小排序依次為：鮮葉質量＞單株質量＞肉質莖粗＞肉質莖質量＞株高＞葉片SPAD值＞葉片數＞肉質莖長＞莖葉比＞抽薹率。這表明施氮量的增加主要促進了棒菜鮮葉質量、單株質量、肉質莖粗、肉質莖質量、株高、葉片SPAD值等指標的增加，進而提高了棒菜的產量。

由表5可知，與施氮量灰色關聯度最高的是葉柄氮含量（0.655），其次是肉質莖氮含量（0.582），與施氮量的灰色關聯度最低為葉片氮含量（0.575）。這表明施氮量對棒菜不同部位氮素積累的影響程度不同，施氮量的增加對棒菜葉柄氮含量的影響最大，其次為肉質莖氮含量，對葉片氮含量的影響程度最小。

表5 棒菜不同部位氮含量與施氮量的灰色關聯系數及灰色關聯度

2.3 相關性分析

對葉片SPAD值（X1）、株高（X2）、葉片數（X3）、肉質莖長（X4）、肉質莖粗（X5）、鮮葉質量（X6）、莖葉比（X7）、抽薹率（X8）、單株質量（X9）、肉質莖質量（X10）、葉片氮含量（X11）、肉質莖氮含量（X12）、葉柄氮含量（X13）和施氮量（X14）等14個性狀指標進行雙因素相關性分析，結果見表6。由表6可知，施氮量與葉片SPAD值、株高、肉質莖粗、鮮葉質量、單株質量、肉質莖質量、肉質氫氮含量、葉柄氮含量均呈極顯著正相關，相關系數分別為0.84、0.80、0.90、0.95、0.92、0.90、0.87、0.73；施氮量與葉片數、莖葉比和抽薹率呈極顯著負相關，相關系數分別為-0.74、-0.75、-0.92；與肉質莖長呈顯著負相關，相關系數為-0.65。這表明鮮葉質量、單株質量、肉質莖粗、肉質莖質量、葉片SPAD值、株高和抽薹率等性狀與施氮量的關系較為緊密，施氮量的增加能夠有效促進棒菜鮮葉質量、單株質量、肉質莖粗、肉質莖質量、肉質氫氮含量、葉柄氮含量、葉片SPAD值和株高等指標的極顯著提高和抽薹率的極顯著降低。

表6 棒菜主要農藝性狀與施氮量的相關系數

2.4 棒菜主要農藝性狀與施氮量的主成分分析

選取棒菜葉片氮含量、肉質莖氮含量、葉柄氮含量、肉質莖質量以及施氮量等與氮素吸收利用相關的5個指標與不同施氮處理進行主成分分析。在進行主成分分析前，對5個指標進行Kaiser-Meyer-Olkin（KMO）和Bartlett球形檢驗度檢驗，其中KMO度量值為0.619，Bartlett球形檢驗度檢驗Sig.為0。當KMO值大于0.6，且P值小于0.05時，說明各指標具有較強的關聯性，可以進行主成分分析［15］。

經過主成分分析得到2個主成分的特征根、貢獻率和累積貢獻率（表7），其中第1主成分（PC1）的特征根為4.144，貢獻率為82.873%，第2主成分（PC2）的特征根為0.549，貢獻率為10.985%，2個主成分的累積貢獻率達到93.857%，基本能夠反映全部指標包含的信息［16-18］。

表7 主成分分析的載荷系數、特征根和貢獻率

對5個性狀指標進行標準化處理，因此主成分1得分（F1）、主成分2得分（F2）以及綜合得分（F）的計算模型分別為：

F1=0.459×葉片氮含量+0.489×肉質莖氮含量+0.408×葉柄氮含量+0.430×肉質莖質量-0.447×施氮量

F2=0.327×葉片氮含量-0.117×肉質莖氮含量+0.706×葉柄氮含量-0.467×肉質莖質量+0.403×施氮量

根據主成分線性組合系數計算2個主成分的得分，再依據2個主成分的貢獻率以及累計貢獻率計算各處理的綜合得分（表8），其中N210處理的綜合得分最高（1.695分），其次是N270處理(0.654分），排名第三為N150處理（0.177分），N0處理的綜合得分最低（-2.526分）。

表8 不同施氮量下棒菜主要農藝性狀的綜合評價 分

3 討論

氮素對作物生長和產量的形成至關重要［19］。適量的氮肥施用對作物生長和產量的形成具有積極作用，但氮肥不足或者過量施用可能會抑制作物的生長［20］。大量研究表明，氮肥的不合理施用直接作用于作物的各項農藝經濟指標，并最終影響到作物的產量。例如，氮肥供應量過低會導致小麥開花后期的光合能力下降，不利于小麥產量的形成［21］。陳偉等［22］研究表明，過量的氮肥雖然能夠促進水稻有效穗數的增加，但每穗總粒數、結實率、千粒質量卻顯著降低，從而導致產量下降，曾彩霞等［23-24］在大白菜的研究上也得出了相似的結論。本研究中，施氮量的增加一方面可促進株高、肉質莖粗、單株質量、鮮葉質量、肉質莖質量和葉片SPAD值的增加，另一方面可導致葉片數、肉質莖長、莖葉比和抽薹率的降低。當施氮量從210 kg/hm2增加到270 kg/hm2時，株高、肉質莖粗、單株質量、肉質莖質量和葉片SPAD值等指標不再顯著增加；在抽薹率均為最低值情況下，N210處理的肉質莖長要高于N270處理，N210處理的莖葉比要顯著高于N270。綜上所述，棒菜的最適施氮水平為210 kg/hm2，研究結果與厙潤祥等［25-26］研究結果相似。

孫亮等［27］的研究表明，施氮量對甜高粱的株高、莖粗、葉片數、節數、單株產量和單位面積鮮干草產量有顯著影響；王海洋等［28］的研究表明，增施氮肥能夠顯著增加棉花單株成鈴數和產量，同時降低棉花的霜前花率；增施氮肥還可促進燕麥營養生長，其中燕麥株高、莖粗均顯著增加［29-30］。在本研究中，通過各指標與施氮量的灰色關聯度分析和相關性分析可知，施氮量對鮮葉質量、單株質量、肉質莖粗、肉質莖質量、株高、葉片SPAD值等性狀的影響較大，施氮量對棒菜各指標的直接作用程度大小為：鮮葉質量＞單株質量＞肉質莖粗＞肉質莖質量＞株高＞葉片SPAD值。其中單株質量、肉質莖粗、肉質莖質量、株高是直接影響棒菜產量的重要因素，而葉片是植物進行光合作用、制造有機物的主要器官，葉片SPAD值則直接影響到植物光合作用速率［31-32］，因此，鮮葉質量和葉片SPAD值對肉質莖質量的提高具有重要作用。

適宜的施氮量有利于植物地上部的生長和對氮素的積累［33］，施氮量的增加可以促進地上部植株［34］和葉片［35-37］氮含量的提高。本研究中，隨著施氮量的增加，棒菜肉質莖和葉柄的氮含量均表現出先增后降的趨勢，而葉片氮含量的增速逐漸趨緩，這與前人的研究結果一致［38-39］。此外，灰色關聯度分析和相關性分析的結果表明，施氮量對棒菜不同部位氮含量的直接作用程度大小為：葉柄氮含量＞肉質莖氮含量＞葉片氮含量。

近年來，多元統計學方法已廣泛應用于作物優異品種篩選［40-42］、適應性評價［43-44］和高效施肥［15,18］等領域。主成分分析是一種無量綱化處理的統計分析方法，其將分散的多組變量信息簡化概括于某幾個綜合指標，以實現維數降低的目的［45］。本研究選取棒菜葉片氮含量、肉質莖氮含量、葉柄氮含量、肉質莖質量以及施氮量等與氮素吸收利用相關的5個指標與不同施氮處理進行主成分分析，提取出累積貢獻率達到93.857%的2個主成分，并根據得分系數得到主成分因子模型和綜合得分模型，通過綜合分析確定N210處理的綜合得分最高。因此，棒菜的最適施氮水平為210 kg/hm2。

4 結論

施氮量的增加會促進棒菜株高、肉質莖粗、單株質量、鮮葉質量、肉質莖質量和葉片SPAD值的提高以及葉片數、肉質莖長、莖葉比和抽薹率的降低。施氮量對棒菜的鮮葉質量、單株質量、肉質莖粗、肉質莖質量、株高、葉片SPAD值等性狀的影響較大。綜合對比不同施氮量對棒菜主要農藝性狀的影響，得出川西高原地區棒菜的最適施氮量為210 kg/hm2。