基于线性回归分析模型的藏药波棱瓜子产量预测及其影响因子解析△

冯欣，登巴达吉，孔四新，2，李海奎，Shuya K.，仲格嘉*

1.中国藏学研究中心 藏医药研究所，北京 100094；2.世纪神农(北京)国际生物技术有限公司，北京 100073；3.中国林业科学研究院 资源信息研究所，北京 100091；4.加利福尼亚大学，美国 圣克鲁兹 CA 95064

波棱瓜Herpetospermumpedunculosum(Ser.) Baill.，又名塞季美朵、塞美塞古、色吉美朵，属葫芦科波棱瓜属一年生攀援藤本植物，是藏药材常用品种，在西藏主要分布于藏东南地区海拔2300～3500 m的山坡及林缘地带，以种子入药[1-3]；味苦，临床用于清热解毒、护肝，治黄疸性传染性肝炎、消化不良等[1-4]。新近研究证实，其治疗肝炎、肝纤维化的作用机制包括调节TGF-β信号通路[4]和改善能量代谢、双向调节支链氨基酸等[5]。近年来，波棱瓜子市场需求剧增，受掠夺式采收等人为因素影响，野生资源日显不足，亟需进一步发展人工栽培。波棱瓜为雌雄异株，雌雄比严重失调；花果期较长，种子成熟期不一致，造成种子质量不均一、发芽和出苗不整齐，从而影响其产量和质量，严重制约波棱瓜产业发展。

本研究通过在西藏自治区林芝市设立定点试验小区，开展波棱瓜的人工栽培技术试验，在取得波棱瓜种子产量与相对应技术措施对应数据的基础上，运用数量化理论Ⅰ方法对定性因子量化分析，建立波棱瓜子产量(Y)与相关技术措施(催芽方法、播期、雌雄比、密度、施肥、疏花打顶)关系的回归模型，探讨多因子条件下筛选影响波棱瓜子产量的关键因子，减少波棱瓜人工栽培试验的工作量，为波棱瓜产量预测及生产调控提供科学依据。

1 材料

以中国藏学研究中心从西藏采集的波棱瓜种子为试验材料。经中国医学科学院药用植物研究所鉴定，为葫芦科植物波棱瓜Herpetospermumpedunculosum(Ser.) Baill.的种子。

2 方法

2.1 试验设计

2.1.1 试验地点 试验地设在西藏林芝市八一镇核桃村，尼洋河畔，中国藏学研究中心藏药研究基地。位于29°50′N，93°25′E，海拔2900 m。年降雨量650 mm，年均气温8.7 ℃，年均日照2 022.2 h，无霜期180 d，属于温暖半湿润气候。试验小区选择在地势高岗、沙质土壤的向阳地块，土壤pH 6.5。

2.1.2 试验区整地与小区设置 试验地每667 m2施腐熟有机肥2500 kg做底肥，对种植地翻耕30 cm、平整，整理为0.8 m宽的高畦，沟宽0.3 m。播种前灌透水，畦面表层10 cm土壤相对湿度达70% 时播种。播种方法：穴播，每穴播7粒种子，覆土2～3 cm，轻压。点穴距离距高垄边缘为0.25 m，沟宽0.3 m。畦面覆盖地膜。每畦中，每6 m间隔1 m作为小区间的隔离带，每2畦并列为1个处理小区。分别设不同催芽方法、不同播期、不同密度、不同施肥方案种植小区。每个小区12 m2(2 m×6 m)，小区间的隔离带为1 m。随机排列，共73个小区。

催芽方法包括：直播；45 ℃温水浸种48 h；青霉素200 mg·L-1浸种；赤霉素200 mg·L-1浸种；ABT生根粉6号200 mg·L-1浸种。浸种12 h后，自来水冲洗2次。播期：2016年4月13日、5月10日、6月10日。密度：分别按穴距35 cm×70 cm和50 cm×70 cm进行穴播，折合密度为40 816穴/hm2和28 571穴/hm2。施肥方案共3种，分别为：对照组常规施用复合肥(N∶P∶K=18∶12∶5，总质量分数35%)45 g·m-2、EM益生菌肥叶面喷施、追施磷肥(过磷酸钙，P2O5质量分数12%)45 g·m-2。

2.2 采收和产量测定

按小区分别于7—10月份果实成熟期(以果实开始变黄褐色、裂口为标准)陆续采收果实，自然阴干脱粒、净化后分别测定产量。

2.3 数据

本研究共73组数据，观测总数n=73。获得种子产量与相应技术措施(播期、催芽方法、雌雄比、密度、施肥方案、农艺措施)间变化数据。

其中Y为波棱瓜种子产量，kg·hm-2；X1为播期，4月、5月、6月分别赋值为1、 2、3；X2为催芽方法，直播赋值为0，温水浸种赋值为1，青霉素浸种赋值为2，赤霉素浸种赋值为3，ABT生根粉6号浸种赋值为4；X3为密度，设定为：40 816穴/hm2，28 571穴/hm2；X4为施肥方案，常规施肥赋值为0，EM益生菌肥赋值为1，追施磷肥赋值为2；X5为农艺措施，常规赋值为0；疏花打顶赋值为1；X6为雌株比例(%)，阈值15～50。

2.4 计算分析方法

采用数量化方法Ⅰ进行计算分析。数量化方法Ⅰ属于一般线性模型，既可以处理定性因子，也可以处理定量因子，通过F检验来筛选对因变量有显著性影响的因子，建立因变量对自变量回归模型[6-8]。

3 结果与分析

3.1 波棱瓜子产量预测数学模型建立

3.1.1 波棱瓜子产量与相应因子变化汇总及定性因子数量化

根据实测数据和试验设计，将各因子按数量化方法Ⅰ进行数据转换。

表1 波棱瓜子产量各对应因子水平量化赋值

3.1.2 显著性因子筛选

1)方差分析

方差分析结果见表2。

表2 波棱瓜子产量多因子方差分析

注：R2=0.924 9(调整R2=0.911 4)。

2)剔出截距、X2(催芽方法)、X3(密度)和X5(农艺措施)等对产量影响不显著的因子，进一步方差分析见表3。

表3 波棱瓜子产量筛选因子方差分析

注：R2=0.917 3(调整R2=0.911 1)。

由此表明：对波棱瓜子产量有显著性影响的因子主要有播期(X1)、施肥(X4)和雌株比例(X6)，此3个因子对产量差异的解释(拟合度)达到0.917 3。

3)确定波棱瓜子产量预测模型(解集)

以上分析表明，经多因子筛选，确定影响(Y)的贡献值最大的关键因子分别为：播期(X1)、施肥(X4)和雌株比例(X6)。

由此建立的预测拟合模型(解集)为：

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

按上述预测模型推算，西藏林芝地区海拔2900 m左右的沙质壤土大田种植波棱瓜，在X1=2，X4=1的条件下，X6值越高，产量(Y)值越大。即选择5月播期，花果期施用EM益生菌肥，雌株比例(15%～50%)越大，波棱瓜子产量越高，当雌株比例达到50%时，波棱瓜子产量最高，可达1 380.17 kg·hm-2。

4 讨论与结论

本研究通过运用线性回归分析模型(数量化理论Ⅰ方法)将定性因子赋值，实现量化分析，建立产量(Y)与各栽培技术措施(催芽方法、播期、雌株比、密度、施肥、农艺措施)间的关系模型，并筛选出影响波棱瓜子产量的关键因子，提出了基于数量化Ⅰ理论的波棱瓜子产量预测模型的建模方法。

数量化理论Ⅰ最早由日本的林知己夫提出，其核心是将定性因子引入统计分析研究，通过实现1个或多个定性指标进行数据定量转换，建立要素间的回归数学模型[6-8]，解决相应技术问题。近年来，数量化理论Ⅰ在生物学相关领域的定性因子研究方面得以应用，通过生物数学模型的建立，使得基于多因子的筛选更为效率、科学，减少试验工作量。波棱瓜子产量受多项栽培因子影响，利用数量化理论Ⅰ的方法，经对多因子回归分析，可以筛选出均达显著水平的关键性栽培因子。应用该方法，本研究获得对波棱瓜子产量贡献值最大关键栽培因子依次为：雌株比例(X6)、播期(X1)和施肥(X4)，为波棱瓜中药材生产质量管理规范(GAP)栽培技术要点的确定提供了科学依据。对于在生长管理过程中的限制性措施应在种植时充分考虑，特别是雌雄比的调控。

本研究建立的波棱瓜产量预测模型，可对波棱瓜因技术措施变化带来的产量变化实现科学预测和评估。应用该模型，还可对生产调控的关键技术措施进一步筛选，如：优化提高雌株比例的技术方案、EM菌肥使用量和喷施技术，明确于波棱瓜标准生产规程中，为波棱瓜高效生产体系的建立提供依据。