玉米新品種喜相伴99高產(chǎn)栽培數(shù)學(xué)模型及其應(yīng)用

梁慶平，簡(jiǎn) 峰，蒙 成，龐騁思，吳 地，韋明軍

（1.廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007；2.廣西農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校，廣西 南寧 530022）

玉米是我國(guó)第一大糧食作物［1］，常年播種面積約0.33億hm2。生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展是實(shí)現(xiàn)我國(guó)糧食安全的重要保證，是為發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)提供優(yōu)質(zhì)充足飼料的需要。玉米生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展必須有配套的高產(chǎn)栽培技術(shù)，多年的玉米生產(chǎn)實(shí)踐證明，在玉米品種、播種期、種植密度、施肥水平等影響玉米產(chǎn)量的因素中，除玉米品種的增產(chǎn)潛力外，種植密度、施肥水平是對(duì)玉米產(chǎn)量影響較大且容易控制的兩個(gè)重要因素。因此，提高玉米產(chǎn)量必須依靠玉米品種和配套栽培技術(shù)的共同進(jìn)步［2］。

喜相伴99是廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院和廣西綠豐種業(yè)有限責(zé)任公司共同育成的優(yōu)良玉米新品種，2014年6月通過(guò)廣西農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定［3］，目前在廣西桂南、桂中種植區(qū)深受廣大種植戶的歡迎。在栽培因素中，科學(xué)施肥的核心是肥料的種類、數(shù)量及合理搭配［4］。不同生態(tài)條件、不同品種以及不同季節(jié)，玉米的施肥量及搭配有很大差異。近20年來(lái)，在科學(xué)合理施肥方面取得了突飛猛進(jìn)的成績(jī)，獲得了大量的科學(xué)施肥有關(guān)模型和相關(guān)參數(shù)，應(yīng)用這些模型和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)配方施肥，取得了較好的增產(chǎn)效果［5］。基于此，本試驗(yàn)研究了玉米品種喜相伴99在播種期、種植密度、氮、磷、鉀肥等栽培因素及互作對(duì)其產(chǎn)量穩(wěn)定性的影響，以指導(dǎo)大面積推廣過(guò)程中種植戶根據(jù)喜相伴99需肥特性進(jìn)行科學(xué)施肥，從而獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015年春季在廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)實(shí)習(xí)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)地前茬為玉米，地力均勻、平坦、光照好、排灌方便，土壤pH值6.7，含有機(jī)質(zhì)2.01%、有效氮110 mg/kg、有效磷50 mg/kg、有效鉀 131 mg/kg。

供試玉米品種為喜相伴99，由廣西綠豐種業(yè)有限責(zé)任公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用五元二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，設(shè)播種期（X1）、種植密度（X2）、氮肥（N，X3）、磷肥（P2O5，X4）、鉀肥（K2O，X5）5個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)5個(gè)水平，共36個(gè)處理，每個(gè)處理種5行區(qū)，行長(zhǎng)5 m，行距0.7 m，小區(qū)面積17.5m2，隨機(jī)排列，不設(shè)重復(fù)（表1）。

表1 正交試驗(yàn)水平編碼值

播種前犁、耙碎、整平、土壤，播種時(shí)保證土壤水分，保證一次全苗。以總施肥量的20%尿素、全部磷肥、40%氯化鉀做底肥，播種時(shí)施放于兩穴玉米之間，距種子5 cm以上，以免燒種影響全苗及種植密度；玉米出苗3～4葉時(shí)間苗，5～6葉時(shí)定苗，結(jié)合中耕除草，施用總肥量的30%尿素、40%氯化鉀；在大喇叭口期，施用總量的50%尿素、20%氯化鉀作穗肥。試驗(yàn)處理因素之外的栽培措施一致，盡量減少人為誤差，確保試驗(yàn)準(zhǔn)確度和可靠性。收獲期各小區(qū)收獲中間3行，折算產(chǎn)量。

玉米成熟后，每個(gè)小區(qū)取樣20株分別測(cè)量株高和穗位高，調(diào)查田間病害；收獲中間3行測(cè)產(chǎn)，曬干后室內(nèi)考種，測(cè)定穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)及千粒重。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS 7.05系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并通過(guò)建立二次正交旋轉(zhuǎn)組合函數(shù)模型對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行擬合，依據(jù)不同方程擬合的決定系數(shù)選擇最適模型［6-7］。

2 結(jié)果與分析

2.1 回歸模型的建立與檢驗(yàn)

采用五元二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)（表2），對(duì)播種期（X1）、種植密度（X2）、氮（N，X3）、磷（P2O5，X4）、鉀（K2O，X5）正交試驗(yàn)進(jìn)行分析。結(jié)果（表2）表明，喜相伴99高產(chǎn)（7 500～9 750 kg/hm2）栽培方案為：3月4～11日播種，每公頃種植5.79萬(wàn)～6.15萬(wàn)株，施純N 128.25～207.75 kg、P2O567.05～108.15 kg、K2O 101.55～171.00 kg，N、P2O5、K2O 比例約 1∶0.5∶0.8。

根據(jù)表2中正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)矩陣，計(jì)算各回歸系數(shù)bij及相應(yīng)的顯著性檢驗(yàn)值tij，以播種期（X1）、種植密度（X2）、氮（N，X3）、磷（P2O5，X4）、鉀（K2O，X5）水平為自變量，玉米產(chǎn)量為依變量，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，建立喜相伴99高產(chǎn)栽培回歸方程：

表2 喜相伴99五元二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)果

2.2 方程回歸系數(shù)分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)運(yùn)算可得出方程的回歸系數(shù)（表3）。從表3可以看出，回歸F2＞F0.01，達(dá)到極顯著水平，失擬F1＜F0.01，沒有達(dá)到顯著水平，可見二次回歸方程內(nèi)相依關(guān)系和實(shí)用性能較可靠，與實(shí)際情況擬合良好，回歸方程有效。

表3 方程回歸系數(shù)分析

2.3 回歸模型效應(yīng)分析

由于對(duì)平方項(xiàng)進(jìn)行了中心化變換，滿足了試驗(yàn)的正交性，數(shù)學(xué)模型各項(xiàng)偏回歸系數(shù)相互獨(dú)立，可采用“降維法”，即固定兩個(gè)自變量為零水平，導(dǎo)出另一個(gè)自變量的回歸解析子模型：

根據(jù)子模型可計(jì)算-2、-1、0、1、2水平相應(yīng)的理論產(chǎn)量（表4）。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，播種期以2月28日至3月5日左右產(chǎn)量較為理想，遲播導(dǎo)致產(chǎn)量相應(yīng)降低；施純N 217.5 kg/hm2的產(chǎn)量最高，而以172.5 kg/hm2的經(jīng)濟(jì)效益較好，施N量過(guò)高或偏低都不利于提高產(chǎn)量；種植密度以5.7萬(wàn)株/hm2利于高產(chǎn)；增施P、K肥能提高產(chǎn)量，而施P2O5131.25 kg/hm2、K2O 210.0 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量最高。

表4 理論產(chǎn)量主效應(yīng)分析結(jié)果（kg/hm2）

2.4 高產(chǎn)農(nóng)藝措施的計(jì)算機(jī)模擬尋優(yōu)

以喜相伴99玉米產(chǎn)量回歸方程為基礎(chǔ)，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)取步長(zhǎng)1，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行尋優(yōu)，得到3 125套栽培組合方案及其相應(yīng)的產(chǎn)量和利潤(rùn)，其中最高產(chǎn)為9 748.35（±317.70）kg/hm2，相應(yīng)栽培方案為：2月28日播種，每公頃種植5.1萬(wàn)株，施純N 172.5 kg、P2O5131.25 kg、K2O 174.0 kg，但這最高產(chǎn)量很不穩(wěn)定，因此需進(jìn)行最優(yōu)選擇。對(duì)3 125套方案進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到產(chǎn)量區(qū)域內(nèi)的頻率分布，產(chǎn)量7 500～9 750 kg/hm2出現(xiàn)的頻率達(dá)88.2%，這是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)范圍。

為了適應(yīng)不同栽培水平和實(shí)際需要，保證方案在生產(chǎn)上的可行性，對(duì)穩(wěn)產(chǎn)范圍再經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分段尋優(yōu)，分為高（9 000～9 750 kg/hm2）、中（8 250～9 000 kg/hm2）、低（7 500～8 250 kg/hm2）3段不同產(chǎn)量水平尋優(yōu)，并經(jīng)檢驗(yàn)校核，得到這3個(gè)產(chǎn)量范圍的最佳栽培組合方案及其產(chǎn)量和利潤(rùn)（表5）。

表5 高、中、低產(chǎn)最佳栽培組合方案

3 結(jié)論與討論

本研究通過(guò)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析，建立了喜相伴99高產(chǎn)栽培數(shù)學(xué)模型，分析了試驗(yàn)處理因素對(duì)產(chǎn)量的影響，表明播種期、施N量、施P2O5量、種植密度、施K2O量等與玉米產(chǎn)量回歸相關(guān)顯著，找到了不同栽培產(chǎn)量水平的優(yōu)化栽培方案，為指導(dǎo)大面積生產(chǎn)提供理論依據(jù)。喜相伴99需要達(dá)到7 500～9 750 kg/hm2高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)最優(yōu)栽培方案為：3月4～11日播種，每公頃種植5.18萬(wàn)～5.79萬(wàn)株，施肥量為純N 128.25～207.75 kg、P2O567.05～108.15 kg、K2O 101.55～171.00 kg，N、P2O5、K2O 比例約為 1∶0.5∶0.8。

本研究建立的喜相伴99產(chǎn)量與播種期、種植密度、氮、磷、鉀施肥量等農(nóng)藝措施之間的二次回歸方程對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)擬合程度較好，影響產(chǎn)量的主要因子均已考慮；經(jīng)顯著性檢驗(yàn)，本研究建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)結(jié)果有較好的擬合性，復(fù)決定系數(shù)達(dá)極顯著水平，說(shuō)明主要影響因子控制較好，各試驗(yàn)因子與產(chǎn)量關(guān)系密切，該模型對(duì)玉米生產(chǎn)具有實(shí)際指導(dǎo)作用

本試驗(yàn)結(jié)果表明，玉米雜交種喜相伴99在廣西2月28日至3月20日之間播種后都能正常成熟，但以3月4～11日左右播種的產(chǎn)量較為理想。玉米適期播種能充分利用光熱水分等自然資源，有利于玉米生長(zhǎng)過(guò)程中的干物質(zhì)積累，從而獲得較高產(chǎn)量，過(guò)早或過(guò)晚播種易使玉米受倒春寒或光照不足等不良天氣影響，植株生長(zhǎng)發(fā)育易受抑制，各項(xiàng)生理指標(biāo)得不到最大發(fā)揮，從而影響產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，這與湯金濤等［8］的研究結(jié)果一致。張勝等［9］研究也認(rèn)為早播籽粒百粒重、淀粉、脂肪含量顯著高于晚播。

本試驗(yàn)結(jié)果還表明，喜相伴99種植密度以5.7萬(wàn)株/hm2利于高產(chǎn)。種植密度過(guò)低，群體容量不足，總有效穗數(shù)減少；而隨著種植密度變大，密度對(duì)產(chǎn)量的負(fù)效應(yīng)也增大，且高于其他影響因素，導(dǎo)致田間濕度增大，下部葉片蔭蔽易感紋枯病，且易倒伏，造成減產(chǎn)。鄒興全等［10］研究表明，特定的雜交玉米種有最佳的種植密度，才能發(fā)揮品種自身的最大增產(chǎn)潛力。玉米是喜肥作物，選用耐密品種、高效施肥、優(yōu)化灌溉模式等措施有利于提高玉米單產(chǎn)［11］。

玉米產(chǎn)量是綜合因素共同作用的結(jié)果，對(duì)農(nóng)藝措施播種期、種植密度、氮、磷、鉀施肥量的互作效應(yīng)進(jìn)行分析結(jié)果表明，只有在適時(shí)早播條件下，適當(dāng)增施氮肥才能增產(chǎn)；遲播情況下，增施磷肥也未必增產(chǎn)；在高密度情況下，增施K2O增產(chǎn)效果不明顯。謝業(yè)春等［12］研究指出，密度和氮肥施用水平對(duì)玉米產(chǎn)量的影響極顯著，磷肥施用水平顯著影響鉀肥效應(yīng)，因此在推廣應(yīng)用中應(yīng)注意增施鉀肥，控制種植密度和磷肥用量，保持適宜氮肥用量，以獲得高產(chǎn)。

本研究以產(chǎn)量回歸方程為基礎(chǔ)，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行尋優(yōu)，結(jié)果表明喜相伴99最高產(chǎn)為9 748.35（±317.70）kg/hm2，其相應(yīng)栽培方案為：2月28日播種，每公頃種植5.1萬(wàn)株，施純 N 172.5 kg、P2O5131.25 kg、K2O 174.0 kg，但這極高產(chǎn)量很不穩(wěn)定，頻率分布結(jié)果表明每公頃產(chǎn)量在7 500～9 750 kg之間才是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)范圍。前人通過(guò)用回歸方程計(jì)算機(jī)進(jìn)行尋優(yōu)，也得到了相應(yīng)玉米雜交種的最佳栽培方案，為品種的大面積推廣提供參考［13-15］。

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