喬金友，孫健，曲烽毓，馬力，吳俊江，韓兆楨，陳海濤

大豆收獲適時性損失規(guī)律試驗研究

喬金友1，孫健1，曲烽毓1，馬力1，吳俊江2，韓兆楨1，陳海濤1

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱150030；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所，哈爾濱150086）

違期作業(yè)造成的適時性損失是大豆經(jīng)濟損失重要原因之一，以海倫市為研究對象，分析該地區(qū)大豆收獲作業(yè)適時性損失規(guī)律，為確定合理收獲作業(yè)期提供科學(xué)依據(jù)。采用去除邊界效應(yīng)、相同種植管理方式等措施保證收獲時間為唯一變量，依據(jù)隨機區(qū)組試驗法確定每日收獲小區(qū)試驗區(qū)內(nèi)具體位置，采用羅曼諾夫斯基準則剔除異常試驗數(shù)據(jù)，運用IBM SPSS Statistics 23軟件分析試驗數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，試驗地區(qū)大豆適時損失隨收獲日期呈拋物線規(guī)律變化。

大豆；收獲；適時性損失率；規(guī)律；試驗

農(nóng)作物生長與其品種、自然環(huán)境等因素密切相關(guān)，按季節(jié)性要求完成相應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)即為農(nóng)業(yè)作業(yè)適時性。違期造成農(nóng)作物減產(chǎn)、品質(zhì)下降，即適時性損失[1-3]，最佳作業(yè)期產(chǎn)量與某作業(yè)期產(chǎn)量差為適時性損失量，適時性損失量與最佳作業(yè)期產(chǎn)量比為適時性損失率[4-6]，適時性損失量和適時性損失率隨作業(yè)期改變而變化。探究農(nóng)作物適時性損失規(guī)律，確定最佳作業(yè)時間，對提高農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)，減少農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失具有重要意義，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)單位農(nóng)業(yè)機器系統(tǒng)優(yōu)化重要依據(jù)。

國內(nèi)外關(guān)于適時性損失規(guī)律方面研究較少，國內(nèi)多集中于水稻、小麥、大豆等作物的播種和收獲環(huán)節(jié)。高煥文依據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析不及時收獲對小麥體積密度、落降值和雜質(zhì)含量等方面影響[7]。王金武等通過田間試驗實測三江平原水稻機械插秧作業(yè)環(huán)節(jié)產(chǎn)量，獲得該地區(qū)水稻機械插秧適時性損失產(chǎn)量、適時性損失函數(shù)和適時性損失系數(shù)函數(shù)[8]；王金武測量三江平原地區(qū)水稻機械收獲作業(yè)環(huán)節(jié)產(chǎn)量，分析水稻收獲適時性損失規(guī)律，為確定該地區(qū)最佳收獲期和最佳機器系統(tǒng)配備提供理論依據(jù)[9]。王安田試驗獲得油菜播種和收獲的適時性損失函數(shù)和最佳播種日期，建立我國南方油菜生產(chǎn)中機械直播和收獲適時性產(chǎn)量函數(shù)方程、適時性函數(shù)方程和有關(guān)參數(shù)[10]。王桂民等綜合稻谷干物質(zhì)損失、夾帶清選損失、田間掉粒損失獲得稻麥輪作區(qū)水稻機收適時性損失規(guī)律和最佳機收時期[11]。喬金友設(shè)計大豆播種適時性損失試驗，獲得黑龍江省海倫市大豆播種適時性損失規(guī)律，確定該地區(qū)最佳播種期[12]。

國內(nèi)外關(guān)于適時性損失規(guī)律方面試驗研究涉及地區(qū)、作物及作業(yè)環(huán)節(jié)有限，目前關(guān)于大豆收獲適時性損失規(guī)律尚無報道。需針對性地組織試驗，采用科學(xué)有效試驗方法研究不同地區(qū)不同作物經(jīng)典作業(yè)環(huán)節(jié)的適時性損失率，滿足相應(yīng)地區(qū)農(nóng)業(yè)機器系統(tǒng)優(yōu)化需求。

本文針對大豆收獲實際情況，設(shè)計基于隨機區(qū)組試驗法規(guī)劃試驗流程，利用回歸分析方法研究大豆收獲的適時性損失規(guī)律，為確定海倫地區(qū)大豆最佳收獲日期以及該地區(qū)農(nóng)業(yè)機器系統(tǒng)優(yōu)化提供參考依據(jù)。

1 大豆收獲適時性損失試驗

1.1 試驗流程設(shè)計

大豆收獲適時性損失試驗需科學(xué)規(guī)范操作，確保試驗結(jié)果準確性。因此，試驗前需嚴格設(shè)計試驗，明確各環(huán)節(jié)操作注意事項及方法，分析可能影響試驗相關(guān)因素，采取有效措施盡量避免或減小這些因素對試驗結(jié)果影響。大豆收獲適時性損失試驗流程圖如圖1所示。

圖1 大豆收獲適時性損失試驗流程Fig.1Flow chart for soybean harvesting timeliness loss experiment

1.2 試驗區(qū)劃分

基于隨機區(qū)組試驗法，考慮去除邊界效應(yīng)，對試驗地分區(qū)。試驗區(qū)四周距其他種植區(qū)或地界至少留10 m距離，收獲適時性損失試驗延續(xù)日期在當?shù)刈匀皇斋@日期基礎(chǔ)上向兩端延伸，每日收獲小區(qū)數(shù)量至少10個，通過試驗獲得客觀的適時性損失規(guī)律。依據(jù)上述試驗設(shè)計要求以及供試華疆7725品種大豆種植方式，確定適時性損失試驗區(qū)劃方案。試驗區(qū)相關(guān)信息為壟距0.65 m，測試期13 d，小區(qū)寬度1.3 m，小區(qū)長度5 m，小區(qū)130個，試驗區(qū)面積2 583m2。

縱向兩壟（1.3 m）為一個列區(qū)，每日采集樣本數(shù)量為10個，故試驗地共包括10個縱向列區(qū)，即縱向區(qū)組數(shù)等于樣本個數(shù)；計劃試驗延續(xù)天數(shù)13 d，將每個縱向列區(qū)平均分成13個小區(qū)，即試驗天數(shù)等于每縱向區(qū)組小區(qū)數(shù)。試驗區(qū)共包括130個試驗小區(qū)。將每個縱向列區(qū)的13個試驗小區(qū)按順序標示序號。

依據(jù)隨機區(qū)組試驗原理[13]，采用MATLAB編寫隨機分布程序確定每日收獲小區(qū)具體位置。試驗區(qū)分區(qū)表如表1所示。

表1 試驗小區(qū)隨機分布Table 1Experiment plots distribution in random

1.3 試驗實施

依據(jù)控制變量試驗方法要求，為保證試驗精度，需控制大豆整地作業(yè)、播種作業(yè)及田間管理作業(yè)等過程投入生產(chǎn)資料種類和數(shù)量以及作業(yè)方式保持一致，試驗過程中收獲時間為唯一變量。

收獲試驗從2015年10月1日開始，由于10月10日降雨，試驗順延一天，至10月14日試驗全部結(jié)束。收獲試驗過程中，采用人工收獲方法收割大豆，并及時將每小區(qū)收割的大豆分別裝入袋中，作好標記，記錄小區(qū)位置及收獲時間。

在晴朗干燥氣候條件下，選擇干凈、堅實地面，采用人工脫粒方法分別對每小區(qū)收割后大豆人工脫粒作業(yè)。在收獲、脫粒過程中，應(yīng)用現(xiàn)場“5S”管理，即整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)[14]，保證同區(qū)收獲大豆籽粒不丟失、小區(qū)間收獲籽粒不混淆。每試驗小區(qū)樣本脫粒后，及時將大豆籽粒裝袋，作好標記。清理試驗場地，再進行下一樣本脫粒工作。避免人為因素造成試驗數(shù)據(jù)誤差，以確保試驗結(jié)果真實可靠。

2 大豆收獲適時性損失規(guī)律模型構(gòu)建

2.1 數(shù)據(jù)處理

試驗小區(qū)大豆脫粒后，采用美國華智公司生產(chǎn)的PTQ-A30電子稱重儀（精度為0.1 g）測量脫粒后小區(qū)收獲大豆籽粒質(zhì)量，采用北京金科利達電子科技有限公司生產(chǎn)LDS-1H型糧食水分測量儀（精度為0.1%）測試各樣本大豆籽粒含水率。

由于收獲時間差異，脫后大豆籽粒含水率存在差別，為消除大豆籽粒含水率對試驗結(jié)果影響，需計算標準含水率條件下各試驗小區(qū)大豆籽粒收獲質(zhì)量。

標準含水率為12%情況下大豆籽粒收獲質(zhì)量計算模型如式（1）所示。

式中：Mb—標準含水率下大豆收獲質(zhì)量（kg）；M—大豆實際收獲質(zhì)量（kg）；F—收獲大豆籽粒實際含水率（%）。

為提高試驗精度，結(jié)合樣本數(shù)量及樣本數(shù)據(jù)分布規(guī)律，采取羅曼諾夫斯基準則（t檢驗）檢驗試驗地區(qū)各試驗小區(qū)標準含水率條件下大豆籽粒收獲質(zhì)量數(shù)據(jù)，剔除異常數(shù)據(jù)。

在某收獲日試驗樣本中，假設(shè)數(shù)據(jù)xk為異常數(shù)據(jù)，計算剔除xk后其余數(shù)據(jù)平均值xˉ和標準方差s，根據(jù)樣本數(shù)量n及選定顯著水平α，在t分布表中查出檢驗系數(shù)K(α,n)。若||xk-xˉ>K() α,n s，則可判定xk為異常值，應(yīng)予以剔除[15]。

以10月3日測試數(shù)據(jù)為例，數(shù)據(jù)剔除過程如下。該日收獲大豆樣本質(zhì)量數(shù)據(jù)如表2所示。

假設(shè)表2中標準含水率條件下小區(qū)大豆收獲質(zhì)量最大數(shù)據(jù)x5=1.4255為異常數(shù)據(jù)，去除x5后其他數(shù)據(jù)平均值x=1.0655、標準方差s=0.1223。該日試驗樣本數(shù)為10，若取顯著水平為0.05，查表可得檢驗系數(shù)K(0.05,10)=1.81，因為|x5-x|=0.356> K(0.05,10)s=0.2214，所以判定x5為異常數(shù)據(jù)，應(yīng)予剔除。

根據(jù)上述原理，剔除試驗過程各收獲日標準含水率條件下收獲大豆籽粒質(zhì)量異常數(shù)據(jù)，并計算各收獲日大豆籽粒收獲質(zhì)量樣本平均值。處理后數(shù)據(jù)如表3所示。

表210 月3日收獲大豆樣本質(zhì)量數(shù)據(jù)Table 2Harvesting soybean mass on Oct 3th

表3 各日大豆籽粒平均收獲質(zhì)量Table 3Average harvesting soybean mass

2.2 大豆收獲量隨收獲時間變化規(guī)律模型

由表3可知，采用IBM SPSS Statistics 23軟件回歸分析，獲得試驗地區(qū)大豆籽粒收獲質(zhì)量隨收獲時間變化模型相關(guān)參數(shù)見表4。依據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，當F檢驗顯著性水平P>0.05時，回歸方程無統(tǒng)計顯著性意義，當0.01

由表4可知，擬合線性函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、復(fù)合函數(shù)、增長函數(shù)、指數(shù)函數(shù)回歸方程P值均大于0.05，說明這5個擬合回歸方程均無法表達大豆收獲量與收獲時間數(shù)量關(guān)系。而擬合二次函數(shù)回歸方程顯著性檢驗水平P=0.001<0.01，該回歸方程極顯著，且其擬合優(yōu)度值R2=0.775最佳。

因此，試驗地區(qū)大豆收獲量與收獲日期之間最佳回歸模型可用此二次函數(shù)表達，數(shù)學(xué)模型如式（2）所示。

試驗地區(qū)大豆收獲量隨時間變化趨勢見圖2。

表4 大豆收獲質(zhì)量隨收獲時間變化擬合函數(shù)參數(shù)Table 4Fitting function parameters of soybean mass changing with harvesting days

圖2 大豆收獲量隨收獲時間變化曲線Fig.2Harvested soybean mass changing with harvesting date

由圖2可知，海倫地區(qū)大豆收獲質(zhì)量和收獲日期之間呈二次函數(shù)關(guān)系，且試驗期的第7天該地區(qū)大豆收獲量最大，即10月7日，最佳收獲量為1 760 kg·hm-2。

2.3 大豆收獲適時性損失率隨收獲時間變化規(guī)律模型

依據(jù)上述適時性損失相關(guān)定義得到適時性損失量模型如式（3）所示，適時性損失率模型如式（4）所示。

式中：Lt—大豆適時性損失量（g）；Ymax—試驗期間大豆最大收獲量（g）；Yt—大豆產(chǎn)量隨時間變化量（g）；LRt—大豆適時性損失率（%）。

將式（2）代入式（4）中，獲得試驗區(qū)大豆適時性損失率與收獲時間函數(shù)關(guān)系如式（5）所示。

試驗區(qū)適時性損失率隨時間變化趨勢如圖3所示。

圖3 大豆收獲適時性損失率曲線Fig.3Soybean timeliness loss rate changing with harvesting date

由圖3可知，試驗區(qū)的大豆適時性損失率與收獲時間亦呈二次函數(shù)規(guī)律變化，且有極小值。對式（5）中收獲日期t求一階導(dǎo)數(shù)，并令一階導(dǎo)數(shù)等于零，計算得t=6.99（d）。說明海倫市最低大豆收獲適時性損失率時間為試驗第7天，即海倫市大豆最佳收獲日為10月7日，延遲或提前收獲增加大豆收獲適時性損失率，影響大豆產(chǎn)量。

3 結(jié)論

a.根據(jù)隨機區(qū)組試驗法和去除邊界效應(yīng)方法劃分試驗區(qū)域，確定各收獲日期對應(yīng)試驗小區(qū)位置；依據(jù)控制單一變量試驗思想設(shè)計大豆收獲適時性損失規(guī)律試驗方案。

b.利用現(xiàn)場“5S”管理思想實施試驗，采用精度較高的測量儀器保證試驗數(shù)據(jù)客觀可靠；依據(jù)羅曼諾夫斯基準則剔除異常試驗數(shù)據(jù)，提高試驗精度。

c.海倫地區(qū)華疆7725大豆收獲量及收獲適時損失率隨收獲日期均呈二次函數(shù)規(guī)律變化，確定該地區(qū)該品種大豆最佳收獲期為10月7日。

d.大豆收獲適時性損失規(guī)律為海倫市及與海倫市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件相同或相近地區(qū)的大豆生產(chǎn)機器系統(tǒng)優(yōu)化提供理論依據(jù)；大豆收獲適時性損失試驗方案及數(shù)據(jù)處理過程也可為其他作物或其他關(guān)鍵作業(yè)項目適時性損失試驗提供參考。

[1]孟繁琪,萬鶴群.農(nóng)田作業(yè)適時性對農(nóng)機配備量的影響[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,1983(1):97-104.

[2]李振卿.作業(yè)適時性損失的分析與計算及作業(yè)的適時性優(yōu)化(一)[J].東北農(nóng)學(xué)院學(xué)報,1985(3):74-80.

[3]李振卿.作業(yè)適時性損失的分析與計算及作業(yè)期的適時性優(yōu)化(二)[J].東北農(nóng)學(xué)院學(xué)報,1985(4):102-112.

[4]喬金友,衣佳忠,李傳磊,等.農(nóng)田作業(yè)期最佳分布問題研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2016,47(9):72-76.

[5]李振卿.作業(yè)的適時性函數(shù)及作業(yè)期較佳分布的確定[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,1986(4):69-77.

[6]王福林.關(guān)于農(nóng)田作業(yè)中適時性損失計算問題的深討[J].農(nóng)機化研究,1990(4):7-10.

[7]高煥文,Moore G A.不及時收獲引起的小麥品質(zhì)損失[J].北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)學(xué)報,1991(1):6-14.

[8]王金武,楊廣林.三江平原水稻插秧適時性研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2004,35(4):472-475.

[9]王金武.三江平原地區(qū)水稻收獲期適時性損失的研究[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2004,35(2):175-177.

[10]王安田.油菜機械化生產(chǎn)與推廣模式研究[D].長沙:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué),2008.

[11]王桂民,易中懿,陳聰,等.收獲時期對稻麥輪作水稻機收損失構(gòu)成的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2016,32(2):36-42.

[12]喬金友,李傳磊,韓兆楨,等.大豆播種適時性損失規(guī)律試驗研究[J].大豆科學(xué),2016,35(1):70-73.

[13]趙仁镕,翟婉萱,徐錦.田間試驗和統(tǒng)計方法[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),1980(4):22-27.

[14]楊宏強.5S管理的概念、特點和實施[J].科技與管理,2011,13 (3):101-104.

[15]邵婷婷,張水利,張永波.兩種剔除異常數(shù)據(jù)的方法比較[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2008,(24):148-150.

[16]郭躍華.概率論與數(shù)理統(tǒng)計[M].北京:科學(xué)出版社,2007.

Study on regularities of timeliness loss changing with soybean harvesting date/

QIAO Jinyou1,SUN Jian1,QU Fengyu1,MA Li1,WU Junjiang2,HAN Zhaozhen1, CHEN Haitao1(1.School of Engineering,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2. Soybean Research Institute,HeilongjiangAcademy ofAgricultural Sciences,Harbin 150086,China)

One significant reason of soybean economic loss is timeliness loss,which caused by default-time operation.Taking Hailun county as research objective,timeliness loss regularities changing with soybean harvesting date were analyzed according to experiment data,which were the scientific accordance for reasonably ascertaining harvesting date.Removing boundary effect the same sowing ways and field management methods were adopted in order to control harvesting date as the only variable.Harvesting plots of each day were determined on the basis of randomized block test method.Abnormal testing data were eliminated adopting Romanowski criterion.Regularities were obtained applying IBM SPSS Statistics 23 software,which show timeliness losses were parabolic changing with soybean harvesting time.

soybean;harvest;timeliness loss rate;regularity;experiment

S565.1

A

1005-9369（2017）06-0076-06

時間2017-6-26 16:08:25[URL]http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20170626.1608.002.html

喬金友,孫健,曲烽毓,等.大豆收獲適時性損失規(guī)律試驗研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2017,48(6):76-81.

Qiao Jinyou,Sun Jian,Qu Fengyu,et al.Study on regularities of timeliness loss changing with soybean harvesting date[J]. Journal of Northeast Agricultural University,2017,48(6):76-81.(in Chinese with English abstract)

2017-03-28

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201303011）；國家大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家“十三五”項目（CARS-04-PS22）

喬金友（1969-），男，副教授，博士，研究方向為農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)與管理。E-mail:qiaojinyou@163.com