基于正交试验的红肉蜜柚优选施肥方案研究.pdf
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1、1202023 年 8 月第 39 卷第 4 期基于正交试验的红肉蜜柚优选施肥方案研究*陈佳瑜1吴胜平1黄华毅2(1.惠东县林业局,广东 惠东 516300;2.广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院,广东 广州 510520)摘要 合理的施肥管理措施是提高红肉蜜柚 Citrus maxima Hongroumiyou品质与产量的重要因素。研究以惠东县九州蜜柚场内的 5 年生红肉蜜柚为试验材料,考虑精制有机肥、花生饼肥和施肥时间 3 个因素,设计三因素三水平的红肉蜜柚正交试验,采用排队评分法、功效系数法和矩阵分析法 3 种方法分别评价了不同试验组对红肉蜜柚 10 个品质指标的
2、影响,以确定最佳的施肥方案。结果表明,影响红肉蜜柚果实品质的因素由主到次依次为精制有机肥、花生饼肥和施肥时间;3 种评价方法的评价结果均表明试验的红肉蜜柚施肥最佳方案为精制有机肥 40 kg,花生饼肥 10 kg,施肥时间为 12 月+5 月+8 月。该施肥方案显著提高了红肉蜜柚的果实品质。关键词 红肉蜜柚;正交试验;有机肥;评价方法中图分类号:S666.3文献标志码:A文章编号:2096-2053(2023)04-0120-07OptimizinOptimizing g of Fertilizer Application Technique for of Fertilizer Applica
3、tion Technique for Citrus maximaCitrus maxima Hongroumiyou Based on Orthogonal Experiments Hongroumiyou Based on Orthogonal Experiments CHEN Jiayu1WU Shengping1HUANG Huayi2(1.The Forestry Bureau of Huidong County,Huidong,Guangdong 516300,China;2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Silviculture,Pr
4、otection and Utilization/Guangdong Academy of Forestry,Guangzhou,Guangdong 510520,China)Abstract Reasonable fertilization management measures are beneficial to improve the quality and yield of Citrus maxima Hongroumiyou.Taking 5-year-old C.maxima Hongroumiyou trees in Jiu Zhou Pomelo Orchard of Huid
5、ong county as the experimental material,considering three factors of refined organic fertilizer,peanut cake fertilizer and fertilization time,the orthogonal test of three factors and three levels of C.maxima Hongroumiyou was designed.The effects of different experimental groups on 10 quality indexes
6、 of C.maxima Hongroumiyou were evaluated by using three methods:queuing score method,efficacy coefficient method and matrix analysis method.Results showed that applying organic fertilizer can significantly improve the quality indicators of C.maxima Hongroumiyou such as single fruit weight,edible rat
7、e,juice extraction rate,soluble solids,reducing sugar,total sugar,and VC content to a certain extent(P0.05),and effectively reduce the titratable acid content of the fruit.The factors that have the greatest influence on the quality of C.maxima Hongroumiyou are,in order,refined organic fertilizer,pea
8、nut cake fertilizer,and fertilization time.The three multi-index evaluation methods all showed that the optimal fertilization plan for this experiment is to apply 40 kg of refined organic fertilizer,and 10 kg of peanut cake fertilizer,and fertilize in December,May,and August.This fertilization plan
9、can significantly improve the quality of C.maxima Hongroumiyou.*基金项目:惠东县中幼林抚育项目(2019022)。第一作者:陈佳瑜(1990),女,工程师,主要从事森林培育和造林生态修复等研究,E-mail:。通信作者:吴胜平(1989),男,工程师,主要从事森林病虫害防治检疫工作,E-mail:。121陈佳瑜等:基于正交试验的红肉蜜柚优选施肥方案研究Keywords Citrus maxima Hongroumiyou;orthogonal experiment;organic fertilizer;evaluation met
10、hod红肉蜜柚 Citrus maxima Hongroumiyou是我国南方地区广泛种植的经济作物,果实不仅富含维生素 C、维生素 A、钙、镁、钾等营养元素,其所含的天然色素还具有抗氧化、抗坏血和降低患癌风险等保健作用1-2。合理施肥是影响红肉蜜柚品质的重要因素,研究红肉蜜柚的施肥时间、施肥量和施肥种类等施肥因素有助于推动红肉蜜柚的发展和品质的提高3-4。现有实践经验表明,施用有机肥料和无机肥料均可以促进红肉蜜柚产量与品质的提升5,适量施用有机肥料能够显著提高红肉蜜柚的甜度和 VC 含量3,且有机肥料具有良好的促发根和促进植物生长的能力,能提高土壤的有机质含量和保持土壤微生物群落的活性。但是
11、,有机肥施用量较大,且需要配合其他肥料施用,施肥过程较为繁琐。如何有效控制有机肥施用量,合理搭配其他肥料施用,是红肉蜜柚施肥管理中存在的主要问题。对于林业中的多指标、多因素、多水平问题,常采用正交试验和极差分析来确定最佳的处理方法。如尹国强等6采用正交试验设计方法分析了不同处理对葡萄的叶片、枝条以及产量的影响,通过极差分析法确定了影响葡萄生长的最优组合。部分学者指出,极差分析与方差分析只能评价多因素对单个指标的影响,不能很好的解决多指标优选问题,林业当中应用较多的评价方法包括主成分分析法7-8和层次分析法9-10,但主成分分析法对样本量要求较大,层次分析法的主观性较大,因此选择合适的评价方法显
12、得尤其重要。目前在工程机械方面应用较多的评价方法包括排队评分法、功效系数法和矩阵分析法等11。如唐佳军等11在研究多因素对再生混凝土力学性能的影响时,利用排队评分法对正交试验结果进行分析,准确的确定了影响再生混凝土力学性能的最优组合。目前,这几种方法在林业领域正交设计试验中的报道还很少,因此,本研究尝试运用排队评分法、功效系数法、矩阵分析法对红肉蜜柚的正交试验数据进行分析,以确定影响红肉蜜柚品质的最佳施肥组合。为有效规范红肉蜜柚的施肥管理,促进红肉蜜柚品质与产量的提升,本研究以惠东县安墩镇为试验区,考虑精制有机肥、花生饼肥、施肥时间共 3 个试验因素的不同水平,设计红肉蜜柚不同施肥处理的正交试
13、验,采用不同评价方法比较不同施肥处理对红肉蜜柚品质的影响,确定最佳的红肉蜜柚施肥方案,为当地的红肉蜜柚施肥管理提供参考。1材料与方法1.1试验地概况试验区位于惠东县安墩镇九州蜜柚场内,属于南亚热带海洋季风气候区。全年阳光充足,雨量充沛,年平均气温 22.1,年平均日照时数 1 313.0 h,年平均降雨量 2 101.3 mm,全年 90%的降雨量集中在 410 月份。试验区地貌为山地,平均坡度在 3040,坡向以阳坡为主。土壤类型为红壤,土壤表土层基础肥力:有机质为 10.2 g/kg,全氮为 0.59 g/kg,速效氮为 70.2 mg/kg,速效磷为0.86 mg/kg,速效钾为 68.
14、4 mg/kg,pH 值为 5.12。1.2试验设计1.2.1试验材料 长势较一致、树冠发育完整、无病虫害的红肉蜜柚成年树,均为同一年种植,树龄 5 年,每年结果稳定且差异性较小,平均单株产量 50 kg 左右,株行距 4 m4 m,立地条件一致。1.2.2试验肥料 以当地主销、农民常用的乐夫精制有机肥(产于惠州市惠东县吉隆镇)和高山牌花生饼肥(产于湖北荆门)作为试验用肥。乐夫精制有机肥是以蘑菇渣、鸡粪等优质有机质腐熟发酵精制而成(N+P2O5+K2O 5%,有机质 45%);高山牌花生饼肥是花生经榨油后剩下的残渣(N+P2O5+K2O 5%,有机质 75%)。1.2.3正交试验设计 以相关文
15、献指导施肥量、施肥时间为基础,根据红肉蜜柚的需肥特性和土壤肥力分析结果,将精制有机肥用量以 10 kg/株的 梯 度 递 增:Y1=20 kg/株、Y2=30 kg/株、Y3=40 kg/株;花生饼肥用量以 4 kg/株的梯度递增:H1=2 kg/株、H2=6 kg/株、H3=10 kg/株;进行不同施肥时间处理:T1(冬肥 12 月+稳果肥 5 月)、T2(冬肥 12 月+壮果肥 8 月)、T3(冬肥 12 月+稳果肥5 月+壮果肥 8 月),采用三因素三水平正交设计,林 业 与 环 境 科 学2023 年8 月第 39 卷第 4 期122每处理 3 株,3 次重复,正交试验设计详情见表 1
16、。表 1红肉蜜柚的正交试验设计Table1OrthogonalexperimentaldesigntablefortheCitrus maxima Hongroumiyou experiment试验组Experimental group精制有机肥Refined organic fertilizer花生饼肥Peanut cake fertilizer施肥时间Fertilization timeL1Y1H1T1L2Y1H2T2L3Y1H3T3L4Y2H1T2L5Y2H2T3L6Y2H3T1L7Y3H1T3L8Y3H2T1L9Y3H3T21.3试验评价指标各试验组在果实成熟时(9 月份)采摘果实进行
17、产量和品质测定,每处理 3 株树,每株树取 3个大小平均的果实,共采 243 个果,分别进行果实外观品质、食用品质、营养品质 3 个方面的指标测定。各项评价指标的测定方法见表 2。1.4评价方法本研究分别采用排队评分法、功效系数法、矩阵分析法对影响红肉蜜柚品质的多指标进行分析,以确定最优施肥组合。不同评价方法的步骤如下。1.4.1排队评分法 首先依据测试结果在单个指标中的排序对测试结果进行评分,然后对各指标下的分数求和,从而把多指标问题转化为单指标问题,评分总和越高,表明组合越优。其具体步骤为:1)对单个指标的试验结果进行排名;2)将最优结果设为 10 分,最差结果设为 1 分,其余结果依据线
18、性内插法进行评分;3)计算得出每项指标中所有试验结果的评分;4)将每个处理组的试验结果评分相加,得到该组的综合得分;5)对各组的综合得分进行极差分析,选出最优处理组合11。1.4.2功效系数法 是应用于正交试验评价的一种多目标优化方法,其原理是将各项指标通过功效系数进行转化,然后将同处理组的指标取值归一化处理,将各指标功效系数相加得到各组的总功效系数,依据总功效系数进行优选评定。1.4.3矩阵分析法 通过权矩阵形式对试验结果进行分析,具体步骤包括:1)建立由水平层、因素层、水平层组成的层次结构模型(图 1);2)构建指标层 K、因素层 T、水平层 R 矩阵;3)依据公式(1)计算各因素各水平对
19、试验指标的平均影响权重10。公式(1)的表达式为:1()/nlmiiwwn=(1)式中,lmw为第 l 个因素第 m 个水平对试验指标的平均权重;iwKTR=,第 l 个因素第 m个水平对第 1 项指标的权重为对应指标层 K、因素层 T、水平层 R 的乘积,对其余指标的影响权重以此类推;依据lmw的平均权重计算结果即可得到各因素对试验指标影响最大的水平。矩阵分析法的具表 2红肉蜜柚评价指标的测定方法Table2MeasuringmethodsforevaluatingindicatorsofCitrus maxima Hongroumiyou指标类型Indicator type细化指标Refi
20、ned indicator单位Unit测定方法Measurement method外观品质Appearance quality单果质量kg使用称重法称量带皮总质量果形指数使用游标卡尺测量果实纵径与横径,取纵径与横径的比值食用品质Edible quality含水率%1-干物质重量占比%(烘干法)可食率%使用称重法测定果肉与总质量的比值出汁率%使用榨汁机获取果汁,计算果汁与总质量的比值营养品质Nutritional quality可溶性固形物%使用阿贝折光仪测定可滴定酸%采用酸碱滴定法测定12还原糖mg/g采用 3,5 二硝基水杨酸法测定13总糖mg/g采用铁氰化钾滴定法测定14VC 含量mg/1
21、00 g采用 2,6-二氯靛酚显色法测定15123陈佳瑜等:基于正交试验的红肉蜜柚优选施肥方案研究体计算步骤见参考文献10。图 1红肉蜜柚施肥优选层次结构模型Fig.1OptimalhierarchicalstructuremodelforfertilizationofCitrus maxima Hongroumiyou1.5数据分析采用 Excel 软件进行数据处理,Minitab 软件进行极差分析,SPSS 软件进行方差分析与矩阵分析,Origin 软件进行图形的绘制。2结果与分析2.1不同试验组的指标分析对不同施肥处理组的各项评价指标进行单因素方差分析,检验结果表明红肉蜜柚含水率不受有机
22、肥用量、种类以及施肥时间的影响(P 0.05);有机肥用量、种类以及施肥时间对其余 9项品质指标(单果质量、果形指数、可食率等)造成显著影响(P 0.05)。不同试验组的多重比较结果表明(表 3),不同试验组的品质指标之间存在显著差异(P 0.05),单果质量、可食率、出汁率、可溶性固形物、还原糖、总糖、VC 含量均随精制有机肥施肥量和花生饼肥的增加而提高,果形指数、可滴定酸随精制有机肥施肥量的增加呈下降趋势。2.2排队分析法的评价结果依据排队评分法计算方法,计算红肉蜜柚各项指标的结果评分和试验组的综合得分。由表 4可知,各试验组的综合得分大小依次为 L6 L9L8 L7 L3 L4 L5 L
23、2 L1。试验组 L6的综合评分最高,达到 83.04,其施肥处理为 Y2H3T1(精制有机肥 30 kg/株,花生饼肥 10 kg/株,冬肥12 月+稳果肥 5 月施肥)。施肥处理 L1的综合得分最低,仅为 29.31。进一步采用极差分析方法分析各因素各水平对红肉蜜柚品质综合得分的影响,由表 5 的结果可知,各因素对红肉蜜柚品质综合得分的影响次序为精制有机肥 Y 花生饼肥 H 施肥时间 T,对红肉蜜柚品质综合得分影响最大的水平分别为Y3、H3、T3。由此可知,排队分析法确定的红肉蜜柚最优施肥组合为 Y3H3T3,即精制有机肥 40 kg、花生饼肥 10 kg、12 月+5 月+8 月施肥。2
24、.3功效系数法的评价结果依据功效系数法计算各试验组的总功效系数,由表 6 可知,各试验组的总功效系数大小依次为L9 L8 L6=L7 L3 L5=L4 L2 L1。试验组 L9 的总功效系数最高,达到 0.49,其施肥处理为 Y3H3T2(精制有机肥 40 kg/株,花生饼肥 10 kg/株,冬肥 12 月+壮果肥 8 月施肥)。试验组 L1的总功效系数最低,仅为 0.33。采用极差分析方法分析各因素对各试验组总功效系数的影响,由表 7 的结果可知,各因素对表 3不同试验组红肉蜜柚的品质指标测试结果Table3Qualityindicatortestresultsfordifferentexp
25、erimentalgroupsofCitrus maxima Hongroumiyou试验组Experimental group外观品质Appearance quality食用品质Edible quality营养品质Nutritional quality单果质量Single fruit weight果形指数Fruit shape index含水率Moisture content可食率Edibility rate出汁率Juice yield可溶性固形物Soluble solids可滴定酸Titratable acidity还原糖Reducing sugar总糖Total sugarVC 含量Vi
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