烤烟品种豫烟10号种植密度、施氮量和留叶数的优化研究

徐 敏，侯冰清，汤朝起，曹晓涛，李洪亮，张小全，杨铁钊*(.河南省烟草公司，河南 郑州 50008； .河南农业大学 烟草学院，河南 郑州5000； .上海烟草(集团)公司，上海 0008； .许昌市烟草公司 襄城县分公司，河南 襄城 6700)

烤烟品种豫烟10号种植密度、施氮量和留叶数的优化研究

徐 敏1，侯冰清2，汤朝起3，曹晓涛4，李洪亮4，张小全2，杨铁钊2*
(1.河南省烟草公司，河南 郑州 450008； 2.河南农业大学 烟草学院，河南 郑州450002； 3.上海烟草(集团)公司，上海 200082； 4.许昌市烟草公司 襄城县分公司，河南 襄城 461700)

为探讨烤烟新品种豫烟10号的优化栽培技术，并提供可量化的具体指标，采用L9(34)正交试验设计，研究了种植密度、施氮量和单株留叶数对烤烟产值的影响。单因子效应分析表明，产值随着种植密度增加而增加，随着氮肥施用量的增加呈先增加后降低的趋势，随着单株留叶数的增加呈降低趋势；双因素交互效应表明，施氮量和单株留叶数之间的互作效应对产值影响最大，产值最高可达50 217.51元/hm2。对产值的数学模型进行模拟寻优，结果显示，豫烟10号产值达到48 500元/hm2以上的优化栽培措施组合指标为：种植密度18 718～19 495株/hm2、施氮量47.34～74.75 kg/hm2、留叶数19～23片/株。

密度； 施氮量； 留叶数； 烤烟； 产值

烟草是我国重要的经济作物之一，烤烟产值不仅反映其经济产出，更是烟叶品质的直观表现之一[1]。适宜的配套栽培措施可以充分发挥品种的遗传潜力，创造更高的经济价值[2]。作物群体生态的优劣是影响产量和产值的重要因素[2]。通过调整种植密度和单株叶数可以改善群体结构，调控作物群体的光分布、光截获以及田间CO2浓度等群体的光合性能指标[3-12]。适宜的氮肥施用量又是作物群体调控的主要基础因子，因此改善作物群体结构需在氮素营养基础上统筹考虑[13-15]。前人对烤烟种植密度、氮肥施用量和留叶数及其相互作用与烤烟质量的关系有大量研究[16-22]，但是3种因素同时作用于烤烟生长发育的影响研究较少，且未能得到一个在实际生产中可以推广的范围值[23-24]，鉴于此，以烤烟新品种豫烟10号为材料，采用L9(34)正交试验设计，以产值为指标建立数学方程，设置种植密度、施氮量和单株留叶数3个关键技术因子的不同水平进行研究，旨在探明三因子间的交互作用，建立优化的技术方案，为完善豫烟10号的配套栽培技术提供可量化的依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于2014年在河南省许昌市王洛乡进行，土壤类别为黄褐土，肥力中等，前茬作物为烤烟。供试品种为豫烟10号。设种植密度(X1)、施氮量(X2)、留叶数(X3)3个因素处理，各因素及编码值见表1，三因素各设三水平，按L9(34)正交设计进行试验，小区面积66.7 m2(4行区)，重复3次，随机排列。2月13日播种，育苗方式为漂浮育苗，4月36日移栽，8月5日第1次采烤，使用当地烟草公司提供的烟草专用复合肥进行施肥，用密集式烤房按照三段式烘烤工艺烘烤，其余栽培措施按照当地最优栽培技术规范进行。

表1 试验因素水平编码

1.2 测定项目与方法

产值计算按照42级国标(GB 2635—92)执行(不含价外补贴)。使用SPSS 22.0、Matlab R2014a和Excel 2013进行数据分析和图表制作。

2 结果与分析

2.1 不同处理的产值及其数学模型

由表2可知，T5、T8处理产值较高，其次为T4、T6、T9处理，再次为T2、T3、T7处理，T1处理产值最低。

表2 L9(34)正交试验设计

注：表中产值数据为3次重复的平均值，不同字母表示在0.05水平上差异显著。

使用SPSS软件非线性回归功能建立拟合方程，大田条件下豫烟10号种植密度(X1)、施氮量(X2)、留叶数(X3)与产值(Y)的数学模型如下：

(1)

该拟合方程R2=0.978，说明方程与实测值拟合度较高，拟合方程能够代表栽培模式与产值变化的实际情况，可使用此方程对产值进行分析预测。

2.2 单因素各水平对产值的效应分析

假设其他因子为零水平对方程(1)进行降维，可得3个一元方程：

(2)

(3)

(4)

利用上述方程可以绘制出种植密度(X1)、施氮量(X2)和留叶数(X3)不同水平下的产值(Y)变化曲线(图1)，可对各因素进行单因子效应分析。在本试验范围内，各因素呈现不同程度的二次曲线关系。产值随着密度增加而增加，峰值超出了X1的控制范围，本试验中，在X1=2时，即种植密度为19 500株/hm2时，产值最高；施氮量与产值呈现开口向下的二次曲线，产值随着施氮量的增加呈现先增加后减小的趋势，当X2处于1.0～1.4时，即氮肥施用量为60～66 kg/hm2时，产值最高；产值随着留叶数的增加呈现降低趋势，当X3水平接近0，即单株留叶数接近19片时产值最高。

图1 单因素不同水平的产值

2.3 因素间互作效应分析

对二次多项式回归模型(1)进行降维，得偏回归模型，只有种植密度(X1)与施氮量(X2)的互作达到显著水平：

(5)

由回归模型(5)可得种植密度(X1)与施氮量(X2)之间的交互效应的曲面图(图2)。当留叶数处于0水平时，产值随施氮量的增加呈现增加趋势，产值随种植密度的增加呈现先增加后降低的趋势。说明种植密度与施氮量对经济产量的影响在适当范围内存在协同促进作用，当种植密度和施氮量过量时经济产量下降，表现为拮抗作用。

图2 种植密度与施氮量之间的互作效应

2.4 最高产值寻优

本试验产值与种植密度、施氮量和留叶数为线性关系，在0～2约束区间内为非线性规划问题，使用Matlab R2014a进行数学建模寻求最优解可得，在本试验条件下，在综合农艺措施组合方案为X1=2.000 0、X2=0.582 2、X3=0.000 0时，能获得最高产值(50 217.51元/hm2)。

上述最优解为理论值，在实际生产中实现较为困难，为了使栽培方案能够大面积推广，应寻求三因素的范围值。使用SPSS软件对方程(1)进行数学模拟，在0≤Xi≤2约束区间内，产值最小值设为48 500 元/hm2，约定最大观察值为100 000，得到模拟观察值总数为1 000，密度、施氮量和留叶数对产值的贡献值分别为19.934%、16.575%、2.427%。从表3可知，大田试验中烤烟产值大于48 500元/hm2时自变量Xi编码值为：X1=1.478 5～1.996 6，X2=0.155 8～1.983 1，X3=0.022 1～1.986 5。即在本试验条件下，最优栽培措施取值范围为：种植密度18 718～19 495 株/hm2、氮肥施用量47.34～74.75 kg/hm2、留叶数19～23片/株，在此栽培措施取值范围内，产值为48 500元/hm2以上。

表3 豫烟10号产值≥48 500元/hm2的栽培措施编码值

3 结论与讨论

种植密度、施氮量和留叶数对烤烟产值均有显著影响。单因素不同水平的产值效应分析表明，在本试验条件下，随着种植密度的增加，产值随之增加；随着施氮量的增加，烤烟产值呈先升高后降低的趋势；随着留叶数的增加，产值呈逐渐降低的趋势。种植密度是影响豫烟10号产值的最主要因素，其次为氮肥施用量，留叶数对产值的影响较小。这与李树利等[25]、刘仁祥等[23]的研究结果有所差异，可能是采用的品种以及土壤、气候及水肥条件不同所致，同时也说明在不同生态条件下，不同品种所需要的配套栽培措施不同，因此应进行针对性分析。

双因素互作分析表明，种植密度、氮用量和留叶数间的互作效应对产值的影响不同，施氮量与留叶数互作效应对产值影响最大且表现为正效应，种植密度与施氮量、种植密度与留叶数互作对产值均为负效应。所以，确定合理的留叶数与施氮量的关系，是提高产值的重要技术手段。

在本试验条件下，豫烟10号烟叶产值达到48 500元/hm2以上的优化栽培措施组合指标为：种植密度18 718～19 495株/hm2、施氮量47.34～74.75 kg/hm2、留叶数19～23片/株。该试验结果与当地生产中的栽培措施相比，不同之处主要在种植密度方面，当地植烟密度为15 000株/hm2左右，较优化后的密度偏小。而种植密度又是对豫烟10号产值影响最大的因素，因此在河南许昌烟区，限制豫烟10号产值提高的主要因素是种植密度偏低。在一定程度上增加植烟密度，能够提高豫烟10号的产值，增加烟农收益。

由于生态条件和品种的特异性，在不同生态条件下不同品种应有相应的栽培措施。数学建模的方法可以为不同烟区烤烟新品种的栽培技术寻优提供有效的途径。

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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

上海烟草集团有限责任公司科技项目 (SZBCW2014-01065)

徐 敏(1982-)，女，河南舞阳人，农艺师，硕士，主要从事烟草栽培生理研究。E-mail：280303203@qq.com

*通讯作者：杨铁钊(1956-)，男，河南临颍人，教授，硕士，主要从事烟草品质改良与遗传育种研究。 E-mail：yangtiezhao@126.com

S572

A

1004-3268(2016)04-0054-04