膜下滴灌调亏绿洲菘蓝农艺性状与产量的通径分析

王泽义，张恒嘉，王玉才，张万恒，高 佳

(甘肃农业大学 水利水电工程学院，甘肃 兰州 730070)

1 研究背景

近年来，人们的健康理念已发生巨大的变化，从以往的重治疗逐渐转变为通过积极预防和保健来维持健康。这些变化为具有这方面特点和优势的中医药学的发展带来了机遇。同时与西药相比，中药副作用较小也为其提供了广阔的市场空间。菘蓝(IsatisindigoticaFortune)作为传统的中药材，在大部分的感冒药中均有配伍[1]，其根叶皆可入药[2-3]，具有多种药用功效[4-6]，是当下市场潜力较高、人工种植面积较大的传统中药材之一。

菘蓝耐寒怕涝，对水分的反应较为敏感，在生长过程中灌水的时间和数量对其生长有明显影响。调亏灌溉技术是以节水和损失最小为目标的灌溉方式[7]。国内外学者对粮食作物[8-10]和经济作物[11-13]的研究结论显示，该技术能够在作物不显著减产的前提下省水调质。在药用植物栽培方面虽亦有研究，但大多集中在药用活性成分方面[14-15]。通径分析是通径系数分析的简称，是由赖特(Sewall Wright)于20世纪初期首先提出，后经各领域学者不断修正，最终形成的一种统计学方法。作物相关性状间的因果关系可通过该模型得以揭示，尤其是各性状对产量的影响，且该影响的大小能被直观、精确地反映。研究表明，对产量影响因子的通径分析，不仅可以显示各因子间的相关关系，而且还能够将相关系数分解为直接和间接通径系数，体现出产量受各因子的直接或间接影响程度[16-17]。部分学者利用该方法对菘蓝进行了相关研究：王恩军等[16]用18份国内菘蓝的种质资源作为试材，探究主要农艺性状之间的关系，发现叶片数、叶鲜重、根鲜重和侧根数为不同种质菘蓝叶产量形成的决定性因子，而根长和根鲜重为菘蓝根产量形成的决定性因子；郭巧生等[18]以甘肃陇西、安徽亳州等13个地区的菘蓝为试材，结合相关及通径分析方法分析表明，菘蓝育种时应选取叶片外形长且窄的株系，此外还要考虑其叶片数与根长；郭庆海[19]通过对12个不同栽培居群菘蓝和3个变异类型进行相关分析后认为，菘蓝获得高产的培育核心是协调株高和茎粗并提高叶面积。由此可见，前人的研究主要集中于不同种质的菘蓝形态学性状与产量关系的统计分析，而有关调亏菘蓝农艺性状与其产量间的相关性研究鲜有报道。本试验采用膜下滴灌技术，设置调亏灌溉菘蓝大田试验，借助通径分析方法探讨了膜下滴灌调亏菘蓝农艺性状因子对药材产量的影响，以期为菘蓝种植过程中水分的合理调控提供一些理论指导。

2 材料与方法

2.1 试验区概况

本试验设置在甘肃省张掖市民乐县益民灌溉试验站(100°43′E，38°39′N，海拔约2 000 m)，试验区极端温度的最高和最低值分别为37℃和-33℃，年气温均值约6.0℃，无霜期为109～174 d，多年平均日照时数约3×103h，多年平均降雨量约200 mm，蒸发量为1 680～2 270 mm；田间土壤为中性(pH=7.20)轻质壤土，容积密度为1.46 g/cm3，其最大持水量约为24%。

2.2 试验设计

本试验开展于2018年5-10月间，采用平作全膜覆盖栽培种植，供试用种选用上一年度优质菘蓝种子，种子纯度为96%，于5月9日播种，10月12日铲叶后挖根。用种量为35 kg/hm2，种植密度为80×104株/hm2。播前1周机械深翻20～30 cm，同时施入基肥(硫酸钾复合肥)4 500～6 000 kg/hm2；施肥后整平土地并铺设滴灌带(间距60 cm)，滴水器的流量和间距分别为2.0 L/h和30 cm；之后覆盖无色塑料地膜(宽120 cm，厚0.008 mm)；3～5 d后人工用穴播盘在每条滴灌管两侧双行进行条播(株距6～8 cm，行距10～15 cm)，种植小区面积为10 m×4 m=40 m2。

根据《灌溉试验规范》(SL 13-2015)中作物生长期划分标准，结合当地菘蓝实际生长情况，把全生育期分为苗期、营养生长期、肉质根生长期、肉质根成熟期。在生育期内每隔5～7 d，用烘干法测1次菘蓝各小区膜下0～80 cm土层的含水率(即0～10 cm采样1次，20～80 cm深度每间隔20 cm采样1次，测算其土壤含水率)，并以0～60 cm土壤含水率的平均值作为计算灌水量的依照，当小区实测含水率值低于或等于设计下限值时，立即实施水表计量灌水。本试验为单因素随机区组试验，根据菘蓝不同的控水阶段和程度，F0为充分供水处理，F1～F9为不同的调亏处理，每个处理重复3次。各试验处理不同生长期的土壤设计含水率详见表1。

2.3 测定项目

菘蓝生育期的肉质根成熟期初，在各试验处理小区挑选生长状况相近的15株菘蓝定苗，待收获时，提前将这15株收回试验室，洗后晾干，测算其株高(x1)、叶片数(x2)、叶长(x3)、叶宽(x4)、叶片厚度(x5)、侧根数(x6)、主根长(x7)、主根直径(x8)、根冠比(x9)、叶面积指数(x10)、菘蓝单株叶产量(Y1)、菘蓝单株根产量(Y2)，取均值作为最终结果。

2.4 数据处理

用 SPSS20.0和Microsoft Excel 2007分别进行相关性分析与数据处理并制表。

3 结果与分析

3.1 膜下滴灌调亏灌溉菘蓝农艺性状的变异特征

表2为膜下滴灌调亏灌溉菘蓝各项农艺性状的统计分析。由表2可看出，调亏菘蓝的农艺性状指标变化幅度较小。单个指标的变异系数(CV)从小到大依次为根冠比、主根直径、株高、叶宽、叶长、主根长、叶产量、叶片数、侧根数、叶片厚度、根产量、叶面积指数，各项农艺性状的CV值在5.45%～17.19%之间，菘蓝叶和菘蓝根产量的CV值分别为13.14%、16.28%。表明在菘蓝不同生育阶段亏水处理对药材产量存在一定程度的影响。

表1 各试验处理不同生育期的土壤设计含水率 %

表2 膜下滴灌调亏灌溉菘蓝农艺性状表现

3.2 膜下滴灌调亏灌溉菘蓝单项农艺性状间的相关性分析

表3为菘蓝各项农艺性状间的相关性分析结果。由表3可知，菘蓝单株叶产量与其株高(0.961**)、叶片数(0.955**)、叶长(0.930**)、叶宽(0.952**)、叶片厚度(0.973**)、侧根数(0.910**)、主根长(0.987**)、主根直径(0.954**)、叶面积指数(0.773**)均呈极显著正相关，与根冠比相关但未达到显著水平。菘蓝单株根产量与其株高(0.889**)、叶片数(0.825**)、叶长(0.839**)、叶宽(0.833**)、叶片厚度(0.789**)、侧根数(0.771**)、主根长(0.765**)、主根直径(0.789**)、叶面积指数(0.763**)均呈极显著正相关，同样与根冠比相关(0.438)，但未达到显著水平。表明在亏水条件下，植株高、叶片数多、叶长和叶宽大、叶片厚、侧根数多、根粗及主根长均对菘蓝高产的形成有利。

某一性状对作物产量的影响大小，若仅以产量与各性状之间的简单相关系数来确定，性状本身彼此的影响将容易被忽视，从而其内部规律较难在本质上得以反馈。所以，须依靠通径分析来进一步探究各性状对作物产量的作用[16-20]。

3.3 膜下滴灌调亏灌溉菘蓝产量和农艺性状的通径分析

3.3.1 正态性检验 表4为因变量(即菘蓝叶和根产量)的正态性检验结果。由表4可以看出，夏皮罗-威尔克检验法得出的菘蓝叶产量Y1和根产量Y2的统计量分别为0.901、0.931，P值均大于0.05，其分布满足正态性要求。故调亏菘蓝叶和根产量与其农艺性状间关系可以应用逐步回归分析[21]。

Y1=0.185x1+1.033x7-11.343x8+3.081

(1)

Y2=1.306x1+0.368x3-1.340x7-6.964

(2)

表6为相关系数分解得到的菘蓝叶和根产量的直接通径系数。由表6可知，菘蓝叶产量中x1、x7、x8以及菘蓝根产量中x1、x3、x7的P值均小于0.05，即因子与响应变量间存在显著差异，有统计学意义。因此，膜下滴灌调亏菘蓝的10个农艺性状中，株高、主根长、主根直径是影响菘蓝叶产量的关键性状，而影响菘蓝根产量的则为株高、叶长、主根长。具体的影响大小，需对其相关系数进行深入分解。

表3 膜下滴灌调亏灌溉菘蓝单项农艺性状间相关分析

表4 因变量菘蓝叶产量和根产量正态性检验

表5 菘蓝产量与农艺性状之间构建的3种回归模型结果

3.3.3 间接通径系数 由表3可知，性状x1、x7、x8之间的相关系数为r17=r71=0.963、r18=r81=0.963、r78=r87=0.986；由表6可知，模型3叶产量的直接通径系数分别为p1y=0.309，p7y=1.574，p8y=-0.896。

riy=piy+所有xiy

(3)

xiy=rij·piy

(4)

式中[16,23-24]：r为相关系数；i和y分别为自变量x和因变量Y；piy和xiy分别为xi与Y的直接和间接通径系数。

表7和8分别为菘蓝叶和根产量的间接通径系数。根据表7、8，由公式(3)可算得x1、x7、x8与叶产量间相关系数r1y、r7y、r8y分别为0.961、0.987、0.954，与表3中的数值(r1y=0.961、r7y=0.987、r8y=0.954)相同。由公式(4)可计算出x7、x8分别对x1的间接通径系数，x17、x18分别为1.515、-0.863。

表6 菘蓝叶和根产量的直接通径系数

表7 菘蓝叶产量与农艺性状指标的间接通径系数

表8 菘蓝根产量与农艺性状指标的间接通径系数

3.3.4 决策系数 若通径分析中的决策系数(R2)为正，则自变量增进因变量，反之则抑制因变量[25-27]，其计算公式如下：

(5)

公式中各字母代表的含义同上，计算结果详见表7、8。

由表7可知，在亏缺灌水处理下，自变量x1、x7、x8对菘蓝单株叶产量Y1的直接影响中，主根长x7影响最大，株高x1次之，而主根直径x8的影响为负。分析各个间接通径系数发现，主根直径x8和株高x1经主根长x7对Y1的间接通径系数分别为1.552、1.515；主根长x7和主根直径x8经株高x1对Y1的间接通径系数分别为0.297、0.298。将间接通径系数求和可知，单株根直径、株高、主根长对Y1影响依次减弱，而由决策系数来看，由大到小影响Y1的次序为单株主根长、株高、根直径。由决策系数可得，单株株高、单株主根长对菘蓝叶产量均有促进作用，而单株根直径则为抑制作用。

由表8可知，在亏缺灌水处理下，自变量x1、x3、x7对菘蓝单株根产量Y2的直接影响中，株高x1影响最大，叶长x3次之。同理分析间接通径系数可知，叶长x3与主根长x7经株高x1对Y2的间接通径系数分别为1.773和1.858；主根长x7经叶长x3对Y2的间接通径系数为0.717。同上求和可知，单株主根长对Y2的影响最大，单株叶长次之。但从决策系数分析来看，影响最大的却是单株叶长，它对菘蓝根产量起主导作用。

4 讨 论

作物地上和地下部分互相依赖，彼此影响，且对水分等环境因子的反映有着不同表现，如何通过对环境因素调控，并协同调整上、下部分，使其向有利于提高效益方向倾斜，这对农业生产具有较为重要的意义[28]。郑健等[17]对温室小型西瓜的亏水试验表明，根干质量、茎粗和叶面积指数与产量间相关系数均为极显著水平差异。本试验测算调亏菘蓝的10个主要农艺性状指标，其CV的变化范围为5.45%～17.19%，菘蓝叶和菘蓝根产量的CV分别为13.14%和16.28%，说明调亏灌溉对菘蓝农艺性状存在一定程度的影响。通过对菘蓝10项主要农艺性状及根叶产量间的相关分析可知，影响菘蓝根叶产量的各农艺性状间存在一定程度的相关性，且产量与除根冠比外的其余性状间的简单相关系数均达到显著和极显著影响水平，说明各农艺性状因子与菘蓝产量之间以及各单项因子之间共同作用，彼此影响。

本文以菘蓝为研究对象，采用通径分析模型对不同控水处理菘蓝的农艺性状指标与产量进行了综合分析，从相关分析的结果来看，在一定程度上，通径分析模型揭示了产量的影响因子之间及各因子与产量间的相互作用，探明了构成作物高产的主要因子。张旭东等[29]对水稻在生育阶段亏水条件下经通径分析方法研究发现，协调提升水稻有效穗数、单穗粒数、实粒数对实现水稻高产的目标有利。施关正等[30]试验结果显示，玉米在中度干旱胁迫环境下，单穗粒数与叶面积(LA)之间相关关系达极显著水平，而与株高、行粒数均为显著，其中穗位高和单穗粒重的直接通径系数最大，其次是叶面积、百粒重、行粒数。许海霞等[31]对小麦进行水分胁迫试验发现，穗粒数、单株穗数、千粒重、穗长和株高等指标均会直接影响小麦单株产量，影响作用依次减小。本研究结果显示，菘蓝农艺性状对根叶产量均有不同程度的作用，且该作用分别由直接作用和间接作用构成。将各农艺性状与菘蓝叶、根产量的相关系数分解，得到其直接、间接通径系数，进而求得决策系数，结果表明：株高和主根长对菘蓝叶产量起促进作用，而叶长则对菘蓝根产量有正向作用。因此，株高、主根长和叶长为评判菘蓝产量的重要农艺性状，这与袁伟玲等[32]的研究结论相近且较为一致。同时也表明对菘蓝进行阶段亏水处理，在干旱胁迫下协调植株各部分的生物量分配，增加菘蓝植株的株高、叶长和主根长，有利于产量的增加。

5 结 论

(1)在亏水条件下，菘蓝主要农艺性状指标的变异系数介于5.45%～17.19%之间，说明菘蓝不同生育期控水处理对其农艺性状有一定的影响。

(2)在亏水条件下，菘蓝主要农艺性状指标的简单相关分析结果显示，除根冠比外，其他性状与根、叶产量间均为显著正相关。

(3)通径分析结果表明，在菘蓝的某个生育期适当的进行亏水处理，增加株高和主根长可获得较高的产量；而根直径和叶长对菘蓝叶产量和根产量的影响则是通过对株高、主根长的作用间接作用于产量。

综上所述，在菘蓝的栽培过程中，要适时观测各项农艺性状的变化，特别是对菘蓝产量起关键作用的因子，从而依照菘蓝的需水规律来调节其生长的农田环境，用土壤水分状况调控菘蓝的农艺性状及生长指标，从而获得较高的产量效益，这对于药用作物菘蓝的人工种植具有十分重要的意义。然而，通过相对或复合农艺性状指标等来实现对菘蓝叶、根产量间接影响的评定，以及具体生育阶段亏水和土壤水分含量对菘蓝叶、根产量的影响作用，还有待于今后进一步地分析研究。