贵州小黄姜脱毒原种栽培因子优化

王少铭，李德文，冷家归，罗莉斯，侯颖辉，李晋华，向 依

(1.贵州省农业科学院 香料研究所，贵州 贵阳 550006；2.贵州省农业科学院 油料研究所，贵州 贵阳 550006)

0 引言

【研究意义】生姜为姜属姜科多年生草本植物，是全球重要的药食同源蔬菜，也是我国首批公布的药食两用植物之一[1-3]。贵州省生姜常年种植面积约3万hm2，2019年列为贵州蔬菜产业八大单品之一。贵州主要栽培的生姜类型为密苗型的小黄姜，品质优良、香味浓郁，主要分布在安顺、六盘水、黔南和黔西南等地区。由于生姜以根茎繁殖为主，种姜多带病菌和病毒，严重制约了贵州生姜产业的发展。开展贵州小黄姜脱毒原种高产栽培技术研究，对促进贵州生姜产业发展及种植户增收具有重要意义。【前人研究进展】近年来，生姜脱菌脱毒快繁技术发展迅速，研究多聚焦生姜脱毒前处理、茎尖大小、诱导和增殖培养基的优化等方面。黄明等[4]探讨了生姜茎尖消毒效果；吴佳丽等[5-6]研究不同剥离茎尖大小对生姜脱毒效果的影响；王少铭等[7]比较贵州贞丰小黄姜和湄潭大白姜对诱导和增殖培养基优化的影响。同时，上述研究对生姜不定芽诱导及姜苗增殖最佳培育基配方均进行了优化，并一致认为，生姜增殖和生根可以同步化进行[4-7]。此外，黄健华等[8]研究发现，海拔高度对毕节小黄姜生长的影响较大，海拔1 689.3 m及以下区域适宜种植毕节小黄姜，其间种植的投入产出比较高，利于增收；海拔1 893.1 m及以上区域不建议种植小黄姜。李德文等[9]在贵州贞丰和普定开展小黄姜高产高效栽培技术示范推广。陆应会等[10-11]分别介绍了贵州水城小黄姜和惠水小黄姜的高产栽培与贮藏技术。【研究切入点】从目前已有的研究看，有关贵州小黄姜脱毒快繁技术、适宜栽培区域、高产栽培及贮藏技术等方面均已有研究报道，但对脱毒种姜繁殖中的栽培密度、肥料配比等对其产量影响的研究尚未见报道。【拟解决的关键问题】以自主培育的盘州小黄姜脱毒原种为材料，采用二次回归通用旋转组合设计，研究栽培密度、氮肥、磷肥和钾肥对生姜脱毒原种产量的影响，旨在优化生姜脱毒原种栽培因子，为贵州省脱毒生姜高产栽培提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于贵州省普定县太平农场，平均海拔1 260 m，属亚热带湿润温和气候，年均温15.1℃，年均日照时数1 164.9 h，年均平均降水1 378.2 mm。前作为玉米，黄壤土，土壤肥力中等。土壤pH 5.82，偏酸性，有机质含量39.4 g/kg，碱解氮190.42 mg/kg，有效磷50.2 mg/kg，速效钾169 mg/kg，有机质含量中等，碱解氮、有效磷和速效钾含量丰富。

1.2 材料

1.2.1 小黄姜 为盘州小黄姜脱毒原种，由贵州省农业科学院香料研究所提供。

1.2.2 肥料 尿素，N含量为46.7%；磷肥，成分为过磷酸钙，P2O5含量为16%；钾肥，成分为硫酸钾，K2O含量为51%。上述肥料均为市购。

1.3 方法

1.3.1 试验设计及分析方法 采用4因子5水平(1/2实施)二次回归通用旋转组合设计，选取密度(X1)、N(X2)、P2O5(X3)和K2O(X4)4因子进行水平编码(表1)，设置20个试验小区，每个小区面积20 m2(长5 m×宽4 m)，固定行距50 cm，密度由株距进行调节。其中，磷肥全部作底肥施用，氮肥按总量的30%、40%和30%分别作为底肥、苗期追肥和三杈期追肥，钾肥按总量的20%、30%和50%分别作为底肥、苗期追肥和三杈期追肥。

表1 盘州小黄姜脱毒原种栽培试验因素及水平

1.3.2 田间管理 于2018年4月5日人工开沟种植，按照试验方案，每个小区分别施有机肥60 kg/20m2+30%氮肥+100%磷肥+20%钾肥作为底肥，；6月15日苗期施用40%氮肥+30%钾肥进行追肥，结合人工除草和培土；8月2日三杈期追施30%氮肥+50%钾肥，并进行大培土。小区田间管理按生姜日常管理执行，11月5日全区收获生姜根状茎测产。

1.4 数据统计与分析

数据采用DPS 17.10进行统计和分析。

2 结果与分析

2.1 回归模型

从表2看出，不同处理盘州小黄姜脱毒原种栽培的产量为37 951.82～47 377.22 kg/hm2，其中，处理17产量最高，处理19其次，处理5产量最低，依次为处理17>处理19>处理20>处理18>处理16>处理3>处理12>处理7>处理1>处理2>处理10>处理14>处理15>处理13>处理11>处理8>处理9>处理6>处理4>处理5。对产量结果进行回归分析，建立产量(Y)与栽培密度(X1)、N(X2)、P2O5(X3)和K2O(X4)4因素的二次回归方程：

表2 盘州小黄姜脱毒原种栽培因子试验设计及其产量

Y=46 554.08+652.63X1+535.19X2+431.55X3+761.15X4-1 642.44X12-1 270.33X22-1 420.58X32-906.12X42+338.96X1X2+562.51X1X3-872.69X1X4-1 187.58X2X3+159.93X2X4+75.02X3X4

对数学模型进行方差分析(表3)表明，F1=0.585 5，P=0.61>0.05，失拟项不显著，说明该回归方程对试验因子的拟合程度较好，影响产量的主要因子均已考虑。对回归方程进行显著性测验得F2=13.300 8，P=0.004 9<0.05，F2达显著水平，说明模型与实测值拟合较好，模型可反映客观实际，可靠程度较高。

表3 盘州小黄姜脱毒原种产量的方差分析

2.2 单因素效应

从回归模型可知，各因子线性项对盘州小黄姜脱毒原种产量影响的大小顺序为X4(K2O)>X1(密度)>X2(N)>X3(P2O5)。表明，钾肥对脱毒原种产量的影响最大，其次为密度和氮肥，磷肥的影响最小，在适宜的种植密度和氮肥施用量下，适当增施钾肥有利于提高盘州小黄姜脱毒原种的产量水平。对回归方程进行降维处理，分别固定其中3个因子为0水平，得出单因子的回归方程：

Y(X1)=46 554.08+652.63X1-1 642.44X12

Y(X2)=46 554.08+535.19X2-1 270.33X22

Y(X3)=46 554.08+431.55X3-1 420.58X32

Y(X4)=46 554.08+761.15X4-906.12X42

对脱毒原种产量的单因素分析(图1)显示，密度、N、P2O5和K2O 4个因子在单独作用条件下与小黄姜脱毒原种产量的关系均为一条开口向下的抛物线，说明，在一定范围内产量随栽培密度和N、P2O5、K2O施用量的增加而增加；达到一定水平后产量则随栽培密度和N、P2O5、K2O施用量的增加而降低。

图1 密度、N、P2O5、K2O与盘州小黄姜脱毒原种产量的单因素分析

2.3 交互效应

方差分析结果(表3)表明，对盘州小黄姜脱毒原种产量影响的4个栽培因子中，只有氮肥与磷肥施用量的互作效应显著(P=0.008 3<0.05)，而其他因子的互作效应均不显著。由表4可知，在氮肥、磷肥处于较高水平时，施肥水平的变化对脱毒原种的产量影响较大；氮肥和磷肥的施用量对脱毒原种产量的影响均呈随施肥水平升高产量先升高，达到最高点后又略有下降的趋势。在氮肥、磷肥施用量均处于0水平时，盘州小黄姜脱毒原种产量达最高，为45 054.15 kg/hm2。

表4 氮肥和磷肥对盘州小黄姜脱毒原种产量的交互效应

2.4 栽培方案模拟优化

由数学模型分析结果表明，盘州小黄姜脱毒原种在普定县生态区栽培最高产量水平组合为X1=0.14、X2=0.2、X3=0.1和X4=0.38，即栽培密度为92 100株/hm2、N施用量为504.00 kg/hm2、P2O5施用量为270.90 kg/hm2、K2O施用量为807.00 kg/hm2时，盘州小黄姜脱毒原种获得的产量最高，为46 819.12 kg/hm2。

对最优回归方程进行模拟寻优(表5)，采用频率分析法得到盘州小黄姜脱毒原种产量目标为45 000 kg/hm2时，各因素95%的置信区间分别为0.005≤X1≤0.495、0.138≤X2≤0.700、-0.279≤X3≤0.446、0.141≤X4≤0.806；确保产量达45 000 kg/hm2以上的栽培方案：栽培密度(X1)为90 075～97 425株/hm2、纯N(X2)为495.15～564.00 kg/hm2、P2O5(X3)为244.95～310.20 kg/hm2、K2O(X4)为771.15～870.90 kg/hm2。

表5 盘州小黄姜脱毒原种产量 ≥45 000 kg/hm2的各因素取值频次与水平分布

3 讨论

栽培密度、氮肥、磷肥和钾肥对盘州小黄姜脱毒原种产量的影响显著，其中钾肥对脱毒原种产量的影响最大，其次为密度和氮肥。王馨笙等[12]研究认为，生姜全生育期对N、P2O5、K2O的吸收比例约为2.5∶1∶3.8。在实际生产中，特别是缺钾土壤中，注重高钾肥料的投入是脱毒原种获得高产的关键。进一步对数学模型进行分析得出，栽培密度为92 100株/hm2，纯N施用量为504.00 kg/hm2，P2O5施用量为270.90 kg/hm2，K2O施用量为807.00 kg/hm2时，盘州小黄姜脱毒原种的产量最高，此时的氮肥∶磷肥∶钾肥为1.8∶1∶2.9。与王馨笙等[12]的结论基本一致。由于试验的品种和土壤气候条件不同，肥料施用量与生姜的吸收量存在差异，导致施用和吸收的氮肥、钾肥比率不一致，但对生姜产量的贡献大小依次为钾肥、氮肥和磷肥。

4 结论

通过对产量结果进行回归分析，建立产量(Y)与栽培密度(X1)、N(X2)、P2O5(X3)和K2O(X4)的二次回归方程：Y=46 554.08+652.63X1+535.19X2+431.55X3+761.15X4-1 642.44X12-1 270.33X22-1 420.58X32-906.12X42+338.96X1X2+562.51X1X3-872.69X1X4-1 187.58X2X3+159.93X2X4+75.02X3X4。在氮肥、磷肥处于较高水平时，施肥水平的变化对脱毒原种的产量影响较大；氮肥和磷肥的施用量对脱毒原种产量的影响随施肥水平升高产量均呈先升后降趋势。在氮肥、磷肥施用量分别为480 kg/hm2和270 kg/hm2(均处于0水平)时，盘州小黄姜脱毒原种产量达最高，为45 054.15 kg/hm2。对模型进行寻优，得到产量达45 000 kg/hm2以上的盘州小黄姜脱毒原种的栽培方案为栽培密度90 075～97 425株/hm2、N肥施用量 495.15～564 kg/hm2、P2O5肥施用量244.95～310.20 kg/hm2、K2O肥施用量771.15～870.90 kg/hm2。由于生姜产量除受密度、氮、磷、钾肥等主要栽培因子的影响外，还受气温、光照、土壤肥力和管理水平等因素影响，优化方案对贵州省内特别是黔中地区脱毒生姜原种繁育具有一定的指导作用，但在实际生产中，要根据当地的气候环境和土壤肥力等因素进行适当调整。