秋季定植日期与生产系统对北达科他州西兰花品种适应性及产量的影响

《Horticulturae》：Fall Planting Date and Production System Effects on Broccoli Cultivar Adaptability and Yield in North Dakota

　　

秋季生产可延长西兰花（Brassica oleracea var. italica）的供应季节，但适宜的品种、定植日期以及高隧道（high tunnel）的价值尚不明确。研究人员于2023年和2024年在美国北达科他州法戈（Fargo, ND）的高隧道和露地环境中，将6个品种分别于4个日期（7月10日至8月25日）定植，并利用包含年份的混合模型（mixed model）分析了生长、生理、根系、产量和商品性（marketability）。Romanesco在任何一个定植日期均未形成花球（curd），不适合秋季生产。Jacaranda产生的花球最重（592 g），但仅有53%的定植植株形成花球、48%的植株产生商品花球；Green Magic、Monty和Gypsy的相应比例分别为77%–78%和70%–75%。单株商品产量（marketable yield per transplanted plant）以7月10日定植最高（365 g plant^?1），8月25日定植最低（87 g plant^?1）。从定植到首次霜冻伤害的天数与花球形成率（r = 0.74）和单株产量（r = 0.81）密切相关。高隧道将霜冻伤害推迟了21天，并提高了商品花球率（主要在晚定植期），但其商品产量优势取决于季节。建议在北部大平原（Northern Great Plains）尽早定植这三个可靠品种。

西兰花（Brassica oleracea var. italica）等芸薹属蔬菜因富含次生代谢物而备受重视，但西兰花对温度敏感，高温和低温均会降低产量和花球品质。北达科他州夏季短、冬季长、春秋温度波动大，秋季生产可利用9–10月较凉爽的温度，但晚定植面临霜冻风险。高隧道（high tunnel）可延长生产季节，但关于品种、定植日期与生产系统间互作的研究不足，且以往品种评价多局限于隧道内，缺少与露地的直接比较，且常以单头产量衡量品种价值，忽略了花球形成率和商品性（marketability）。为此，研究人员开展本试验，以量化品种、定植日期、生产环境及其与年份互作对西兰花生长、生理、根系、产量和商品性的影响。研究人员于2023和2024年在北达科他州法戈（Fargo, ND）的NDSU农业试验站进行田间试验，设置高隧道和露地两个生产环境，将6个品种（Green Magic、Gypsy、Jacaranda、Monty、Purple Peacock和Romanesco）分别于7月10日、7月25日、8月10日、8月25日定植，采用随机完全区组设计，4次重复，每小区单株。结果表明，品种和定植日期是最一致的变异来源；7月10日定植的单株商品产量最高，8月25日定植不可行；Green Magic、Monty和Gypsy最可靠；Jacaranda花球最重但成花率低；Romanesco不结球；高隧道虽推迟霜冻，但仅在晚定植和早霜年份有产量优势。试验采用随机完全区组设计，两个生产环境×4个定植日期×6个品种，4次重复，每小区单株。数据分析使用线性混合模型（linear mixed model）和二项广义线性混合模型（binomial generalized linear mixed model），年份作为固定效应，并采用敏感性分析（年份及年份×处理作为随机效应）检验稳健性；叶片气体交换和生长动态用重复测量混合模型；多重比较采用Tukey HSD检验；市场等级和缺陷分布用Pearson χ2检验；性状关系用Pearson相关和主成分分析（PCA）。样本来源于北达科他州法戈的NDSU农业试验站。结果如下：3.1 热环境与无霜期：高隧道空气和土壤温度高于露地，10月差异最大；高隧道将首次霜冻伤害推迟21天。无霜期长度与花球形成率（r = 0.74）和单株产量（r = 0.81）正相关。3.2 处理效应在年份间的一致性：年份影响多个性状并与处理存在交互；将年份及其交互作为随机效应后，品种效应和定植日期效应仍显著，主要结论稳健。3.3 营养生长：高隧道植株更高，且随生长时间差异增大；叶片数环境间无差异，但晚定植减少；品种间有差异。3.4 叶片气体交换：高隧道的气孔导度（gs）和蒸腾速率（E）较高，水分利用效率（WUE）较低；品种间仅gs有差异，Gypsy高于Jacaranda；晚定植的E和PSII效率（Fv′/Fm′）较低。3.5 根系性状：根鲜重受品种、定植日期和环境×品种互作影响；Jacaranda根鲜重最大，尤其在隧道中，但晚定植减小。3.6 花球重量、直径和收获天数：品种和定植日期影响显著；Jacaranda花球最重（592 g）但收获天数最长（77天）；8月25日定植的花球更小更轻。头直径在晚定植时隧道大于露地。3.7 花球形成、商品性和单株产量：320株中220株（68.8%）形成花球；高隧道和早定植提高花球形成率和商品花球率；单株商品产量以7月10日最高（365 g plant^?1），8月25日最低（87 g plant^?1）；Green Magic、Monty和Gypsy的商品花球率最高（70%–75%）。3.8 市场等级和花球缺陷：收获花球中63.2%为U.S. No.1，21.4%为U.S. No.2，15.5%为非商品；高隧道中U.S. No.2比例更高，主要因抽薹（bolting）；露地7月10日定植的Green Magic、Gypsy和Monty全部为U.S. No.1。3.9 Romanesco：所有处理下均未形成花球，尽管其生长旺盛，生理指标与西兰花无差异；不适宜该地区秋季生产。3.10 性状关联和多变量结构：主成分分析显示两组性状，一组与根系大小和成熟期相关，一组与花球大小和气体交换相关；单株产量与花球形成率和商品花球率密切相关，仅用单球产量会高估某些品种的价值。讨论指出，两季差异大但主要结论稳健；温度和无霜期是决定秋季生产的主要因素；品种评价需结合产量和商品性。高隧道主要在晚定植和早霜年份提供收益，且不能减少花球缺陷，需在夏末加强通风。Romanesco不结球可能因其春化需求未满足，需进一步研究。研究结论：品种和定植日期是北达科他州秋季西兰花生产中最一致的变异来源，定植日期和环境影响与定植后的无霜期长度密切相关。7月上旬（本研究中为7月10日）定植可获得最高的商品产量，而8月末定植不可行。Jacaranda花球最重，但花球形成率低、商品花球率低且收获所需时间长，因此其单株商品产量并不高于Green Magic、Monty和Gypsy，后者是最可靠的品种。Purple Peacock不适于秋季生产，而Romanesco未形成花球，因此在该地区7–8月定植的秋季生产中不适用，可能是因为其在霜前未能满足花球诱导的温度需求。高隧道将霜冻伤害推迟了三周，提高了花球形成率和商品花球率（后者主要在晚定植时），并在早霜季节提高了单株商品产量，但对7月初定植的商品花球率没有优势，也未减少花球缺陷。因此，高隧道应主要用于保护晚定植作物免受霜冻，并在夏末有效通风。未来研究应评估更多季节和基因型，量化Romanesco和其他晚熟品种的热量需求，并评估隧道生产的秋季芸薹属作物的经济回报。