提升水果黄瓜产量品质的氮硅施肥法的制作方法

1.本发明涉及农业生产技术领域，尤其涉及一种提升水果黄瓜产量品质的氮硅施肥方案。


背景技术：

2.黄瓜(cucumis sativus l)是葫芦科黄瓜属的一年生攀缘性植物，是世界上最重要的蔬菜作物之一。水果黄瓜又称小黄瓜、迷你黄瓜，最早期引自欧洲的优质黄瓜品种，现已研发出多种国产品种，多为强雌或全雌，单性结实能力强，产量高，长势好，耐贮运，果实呈短棒状，瓜长12～15cm，直径约3cm，瓜皮无刺光滑，口感甜脆清香，风味好且营养价值高，富含活性物质如丙醇二酸、黄瓜酶、胡萝卜素、多种维生素等，适合鲜食。随着人们生活水平的逐步提高，饮食观念和消费意识也发生了变化，人们逐渐关注食品的健康和安全，因此水果黄瓜已在各地逐渐发展栽培，成为畅销的水果之一。但我国水果黄瓜种植时间相较于国外较短，种植经验不足，施肥盲目性大，复合肥施用过多，养分配比不合理，无针对性施肥理念，因此经常造成土壤中的速效养分大量积累，土壤质量恶化，甚至影响生态环境。
3.最优设计是从试验误差方差最小的基本目的出发得出的一种试验设计方案。然而人们仍想在提高试验精度的同时，减小试验规模，减少剩余自由度，提高试验效率。效率最高的回归试验就是要确定的未知参数个数与试验点的个数相等。这种设计就称为饱和设计。二因子饱和d
‑
最优设计就是设计两个变化因素，根据其已被确定的结构矩阵编码，确定两个因素的具体值，最后进行试验的一种方案。根据二因子饱和d
‑
最优设计的试验结果，可以得出两个变化因素的交互效应和最优点。
4.微纳米硅肥是一种以硅酸钙为主要矿物，粒径小，比表面大的新型硅肥。与普通硅肥相比，具有比表面大、多微孔的特点，成为一种具有强吸附性的氨稳定剂，能吸附氨分子，减缓氨肥释放周期，减少因过量施氮造成的氮淋失。同时，微纳米硅可与化肥、生物肥、有机肥和腐殖酸等结合施用，进一步提高其有效性。目前微纳米硅已经得到了一定程度的应用，效果显著，经济效益高，具有广阔的应用前景。
5.目前常规水果黄瓜种植不施用硅肥。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是提供一种提升水果黄瓜产量品质的氮硅施肥方案。
7.为解决上述技术问题，本发明提供一种提升水果黄瓜产量品质的氮硅施肥法：氮硅配比(重量比)为1:0.14～1:0.18。
8.作为本发明的提升水果黄瓜产量品质的氮硅施肥法的改进：以n计，氮肥的施肥量为695.05～749.50kg/hm2，以sio2计，硅肥的施肥量为108.42～123.52kg/hm2；
9.硅肥和氮肥均作为基肥。
10.作为本发明的提升水果黄瓜产量品质的氮硅施肥法的进一步改进：硅肥为微纳米硅。微纳米硅(sio
2 53.1％)、平均粒径约为4.035μm。
11.本发明的施氮量相对于目前现有的水果黄瓜栽培法减少了约20％。
12.本发明在发明过程中，设定了如下的设计方案，具体包括以下步骤：
13.(1)设计盆栽试验方案：
14.取种植区土壤，利用二因子饱和
‑
d最优设计编码氮硅施用量，设计六组盆栽处理。
15.(2)测定产量、品质指标：
16.测产周期为24天，记录每株收获水果黄瓜个数，单独称重后计算单株产量。在盛果期进行取样，每株水果黄瓜取4～5个水果、大小，成熟度一致的果实，进行品质测定。
17.(3)建立回归模型
18.建立了二元二次方程肥效模型，并给出了数学表达式：y＝a0 a1x1 a2x2 a3x
12
a4x
22
a5x1x2。以x1(n)和x2(sio2)编码为自变量，以单株产量yy和品质得分ys为因变量。
19.(4)模型解析与模拟优化
20.根据回归模型判断氮硅是否有交互效应，并找出最优氮硅施肥点和施肥配比，再通过模拟寻优，寻找最佳施肥区间。
21.(5)实际应用
22.根据模拟得出最优氮硅施肥配比，进行施肥。
23.上述步骤(3)中，所有品质指标经得分标准化后，建立回归模型；即，需将回归模型的二元二次回归方程的二阶偏导数构成黑塞矩阵，判断多元函数的极值，确定是否有最大值，是否为典型肥效模型。
24.本发明在发明过程中，充分考虑了不同地域的土壤条件，灵活调整水果黄瓜施肥案。
25.与现有的施肥方案相比，本发明的优点在于：
26.1、针对水果黄瓜的生长需求，找到最佳氮硅施肥点和配比，增加了水果黄瓜的产量和品质。
27.2、提高了氮肥利用率，减少了肥料的施用。
28.综上所述，本发明通过设计二因子饱和d
‑
最优设计试验等，得出水果黄瓜种植的最佳氮硅施肥点与施肥配比并应用于田间，提高了水果黄瓜的产量和品质(即，获得了高产和优质产品)，提高了氮肥利用率(施氮量比常规施氮量低)，提高了水果黄瓜种植的经济效益。
附图说明
29.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
30.图1为水果黄瓜单株产量(a)和品质综合得分(b)交互效应图。
具体实施方式
31.下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
32.微纳米硅的平均粒径约为4.035μm。
33.尿素(n≥46.4％)、硫酸钾(k2o≥52.0％)、磷酸二氢钾(p2o5≥52.0％，k2o≥34.0％)和微纳米硅(sio
2 53.1％)。
34.一、设计盆栽实验方案
35.试验于2020年4
‑
6月在浙江大学紫金港校区日光温室内进行。日间最高气度35.1℃，夜间最低气度29.7℃。盆栽土取自八福生态农业有限公司农场(0～20cm)，将土块移石、粉碎(过20目筛)、混匀后，装入规格为上直径25.5cm，下直径19.5cm，高26cm、容量3加仑的花盆中。每盆8.5kg土壤。试验地土壤的基本化学性质为：ph 5.91、有机质17.3g/kg、碱解氮134.5mg/kg、速效磷131.7mg/kg、速效钾143.2mg/kg、有效硅109.5mg/kg。
36.供试水果黄瓜品种：“碧禧”，购自嘉兴先丰种业有限公司。将水果黄瓜种子浸泡在27℃的温水中4小时。发芽后，将出芽种子埋在装有营养土的育苗穴盘中，一穴一颗。将黄瓜种子培育到苗期“三叶一心”，将长势一致的黄瓜苗移入盆栽。采用二因子饱和d
‑
最优设计进行氮硅施肥试验，重复4次。各处理因子和施用量的编码见表1。
37.试验用肥：以尿素(n≥46.4％)、硫酸钾(k2o≥52.0％)、磷酸二氢钾(p2o5≥52.0％，k2o≥34.0％)和微纳米硅(sio
2 53.1％)作为肥料。
38.磷、钾施用量为p2o
5 300kg/hm2和k2o 1125kg/hm2，肥料的30％用量作为基肥混入盆栽土中，余下70％的肥料用量分成4次，分别在旺长期(10％)、初花期(20％)、始采期(20％)、盛果期(20％)，溶于水后以水和肥的形式施用；将肥料用250ml水溶解，每段时期分4～5次加入盆中。在旺长期和初花期，早晚每天两次浇水，每次250ml，而后的始采期和盛果期的早上每天浇水1次，每次250ml。
39.表1氮、硅二因子饱和d
‑
最优设计因素编码与氮硅施用量
[0040][0041]
二、产量品质指标测定
[0042]
水果黄瓜测产周期为24天(从移栽日起算)，记录每株收获水果黄瓜个数，单独称重后计算单株产量。在盛果期进行取样，每株水果黄瓜取4～5个水果、大小，成熟度一致的果实，进行品质测定。各处理的所有品质指标标准化得分权重之和，为各处理的品质综合得分。依据水果黄瓜的各品质指标与感官鉴定、商品品质的相关程度，拟定维生素c、还原糖、可溶性蛋白、干物质含量、硝酸盐的权重值，分别为0.25、0.25、0.2、0.2、0.1，其中硝酸盐为逆指标。因此品质综合得分计算公式为：
[0043]
f＝ω1y1 ω2y2
…
ω
m
y
m
ꢀꢀꢀ
(1)
[0044]
公式(1)中：f为品质综合得分，ω为各指标权重，y为各品质指标标准化得分。计算各品质指标标准化得分后带入公式，即为该处理品质综合得分。因为硝酸盐为逆指标，所以先将硝酸盐指标减法一致化处理后(y＝m－x，其中m为指标x的一个允许的上界)，再进行标
准化得分计算。
[0045]
三、氮硅回归模型建立
[0046]
据实验设计方案，建立了二元二次方程肥效模型，并给出了数学表达式：y＝a0 a1x1 a2x2 a3x
12
a4x
22
a5x1x2。以x1(n)和x2(sio2)编码为自变量，以单株产量yy为因变量，即，本公式中y代表的是试验得出的产量，x1是试验得出的施氮量，x2试验得出的施硅量。根据表2数据建立氮硅施用量与单株产量的回归方程：
[0047]
y
y
＝2468.28 135.68x1 113.52x2‑
350.57x
12
‑
173.25x
22
‑
161.92x1x2ꢀꢀꢀ
(2)
[0048]
公式(2)中，yy为单株产量，x1和x2分别为氮和硅的施用量编码。回归方程f值为31.93，相对应的p值为2.407
×
10
‑8，回归方程极显著。方程中从常数项到氮硅互作项x1x2的t检验对应的p值分别为：<10
‑
16
，0.000206，0.001101，1.65
×
10
‑5，0.010089，0.000113，均高于显著水平，说明该回归方程与实际拟合情况良好，反映了氮硅量与黄瓜单株产量的关系，对单株水果黄瓜的产量具有良好的预测效果。氮硅互作项x
1 x2的p值均达到极显著水平，说明氮硅互作对单株产量有影响。
[0049]
同理，根据表3的数据，可以建立氮硅施用量与黄瓜品质综合得分之间的回归方程：
[0050]
y
s
＝1.099684 0.409928x1 0.275778x2‑
1.234941x
12
‑
0.400626x
22
‑
0.240824x1x2ꢀꢀ
(3)
[0051]
公式(3)中，ys为品质综合得分，x1和x2分别为氮和硅的施用量编码。回归方程f值为3126，相对应的p值为<2.2
×
10
‑
16
，回归方程极显著。方程中从常数项到x1x2的t检验对应的p值均<10
‑
16
，高于极显著水平，说明该回归方程与实际拟合情况优秀，反映了氮硅量与黄瓜品质得分的关系，对水果黄瓜的品质得分具有良好的预测效果。氮硅互作项x1x2的p值达极显著水平，说明氮硅互作对品质得分有影响。
[0052]
将上述两个二元二次回归方程的二阶偏导数构成黑塞矩阵，判断多元函数的极值。两个回归方程的黑塞矩阵均为负定矩阵，即回归方程有极大值，符合肥料报酬递减定律，因此着两个二元二次回归方程均为典型肥效模型。
[0053]
表2不同氮硅施用量下水果黄瓜的单株产量
[0054][0055]
表3不同氮硅施用量下水果黄瓜的品质综合得分
[0056][0057][0058]
注：品质综合得分由公式(1)得出。
[0059]
三、模型交互效应解析
[0060]
本实验建立了肥效模型存在氮硅互作项，且两个回归方程互作项t检验p值均高于显著水平，交互作用显著，可求得最高单株产量、最高品质综合得分及对应的施肥量，并绘出单株产量和品质综合得分随氮硅施肥量变化的三维曲面(图1)。
[0061]
由图1可以看出，氮硅交互效应方程曲面为上凸抛物面，在编码施肥量范围内可以得出最大值。解得单株产量最高为2494.88g，对应的施氮量为722.66kg/hm2和施硅量为113.93kg/hm2；品质综合得分最高为1.169，对应的施氮量为725.03kg/hm2和施硅量为117.29kg/hm2。
[0062]
通过交互效应分析，解析获得了能够获得最高单株产量和品质综合得分的氮硅配比，但在实际生产过程中无法将施肥量控制在某个固定的施肥点，因此取95％的置信区间，设置一个高产优质区段，模拟寻优得到一套能获得高产优质的氮硅施肥区间，对实际施肥更具有更大的指导意义。
[0063]
本试验中，高产区段的单株产量高于2400g，优质区段的品质综合得分高于1.000。设定氮硅施肥量编码步长为0.1，由二因素共可以得到21
×
21＝441个施肥方案；然后，根据单株产量和品质综合得分高低，对这441个施肥方案进行排序。对单株产量大于2400g和品质综合得分高于1.000的方案进行统计分析，结果如表4与表5所示。
[0064]
表4单株产量>＝2400g模拟寻优结果
[0065]
[0066][0067]
表5品质综合得分>＝1.000模拟寻优结果
[0068][0069]
单株产量大于等于2400g的方案共有124个，其中n取值范围为695.05～748.67kg/hm2，sio2的取值范围为108.42～120.78kg/hm2，目标单株产量为2441.628～2451.115g。品质综合得分大于等于1.000的方案共有77个，其中n取值范围为701.90～749.50kg/hm2，sio2取值范围为110.02～123.52kg/hm2，目标得分为1.073～1.096。因此，本试验条件下温室盆栽水果黄瓜高产优质的氮硅施肥方案为n：695.05～749.50kg/hm2，sio2：108.42～123.52kg/hm2，氮硅配比为1:0.14～1:0.18。
[0070]
模拟优化得到的氮硅施肥量有一定的波动，均能达到高产优质，在实际运用中根据不同的环境条件调节施肥用量更具有可行性和实用价值。
[0071]
因此，本发明最终设定的提升水果黄瓜产量品质的氮硅施肥方案为：氮硅配比(重量比)为1:0.14～1:0.18；以n计，氮肥的施肥量为695.05～749.50kg/hm2，以sio2计，硅肥的施肥量为108.42～123.52kg/hm2；
[0072]
硅肥和氮肥均作为基肥。
[0073]
所用氮肥为常规的各种氮肥(例如为有机肥、复合肥等)，所用硅肥为平均粒径约为4.035μm的微纳米硅(sio
2 53.1％)。
[0074]
水果黄瓜的其余施肥及日常管理方式参照已公开发表于《农作物配方施肥新技术》的“黄瓜配方施肥及配套栽培技术”。
[0075]
实施例1、
[0076]
试验场地位于浙江省嘉兴市八福生态农业开发有限公司农场，试验时间为2020年6月4日至8月5日。试验地土壤的基本理化性质为：ph 5.91、有机质17.3g/kg、碱解氮134.5mg/kg、有效磷131.7mg/kg、速效钾143.2mg/kg、有效硅109.5mg/kg。每个小区面积为19.5m2(1垄
×
1.5m
×
13m)，每垄两行，小区间横向间隔0.6m，纵向间隔1m。
[0077]
具体如下：
[0078]
施用干羊粪(72kg，含氮1.6％)、爱果利丰(1.1kg，16
‑
10
‑
16(肥料大量元素氮磷钾配比))，小区总施氮量为干羊粪 爱果利丰。在各试验小区分别施入氮肥(作为有机肥的干羊粪、作为复合肥的爱果利丰)和微纳米硅肥，翻耕与土壤拌匀作为基肥。
[0079]
对黄瓜品种i(碧禧)和黄瓜品种ⅱ(夏之光)，设计如下两组施肥方式(全文以“ si”代表施入微纳米硅肥)：对照组(ck)：常规施肥；最优组：最优氮硅配比。具体施肥量参见表6。
[0080]
表6各处理具体施肥方式与施肥量
[0081][0082]
应用效果：
[0083]
当水果黄瓜可采摘数达整体果实数量的十分之一时，进行收获测产；在产量测定周期内每3日收获一次，各小区分别称重测产，测产周期30日(7月6日至8月5日)。在盛果期取样，各处理取4～5个大小和成熟度一致的水果黄瓜果实，进行品质指标的测定。产量与品质的测定结果如下表7所示。
[0084]
表7微纳米硅肥对水果黄瓜产量、单果重和氮肥偏生产力的影响
[0085][0086][0087]
注：氮肥偏生产力(partial factor productivity for applied n,pfp)＝施氮区产量/施氮量
[0088]
与常规习惯性施肥相比，最优氮硅施肥方案的果实产量最高增加了27.42％，单果重最高上升约22％，氮肥偏生产力也有显著的上升，显著提高了水果黄瓜种植的经济效益。
[0089]
表8不同氮硅施用量下水果黄瓜的品质综合得分
[0090][0091]
与常规习惯性施肥相比，维生素c含量最高提升了28.57％，还原糖含量最高提升了34.60％，可溶性蛋白最高提升了30.00％，干物质含量最高提升了16.27％，硝酸盐含量多降低了32.10％，最优氮硅施肥方案的各项品质指标均显著提升，整体品质显著增强。
[0092]
对比例1、将实施例1中的“ck”改成目前常用的施肥量，即等比的增加干羊粪、爱果利丰的用量，从而使得施氮量(kg/hm2)850，且仅仅以“碧禧”作为实验对象，其余等同于实施例1。
[0093]
所得结果为：小区产量(kg)53.67
±
1.21，单果重(g)116.34
±
4.88，氮肥偏生产力(pfp)53.67
±
1.21。
[0094]
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。