不同肥料配施方案对荞麦品质影响

2016-01-12徐松鹤任琴曹兴明郭宏杰刘拴成

湖北农业科学 2015年24期

徐松鹤　任琴　曹兴明　郭宏杰　刘拴成

摘要：为提高荞麦（Fagopyrum esculentum）子粒的口感和品质，采用4因素5水平二次正交旋转组合设计方案进行施肥，分别建立N肥、P肥、K肥和有机肥与荞麦子粒中可溶性糖和蛋白质的4元2次回归方程。通过回归方程分析得出，适当增施P肥，同时N肥和有机肥比例为1∶140时，可以提高荞麦种子中蛋白质和可溶性糖的含量。通过计算机模拟方程，荞麦种子中可溶性糖含量和蛋白质含量都较高的最优施肥方案是：N 35.69～38.74 kg/667m2，P2O5 4.63～4.76 kg/667m2，K2O 16.64～18.07 kg/667m2，有机肥 5 106.00～5 367.60 kg/667m2。氮肥、磷肥、钾肥和有机肥的最优施肥比例约为8∶1∶4∶1∶1 114。

关键词：荞麦；施肥；可溶性糖；蛋白质

中图分类号：S14-3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）24-6207-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.24.027

Abstract： To improve the taste and quality of buckwheat seeds，fertilization was performed according to quadratic orthogonal rotation design of four factors and five levels. The regression equations between nitrogen fertilizer， phosphate fertilizer， potash fertilizer and organic fertilizer soluble sugar content and protein content of buckwheat seeds were established. According to regression equations， appropriate increasing of phosphate fertilizer while the ratio nitrogen fertilizer and organic fertilizer keeps 1∶140 can increase the content of buckwheat seed protein and soluble sugar. By computer simulation optimization， the optimal fertilization program of buckwheat seeds to keep high content of soluble sugar content and protein content are N 35.69～38.74 kg/667m2， P2O5 4.63～4.76 kg/667m2， K2O 16.635～18.065 kg/667m2， organic fertilizer 5 106.00～5 367.60 kg/667m2. The optimal ratio of nitrogen fertilizer， phosphate fertilizer， potash fertilizer and organic fertilizer is about 8∶1∶4∶1 114.

Key words： buckwheat； fertilizer； soluble sugar； protein.

荞麦（Fagopyrum esculentum）属蓼科荞麦属，广泛种植于中国东北、华北和西南等一些高寒地区和少数民族聚居区，具有降糖、降压、降血脂及抗氧化等保健功效，是一种重要的粮食和经济作物[1，2]。

内蒙古自治区的荞麦主要种植于中西部的丘陵山地等地区，其种植面积、产量、出口量均居全国第一[3]。随着荞麦食品的开发利用，内蒙古乌兰察布地区已有多家企业进行荞麦深加工食品的研发[4]，其中总糖和蛋白质含量是影响荞麦食品口感和品质的重要指标[5]。研究表明，适当早播有利于荞麦蛋白质及其组分含量的增加[6]，而播期也显著影响荞麦子粒中可溶性糖的含量，邢凤丽[7]研究发现荞麦子粒中可溶性糖会随着播期的推迟而增加。文平[8]在其研究中发现N、P、K配施会显著增加荞麦子粒中总蛋白及各组分含量。以上研究均集中于播期和无机肥料的影响，而有机肥料和无机肥料配施对荞麦子粒中蛋白质和可溶性糖含量的综合影响未见报道。本研究利用二次正交旋转组合设计将N、P、K与有机肥混合配施，综合测定荞麦子粒中可溶性糖和蛋白质含量变化，旨在为生产口感佳、营养高、品质优的荞麦产品提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

荞麦种子为乌兰察布地区常用的栽培品种西农9920，由内蒙古农业科学院提供。试验无机肥料为尿素、磷酸氢二铵、硫酸钾，腐熟羊粪作为有机肥。

1.2 试验方法

采用4因素5水平二次正交旋转组合设计[9]，分N、P2O5、K2O和有机肥4个因素，分别记为N，P，K和OF，每个因素各设5个水平，具体见表1。共栽种36个小区，每小区面积6 m2（2 m×3 m），行距15 cm，株距10 cm。N肥在播种前按设计方案量的70%作为基肥施入，其余30%在现蕾期追施，其他肥料在播种前作为基肥一次性施入。

本试验于2013年6月15日播种于集宁师范学院园艺实训基地，2013年9月25日收获，生育期全长102 d。

1.3 栽培地土壤养分测试方法及结果

播种前土壤肥料中速效氮用碱解扩散法测定，速效磷用碳酸氢钠法测定，速效钾用乙酸铵提取法测定，土壤有机质用重铬酸钾容量法稀释热法测定[10]。

试验样地播种前速效氮含量为（135.33±5.78）mg/kg，速效磷含量为（16.31±3.11）mg/kg，速效钾含量为（179.08±11.08）mg/kg，有机质含量为（8.00±1.84）mg/kg，土壤较为贫瘠。

1.4 测定方法

可溶性糖含量采用蒽酮法测定，蛋白质含量采用考马斯亮蓝（G-250）染色法测定[11]。

1.5 数据分析

试验设计采用DPS数据处理系统，并对试验数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 回归模型的建立与检验

根据4元2次回归正交旋转组合设计的原理，该试验期望的回归数学模型为：■=b0+∑bixi+∑bijxixj∑biix2i。

分别以可溶性糖含量（Y1）和蛋白质含量（Y2）为目标函数，根据36个小区的试验结果建立四因素X1（N）、X2（P）、X3（K）、X4（OF）相应数学回归模型如下式（1）和（2）。

Y1=7.229 7+0.145 9X1+0.249 2X2+0.107 3X3+0.204 2X4-0.124 9X12-0.102 9X22-0.097 5X32-0.329 2X42-0.021 1X1X2-0.001 8X1X3+0.070 4X1X4+0.005 1X2X3-0.069 5X2X4+0.007 9 X3X4 （1）

Y2=9.160 2+0.218 3X1+0.376 4X2+0.170 0X3+0.250 3X4-0.178 8X12-0.096 0X22-0.141 3X32-0.346 1X42-0.017 12X1X2-0.005 75X1X3+0.062 00X1X4-0.004 37X2X3-0.0296 2X2X4-0.018 5X3X4 （2）

试验结果经过方差分析（表2）可知，所建立2个回归方程的回归性极显著（P<0.01），差异有统计学意义，而2个回归方程的失拟性不显著（P>0.05），说明回归方程对试验的拟合性较好，可以用这两个方程进行结果预测。

因回归方程是经无量纲编码线性代换后所得，方程系数已经标准化，因此回归方程的系数大小可直接横向比较，以此反映变量对指标值的影响程度。模型中常数项b0反映各因子用量处在0水平时的指标值，即平均效应；一次项回归系数bi反映各自对指标值的线性增加效应，二次项回归系数bii反映各因子的报酬递减效应；交互项回归系数bij反映各因素之间的交互效应。

2.2 不同肥料处理对荞麦种子可溶性糖含量的影响

通过（1）式可知，一次项回归系数的绝对值大小为：∣b2∣>∣b4∣>∣b1∣>∣b3∣，因此对可溶性糖含量影响依次为：P肥﹥有机肥﹥N肥﹥K肥。二次项回归系数的绝对值大小为：∣b44∣>∣b11∣>∣b22∣>∣b33∣，因为二次项的系数均为负值，所以绝对值越大，过量施肥将引起可溶性糖含量下降趋势越快。由二次项系数可知，有机肥影响最大，K肥的影响最小。因为试验采用正交组合设计，通过降维处理将（1）式中其他变量固定在方程0水平后，得到4个单因素回归方程，如图1和方程（3）～方程（6）所示。

Y1=7.229 7+0.145 9X1-0.124 9X12 （3）

Y2=7.229 7+0.249 2X2-0.102 9X22 （4）

Y3=7.229 7+0.107 3X3-0.097 5X32 （5）

Y4=7.229 7+0.204 2X4-0.329 2X42 （6）

通过图1可以看出，4条曲线均呈现开口向下的抛物线，说明4种肥料过量施用均对可溶性糖含量产生抑制作用。在0水平以下时，随着4种肥料的增施，可溶性糖含量均增加，但当超过0水平过量施用时，可溶性糖含量将明显降低，其中有机肥的抑制效果最强，P肥的抑制效果最弱。通过（1）式两因素交互效应可以看出，N肥和有机肥的配施将提高荞麦种子中可溶性糖含量的影响，P肥和有机肥的配施会降低可溶性糖的含量。其他肥料的配施对荞麦种子可溶性糖含量影响不明显。因此要提高荞麦可溶性糖含量，需要保持N、P、K和有机肥的合理施肥量。

2.3 不同肥料处理对荞麦种子蛋白质含量的影响

通过（2）式可知，回归方程的一次项系数的绝对值大小为：∣b2∣>∣b4∣>∣b1∣>∣b3∣。因此，对于蛋白质含量影响依次为P肥、有机肥、N肥、K肥。二次项回归系数的绝对值大小为：∣b44∣>∣b11∣>∣b33∣>∣b22∣。同样（2）式中二次项系数也为负值，因此绝对值越大对蛋白质含量影响的趋势也越大。通过对回归方程的二次项系数绝对值比较可以看出，有机肥影响最大，P肥影响最小。采取同样方法对（2）式进行降维处理，如图1和方程（7）～方程（10）所示。

Y1=9.160 2+0.218 3X1-0.178 8X12 （7）

Y2=9.160 2+0.376 4X2-0.096 0X22 （8）

Y3=9.160 2+0.170 0X3-0.141 3X32 （9）

Y4=9.160 2+0.250 3X4-0.346 0X42 （10）

通过图2可看出，X2基本呈一条直线，说明增施P肥将显著提高荞麦蛋白质的含量，其余3条曲线均呈现开口向下的抛物线，说明在0水平之前施肥可促进蛋白质含量的增加，而在0水平之后3种肥料过量施用均会对蛋白质含量有抑制作用。但施用P肥还可提高荞麦的蛋白质含量，这表明在预设的水平范围内，P肥施肥量未达到最大值。通过（2）式还可以看出N肥和有机肥的配施将提高荞麦种子中蛋白质含量，其余肥料的组合则会降低荞麦种子中蛋白质的含量。因而，要提高荞麦蛋白质的含量，在增施P肥的基础上还要保持N肥、K肥和有机肥的合理用量。

2.4 最优施肥措施的确定

根据单因素的分析结果可知，一次项的各因素系数对荞麦种子可溶性糖和蛋白质含量综合影响次序相同，P肥效应最大，其次是有机肥效应， K肥影响效应最小。二次项综合影响次序中有机肥影响最大，氮肥其次，K肥对可溶性糖影响最小，P肥对蛋白质的影响最小。在交互作用中，综合对可溶性糖和蛋白质影响考虑，N肥和有机肥的配施将会同时提高二者的含量，其他肥料的交互作用效果不明显。

将回归模型用计算机模拟寻优，根据36个小区的栽培试验结果，最终将蛋白质含量高于8.7%的146个方案和可溶性糖含量高于6.8%的96个方案汇总比较，然后根据95%置信区间选出最优区间，见表3。

最优区间是回归方程根据水平编码线性代换所得，依照表1转换后各肥料的施肥方案是：N 35.69～38.74 kg/667m2； P2O5 4.63～4.76 kg/667m2；K2O 16.64～18.07 kg/667m2；有机肥5 106.00～5 367.60 kg/667m2。将各肥料的最优区间取其平均值得出氮肥、磷肥、钾肥和有机肥的最优施肥比例约为：8∶1∶4∶1 114。

3 小结与讨论

1）本试验采用4因素5水平二次正交旋转组合设计，分别建立了荞麦种子中可溶性糖含量和蛋白质含量的回归方程。通过回归方程可以看出P肥效应对二者影响较大，通过增施P肥可以同时增加种子中可溶性糖和蛋白质的含量，而有机肥和N肥的交互配施也会同步影响二者的含量。因此，本试验预测的有机肥和N肥在最优区间的最适施肥比例将会有利于荞麦种子中可溶性糖和蛋白质的积累。高冬丽[12]的研究曾指出，同施N相比，施P更容易影响甜荞籽粒各组分蛋白质含量，本试验也得出增施P肥可增加荞麦中蛋白质含量。在大麦的施肥配方中发现，N和有机肥对大麦中蛋白质的含量贡献最大[13]。向达兵等[14]也研究发现增施N肥可显著提高荞麦蛋白质含量。本试验的研究中也发现N和有机肥的交互配施能够促进蛋白质的累积。关于施肥对荞麦可溶性糖的研究鲜见报道，但是在烟草中研究发现P与K在合适范围内能协同促进可溶性糖含量[15]。本研究也证明，P肥对可溶性糖的含量影响最大。因此，本研究的结果表明适当增施P肥，N肥和有机肥的比例为1∶140时，可以提高荞麦种子中蛋白质和可溶性糖的含量，增加荞麦子粒的品质。

2）将36个小区的试验结果通过计算机模拟寻优，得出同时提高荞麦种子中可溶性糖含量和蛋白质含量的最优施肥方案是：N 35.69～38.74 kg/667m2； P2O5 4.63～4.76 kg/667m2；K2O 16.64～18.07 kg/667m2；有机肥5 106.00～5 367.6 kg/667m2。将各肥料的最优区间取其平均值得出氮肥、磷肥、钾肥和有机肥的最优施肥比例约为： 8∶1∶4∶1 114。

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