宁夏设施枇杷主要中微量元素苗期施肥优化

Optimization of Fertilization in Seedling Stage of Loquat in Facilities in Micronutrient of Ningxia

摘要: 为了明确宁夏设施枇杷苗期主要中微量元素Ga、Mg、Fe、Mn对苗期叶绿素增量的影响及最佳施肥区间，采用均匀设计法以二年生大营养袋枇杷实生苗为试材，应用回归和频数分析法对施肥前后叶绿素含量增量变化及因素效应进行了相关分析，建立了数学回归模型和相应施肥区间频率估计，结果表明：Ga、Fe、Mn单因素效应为正相关，Mg为负相关；Ga/Fe、Ga/Mn、Mg/Mn、Mg/Fe两因素互作效应为正相关，Ga/Mg、Mg/Fe为负相关；经频率分析后得到各主要中微量元素的最佳施用范围分别为：Ga为241.66~277.78mg/L，Mg为75.8~86.85 mg/L，Fe为25.14~29.63 mg/L，Mn为5.55~6.34 mg/L。

Abstract: In order to find out the effect of Ga, Mg, Fe and Mn on chlorophyll increment and the optimum fertilizing range of 2-year-old loquat seedlings in large nutrition bags in Ningxia Greenhouse, a uniform design method was used, and regression and frequency analysis were used to analyze the change of chlorophyll content increment and the effect of factors before and after fertilization. Mathematical regression model and interval frequency estimation were established. The results show that the single factor effect of Ga, Fe, Mn is positive correlation, Mg is negative correlation, the interaction effect of Ga/Fe, Ga/Mn, Mg/Mn, Mg/Fe is positive correlation, and the interaction effect of Ga/Mg, Mg/Fe is negative correlation. The results of frequency analysis showed that the optimum application ranges of micronutrients were as follows: Ga 241.66~277.78 mg/L, Mg 75.8~86.85 mg/L, Fe 25.14~19.63 mg/L, Mn 5.55~6.34 mg/L.

1. 引言

枇杷(Eriobotrya japonica Lind I.)原产我国，别名芦橘，是蔷薇科苹果亚科枇杷属植物，为亚热带常绿小乔木，是我国南方特有的珍稀水果 [1]。枇杷果实外观艳丽，果肉多汁，酸甜可口，含有多种营养成份，果实可食率65%~75%，可溶性固形物8%~19%。果实除鲜食外，还可加工制成罐头、果酒、果汁等产品，其果、叶、枝、花具有较高的药用价值 [2]。施肥管理是枇杷栽培管理中的重要环节之一，目前生产上往往注重大量元素施用而忽视了中微量元素的合理施用。中微量元素对树体的生长发育具有重要影响 [3]，大多为酶、辅酶的组成成份或活化剂 [4]，对树体叶绿素和蛋白质的合成、光合等具有促进和调节作用。同时，不同土壤pH值影响着树体根系对各种矿质元素的吸收，多项研究结果表明，中微量元素缺乏易导致树势弱、果实品质下降等多种生理性病害的发生 [5] [6] [7] [8]。本试验从枇杷苗期Ga、Mg、Fe、Mn等四个中微量元素施用角度出发，采用均匀试验设计对施用量与叶绿素含量变化进行了分析比较，进一步明确宁夏日光温室枇杷苗期中微量元素合理施用范围，为今后宁夏日光温室亚热带特色果树枇杷优质高效栽培提供技术支撑。

2. 材料与方法

2.1. 试验材料及地点

试验材料选择二年生长势、大小基本一致的营养袋枇杷实生苗，于2019~2020年在园林厂试验示范基地日光温室内进行。试验用主要中微量元素肥料为硝酸钙、硫酸镁、EDTA-铁、硫酸锰等化学试剂。

2.2. 试验设计

采用 ${\text{U}}_{\text{n}}^{*}$ 表，选用均匀设计表 ${\text{U}}_{\text{n}}^{*}$ (13⁴)，均匀设计偏差D = 0.1442，试验方案见表1所示，其中硝酸钙浓度范围为50~600 mg/L、硫酸镁25~250 mg/L、EDTA-铁5~40 mg/L、硫酸锰2~10 mg/L。施肥试验从2019年10月份开始至2020年6月份结束，每月施肥一次，每株用水量均为1L。试验设单株小区，随机区组，各施肥处理3次重复，以施肥试验前后叶绿素含量增量变化为因变量(Y)进行分析。叶绿素含量使用手持式叶绿素测定仪SPAD520进行测定，试验数据分析采用Office (Excel)、SPSS20.0，绘图采用Origin9等软件进行。

Table 1. Results of Ga, Mg, Fe, Mn fertilization rate at seedling stage of Loquat and optimal uniform design scheme

表1. 枇杷苗期主要中微量元素施肥优化均匀设计方案及结果

3. 结果与分析

3.1. 回归模型建立与检验

根据表1中的数据结果进行多项式逐步回归分析，在置信度a = 0.01水平下得出枇杷实生苗叶绿素含量增量值Y与各因素施肥量的数学回归方程模型为Y = −12.21 + x1 * 0.002 − x2 * 0.01 + x3 * 0.4 + x2 * x4 * 0.004 + x4 * x4 * 0.1，对该回归方程进行方差分析可知，模型的决定系数R²=0.88，回归方程检验的F值 = 19.66，临界值p = 0.0005 ≤ 0.01显著水平，表示方程的拟合度极好，该方程能够较好的反映出叶绿素含量增量值Y与各因素之间的关系，可以进一步进行后续的预测分析。

3.2. 单因素效应分析

利用已拟合好的回归模型，在保留某单一因素的条件下，使其它因素取值为0时，即可得到某因素施用量与叶绿素增量Y之间的关系方程，可以用来分析评价各单因素效应。经降维分析后，获得的各单因素方程如下：(Ga) Y1 = −12.21 + X1 * 0.002，X1 $\in$ [50, 600] mg；(Mg) Y2 = −12.21 − X2 * 0.01，X2 $\in$ [25~250] mg; (Fe) Y3 = −12.21 + X3 * 0.4，X3 $\in$ [5~40] mg；(Mn) Y4 = −12.21 + X4 * X4 * 0.1，X4 $\in$ [2~10] mg。由图1可以看出硝酸钙在施用浓度范围内，叶绿素增量值与施用浓度呈正相关，叶绿素增量值随施用浓度增大而增大。由图2可以看出硫酸镁在施用浓度范围内，叶绿素增量值与施用浓度呈负相关，叶绿素增量值随施用浓度增大而减小。由图3可以看出EDTA-铁在施用浓度范围内，叶绿素增量值

Figure 1. Analysis of single factor effect of calcium nitrate

图1. 硝酸钙单因素效应分析

Figure 2. Single factor effect analysis of magnesium sulfate

图2. 硫酸镁单因素效应分析

Figure 3. EDTA-iron single factor effect analysis

图3. EDTA-铁单因素效应分析

与施用浓度呈正相关，叶绿素增量值随施用浓度增大而增大。由图4可以看出硫酸锰在施用浓度范围内，叶绿素增量值与施用浓度呈指数正相关，叶绿素增量值随施用浓度增大而增大。

Figure 4. Single factor effect analysis of manganese sulfate

图4. 硫酸锰单因素效应分析

3.3. 因素互作效应分析

通过降维分析可以得到某两个施肥因素之间的交互效应方程，分别如下：Y1Y2 = −12.21 + x1 * 0.002 − x2 * 0.01，Y1Y3 = −12.21 + x1 * 0.002 + x3 * 0.4，Y1Y4 = −12.21 + x1 * 0.002 + x4 * x4 * 0.1，Y2Y3 = −12.21 − x2 * 0.01 + x3 * 0.4，Y2Y4 = −12.21 − x2 * 0.01 + x2 * x4 * 0.004 + x4 * x4 * 0.1，Y3Y4 = −12.21 + x3 * 0.4 + x4 * x4 * 0.1。由图5可以看出，Ga、Mg交互作用下两因素表现出一定的拮抗作用，当Ga浓度在试验范围内取值时，枇杷叶绿素增量会随Mg浓度的减小而增加；由图6可以看出，Ga、Fe交互作

Figure 5. Calcium/Magnesium interaction effect

图5. 钙镁交互效应

Figure 6. Calcium/Iron interaction effect

图6. 钙铁交互效应

用下两因素表现出一定的促进作用，枇杷叶绿素增量会随两因子的浓度增加而增加且Ga的高浓度促进效果略高于低浓度；由图7可以看出，Ga、Mn交互作用下两因素表现出一定的促进作用，枇杷叶绿素增量会随两因子的浓度增加而增加且Mn的高浓度促进效果明显高于低浓度，而Ga的高浓度促进效果仅略高于低浓度；由图8可以看出，Mg、Fe交互作用下两因素表现出一定的拮抗作用，Mg的低浓度效果要略好于高浓度，Fe对枇杷叶绿素增量的促进作用则随着浓度的增加促进效果较为显著；由图9可以看出，Mg、Mn交互作用下两因素表现出一定的促进作用且Mn的促进作用远好于Mg的促进作用，Mg的高浓度区的促进作用略好于低浓度区；由图10可以看出，Fe、Mn交互作用下两因素表现出明显的促进作用且Mn对枇杷叶绿素增量的促进效果远好与Fe的促进效果，两因素均在浓度最大值时有最佳效果。

Figure 7. Calcium/Manganese interaction effect

图7. 钙锰交互效应

Figure 8. Magnesium/Iron interaction effect

图8. 镁铁交互效应

Figure 9. Magnesium/Manganese interaction effect

图9. 镁锰交互效应

Figure 10. Iron/Manganese interaction effect

图10. 铁锰交互效应

3.4. 合理施肥量优化

用频数分析法对本试验数学回归模型进行优化处理。依据试验方案中的因素与水平数可知全因素试验共需13⁴ = 28561个试验处理组合，以叶绿素含量增量4 < Y < 5为参照，结合数学模型可以计算出叶绿素含量增量为4 < Y < 5时的处理组合共有1800个，详细频数分布见表2。

从表2中的分析数据可以明显看出，Ga元素频数分布相对平均，最佳施肥量为241.66~277.78 mg/L。Mg元素频数分布相对集中在前7个处理中，最佳施肥量为75.8~86.85 mg/L。Fe元素频数分布主要集中在后5个处理中，最佳施肥量为25.14~29.63 mg/L。Mn元素频数分布主要集中在前11个处理中，最佳施肥量为5.55~6.34 mg/L。

Table 2. Chlorophyll increment 4 < Y < 5 of frequency distribution and optimization of loquat seedlings

表2. 枇杷苗期叶绿素增量4 < Y < 5时时频数分布及优化

4. 结论

通过枇杷苗期主要中微量元素数学回归模型明确了单因素效应及某两个因素间的交互效应。在本试验四个主要的元素中，单因素效应呈正相关趋势的主要有Ga、Fe、Mn这三个元素，呈负相关趋势的主要是Mg元素。某两个因素交互效应分析结果表明：Ga/Fe、Ga/Mn、Mg/Mn、Mg/Fe这四类元素组合呈正相关趋势，表现出一定的促进作用；Ga/Mg、Mg/Fe这两类元素组合呈负相关趋势，表现出一定的拮抗作用。经频数分析后得出四个主要中微量元素的最佳施用范围分别为：Ga元素最佳施肥量区间为241.66~277.78 mg/L，Mg元素最佳施肥量区间为75.8~86.85 mg/L，Fe元素最佳施肥量区间为25.14~29.63 mg/L，Mn元素最佳施肥量区间为5.55~6.34 mg/L。

基金项目

宁夏农林科学院科技创新先导资金对外科技合作专项(DWX-2018033)。