重慶丘陵地區(qū)青貯玉米高產(chǎn)栽培密肥效應(yīng)

蔣志成, 田紅琳, 馮定明, 劉水泉, 張光列，龐家文, 李清虎, 周茂林

(1.重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 重慶 401329； 2.重慶市酉陽(yáng)縣農(nóng)技站， 重慶 酉陽(yáng) 409899；3.重慶市彭水縣農(nóng)技推廣站， 重慶 彭水 409699； 4.重慶市合川區(qū)農(nóng)技站， 重慶 合川 401520)

重慶是多山丘陵地區(qū)，雖然水熱條件較好、草地資源豐富，但由于自然地理地貌條件和氣候的限制，可利用的飼草飼料資源明顯不足，飼草四季不能均衡供應(yīng)。隨著重慶市養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，飼料需求急劇增加，尤其是草飼牲畜如奶牛、肉牛和羊等大型耗料牲畜的越冬草料嚴(yán)重依賴外調(diào)[1-2]。為了緩解飼料短缺的矛盾，培育適宜重慶復(fù)雜氣候及地貌的新型牧草品種，從玉米這一高生物產(chǎn)量作物尋找突破口，選育專用青貯玉米成為玉米育種的主攻方向之一[3]；同時(shí)相應(yīng)的高產(chǎn)高效配套栽培措施也需及時(shí)跟進(jìn)。本文以種植密度、氮磷鉀的施用量為主要因子，采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)分析各因子的作用及最佳配比，以期為種植戶生產(chǎn)提供指導(dǎo)[4-6]。

1 材料和方法

1.1 供試品種

試驗(yàn)品種為重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院育成的青貯玉米品種渝青玉3號(hào)，該品種屬中晚熟雜交青貯玉米，株型半緊湊，植株高大濃綠、葉片持綠期較長(zhǎng)，2010年通過(guò)重慶市農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，適宜重慶市淺丘和中高山地區(qū)作專用青貯玉米品種種植。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2019年在重慶市銅梁、酉陽(yáng)、合川三地布置試驗(yàn)、示范點(diǎn)，土壤為沙壤和棕壤土，肥力中上等。三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)統(tǒng)一采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，設(shè)播種密度(D，X1，萬(wàn)株·hm-2)和氮(N，X2，kg·hm-2)、磷(P2O5，X3，kg·hm-2)、鉀(K2O，X4，kg·hm-2)施用量等4個(gè)因素，每個(gè)因素5個(gè)水平。田間共設(shè)36個(gè)小區(qū)，隨機(jī)排列，寬窄行，行長(zhǎng)8 m，寬行0.9 m，窄行0.6 m，6行區(qū)，小區(qū)面積36 m2，玉米籽粒乳線1/2～3/4時(shí)收割中間4行測(cè)產(chǎn)調(diào)查。試驗(yàn)因素及水平見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)因子及水平

1.3 試驗(yàn)管理

播種采用肥球育苗，3葉時(shí)人工打穴移栽。氮、磷、鉀肥分別用尿素(46%)、過(guò)磷酸鈣(12%)和氯化鉀(60%)，移栽前磷、鉀肥及30%氮肥按設(shè)計(jì)方案一次性穴施作底肥，氮肥按底肥∶拔節(jié)肥∶攻苞肥=3∶3∶4比例施用，其他管理措施同大田生產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

在青貯玉米最適收割期，各示范點(diǎn)分別按小區(qū)收割中間4行稱重測(cè)產(chǎn)折算產(chǎn)量(t·hm-2)，三點(diǎn)平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用Excel軟件及SAS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 回歸方程建立及分析

2.1.1回歸方程及顯著性檢驗(yàn)

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)編碼表及青貯玉米生物產(chǎn)量，以播種密度(X1)、氮(X2)、磷(X3)、鉀(X4)4個(gè)因素為決策變量可建立如下二次多項(xiàng)式回歸方程：

Y=94.812 5+4.762 5X1+0.725X2+0.062 5X3+0.562 5X4-4.55X12-1.456 25X22-2.843 75X32-2.281 25X42+1.125X1X2-0.131 25X1X3+0.056 25X1X4-0.768 75X2X3-0.243 75X2X4+1.425X3X4

(1)

回歸方程及方差分析(表3)結(jié)果表明，青貯玉米生物產(chǎn)量回歸方程F2=12.05**，大于F0.01(14,21)=3.07，說(shuō)明產(chǎn)量與所設(shè)因子存在極顯著回歸關(guān)系，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與建立的二次數(shù)學(xué)模型基本相符，回歸方程與實(shí)際情況擬合很好，可以用作預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；而失擬項(xiàng)F1=5.73，略大于F0.01(10,11)=4.54，表明試驗(yàn)仍有未控因素的影響。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及產(chǎn)量

表3 方差分析

表4 單因子效應(yīng)

從回歸方程各因子的顯著性看，X1、X12、X32和X42項(xiàng)達(dá)1%顯著水平，X22達(dá)5%顯著水平。在顯著水平α=0.10時(shí)剔除不顯著項(xiàng)后，可得簡(jiǎn)化的回歸方程：

Y=94.812 5+4.762 5X1-4.55X12-1.456 25X22-2.843 75X32-2.281 25X42+1.425X3X4

(2)

利用降維法得各因子對(duì)產(chǎn)量的單因子回歸模型：

YX1=94.812 5+4.762 5X1-4.55X12

(3)

YX2=94.812 5+0.725X2-1.456 25X22

(4)

YX3=94.812 5+0.062 5X3-2.843 75X32

(5)

YX4=94.812 5+0.562 5X4-2.281 25X42

(6)

上述3～6式均為開(kāi)口向下的拋物線方程(圖1)，在試驗(yàn)設(shè)置范圍內(nèi)具極大值，通過(guò)方程計(jì)算極值得：密度X1在0.52水平處達(dá)極值96.06，而氮、磷、鉀肥分別在0.25、0.01和0.12水平處達(dá)極值94.90、94.81和94.85，亦即在密度6.78萬(wàn)株·hm-2、純氮307.5 kg·hm-2、P2O590.225 kg·hm-2、K2O 77.7 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量達(dá)到最高值。

圖1 單因子函數(shù)圖形

2.1.2方程模擬尋優(yōu)

對(duì)回歸方程(1)，令各因子取值為-2、-1、0、1、2，有625套農(nóng)藝措施組合方案，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬選優(yōu)，結(jié)果如表5。產(chǎn)量大于75 t·hm-2的方案有309套，占49.44%，經(jīng)頻數(shù)分析，在95%的置信區(qū)間內(nèi)，相應(yīng)農(nóng)藝措施是：密度為6.64萬(wàn)～6.96萬(wàn)株·hm-2，氮為301.59～310.26 kg·hm-2，磷為87.64～93.69 kg·hm-2，鉀為73.79～80.15 kg·hm-2。

表5 產(chǎn)量大于75 t的309個(gè)方案中各個(gè)因子頻率

2.1.3因子間互作效應(yīng)

從表3看出，因子間的互作均未達(dá)5%顯著水平，但考慮到交互作用中密度與氮的重要性，以及磷與鉀的交互作用較為顯著，僅就X1X2及X3X4互作關(guān)系作簡(jiǎn)要分析。

從X1X2互作關(guān)系看(表6)，在磷、鉀均在0水平情況下，密度的各個(gè)水平下，氮肥的變化對(duì)產(chǎn)量的影響差異均不明顯；而氮的各水平下密度的變化對(duì)產(chǎn)量的影響均存在較大差異。密度與氮的互作效應(yīng)最大的組合是：密度=0.5，氮=0.5，即密度為6.75萬(wàn)株·hm-2、施氮315 kg·hm-2。

表6 X1X2不同水平下互作效應(yīng) 單位：kg·hm-2

從X3X4互作看出(表7)，在密度、氮均在0水平情況下，磷和鉀在水平越靠近兩端變化的影響越大，而在0水平附近變化的影響最小。磷鉀互作效應(yīng)最大的組合是：磷、鉀均為0水平，即施P2O590 kg·hm-2、K2O 75 kg·hm-2。

表7 X3X4不同水平下互作效應(yīng) 單位：kg·hm-2

圖2 X1X2互作曲面圖

圖3 X3X4互作曲面圖

2.2 投入產(chǎn)出分析

機(jī)收粉碎的青貯玉米價(jià)格按500元·t-1，種子85元·(1 0000粒)-1，純氮按5.5元·kg-1(折尿素2.53元·kg-1)，P2O5按7.5元·kg-1(折12%過(guò)磷酸鈣0.9元·kg-1)，K2O按10元·kg-1(折50%氯化鉀5元·kg-1)計(jì)算。在最高產(chǎn)量96.4 t情況下，產(chǎn)值48 200元·hm-2。在密度為6.88萬(wàn)株·hm-2，施氮314.38 kg·hm-2、磷89 kg·hm-2、鉀77.06 kg·hm-2情況下，共投入3 751.99元·hm-2，可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益44 448.01元·hm-2。

3 討 論

雖然各因子的極大值均出現(xiàn)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，但從4個(gè)因子的二次曲線及兩因子互作曲面看，曲率均較小，說(shuō)明因子的水平間距設(shè)置過(guò)小，可適當(dāng)加大間距，擴(kuò)大探索范圍。其次，本文研究的是玉米的整株地上部分生物產(chǎn)量，調(diào)節(jié)能力應(yīng)該比單純收籽粒更大，加上土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分較高，因此各水平下的產(chǎn)量差異不太明顯。第三，植株數(shù)與播種量是不等的，重慶區(qū)域土壤較粘重，成苗率較低，單粒機(jī)播約90%，人工點(diǎn)播約70%，因此文中的種子投入只是理論上的100%的成苗率計(jì)算。

4 結(jié) 論

建立的數(shù)學(xué)模型回歸項(xiàng)顯著，產(chǎn)量與所設(shè)因子存在較為顯著回歸關(guān)系，各因子的水平設(shè)置基本恰當(dāng)，模型可以用作預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

各因素對(duì)產(chǎn)量的作用順序?yàn)椋好芏?X1)>氮肥(X2)>鉀肥(X4)>磷肥(X3)，4個(gè)因子的二次項(xiàng)均達(dá)顯著水平，因子間的互作效應(yīng)均未達(dá)到顯著水平。

密度與氮肥互作效應(yīng)最大的組合為：X1=0.5，X2=0.5，即密度6.75萬(wàn)株·hm-2，氮肥用量315 kg·hm-2。磷肥與鉀肥互作效應(yīng)最大的組合為：X3=0，X4=0，即磷肥用量90 kg·hm-2，鉀肥用量75 kg·hm-2。

生物產(chǎn)量大于75 t的高產(chǎn)栽培密肥措施為：6.64萬(wàn)～6.96萬(wàn)株·hm-2，氮為301.59～310.26 kg·hm-2，磷為87.64～93.69 kg·hm-2，鉀為73.79～80.15 kg·hm-2。最高產(chǎn)量時(shí)經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)44 448.01元·hm-2