基于灰色關(guān)聯(lián)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(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，山東 濰坊 262700）

辣椒是重要的蔬菜和調(diào)味品，其營養(yǎng)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(chǎn)上最重要的兩個因子[2]。生產(chǎn)者為了追求高產(chǎn)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(yǎng)分的累積，造成土壤板結(jié)、土壤酸化、土壤環(huán)境惡化以及地下水污染等農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題[3]。因此，發(fā)展節(jié)水節(jié)肥農(nóng)業(yè)，研發(fā)先進的灌溉模式與施肥技術(shù)，走資源集約型農(nóng)業(yè)之路已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢[4]。合理施肥、以肥調(diào)水，促進辣椒根系生長，增強養(yǎng)分吸收，提高產(chǎn)量和品質(zhì)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(jié)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(guān)聯(lián)度分析方法，研究了不同水肥條件對溫室辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，探索了辣椒生產(chǎn)的最優(yōu)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(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在山東永盛農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司日光溫室進行，試驗區(qū)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(nóng)業(yè)發(fā)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(tǒng)漫灌和滴灌2種灌溉模式，設(shè)置每小區(qū)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(qū)面積為7.0 m×1.5 m，每小區(qū)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(qū)與漫灌區(qū)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(qū)灌水量為0.5 m3，滴灌處理每次每小區(qū)灌水量為0.3 m3，隨時根據(jù)辣椒的生長狀況調(diào)節(jié)灌水時間和灌水量。追肥施用時漫灌區(qū)均勻撒施后澆水，滴灌區(qū)隨水追肥。其他管理措施與常規(guī)種植一致。

1.4 指標測定

在辣椒采收期，每小區(qū)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(jié)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(chǎn)來估算產(chǎn)量，在采收盛期進行1次田間抽樣測產(chǎn)，然后以該次所測產(chǎn)量為依據(jù)，確定所測田塊產(chǎn)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(shù)據(jù)處理

利用Excel 2019軟件對數(shù)據(jù)進行初步整理，利用SPSS 20.0對數(shù)據(jù)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(tǒng)，每個處理為1個因素，按照鄧聚龍[9]的方法進行灰色關(guān)聯(lián)度分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥組合辣椒產(chǎn)量、品質(zhì)的差異性分析

由表1可知，不同水肥組合的辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)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(qū)產(chǎn)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(qū)產(chǎn)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(chǎn)量和品質(zhì)指標的差異性分析

2.2 辣椒產(chǎn)量、品質(zhì)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(jié)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(xiàn)。

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(shù)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(zhì)相關(guān)指標，因此將該因子定義為品質(zhì)因子。第二主成分中載荷系數(shù)較高的有莖粗（0.794）、小區(qū)產(chǎn)量（0.723）和可溶性蛋白含量（0.830），該主成分主要包括了產(chǎn)量相關(guān)指標（江波等[6]研究表明，可溶性蛋白含量與蔬菜產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)），因此定義為產(chǎn)量相關(guān)因子。第一主成分在莖粗和產(chǎn)量指標上的載荷系數(shù)為負值，分別為－0.104和－0.401，表明了品質(zhì)因子與產(chǎn)量相關(guān)指標間呈負相關(guān)性。

表3 前2個主成分在辣椒各性狀指標上的載荷系數(shù)

2.3 灰色關(guān)聯(lián)度分析

對不同水肥組合的7個指標進行灰色關(guān)聯(lián)度分析，結(jié)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(xiàn)良好；T1處理的灰色綜合評判值為0.779 6，綜合表現(xiàn)次之；T3處理的灰色綜合評判值最低，為0.554 0，綜合表現(xiàn)較差。

表4 辣椒不同水肥組合的灰色綜合評判值

3 結(jié)論和討論

水肥調(diào)控對辣椒生長發(fā)育以及產(chǎn)量品質(zhì)的形成具有重要的作用。滴灌與肥料控制相結(jié)合的水肥耦合技術(shù)能夠?qū)苯返漠a(chǎn)量、品質(zhì)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(chǎn)量和品質(zhì)表現(xiàn)具有顯著影響。滴灌處理下，高肥處理表現(xiàn)出最高的小區(qū)產(chǎn)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(jié)果基本一致。

通過合理的水肥調(diào)控，協(xié)調(diào)溫室大棚辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)間的關(guān)系，是設(shè)施辣椒研究的重要內(nèi)容之一[2,5]。江波等[6]、楊紅等[10]對水肥調(diào)控與設(shè)施蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，適宜的水肥調(diào)控措施可顯著提高產(chǎn)量和品質(zhì)；陳平等[11]、張芮等[12]發(fā)現(xiàn)灌溉調(diào)控在提高設(shè)施辣椒產(chǎn)量的同時，降低了可溶性固形物含量和VC含量等品質(zhì)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(zhì)因子和產(chǎn)量因子，品質(zhì)因子在產(chǎn)量指標上的載荷系數(shù)為負值（－0.401），表明不同水肥條件下品質(zhì)因子和產(chǎn)量之間呈負相關(guān)性，這與姚秋菊等[13]的研究結(jié)果一致。灰色關(guān)聯(lián)度綜合評價結(jié)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(xiàn)良好，說明滴灌與肥料調(diào)控相結(jié)合的水肥耦合技術(shù)對辣椒的產(chǎn)量和品質(zhì)具有一定的促進作用。該方法避免了傳統(tǒng)統(tǒng)計分析中要求數(shù)據(jù)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(xiàn)的缺點[11]，能夠為溫室大棚辣椒水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用和節(jié)水、優(yōu)質(zhì)、高效灌溉模式的研究提供一定的理論參考和試驗依據(jù)。