基于品质 产量与水肥利用效率的基质栽培辣椒水肥管理优化.pdf

中国农业科学 2023 56 12 2354 2366 Scientia Agricultura Sinica doi 10 3864 j issn 0578 1752 2023 12 010 收稿日期 2022 08 26 接受日期 2022 11 10 基金项目 陕西省重点研发计划 2022NY 116 财政部和农业农村部 大宗蔬菜产业技术体系专项资金资助 CARS 23 D06 联系方式 周道明 E mail zhoudaoming2022 通信作者胡晓辉 E mail hxh1977 开放科学 资源服务 标识码 OSID 基于品质 产量与水肥利用效率的基质栽培辣椒 水肥管理优化 周道明 孙涛 赵玉红 贾媛婕 杨铭菲 屈锋 胡晓辉 西北农林科技大学园艺学院 农业农村部西北设施园艺工程重点实验室 陕西省设施农业工程技术研究中心 陕西杨凌 712100 摘要 目的 探究灌溉频率和营养液供应量耦合对袋培辣椒品质 产量 水分利用效率和肥料偏生产力的影响 优化袋培 辣椒水肥管理方案 方法 以 凯莱 37 83 RZ F1 辣椒为试材 以维持基质含水量 55 60 所需要的灌水量 IA 为 每日单株总灌水量 设置 3 种单株灌溉频率和 2 个营养液供应量 单株灌溉频率是将 IA 分别按照 1 次 IF1 2 次 IF2 和 4 次 IF3 供应 营养液供应量为标准山崎辣椒营养液供应量 NS1 即门椒开花至三层果收获期和三层果采收后 每日 供应量分别为 250 mL 株和 500 mL 株 和持续增加营养液供应量 NS2 即初始营养液供应量每日为 250 mL 株 辣椒 每采 收一层果实后 单株营养液供应量增加 50 mL 至 500 mL 株时不再增加 共 6 个耦合处理 采用主成分分析 优劣解距离 法 隶属函数分析法和灰色关联度分析法对果实品质 产量 水分利用效率和肥料偏生产力指标进行综合评价 结果 除 果肩长外 灌溉频率对辣椒果实的品质指标均有极显著影响 P 0 01 营养液供应量对辣椒果实的维生素 C 可溶性蛋白 辣椒素和二氢辣椒素有极显著影响 P 0 01 对其他品质指标无显著影响 二者耦合对辣椒果实除果皮厚度之外的品质指 标均有极显著影响 P 0 01 同时 灌溉频率 营养液供应量和二者耦合对辣椒产量和水分利用率均表现出极显著影响 P 0 01 PCA TOPSIS 法 隶属函数分析法和灰色关联度分析法对测定指标的评价结果一致 排名前两位的处理均为 IF1NS1 和 IF2NS2 其中 IF1NS1 处理的果实品质最好 产量 水分利用效率和氮磷钾肥偏生产力均最高 分别为 74 482 24 kg hm 2 34 21 kg m 3 625 95 kg kg 1 679 54 kg kg 1 和 367 23 kg kg 1 因此 IF1NS1 为最优水肥耦合处理 结论 袋培辣椒的 最优灌溉频率和营养液管理方案为 单株灌溉频率为维持基质含水量 55 60 所需要的灌水量按照 1 次供应 门椒开花至 三层果收获期和三层果采收后分别按照每日 250 mL 株和 500 mL 株供应标准山崎配方营养液 关键词 辣椒 产量 品质 水肥利用效率 水肥优化 Optimization of Water and Fertilizer Management of Substrate Cultivated Peppers Based on Quality Yield and Water and Fertilizer Use Efficiency ZHOU DaoMing SUN Tao ZHAO YuHong JIA YuanJie YANG MingFei QU Feng HU XiaoHui College of Horticulture Northwest A the NS had a significant effect on vitamin C soluble protein capsaicin and dihydrocapsaicin P 0 01 but had no significant effect on other quality indicators the coupling of IF and NS showed highly significant effect on the quality indicators except the thickness of the peel P 0 01 At the same time IF NS and their coupling showed extremely significant effects on pepper yield and water use efficiency P 0 01 The evaluation results were consistent by PCA TOPSIS fuzzy membership function and grey relational degree and the top two were IF1NS1 and IF2NS2 IF1NS1 treatment had the best fruit quality of pepper for yield water use efficiency and N P K fertilizer partial productivity were the highest with the value of 74 482 24 kg hm 2 34 21 kg m 3 625 95 kg kg 1 679 54 kg kg 1 and 367 23 kg kg 1 respectively Therefore IF1NS1 was the optimal water fertilizer coupling treatment Conclusion The optimal IF and NS management of peppers grown in substrate bags were as follows IF of single plant was to maintain the water content of the substrate at 55 60 required IA was supplied according to 1 time the standard Yamazaki formula nutrient solution of 250 mL plant per day and 500 mL plant per day was supplied from the flowering to triple layer harvesting period and after the triple layer harvesting respectively Key words pepper yield quality water and fertilizer use efficiency water and fertilizer optimization 0 引言 研究意义 辣椒 Capsicum annuum L 具有 重要的产业价值 是我国目前播种面积最大 产值最 高的蔬菜作物 1 其因适应性强 营养丰富等优点 深受消费者喜爱 已成为日常生活中最常见的蔬菜作 物之一 也是许多地区的主栽蔬菜作物之一 由于部 分地区的长期连作 耕地土壤出现缺素 元素不平衡 等问题 为解决以上问题和增加产量 农户盲目施用 化肥 加剧了土壤元素不均衡 甚至导致盐分含量过 高 形成恶性循环 不利于农业的可持续发展 2 4 而 作为无土栽培主要形式之一的袋培可有效解决以上问 题 5 11 前人研究进展 不同作物和栽培模式的最 优灌溉制度存在差异 灌溉频率是灌溉制度中特别重 要的参数和核心内涵 12 适合河西地区辣椒种植的灌 溉频率为生长前期 10 d 一次 生长后期 5 d 一次 13 结果前期 1 天 1 次 结果后期 1 天 3 次的滴灌频率能 使番茄优质高产 12 每周灌水 2 次 黄瓜的水分利用 效率最高 14 番茄种植采用 100 ET 0 的灌水量 每天 灌溉 1 次 可实现产量 果实品质和水分利用效率之间 的平衡 15 目前 大多数农户凭借土壤栽培的经验进 行袋培养分供应 导致缺素或肥料浪费等 16 17 因此 营养液管理指标标准化的研究尤为重要 胡莹莹 18 研 究认为间歇供液显著提高了番茄的产量和品质 屈锋 等 19 利用多目标优化模型和遗传算法求解黄瓜最佳 营养液配方 进而对基质栽培黄瓜科学供应营养液 使其优质高产 MALI 等 20 研究发现在辣椒生长前期 使用高剂量肥料可获得高产 雷菲等 21 研究发现 膜 下微喷灌减肥模式能够提高辣椒的产量和水肥利用效 率 董思琼等 22 研究发现随着追肥量的增加 辣椒的 株高和茎粗均增大 光合指标 产量先增加后减少 肥料偏生产力反而呈现减少趋势 周三利等 23 研究发 现适宜的水肥耦合处理有利于土壤肥效的发挥 促进 辣椒生长 提高产量及品质 本研究切入点 有关 辣椒基质栽培灌溉制度的研究相对较少 笔者团队前 期研究发现 基质含水量控制在 55 60 施用 100 浓度的标准山崎辣椒营养液 春茬每次采收前 6 d 营养 液减量 40 供应 冬茬按照每株供应为 500 mL 3 d 能够获得辣椒的优质高产 24 26 赵玉红等 27 进一步试 验发现 营养液每天供应 1 次的频率更利于日光温室 越冬袋培辣椒的生产 本文在前人研究的基础上 进 一步探究更适宜春季基质袋培的灌溉频率和营养液供 应模式 拟解决的关键问题 以袋培辣椒为试验对 象 探究产量 果实品质 水分利用效率和肥料偏生 2356 中 国 农 业 科 学 56卷 产力对灌溉频率和营养液供应量耦合的响应 确定最 适的灌溉频率和营养液供应方案 为辣椒袋培优质高 效生产提供科学依据 1 材料与方法 于 2021 年 2 6 月在西北农林科技大学延安蔬菜 试验示范站下沉式日光温室进行 36 87 N 109 32 E 海拔 1 009 23 m 温室长 120 m 宽 12 m 试 验期温室内日平均温度为 18 79 28 98 日平均 相对湿度为 53 66 81 09 日平均光照强度为 569 42 30 246 87 lx 美国 ONSET HOBO MX1104 温湿度光照记录仪 当地水质 pH 7 5 7 8 EC 值 2 00 mS cm 1 1 1 试验材料 以辣椒品种 凯莱 37 83 RZ F1 为材料 于 2 月 20 日 四叶一心 定植 6 月 20 日拉秧 采收 6 层果实 采用基质袋 外白内黑的 PE 薄膜 规格 为 60 cm 20 cm 16 cm 栽培种植方式 每袋种植 2 株辣椒 基质量为每袋 18 L 栽培基质由羊粪 菇渣 珍珠岩 2 4 1 体积比 混合而成 其化学性质 为 速效氮 1 780 50 mg kg 1 速效磷 788 70 mg kg 1 速效钾 1 985 50 mg kg 1 全氮 18 85 mg g 1 全磷 6 85 mg g 1 全钾 18 65 mg g 1 pH 6 82 EC 值 2 40 mS cm 1 采用随机区组设计试验 每个处理的每个小区面积为 24 m 2 宽 2 4 m 长 10 m 每个小区设置 44 个基 质袋 大小行距分别为 80 cm 和 40 cm 采用水肥一 体化系统进行水肥供应 1 2 试验设计 设置单株灌溉频率和营养液供应量 2 个自变量 单 株灌溉频率 以维持基质含水量 55 60 所需要的灌 溉水量 IA 为每日的单株灌溉总水量 将 IA 分别按 照 1 次 IF1 2 次 IF2 和 4 次 IF3 供应 表 1 营养液供用量 以 1 个剂量的山崎辣椒营养液配方 24 26 为基础 设置 2 个水平 常规标准供应水平 NS1 门椒开花至三层果收获期 每株每日 250 mL 三层果 采收后 每株每日 500 mL 持续增加营养液供应水平 NS2 辣椒每采收一层果实后 单株营养液供应量 增加 50 mL 初始营养液供应量为每株每日 250 mL 至每株每日 500 mL 时不再增加 在整个试验周期内 基质的含水量控制在 55 60 门椒开花后开始灌溉 频率和营养液供应量耦合处理 每 15 d 左右采收一次 果实 每个处理 3 次重复 NS1 处理的小区总氮 磷 钾施用量分别为 0 22 0 20 和 0 37 kg NS2 处理的小 区总氮 磷 钾施用量分别为 0 25 0 23 和 0 43 kg 每次灌溉前 利用称量法 28 确定灌水量 IA 并 利用水肥机控制营养液随水一同施用 按照表 1 设 定的灌溉时间和灌溉量进行灌水 确保无积水和渗 漏现象 表 1 灌溉频率及灌溉量 Table 1 Irrigation frequency and irrigation volume 处理变量值 The variation value of treatment 灌溉频率水平 Irrigation frequency levels 灌溉频率 次 天 Irrigation frequency times day 灌溉时间 Irrigation time 每次灌溉量 Irrigation amount per time IF1 1 8 00 IA IF2 2 8 00 15 00 1 2 IA IF3 4 8 00 9 00 15 00 16 00 1 4 IA 浇灌时间根据试验地区的环境及气候条件来确定 5 月后因白天平均温度超过 28 11 00 可进行补水 将基质含水量补充至 60 同时浇灌时 间点分别更改为 8 00 9 00 16 00 17 00 Watering times are determined according to the environmental and climatic conditions of the test area and after May when the average daytime temperature exceeds 28 top up watering can be carried out at 11 00 am to replenish the water content of the substrate to 60 and change the watering points to 8 00 9 00 16 00 and 17 00 respectively 1 3 测定项目与方法 1 3 1 产量测定 采摘当日 用电子天平 精度 0 001 g 称量各试验小区辣椒单果重 并记录果实个数 统 计单株产量 按照单株产量乘每公顷种植株数折算每 公顷产量 1 3 2 辣椒品质的测定 在第三层辣椒采收期 分别 在各小区的相同位点取样 选取同层次的果实进行品 质测定 用数显游标卡尺测量辣椒果皮厚度和果肩长 用蒽酮比色法测定可溶性总糖含量 3 5 二硝基水杨 酸法测定还原糖含量 钼蓝比色法测定维生素 C 含量 考马斯亮蓝 G 250 染色法测定可溶性蛋白含量 水杨 酸法测定硝态氮含量 茚三酮显色法测定游离氨基酸含 12 期 周道明等 基于品质 产量与水肥利用效率的基质栽培辣椒水肥管理优化 2357 量 HLPC 法测定辣椒素及二氢辣椒素含量 4 24 26 1 3 3 水肥利用效率 水分利用效率 water use efficiency WUE kg m 3 Y ET 肥料偏生产力 partial factor productivity of fertilizer PFP kg kg 1 Y F 式中 Y 产量 kg hm 2 ET 全生育期内单株作 物耗水量 m 3 hm 2 F 全生育期投入的 N P 2 O 5 和 K 2 O 总量 kg hm 2 29 1 4 数据统计与分析 采用 SPSS 23 0 统计分析软件进行单因素 one way ANOVA 方差分析 Tukey 法 P 0 05 多重比 较 Pearson 相关性分析 主成分提取 主成分分析法 TOPSIS 分析法 隶属函数分析法和灰色关联度分析 法的综合评价采用 Microsoft Excel 2019 完成 13 24 2 结果 2 1 灌溉频率和营养液供应量耦合对辣椒品质的 影响 由表 2 可以看出 灌溉频率对辣椒果实除果肩 长之外的品质指标均有极显著影响 P 0 01 营养 液供应量对辣椒果实的维生素 C 可溶性蛋白 辣椒 素和二氢辣椒素有极显著影响 P 0 01 对其他品 质指标无显著影响 二者耦合对辣椒果实除果皮厚度 之外的品质指标均有极显著影响 P 0 01 在 NS1 营养液供应量下 果实中辣椒素类物质含量随灌溉频 率的增加呈先增加后减少的趋势 维生素 C 可溶性 蛋白 游离氨基酸 还原糖和可溶性总糖含量均随灌 溉频率的增加呈先减少后增加的趋势 单果重随灌溉 频率的增加呈减少趋势 果皮厚度和果肩长的最高值 均出现在低频率处理 硝态氮含量最低值出现在低频 率处理中 在 NS2 营养液供应量下 随灌溉频率的增 加 单果重 还原糖含量和可溶性总糖含量呈先增加 后减少的趋势 可溶性蛋白 硝态氮和二氢辣椒素含 量呈先减少后增加的趋势 游离氨基酸含量呈增加趋 势 果皮厚度和维生素 C 含量最高值均出现在高频率 处理 辣椒素含量最高值出现在低频率处理 不同灌 溉频率下的营养液供应量对辣椒果实品质影响规律不 同 当灌溉频率为 IF1 时 NS1 处理的辣椒果实维生 素 C 硝态氮和二氢辣椒素含量均低于 NS2 处理 其 他辣椒果实品质指标均高于 NS2 处理 灌溉频率为 IF2 时 NS1 处理的辣椒果实游离氨基酸 硝态氮和 辣椒素类物质含量均高于 NS2 处理 辣椒果实的果肩 长 可溶性蛋白含量不受营养液供应量变化影响 其 他辣椒果实品质指标均低于 NS2 处理 灌溉频率为 IF3 时 NS1 处理的辣椒果实可溶性蛋白 辣椒素含 量高于 NS2 处理 辣椒果实的果皮厚度 果肩长 还 原糖含量 可溶性总糖含量 硝态氮含量不受营养液 供应量变化影响 其他辣椒果实品质指标均为 NS2 处 理较高 2 2 灌溉频率和营养液供应量耦合对辣椒产量和水 分利用效率的影响 由表 3 可知 灌溉频率 营养液供应量和二者耦 合效应对辣椒产量和水分利用率有极显著影响 P 0 01 在 NS1 和 NS2 营养液供应量下 产量及水分 利用率最高的灌溉频率分别为 IF1和 IF2 在 IF1和 IF3 灌溉频率下 NS1 处理的产量和水分利用率高于 NS2 处理 而在 IF2 下 NS1 处理的产量和水分利用率低 于 NS2 本试验条件下 IF1NS1 处理的产量和水分利 用率最高 分别为 74 482 24 kg hm 2 和 34 21 kg m 3 2 3 灌溉频率和营养液供应量耦合对辣椒肥料偏生 产力的影响 由表 4 可知 灌溉频率 营养液供应量和二者耦 合效应对辣椒肥料偏生产力有极显著影响 P 0 01 在 NS1 营养液供应量下 氮 磷 钾肥的偏生产力最 高的是 IF1 处理 IF2 和 IF3 处理无显著差异 在 NS2 营养液供应量下 氮 磷 钾肥的偏生产力随着灌溉 频率的增加呈先增加后减少的趋势 IF2 处理最高 在 IF1 和 IF3 灌溉频率下 NS1 处理的氮 磷 钾肥 偏生产力均高于 NS2 处理 在 IF2 灌溉频率下 两种 营养液供应量处理的氮磷钾肥偏生产力无显著差异 本试验条件下 IF1NS1 处理的氮 磷 钾肥偏生产力 最高 2 4 Pearson 相关性分析 图 1 结果表明 单果重与硝态氮呈显著负相关 P 0 05 单果重与还原糖呈显著正相关 P 0 05 果肩长与可溶性总糖呈显著正相关 P 0 05 果肩 长与硝态氮呈极显著负相关 P 0 01 还原糖与可 溶性总糖呈显著正相关 P 0 05 还原糖与硝态氮 呈显著负相关 P 0 05 可溶性总糖与硝态氮呈极 显著负相关 P 0 01 由此可见 不同水肥处理的 辣椒品质指标之间存在不同程度的相关性 说明指标 之间存在信息重叠 为避免综合评价结果出现偏差 须剔除指标间的重复信息 2 5 主成分分析 PCA 对单果重 果皮厚度 果肩长 维生素 C 可 溶性蛋白 游离氨基酸 还原糖 可溶性总糖 硝 表 2 灌溉频率和营养液供应量耦合对辣椒果实品质的影响 Table 2 Ef fects of irrig a tion fr e quency and nu trient solu tion sup p ly coup ling on fruit qu ality of p e pper 处理 T rea t m en t 单果重 We ight o f si ngle fr uit g 果皮厚度 Fr uit w a ll thic k n e ss m m 果肩长 Fru i t s h ou ld er l e n g th mm 维生素 C Vit a m i n C m g 10 0 g 可溶性蛋白 Sol u ble pr o t e i n m g g 1 游离氨基酸 F r ee a m ino ac id m g k g 1 还原糖 R e duc ing s u g a r 可溶性总糖 To t a l so lu b l e sug a r 硝态氮 N i tr ate nitr o g e n g g 1 辣椒素 Ca p s a i cin ng L 1 二氢辣椒素 H i hy dr oc aps a ic in ng L 1 IF1N S1 13 7 01 1 3 6a 2 93 0 1 2a 46 0 5 0 81a 29 5 46 7 2 8bc 0 40 0 0 0a 59 9 13 4 6 2b 3 63 0 1 5a 14 4 2 0 51a 21 2 70 1 5 44c 9 0 52 0 2 1b c 6 9 02 0 2 3d IF2N S1 11 6 93 4 2 7b 2 38 0 1 3b 43 4 7 1 00a b 25 4 60 6 8 9d 0 32 0 0 0c 54 9 10 7 1 5c 2 08 0 0 2c 10 3 5 0 04c 30 2 56 2 7 7a 94 0 3 0 09a 76 7 8 0 10a IF3N S1 10 7 54 1 3 0c 2 38 0 0 9b 44 9 5 0 98a b 28 2 55 3 1 0c d 0 42 0 0 1a 56 0 15 1 9 05 bc 2 62 0 0 8b 1 1 24 0 6 3b c 29 5 24 4 9 9a 9 1 62 0 3 6b 6 8 33 0 1 8d IF1N S2 10 8 68 1 2 0bc 2 50 0 1 5a b 4 1 33 1 0 9b 37 6 37 6 4 0a 0 37 0 0 0b 42 0 54 4 2 0e 2 48 0 0 6bc 1 1 74 0 0 4b c 27 4 43 7 1 5a b 89 9 4 0 51c 69 7 8 0 15c IF2N S2 13 0 18 0 7 9a 2 54 0 1 4a b 44 8 9 0 70a b 37 7 72 5 1 1a 0 33 0 0 1c 50 0 81 5 1 7d 3 55 0 1 1a 1 2 69 0 1 3b 24 5 67 1 5 26 bc 7 2 49 0 0 8d 62 4 8 0 12e IF3N S2 11 5 75 0 6 5bc 2 15 0 1 6b 44 4 6 1 08a b 32 2 61 8 0 2b 0 34 0 0 0bc 80 8 55 4 6 2a 2 57 0 0 2b 1 1 59 0 1 7b c 31 2 33 7 2 1a 7 3 75 0 0 3d 7 5 94 0 1 4b ANOVA IF ns NS ns ns ns ns ns ns ns IF NS ns IF 灌溉频率 NS 营养液供应量 表示差异显著 P 0 05 表示差异极显著 P 0 01 ns 表示不显著 P 0 05 同列不同小写字母表示差异显著 P 0 05 下同 IF Ir ri ga tio n fre que nc y NS Nutrie nt s u p p ly in the sig n if ic a n c e t e st indic a t e signi fic a n t di ffe re n c e s P 0 05 i ndic a t e s hig h ly sig n i fic a nt dif f e r e n c e s P 0 01 a nd n s in dic a te s not sig n i fic a n t P 0 0 5 D iffe r e nt l o wer cas e l e t t e r s i n t h e s a me co l u m n i n d i cat e s i g n i f i can t d i f f e r e n ces P 0 05 T h e sam e a s be low 表 3 灌溉频率和营养液供应量耦合对辣椒产量和水分利用效率的影响 Table 3 Ef fects of irrig a tion fr equency and nu trient solu tion sup p ly coup ling on yi eld and water us e effi ci enc y of pepper 处理 Trea t m en t 产量 Yield k g h m 2 水分利用率 Wa t e r u s e ef f i ci en cy k g m 3 IF1N S1 74 4 82 24 69 8 6 7a 34 2 1 0 32a IF2N S1 47 2 76 24 1 3 51 7 6 c d 21 7 2 0 62c d IF3N S1 46 7 49 92 2 0 28 0 2 c d 21 4 7 0 93c d IF1N S2 50 8 64 32 2 4 17 8 9 bc 2 3 36 1 1 1b c IF2N S2 55 2 65 08 2 0 73 3 3 b 2 5 39 0 9 5b IF3N S2 43 0 04 32 1 6 88 8 0 d 1 9 75 0 7 8d ANOVA IF NS IF NS 2358 中 国 农 业 科 学 56卷 12 期 周道明等 基于品质 产量与水肥利用效率的基质栽培辣椒水肥管理优化 2359 表 4 灌溉频率和营养液供应量耦合对辣椒肥料偏生产力的影响 Table 4 Effects of irrigation frequency and nutrient solution supply coupling on fertilizer partial productivity of pepper 处理 Treatment 氮肥偏生产力 Nitrogen partial productivity kg kg 1 磷肥偏生产力 Phosphate partial productivity kg kg 1 钾肥偏生产力 Potash partial productivity kg kg 1 IF1NS1 625 95 5 87a 679 54 6 37a 367 23 3 44a IF2NS1 400 01 15 01b 434 25 16 29b 234 67 8 80b IF3NS1 392 89 17 04b 426 52 18 50b 230 50 10 00b IF1NS2 368 15 17 50bc 399 67 19 00bc 215 98 10 27bc IF2NS2 397 31 11 36b 431 32 12 33b 233 09 6 66b IF3NS2 311 26 12 22c 337 91 13 27c 182 61 7 17c ANOVA IF NS IF NS 单果重 Weigh t of sin gle frui t 1 00 0 80 0 60 0 40 0 20 0 0 20 0 40 0 60 0 80 1 00 果肩长 Fru i t sho uld er lengt h 果皮厚度 Fruit wall th ickn es s 维生素 C Vi tami n C 可溶性蛋白 Sol ubl e prot ei n 游离氨基酸 Fr ee amino ac id 还原糖 Reduci ng sug a r 可溶性总糖 To tal s olu bl e sug a r 硝态氮 Nitrate nitr ogen 辣椒素 Capsaic i n 二氢辣椒素 H ihy drocapsai c i n 单果重 Weight of single fruit 果肩长 Fruit shoulder length 果皮厚度 Fruit wall thickness 维生素 C Vitamin C 可溶性蛋白 Soluble protein 游离氨基酸 Free amino acid 还原糖 Reducing sugar 可溶性总糖 Total soluble sugar 硝态氮 Nitrate nitrogen 辣椒素 Capsaicin 二氢辣椒素 Hihydrocapsaicin 图 1 水肥耦合处理的辣椒品质指标的 Pearson 相关性分析 Fig 1 Pearson correlation analysis of pepper quality indexes under water fertilizer coupling treatment 2360 中 国 农 业 科 学 56卷 态氮 辣椒素 二氢辣椒素等 11 项辣椒果实品质指 标进行主成分分析 所得相关矩阵的特征值和方差贡 献率见表 5 经标准化后的因子负荷矩阵见表 6 以 特 征值大于 1 的原则提取 3 个主成分 累计方差贡献率 为 86 98 可代表原始数据的大部分信息 其中 第 1 主成分包含了 48 46 的原始信息量 其大小主要由还原糖决定 命名为甜度因子 第 2 主成分包含了 19 66 的原始信息量 其大小主要 由辣椒素决定 命名为辣度因子 第 3 主成分包含 了 18 86 的原始信息量 其大小主要由维生素 C 决定 命名为营养因子 将不同处理辣椒果实品质 评价因子简化为还原糖 辣椒素和维生素 C 即用 此 3 项品质指标基本可以反映辣椒果实各方面的品 质要求 表 5 主成分的特征值及方差贡献率 Table 5 Eigen value and variance contribution rates of each principal component 主成分 Principal component 特征值 Eigen value 方差贡献率 Variance contribution 累计方差贡献率 Cumulative variance contribution 1 5 33 48 46 48 46 2 2 16 19 66 68 12 3 2 07 18 86 86 98 4 0 95 8 63 95 60 5 0 48 4 40 100 00 表 6 因子负荷矩阵 Table 6 Component matrixes 主成分 Principal component 指标 Index 1 2 3 还原糖 Reducing sugar 0 97 0 21 0 03 硝态氮 Nitrate nitrogen 0 97 0 18 0 04 可溶性总糖 Total soluble sugar 0 95 0 06 0 10 果皮厚度 Fruit wall thickness 0 86 0 43 0 12 单果重 Weight of single fruit 0 84 0 28 0 21 二氢辣椒素 Hihydrocapsaicin 0 73 0 09 0 48 辣椒素 Capsaicin 0 18 0 91 0 36 游离氨基酸 Free amino acid 0 19 0 71 0 60 可溶性蛋白 Soluble protein 0 32 0 56 0 32 维生素 C Vitamin C 0 30 0 23 0 88 果肩长 Fruit shoulder length 0 58 0 34 0 64 2 6 辣椒果实品质综合评价 由于各主成分的方差贡献率不同 因此在处理评 价时需重新考虑不同主成分方差贡献率的权重 计算 各处理前 3 个主成分得分与相应权重乘积的累加和作 为综合得分 即 F 0 5571f 1 0 2260f 2 0 2168f 3 利用 该模型计算出综合得分排在前 2 位的水肥耦合处理分 别为 IF1NS1 IF2NS2 表 7 2 7 基于不同算法的基质袋培辣椒水肥耦合方案 寻优 2 7 1 基于 PCA TOPSIS 的基质袋培辣椒水肥耦合方 案寻优 将产量 水分利用效率 肥料偏生产力和 PCA 确定的 3 个果实品质替代指标 还原糖 辣椒素 维生素 C 的实测值归一化 然后利用 TOPSIS 法可 得到各处理的贴合度 C i 值 表 8 C i 值的大小可反 12 期 周道明等 基于品质 产量与水肥利用效率的基质栽培辣椒水肥管理优化 2361 表 7 各处理辣椒果实品质各主成分综合得分及比较 Table 7 Comprehensive score and comparison of principal components of pepper fruit quality in each treatment 处理 Treatment 因子 1 Factor 1 因子 2 Factor 2 因子 3 Factor 3 综合评价 Comprehensive evaluation 排名 Ranking IF1NS1 3 48 0 57 1 54 2 14 1 IF2NS1 2 37 0 50 0 78 1 27 6 IF3NS1 0 80 1 09 0 74 0 53 4 IF1NS2 0 78 1 43 1 99 1 19 5 IF2NS2 2 18 1 27 1 62 1 15 2 IF3NS2 1 71 2 32 0 55 0 30 3 表 8 基于 PCA TOPSIS 法的各处理辣椒综合评价及排名 Table 8 Comprehensive evaluation and ranking of pepper in various treatments based on PCA TOPSIS 处理 Treatment 还原糖 Reducing sugar 辣椒素 Capsaicine 维生素 C Vitamin C 产量 Yield 水分利用 效率 Water use efficiency 氮肥偏 生产力 Nitrogen partial productivity 磷肥偏 生产力 Phosphate partial productivity 钾肥偏 生产力 Potash partial productivity D i D i C i 排名 Ranking IF1NS1 0 21 0 18 0 15 0 23 0 23 0 25 0 25 0 25 0 04 0 28 0 86 1 IF2NS1 0 12 0 18 0 13 0 15 0 15 0 16 0 16 0 16 0 23 0 08 0 25