黃金堂

(福建省莆田市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，福建 莆田 351144)

莆大麥9號(hào)是福建省莆田市農(nóng)科所于1994年配制組合“四川150×莆6868179”，2000年完成選育出圃，于2008年12月通過(guò)福建省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)認(rèn)定的大麥新品種，目前已在全省示范推廣種植［1，2］。有關(guān)不同栽培措施對(duì)大小麥產(chǎn)量及品質(zhì)的影響已有大量的研究，如申玉清［3］研究了氮肥用量與啤酒大麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的關(guān)系，姜麗娜、王之杰等［4-6］研究了氮素營(yíng)養(yǎng)或種植密度對(duì)小麥產(chǎn)量的影響，劉飛、張永平、楊永光、劉克禮、慕平和、魏自民等［7-13］對(duì)小麥高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)綜合栽培措施進(jìn)行了研究，而有關(guān)大麥綜合農(nóng)藝措施和優(yōu)化栽培的定量研究則報(bào)道甚少。為此根據(jù)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程原理，按照最佳模擬配合，采用二次正交旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)［14］，研究了基本苗、施氮量、施磷量、施鉀量四個(gè)因素對(duì)莆大麥9號(hào)高產(chǎn)高效的綜合效應(yīng)，建立了以單位面積產(chǎn)量和效益為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)了計(jì)算機(jī)模擬尋優(yōu)，篩選出高產(chǎn)高效優(yōu)化栽培措施，為指導(dǎo)大麥生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為莆田市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育的大麥新品種莆大麥9號(hào)。試驗(yàn)于2007年11月～2008年4月在莆田市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)田進(jìn)行，前作水稻，土質(zhì)為黏壤土，播前0～20 cm土層養(yǎng)分狀況為:土壤有機(jī)質(zhì)3.86%，pH=5.7，全氮0.29%，水解氮48.11 mg/kg，速效磷43.89 mg/kg，速效鉀78.5 mg/kg。

表1 各因素的設(shè)計(jì)水平及編碼

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用四因素二次正交通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，二分之一實(shí)施［14］。研究因素為:基本苗 (X1)、純氮量 (X2)、P2O5量 (X3)和K2O量 (X4)設(shè)計(jì)參數(shù)為N=31，Mc=16，Mr=8，Mo=7，r=2，各因素設(shè)計(jì)水平經(jīng)無(wú)量綱線性代換后相應(yīng)的設(shè)計(jì)編碼見(jiàn)表1。試驗(yàn)共設(shè)32個(gè)小區(qū)，其中第32區(qū)為低密度、低肥區(qū) (均為-2水平)，小區(qū)長(zhǎng)13.34 m，寬1 m，面積13.34 m，2次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用唐啟義的DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理［15］。

2 結(jié)果與分析

2.1 模型的建立與檢驗(yàn)

將各小區(qū)實(shí)收產(chǎn)量折算成667 m2實(shí)收產(chǎn)量，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)矩陣及籽粒產(chǎn)量、效益列于表2。根據(jù)各處理組合的產(chǎn)量、效益與變量因子的回歸分析，分別得到產(chǎn)量和效益與四因素間回歸方程。

(1)莆大麥9號(hào)產(chǎn)量與四因素間的數(shù)學(xué)模型為:

(2)莆大麥9號(hào)效益與四因素間的數(shù)學(xué)模型為:

表2 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)矩陣與產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益

續(xù)表2

F檢驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)量和效益的二次方程與實(shí)際情況均與實(shí)際情況擬合較好，失擬性檢驗(yàn)未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明四項(xiàng)農(nóng)藝措施與產(chǎn)量和效益間的函數(shù)關(guān)系是真實(shí)的，可以直接用此模型進(jìn)行優(yōu)化分析。

2.2 數(shù)學(xué)模型的解析

2.2.1 四因子效應(yīng)分析。經(jīng)解析，當(dāng)影響莆大麥9號(hào)高產(chǎn)的各因子處于“平均優(yōu)化方案”水平時(shí)，其667 m2邊際產(chǎn)量分別為:2.38、1.12(負(fù)效應(yīng))、0.95和0.83(負(fù)效應(yīng))，各因子對(duì)產(chǎn)量影響的大小順序依次為:純N﹥基本苗﹥K2O﹥P2O5，因此，生產(chǎn)中高產(chǎn)高效的“平均優(yōu)化方案”水平上，應(yīng)首先增加N肥的投入，并適當(dāng)增加K、P，同時(shí)保證足夠的群體，培育壯苗，增強(qiáng)抗倒能力，提高結(jié)實(shí)率，增加飽滿度，才能取得高產(chǎn)。

圖1 基本苗與施N量互作效應(yīng)

圖2 基本苗與施K互作效應(yīng)

圖3 施N量與施K量互作效應(yīng)

2.2.2 雙因素效應(yīng)分析。由產(chǎn)量函數(shù)模型不難看出，各因素間皆存在一定交互效應(yīng)，但只有X1X2、X1X4和X2X4的互作達(dá)顯著水平 (效益X1X4互作達(dá)顯著水平)。因此，生產(chǎn)中應(yīng)特別注意基本苗與氮肥用量協(xié)調(diào)，以及氮、鉀肥的合理配合使用。

1)基本苗與施氮量對(duì)產(chǎn)量的互作效應(yīng)。采用“降維法”固定其他因子為零水平 (X3=X4=0)，求得基本苗 (X1)與施氮量 (X2)交互作用的數(shù)學(xué)模型為:

由效應(yīng)曲線 (圖1)可見(jiàn)，X2﹤0(編碼值)即施氮量小于12.0 kg/667 m2時(shí)，施氮量與基本苗對(duì)產(chǎn)量的交互作用為正效應(yīng)。也就是說(shuō)，施氮量少時(shí)，只有適當(dāng)增加基本苗數(shù)，才能獲較高的產(chǎn)量;施氮量較多時(shí) (X2﹥0)，二者的交互作用為負(fù)效應(yīng)。說(shuō)明在增加施氮量時(shí)，可適當(dāng)減少基本苗數(shù)，適當(dāng)爭(zhēng)取增加分蘗數(shù)和穗粒數(shù)，也能達(dá)到較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

2)基本苗與施鉀量對(duì)產(chǎn)量的互作效應(yīng)。采用“降維法”，固定其他因子為零水平，求出施磷量(X1)與施鉀量 (X4)交互作用子模型為:Y=349.171 43 - 1.120 83X1+ 0.954 17X4-4.487 65X12-2.737 65X42+6.118 75X1X4

由效應(yīng)曲線 (圖2)可見(jiàn)，施氮量 (X1)與施鉀量 (X4)對(duì)產(chǎn)量的影響存在明顯的交互作用。增加基本苗數(shù)，必須相應(yīng)增加鉀的施用量，才能獲較高的產(chǎn)量;施鉀量較多時(shí) (X4﹥0)，二者的交互作用為負(fù)效應(yīng)。說(shuō)明在增加施氮量時(shí)，可適當(dāng)減少基本苗數(shù)，適當(dāng)爭(zhēng)取增加分蘗數(shù)和穗粒數(shù)，能達(dá)到較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

3)施氮量與施鉀量對(duì)產(chǎn)量的交互效應(yīng)。采用“降維法”，固定其他因子為零水平，求出施氮量(X2)與施鉀量 (X4)交互作用子模型為:Y=349.171 43 + 2.379 17X2+ 0.954 17X4-0.562 65X22-2.737 65X42+6.018 75X2X4

由效應(yīng)曲線 (圖3)可見(jiàn)，施氮量 (X2)與施鉀量 (X4)對(duì)產(chǎn)量的影響存在明顯的交互作用。當(dāng)施鉀量較少 (X4﹤0)時(shí)，隨著施氮量增加，施鉀量的增加，產(chǎn)量逐漸提高;隨著施鉀量增加(X4﹥0)，施氮量增加，產(chǎn)量反而呈下降趨勢(shì)。說(shuō)明在大麥高產(chǎn)栽培中，在一定范圍內(nèi)，增加施氮量，必須相應(yīng)地增加鉀肥施入量，增強(qiáng)抗倒能力，增加千粒重，才能獲得高產(chǎn)。

產(chǎn)量頻數(shù)尋優(yōu)結(jié)果 (表3)表明，大麥的四項(xiàng)綜合農(nóng)藝措施與產(chǎn)量密切相關(guān)，優(yōu)化組合的綜合農(nóng)藝措施有利于大麥合理群體結(jié)構(gòu)的形成，從而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效的目標(biāo)。大麥實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)量 (﹥300 kg/667 m2)農(nóng)藝措施的優(yōu)化組合方案:基本苗11.610萬(wàn) ～12.390萬(wàn)/667 m2，適宜施氮量11.580～12.420 kg/667 m2，適宜施磷量4.722～5.278 kg/667 m2，適 宜 施 鉀 量 11.580 ～12.420 kg/667 m2。此農(nóng)藝措施優(yōu)化組合可做為大麥生產(chǎn)的參考依據(jù)。

表3 大麥產(chǎn)量≥300 kg/667 m2、效益≥800元/667 m2的方案頻次分布表

3 討論

大量研究表明，氮、磷、鉀是大麥生長(zhǎng)發(fā)育所必需的三大營(yíng)養(yǎng)元素，高產(chǎn)大麥氮、磷、鉀存在適宜用量和最佳配比，施氮、磷、鉀肥可提高大麥葉片葉綠素含量和光合速率，明顯提高大麥籽粒產(chǎn)量。在一定范圍內(nèi)，氮、磷、鉀施用量增加，大麥產(chǎn)量顯著提高［16，17］。本研究也表明，氮、磷、鉀施用量與大麥產(chǎn)量存在著顯著關(guān)系。

本試驗(yàn)表明，各項(xiàng)栽培措施對(duì)莆大麥9號(hào)產(chǎn)量影響大小依次是基本苗、施磷量、施鉀量和施氮量。由此說(shuō)明，在目前的生產(chǎn)條件下，首先必須確保適宜的基本苗數(shù)，確定適宜的群體規(guī)模，在此基礎(chǔ)上，再科學(xué)確定氮、磷、鉀用量和施用技術(shù)。高產(chǎn)優(yōu)化栽培中，基本苗及氮、磷、鉀施用量的交互作用，在基本苗較少時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加施氮量，才能取得高產(chǎn);反之，在基本苗較多時(shí)，應(yīng)減少施氮量，防止徒長(zhǎng)、蔭蔽和倒伏而降低產(chǎn)量。說(shuō)明大麥高產(chǎn)栽培中應(yīng)“肥地宜稀，瘦地宜密”;在氮、磷、鉀肥施用量較少時(shí)呈正效應(yīng)，較多時(shí)呈負(fù)效應(yīng)，因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中根據(jù)品種特性確定適宜種植密度的同時(shí)，氮、磷、鉀肥應(yīng)合理使用，才能促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育，并使?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，最終起到顯著的增產(chǎn)效果。

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