黔江烟区云烟87物质累积模型构建

摘要 以重庆市黔江烟区云烟87为研究对象，选取6个试验点，预设6个时间点定期采集样品，基于S型Logistic曲线构建其物质累积模型。结果表明，云烟87自移栽36 d内生长较为缓慢，36 ～ 53 d生长发育迅速，73 d逐渐趋于稳定。云烟87的物质累积整体呈现“慢-快-慢”特征，该研究为进一步完善烟草生长发育模型提供了理论支持。

关键词 云烟87；烟草；物质累积；模型；生长发育

中图分类号 S-058 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2023）19-0209-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.19.047

Construction of Matter Accumulation Model of Yunyan 87 in Qianjiang Tobacco Area

ZHANG Xue-jie， WANG Ping， WANG Hui et al

（Qianjiang Branch of Chongqing Tobacco Company， Chongqing 409000）

Abstract Taking Yunyan 87 in Qianjiang tobacco area of Chongqing as the research material， we selected 6 locations， preset time points to collect samples regularly， and constructed its matter accumulation model based on S-type logistic curve. The results showed that Yunyan 87 grew slowly within 36 days after transplanting， but grew rapidly from 36 to 53 days， and gradually stabilized after 73 days. The matter accumulation of Yunyan 87 showed the characteristics of ‘slow-fast-slow’， which was useful for further improving the tobacco growth and development model.

Key words Yunyan 87;Tobacco;Matter accumulation;Model;Growth and development

烟草生长模型是智慧烟草生长决策的基础［1］。鉴于烟草生长发育属于复杂系统工程，在研究过程中，往往先从简单模型入手。例如，熊淑萍［2］构建了烟草生长发育动态模拟模型系统（Tobacco-DSMS），可以有效预测生育期和叶龄；马新明等［3］构建了烟草根系形态发育模型，可以预测根系数量、长度、根长指数和根长密度等指标，开展了可视化研究［4-5］；孙延国等［6］基于Richards生长曲线分别构建了K326、NC89、云烟85、红花大金元的叶片发生模型，能够较好预测叶数、叶片大小及生长速率等指标；为快速评估烟草生长状态，王辉等［7］利用主成分分析及神经网络方法构建了烟草光合-蒸腾速率日变化估算模型；胡雪琼等［8］将WOFOST（world food studies）模型延伸至云南烤烟的生长模拟，并进行了初步验证。

虽然科研人员已从多个角度解析了烟草生长模型，但关于烟株物质累积的模型较少。鉴于此，笔者以重庆市黔江烟区云烟87为研究对象，选取6个试验点，预设6个时间点定期采集样品，基于S型Logistic曲线构建其物质累积模型。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

重庆市属中亚热带湿润季风气候，年平均气温16～18 ℃，夏季年均温26～29 ℃，冬季年均温4～8 ℃，年均降水1 000～1 350 mm，集中在5—9月，占全年总降水的70%左右，春季连阴雨天气居多，太阳辐射弱，年日照时数1 000～1 400 h，但日照百分率仅25%～35%，属年日照少地区。重庆市下辖26个区12个县，其中黔江区具有较强代表性。

1.2 试验材料

试验以烤烟品种云烟87为研究对象。

1.3 试验方法 在黔江烟区邻鄂镇和阿蓬江镇各选3个试验点，详情见表1。试验材料于2021年4月28日完成移栽，之后取样6次，详情见表2。取样后获取烟株的鲜重与干重，计算鲜干比以及含水率。参考烟株的鲜重与干重的累计趋势，构建云烟87在黔江区的田间生长累积曲线，构建其累计模型。

从田间取样后，使用美工刀分割烟株根、茎、叶，使用电子秤（分辨率千分之一克，量程5 kg）分别测量其鲜重，之后再将其进一步切分为小片样品，放入电烘箱中，100 ℃杀青20 min，65 ℃持续24 h烘干样品，分别记录干重，并将样品分装入密封袋备用。

1.4 模型构建 使用Matlab R2021b中的fitnlm（）函数匹配曲线参数。

2 结果与分析

2.1 烟株生长发育趋势

烟苗从烟苗移栽到烟叶采收大致需经历5个时期：还苗期、团棵期、旺长期、现蕾期及成熟期。其中，还苗期至旺长期烟株生长发育较为缓慢，从旺长期开始到现蕾期则发育迅速，成熟期趋于稳定，烟株的物质积累趋势整体呈S型Logistic曲线［10-12］（图1），其公式为：y～b1+b2/（1+b3×exp（b4×t）），其中b1～b4为曲线参数，决定了曲线形态；t为移栽后天数，决定了曲线的延伸程度。

2.2 云烟87物质累积指标变化趋势

2021年在黔江烟区试验点于特定日期取样，分别测量烟株的鲜重、干重、鲜干比及含水率。结果表明，不同试验点的烟株鲜重、干重、鲜干比、含水率等指标变化趋势基本一致。①烟株鲜重于移栽后36 d内增长缓慢，从36 d开始鲜重快速增加，73 d鲜重逐渐趋于稳定；干重变化趋势与鲜重基本一致。②烟株鲜干比在移栽后1～22 d时为8～11；36 d迅速升高，为17～22； 53 d略有下降，为12～16；73 d又迅速升高至28 ～ 33，鲜干比整体呈现“升-降-升”趋势。③烟株含水率于移栽后1～22 d维持在88%～91%，36 d降至77%～82%， 53 d略有上升，73 d降至66%～71%。

2.3 云烟87物质累积模型构建

云烟87物质累积可分为鲜物质累积和干物质累积，两者累积趋势均为S型Logistic曲线，因此在构建云烟87物质累积曲线时，只需匹配b1～b4参数即可。

由于不同发育时期的鲜干比与含水率不同，因此鲜物质累积曲线与干物质累积曲线存在一定差别，只需匹配b1～b4参数即可。在构建模型过程中，如果模型仅用1个公式表示，累积曲线拟合R2约为0.90。从整体看，移栽后36 d内曲线拟合度较差，36 d后曲线拟合度较好。鉴于此，将累积模型分成2个阶段：1～36 和 36～73 d。单一试验点的第1、2阶段曲线R2值均达到0.99；而6个试验点的第1、2阶段曲线R2值分别提升至0.99和0.95。

2.3.1 鲜物质累积模型。

鲜物质累积模型能够预测特定时间点田间新鲜烟株的总重量（fresh matter weight， FW）。参考S型Logistic曲线公式（y～b1+b2/（1+b3×exp（b4×t））），使用Matlab fitnlm（）函数匹配不同试验点的曲线b1～b4参数（表3）。

对6个试验点的鲜重指标求平均值，并匹配b1～b4参数，获得黔江区云烟87烟株鲜物质累积模型：

第1阶段（t≤36 d），FW1= 4.448+159.14/（1+283.71×exp（-0.256 98×x））。

第2阶段（t>36 d），FW2= 81.681+1941.5/（1+172 030×exp（-0.246 61×x））。

2.3.2 干物质累积模型。

干物质累积模型能够预测特定时间点烟株烘干后的总重量（dry matter weight， DW）。先匹配不同试验点的干物质累积曲线的b1～b4参数（表3）。

对6个试验点的干重指标求平均值，并匹配b1～b4参数，获得黔江区云烟87烟株干物质累积模型：

第1阶段（t≤36 d），DW1=0.276 43+38.747/（1+287.5×exp（-0.197 86×x））。

第2阶段（t>36 d），DW2=4.381 7+716/（1+3 523.1×exp（-0.137 25×x））。

2.4 云烟87物质累积曲线拟合验证

将6个试验点的鲜重数据与累积曲线进行拟合，结果表明第1阶段模型R2值为0.99；第2阶段模型R2值为0.96（图3）；

将6个试验点的干重数据与累积曲线进行拟合，结果表明第1阶段模型R2值为0.99；第2阶段模型R2值为0.98（图4）。

3 小结

云烟87是国内种植面积最大的烤烟品种。该研究以重庆市黔江区为例，构建了云烟87烟株鲜物质及干物质的累积模型。根据云烟87的生长特点，将鲜物质累积及干物质累积模型均分解为2个阶段，即1～36 和36～73 d，结果表明，模型R2值高于0.96。虽然该模型仅考虑时间序列1个因素，但模型R2值依然很高，有望应用于实际生产中。

参考文献

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［3］ 马新明，杨娟，熊淑萍，等.烟草根系形态发育模拟模型［J］.中国农业科学，2005，38（12）：2421-2427.

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基金项目 重庆市烟草专卖局（公司）科技计划项目（B20211NY1309）。

作者简介 张学杰（1984—），男，河南周口人，助理农艺师，硕士，从事烟草栽培研究。*通信作者，工程师，从事烟草栽培研究。

收稿日期 2022-09-30；修回日期 2022-11-02