基于線性回歸分析模型的藏藥波棱瓜子產量預測及其影響因子解析△

馮欣，登巴達吉，孔四新，2，李海奎，Shuya K.，仲格嘉*

1.中國藏學研究中心 藏醫藥研究所，北京 100094；2.世紀神農(北京)國際生物技術有限公司，北京 100073；3.中國林業科學研究院 資源信息研究所，北京 100091；4.加利福尼亞大學，美國 圣克魯茲 CA 95064

波棱瓜Herpetospermumpedunculosum(Ser.) Baill.，又名塞季美朵、塞美塞古、色吉美朵，屬葫蘆科波棱瓜屬一年生攀援藤本植物，是藏藥材常用品種，在西藏主要分布于藏東南地區海拔2300～3500 m的山坡及林緣地帶，以種子入藥[1-3]；味苦，臨床用于清熱解毒、護肝，治黃疸性傳染性肝炎、消化不良等[1-4]。新近研究證實，其治療肝炎、肝纖維化的作用機制包括調節TGF-β信號通路[4]和改善能量代謝、雙向調節支鏈氨基酸等[5]。近年來，波棱瓜子市場需求劇增，受掠奪式采收等人為因素影響，野生資源日顯不足，亟需進一步發展人工栽培。波棱瓜為雌雄異株，雌雄比嚴重失調；花果期較長，種子成熟期不一致，造成種子質量不均一、發芽和出苗不整齊，從而影響其產量和質量，嚴重制約波棱瓜產業發展。

本研究通過在西藏自治區林芝市設立定點試驗小區，開展波棱瓜的人工栽培技術試驗，在取得波棱瓜種子產量與相對應技術措施對應數據的基礎上，運用數量化理論Ⅰ方法對定性因子量化分析，建立波棱瓜子產量(Y)與相關技術措施(催芽方法、播期、雌雄比、密度、施肥、疏花打頂)關系的回歸模型，探討多因子條件下篩選影響波棱瓜子產量的關鍵因子，減少波棱瓜人工栽培試驗的工作量，為波棱瓜產量預測及生產調控提供科學依據。

1 材料

以中國藏學研究中心從西藏采集的波棱瓜種子為試驗材料。經中國醫學科學院藥用植物研究所鑒定，為葫蘆科植物波棱瓜Herpetospermumpedunculosum(Ser.) Baill.的種子。

2 方法

2.1 試驗設計

2.1.1 試驗地點 試驗地設在西藏林芝市八一鎮核桃村，尼洋河畔，中國藏學研究中心藏藥研究基地。位于29°50′N，93°25′E，海拔2900 m。年降雨量650 mm，年均氣溫8.7 ℃，年均日照2 022.2 h，無霜期180 d，屬于溫暖半濕潤氣候。試驗小區選擇在地勢高崗、沙質土壤的向陽地塊，土壤pH 6.5。

2.1.2 試驗區整地與小區設置 試驗地每667 m2施腐熟有機肥2500 kg做底肥，對種植地翻耕30 cm、平整，整理為0.8 m寬的高畦，溝寬0.3 m。播種前灌透水，畦面表層10 cm土壤相對濕度達70% 時播種。播種方法：穴播，每穴播7粒種子，覆土2～3 cm，輕壓。點穴距離距高壟邊緣為0.25 m，溝寬0.3 m。畦面覆蓋地膜。每畦中，每6 m間隔1 m作為小區間的隔離帶，每2畦并列為1個處理小區。分別設不同催芽方法、不同播期、不同密度、不同施肥方案種植小區。每個小區12 m2(2 m×6 m)，小區間的隔離帶為1 m。隨機排列，共73個小區。

催芽方法包括：直播；45 ℃溫水浸種48 h；青霉素200 mg·L-1浸種；赤霉素200 mg·L-1浸種；ABT生根粉6號200 mg·L-1浸種。浸種12 h后，自來水沖洗2次。播期：2016年4月13日、5月10日、6月10日。密度：分別按穴距35 cm×70 cm和50 cm×70 cm進行穴播，折合密度為40 816穴/hm2和28 571穴/hm2。施肥方案共3種，分別為：對照組常規施用復合肥(N∶P∶K=18∶12∶5，總質量分數35%)45 g·m-2、EM益生菌肥葉面噴施、追施磷肥(過磷酸鈣，P2O5質量分數12%)45 g·m-2。

2.2 采收和產量測定

按小區分別于7—10月份果實成熟期(以果實開始變黃褐色、裂口為標準)陸續采收果實，自然陰干脫粒、凈化后分別測定產量。

2.3 數據

本研究共73組數據，觀測總數n=73。獲得種子產量與相應技術措施(播期、催芽方法、雌雄比、密度、施肥方案、農藝措施)間變化數據。

其中Y為波棱瓜種子產量，kg·hm-2；X1為播期，4月、5月、6月分別賦值為1、 2、3；X2為催芽方法，直播賦值為0，溫水浸種賦值為1，青霉素浸種賦值為2，赤霉素浸種賦值為3，ABT生根粉6號浸種賦值為4；X3為密度，設定為：40 816穴/hm2，28 571穴/hm2；X4為施肥方案，常規施肥賦值為0，EM益生菌肥賦值為1，追施磷肥賦值為2；X5為農藝措施，常規賦值為0；疏花打頂賦值為1；X6為雌株比例(%)，閾值15～50。

2.4 計算分析方法

采用數量化方法Ⅰ進行計算分析。數量化方法Ⅰ屬于一般線性模型，既可以處理定性因子，也可以處理定量因子，通過F檢驗來篩選對因變量有顯著性影響的因子，建立因變量對自變量回歸模型[6-8]。

3 結果與分析

3.1 波棱瓜子產量預測數學模型建立

3.1.1 波棱瓜子產量與相應因子變化匯總及定性因子數量化

根據實測數據和試驗設計，將各因子按數量化方法Ⅰ進行數據轉換。

表1 波棱瓜子產量各對應因子水平量化賦值

3.1.2 顯著性因子篩選

1)方差分析

方差分析結果見表2。

表2 波棱瓜子產量多因子方差分析

注：R2=0.924 9(調整R2=0.911 4)。

2)剔出截距、X2(催芽方法)、X3(密度)和X5(農藝措施)等對產量影響不顯著的因子，進一步方差分析見表3。

表3 波棱瓜子產量篩選因子方差分析

注：R2=0.917 3(調整R2=0.911 1)。

由此表明：對波棱瓜子產量有顯著性影響的因子主要有播期(X1)、施肥(X4)和雌株比例(X6)，此3個因子對產量差異的解釋(擬合度)達到0.917 3。

3)確定波棱瓜子產量預測模型(解集)

以上分析表明，經多因子篩選，確定影響(Y)的貢獻值最大的關鍵因子分別為：播期(X1)、施肥(X4)和雌株比例(X6)。

由此建立的預測擬合模型(解集)為：

Y=X1([X1=1]=226.0；[X1=2]=311.83；[X1=3]=-207.13)+X4([X4=0]=-189.33；[X4=1]=41.84；[X4=2]=0)+20.53X6

3.2 模型分析

按上述預測模型推算，西藏林芝地區海拔2900 m左右的沙質壤土大田種植波棱瓜，在X1=2，X4=1的條件下，X6值越高，產量(Y)值越大。即選擇5月播期，花果期施用EM益生菌肥，雌株比例(15%～50%)越大，波棱瓜子產量越高，當雌株比例達到50%時，波棱瓜子產量最高，可達1 380.17 kg·hm-2。

4 討論與結論

本研究通過運用線性回歸分析模型(數量化理論Ⅰ方法)將定性因子賦值，實現量化分析，建立產量(Y)與各栽培技術措施(催芽方法、播期、雌株比、密度、施肥、農藝措施)間的關系模型，并篩選出影響波棱瓜子產量的關鍵因子，提出了基于數量化Ⅰ理論的波棱瓜子產量預測模型的建模方法。

數量化理論Ⅰ最早由日本的林知己夫提出，其核心是將定性因子引入統計分析研究，通過實現1個或多個定性指標進行數據定量轉換，建立要素間的回歸數學模型[6-8]，解決相應技術問題。近年來，數量化理論Ⅰ在生物學相關領域的定性因子研究方面得以應用，通過生物數學模型的建立，使得基于多因子的篩選更為效率、科學，減少試驗工作量。波棱瓜子產量受多項栽培因子影響，利用數量化理論Ⅰ的方法，經對多因子回歸分析，可以篩選出均達顯著水平的關鍵性栽培因子。應用該方法，本研究獲得對波棱瓜子產量貢獻值最大關鍵栽培因子依次為：雌株比例(X6)、播期(X1)和施肥(X4)，為波棱瓜中藥材生產質量管理規范(GAP)栽培技術要點的確定提供了科學依據。對于在生長管理過程中的限制性措施應在種植時充分考慮，特別是雌雄比的調控。

本研究建立的波棱瓜產量預測模型，可對波棱瓜因技術措施變化帶來的產量變化實現科學預測和評估。應用該模型，還可對生產調控的關鍵技術措施進一步篩選，如：優化提高雌株比例的技術方案、EM菌肥使用量和噴施技術，明確于波棱瓜標準生產規程中，為波棱瓜高效生產體系的建立提供依據。