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基于單形格子設計的馬鈴薯微型薯繁育基質配方研究

2017-03-20 03:34王歡妍何長征
湖南農業(yè)科學 2017年2期
關鍵詞:薯率菌渣河沙

王歡妍,雷 艷,何長征

(1. 懷化職業(yè)技術學院,湖南 懷化 418000;2. 湘西自治州農業(yè)科學研究院,湖南 吉首416000;3. 湖南農業(yè)大學,湖南 長沙 410128)

基于單形格子設計的馬鈴薯微型薯繁育基質配方研究

王歡妍1,雷 艷2,何長征3

(1. 懷化職業(yè)技術學院,湖南 懷化 418000;2. 湘西自治州農業(yè)科學研究院,湖南 吉首416000;3. 湖南農業(yè)大學,湖南 長沙 410128)

試驗采用盆栽法,用混料試驗設計中{3,3}單形格子設計,建立繁育馬鈴薯微型薯高產優(yōu)質的基質配比模型,根據(jù)試驗馬鈴薯的單株塊莖重、單株塊莖數(shù)、單塊莖重、合格薯率、大中薯率,分析優(yōu)化菌渣、河沙、珍珠巖3種基質的配比。研究表明,高產穩(wěn)產優(yōu)質的馬鈴薯微型薯繁育基質配比為45.60%∶30.02%∶24.38%。

馬鈴薯微型薯;繁育基質;基質配方;單形格子設計

在中國,馬鈴薯種薯生產的主要途徑是利用脫毒試管苗在溫室采用無土栽培技術進行馬鈴薯微型薯生產,從而建立各級脫毒種薯的良繁體系。屈冬玉等[1]、祝紅藝等[2]、楊春等[3]以無土栽培常用基質草炭、蛭石等為試驗材料,對馬鈴薯微型薯繁育基質的配方展開了研究。然而草炭主產于北方地區(qū),在南方地區(qū)使用草炭作為無土栽培基質無形之中增加了馬鈴薯微型薯的成本,嚴重阻礙其推廣應用。

中國是食用菌生產大國,每年大量的菌渣或就地堆置,或直接施入田中,這樣的處理方式不僅造成了嚴重的環(huán)境污染,還造成農業(yè)有機資源的巨大浪費。近年來,南方地區(qū)將菌渣進行簡單發(fā)酵處理后用作馬鈴薯微型薯的繁育基質,不僅取材方便、減少污染,而且還降低馬鈴薯微型薯的生產成本[4]。選用菌渣、河沙、珍珠巖為3種取材方便、價格低廉的試驗材料,應用混料設計中{3,3}單形格子設計方法,建立繁育馬鈴薯微型薯高產優(yōu)質的基質配比模型,對基質配方進行探索研究,為農業(yè)生產提供可靠的試驗基礎和科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為湖南省馬鈴薯工程技術中心提供的費烏瑞它(Favorita)馬鈴薯脫毒試管苗。

供試基質為食用菌菌渣、河沙和珍珠巖,其中食用菌菌渣為湖南農業(yè)大學食用菌研究所教學實習時種平菇留下的菌渣,主要成分為棉籽殼,在使用前將菌渣堆成堆,加水濕透蓋上塑料布堆漚1個月后過篩、晾曬;此外,河沙和珍珠巖均為市售。

1.2 試驗時間與地點

2013年2月26日將馬鈴薯脫毒試管苗移栽至湖南農業(yè)大學智能溫室內,5月15日收獲。2013年12月9日根據(jù)試驗優(yōu)化的基質配比進行驗證試驗。

1.3 試驗設計

采用混料試驗設計(mixture experiment design)中的{3,3}單形格子設計(simplex lattice design),共10個處理,菌渣、河沙、珍珠巖根據(jù)試驗設計方法按體積比混配,加入固體肥料作肥源?;|中固體肥料的施入量為氮磷鉀復合肥2 kg/m3,鈣鎂磷肥3 kg/m3。各基質配比組合方案見表1。

表1 {3,3}單形格子設計

試驗選取長勢相對一致的馬鈴薯試管苗進行移栽,采用盆栽法,栽培盆規(guī)格為32 cm×24 cm×12 cm,每盆基質定植12株試管苗,每個處理重復3次。收獲時調查統(tǒng)計植株產量方面等相關指標。各處理施肥及病蟲害防治均按照馬鈴薯微型薯生產技術規(guī)程統(tǒng)一進行。

1.4 研究內容與方法

1.4.1 植株結薯情況測定方法 收獲時調查統(tǒng)計各混合基質中植株繁育出馬鈴薯微型薯的數(shù)量、大小及其產量指標(單株塊莖重、單株塊莖數(shù)、單塊莖重、合格薯率、大中薯率)。根據(jù)馬鈴薯微型薯塊莖大小進行分級:<1 g為不合格薯,1~3 g(含1 g)為小薯,3~5 g(含3 g)為中薯,≥5 g為大薯。

1.4.2 基質配比的優(yōu)化 根據(jù){3,3}單形格子設計理論分析研究菌渣、河沙和珍珠巖3種繁育基質不同配比組合與馬鈴薯微型薯產量之間的關系,應用{3,3}設計模型參數(shù)計算公式[5]建立相應的Scheffe回歸模型;對Scheffe回歸模型進行回歸式的顯著性檢驗,采用頻數(shù)分析法對Scheffe回歸模型進行解析優(yōu)化[6]。

1.4.3 數(shù)據(jù)處理 應用DPS 12.0和Microsoft Excel 2003對數(shù)據(jù)進行分析處理;對不同基質配比組合及相應的產量理論值進行分組[7]。

2 結果與分析

2.1 基質配比的優(yōu)化按{3,3}單形格子設計的基質配比栽培馬鈴薯試管苗,得到不同基質配比下馬鈴薯微型薯的產量(表2)。

2.1.1 Scheffe回歸模型的建立 對于{p,3}單形格子設計的Scheffe多項式模型為[8]:

式中:bj、bhj、γhj、bhjk為回歸系數(shù)。由單形格子設計的特征可知,各回歸系數(shù)可以表示為相應試驗點上試驗值的簡單線性組合。對于{p,3}單形格子設計,其回歸系數(shù)計算公式為[8]:

表2 不同基質配比下馬鈴薯微型薯的產量

式中,yh表示為當xh為1,其余分量為0時的試驗值;yhj表示為當xh為1/2,xj為1/2,其余分量為0時的試驗值;yhhj表示為當xh為2/3,xj為1/3,其余分量為0時的試驗值;yhjk表示為當xh、xj、xk為1/3,其余分量為0時的試驗值。

試驗以馬鈴薯微型薯的單株塊莖重、單株塊莖數(shù)、單塊莖重、合格薯率、大中薯率為因變量,分別用y1、y2、y3、y4、y5表示,以菌渣、河沙、珍珠巖為自變量,分別用x1、x2、x3表示,建立馬鈴薯微型薯產量指標與這3種基質配比的多項式回歸模型。根據(jù)公式計算可得到以下5個回歸方程。

以單株塊莖重為因變量建立的回歸模型為:

y1=13.031 9x1+7.370 3x2+3.288 3x3+6.062 6x1x2+28.580 9x1x3-0.067 3x2x3-73.149 3x1x2x3-13.627 6x1x2(x1-x2)-45.976 1x1x3(x1-x3)+4.737 4x2x3(x2-x3)

以單株塊莖數(shù)為因變量建立的回歸模型為:

y2=2.305 6x1+1.805 6x2+1.194 4x3+0.374 9x1x2+ 1.750 1x1x3-0.187 4x2x3+0.437 2x1x2x3-4.5x1x2(x1-x2)-1.000 3x1x3(x1-x3)-0.062 3x2x3(x2-x3)

以單塊莖重為因變量建立的回歸模型為:

y3=5.660 9x1+4.085 9x2+2.747 4x3+2.763 5x1x2+ 12.005 1x1x3+0.879 1x2x3+3.640 7x1x2x3+4.633 2x1x2(x1-x2)-22.843 8x1x3(x1-x3)+3.290 2x2x3(x2-x3)

以合格薯率為因變量建立的回歸模型為:

y4=0.880 1x1+0.924 8x2+0.812 0x3+0.136 6x1x2+ 0.548 3x1x3+0.329 9x2x3-2.199 1x1x2x3+0.428 7x1x2(x1-x2)-0.220 7x1x3(x1-x3)+0.059 4x2x3(x2-x3)

以大中薯率為因變量建立的回歸模型為:

y5=0.727 1x1+0.600 1x2+0.459 4x3+0.208 1x1x2+ 0.904 1x1x3+0.267 3x2x3+0.097 0x1x2x3+0.095 6x1x2(x1-x2)-2.490 3x1x3(x1-x3)+0.498 1x2x3(x2-x3)

2.1.2 Scheffe回歸模型的顯著性測定 Scheffe回歸模型的顯著性檢驗主要是測定該回歸模型與實際試驗值擬合的情況。

從表3中可以看出,以合格薯率為因變量的回歸模型經方差分析,其F=0.953 4<F0.05(9,18),因此該回歸模型擬合效果不好,不能進一步優(yōu)化;而其余4個回歸模型經方差分析可知,這4個回歸方程均達到顯著水平,說明馬鈴薯微型薯高產優(yōu)質的基質配比模型存在顯著的回歸關系,且與實際情況擬合較好,可用于進一步解析尋優(yōu)。2.1.3 Scheffe回歸模型的解析尋優(yōu) 以上述建立的回歸模型為基礎,采用頻數(shù)分析法進行解析和尋優(yōu),將試驗因素xi(i=1,2,3)的步長設置為0.1,且滿足0≤xi≤1,∑xi=1的模型既定條件,構成66套因素水平組合,將66個因素水平組合分別代入上述建立的回歸模型中得出相應的理論值y。然后,根據(jù)生產實踐的需要限定試驗效應指標的取值范圍,統(tǒng)計此取值范圍內y的個數(shù)m(m≤66)和m個組合方案的因素水平數(shù)及其出現(xiàn)的頻數(shù),再計算各因素水平出現(xiàn)頻數(shù)的加權平均數(shù),獲得產量高、出現(xiàn)頻率大的因素水平組合作為優(yōu)化因素水平組合方案[9]。

表3 各產量指標方差分析結果

以單株塊莖重模型為基礎,經過計算機運算得到66套因素組合方案及相應的理論值y,結合馬鈴薯微型薯生產繁育實際情況,限定微型薯單株塊莖重范圍在9 g/株<y<12 g/株內,結果符合要求的基質配方組合有31套,其中,x1的平均取值為0.467 7,x2的平均取值為0.319 4,x3的平均取值為0.212 9,其在95%置信區(qū)間內的取值分別為0.387 2~0.548 3,0.230 8~0.407 9,0.129 9~0.295 9。即得到較高產量的基質配比:菌渣、河沙、珍珠巖3種基質體積百分比為46.77%∶31.94%∶21.29%。

以單株塊莖數(shù)模型為基礎,經過計算機運算得到66套因素組合方案及相應的理論值y,結合馬鈴薯微型薯生產繁育實際情況,限定試管苗生產微型薯粒數(shù)范圍在1.9粒/株<y<2.3粒/株內,結果符合要求的基質配方組合有38套,其中,x1的平均取值為0.450 0,x2的平均取值為0.294 7,x3的平均取值為0.255 3,其在95%置信區(qū)間內的取值分別為0.378 4~0.521 6,0.213 2~0.376 3,0.195 2~0.315 3。即得到較高結薯數(shù)的基質配比:菌渣、河沙、珍珠巖3種基質的體積百分比為45.00%∶29.47%∶25.53%。

以單塊莖重模型為基礎,經過計算機運算得到66套因素組合方案及相應的理論值y,結合馬鈴薯微型薯生產繁育實際情況,限定馬鈴薯微型薯單塊莖重范圍在5 g/粒<y<7 g/粒內,結果符合要求的基質配方組合有37套,其中,x1的平均取值為0.454 1,x2的平均取值為0.267 6,x3的平均取值為0.278 4,其在95%置信區(qū)間內的取值分別為0.375 6~0.532 5,0.207 7~0.327 4,0.198 6~0.358 2。即得到較高薯重的基質配比:菌渣、河沙、珍珠巖3種基質的體積百分比為45.41%∶26.76%∶27.84%。

以大中薯率模型為基礎,經過計算機運算得到66套因素組合方案及相應的理論值y,結合馬鈴薯微型薯生產繁育實際情況,限定馬鈴薯微型薯大中薯率范圍在70%<y<75%內,結果符合要求的基質配方組合有21組,其中,x1的平均取值為0.452 4,x2的平均取值為0.319 0,x3的平均取值為0.228 6,其在95%置信區(qū)間內的取值分別為0.338 5~0.566 3,0.230 8~0.407 3,0.116 0~0.341 1。即得到較高大中薯率的基質配比:菌渣、河沙、珍珠巖3種基質的體積百分比為45.24%∶31.90%∶22.86%。

為了獲得產量較高、單株結薯數(shù)較多、單薯重量較大、大中薯數(shù)較多的基質配比,可綜合考慮以上4個產量指標,取這4個優(yōu)化后的基質配比的平均值,即可得到高產穩(wěn)產優(yōu)質的馬鈴薯微型薯繁育基質配比:菌渣、河沙、珍珠巖體積百分比為45.60%∶30.02%∶24.38%。

2.2 優(yōu)化后基質配比對繁育馬鈴薯微型薯的影響

考慮到Scheffe回歸模型能否很好地應用在生產實踐中這一問題,根據(jù)上述試驗結果,對優(yōu)化后的繁育基質進行了驗證試驗,以檢驗理論值是否與實際值吻合,所建立的回歸方程的使用程度是否高。

優(yōu)化后基質配比繁育的馬鈴薯微型薯產量見表4。從表4中可以看出,該優(yōu)化配比能夠繁育出高產優(yōu)質的馬鈴薯微型薯,各產量指標的實際值與理論值基本吻合,說明所建立的回歸方程使用程度較高,在實踐中能較好的應用。

表4 優(yōu)化后基質配比繁育馬鈴薯微型薯的產量

3 結論與討論

對于研究植物栽培基質配比的試驗來說,植株的生長發(fā)育情況與各基質組分所占混配基質總體積的比例有關,與混配基質總體積變化沒有關聯(lián)。在這里所要研究的是產量指標隨著組分比例變化而變化的規(guī)律,因此,采用混料試驗設計可以很好地研究出這種規(guī)律變化,找出適合馬鈴薯微型薯繁育的基質配比[4]。目前,國內絕大多數(shù)科研工作者在基質配方研究中一般采用正交試驗設計,混料試驗設計引用較少,但隨著混料試驗設計的逐步發(fā)展,它將成為在配方篩選方面越來越重要的試驗方法[10]。

試驗通過混料設計優(yōu)化基質配比,優(yōu)化后的基質配比為菌渣、河沙、珍珠巖體積百分比為45.60%∶30.02%∶24.38%。該試驗結果與采用二次正交旋轉組合設計研究優(yōu)化[11]的結果極為相似,相對龐萬福[12]所研究的當菌渣比例占66.67%、河沙比例占33.33%時生產馬鈴薯微型薯效果最好這一結論而言,兩種試驗的研究結果從整體上來說是降低了菌渣的含量,并通過增加一種通氣持水性良好的無機栽培基質來彌補菌渣降低的那部分含量,以解決菌渣含量降低所引起的基質結構緊實的問題[4]。

[1] 屈冬玉,龐萬福,謝發(fā)成,等. 松針土作基質生產脫毒微型薯試驗研究[J]. 馬鈴薯雜志,1999,13(1):15-16.

[2] 祝紅藝,柴 巖,劉曉鳳,等. 幾種脫毒小薯培養(yǎng)基質的比較研究[J].吉林農業(yè)科學,2000,25(5):51-53.

[3] 楊 春,齊海英. 馬鈴薯脫毒小薯無土栽培營養(yǎng)基質的篩選[J].陜西農業(yè)科學,2001,(1):11-12.

[4] 王歡妍. 馬鈴薯微型薯繁育基質配比的研究[D]. 長沙:湖南農業(yè)大學,2014.

[5] 徐中儒. 回歸分析與試驗設計[M]. 北京:中國農業(yè)出版社,1998. 102-152.

[6] 李光慶,謝祝捷,姚雪琴. 花椰菜氮磷鉀平衡施肥和階段施氮效應函數(shù)的建立及在配方施肥中的應用[J]. 中國農業(yè)科學,2011,44(10):2070-2080.

[7] 李 隆. 肥料試驗中應用的單形格子設計及其統(tǒng)計分析[J]. 土壤通報,1992,23(6):275-276.

[8] 劉曉紅. 基于遺傳算法的混料試驗藥物配方配比優(yōu)化研究[D]. 太原:山西醫(yī)科大學,2012.

[9] 王興仁,張福鎖. 現(xiàn)代肥料試驗設計[M]. 北京:中國農業(yè)出版社,1996. 63-69.

[10] 肖昆侖. 垃圾和污泥堆肥用作高羊茅草皮基質的研究[D]. 北京:北京林業(yè)大學,2008.

[11] 王歡妍,黃 科,高琪昕,等. 馬鈴薯微型薯繁育基質配比的優(yōu)化[J].湖南農業(yè)大學學報(自然科學版),2013,39(5):505-509.

[12] 龐萬福,王清玉,張 恭,等. 無土栽培生產培養(yǎng)基質篩選[J]. 馬鈴薯雜志,1997,11(3):144-147.

(責任編輯:高國賦)

Study on Breeding Substrate Formula for Potato Microtubers with Simplex Lattice Design

WANG Huan-yan1,LEI Yan2,HE Chang-zheng3
(1. Huaihua Vocational and Technical College, Huaihua 418000, PRC; 2. Agricultual Science Institute of XiangXi Prefecture, Jishou 416000, PRC; 3. Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC)

{3,3}simplex lattice design in the mixture experiment design was adopted in this experiment, the regression models about high yield and good quality were established to optimize the ratio of mushroom residue, sand and perlite. The author optimized the volume ratio of three substrate materials according to the yield of potato microtubers, number of microtubers, weight of microtubers, and rate of large and medium-sized microtubers . The results showed that the volume ratio of mushroom residue, sand and perlite was optimized as follows: 45.60%∶30.02%∶24.38%; under this condition, high yield and good quality of potato microtubers obtained.

potato microtubers; breeding substrate; formula of substrate; simplex; lattice design

S532

:A

:1006-060X(2017)02-0018-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.002.005

2016-06-16

農業(yè)部馬鈴薯產業(yè)技術體系項目(CARS-10-P19)

王歡妍(1988-),女,湖南漣源市人,碩士研究生,研究方向:馬鈴薯栽培技術。

何長征

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