不同施肥水平對煙草葉片生長的影響及其模型的建立

1、不同施肥水平對煙草葉片生長的影響及其模型的建立摘要：研究不同施肥量下豫煙 10 號的生長發(fā)育，以確 定合理的施肥量，建立葉片生長的動(dòng)態(tài)模擬模型，掌握豫煙 10 號的動(dòng)態(tài)生長發(fā)育情況。 選用 3 種施肥水平， 每個(gè)處理定 株 3 株煙葉，實(shí)時(shí)測量各部位煙葉動(dòng)態(tài)生長發(fā)育，以煙葉施 肥水平、葉位為因變量，葉齡為自變量建立模型，并對模型 進(jìn)行檢驗(yàn)，分析模型特征參數(shù)。結(jié)果表明：適合 3 個(gè)施肥水 平不同葉位的煙葉片生長與葉齡關(guān)系的模型為Richards 模型，其方程為 y=a/ （ 1+eb-cx） 1/d ；在同一葉位，不同施肥水平 方程參數(shù)的 a 值（終極生長量參數(shù)） 與生長速率參數(shù) （c 值） 變

2、異較??； b 值（初值生長量參數(shù)）與 d 值（形狀參數(shù)）變 異較大，表明施肥水平主要通過調(diào)控參數(shù)b值、d值對整個(gè)方程進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控； 3 個(gè)施肥量處理不同部位葉片長、寬的 模擬值與對應(yīng)長、寬的實(shí)測值接近，模擬的準(zhǔn)確度（以 k 表 示）在0.846 91.137 2之間，模擬的精確度（以 r2表示） 均在 0.950 0 以上，達(dá)到顯著水平。由結(jié)果可知： 3 組施肥量 處理下，在同一葉位，葉長、葉寬最終的積累量隨施肥量的 增加而增加，最大增長速率先降后增，快速增長時(shí)期先增后 降，施肥量對煙葉葉長的增長有臨界性，達(dá)到一定的施肥量 有顯著增長，高肥量對于煙葉的促生長主要通過促進(jìn)煙葉長 度的增長來促進(jìn)煙

3、葉整體增長，各葉位基本一致；上部葉中 肥和高肥組增長量低于同時(shí)期其余葉位的增長，最終增長量 的提高來自后期緩慢增長階段增長量的顯著提高，肥料施用 優(yōu)先滿足下部葉、中部葉的增長，后期緩慢增長期在達(dá)不到 快速增長水平時(shí)，起補(bǔ)充、過渡增長作用，導(dǎo)致后期葉片生 長延緩。關(guān)鍵詞：煙草；施肥量；葉片生長；模型；參數(shù)中圖分類號：S572.062文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1002-1302（2016）05-0158-05作物生長模擬方程可以解釋作物的生長曲線形狀，煙葉 作為煙草產(chǎn)量的一個(gè)重要構(gòu)成要素，對煙葉形態(tài)生長發(fā)育的 了解無疑十分重要。建立生長時(shí)間與葉片生長之間關(guān)系的動(dòng) 態(tài)模型，對于確定群體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生

4、產(chǎn)的信息化、數(shù)字 化具有重要意義 1 。掌握植物生長規(guī)律，科學(xué)估計(jì)產(chǎn)量至關(guān) 重要，關(guān)于河南省以及其他區(qū)域產(chǎn)量水平，前人研究較多， 對于具體合理施肥范圍以及合理的產(chǎn)量水平有大致的范圍 2-4 。不過，隨著煙葉生產(chǎn)技術(shù)水平的提高和成熟，煙葉產(chǎn) 量的提高也不可避免，產(chǎn)量的增加必然會(huì)影響到煙葉的質(zhì)量， 優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的范圍也會(huì)有新的變化5 。因此，研究不同施肥量下煙葉的生長發(fā)育，對于確定合理的施肥量并采取適當(dāng)?shù)霓r(nóng) 藝措施、提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量有著實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用意義。本試驗(yàn) 選擇 3 個(gè)施肥量，研究不同施肥量、葉位對葉片生長動(dòng)態(tài)特 征的影響， 以葉齡為自變量， 建立葉片生長的動(dòng)態(tài)模擬模型， 并用推導(dǎo)出的特征參數(shù)對其

5、動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行定量分析，為進(jìn)一 步提高煙草葉片生長的潛力與外觀質(zhì)量提供依據(jù)。1 材料與方法1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料 試驗(yàn)在河南省南陽市社旗縣金葉合作社進(jìn)行，年日照總時(shí)間平均為2 187.8 h，年均氣溫15.2 C,全年無霜期233 d , 年均降水量 910.11 mm , 4 9月降水量 689.2 mm，占全年 的 75.7%。土壤類型為黃褐土，肥力中等，有灌溉條件。土 壤有機(jī)質(zhì)含量 15.86 g/kg ，堿解氮含量 49 mg/kg ，速效磷含 量 5.05 g/kg，速效鉀含量 123 mg/kg , pH 值 5.67。供試肥料種類為：高碳基土壤修復(fù)肥、煙草專用復(fù)合肥(N : P2O

6、5 : K2O=10 : 10 : 20)、過磷酸鈣(15.0%P2O5)、 硫酸鉀( 50.0%K2O)。試驗(yàn)材料為豫煙 10 號。1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)置低施肥量( 37.5 kg/hm2 純氮) T1 處理、中施 肥量( 52.5 kg/hm2 純氮) T2 處理、高施肥量( 67.5 kg/hm2 純氮) T3 處理 3 組， 3 組保持 N : P2O5 : K2O=1 : 1.2 : 3， 3 次重復(fù)，共計(jì) 9 個(gè)小區(qū)，完全隨機(jī)排列。在起壟前撒施 750 kg/hm2 高碳基修復(fù)肥， 80%復(fù)合肥起壟時(shí)撒施，20%復(fù)合肥、 50%硫酸鉀移栽時(shí)穴施，50%硫酸鉀在移栽后 25 d 追

7、施。施肥深度15 cm，距煙株1520 cm。試驗(yàn)于2014年4月27日移栽，種植密度為120 cm X 60cm。1.3 測定項(xiàng)目與方法從移栽后 25 d 開始，試驗(yàn)組每組選取 3株，選擇第 16、 23、29張真葉（即采收時(shí)第 5、11、16 張葉）分別代表下、 中、上3個(gè)部位煙葉掛牌標(biāo)記； 每隔24 d測定不同部位葉 片長、寬，觀察生長發(fā)育變化，直至采收結(jié)束。1.4 數(shù)據(jù)處理將 3 個(gè)施肥組不同葉位的葉長、葉寬與葉齡，首先用Curve Expert1.40 軟件進(jìn)行擬合，通過篩選、驗(yàn)證，建立具有 生物學(xué)意義的葉片生長動(dòng)態(tài)變化模型。初步統(tǒng)計(jì)分析不同煙 株、不同葉位的葉片長、寬，并對 3 株

8、同一葉位的葉片長、 寬求取平均數(shù)， 通過 Origin 9.0 軟件進(jìn)行 Richards 方程擬合葉 片長、寬隨葉齡動(dòng)態(tài)增長過程。以葉齡為自變量（ X）、葉片 生長量（葉長或?qū)挘橐蜃兞浚▂）,采用Richards方程進(jìn)行 干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)的擬合：y=a/ （ 1+eb-cX） 1/d 。式中： a 為終極生長量， cm； b 為初值參數(shù)； c 為生長速 率參數(shù)； d 為形狀參數(shù)。在具體分析時(shí)，還可以導(dǎo)出以下次級生長特征參數(shù)。 生長速率最大時(shí)的生長時(shí)間：DmaX=（ b-lnd ） /c；生長速率最大時(shí)的生長量：Wmax=a（ d+1） -1/d ； 最大生長速率： Vmax=ac/（ 2d+

9、4）。Richards 生長曲線呈明顯的 3 階段增長趨勢，其中 0 至 GDI為初始生長階段，相應(yīng)持續(xù)期D仁GD1，增長量為C1;GD1 至 GD2 為快速生長階段，相應(yīng)持續(xù)期為D2=GD2-GD1，增長量為C2; GD2至GD3為穩(wěn)定生長階段，相應(yīng)持續(xù)期為 D3=GD3-GD2,增長量為 C3。具體推導(dǎo)過程見文獻(xiàn)6-7。2結(jié)果與分析2.1 不同施肥量下煙草葉片的生長由圖 1 看出：煙株上、中、下部位間的葉片定長在相同 施肥量條件下差異基本不顯著，不同部位煙葉葉長最終生長 量隨施肥量的增大而提高，增長量有差異;高肥量處理最終 定長69.4 cm，下部葉低肥量處理、中肥量處理最終定長分 別為5

10、4.1、56.5 cm，低肥、中肥量處理間差異不顯著，低肥 量與高肥量，中肥量與高肥量處理間差異顯著，中部葉、上 部葉不同施肥量葉長的定長之間差異性表現(xiàn)與下部葉相同。 結(jié)果說明，豫煙 10號品種煙葉不同葉位間最終定長無明顯 差異，葉片的定長隨施肥量增長而提高，施肥量對煙葉定長 的增長效應(yīng)有臨界性，達(dá)到一定的施肥量會(huì)出現(xiàn)顯著增長表 現(xiàn)。由圖 1 還可以看出，葉片的定寬隨著施肥量的增加而增 加，不同施肥量間有所差異；下、中、上部位葉片的中肥量 處理分別比低肥量處理定寬增長8.95、5.65、4.40 cm,依次遞減，下部葉增長顯著，定寬同上部葉相比差異極顯著；下 部葉高肥量處理增長不明顯；中部葉在

11、不同施肥處理間增長 量類似，上部葉在高肥量處理下增長量出現(xiàn)明顯提升。結(jié)果 表明：對于豫煙 10 號品種， 葉片定寬隨施肥量增長而增長， 且下部葉的增長有極限，施肥量增長達(dá)到一定水平，增長不 顯著；施肥量的增長優(yōu)先滿足下部葉、中部葉，只有達(dá)到一 定施肥水平才能明顯促進(jìn)上部葉定寬增長。2.2 葉片生長模型的建立 利用 Curve Expert 1.38 軟件對 3 種施肥量的葉片生長按 照不同部位進(jìn)行生長模擬， 擬合挑選最優(yōu)方程， 選用 Richards 作為葉片生長隨生長時(shí)間的動(dòng)態(tài)模擬方程 8 ，數(shù)據(jù)選用 3 組 實(shí)測值的平均值。在方程 y=a/（1+eb-cx）1/d 中： y 為煙草 葉片長

12、或?qū)?；x為葉齡；a為終極生長量，cm;b為初值參數(shù)； c 為生長速率參數(shù)； d 為形狀參數(shù) （當(dāng) d=1 時(shí)）。通過該方程， 利用葉齡與葉片生長可較好還原出任意生長時(shí)間所對應(yīng)的 葉片長或?qū)挘皶r(shí)掌握煙草葉片生長的動(dòng)態(tài)變化情況。表 1、表 2 分別為 3 種施肥量下煙草葉長、葉寬的生長 模擬方程的參數(shù)，其相關(guān)系數(shù)均在 0.990 4 以上，達(dá)到極顯 著水平。對參數(shù)進(jìn)行分析 8-9 ，發(fā)現(xiàn)在相同葉位下，終極生 長量參數(shù)（a值）與生長速率參數(shù)（c值）變異較小，初值生 長量參數(shù)（ b 值）與形狀參數(shù)（ d 值）變異較大，說明施肥 量主要通過調(diào)控參數(shù) b 值與 d 值對整個(gè)方程進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控。2.3 葉片

13、生長動(dòng)態(tài)模型的檢驗(yàn) 為檢驗(yàn)?zāi)M方程的準(zhǔn)確性，采用張賓等檢驗(yàn) LAI 模型的 方法10 ，利用 3 種施肥量下煙葉長、寬測量值進(jìn)行動(dòng)態(tài)模 擬，建立模擬值（LX）和實(shí)測值（LY的回歸曲線11，實(shí)測 值選用3組實(shí)測值，得到線性方程：LY=kX LX,系數(shù)k與1的接近（ LX）2.43 組施肥量葉片生長動(dòng)態(tài)模型參數(shù)及生長特性分析用 Curve expert 分析出合適的模擬方程后，用 Origin 9.0 進(jìn)行葉片葉長的動(dòng)態(tài)模擬。2.4.1 下部葉葉片動(dòng)態(tài)生長模擬參數(shù)葉片的發(fā)育以葉長 最為顯著，其生長的快慢直接影響葉片的整體發(fā)育。由圖 2 可見，在下部葉葉長中，T1、T2、T3處理最大生長速率 Vma

14、x 分別為3.50、2.86、3.93 cm2/d , T3處理組最大生長速率和 最終定長超出其余 2組，T1、T2處理值近似。3組處理前期 緩慢增長期D1分別為13.29、1.00、7.26 d,增長量C1、C2、 C3分別為21.424）.82、15.37 cm；快速增長期 D2分別為8.33、 13.4、1151 d，分別增長 25.93、32.63、39.67 cm ; T1、T2、 T3 處理后期穩(wěn)定增長期 D3 分別為 25.37、 32.60、 28.23 d； C1、C2、C3 分別增長 6.45、22.32、13.98 cm。可以看出，在下部葉中， T2 處理迅速增長期開始較

15、早， 最高增長速率低于 其余 2 組，快速增長持續(xù)時(shí)間高于其余2 組； T1 處理整體生長遲緩，生長速率的上升、下降時(shí)間都較短； T3 處理始終都 保持最高的增長速率、最高的增長量，且與 T2 處理相比能 看到 1 個(gè)明顯上升的速率表現(xiàn)。 最終的增長量大小為： T3 處 理T2處理T1處理。由圖3看出，下部葉葉寬中，T1、T2、T3處理最大生長 速率Vmax分別為1.93、1.61、2.05 cm2/d。前期緩慢增長期 D1 分別為 14.31、1.00、6.34 d，增長量分別為 10.39、0.04、 5.67 cm;快速增長期 D2分別為7.46、15.15、12.34 d，分別 增長1

16、2.82、19.7322.0 cm；后期穩(wěn)定增長期 D3分別為24.91、 30.80、28.32 d , C1、C2、C3 分別為 3.22、14.36、9.04 cm。 對比葉長的增長，在各處理間，各時(shí)期間的增長與葉長的增 長表現(xiàn)一致趨勢， T1 處理增長量更小， T2 處理在前期增長 量更小，后期增長速率明顯超過其他 2 個(gè)處理，可見葉寬的 增長在 T2 處理表現(xiàn)出更強(qiáng)的補(bǔ)充作用。2.4.2 中部葉葉片動(dòng)態(tài)生長模擬參數(shù)由圖 4 看出，中部葉 T1、T2、T3處理最大生長速率 Vmax分別為：4.37、2.27、 5.80 cm2/d，前期緩慢增長期 D1分別為14.369.22、10.4

17、2 d , 增長量 C1、C2、C3分別為 16.65、10.06、20.60 cm;快速增 長期 D2 分別為 6.58、16.67、7.06 d,分別增長 25.48、33.05、 36.18 cm ;后期穩(wěn)定增長期 D3分別為28.06、23.11、31.52 d ,C1、C2、C3分別為 7.11、12.45、10.85 cm?？梢钥闯?，中部 葉增長趨勢與下部葉相同， 相較于其他 2 組， T2 處理的快速 增長期持續(xù)時(shí)間更長，增長速率低于其他 2 組，增長量大于T1 處理、小于 T3 處理；后期增長時(shí)間明顯減少，增長效應(yīng) 下降明顯。由圖5可見，中部葉葉寬的 T1、T2、T3處理最大生

18、長 速率Vmax分別為1.85、1.27、2.77 cm2/d，前期緩慢增長期 D1 分別為 10.90、10.03、10.47 d，增長量分別為 3.41、4.42、 8.65 cm;快速增長期 D2分別為8.46、15.621、7.74 d，分別 增長1361 17.28 18.87 cm ;后期穩(wěn)定增長期 D3分別為29.65、 23.35、30.80 d, C1、C2、C3分別為 5.68、6.93、6.17 cm。 由結(jié)果可知，葉寬增長曲線與葉長保持一致，前期增長時(shí)間 基本一致，增長量逐級增加， T3 處理表現(xiàn)出明顯增長。2.4.3上部葉葉片動(dòng)態(tài)生長模擬參數(shù)由圖 6看出，上部葉 T1

19、、 T2、T3處理最大生長速率 Vmax分別為2.87、2.82、5.25 cm2/d , 前期緩慢增長期D1都為1 d,C1、C2、C3增長量分別為12.67、4.87、8.39 cm；快速增長期 D2 分別為 11.23、10.00、6.03 d , 分別增長27.77、25.66、29.28 cm；后期穩(wěn)定增長期 D3分別 為 32.77、34.00、37.97 d, C1、C2、C3分別為 15.46、18.89、32.91 cm。上部葉與其他葉位表現(xiàn)有所不同，前期增長時(shí)間 較短，快速增長時(shí)間短， 3 組之間增長量接近， T3 處理最終 增長量的顯著提高主要來自后期緩慢增長階段增長量的

20、提由圖7看出，上部葉葉寬的 T1、T2、T3處理生長速率Vmax分別為1.11、1.24、2.54 cm2/d。前期緩慢增長期 D1 都為1 d，分別增長0.49、1.35、2.88cm;快速增長期 D2分 別為12.20、11.67、5.51 d，分別增長 11.65、12.99、12.97 cm ； T1、 T2、 T3 處理后期穩(wěn)定增長期 D3 分別為 31.80、 32.33、 38.49 d，分別增長 7.69、9.44、18.94 cm。葉寬在各時(shí)期的 增長量隨著施肥量的提升而增加， 在快速增長時(shí)期， T2 處理 增長時(shí)間與 T1 處理接近，遠(yuǎn)高于 T3 處理；在增長量方面，3 組

21、處理快速增長時(shí)期接近，主要差異表現(xiàn)在后期穩(wěn)定增長 時(shí)期，說明葉寬的定長差異主要來自于后期增長，快速增長 期時(shí)間有差異，增長量較為一致，施肥量越高，快速增長期 越短，后期時(shí)間越長，后期積累量越大。3 討論與結(jié)論3.1 不同施肥量對煙葉生長的影響不同施肥量對于煙葉產(chǎn)量影響較大，煙草是葉生作物， 葉片的生長直接影響到產(chǎn)量，煙葉產(chǎn)量的實(shí)質(zhì)是煙葉的生長 發(fā)育。因此，不同的施肥水平在很大程度上影響煙葉的生長 發(fā)育狀態(tài)和外觀質(zhì)量 12-13。試驗(yàn)結(jié)果表明，對于豫煙 10 號品種，在同一葉位下，煙長最終生長量隨著施肥量的提高 而提高，不過低肥量處理與中肥量處理間差異不顯著，與高 肥量處理差異顯著，施肥量對煙葉

22、生長量的增長效應(yīng)有臨界 性，達(dá)到一定的施肥量才能有顯著表現(xiàn)； 而葉寬最終生長量、 定寬隨施肥量增長而增長，在各部位的表現(xiàn)不同，下部葉的 增長表現(xiàn)出一定的極限性，施肥量增長達(dá)到一定水平之后， 增加施肥量增長不顯著，施肥量的增加優(yōu)先滿足下部葉寬增 長，只有達(dá)到一定施肥水平才能明顯促進(jìn)上部葉的定寬增長。3.2 煙草葉片生長模型的建立 在煙草的研究中，對于生物學(xué)的研究是十分重要的基礎(chǔ) 性研究，煙草生育規(guī)律及其動(dòng)態(tài)模型的研究能夠利于促進(jìn)或 控制實(shí)際栽培的措施 14 。以葉齡為變量，建立了符合葉片 生長關(guān)系的 Richards 方程： y=a/（ 1+eb-cx）1/d ，該方程可以 很好地模擬煙草葉片生

23、長隨生長時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)特征，其方 程參數(shù)有很好的生物學(xué)意義。當(dāng)葉齡趨于無窮大時(shí)，不同施 肥水平的相對最大生長量均趨于量 a 量，即為成熟時(shí)的煙草 葉片生長量?？梢愿鶕?jù)模型對煙草全生育期的葉片生長動(dòng)態(tài) 進(jìn)行預(yù)測。施肥量主要通過調(diào)控參數(shù)量 b 值與 d 量值對整個(gè) 方程進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控。建立了葉片生長的模擬值（X）、實(shí)測值（y）的直線回歸，模擬準(zhǔn)確度（以k表示）在0.846 91.137 2之間；模擬的精確度（以 r2表示）在0.950 00.996 2之 間，說明模型可準(zhǔn)確地反映不同施肥量下煙草不同葉位葉片 生長隨葉齡變化的動(dòng)態(tài)特征。3.3 不同施肥量對葉片生長動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響作物生長模擬出的方程可解

24、釋作物的生長，由其推導(dǎo)出 的特征參數(shù)具有生物學(xué)意義，葉片生長變化速率和各個(gè)生長 期段都可以很好地反映煙草在整個(gè)生育期的葉片生長情況 15。試驗(yàn)結(jié)果表明， 3 組施肥量下，在同一葉位下，葉長、 葉寬最終的積累量都表現(xiàn)出隨著施肥量的增加而增長；增長 前期時(shí)間最短，增長量最少，且 3 組之間差異不大；最大速 率 Vmax 表現(xiàn)出 T3 處理 T1 處理 T2 處理；迅速增長時(shí)間表 現(xiàn)為T2處理T3處理T1處理，各葉位基本一致，可以看出 T2 處理速率不高，增長時(shí)間最長，最終生長量處于中等，可 能是由于低施肥水平下，增長優(yōu)先滿足增長時(shí)間；上部葉與 其他葉位表現(xiàn)有所不同，高肥量組在前期和快速增長期增長

25、量和其余 2 組無差異，中肥量、高肥量組增長量低于其他葉 位同時(shí)期的增長，最終增長量顯著提高的主因是后期緩慢增 長階段增長量的顯著提高。說明肥料施用優(yōu)先滿足下部葉、 中部葉的增長，后期緩慢增長期在達(dá)不到快速增長水平條件 下，起補(bǔ)充和過渡增長作用，導(dǎo)致后期葉片生長延緩，不利 于煙葉的落黃成熟。 綜上可知， 高肥處理的施肥量略有不足， 并未達(dá)到理想水平，應(yīng)適當(dāng)提高；對于整體施肥，煙葉前期 部分施肥，快速生長階段進(jìn)行大量追肥較符合煙葉生長規(guī)律。參考文獻(xiàn)：1 侯玉虹，陳傳永，郭志強(qiáng)，等 . 作物高產(chǎn)群體干物質(zhì) 積累動(dòng)態(tài)模型的構(gòu)建及生長特性分析 J. 玉米科學(xué)， 2008，16（6）：90-95.2 胡國松，傅建政，張丙孝，等 . 目前我國烤煙煙葉質(zhì) 量的若干限制因子 J. 中國煙草科學(xué)， 1999（ 4）：14-17.3 張翔，黃元炯，范藝寬，等 . 河南省植煙土壤與烤煙 施肥的現(xiàn)狀、存在問題及對策 J. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2004（11）： 54-57.4 王國平，向鵬華，肖艷 . 衡陽煙葉產(chǎn)量與煙葉化學(xué)品 質(zhì)相關(guān)性研究 J. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2009（2）： 22-24.5 金小馬，劉本坤，徐堅(jiān)強(qiáng)，等 . 生長調(diào)節(jié)劑對烤煙產(chǎn) 量和產(chǎn)值的影