貴州小黃姜脫毒原種栽培因子優(yōu)化

王少銘，李德文，冷家歸，羅莉斯，侯穎輝，李晉華，向 依

(1.貴州省農業(yè)科學院 香料研究所，貴州 貴陽 550006；2.貴州省農業(yè)科學院 油料研究所，貴州 貴陽 550006)

0 引言

【研究意義】生姜為姜屬姜科多年生草本植物，是全球重要的藥食同源蔬菜，也是我國首批公布的藥食兩用植物之一[1-3]。貴州省生姜常年種植面積約3萬hm2，2019年列為貴州蔬菜產業(yè)八大單品之一。貴州主要栽培的生姜類型為密苗型的小黃姜，品質優(yōu)良、香味濃郁，主要分布在安順、六盤水、黔南和黔西南等地區(qū)。由于生姜以根莖繁殖為主，種姜多帶病菌和病毒，嚴重制約了貴州生姜產業(yè)的發(fā)展。開展貴州小黃姜脫毒原種高產栽培技術研究，對促進貴州生姜產業(yè)發(fā)展及種植戶增收具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】近年來，生姜脫菌脫毒快繁技術發(fā)展迅速，研究多聚焦生姜脫毒前處理、莖尖大小、誘導和增殖培養(yǎng)基的優(yōu)化等方面。黃明等[4]探討了生姜莖尖消毒效果；吳佳麗等[5-6]研究不同剝離莖尖大小對生姜脫毒效果的影響；王少銘等[7]比較貴州貞豐小黃姜和湄潭大白姜對誘導和增殖培養(yǎng)基優(yōu)化的影響。同時，上述研究對生姜不定芽誘導及姜苗增殖最佳培育基配方均進行了優(yōu)化，并一致認為，生姜增殖和生根可以同步化進行[4-7]。此外，黃健華等[8]研究發(fā)現(xiàn)，海拔高度對畢節(jié)小黃姜生長的影響較大，海拔1 689.3 m及以下區(qū)域適宜種植畢節(jié)小黃姜，其間種植的投入產出比較高，利于增收；海拔1 893.1 m及以上區(qū)域不建議種植小黃姜。李德文等[9]在貴州貞豐和普定開展小黃姜高產高效栽培技術示范推廣。陸應會等[10-11]分別介紹了貴州水城小黃姜和惠水小黃姜的高產栽培與貯藏技術。【研究切入點】從目前已有的研究看，有關貴州小黃姜脫毒快繁技術、適宜栽培區(qū)域、高產栽培及貯藏技術等方面均已有研究報道，但對脫毒種姜繁殖中的栽培密度、肥料配比等對其產量影響的研究尚未見報道?！緮M解決的關鍵問題】以自主培育的盤州小黃姜脫毒原種為材料，采用二次回歸通用旋轉組合設計，研究栽培密度、氮肥、磷肥和鉀肥對生姜脫毒原種產量的影響，旨在優(yōu)化生姜脫毒原種栽培因子，為貴州省脫毒生姜高產栽培提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于貴州省普定縣太平農場，平均海拔1 260 m，屬亞熱帶濕潤溫和氣候，年均溫15.1℃，年均日照時數(shù)1 164.9 h，年均平均降水1 378.2 mm。前作為玉米，黃壤土，土壤肥力中等。土壤pH 5.82，偏酸性，有機質含量39.4 g/kg，堿解氮190.42 mg/kg，有效磷50.2 mg/kg，速效鉀169 mg/kg，有機質含量中等，堿解氮、有效磷和速效鉀含量豐富。

1.2 材料

1.2.1 小黃姜 為盤州小黃姜脫毒原種，由貴州省農業(yè)科學院香料研究所提供。

1.2.2 肥料 尿素，N含量為46.7%；磷肥，成分為過磷酸鈣，P2O5含量為16%；鉀肥，成分為硫酸鉀，K2O含量為51%。上述肥料均為市購。

1.3 方法

1.3.1 試驗設計及分析方法 采用4因子5水平(1/2實施)二次回歸通用旋轉組合設計，選取密度(X1)、N(X2)、P2O5(X3)和K2O(X4)4因子進行水平編碼(表1)，設置20個試驗小區(qū)，每個小區(qū)面積20 m2(長5 m×寬4 m)，固定行距50 cm，密度由株距進行調節(jié)。其中，磷肥全部作底肥施用，氮肥按總量的30%、40%和30%分別作為底肥、苗期追肥和三杈期追肥，鉀肥按總量的20%、30%和50%分別作為底肥、苗期追肥和三杈期追肥。

表1 盤州小黃姜脫毒原種栽培試驗因素及水平

1.3.2 田間管理 于2018年4月5日人工開溝種植，按照試驗方案，每個小區(qū)分別施有機肥60 kg/20m2+30%氮肥+100%磷肥+20%鉀肥作為底肥，；6月15日苗期施用40%氮肥+30%鉀肥進行追肥，結合人工除草和培土；8月2日三杈期追施30%氮肥+50%鉀肥，并進行大培土。小區(qū)田間管理按生姜日常管理執(zhí)行，11月5日全區(qū)收獲生姜根狀莖測產。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)采用DPS 17.10進行統(tǒng)計和分析。

2 結果與分析

2.1 回歸模型

從表2看出，不同處理盤州小黃姜脫毒原種栽培的產量為37 951.82～47 377.22 kg/hm2，其中，處理17產量最高，處理19其次，處理5產量最低，依次為處理17>處理19>處理20>處理18>處理16>處理3>處理12>處理7>處理1>處理2>處理10>處理14>處理15>處理13>處理11>處理8>處理9>處理6>處理4>處理5。對產量結果進行回歸分析，建立產量(Y)與栽培密度(X1)、N(X2)、P2O5(X3)和K2O(X4)4因素的二次回歸方程：

表2 盤州小黃姜脫毒原種栽培因子試驗設計及其產量

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

對數(shù)學模型進行方差分析(表3)表明，F(xiàn)1=0.585 5，P=0.61>0.05，失擬項不顯著，說明該回歸方程對試驗因子的擬合程度較好，影響產量的主要因子均已考慮。對回歸方程進行顯著性測驗得F2=13.300 8，P=0.004 9<0.05，F(xiàn)2達顯著水平，說明模型與實測值擬合較好，模型可反映客觀實際，可靠程度較高。

表3 盤州小黃姜脫毒原種產量的方差分析

2.2 單因素效應

從回歸模型可知，各因子線性項對盤州小黃姜脫毒原種產量影響的大小順序為X4(K2O)>X1(密度)>X2(N)>X3(P2O5)。表明，鉀肥對脫毒原種產量的影響最大，其次為密度和氮肥，磷肥的影響最小，在適宜的種植密度和氮肥施用量下，適當增施鉀肥有利于提高盤州小黃姜脫毒原種的產量水平。對回歸方程進行降維處理，分別固定其中3個因子為0水平，得出單因子的回歸方程：

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

對脫毒原種產量的單因素分析(圖1)顯示，密度、N、P2O5和K2O 4個因子在單獨作用條件下與小黃姜脫毒原種產量的關系均為一條開口向下的拋物線，說明，在一定范圍內產量隨栽培密度和N、P2O5、K2O施用量的增加而增加；達到一定水平后產量則隨栽培密度和N、P2O5、K2O施用量的增加而降低。

圖1 密度、N、P2O5、K2O與盤州小黃姜脫毒原種產量的單因素分析

2.3 交互效應

方差分析結果(表3)表明，對盤州小黃姜脫毒原種產量影響的4個栽培因子中，只有氮肥與磷肥施用量的互作效應顯著(P=0.008 3<0.05)，而其他因子的互作效應均不顯著。由表4可知，在氮肥、磷肥處于較高水平時，施肥水平的變化對脫毒原種的產量影響較大；氮肥和磷肥的施用量對脫毒原種產量的影響均呈隨施肥水平升高產量先升高，達到最高點后又略有下降的趨勢。在氮肥、磷肥施用量均處于0水平時，盤州小黃姜脫毒原種產量達最高，為45 054.15 kg/hm2。

表4 氮肥和磷肥對盤州小黃姜脫毒原種產量的交互效應

2.4 栽培方案模擬優(yōu)化

由數(shù)學模型分析結果表明，盤州小黃姜脫毒原種在普定縣生態(tài)區(qū)栽培最高產量水平組合為X1=0.14、X2=0.2、X3=0.1和X4=0.38，即栽培密度為92 100株/hm2、N施用量為504.00 kg/hm2、P2O5施用量為270.90 kg/hm2、K2O施用量為807.00 kg/hm2時，盤州小黃姜脫毒原種獲得的產量最高，為46 819.12 kg/hm2。

對最優(yōu)回歸方程進行模擬尋優(yōu)(表5)，采用頻率分析法得到盤州小黃姜脫毒原種產量目標為45 000 kg/hm2時，各因素95%的置信區(qū)間分別為0.005≤X1≤0.495、0.138≤X2≤0.700、-0.279≤X3≤0.446、0.141≤X4≤0.806；確保產量達45 000 kg/hm2以上的栽培方案：栽培密度(X1)為90 075～97 425株/hm2、純N(X2)為495.15～564.00 kg/hm2、P2O5(X3)為244.95～310.20 kg/hm2、K2O(X4)為771.15～870.90 kg/hm2。

表5 盤州小黃姜脫毒原種產量 ≥45 000 kg/hm2的各因素取值頻次與水平分布

3 討論

栽培密度、氮肥、磷肥和鉀肥對盤州小黃姜脫毒原種產量的影響顯著，其中鉀肥對脫毒原種產量的影響最大，其次為密度和氮肥。王馨笙等[12]研究認為，生姜全生育期對N、P2O5、K2O的吸收比例約為2.5∶1∶3.8。在實際生產中，特別是缺鉀土壤中，注重高鉀肥料的投入是脫毒原種獲得高產的關鍵。進一步對數(shù)學模型進行分析得出，栽培密度為92 100株/hm2，純N施用量為504.00 kg/hm2，P2O5施用量為270.90 kg/hm2，K2O施用量為807.00 kg/hm2時，盤州小黃姜脫毒原種的產量最高，此時的氮肥∶磷肥∶鉀肥為1.8∶1∶2.9。與王馨笙等[12]的結論基本一致。由于試驗的品種和土壤氣候條件不同，肥料施用量與生姜的吸收量存在差異，導致施用和吸收的氮肥、鉀肥比率不一致，但對生姜產量的貢獻大小依次為鉀肥、氮肥和磷肥。

4 結論

通過對產量結果進行回歸分析，建立產量(Y)與栽培密度(X1)、N(X2)、P2O5(X3)和K2O(X4)的二次回歸方程：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、磷肥處于較高水平時，施肥水平的變化對脫毒原種的產量影響較大；氮肥和磷肥的施用量對脫毒原種產量的影響隨施肥水平升高產量均呈先升后降趨勢。在氮肥、磷肥施用量分別為480 kg/hm2和270 kg/hm2(均處于0水平)時，盤州小黃姜脫毒原種產量達最高，為45 054.15 kg/hm2。對模型進行尋優(yōu)，得到產量達45 000 kg/hm2以上的盤州小黃姜脫毒原種的栽培方案為栽培密度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。由于生姜產量除受密度、氮、磷、鉀肥等主要栽培因子的影響外，還受氣溫、光照、土壤肥力和管理水平等因素影響，優(yōu)化方案對貴州省內特別是黔中地區(qū)脫毒生姜原種繁育具有一定的指導作用，但在實際生產中，要根據(jù)當?shù)氐臍夂颦h(huán)境和土壤肥力等因素進行適當調整。