免费文献传递   相关文献

Optimal measure for cultivation of Artemisia annua with high seeds yield

黄花蒿种子生产优化措施探讨



全 文 :黄花蒿种子生产优化措施探讨
吴叶宽1,2,李隆云1,2,胡莹1
(1重庆市中药研究院,重庆 400065;2重庆市中药良种选育与评价工程技术研究中心,重庆 400065)
[摘要] 目的:研究黄花蒿栽培因子对黄花蒿种子产量的影响,为黄花蒿的规范化种植提供依据。方法:采用4因素2
次回归旋转组合设计,探讨栽植密度、氮肥、磷肥、钾肥对黄花蒿种子产量的影响。结果:试验各因素对黄花蒿种子产量的影
响作用依次为密度>氮肥>磷肥>钾肥。在本试验条件下,密度13000~15000株/hm2;同时施用尿素186~242kg·hm-2,
过磷酸钙874~1023kg·hm-2,氯化钾135~165kg·hm-2,黄花蒿种子可获得570~600kg·hm-2。结论:合理的种植密度
和肥料用量可以提高黄花蒿种子产量。
[关键词] 黄花蒿;种子;农艺措施;数学模型
[收稿日期] 20081107
[基金项目] 国家中医药管理局中医药科学技术研究专项
(2004ZX06);国 家 科 学 技 术 部 农 村 与 社 会 发 展 司 项 目
(2004BA721A32);国家科技支撑计划项目(2006BAI09B014)
[通信作者] 李隆云,Tel:(023)89029118,Email:lilongyun8@163.
com
  黄花蒿ArtemisiaannuaL.为菊科一年生草本植
物,药材名青蒿。近年来,由于化学合成药的抗药
性,以青蒿素为原料的复方制剂被世界卫生组织
(WHO)推荐作为一线抗疟药,黄花蒿作为提取青蒿
素的唯一原料药材,市场前景广阔。
黄花蒿产业化生产中,主要是通过撒播种子,育
苗后移栽[1]。种子是黄花蒿生产最基本的生产资
料,优质种子是增加产量和获得较高青蒿素含量的
重要措施,也是其他各项增产措施赖以发挥作用的
基础。在黄花蒿种子生产中,影响产量的因素很多,
如水分、养分、密度、温度等。从系统观点看,这些因
素都是黄花蒿综合栽培技术中彼此紧密相关的结构
单元。对这些结构单元及其相互关系研究是制定规
范化栽培的必要前提,其中施肥和密度是2个最基
本的因子。为此,田间试验条件下采用2次回归旋
转组合试验设计研究密度、氮、磷、钾4因子组合对
黄花蒿种子产量效应,旨在寻求黄花蒿种子高产栽
培的最适措施,为制定黄花蒿种子生产标准操作规
程(SOP)提供科学依据和参考。
1 材料与方法
1.1 试验地基本概况
本试验在重庆市酉阳县李溪镇进行。酉阳县地
处渝鄂湘黔结合的武陵山区腹地,位于东经
108°18′25″~109°19′02″,北纬28°19′28″~29°24′
18″,属中亚热带湿润季风气候,平均日照时数 1
122h,年平均气温 125℃,年积温 4341~
6228℃,境内常年降雨量1150~1550mm。试验
地土质为黏壤土,土壤 pH69,有机质 330g·
kg-1,总氮16g·kg-1,碱解氮277mg·kg-1,全
磷10g·kg-1,速效磷26mg·kg-1,全钾91g·
kg-1,速效钾574mg·kg-1。
1.2 材料
供试黄花蒿品种由重庆市中药研究院与重庆市
通和制药公司联合选育的“渝青 1号”。试验于
2007年3月 13日播种,12月 7日收获,全生育期
270d,收获时去果壳后用40目网筛过筛初选,再过
80目网筛精选,以种子产量为目标函数。供试肥料
为尿素(含N450%),过磷酸钙(含P2O5140%),
氯化钾(含K2O500%)。所有肥料分2次施入,尿
素、氯化钾于2007年5月20日施40%,6月14日
施60%,过磷酸钙全部作基肥施入。除施肥和种植
密度外,其余各项栽培措施保持一致。
1.3 试验方案及处理
试验采用2次回归旋转组合设计[25],选用密
度、氮、磷、钾4个因素,每个因素5个水平,自变量
设计水平编码见表 1,根据设计要求,本试验共 36
个处理,设2次重复,共72个小区,小区面积为10
m2,随机区组排列。数据经异常值剔除后输入计算
机,利用DPS分析软件对数据处理,建立回归模型
并进行回归分析。
·4412·
第34卷第17期
2009年9月
                           
Vol.34,Issue 17
 September,2009
表1 变量设计水平及编码
因素
设计水平(r=2)
-2 -1 0 1 2
密度X1(株/小区) 4(100cm×220cm) 8(100cm×120cm) 12(90cm×100cm) 15(70cm×100cm) 18(70cm×80cm)
尿素X2(g/小区) 50 100  200  300  400
过磷酸钙X3(g/小区) 250 500 1000 1500 2500
钾肥X4(g/小区) 25 50  150  250  300
2 结果与分析
2.1 数学模型建立
应用DPS软件进行统计分析,获得种子产量的
数学模型,经方差分析F1=1167<F005(11,10)=
286,表明未知试验因素对试验结果的影响较小。
F2=3069>F005(14,21)=239,达显著水平,表明
模型拟合度好,各试验因子与种子产量存在明显的
函数关系,其数学模型为 Y=64017+5488X1+
2188X2 +1888X3-071X4 -5586X12 -574
X22-2974X32 -2599X42+6381X1X2 -4894
X1X3-2581X1X4 +4444X2X3 -3869X2X4 +
4281X3X4。
同时,为了提高数学模型方程的拟合性和可靠
性,对各偏回归系数进行了显著性检验,剔除 α=
010不显著者,得简化回归方程 Y=64017+
5488X1-5586X12 +6381X1X2 -4894X1X3 +
4444X2X3,试验设计的结果见表2。
2.2 模拟寻优
在田间小区试验条件下,可获得最高产量Ymax=
847g/小区,其对应农艺措施组合方案为X1=1,X2=
2,X3=2,X4=-2。对大面积生产而言,Ymax不一定
  
表2 4因子二次正交旋转设计试验
No. 小区产量/g No. 小区产量/g No. 小区产量/g
1 663 13 657 25 696
2 690 14 335 26 544
3 605 15 490 27 583
4 723 16 441 28 565
5 471 17 334 29 702
6 449 18 544 30 736
7 409 19 663 31 725
8 532 20 616 32 473
9 605 21 628 33 578
10 619 22 459 34 709
11 154 23 543 35 792
12 344 24 574 36 579
代表实际的最佳水平。为了保证各项农艺措施的稳
定性,需进一步用产量频数分析法解析。在-20≤
X≤20约束区间,取步长为1,经微机运算,其中小
区大于560g以上的组合方案有340套,大于600g
以上的组合方案有275套。在本试验条件下,换算
每公顷种子产量在570~600kg取值比较合适。具
体优化措施为栽种13000~15000株/hm2;同时施
用尿素186~242kg·hm-2,过磷酸钙874~1023kg
·hm-2,氯化钾135~165kg·hm-2,见表3。
表3 优化方案对应值
处理(上限~下限) 10m2≥560g方案/g hm2方案/kg 10m2≥600g方案/g hm2方案/kg
密度X1   13~14 13000~14000 14~15 14000~15000
尿素X2  216~186  216~186 242~208  216~186
过磷酸钙X3 1023~874 1023~874 976~806 1023~874
氯化钾X4  165~135  165~135 167~133  165~135
2.3 单因子主效应分析
将本试验4个因素中的任意3个固定在0水平
上,剩余的1个因素处于不同水平时引起产量变化
即为降维分析。降维分析反映了单因素和产量之间
的关系。当任意3因素处于0水平时,可由数学模
型得到降维子模型。
Y1=64017+5488X1-5586X


Y2=64017+2188X2-574X


Y3=64017+1888X3-2974X


Y4=64017-071X4-2599X


  因回归设计各因素均经无量纲线性编码,偏回
归系数已经标准化,所以回归值大小直接反映变量
Xi对产量的影响作用顺序。本试验中,X1,X2,X3,X4
1次项偏回归系数分别为 7227037,1148437,
·5412·
第34卷第17期
2009年9月
                           
Vol.34,Issue 17
 September,2009
855037,1204。所以可以知道密度、氮肥、磷肥都
对黄花蒿种子生产有影响,对黄花蒿种子产量影响
相应为密度>氮>磷>钾。而X1,X2,X3,X4的2次
项均为负数,说明密度和肥料的效应曲线是条抛物
线,都存在合理施肥的适宜幅度,超过此范围,过量
或过少施用均可造成减产。通过降维法得到4因子
与黄花蒿种子产量的2次函数关系,据此可作出密
度、氮、磷、钾主效应分析图,见图1。
图1 各试验因子主效应分析图
由图1可知,密度在低水平(-2)与零水平(0)
区间,其增产效果非常明显,曲线的斜率最大,而当
密度超过08后,曲线斜率为负值,反映在回归方程
的X12次项为 -5586,并且该2次项的系数达到
显著水平,说明在黄花蒿栽培措施中,要注意黄花蒿
栽植的群体密度。过磷酸钙同样有一个最佳施肥
量。尿素在整个取值范围内都呈一个缓慢上升的趋
势,没有出现顶点,说明氮肥施用量还可以适当增
加。钾肥曲线在低水平产量增加,高水平反而减少,
说明钾肥在黄花蒿种子生产呈负效应。
2.4 互作效应分析
对应优化的回归方程,固定任何1个因子为0,
则会产生另外2个因子的子模型:
Y12=64017+5488X1-5586X12+6381X1X2
Y13=64017+5488X1-5586X12-4894X1X3
Y23=64017+5488X1-5586X12+4444X2X3
  将各编码值代如上述子模型并分析2因素交互
效应的RSD可知,因子间交互效应对产量影响大小
是密度X1×施尿素量X2>密度X1×施过磷酸钙量
X3>施尿素量X2×施过磷酸钙量X3,而密度X1×施
氯化钾量X4,施尿素量X2×施氯化钾量 X4,施过磷
酸钙量X3×施氯化钾量X4,的交互效应对产量的影
响不显著。
2.4.1 密度X1与施尿素量X2交互效应 在稀植条
件下,随着氮肥施用量的增加,黄花蒿种子产量随之
下降。随密度和氮肥施用量的增加,黄花蒿种子产
量随之增加。在低密度和高密度情况下效果特别明
显,RSD分别达到 6574%,3833%。在少施氮肥
或平均施肥的情况下,种植过稀或过密,均会导致黄
花蒿种子产量的下降;在多施氮肥时,增加密度,有
利于提高黄花蒿种子产量,RSD在 1996% ~
5808%。
2.4.2 密度X1与施过磷酸钙量X3交互效应 在稀
植条件下,随着磷肥施用量的增加,黄花蒿种子产量
随之增加。随密度和磷肥施用量的增加,黄花蒿种
子产量随之减少。在低密度和高密度情况下效果特
别明显,RSD分别达到 5041%,2940%。在少施
磷肥的情况下,随着栽植密度的下降,黄花蒿种子产
量随之下降;在多施磷肥条件下,种植过稀或过密,
均会 导 致 黄 花 蒿 种 子 产 量 的 下 降;RSD 在
1986%~4980%。
2.4.3 施尿素量 X2与施过磷酸钙量 X3交互效应
在少施磷肥情况下,随着氮肥施用量的增加,黄花蒿
种子产量随之减少;在多施磷肥情况下,随着氮肥施
用量的增加,黄花蒿种子产量随之增加。在少施氮
肥情况下,随着磷肥施用量的增加,黄花蒿种子产量
随之减少;在多施氮肥情况下,随着磷肥施用量的增
加,黄 花 蒿 种 子 产 量 随 之 增 加。RSD 均 在
1098%~2195%。
2.5 边际效应分析
边际产量效应是指处理每改变一个编码值所引
起的产量变化速率。就施肥而言,它反映了在不同
编码值下单位处理的增产效应,见图2。数学模型
对各自变量的偏导数或各因素降维分析式的导数即
是边际产量效应。
Y1=5488-11173X1
Y2=2188-1148X2
Y3=1888-5948X3
Y4=-071-5198X4
将各因素的不同编码代入公式,得到边际产量
效应,见表4。
从图2和表4表明,各试验因子对黄花蒿种子
产量的增产效率均随其水平取值的增加而呈下降趋
势,且Y1,Y2,Y3,Y4均有0值,即产量达到极大值的
编码值在本试验范围内,分别是 X1=049,X2=
·6412·
第34卷第17期
2009年9月
                           
Vol.34,Issue 17
 September,2009
  
图2 边际效应分析
表4 边际产量效应
因素
水平编码值
-2 -1 0 1 2
密度X1 278333 16660 454875 -56854 -168583
尿素X2 44833 33354 21875 10396 -1083
过磷酸钙X3 137833 78354 18875 -40604 -100083
氯化钾量X4 103250 51271 -0708 -52687 -104667
191,X3=0317,X4=0013即每1hm
2种植密度在
12300株,尿素318kg,过磷酸钙1164kg,氯化钾
151.5kg才是各自施用量或使用量的最佳值。理论
上只有当边际产量为 0时,产量才可达到最大值。
试验结果基本符合这个规律,说明试验在设计上符
合黄花蒿种子生长规律。
3 讨论
3.1 施肥是调控作物生长主要措施,施肥量直接影
响作物籽粒产量[6]
氮、磷都是植物细胞质、核、各种酶的组分,与籽
粒蛋白质和碳水化合物形成密切相关。钾虽不参与
细胞组成,但在各种代谢过程中都起促进作用,对植
物的正常生长、抗逆性等有重要影响[7]。作物缺乏
氮素不能维持生命;氮素过量也不利于作物生长,过
量氮素会与较多碳水化合物形成蛋白质,对细胞壁
形成产生不利影响。磷素过量容易引起作物早衰,
影响产量[8]。N,P[9]是影响黄花蒿产量的主要因
素,黄花蒿种植的最佳NP施肥组合为1∶1;本试验
由于土壤差异,NP为1∶5。钾肥没有表现为明显的
增产效应,可能是由于试验地钾元素供应充足所致,
没有形成黄花蒿种子生产的限制因子。
3.2 黄花蒿生长发育过程中需要充足光照[10]
种植密度愈密,植株生长空间越窄小,植株横向
生长受到抑制;种植密度较稀,植株吸收土壤营养范
围大,植株生长旺盛,开花结果多,种子产量高,所以
留种的种植密度以条距25cm为最好[1112]。本试验
结果与其他研究相反,究其原因,可能与品种差异、
田间管理、生长环境等诸多因素有关。
黄花蒿种子生产应充分考虑密度对个体生长发
育和群体产量的影响,特别是在株行的配置方式上,
既要考虑农业生产管理措施,如中耕、除草、施肥、机
械等方面的可操作性,又要考虑黄花蒿单株分枝的
调节能力,做到密度合理,管理方便。
施肥和密度互作是影响类似黄花蒿作物产
量[1314]的主要因素,提高黄花蒿种子最关键是促进
胚乳细胞增殖,增加胚乳细胞数,提高胚乳细胞的充
实度。主要措施是适当降低基本苗,培育适宜群体、
健壮个体,提高开花后叶片光合生产能力,延缓叶片
衰老,延长叶片光合功能期,改善光合产物供应状
况,并为籽粒发育提供充足的物质基础[15]。本试验
只重点讨论了施肥和密度对黄花蒿种子产量的影
响,栽培措施对黄花蒿种子生理过程、质量等方面影
响目前还在试验中。
因此,针对当地生态环境,按照药材生物学特
性,参考传统栽培方法,结合现代农业技术,将各种
栽培技术指标进行量化,编制种子繁殖生产 SOP十
分必要。按照该 SOP进行操作,具有科学性、实用
性和可操作性,即使气候条件与往年有所差异,同样
具有可行性[16]。本试验结果是在特定的土壤中获
得的研究结果,实际生产中可参考使用,应根据土壤
种类情况,不断进行、完善,确定适宜当地条件的种
植密度和施肥量。
[参考文献]
[1]  李隆云,钟国跃,吴叶宽,等.青蒿栽培关键技术[M].北京:
中国三峡出版社,2006:76.
[2]  丁希泉.农业应用回归[M].长春:吉林科学技术出版社,
1986:101,187.
[3]  王兴仁.现代肥料试验设计[M].北京:农业出版社,1996:
164,190.
[4]  袁志发,周静芋.实验设计与分析[M].北京:高等教育出版
社,2000:366.
[5]  唐启义,冯明光.实用统计分析及其DPS数据处理系统[M].
北京:科学出版社,2002:159.
[6]  刘颖,李玉影,刘凤阁,等.氮磷钾营养对高油大豆含氮化合
物积累及产量的影响[J].大豆科学,2008,27(4):645.
[7]  孙联合,许海涛.氮磷钾优化配比对大豆品质及相关生理参
数的影响[J].湖南农业科学,2008(5):71.
[8]  褚天铎,林继雄,杨清,等.化肥科学使用指南[M].北京:金
·7412·
第34卷第17期
2009年9月
                           
Vol.34,Issue 17
 September,2009
盾出版社,2002:29,66,88.
[9]  韦中强,李成东,肖杰易,等.施肥水平对青蒿产量和质量影
响的研究[J].时珍国医国药,2008,19(5):1286.
[10] 韦霄,李锋,傅秀红,等.黄花蒿类型引种试验[J].广西科学
院学报,1998,14(1):28.
[11] 韦霄,李锋,许成琼,等.不同栽培措施对黄花蒿产量及青蒿
素含量的影响[J].广西科学院学报,1999,15(3):132.
[12] 韦记青,韦霄,蒋运生,等.黄花蒿高产栽培技术[J].广西农
业科学,2005,36(5):472.
[13] 肖华贵,饶勇,陈静,等.双低、高产、抗(耐)病杂交油菜黔油
12号栽培技术研究,Ⅱ.综合农艺措施数学模型[J].耕作与
栽培,2004(5):20.
[14] 符明联,钟林,汪铭,等.杂交油菜直播适宜密度和氮磷钾肥
用量研究[J].西南农业学报,2007,20(5):1040.
[15] 郭文善,王蔚华,方明奎,等.密度与肥料运筹对小麦籽粒胚
乳细胞发育的调节效应[J].麦类作物,1998,18(5):46.
[16] 蔡翠芳.中药材种子和繁殖生产标准操作规程(SOP)草案细
化的探析[J].中国新医药,2004,3(2):81.
OptimalmeasureforcultivationofArtemisiaannuawithhighseedsyield
WUYekuan1,2,LILongyun1,2,HUYing1
(1ChongqingAcademyofChineseMateria,Chongqing400065,China;
2ChongqingEngineeringResearchCenterforFineVarietyBreedingTechniquesofChineseMateria
Medica,Chongqing400065,China)
[Abstract] TherelationshipofArtemisiaannuaseedyieldwithdensity,N,PandKfertilizerappliedamountwasstudied,and
amathematicalmodelinvolvingthe4factorsafectingseedyieldwasestablishedusingtheorthogonalrotationdesignofquadraticregres
sion.Theseedyieldfunctionmodelwasestablishedaccordingtoparametersthroughfieldtestsanddatatreatedbycomputertech
niques.Thebestagronomicmeasurescomplexprojectwasselectedanddevelopedbycomputerimitation.Theefectsonseedyieldof
A.annuaaredensity>N>P>Kinturn.Toobtainthehighestyielddensityshouldbe1300015000plants·hm-2,Urea1186242
kg·hm-2,calciumsuperphosphate8741023kg·hm-2,potassiumchloride135165kg·hm-2intheexperiment.Reasonableplant
ingdensityandfertilizerapplicationcouldimprovetheseedyieldofA.annua.
[Keywords] Artemisiaannua;seedyield;agronomictechniques;mathematicsmodel
[责任编辑 吕冬梅]
《中国药用植物种子原色图鉴》书讯
由南京农业大学郭巧生教授等国内、外中药学和药用植物学界众多专家、学者及同行的共同努力下,历
时12载,不辞艰辛,精雕细琢而成的《中国药用植物种子原色图鉴》目前已由中国农业出版社正式出版。
该书利用现代生物实体摄影技术制作的药用植物种子原色图谱再配以简要的文字,直观、形象地介绍了
106科434种常用药用植物的种子实物的外部形态和内部结构形态及习性,填补了我国药用植物种子原色
图鉴方面研究的空白。全书有插图572幅。其中果实和种子外形群体图436幅,个体和解剖图136幅。所
用药用植物种子(含果实,下同)皆在成熟后采收,并选择有代表性的完整种子标本,对其主要形状特征进行
实体原色拍摄,根据鉴定研究等工作的实际需要,对部分种子进行相关纵、横切面剖视图像摄影,制作成直
观、原色彩色图,每一种药用植物的彩色照片都附有简要文字说明。
该书既是一本我国药用植物种子学研究方面的专著,对于从事药用植物教学、科研及生产管理人员来说
又是一本实用工具书,也可作为在药用植物研究方面进行国际交流或合作的重要资料。此外,因书中大量精
美的图片,对于海内外读者来说还将是一册极具观赏和收藏价值的珍本。
·8412·
第34卷第17期
2009年9月
                           
Vol.34,Issue 17
 September,2009