玉米新品種福單2號密度與肥料調(diào)控栽培模型研究

彭 明 ，王 軍 ，彭 云 ，彭德召 ，田 雨

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.永順縣旱糧研究所，湖南 永順 416700；3.湘西州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，湖南 吉首 416000）

福單2號是湖南永順縣旱糧研究所育成的大穗、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗玉米雜交種，該品種2008～2009年參加湖南省兩年玉米區(qū)域試驗(yàn)，產(chǎn)量均列小組第一位，分別比對照臨奧1號增產(chǎn)12.0%和12.6%，2010年通過湖南省農(nóng)作物品種審定。2009年參加國家西南區(qū)玉米區(qū)域試驗(yàn)，平均產(chǎn)量609.17 kg/667m2，比對照渝單8號增產(chǎn)10.66%，居小組第一位，2010年繼續(xù)參加國家西南區(qū)玉米區(qū)域試驗(yàn)并同步進(jìn)入生產(chǎn)試驗(yàn)。該品種豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性好，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

筆者根據(jù)該品種的生育特性和山區(qū)的氣候生態(tài)特點(diǎn)，選擇對玉米產(chǎn)量影響較大的密度和施肥量（N、P、K）等多因子進(jìn)行試驗(yàn)，采用4因子5水平正交回歸旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，利用計(jì)算機(jī)模擬尋優(yōu)技術(shù)，探索各因素對產(chǎn)量影響的主次關(guān)系，建立高產(chǎn)栽培數(shù)學(xué)模型，探索密肥調(diào)控措施對產(chǎn)量的影響，建立優(yōu)化栽培模式[1-4]，尋求該品種高產(chǎn)高效的密度及氮、磷、鉀合理配比的施肥優(yōu)化方案，為大面積推廣提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在永順縣旱科所高坪試驗(yàn)基地進(jìn)行，海拔538 m，前作玉米，冬閑。試驗(yàn)地土壤為壤土，地力均勻，中等肥力水平。

1.2 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)采用的玉米品種福單2號，施用的肥料名稱及養(yǎng)分含量為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O514%）、氯化鉀（含K2O 60%）。

1.3 試驗(yàn)方法

設(shè)36個處理，分為3個不完全隨機(jī)區(qū)組，以密度和氮、磷、鉀肥的施用量為栽培因子，選取密度（株/667m2）、純氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）kg/hm24個因子分別用 X1、X2、X3、X4進(jìn)行水平編碼。試驗(yàn)設(shè)36個小區(qū)，每小區(qū)面積16.65 m2（5 m×3.33 m），隨機(jī)排列，因素及水平編碼見表1。

表1 試驗(yàn)因素及水平編碼表

試驗(yàn)小區(qū)種5行，等行種植，用株距控制密度。四周設(shè)保護(hù)行。試驗(yàn)地施肥方式為氮素按基肥∶苗肥∶穗肥為 1∶1∶2，鉀素按基肥∶拔節(jié)肥為 2∶1，磷素全作基肥。其他栽培管理措施同當(dāng)?shù)卮筇镉衩咨a(chǎn)。2009年4月10日播種（直播），8月20日成熟收獲。

小區(qū)收中間3行計(jì)產(chǎn)換算成單位產(chǎn)量，取10株（穗）田間和室內(nèi)考種。參照4因子5水平二次旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 各因素與產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益間回歸模型

4因素5水平正交回歸旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣表及對應(yīng)的處理試驗(yàn)結(jié)果見表2。

對各因素與產(chǎn)量試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，并采用DPS分析軟件對產(chǎn)量結(jié)果進(jìn)行分析，得產(chǎn)量y與各因子間回歸方程：

對回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，F(xiàn)回歸=10.2，大于14，21 ）=2.1×10-6，說明回歸方程在α=0.01水準(zhǔn)上顯著，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與所采用的二次數(shù)學(xué)模型基本上是符合的，方程與實(shí)際情況擬合程度較好，試驗(yàn)中未控因子對回歸方程的擬合影響不大，可進(jìn)一步分析各因子對產(chǎn)量的影響，篩選優(yōu)化栽培方案。

回歸模型交互項(xiàng)達(dá)到0.10顯著水平的只有X2X3，其他交互項(xiàng)不顯著。

以下是α=0.10顯著水平剔除不顯著項(xiàng)后，簡化后的回歸方程：Y=9 020+211.7 X1+420 X2+138.3

表2 4因素5水平正交回歸旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣及試驗(yàn)結(jié)果

2.2 各因素對產(chǎn)量影響程度分析

采用降維法就各因素對產(chǎn)量的效應(yīng)進(jìn)行分析測定。即將其余各因素固定于零水平的，可導(dǎo)出某一因素變化與產(chǎn)量的關(guān)系，進(jìn)一步得出：

對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸分析可知，各因素編碼值每增減一個單位，單產(chǎn)變化順序?yàn)镹肥>密度>K肥>P肥，說明4個因素對玉米產(chǎn)量的影響效應(yīng)依次為施氮量、密度、施鉀量和施磷量。

從回歸子模型的二次項(xiàng)系數(shù)全部為負(fù)說明，密度、氮肥、磷肥、鉀肥各因子對玉米產(chǎn)量變化的影響呈開口向下拋物線關(guān)系，其產(chǎn)量結(jié)果有一極大值，可用：Y=a X2+b X+c（a＜0）的形式描述。

2.3 試驗(yàn)因子間交互效應(yīng)對產(chǎn)量的影響

2.4 高產(chǎn)模型優(yōu)化方案

從以上分析得知，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立的數(shù)學(xué)回歸模型，在－2≤Xi≤2范圍內(nèi)，各變量均取步長為1，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬試驗(yàn)與優(yōu)化選擇，利用計(jì)算機(jī)對回歸方程進(jìn)行極值分析和校正，結(jié)果可獲得最高理論產(chǎn)量的各個因素組合為X1（1）、X2（1）、X3（2）、X4（1）。此水平值換算得出福單2號獲得產(chǎn)量最高值=9 656.7 kg/hm2。即福單2號在本試驗(yàn)方案條件下獲得最高產(chǎn)量的栽培技術(shù)方案為密度51 000株/hm2、N 405 kg/hm2（尿素 880.4 kg/hm2）、P2O5180 kg/hm2（過磷酸鈣 1 285.7 kg/hm2）、K2O 315 kg/hm2（氯化鉀525 kg/hm2）。

在實(shí)際生產(chǎn)中，優(yōu)化的因素組合如固定在某一個具體取值時，操作較難，可行性不強(qiáng)。因此，只有在具有一定變化范圍內(nèi)可能獲得某一目標(biāo)產(chǎn)量的栽培技術(shù)措施組合，更具有實(shí)用價(jià)值。采用頻數(shù)分析法求得大于平均產(chǎn)量8 699.4 kg/hm2的組合方案有204個，其加權(quán)平均數(shù)分別是X1=0.691，X2=0.941，X3=0.392，X4=0.515；大于 8 699.4 kg/hm2目標(biāo)產(chǎn)量以上時X、X2、X3、X4各編碼因子編碼取值范圍（95%的 分 布 區(qū) 間） 分 別 為 ：0.553≤X1≤0.829，0.829≤X2≤1.053，0.208≤X3≤0.577，0.354≤X4≤0.675。

經(jīng)換算，目標(biāo)產(chǎn)量大于8 699.4 kg/hm2以上的優(yōu)化栽培方案是：在土壤肥力中等的基礎(chǔ)上，密度為48 318～49 974 株/hm2，N 施用量 381.9～412.2kg/hm2（尿素 830.2～896.1kg/hm2），P2O5施用量 99.4～116.0 kg/hm2（過磷酸鈣 710.0～828.6 kg/hm2），K2O 施用量247.2～280.9kg/hm2（氯化鉀412.0～468.2 kg/hm2）。

3 小結(jié)與討論

3.1 品種與主要栽培措施水平之間呈拋物線關(guān)系

本研究采用4因子5水平旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)方法建立了玉米新品種福單2號產(chǎn)量與密度及N、P、K施用量等主要栽培因素的回歸模型。試驗(yàn)研究結(jié)果說明，玉米新品種福單2號產(chǎn)量與密度、氮肥、磷肥、鉀肥各栽培因子關(guān)系呈開口向下拋物線關(guān)系，其產(chǎn)量結(jié)果有一極大值，可用Y=aX2+bX+c（a＜0）的形式描述。

3.2 褔單2號高產(chǎn)栽培的關(guān)鍵因子是氮肥和密度

在本試驗(yàn)條件下各主要栽培因素對產(chǎn)量的影響效應(yīng)依次為施氮量、密度、施鉀量、施磷量。說明在中等肥力條件下，影響該玉米品種產(chǎn)量的主要因素是氮肥的施用量和栽培密度。

3.3 褔單2號高產(chǎn)優(yōu)化組合方案

在土壤肥力中等的基礎(chǔ)上，獲得8 699.4 kg/hm2以上目標(biāo)產(chǎn)量優(yōu)化方案是密度為48 318～49 974株/hm2，施 N 381.9～412.2 kg/hm2（尿素 830.2～896.1 kg/hm2），施 P2O599.4～116.0 kg/hm2（過磷酸鈣710.0～828.6 kg/hm2），施 K2O 247.2～280.9 kg/hm2（氯化鉀412.0～468.2 kg/hm2）。因此，在高產(chǎn)栽培中合理密植、科學(xué)施肥有利于獲取較高產(chǎn)量。

不同地區(qū)、土壤及氣候條件有很大差異，應(yīng)根據(jù)不同玉米品種和當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件合理確定栽培措施方案，切忌盲目套用。

[1]丁希泉.農(nóng)業(yè)應(yīng)用回歸設(shè)計(jì)[M].沈陽：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1986.134-150.

[2]孫酉石，王淑英，王玉芝，等.回歸旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)方法在玉米模式化栽培研究中的應(yīng)用[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1989，（3）：10-12，18.

[3]彭 云，彭德召，汪開蓮，等.玉米新品種永科6號高產(chǎn)栽培模型研究[J].作物研究，2007（1）:16-18.

[4]黃文徹，王永華，潘中濤，等.雜交玉米“安單4號”高產(chǎn)栽培數(shù)學(xué)模型研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，（6）：46-48，72.

[5]唐啟義，馮明光.實(shí)用統(tǒng)計(jì)分析及其DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[M].北京：科學(xué)出版社，2002：159-163.