全 文 ：#栽培与饲养#
姜黄综合农艺措施优化数学模型研究
李隆云 宋红 张艳 付善全
k重庆市中药研究院 重庆 wsssyxl
摘要 目的 }通过姜黄农艺措施优化数学模型研究 o为制定规范化栽培技术提供依据 ∀方法 }二次
正交回归旋转组合设计 ∀结果 }各项农艺措施对产量的影响大小为播期 密度 氯化钾 复合肥 过
磷酸钙 ∀播期与密度之间存在互作效应 o密度与复合肥 !钾肥和磷肥间存在互作 o复合肥与磷肥和钾肥
之间也有互作效应 ∀结论 }高产优质高效综合农艺措施为 o播期 v月 t ∗ tz日 o密度 tt qs ∗ tt qx万个母
姜r«°u o施肥量 }复合肥 twss ∗ tzss®ª#«°p u o过磷酸钙 tsss ∗ tyss®ª#«°p u o氯化钾 tss ∗ txs®ª#
«°p u ∀实施该优化组合方案 o干旱条件下姜黄根状茎鲜重产量在tusss®ª#«° p u以上 o总姜黄素 ∴
v qs h o挥发油含量 ∴z q{ h o净产值为 xwss元r®°u以上 ∀
关键词 姜黄 二次正交回归旋转组合设计 数学模型 产量
中药姜黄系姜科药用植物姜黄的根状茎 o
具行气止痛 o通经破血 o祛风痹等功效 ~具利胆 !
降血脂 !抗炎和抗菌等作用 o但生产上姜黄栽培
粗放 o产量较低 ∀四川是姜黄的主产区 o犍为 !
秀山姜黄更以质优而闻名 ∀为了提高其产量 o
在进行播期 !密度 !施肥等栽培技术措施研究的
基础上 o结合生产实际 o进行了主要农艺措施的
优化数学模型的研究 o通过对模型的分析 !模
拟 !优化 o寻求优化组合方案 o以便为制定姜黄
的规范化栽培技术提供依据 ∀
1 试验方法
1 q1 试验地情况 试验地土壤 ³ z qu o有机
质 ty qxª#®ªp tk水合热法l o总氮 s qy{ª#®ªp t
k凯氏定氮法l o碱解氮 ttu qw°ª#ªp tk蒸馏法l o
全磷 s qxvª#®ªp tk高氯酸硫酸酸溶2钼锑抗比色
法l o速效磷 |w q{ª#®ªp tk碳酸氢钠法l o速效钾
yu qxª#®ªp tk四苯硼钠比浊法l ∀前作蕉芋 o间
作荞麦 o播前深耕 !翻地 o当年气候和常年相比 o
夏季干旱 ∀
1 q2 试验设计 采用二次正交回归旋转组合
设计 o按 x因素 x水平 tru实施 o共设 vy个试
验小区 ∀试验因素为播期k Ξt) !密度( Ξu) !氯
化钾( Ξv) !过磷酸钙( Ξw) !复合肥( Ξxl !过磷
酸钙含 °ux tw qs h o氯化钾含 u xs h ∀复
合肥含氮 tz h o°ux w h ou w h ∀按编码值
制定试验方案k表 tl ∀中心点处理等间距排
列 o其余处理随机排列 ∀小区面积ku ≅ xl°u o供
试材料为姜黄 Χυρχυ µ α λονγα qo陈善墉鉴
定 ∀播种方式为窝播 o按 t||x年版5中国药典6
蒸馏法测定挥发油含量 o总姜黄素按杨模坤
等≈t 方法测定 ∀
表 t 农艺措施变量水平编码表
项目 播期 月2日 密度 万株r«°u 氯化钾 ®ª#«°p u 过磷酸钙 ≅ tsw®ª#«°p u 复合肥 ≅ tsw®ª#«°p u
变化间距 uw v qs xs s qsx s qsy
变 p u su2ts v qx s s s
量 p t sv2sy y qx xs s qsx s qsy
水 s sv2vs | qx tss s qts s qtu
平 t sw2uw tu qx txs s qtx s qt{
u sx2t{ tx qx uss s qus s quw
#wxy# 中国中药杂志 t|||年第 uw卷第 tt期
1 q3 试验田管理 除上述试验因素外 o其它栽
培措施如培土 !中耕 !病虫害防治等与大田生产
相同 o各试验小区保持一致 ∀供试肥料分 u次
施入 o鉴于种姜含有供姜黄植株苗期生长的养
料 o出苗期为 x月初 o故苗期kx月底l第 t次施
肥 o复合肥占 ys h o过磷酸钙 tss h ∀第 u次于
|月初施入 o复合肥占 ws h o钾肥作追肥全部施
入 ∀收获期测定根状茎鲜重产量k表 ul ∀大田
对照产量为 z{ss®ª#«°p u ∀
1 q4 信息反馈示范试验 根据上述试验确定
最佳栽培组合方案 o结合生产实际 o将该方案进
行示范性试验 ∀选择中等偏上肥力土壤 vsx q{
°u o进行试验 o收获测产 ∀
2 研究成果
2 q1 姜黄根状茎鲜重数学模型
见下式 ∀
¡Ψ = βs + Ε
Π
ϕ = t
βιΞι + Ε βιϕΞϕΞϕ + Ε
µ
ϕ = t
Βϕ
通过上述模型建立综合农艺措施对根状茎
鲜重产量的数学模型 o以分析各农艺措施对产
量的作用及适宜度 o确定各农艺措施的相互关
系及综合效应 o使农艺措施定量化 !规范化 ∀
将试验小区产量折合成公顷产量k表 ul o根
据回归模型编制计算程序 o运用微机对数据进
行处理和统计分析 o获得根状茎产量数学模
型 o经方差分析 Φt u qtzw{ Φs qstky o|l
x q{ ∀表明未知试验因素对试验结果的影响较
小 ∀ Φu { qv{ww Φs qstkus otxl v qvz o达极
显著水平 o复相关系数 Ρ s q|x{t达极显著 o
表明模型拟合度好 o各试验因子与姜黄根状茎
产量存在明显的函数关系 ∀其模型回归系数经
Φ检验 o剔除不显著项 o二次项显著者 o其一次
项予以保留 ∀经方差分析得姜黄根状茎鲜重数
学模型为 Ψα |tsx .y p txtu .x Ξt n tsu| .u Ξu
n yxw .u Ξv n uwx .{ Ξw n wxw .u Ξx n vt{ .{ Ξt Ξu
p vwv . { Ξu Ξv p u{t . v Ξu Ξw n uxy . v Ξu Ξx p
vxy .v Ξv Ξw n vsy .v Ξv Ξx n ut{ .{ Ξw Ξx p
uv{ .x Ξt Ξu p vv{ .x Ξu n vuv .| Ξv p vst .s Ξx ∀
试验的随机误差估计值 Ρ {ww qvw o当 δφ
tx时 oτs qsx u qtvt oτs qst u q|wz时 o根状茎
鲜重产量函数为 } Ψα p tz|| . u| [ Ψα [
tz|| .u| n Ψα ; Ψα p uw{{ .uz [ Ψα [ uw{{ .uz
n Ψα∀
2 q2 模拟寻优
2 q2 q1 最佳产量模拟寻优 本试验的产量函
数模型为非线性函数 o约束区域为 p u qs [ Ξ [
u qs o在微机上可求得最优解 ∀在本试验条件
下 o可获得最高产量 Ψα°¤¬ twyux qtt®ª#
«°p u o其对应农艺措施组合方案为 }Ξt p u ,
Ξu s .yz , Ξv u , Ξw p u , Ξx s qsst ∀
对大面积生产而言 oΨαµαξ不一定代表实际
的最佳水平 o为了保证各项农艺措施的稳定性 o
需进一步用产量频数分析法解析 ∀在 p u qs [
Ξ [ u qs约束区间 o取步长为 t o经微机运算 o其
中大于 tusss®ª#«°p u以上的组合方案有 u{|
套 ∀经微机运算 o在本试验条件下 o根状茎鲜重
产量的取值范围为 Ξt p t .xw ∗ p t .t{ ; Ξu
s .vt ∗ s .x| ; Ξvt .sz ∗ t .v{ ; Ξw p t .sy ∗
s .|t ; Ξx s q{w ∗ t qsy ∀
2 q2 q2 主因素效应分析 按庄恒扬等提出的
方法分析因子的重要性大小 ∀在本试验中 o试
验因子对根状茎产量的影响大小 o顺序为 Ξt
Ξu Ξv Ξx Ξw ∀由此可知 o钾肥及复合肥
的施用量及播期对密度和产量影响较大 o在栽
培实践中 o应适时播种 o重视复合肥和钾肥的施
用 o对缺磷土壤同时注意磷肥的施用 ∀
在根状茎产量数学模型中 o分别将其余 w
个自变量固定在零水平 o观察另一个自变量与
产量的关系 o求得其回归解析子模型 o令 δ Ψα/
δξι sk¬ t ou ov ow oxl可求出极大值时各项农
艺措施的最佳值 ∀在本试验条件下 oΞt p u ,
Ξu t .xu , Ξv t .st ,任意 Ξw , Ξx s qzx ∀上
述单项农艺措施的极值点与根状茎产量模型的
极值点有差异 o说明农艺措施间的互作效应对
姜黄根状茎产量有影响 ∀
从图 t的产量反应曲线可知 o在 x个因素
中 oΞt 和 Ξv 的增产效应最大 ,其次为 Ξu 和
Ξx ∀从边际产量曲线可看出 o密度 !播期 !复合
肥在 p u时边际产量最大 o氯化钾在 u水平时边
#xxy# 中国中药杂志 t|||年第 uw卷第 tt期
际产量最大 o当至 t水平时 o产量迅速上升 oΞu ,
Ξx的边际产量趋近于零 o产量达极大值 ∀说明
在本试验条件下 o密度在 p u ∗ t水平区间 o随着
密度增加产量迅速增加 o在 t水平左右时产量
最高 o超过此密度 o产量下降 o甚至减产 ∀在 p u
∗ u区间 o早播有利于增产 o氯化钾和过磷酸钙
的施用量增加 o其产量也随之增加 o随施用量的
增加 o产量亦增加 ∀边际产量曲线的极值以
Ξt , Ξu最大 o其他 v项措施的极值次之 o说明它
们的增产效应低于密度和播期的增产效应 ∀
2 q2 q3 各因素间的互作效应分析 从数学模
型可知 o在互作项中有 z项达显著性标准 o说明
姜黄根状茎鲜重产量的形成不仅是单项栽培措
施的增产效应的线性累加 o还有互作效应存在 ∀
分析表明播期与密度之间存在互作效应 o密度
与复合肥 !钾肥和磷肥间存在互作 o复合肥与磷
肥和钾肥之间也有互作效应 ∀
图 t 试验因子对姜黄鲜根状茎产量和边际产量的影响
t1 Ξt u1 Ξu v1 Ξv w1 Ξw x1 Ξx
2 q3 净产值数学模型寻优
一套优化的栽培措施方案除了满足高产优
质外 o还应满足高效的原则 ∀将亩产量折合成
产值 o扣除投入k不含人工l o经计算机运算 oΦt
s .xytt Φky o|l x q{ o达极显著水平 o表明
未知因素影响小 ∀ Φu w .ysu| Φkus otxl
u qvv o达极显著水平 o表明数学模型拟合度好 o
可用于预测 ∀回归系数经 Φ检验 o剔除不显著
项 o得姜黄根状茎纯收益模型为 }Ψβ v|wz .uu
p yzu .|u Ξt n wvx .wu Ξu n t|v .zx Ξw n
u|s .yv Ξt Ξu p t{w .v{ Ξt Ξw p u|y .{{ Ξu Ξv n
uvw .v{ Ξw Ξx p tvy .|{ Ξu ∀对模型进行计算机
仿真模拟 o模拟结果采用频率分析法进行解析 ∀
其中净产值 ∴xwss元r«°u 的组合取值范围为
Ξt p t . xu ∗ p t . vu , Ξu s . sy ∗ s . vy , Ξv p
s .ww ∗ p s .tu , Ξws .|w ∗ tus , Ξxs quu ∗
s qxu ∀
2 q4 根状茎总挥发油数学模型寻优
将总挥发油含量测定结果经微机运算 o并
经方差分析知 oΦt x .yxxs Φky o|l x q{ o达
显著水平 o表明未知因子对试验结果影响小 ∀
Φu u .ytss Φkus owxl u qvv o表明回归方程
显著 o方程拟合程度好 ∀回归系数经 Φ检验 o剔
除不显著项 o得其数学模型为 }Ψχ { .sy n
s .s| Ξt n s .tt Ξu n s .tt Ξv n s .tt Ξw n s .s{ Ξx
n s .tt Ξt Ξu p s .sz Ξu Ξv n s .uv Ξu Ξw p
s .s{ Ξv Ξw p s .tt Ξw Ξx p s .ts Ξu p s .t{ Ξu p
s .tt Ξv p s .tw Ξw ∀上述模型总挥发油含量 ∴
z q{ h 组合的取值范围 ÷t s qx{ ∗ s qzs o÷u
s qxu ∗ s qyv o÷vs qs{ ∗ s qus o÷w p s quw ∗
s qvv o÷x s qvy ∗ s qxu ∀
2 q5 根状茎总姜黄数数学模型寻优
将总姜黄素含量测定结果经微机运算 o并
经方差分析知 oΦt x .v{xy Φ(y ,|) x .{ ,达
显著水平 ,表明未知因子对试验结果影响小 ∀
Φu u .w||{ Φkus owxl u qvv o表明回归方程
显著 o方程拟合程度好 ∀回归系数经 Φ检验 o剔
除不显著项 o得其数学模型为 }Ψδ u .zuw n
s .usw Ξt n s .s{ Ξu n s .szy Ξv n s .sxu Ξx p
s . szy Ξu Ξx p s . swx Ξw Ξx p s . syw Ξt n
s .sux Ξu n s .sx| Ξv ∀上述模型经微机仿真 ,
采用频数分析法解析 ,其中总姜黄素含量 ∴
v .ss %组合的取值范围为 Ξts .|{ ∗ t .t , Ξu
s .v{ ∗ s .xz , Ξvs .ww ∗ s .yw , Ξw p s .uu ∗
s .sw , Ξx s qtz ∗ s qvy ∀
2 q6 高产优质高效综合农艺措施
将产量 ∴tusss ®ª#°p u o净产值 ∴xwss元
#yxy# 中国中药杂志 t|||年第 uw卷第 tt期
r«°u o总挥发油 ∴z q{ h和总姜黄素 ∴v qs h的
农艺措施组合取交集 o得高产优质 !高效优化农
艺措施方案为自变量取值播期k Ξt) p t .us ∗
s .x{ ,密度( Ξu)s .ws ∗ s .ys ,氯化钾( Ξv)s ∗
t .ss ,过磷酸钙( Ξw)s ∗ tus ,复合肥( Ξxls qvs
∗ s q{w ∀农艺措施播期 v qt ∗ v qtz o密度 tt qs
∗ tt qx 万个母姜r«°u o氯化钾 tss ∗ txs®ª#
°p u o过磷酸钙 tsss ∗ tyss®ª# °p u o复合肥
twss ∗ tzss®ª#°p u ∀
3 示范试验结果
将上述高产优质高效优化农艺措施方案在
犍为县示范种植 vss qu°u o土壤肥力中等偏上 o
间作玉米 o播前深耕 o播期 v月 ts日 o株行距为
vs¦° ≅ vv¦° ot 母姜r窝 ott 万株r«°u o每
yyz°u施复合肥 zs®ªo过磷酸钙 yx®ªo氯化钾
z qs®ª∀生育期遇干旱 o进行适量浇水抗旱 ∀植
株枯萎后收获测产 o根状茎鲜重 xvu®ª∀对照区
采用大田生产方法 o面积 vsy qy°u ∀播种时 o施
入复合肥每亩约 tss®ªo生育期间不再施肥 ∀密
度 vv¦° ≅ vv¦° o收获期测产产量为 v|u qx ®ª∀
规范化栽培技术较原技术增产 v{ qy h o
净增纯收益|yt q|元r«°u o总姜黄素含量为
v qsx h o挥发油含量为 { qt h ∀
4 讨论
4 q1 在姜黄农艺措施研究 o根据系统特点 o采
用控制论的/黑箱0原理 o把系统论思想和系统
工程方法引入姜黄综合农艺措施优化研究 o采
用二次正交回归旋转组合设计 o以整体功能最
佳为目标 o使各个农艺措施有机结合起来 ∀通
过对各单项农艺措施系统相互之间的影响规律
以及各单项农艺措施在综合条件下对目标函数
影响规律的研究 o建立姜黄的综合农艺措施数
学模型 ∀借助计算机进行仿真模拟 o寻求整体
最优农艺措施 ∀在试验方法和分析技术上与传
统方法相比 o具有新的突破 o使栽培技术具有系
统化 !指标化和规范化的特点 ∀
4 q2 在本试验条件下 o各项农艺措施对产量的
影响大小为播期 密度 氯化钾 复合肥 过
磷酸钙 ∀播期与密度之间存在互作效应 o密度
与复合肥 !氯化钾和过磷酸钙存在互作 o复合肥
与氯化钾和过磷酸钙之间存在互作效应 ∀在栽
培措施中 o不仅考虑主效措施 o也考虑微效和独
效措施的选用 ∀因此 o在生产中 o应适期播种 o
合理密植 o重视氮肥和钾肥的施用 o并配合磷肥
的施用 o发挥其综合增产效应 ∀
4 q3 在本试验条件下 o通过对建立的姜黄综合
农艺措施数学模型进行仿真模拟 !优化 o按照高
产优质高效的原则 o筛选出综合农艺措施最佳
农艺方案为 }播期 v月 t日 ∗ tz日 o密度 tt qs
∗ tt qx 万个母姜r«°u o亩施肥量 }氮 uv{ ∗
u|s®ª#«°p u o°u x t|y ∗ u|u®ª#«°p u ou tsy
∗ twx®ª#«°p u ∀实施该优化组合方案 o姜黄根
状茎鲜重产量在 tusss®ª#«°p u以上 o净产值为
xwss元r«°u以上 ∀
4 q4 本试验获得的最佳优化综合农艺措施是
在特定的土壤条件下进行试验获得的 o虽然增
产效果和经济效益显著 o但在推广中 o应根据当
地具体情况作适当调整 ∀氮 !磷 !钾肥用量可根
据土壤养分含量和肥料利用率或通过基础产量
k空白l进行调整 o并根据当地气候条件调整播
期 ∀在生产实践中 o不断修正 !反馈信息 o使之
不断完善 o适应当地的土壤 !气候等条件 o发挥
其最大的增产潜力 ∀
5 参考文献
t 杨模坤 o董晓萍 1 姜黄及制剂中姜黄素测定 1 中成药研究 o
t|{x okwl }|
u 庄恒杨 o成敬生 1 规范化栽培技术的几个问题商榷 1 农业
系统科学与综合研究 ot||s okwl }wu
t|||2sv2tz收稿
更 正
本刊 t|||年第 |期 xvt页/栽培措施对姜黄产量和品质的影响0一文中凡 ®ª#°p u均应为 ®ª#«°p u ~xvz页图 t
与图 u图应交换 ~图 u图注应为 q百里香酚 o
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#zxy# 中国中药杂志 t|||年第 uw卷第 tt期