不同栽培措施對六盤山地區甘藍高效生產的影響

葉 林，穆曉國，高 虎，李海俊，高富成，張 瑩

（1.寧夏大學葡萄酒與園藝學院，銀川 750021；2.寧夏設施園藝工程技術研究中心，銀川 750021）

0 引言

甘藍是中國蔬菜重要的組成部分，在蔬菜供應與出口貿易中占有重要地位[1]，甘藍栽培面積廣，各栽培區特色鮮明。寧夏六盤山地區具有獨特的冷涼氣候條件，產出的蔬菜口感好、品質高，已形成特色鮮明、品牌知名度高的“六盤山”冷涼蔬菜產業[2]。但當地甘藍種植農機農藝融合程度低，沒有明確的栽培標準，滯緩甘藍產業標準化與規模化發展。

有研究表明，起壟高度、覆蓋材料等因素均會影響根區溫度，進而影響作物產量[3-4]。在馬鈴薯的不同覆膜以及起壟高度栽培中發現，覆白色地膜馬鈴薯的產量要高于黑色地膜，同時，當壟高為25 cm 時，產量最高[5-6]。

黃瓜起壟20 和40 cm 栽培條件下，產量均明顯比平地提高15 %左右[7]，甜椒不同起壟栽培試驗發現高壟還有助于地上部生物量的積累，甜椒在壟高為15 cm 時產量最高[8-9]。由此可以說明，起壟可以促進作物增產，起壟高度還需根據作物類型進行調整。此外，影響作物生長環境的因素還有地膜透光強弱，不同透光率的地膜對覆膜作物產量也會產生較大影響。其中透光率最高的為白色地膜，其次是套色膜，黑膜透光率最低。黑、白地膜在生產中應用最廣，從相關研究報道來看，不同作物應用地膜的生產效果存在差異，草莓和油菜白膜覆蓋作物的產量較高[10-11]，玉米和甘薯等作物應用黑膜的增產效果比較明顯[12-13]。在起壟和覆膜這兩種農藝措施的研究中，甘藍的栽培壟高一般為0、12、15、20、30 cm[14-16]，甘藍以及其他蔬菜覆膜種類主要為黑、白聚乙烯地膜[17-18]，但覆蓋白膜存在雜草長勢旺盛的問題，而黑白雙色膜有很好的抑草作用，同時不影響作物產量[19]，目前在蔬菜上的應用較少，展開該膜的相關研究很有必要性。

幼苗移栽作為生產最為關鍵的環節，其大小及長勢強弱將會影響移栽成活率以及機械移栽效率。甘藍移栽苗齡一般在30～40 d[20-21]，同樣針對機械移栽甘藍幼苗大小的研究中，32～44 d 的甘藍苗齡能適應高度機械化作業，并保證移栽的成活率，因此，苗子株型在移栽機栽植器投喂范圍內均可行[22]。移栽幼苗太小容易覆土太松或太深，導致緩苗時間久、長勢弱甚至死苗，移栽太晚，根系容易老化，也會導致緩苗時間長長勢弱的問題。所以，明確適宜的甘藍幼苗移栽苗齡，將有利于農機農藝的高效融合。

為了實現六盤山地區甘藍農機農藝融合高效生產的目標，本試驗基于以上分析，對不同栽培措施對甘藍生長土壤綜合環境以及甘藍產量的影響進行研究，以明確適宜六盤山地區農機農藝高度融合的甘藍栽培措施。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2022 年5 月在寧夏固原市西吉縣黃家川村冷涼蔬菜基地進行。供試甘藍品種為‘中甘15’，以起壟高度、地膜光照透光率和移栽苗齡為試驗因素。各處理重復3 次，18 個小區，小區面積為30 m2（1 m×30 m），各小區隨機排列。試驗田以300 kg/hm2三元復合肥作為底肥，壟寬設置為60 cm，株、行距分別為30、40 cm，采用覆膜及滴灌的栽培模式。在甘藍蓮座期及結球期由水肥一體機分別施入高氮型水溶肥75 和150 kg/hm2，灌水等其他管理一致，7 月24 日進行甘藍采收。

本試驗所使用起壟覆膜機型號為YSLM-60（無錫悅田農業機械科技有限公司），移栽機型號為2ZB-4（寶雞市鼎鐸機械有限公司）。

1.2 試驗設計

已有研究表明適合機械移栽甘藍的壟高在0～30 cm范圍內[14-16]。在寧夏及氣候條件相似的甘肅地區甘藍栽培中，平畦產量最高，其次是15 cm 壟高[23-26]，同時經過對西吉甘藍種植制度的調研，當地起壟高度錯雜，絕大多數的壟高在15 cm 左右，因此，選取15 cm 作為響應曲面試驗中起壟高度的中心點。

適合機械移栽的甘藍幼苗在30～44 d 苗齡[22,27-29]，但是對于甘藍生長發育情況的優劣少有報道。潘永飛等[29]研究表明，移栽苗齡為30 d 的甘藍產量最高，其次是40 d。西吉當地甘藍幼苗一般在35 d 左右開始移栽，因此，選取35 d 的苗齡作為響應曲面中移栽苗齡的中心點。

胡立軍等[30]在甘藍覆膜研究中表明，覆蓋相同厚度白色透明地膜的甘藍產量最高，其次是白色降解地膜。測得白色地膜光照透過率為80.15 %，滲水膜光照透過率為9.89 %，套色膜黑、白比例為1:1，視白色透明地膜與黑色滲水地膜光照透過率之和的平均值為套色膜光照透過率45.02 %，地膜厚度均為0.01 mm，光照透過率取整，因此本試驗中以光照透過率為45 %為響應曲面試驗中光照透過率的中心點。

本試驗采用3 因素3 水平設計方法（表1），設置3 個起壟高度：0、15、30 cm；3 種地膜光照透過率：10%、45 %、80%；3 個幼苗移栽苗齡：30、35、40 d。利用Design-Expert 軟件的Box-Behnken 試驗原理設計了17 組試驗。

表1 試驗因素編碼Table 1 Test factor codes

1.3 試驗指標

1.3.1 土壤理化性質及土壤環境綜合指數

地膜光照透過率和起壟高度對土壤溫度有直接調節作用，并間接影響土壤化學性質。因此，本試驗需測定土壤理化性質，其中土壤溫度使用RC-4 型地溫計對實時溫度進行記錄，每個處理布置置3 個測溫點，最終對各測溫點數據進行平均值計算；使用環刀對土壤取樣，通過烘干前后的干鮮重計算土壤含水量，參考張芳等[31]試驗中的方法測定土壤速效氮、速效鉀、速效磷、全氮以及有機質含量，各處理做9 次重復，并最終取各指標的平均值，作為土壤環境綜合指數計算的環境因子。

土壤環境綜合指數S為[32]

式中n=1,2,……,7，X1～Xn分別為土壤溫度、含水量，速效氮、速效鉀、速效磷、全氮及有機質含量指標實測值；～為不同處理的同類土壤溫度、含水量，速效氮、速效鉀、速效磷、全氮及有機質指標的平均值。

1.3.2 甘藍產量

各處理剔除外觀形態最大和最小的甘藍，選取9 株大小適中的甘藍，使用精度0.1 g 的天平進行稱量，9 株甘藍質量總和除以株數，得到每株甘藍平均質量。根據每公頃栽培甘藍株數與甘藍平均質量的乘積，得出每公頃甘藍產量。

1.4 數據處理

采用Excel 2010 整理數據，采用Design-Expert 8.0.6 Trial 進行響應曲面分析。

2 結果與分析

2.1 模型構建

對表2 不同處理土壤溫度、土壤含水量及速效鉀等指標進行土壤環境因子綜合指標計算，運用Design-Expert 軟件進行多元擬合與回歸分析。

利用Design-Expert 軟件對表3 土壤環境綜合指標及產量進行擬合與回歸分析，得到與起壟高度、地膜光照透過率以及甘藍幼苗移栽苗齡之間的響應回歸模型分別為

2.2 回歸分析

為了進一步判定模型的擬合準確度及各因素對甘藍土壤環境綜合指數的影響主次順序，利用Design Expert8.0.6 軟件對表3 土壤環境綜合指數進行方差分析和三元二次回歸分析。

如表4 所示，該模型的決定系數為0.90，且模型顯著性檢驗中，F=6.9，P＜0.01，說明回歸模型差異極顯著；通過失擬性檢驗發現，F=2.24，P＞0.1，為不顯著，說明該模型擬合精度高，能夠準確反映土壤環境綜合指數與起壟高度、地膜透光率、移栽苗齡之間的關系，可用于土壤環境綜合指標的預測分析。

表4 方差分析Table 4 Analysis of variance for overall soil environment indicators

對甘藍產量進行方差分析及回歸分析得出，回歸模型的決定系數為0.91，且顯著性檢驗值F=8.26，P＜0.01，有極顯著差異；通過失擬性檢驗可以表明，F=1.23，P=0.41，不具有顯著性，因此該模型與實際結果有極高的擬合精度，能夠準確反應甘藍產量與起壟高度、地膜光照透過率、移栽苗齡之間的關系以及甘藍產量的預測和分析。

2.3 響應面分析

2.3.1 土壤環境總體指數與各因素響應曲面分析

通過Design-Expert 軟件分析了不同因素交互作用對土壤環境上的影響，其中地膜光照透過率和移栽苗齡交互作用對土壤環境綜合指數的影響顯著，起壟高度和苗齡、起壟高度和地膜光照透過率的交互作用對土壤環境綜合指數影響不顯著（表4）。圖1 為地膜光照透過率和移栽苗齡對土壤環境綜合指數交互影響的響應曲面，當地膜光照透過率處于高透過率、苗齡越大，土壤環境綜合指數越高。主要原因在于，當地膜光照透過率較高時，土壤吸收的熱量增加，可以適宜的提高土壤溫度，這有利于養分的有效轉化[33]。

圖1 交互作用對土壤環境綜合指數的影響Fig.1 Response surface of interaction effect on the combined soil environment indicators

2.3.2 甘藍產量與各因素響應曲面分析

通過Design-Expert 軟件分析了不同因素交互作用對甘藍產量的影響，其中起壟高度與地膜光照透過率交互作用、地膜光照透過率和移栽苗齡交互作用對產量的影響顯著，起壟高度和苗齡的交互作用對甘藍產量影響不顯著（表4）。圖2 為地膜光照透過率和起壟高度對甘藍產量交互影響的響應曲面，當起壟高度越低、地膜光照透過率越低（圖2a），或起壟高度越高、地膜光照透過率越高時（圖2b），甘藍產量呈增加趨勢。起壟高度增加可以提高甘藍產量，這與前人在甜椒[9]、黃瓜[34]、大豆[35]上的研究結果相似。

圖2 交互作用對產量影響的響應曲面Fig.2 Response surface of interaction effect on yield

其主要原因可能是起壟高度、地膜光照透過率對土壤環境造成改變，改善田間小氣候而導致甘藍產量產生差異[9]。楊封科等[36]研究指出，不同壟高覆蓋黑色地膜土壤中的養分含量均比矮壟覆蓋白色地膜土壤養分含量高，而本研究發現，覆蓋白色地膜的3 個梯度壟高土壤養分含量較高，3 種不同覆膜土壤養分含量有著共同的變化特征，即隨著起壟高度增加，同類膜下土壤養分含量增加。其原因一方面可能在于起壟高度和不同地膜改善了土壤水熱條件，形成的土壤水分梯度使得養分在土壤表層聚集[37]，另一方面可能是水熱條件的改變使得養分有效性增加[38]。

2.4 參數優化

依據模型分析效果，利用Design-Expert 軟件對參數進行優化，為提高甘藍生長環境質量，應在保證土壤環境綜合指數最優的同時，甘藍產量達到最大。根據擬合的模型以及回歸方程對變量區間進行計算，求得優化后各因素優參數為：起壟高度為30 cm、地膜光照透過率為80 %、苗齡為39 d，此時土壤環境綜合指數和甘藍產量表現最佳，分別為7.79 和86.51 t/hm2。

3 驗證試驗

通過響應回歸模型構建對甘藍栽培制度優化，得出了起壟高度、地膜光照透過率以及苗齡最優參數，于2022 年12 月15 日在寧夏大學北校區日光溫室進行了驗證試驗。以甘藍產量最高的試驗編號為6 和14 的處理組合分別為對照1（CK1）與對照2（CK2），與優化后的試驗組合（T1）進行產量比較。通過驗證試驗，由表5可知，優化后的栽培制度組合T1 甘藍產量較CK1 高3.1%，具有顯著差異，與CK2 無顯著差異，其原因在于兩個處理組合的起壟高度、地膜光照透過率一致，苗齡接近。這將為六盤山地區甘藍種植制度提供參考依據，加強農機農藝融合，加速甘藍產業向標準化發展。

表5 不同處理組合對甘藍產量的影響Table 5 Effect of different treatment combinations on cabbage yield

4 結論

通過調整甘藍栽培壟高、地膜光照透過率和移栽苗齡不同栽培措施，能有效改善土壤結構，提高土壤環境綜合指數，甘藍產量明顯增加。通過響應曲面法優化得到的甘藍最佳栽培措施為：起壟高度30 cm、地膜光照透過率為80%，移栽苗齡在39 d。