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        肥密因子對旱地豇豆產(chǎn)量效應分析

        2018-05-14 08:59:55王娜娜劉恩科姜春霞張偉
        安徽農(nóng)業(yè)科學 2018年34期
        關(guān)鍵詞:施肥豇豆密度

        王娜娜 劉恩科 姜春霞 張偉

        摘要 [目的]探索山西旱地條件下豇豆栽培的高產(chǎn)措施。[方法]以中豇1號為研究對象,選取密度、氮肥、磷肥和鉀肥為試驗因素,按照二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計統(tǒng)計分析方法建立回歸模型,分析種植密度和不同肥料配比對中豇1號產(chǎn)量的影響。[結(jié)果]各因子對豇豆產(chǎn)量的影響達到顯著水平,且變化趨勢均呈開口向下的拋物線,影響順序由高到低依次為K肥、P肥、N肥、密度;要獲得1 875 kg/hm2 的產(chǎn)量,種植密度、氮肥、磷肥和鉀肥的最優(yōu)取值范圍為:種植密度為120 465~128 295 株/hm 施N 40.49~54.66 kg/hm 施P2O5 42.92~56.24 kg/hm 施K2O 57.91~65.93 kg/hm2。[結(jié)論]該研究為豇豆大面積種植提供理論依據(jù)。

        關(guān)鍵詞 豇豆;二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計;密度;施肥;產(chǎn)量

        中圖分類號 S643.4文獻標識碼 A文章編號 0517-6611(2018)34-0027-03

        山西省地處干旱半干旱地區(qū),山多地少,水資源匱乏,土壤貧瘠,旱地面積占到70%以上,是雜糧雜豆的主要產(chǎn)地,雜糧雜豆占該區(qū)作物總播種面積的30%以上,2013 年山西省雜豆種植面積為1.2 萬hm 平均產(chǎn)量為961 kg/hm2 [1]。豇豆是主要雜豆種之一,可分為長豇豆和普通豇豆2種,長豇豆主要以嫩豆莢做蔬菜食用;普通豇豆因莢有革質(zhì)層,纖維較多,不能食用嫩莢,主要收獲籽粒,以豇豆籽粒制作各種食品[2]。山西是全國粒用豇豆主產(chǎn)省區(qū)之一,晉西北豇豆的播種面積和產(chǎn)量約占全省的4/5,年均種植面積2萬多hm2。粒用豇豆作為晉西北,尤其是呂梁貧困片區(qū)特色農(nóng)業(yè)資源產(chǎn)品,在強化培植山西省特色產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革方面發(fā)揮著重要作用。同時,豇豆因其豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和獨特的保健功效,成為人們青睞的雜糧食品[3],但現(xiàn)有生產(chǎn)數(shù)量和質(zhì)量遠遠不能滿足需求。目前,豇豆的栽培技術(shù)研究多集中在菜用長豇豆方面[4-7],而粒用豇豆的栽培技術(shù)研究僅有少數(shù)文獻報道。有學者開展了粒用豇豆品種篩選試驗,得出適宜當?shù)貧夂驐l件下的豇豆品種[8-9]。王洪皓等[10]研究得出在遼寧地區(qū)果園間作條件下,粒用豇豆適宜的種植密度為16.5萬株/hm2。在山西干旱氣候條件下,豇豆的需肥規(guī)律和適宜種植密度方面的研究尚鮮見報道。二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計是在正交回歸組合設(shè)計的基礎(chǔ)上發(fā)展而來,能確保與試驗中心點距離相等的試驗點上的預測值方差相等,克服了其他統(tǒng)計方法的不足[11],目前已廣泛應用在玉米[12-13]、谷子[14]、小麥[15]等作物的栽培密度和施肥研究上,取得了顯著的效果。鑒于此,筆者以密度、氮肥、磷肥、鉀肥為影響因子,以產(chǎn)量為研究對象,采用4因素5水平二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計,明確中豇1號在山西旱地條件下栽培密度和肥料供應最佳組合,旨在探索該品種高產(chǎn)栽培條件,充分發(fā)揮其產(chǎn)量潛力,為豇豆大面積種植提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗地概況

        試驗在旱農(nóng)中心河村旱作節(jié)水基地進行,試驗地塊前茬為玉米,土壤為黃土質(zhì)淡褐土性土,有機質(zhì)10.5 g/kg,全氮1.12 g/kg,全磷0.72 g/kg,全鉀21.6 g/kg,堿解氮53.7 mg/kg,速效氮125.0 mg/kg,速效磷6.87 mg/kg。

        1.2 試驗設(shè)計

        試驗包括密度、氮肥、磷肥、鉀肥4個因素,每個因素5個水平(表1),采用通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計,共20個試驗處理組合(4因素的1/2實施),小區(qū)面積為48 m2(6 m×8 m),供試豇豆品種為中豇1號。肥料均做底肥一次性施入。試驗開展所采用的化肥為尿素(博大實業(yè)N≥46%)、粒狀過磷酸鈣(九華山牌 P2O5≥12%,S≥10%,Ca≥10%)、硫酸鉀(俄羅斯牌K2O≥52%)。試驗于2015年5月14—15日人工播種,分別于8月30日、9月14日、9月23日分批采收豆莢。

        1.3 測定項目

        豇豆按小區(qū)單獨收獲,在豆莢包皮干枯且呈現(xiàn)白色時,及時分批采收、脫粒,計量產(chǎn)量、莢數(shù)、莢粒數(shù)、百粒重。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        采用Excel 2003 和DPS v7.05 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理。X1表示密度,X2表示N,X3表示P2O5,X4表示K2O。通過回歸分析建立4因素與豇豆產(chǎn)量之間的回歸方程,因通用旋轉(zhuǎn)設(shè)計的常數(shù)項與二次項系數(shù)、二次項系數(shù)之間都具有相關(guān)性,為方便對模型分析討論,保留不顯著的各項。將4個因素中的3個固定在零水平,對數(shù)學模型進行降維分析,得到以其中1個因素的偏回歸模型,并根據(jù)該模型做出單因素變化趨勢圖;在固定其他2個因子為零水平時,求另外2因子之間的交互作用;對所建模型進行非線性求解得出最大值。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同處理豇豆產(chǎn)量比較

        豆莢包皮成熟時,分批采收并考種,記錄豇豆小區(qū)莢數(shù)、莢粒數(shù)、百粒重,根據(jù)密度計算小區(qū)產(chǎn)量,再折合成公頃產(chǎn)量,結(jié)果見表2。

        2.2 豇豆產(chǎn)量對密度和施肥的響應

        對田間試驗的產(chǎn)量結(jié)果做回歸模型,得到豇豆產(chǎn)量(Y)與密度(X1)、施氮(X2)、施磷(X3)、施鉀(X4)4個因素的回歸方程:

        Y=2 153.52+35.60X1-55.72X2-64.04X3+70.18X4-71.09X12-88.85X22-121.71X32-99.63X42+86.94X1X4+86.94X2X3

        經(jīng)檢驗,模型達到10%顯著水平,表明該模型能較好的反映田間條件下豇豆產(chǎn)量與密度、施肥之間的關(guān)系。

        2.3 回歸方程的解析

        2.3.1 試驗因子的產(chǎn)量效應分析。

        主因子效應分析,由于試驗設(shè)計因子均經(jīng)過無量綱線性編碼處理,且各項回歸系數(shù)間都不相關(guān),所得偏回歸系數(shù)已標準化。因此,可以通過回歸系數(shù)的絕對值大小來判斷X對產(chǎn)量Y的影響程度。分析模型可知,由各一次項回歸系數(shù)絕對值的大小可推斷其對產(chǎn)量的影響順序為K肥>P肥>N肥>密度;二次項系數(shù)均為負值,說明產(chǎn)量隨各因素提高均呈開口向下的拋物線趨勢變化,即在最佳水平以下時,產(chǎn)量隨該因素的增加而提高,當超過臨界水平時,產(chǎn)量開始下降;交互項系數(shù)均為正值,表明密度和施K之間、施N和施P之間的配合對產(chǎn)量增加有相互協(xié)同作用。

        2.3.2 單因子農(nóng)藝效應的解析。

        在豇豆產(chǎn)量的回歸模型中,通過降維分析得出各因素對產(chǎn)量的影響。將其他3個因素規(guī)定在“0水平”編碼時,得到各因素的回歸效應模型如下:

        密度:Y=2 153.52+35.60X1-71.09X12;

        施氮:Y=2 153.52-55.72X2-88.85X22;

        施磷:Y=2 153.52-64.04X3-121.71X32;

        施鉀:Y=2 153.52+70.18X4-99.63X42;

        由圖1可知,在設(shè)計范圍內(nèi),密度、施氮、施磷、施鉀4個因素對產(chǎn)量產(chǎn)生一定影響,且產(chǎn)量隨各因素的提高呈開口朝下的拋物線狀,存在極大值,各拋物線的頂點就是各單因子的最高產(chǎn)量,對應的是各因子的最優(yōu)投入量。在試驗設(shè)計范圍內(nèi),當密度為123 750株/hm2時,產(chǎn)量達到最大,為2 153.5 kg/hm2;施N為52.5 kg/hm2時,產(chǎn)量為2 159.2 kg/hm2;施P2O5為52.5 kg/hm2時產(chǎn)量為2 155.1 kg/hm2;施K2O為58.5 kg/hm2時,產(chǎn)量為2 163.7 kg/hm2;之后隨著各因素的增加,產(chǎn)量反而降低。

        2.3.3 雙因子農(nóng)藝效應的解析。

        根據(jù)回歸方程的建立,剔除不顯著的交互作用因素,僅有X1與X4、X2與X3之間存在顯著的交互作用,分別對其交互作用進行分析。

        2.2.3.1 密度(X1)與施K2O(X4)的農(nóng)藝效應分析。

        對產(chǎn)量回歸方程令X2(施N)=0、X3(施P2O5)=0,則得:Y1、4=2 153.52+35.60X1+70.18X4-71.09X12-99.63X42+86.94X1X4 。

        X1和X4各有5個水平,兩兩搭配有25個組合。將每個組合的編碼值代入相應的雙因子農(nóng)藝效應函數(shù),可得到對應的產(chǎn)量值(Y),見表3。

        由表3可知,當豇豆種植密度一定時,隨著鉀肥施用量增加,產(chǎn)量呈先升高后降低的變化規(guī)律。對應于每一個X1因子的固定水平,與X4形成的雙因子效應產(chǎn)量,最高值都在X4的0、1水平,且表現(xiàn)為X1在低水平時最高值X4在0水平,X1在0水平以上時最高值X4在1水平。這說明種植密度一定時,應適當增加鉀肥的施用,且鉀肥的適宜施用范圍在0~1水平,如果高于1水平,也會使豇豆產(chǎn)量下降。而X4在-1.682水平時最高值X1在-1水平,X4在-1、0水平時最高值X1在0水平,X4在1、1.682水平時最高值X1在1水平,說明當鉀肥施用量一定時,豇豆產(chǎn)量隨著密度增加呈先升高后降低的趨勢,施K2O在-1.682~0水平時,豇豆種植密度宜為0水平,低于0水平則不能發(fā)揮鉀肥的增產(chǎn)效果,高于0水平則會因缺鉀而產(chǎn)量下降;當施K2O在0~1.682水平時,豇豆種植密度宜為1水平。最高點的峰值點為X1=0,X4=0。

        2.2.3.2 施N(X2)與施P2O5(X3)的農(nóng)藝效應分析。

        對產(chǎn)量回歸方程令X1(密度)=0、X4(施K2O)=0,則可得Y2、3=2 153.52-55.72X2-64.04X3-88.85X22-121.71X32+8694X2X3。

        X2和X3各有5個水平,將每個組合的編碼值代入相應的雙因子農(nóng)藝效應函數(shù),可得到對應的產(chǎn)量值(Y),見表4。

        由表4可知,對應于每個X2因子的固定水平,與X3形成的雙因子效應產(chǎn)量,最高值都在X3的-1、0水平,且表現(xiàn)為X2在低水平時最高值X3在-1水平,X2在0水平及以上時最高值X3在0水平。這說明磷肥的適宜施用范圍在-1與0水平之間,當施氮量的增加時,應適當增加磷肥的施用,但不宜太高。而X3在-1.682與-1水平時最高值X2在-1水平,X3在0、1水平時最高值X2在0水平,X3在1、1.682水平時最高值X1在1水平,說明豇豆的適宜施氮量應在-1~1水平,低于或高于該區(qū)間產(chǎn)量都會降低。最高點的峰值點為X2=0,X3=0。

        2.4 高產(chǎn)農(nóng)藝組合方案的確定

        通過研究得出的最高產(chǎn)量與實際的最佳產(chǎn)量有差異,為了明確種植密度、氮肥、磷肥和鉀肥在生產(chǎn)實踐中的可靠性,通過頻數(shù)法進一步剖析,在-1.682~1.682約束區(qū)間,所得方案中有115套方案豇豆產(chǎn)量≥1 875 kg/hm2。其優(yōu)化組合的置信區(qū)間見表5。

        通過肥密組合最優(yōu)方案可以看出,如果要獲得1 875 kg/hm2的產(chǎn)量,種植密度、氮肥、磷肥和鉀肥的最優(yōu)取值范圍為:種植密度為120 465~128 295 株/hm 施N 40.49~54.66 kg/hm 施P2O5 42.92~56.24 kg/hm 施K2O 57.91~65.93 kg/hm2。

        3 結(jié)論

        密度、施氮、施磷、施鉀4個因素對產(chǎn)量產(chǎn)生一定影響,且產(chǎn)量隨各因素的提高呈開口朝下的拋物線,存在產(chǎn)量最高點,各拋物線的頂點就是各單因子的最高產(chǎn)量,對應的是各因子的最優(yōu)投入量。在試驗設(shè)計范圍內(nèi),當密度為123 750株/hm2時,產(chǎn)量為2 153.5kg/hm2;施N為52.5 kg/hm2時,產(chǎn)量為2 159.2 kg/hm2;施P2O5為52.5 kg/hm2時,產(chǎn)量為2 155.1 kg/hm2;施K2O為58.5 kg/hm2時,產(chǎn)量為2 163.7 kg/hm2。

        試驗地區(qū)豇豆獲得1 875 kg/hm2的產(chǎn)量,種植密度、氮肥、磷肥和鉀肥的最優(yōu)取值范圍為:種植密度為120 465~128 295 株/hm 施N 40.49~54.66 kg/hm 施P2O5 42.92~56.24 kg/hm 施K2O 57.91~65.93 kg/hm2。

        參考文獻

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