烤煙品種豫煙10號(hào)種植密度、施氮量和留葉數(shù)的優(yōu)化研究

徐 敏，侯冰清，湯朝起，曹曉濤，李洪亮，張小全，楊鐵釗*(.河南省煙草公司，河南 鄭州 50008； .河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州5000； .上海煙草(集團(tuán))公司，上海 0008； .許昌市煙草公司 襄城縣分公司，河南 襄城 6700)

烤煙品種豫煙10號(hào)種植密度、施氮量和留葉數(shù)的優(yōu)化研究

徐 敏1，侯冰清2，湯朝起3，曹曉濤4，李洪亮4，張小全2，楊鐵釗2*
(1.河南省煙草公司，河南 鄭州 450008； 2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州450002； 3.上海煙草(集團(tuán))公司，上海 200082； 4.許昌市煙草公司 襄城縣分公司，河南 襄城 461700)

為探討烤煙新品種豫煙10號(hào)的優(yōu)化栽培技術(shù)，并提供可量化的具體指標(biāo)，采用L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究了種植密度、施氮量和單株留葉數(shù)對(duì)烤煙產(chǎn)值的影響。單因子效應(yīng)分析表明，產(chǎn)值隨著種植密度增加而增加，隨著氮肥施用量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，隨著單株留葉數(shù)的增加呈降低趨勢(shì)；雙因素交互效應(yīng)表明，施氮量和單株留葉數(shù)之間的互作效應(yīng)對(duì)產(chǎn)值影響最大，產(chǎn)值最高可達(dá)50 217.51元/hm2。對(duì)產(chǎn)值的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬尋優(yōu)，結(jié)果顯示，豫煙10號(hào)產(chǎn)值達(dá)到48 500元/hm2以上的優(yōu)化栽培措施組合指標(biāo)為：種植密度18 718～19 495株/hm2、施氮量47.34～74.75 kg/hm2、留葉數(shù)19～23片/株。

密度； 施氮量； 留葉數(shù)； 烤煙； 產(chǎn)值

煙草是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，烤煙產(chǎn)值不僅反映其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，更是煙葉品質(zhì)的直觀表現(xiàn)之一[1]。適宜的配套栽培措施可以充分發(fā)揮品種的遺傳潛力，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[2]。作物群體生態(tài)的優(yōu)劣是影響產(chǎn)量和產(chǎn)值的重要因素[2]。通過(guò)調(diào)整種植密度和單株葉數(shù)可以改善群體結(jié)構(gòu)，調(diào)控作物群體的光分布、光截獲以及田間CO2濃度等群體的光合性能指標(biāo)[3-12]。適宜的氮肥施用量又是作物群體調(diào)控的主要基礎(chǔ)因子，因此改善作物群體結(jié)構(gòu)需在氮素營(yíng)養(yǎng)基礎(chǔ)上統(tǒng)籌考慮[13-15]。前人對(duì)烤煙種植密度、氮肥施用量和留葉數(shù)及其相互作用與烤煙質(zhì)量的關(guān)系有大量研究[16-22]，但是3種因素同時(shí)作用于烤煙生長(zhǎng)發(fā)育的影響研究較少，且未能得到一個(gè)在實(shí)際生產(chǎn)中可以推廣的范圍值[23-24]，鑒于此，以烤煙新品種豫煙10號(hào)為材料，采用L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以產(chǎn)值為指標(biāo)建立數(shù)學(xué)方程，設(shè)置種植密度、施氮量和單株留葉數(shù)3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)因子的不同水平進(jìn)行研究，旨在探明三因子間的交互作用，建立優(yōu)化的技術(shù)方案，為完善豫煙10號(hào)的配套栽培技術(shù)提供可量化的依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年在河南省許昌市王洛鄉(xiāng)進(jìn)行，土壤類(lèi)別為黃褐土，肥力中等，前茬作物為烤煙。供試品種為豫煙10號(hào)。設(shè)種植密度(X1)、施氮量(X2)、留葉數(shù)(X3)3個(gè)因素處理，各因素及編碼值見(jiàn)表1，三因素各設(shè)三水平，按L9(34)正交設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)，小區(qū)面積66.7 m2(4行區(qū))，重復(fù)3次，隨機(jī)排列。2月13日播種，育苗方式為漂浮育苗，4月36日移栽，8月5日第1次采烤，使用當(dāng)?shù)責(zé)煵莨咎峁┑臒煵輰?zhuān)用復(fù)合肥進(jìn)行施肥，用密集式烤房按照三段式烘烤工藝烘烤，其余栽培措施按照當(dāng)?shù)刈顑?yōu)栽培技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

表1 試驗(yàn)因素水平編碼

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

產(chǎn)值計(jì)算按照42級(jí)國(guó)標(biāo)(GB 2635—92)執(zhí)行(不含價(jià)外補(bǔ)貼)。使用SPSS 22.0、Matlab R2014a和Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理的產(chǎn)值及其數(shù)學(xué)模型

由表2可知，T5、T8處理產(chǎn)值較高，其次為T(mén)4、T6、T9處理，再次為T(mén)2、T3、T7處理，T1處理產(chǎn)值最低。

表2 L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

注：表中產(chǎn)值數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值，不同字母表示在0.05水平上差異顯著。

使用SPSS軟件非線(xiàn)性回歸功能建立擬合方程，大田條件下豫煙10號(hào)種植密度(X1)、施氮量(X2)、留葉數(shù)(X3)與產(chǎn)值(Y)的數(shù)學(xué)模型如下：

(1)

該擬合方程R2=0.978，說(shuō)明方程與實(shí)測(cè)值擬合度較高，擬合方程能夠代表栽培模式與產(chǎn)值變化的實(shí)際情況，可使用此方程對(duì)產(chǎn)值進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。

2.2 單因素各水平對(duì)產(chǎn)值的效應(yīng)分析

假設(shè)其他因子為零水平對(duì)方程(1)進(jìn)行降維，可得3個(gè)一元方程：

(2)

(3)

(4)

利用上述方程可以繪制出種植密度(X1)、施氮量(X2)和留葉數(shù)(X3)不同水平下的產(chǎn)值(Y)變化曲線(xiàn)(圖1)，可對(duì)各因素進(jìn)行單因子效應(yīng)分析。在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，各因素呈現(xiàn)不同程度的二次曲線(xiàn)關(guān)系。產(chǎn)值隨著密度增加而增加，峰值超出了X1的控制范圍，本試驗(yàn)中，在X1=2時(shí)，即種植密度為19 500株/hm2時(shí)，產(chǎn)值最高；施氮量與產(chǎn)值呈現(xiàn)開(kāi)口向下的二次曲線(xiàn)，產(chǎn)值隨著施氮量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，當(dāng)X2處于1.0～1.4時(shí)，即氮肥施用量為60～66 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)值最高；產(chǎn)值隨著留葉數(shù)的增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，當(dāng)X3水平接近0，即單株留葉數(shù)接近19片時(shí)產(chǎn)值最高。

圖1 單因素不同水平的產(chǎn)值

2.3 因素間互作效應(yīng)分析

對(duì)二次多項(xiàng)式回歸模型(1)進(jìn)行降維，得偏回歸模型，只有種植密度(X1)與施氮量(X2)的互作達(dá)到顯著水平：

(5)

由回歸模型(5)可得種植密度(X1)與施氮量(X2)之間的交互效應(yīng)的曲面圖(圖2)。當(dāng)留葉數(shù)處于0水平時(shí)，產(chǎn)值隨施氮量的增加呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，產(chǎn)值隨種植密度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。說(shuō)明種植密度與施氮量對(duì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響在適當(dāng)范圍內(nèi)存在協(xié)同促進(jìn)作用，當(dāng)種植密度和施氮量過(guò)量時(shí)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量下降，表現(xiàn)為拮抗作用。

圖2 種植密度與施氮量之間的互作效應(yīng)

2.4 最高產(chǎn)值尋優(yōu)

本試驗(yàn)產(chǎn)值與種植密度、施氮量和留葉數(shù)為線(xiàn)性關(guān)系，在0～2約束區(qū)間內(nèi)為非線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題，使用Matlab R2014a進(jìn)行數(shù)學(xué)建模尋求最優(yōu)解可得，在本試驗(yàn)條件下，在綜合農(nóng)藝措施組合方案為X1=2.000 0、X2=0.582 2、X3=0.000 0時(shí)，能獲得最高產(chǎn)值(50 217.51元/hm2)。

上述最優(yōu)解為理論值，在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)較為困難，為了使栽培方案能夠大面積推廣，應(yīng)尋求三因素的范圍值。使用SPSS軟件對(duì)方程(1)進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，在0≤Xi≤2約束區(qū)間內(nèi)，產(chǎn)值最小值設(shè)為48 500 元/hm2，約定最大觀察值為100 000，得到模擬觀察值總數(shù)為1 000，密度、施氮量和留葉數(shù)對(duì)產(chǎn)值的貢獻(xiàn)值分別為19.934%、16.575%、2.427%。從表3可知，大田試驗(yàn)中烤煙產(chǎn)值大于48 500元/hm2時(shí)自變量Xi編碼值為：X1=1.478 5～1.996 6，X2=0.155 8～1.983 1，X3=0.022 1～1.986 5。即在本試驗(yàn)條件下，最優(yōu)栽培措施取值范圍為：種植密度18 718～19 495 株/hm2、氮肥施用量47.34～74.75 kg/hm2、留葉數(shù)19～23片/株，在此栽培措施取值范圍內(nèi)，產(chǎn)值為48 500元/hm2以上。

表3 豫煙10號(hào)產(chǎn)值≥48 500元/hm2的栽培措施編碼值

3 結(jié)論與討論

種植密度、施氮量和留葉數(shù)對(duì)烤煙產(chǎn)值均有顯著影響。單因素不同水平的產(chǎn)值效應(yīng)分析表明，在本試驗(yàn)條件下，隨著種植密度的增加，產(chǎn)值隨之增加；隨著施氮量的增加，烤煙產(chǎn)值呈先升高后降低的趨勢(shì)；隨著留葉數(shù)的增加，產(chǎn)值呈逐漸降低的趨勢(shì)。種植密度是影響豫煙10號(hào)產(chǎn)值的最主要因素，其次為氮肥施用量，留葉數(shù)對(duì)產(chǎn)值的影響較小。這與李樹(shù)利等[25]、劉仁祥等[23]的研究結(jié)果有所差異，可能是采用的品種以及土壤、氣候及水肥條件不同所致，同時(shí)也說(shuō)明在不同生態(tài)條件下，不同品種所需要的配套栽培措施不同，因此應(yīng)進(jìn)行針對(duì)性分析。

雙因素互作分析表明，種植密度、氮用量和留葉數(shù)間的互作效應(yīng)對(duì)產(chǎn)值的影響不同，施氮量與留葉數(shù)互作效應(yīng)對(duì)產(chǎn)值影響最大且表現(xiàn)為正效應(yīng)，種植密度與施氮量、種植密度與留葉數(shù)互作對(duì)產(chǎn)值均為負(fù)效應(yīng)。所以，確定合理的留葉數(shù)與施氮量的關(guān)系，是提高產(chǎn)值的重要技術(shù)手段。

在本試驗(yàn)條件下，豫煙10號(hào)煙葉產(chǎn)值達(dá)到48 500元/hm2以上的優(yōu)化栽培措施組合指標(biāo)為：種植密度18 718～19 495株/hm2、施氮量47.34～74.75 kg/hm2、留葉數(shù)19～23片/株。該試驗(yàn)結(jié)果與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)中的栽培措施相比，不同之處主要在種植密度方面，當(dāng)?shù)刂矡熋芏葹?5 000株/hm2左右，較優(yōu)化后的密度偏小。而種植密度又是對(duì)豫煙10號(hào)產(chǎn)值影響最大的因素，因此在河南許昌煙區(qū)，限制豫煙10號(hào)產(chǎn)值提高的主要因素是種植密度偏低。在一定程度上增加植煙密度，能夠提高豫煙10號(hào)的產(chǎn)值，增加煙農(nóng)收益。

由于生態(tài)條件和品種的特異性，在不同生態(tài)條件下不同品種應(yīng)有相應(yīng)的栽培措施。數(shù)學(xué)建模的方法可以為不同煙區(qū)烤煙新品種的栽培技術(shù)尋優(yōu)提供有效的途徑。

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Optimization of Planting Density,Nitrogen Application Amount,Remained Leaf Number of Flue-cured Tobacco Variety Yuyan No.10

XU Min1，HOU Bingqing2，TANG Chaoqi3，CAO Xiaotao4，LI Hongliang4，ZHANG Xiaoquan2，YANG Tiezhao2*
(1.Henan Tobacco Company,Zhengzhou 450008,China; 2.Tobacco Science College,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China; 3.Shanghai Tobacco(Group) Company,Shanghai 200082,China; 4.Xiangcheng Branch of Xuchang Tobacco Company,Xiangcheng 461700,China)

In order to provide quantity index to optimum cultivation measures of new flue-cured tobacco variety Yuyan No.10,L9(34) orthogonal experiments were set with three factors of planting density,nitrogen rate,remained leaf number and three levels,to study the effects of the three factors on the output value of tobacco.Single-factor analysis showed that the output value of tobacco increased with the increase of the planting density,first increased and then decreased with the increase of the nitrogen rate,and decreased steadily with the increase of remained leaf number.Two-factor interaction analysis indicated that the interaction between remained leaf number and nitrogen rate affected the output value most.The output value could reach 50 217.51 RMB/ha.The optimized cultivation indexes with the output value of Yuyan No.10 more than 48 500 RMB/ha were 18 718—19 495 plants/ha of planting density,47.34—74.75 kg/ha of nitrogen rate,19—23 pieces/plant of remained leaf number.

planting density; nitrogen rate; remained leaf number; flue-cured tobacco; output value

2015-10-20

上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目 (SZBCW2014-01065)

徐 敏(1982-)，女，河南舞陽(yáng)人，農(nóng)藝師，碩士，主要從事煙草栽培生理研究。E-mail：280303203@qq.com

*通訊作者：楊鐵釗(1956-)，男，河南臨潁人，教授，碩士，主要從事煙草品質(zhì)改良與遺傳育種研究。 E-mail：yangtiezhao@126.com

S572

A

1004-3268(2016)04-0054-04