不同施氮量、种植密度及留叶数对云烟116产值的影响

张 涵， 何 轶， 喻会平， 郜军艺， 赵二卫， 陆引罡

(1.贵州大学， 贵阳 550025； 2.贵州省烟草公司毕节市公司， 贵州 毕节 551700)

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]。烤烟产量和质量受诸多因素影响，如生态、品种、栽培因素以及采收烘烤技术等，其中在栽培因素中，施氮量、种植密度、留叶数是对烟叶产质量影响最大的3个因素[2-3]。氮素是烤烟最重要的营养元素之一，施氮量对烟株的大田生长、烟叶产量及品质都存在显著影响，施氮量过高或过低均会影响烟叶碳氮代谢强度，从而影响烤烟产质量[4-5]。种植密度主要通过烤烟有效截光叶面积、群体光合效能和田间微气象等主要因素影响群体与个体的关系，密度过高或过低均会抑制烟叶的光合作用，从而影响产量产值[6-7]。留叶数是影响烟草产量与品质的重要因素之一，留叶数会影响到田间小气候及烟株营养分配调节，进而影响到烟叶的产量与品质[8-9]。汪代斌等[10]采用三因素三水平无交互正交试验研究了施氮量、种植密度及留叶数对云烟116生长的影响，结果表明，施氮量为72.75 kg/hm2、种植密度为18 116株/hm2、留叶数为15片时烟叶产值最高。魏光钰等[11]指出，施氮量、种植密度、留叶数的不同组合会显著影响烤烟的经济性状，以105 kg/hm2的施氮水平+16 680株/hm2的种植密度+20片/株的留叶数处理组合最有利于产量、产值的形成，均价和上等烟比例达到较佳水平。徐敏等[12]研究发现，豫烟10号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。说明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。其中云烟116作为毕节后备品种，研究其在毕节生态环境条件下的配套栽培技术，对云烟116的推广以及解决毕节烤烟生产品种单一化问题、提高毕节优质烟叶生产供应能力、提高烤烟种植效益具有重要意义。为此，本实验采用三因素二次回归正交旋转组合设计，研究施氮量、种植密度及留叶数在毕节生态条件下对云烟116产值的影响，以期找出较优的种植模式，为其大面积推广和措施的制订提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与地点

供试品种为当地后备品种云烟116。试验于2020年3月在毕节威宁彝族回族苗族自治县黑石头镇河坝村进行。土壤基本理化性质：全氮1.07 g/kg，碱解氮62.37 mg/kg，有效磷11.85 mg/kg，速效钾77.71 mg/kg，有机质16.81 g/kg，pH值6.12。

1.2 试验设计

采用三因素二次回归正交旋转组合设计，以施氮量(X1)、移栽密度(X2)和留叶数(X3)为试验因子，具体编码值如表1。试验共23个处理，设3次重复，按随机区组排列，小区面积为20 m2。于烤烟成熟时进行采收并折算计产，按当地烤烟收购价计算产值。其他管理措施与当地大田管理措施一致。

表1 因素水平编码

1.3 数据处理

数据经Excel 2003软件整理后，用DPS 7.05 和Origin软件进行统计分析(LSD法)和作图。

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，各处理下的产值存在显著性差异。T 20处理的产值最高(2 752.62元/667 m2)，与T 14、T 15、T 19、T 21、T 22、T 23处理无显著差异，T 12处理的产值最低(1 740.56元/667 m2)，除T 6、T 9处理外显著低于其他处理。

表2 二次回归正交旋转组合设计

通过建立二次正交旋转组合函数模型对产值进行拟合，回归模型如下：

Y=2 653.657 62+154.446 81X1-56.747 17X2+123.143 72X3-203.566 34X12-259.662 97X22-103.222 68X32+12.010 46X1X2-45.410 11X1X3-17.904 49X2X3

(1)

对回归方程(1)进行检验，F2极显著(F2=19.67>F0.01(9,13)=4.19)，复决定系数R2=0.932。说明所建立的回归方程是有效的，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。

在回归设计中已对各因素处理进行无量纲性编码，各因子系数已经标准化，故可直接由拟合方程中系数的绝对值大小观察出各因素的重要程度。由方程(1)中标准偏回归系数大小可以看出，施氮量、种植密度和留叶数3个因子对产值的影响不同，其中一次项|X1|>|X3|>|X2|，由此可知，施氮量是影响产值的首要因素，其次为留叶数，密度对产值影响最小。所以，确定合理的施氮水平是现阶段毕节地区云烟116栽培中获得较高产值的重点考虑手段。通过二元系数，可以得到3个因素对产值的互作效应影响，分析表明：|X1X3|>|X2X3|>|X1X2|，即施氮量和留叶数的互作效应对产值影响最大，且表现为负效应; 种植密度与留叶数次之，同为负效应; 施氮量和种植密度对产值影响最小，且为正效应。

2.2 单因素效应分析

对回归方程(1)，采用“降维法”将其中2个变量固定在0水平上，得到另一变量与产值的回归方程即单因素效应方程：

Y1=2 653.657 62+154.446 81X1-203.566 34X12

(2)

Y2= 2 653.657 62-56.747 17X2-259.662 97X22

(3)

Y3=2 653.657 62+123.143 72X3-103.222 68X32

(4)

利用上述方程可以绘制出施氮量(X1)、种植密度(X2)和留叶数(X3)在不同水平下的产值(Y)变化曲线(图1)，可对各因素进行单因子效应分析。由图1可知，在本试验范围内，烤烟产值均随着施氮量、种植密度、留叶数的增加呈先增加后降低的趋势，表明Yi有极大值。本实验中，当X1=0.379 4、X2=-0.109 3、X3=0.596 5时，即施氮量、移栽密度、留叶数分别为6.18 kg/667 m2、1 080株/667 m2、20片/株时，产值达到最高，分别为2 682.95元/667 m2、2 656.76元/667 m2、2 690.38元/667 m2。

图1 单因素不同水平下的产值

2.3 因素间互作效应分析

对回归方程(1)，用“降维法”将其中1个变量固定在0水平上，得到另外两个变量与产值的回归方程即因素互作效应方程，其中Y12表示氮、密度交互效应，Y13表示氮、留叶数交互效应，Y23表示密度、留叶数交互效应：

Y12=2 653.657 62+154.446 81X1-56.747 17X2-203.566 34X12-259.662 97X22+12.010 46X1X2

(5)

Y13=2 653.657 62+154.446 81X1+123.143 72X3-203.566 34X12-103.222 68X32-45.410 11X1X3

(6)

Y23=2 653.657 62-56.747 17X2+123.143 72X3-259.662 97X22-103.222 68X32-17.904 49X2X3

(7)

由回归模型(5)、(6)、(7) 可得施氮量、种植密度、留叶数之间的交互效应的曲面图(图2、图3、图4)。可以看出，各产值互作效应图都呈抛物面型，产值先升高后降低，符合报酬递减规律。在本实验条件下，施氮量与种植密度互作最理想值为X1=0.3764，X2=-0.1006，即施氮量为6.18 kg/667 m2，种植密度为1 082株/667 m2，产值达到最大，为2 685.58元/667 m2；施氮量与留叶数互作最理想值为X1=0.320 7，X3=0.526，即施氮量为6.08 kg/667 m2，留叶数为20片/株，产值达最大，为2 710.81元/667 m2；种植密度与留叶数互作最理想值为X2=-0.130 2，X3=0.607 8，即种植密度为1 077株/667 m2，留叶数为20片/株，产值达最大，为2 694.76元/667 m2。

图2 施氮量与种植密度之间的互作效应

图3 施氮量与留叶数之间的互作效应

图4 种植密度与留叶数之间的互作效应

2.4 产值模拟寻优

各因子在[-1.682，1.682]约束区间内，利用DPS进行数学模拟分析寻求最优解可得出，综合农艺措施组合方案为X1=0.315 9、X2=-0.120 5、X3=0.537 5时，即施氮量为6.08 kg/667 m2、种植密度为1 078株/667 m2、留叶数为20片/株时，能获得最高产值(2 714.56元/667 m2)。

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。取步长为1，利用产值回归方程，可得125(53)套农艺组合方案，取95%置信区间，从模拟的组合方案中筛选出产值≥2 300元/667 m2的施氮量、种植密度、留叶数优化组合方案21套，占全部组合的16.8%，通过产值频数分析(表3)，该组合在该试验条件下的高产栽培农艺组合方案为施氮量5.87～6.91 kg/667 m2，移栽密度1 047～1 153株/667 m2，留叶数为19～21片/株。

表3 施氮量、种植密度和留叶数的优化组合频数分析

3 结论及讨论

3.1 单因素对产值的主效应

良种良法配套是发挥新品种遗传潜力和优良特征特性的根本措施，因为任何品种均具有一定的时效性、区域性和生产适应性，只有在相对时期、相对区域和相对生产条件下，才能发挥品种的最佳潜能[13]。施氮量、密度、留叶数是烟草农业生产中用来协调烟叶质量与经济产量的有效农艺措施[14]。侯冰清等[15]研究发现，烤烟产量、产值和中上等烟比例均随密度、施氮量和留叶数增加而呈现出先增加后减小趋势。单因素效应分析表明，在试验编码范围内，烤烟产值均随着施氮量、种植密度、留叶数的增加呈先增加后降低的趋势，这与前人研究结果一致。文德锋等[16]采用三因素二次饱和D-最优设计对威宁烟区云烟116栽培技术进行研究，结果表明，种植密度对产值影响最大，其次是施氮量，再者为留叶数。但本实验发现各因素对产值的影响表现为施氮量>留叶数>种植密度。造成这种结果的差异，可能与试验地土壤肥力的不同有关。因此，针对威宁地区云烟116的配套栽培技术有待进一步的研究。

3.2 双因素对产值的交互效应

与单因子影响相比，因子互作并非仅仅表现出简单的加和作用，同时还存在协同促进作用和拮抗作用。双因素互作效应分析表明，施氮量和留叶数对产值的互作效应影响最大，表现为负效应；其次为种植密度与留叶数次之，同为负效应；施氮量和种植密度对产值影响最小，为正效应。因此，施氮量与留叶数之间的合理优化是提高云烟116产值的首要因素，这对于当地栽培措施具有重要参考意义。

3.3 三因素对产值的交互效应

贺凌霄等[17]利用正交设计研究不同种植密度、施氮量和留叶数对烤烟生长及产质量的影响，结果表明，豫烟6号在豫南种植密度为18 000株/hm2、施氮量为45.0 kg/hm2、留叶数为20片/株时烟株生长发育、主要经济性状、化学成分和感官质量方面的综合表现最优。本实验结果表明，产值≥2 300元/667 m2的优化栽培措施为施氮量5.87～6.91 kg/667 m2，移栽密度1 047～1 153株/667 m2，留叶数19～21片/株。目前威宁地区云烟116的栽培技术措施与各因素优化栽培技术相比，施氮量和留叶数偏低，密度适中。说明施氮水平与留叶数偏低是限制威宁地区云烟116产值提高的主要因素。因此通过适当提高氮肥用量水平以及留叶数，可以有效提高其产值，为当地烟农增加收益。