控释肥、保水剂和壳聚糖对甜椒穴盘育苗的交互效应研究

董传迁,尹程程,魏珉,2*,杨凤娟,3,史庆华,2,王秀峰,3,张伟丽

1.山东农业大学园艺科学与工程学院,山东泰安271018

2.农业部黄淮海设施农业工程科学观测实验站,山东泰安271018

3.作物生物学国家重点实验室,山东泰安271018

4.山东济南伟丽种业有限公司,山东济南250100

控释肥、保水剂和壳聚糖对甜椒穴盘育苗的交互效应研究

董传迁1,4,尹程程1,魏珉1,2*,杨凤娟1,3,史庆华1,2,王秀峰1,3,张伟丽4

1.山东农业大学园艺科学与工程学院,山东泰安271018

2.农业部黄淮海设施农业工程科学观测实验站,山东泰安271018

3.作物生物学国家重点实验室,山东泰安271018

4.山东济南伟丽种业有限公司,山东济南250100

为探明控释肥、保水剂和壳聚糖的交互效应，以腐熟棉籽壳菇渣+草炭+蛭石（1:1:1，V/V）为基质，采用二次通用旋转设计，研究了控释肥、保水剂和壳聚糖对甜椒穴盘育苗效果的影响。结果表明：适量添加保水剂、控释肥和壳聚糖能有效促进幼苗生长，提高生理活性，增强抗逆能力；保水剂与控释肥之间的互作效应为显著正相关，保水剂与壳聚糖之间的互作效应为正相关，而控释肥与壳聚糖之间的互作效应为负相关，但两者均未达到显著水平。经计算机模拟模型解析，得出该基质条件下甜椒育苗的最佳用量组合为：保水剂4.73～5.22 g·L-1，控释肥5.02～5.52 g·L-1，壳聚糖3.05～3.70 g·L-1。

甜椒;保水剂;控释肥;壳聚糖;穴盘育苗

近年来，以穴盘育苗为主的蔬菜集约化育苗在全国各地快速发展，有利地推动了蔬菜产业向规模化和专业化发展。然而，由于穴盘育苗的穴孔容量小，容纳基质少，缓冲性能和保肥保水能力弱，造成幼苗水肥供应不足。因此，生产中常常通过多频次浇灌营养液的方法来满足幼苗生长需求，但营养液配制和管理繁琐，技术要求较高，而且每次灌溉营养液均会造成较多的水肥流失，既降低资源利用效率，又污染环境[1]。另一方面，穴盘的地上和地下部空间有限，幼苗生长后期往往由于竞争性生长而导致徒长，影响壮苗培育[2]。

伴随保水剂、控释肥、壳聚糖等新型材料出现，人们开始关注其在蔬菜和农业生产中的应用。研究表明，合理使用保水剂、控释肥可明显促进蔬菜生长，增加产量，提高水肥利用效率[3-6]；壳聚糖则有利于提高作物抗逆性[7,8]。关于保水剂、控释肥、壳聚糖在蔬菜育苗中的应用，曾相继有一些报道[9-11]，但这些报道多是探讨其中某一个因素对育苗效果的影响，关于保水剂、控释肥和壳聚糖三者之间的互作效应研究甚少。

为此，本试验以甜椒为试材，采用二次通用旋转设计，研究了保水剂、控释肥和壳聚糖对穴盘育苗效果的影响，探讨三者的互作效应及其合理用量，以期为简化育苗水肥管理，培育优质壮苗提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

甜椒品种“农发甜椒”由北京神龙种业有限责任公司繁育。草炭由黑龙江桦美泥炭有限公司生产，蛭石购自济南安信种苗有限公司，腐熟棉籽壳菇渣自行堆沤制作。保水剂为交联聚丙烯酰胺类，由北京汉力淼新技术有限公司提供，规格XM，颗粒大小0.8～1.6 mm，吸水倍数约200倍。控释复合肥（N-P2O5-K2O为14-14-14，膜含量5%）由山东金正大生态工程股份有限公司提供，控释期3个月。壳聚糖由山东奥康生物科技有限公司生产，水溶性，脱乙酰度〉90%，灰分＞1%，粒径100目。

采用50孔黑色塑料穴盘，单个穴孔容积约为60 cm3。

1.2 试验设计

试验于2011年11～12月在山东农业大学北校区玻璃温室进行。以腐熟棉籽壳菇渣+草炭+蛭石（1:1:1，V/V）为育苗基质，采用二次通用旋转设计，编码与三因素水平见表1。依据表1中各因素水平，将相应物料混入育苗基质中，并添加0.08 g·L-1多菌灵（50%可湿性粉剂）防控苗期病害。

挑选整齐一致的甜椒种子，55℃温汤浸种10 min，放置于28±1℃恒温箱中催芽，露白后播种。每处理播种3个穴盘，作为3次重复。出苗后开始浇灌日本山崎甜椒专用配方营养液。待幼苗长至五叶一心时取样，每重复取7株测定生长指标，5株测定生理指标。试验期间室内平均昼/夜温度为17.5～24.3℃/10.1～16.4℃。

表1 二次通用旋转设计编码与水平Table 1 The codes and level in quadratic general rotary design

1.3 测定项目和方法

1.3.1 幼苗生长指标测定育苗结束时，测定株高、茎粗、鲜重，105℃杀青，70℃烘干，测干重。壮苗指数=（根干重/地上部干重+茎粗/株高）×全株干重（g）×1000

1.3.2 幼苗生理指标测定叶绿素采用丙酮乙醇混合液（2:1，V/V）提取[12]，TU-1900紫外可见分光光度计测定；根系活力采用TTC法，根系吸收面积采用甲烯蓝法测定[13]。

1.4 数据统计与分析

采用DPS软件对数据进行统计分析和差异显著性检验。采用SAS 9.0软件处理二次通用旋转设计的数据。

2 结果与分析

2.1 控释肥、保水剂和壳聚糖对甜椒幼苗生长的影响

从表2可以看出，甜椒幼苗以T15的株高、茎粗、地上部干重和根干重最大，与其它处理间的差异多数达到显著水平，而T1的生长量最小。从壮苗指数看，T15的壮苗指数最大，达到49.16，而T1最小，只有35.38。

表2 不同处理对甜椒幼苗生长的影响Table 2 Effects of different treatments on growth of sweet pepper seedlings

2.2 控释肥、保水剂和壳聚糖对甜椒幼苗叶绿素含量和根系活力的影响

从表3可以看出，T20的叶绿素含量最高，达1.977 mg·g-1；T15、T16、T17次之，彼此间无显著差异；T1的叶绿素含量最低。根系活力以T8、T17、T20较高，彼此间无显著差异，T13最低，只有143.5 μg TTC·g-1FW·h-1。

表3 不同处理对甜椒幼苗叶绿素含量和根系活力的影响Table 3 Effects of different treatments on chlorophyll content and root vigor of sweet pepper seedling

2.3 甜椒幼苗壮苗指数效应函数及其解析

2.3.1 效应函数的建立将表2中的壮苗指数进行处理，得到壮苗指数（Y）对3种添加物（X1，X2，X3）编码间的回归模型，见公式（1）。

方差分析得知，F失拟=0.31[F失拟0.05（5,5）=5.05]，F拟合=41.46**[F拟合0.05(9,10)=3.02，F拟合0.01(9,10)=4.91]，复相关系数R=0.9615**，未控制因素对试验结果的影响不显著，可忽略不计，说明所建模型与实际值拟合程度很好，具有较高可信度。

显著性检验结果表明（表4），保水剂、控释肥和壳聚糖主效应和互作效应对甜椒幼苗壮苗指数都有不同程度影响，保水剂（X1）、控释肥（X2）和壳聚糖（X3）主效应对甜椒幼苗壮苗指数的影响均极显著；从一次项的偏回归系数看，b1〉b2〉b3，说明本试验添加物范围内[-1.682≤Xi≤1.682，(i=1,2,3)]，保水剂是影响壮苗指数的主要因子，控释肥次之，壳聚糖影响最小。二次项系数|b33|〉|b22|〉|b11|，且三因素均达极显著差异水平。

表4 甜椒幼苗壮苗指数回归方程的显著性检验Table4 Significance test of regression equation on index of sweet pepper seed lings

2.3.2 育苗主效因子分析分别将X1、X2和X3作为独立因子，其它因子固定在零水平，对方程（1）进行降维处理，得到单因素效应方程，并作图（1A）。

图1 不同因素对甜椒幼苗壮苗指数和边际壮苗指数的影响Fig.1 Effects of different factors on seed ling index(A)and marginal index(B)of sweet pepper seed ling

保水剂对壮苗指数的影响：Y1=46.88+2.92X1-1.92X12

控释肥对壮苗指数的影响：Y2=46.88+1.85X2-2.26X22

壳聚糖对壮苗指数的影响：Y3=46.88+1.31X3-2.45X32

对上述3式分别求导，可得边际壮苗指数模型：dy1=2.92-3.84X1，dy2=1.85-4.52X2，dy3=1.31-4.90X3，绘出边际壮苗指数（图1B）。

令dy/dXi=0（i=1,2,3），可求出Y极大值时3个因子的取值分别为：X1=0.76，相当于保水剂4.76 g·L-1；X2=0.63，相当于控释肥5.13 g·L-1；X3=0.27，相当于壳聚糖3.27 g·L-1。

图1表明，在本试验各因子用量范围内[-1.682≤Xi≤1.682，(i=1,2,3)]，三因素对甜椒幼苗壮苗指数的效应均呈开口向下的二次抛物线，在添加量较少的情况下，保水剂、控释肥和壳聚糖对甜椒幼苗的壮苗指数都有明显促进作用，超过一定量后，随3种添加物的增加壮苗指数降低。3种添加物的编码在-1.682时边际壮苗指数最高，此后壮苗指数随用量（Xi）的增加而迅速增加，而边际壮苗指数（dy/dXi）开始减少，保水剂、控释肥和壳聚糖添加物的编码值分别达到0.76、0.63和0.27时，壮苗指数最高，边际壮苗指数为零；超过此用量，边际壮苗指数为负值，壮苗指数开始下降，即进入不合理用量区间。3种添加物的效应均符合报酬递减规律，其程度是壳聚糖〉控释肥〉保水剂。

2.3.3 二因素互作效应分析互作项的偏回归系数X1X2〉X1X3〉X2X3，可见3种添加物的二因素互作效应以保水剂与控释肥的作用最大，保水剂与壳聚糖次之，控释肥与壳聚糖最弱（表4）。互作项X1X2达显著水平，说明甜椒幼苗壮苗指数的形成不仅是单因素增产效应的线性积累，保水剂和控释肥之间还存在一定的互作效应。采用降维法将模型（2）中的任意壳聚糖因子固定在“0”水平，可得保水剂、控释肥2个因子及其交互作用与壮苗指数间的回归模型，即令X3=0，将模型（2）降维，可得式（2）：

根据模型（2）可绘出保水剂和控释肥的互作效应（图2）、效应曲面和等值线（图3）。由图2可知：在本试验用量范围内，某一特定保水剂（X1）用量下，控释肥用量引起的壮苗指数变化规律相同，即随控释肥用量增加，壮苗指数呈先升高后降低变化趋势。当保水剂用量水平为-1.682、-1、0、1、1.682时，达到最高壮苗指数需添加的控释肥用量编码分别为-0.019、0.155、0.409、0.664、0.837，控释肥用量分别为4.48、4.65、4.91、5.16、5.34 g·L-1，甜椒幼苗最大壮苗指数分别为36.54、42.09、47.26、48.88、47.94。由此看出，保水剂用量较低（-1.682或-1），控释肥对壮苗指数的促进作用较小；保水剂用量较高（0、1或1.682），控释肥和保水剂的互作效应明显，壮苗指数较高。

图2 保水剂和控释肥互作效应Fig.2Interaction effects between SAP and CRFs

图3保水剂、控释肥互作效应的曲面（A）和等值线图（B）Fig.3 The curved surface and contour line of interaction effects between SAP and CRFs

图3是保水剂和控释肥互作效应曲面和等值线图。效应曲面是保水剂和控释肥对甜椒幼苗壮苗指数作用的综合结果，它能直观地展现不同保水剂、控释肥用量对壮苗指数的效应。为分析方便，将效应曲面图投影在基面上得到等值线图。同一壮苗指数线的个点虽然值相同，但获得该壮苗指数的保水剂、控释肥比例不同。从等值线图可看出，本试验条件下保水剂、控释肥的互作规律为，当保水剂用量一定时（-1.682≤X1≤1.682），壮苗指数随控释肥用量增加呈先升高后降低变化趋势。当保水剂用量较低时，控释肥对甜椒幼苗壮苗指数的作用效果较差；保水剂用量较高时（X1≥-1），控释肥对甜椒幼苗壮苗指数的作用增大。由图3可知，甜椒幼苗较高壮苗指数出现在高保水剂用量、较高控释肥用量条件下。当保水剂的编码值0.25≤X1≤1.6，控释肥的编码值0≤X2≤1.2时，甜椒幼苗壮苗指数可达48以上；当保水剂编码值X1≥-0.3，控释肥编码值X1≥-0.5时，甜椒幼苗壮苗指数可达46以上。

本试验条件下，当壳聚糖用量为“0”（编码水平3 g·L-1）时，保水剂、控释肥互作所达到的最高壮苗指数为48.88，对应的保水剂X1用量为5 g·L-1（编码值1），控释肥X2用量为5.16 g·L-1（编码值0.66）。

2.3.4 甜椒幼苗最大壮苗指数优化配比方案本试验条件下，所得壮苗指数函数为非线性函数，可在计算机上求得其最优解，也即模型Y极大值。在计算机上运算可知：本试验共53=125套组合方案，其中最高壮苗指数Ymax=48.62，相对应的各因子用量方案为：X1=1.0，X2=1.0，X3=0（编码值）。试验范围内（-1.682≤Xi≤1.682），经上机运算得到的全部125套组合方案中，其中壮苗指数大于44以上的有24套，占总组合数的19.2%。在95%置信域下，获得3因素用量的最佳范围为：保水剂4.73～5.22 g·L-1，控释肥5.02～5.52 g·L-1，壳聚糖3.05～3.70 g·L-1（表5）。

表5 优化配比方案Xi取值的分布频率Table 5 Frequency distribution of Xivalues in optimization ratio scheme

3 结论与讨论

单独施用保水剂、控释肥、壳聚糖均可促进作物生长，有利于培育优质壮苗[9-11]。本试验结果表明，保水剂、控释肥、壳聚糖配合施用更有利于甜椒幼苗生育和壮苗形成，三者的作用大小顺序依次为保水剂、控释肥和壳聚糖，在本试验条件下，其最佳用量范围分别为保水剂4.73～5.22 g·L-1、控释肥5.02～5.52 g·L-1、壳聚糖3.05～3.70 g·L-1。该用量范围与他人报道的研究结果[9,11,14-17]存在一定差异，可能是由于试验作物、基质条件以及所采用的保水剂、控释肥、壳聚糖产品的类型和规格不同所致。另一方面，本试验研究结果也表明，保水剂、控释肥、壳聚糖三者之间存在一定程度的互作效应。

保水剂、控释肥、壳聚糖之间的互作效应，主要表现为促进和拮抗两个方面。保水剂和控释肥之间存在显著正向互作效应，原因可能是保水剂不仅能够有效吸持水分，还能够提高育苗基质对养分的吸附能力，保持基质肥力，减少灌溉对养分的淋溶作用，促进幼苗对养分的吸收[18-21]；同时，控释肥本身可有效控制养分的释放速度，有利于保持基质中的养分稳定，从而避免了盐分大量积累对保水剂保水保肥功能的影响[22-24]。保水剂与壳聚糖之间的相互促进作用，可能与壳聚糖具有一定的吸湿保湿能力有关[25]，而壳聚糖的吸湿保湿性能有利于增强保水剂的保水持水能力。控释肥和壳聚糖之间存在一定的拮抗作用，可能与壳聚糖本身具有良好成膜性有关[26]，研究表明，甲壳素包裹缓释肥料具有良好的养分缓释效果[27]，控释肥颗粒表面的膜能有效控制N、P、K养分的释放[28-29]，而壳聚糖的成膜能力可能会进一步减缓控释肥养分的释放速度。关于壳聚糖、保水剂和控释肥的相互作用机制，有待开展更深入的研究。

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Interaction Effects of Controlled Release Fertilizer,Super Absorbent Polymer and Chitosan on Plug Seedlings of Sweet Pepper

DONG Chuan-qian1,4,YIN Cheng-cheng1,WEI Min1,2*,YANG Feng-juan1,3, SHI Qing-hua1,2,WANG Xiu-feng1,3,ZHANG Wei-li4
1.College of Horticultural Science and Engineering of Shandong Agricultural University,Taian271018,China
2.Scientific Observing and Experimental Station of Environment Controlled Agricultural Engineering in Huang-Huai-Hai Region,Ministry of Agriculture,Taian271018,China
3.National Key Laboratory of Crop Biology,Taian271018,China
4.Jinan Weili Seed Co.,Ltd.,Jinan250100,China

To verify the interaction of controlled release fertilizer,super absorbent polymer and Chitosan,their effects on plug seedlings of sweet pepper were studied by using quadratic general rotary unitized design and applying the three materials in a complex media of mushroom residue compost,peat moss and vermiculite at a ratio of 1:1:1(V/V).The results showed that:proper application of super absorbent polymer,controlled release fertilizer and Chitosan could promote the grow th and physiological activities of seedlings,and strengthen their stress resilience.There was significant positive interaction effect between super absorbent polymers and controlled release fertilizer,Chitosan showed a positive effect with super absorbent polymers,and a negative effect with controlled release fertilizer,both of which being not significant.By using computer simulation and model analysis,the optimum rates for sweet pepper plug seedlings production were super absorbent polymer at 4.73～5.22 g·L-1,controlled release fertilizer at 5.02～5.52 g·L-1,and chitosan at 3.05～3.70 g·L-1.

Sweet pepper;super absorbent polymer;controlled release fertilizer;Chitosan;plug seedling

S641.3文献标示码:A

:1000-2324(2015)06-0801-07

2014-10-13

:2014-11-21

国家公益性行业(农业)科研专项(201203095);山东省农业重大应用技术创新课题(鲁财农指(2010)58号);山东省自主创新专项(2012CX 90103)

董传迁(1987-),男,硕士,主要从事蔬菜集约化育苗研究.E-mail:dchuanqian@163.com

*通讯作者:Author for correspondence.E-mail:m inwei@sdau.edu.cn