春大豆高產(chǎn)栽培與數(shù)學(xué)模型研究

摘要[目的]探討春大豆優(yōu)化施肥方案。[方法]采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計試驗，分析N、P2O5、K2O對大豆產(chǎn)量的影響效應(yīng)，并建立產(chǎn)量優(yōu)化模型，提出N、P、K肥的適宜取值區(qū)間。[結(jié)果]產(chǎn)量優(yōu)化模型為Y（kg/hm2）= 3 671.36-107.58X1 +160.64X2 +144.90X3 -276.50X21 -140.14X22 -183.15X23 -184.33X1X3，該模型對試驗點的擬合程度較好。當(dāng)N、P2O5、K2O施用量分別小于36.11、61.46和35.93 kg/hm2時，大豆產(chǎn)量隨施用量增加而逐漸提高，反之，產(chǎn)量逐漸降低。在大豆生產(chǎn)過程中，應(yīng)適當(dāng)增施N、P、K肥。由于N肥的負效應(yīng)較大，須嚴格控制施用量。獲得產(chǎn)量大于3 600 kg/hm2的施肥方案為：純N 25.78～40.88 kg/hm2，P2O5 52.0～68.0 kg/hm2，K2O 3434～45.66 kg/hm2。[結(jié)論]該研究可為建立春大豆高產(chǎn)栽培技術(shù)體系提供參考。

關(guān)鍵詞 大豆；高產(chǎn)；栽培技術(shù)；數(shù)學(xué)模型

中圖分類號S565.1文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）30-10483-04

基金項目重慶市科委科技計劃項目（cstc2012ggyyjs0063）。

作者簡介孫學(xué)映（1965-），男，重慶人，高級農(nóng)藝師，從事農(nóng)作物新品種選育與栽培技術(shù)研究。

大豆富含多種優(yōu)質(zhì)植物蛋白、人體必需的氨基酸、鈣、B族維生素、膳食纖維等，高含不飽和脂肪酸，其產(chǎn)品是人們喜愛的食物，豆芽、豆油、豆奶、豆?jié){、豆干、豆腐等已成為大眾消費食品。《中國食物與營養(yǎng)發(fā)展綱要（2014～2020年）》要求大量發(fā)展大豆食品改善國民營養(yǎng)，到2020年人均年消費達到13 kg，而2013年我國居民人均年消費大豆7 kg左右，尚有很大差距。我國是大豆的原產(chǎn)地，栽培歷史悠久，但生產(chǎn)技術(shù)含量較低、單產(chǎn)水平不高，迫切需要依靠技術(shù)進步提高大豆生產(chǎn)水平[1]。N、P、K是大豆生長發(fā)育的主要營養(yǎng)元素，施用N、P、K肥是提高大豆單產(chǎn)的重要措施，但在實際生產(chǎn)上，普遍用草木灰和過磷酸鈣堆漚后蓋種，沒有施用N肥的習(xí)慣，很少施用K肥，尤其對N肥的施用一直是人們爭論的問題，常常認為大豆可以固N，無需N肥[2]。為此，前人作了大量研究。吳魁斌等認為，不同施N水平之間產(chǎn)量差異顯著，在一定施N條件下，N的利用率隨施N水平增加而提高[2]。甘銀波等認為，大豆?fàn)I養(yǎng)生長階段的最佳施N時間為根瘤形成始期，生殖生長期間的最佳施N時間為開花期[3]。董鉆等對大豆N、P、K吸收動態(tài)及模式的研究表明，每生產(chǎn)100 kg大豆子粒，從土壤中攝取N 871～9.29 kg、P2O5 1.97～2.47 kg、K2O 5.24～3.63 kg[4]。劉鵬等研究表明，N、P、K與B或Mo肥配施增加了百粒重、總莢數(shù)和單株子粒重，提高了大豆產(chǎn)量[5]。王政等認為，大豆N、P和K的累積量與干物質(zhì)的積累量之間呈極顯著線性關(guān)系，N、P2O5和K2O吸收比例為2.89∶1.00∶1.75[6]。由此可見，N、P、K對大豆產(chǎn)量存在顯著影響。為此，筆者系統(tǒng)分析N、P、K對大豆產(chǎn)量的影響效應(yīng)，建立高產(chǎn)栽培數(shù)學(xué)模型，提出N、P、K肥的適宜取值區(qū)間。

1材料與方法

1.1試驗材料試驗品種為長江流域春大豆組區(qū)域試驗對照品種“天隆一號”，其產(chǎn)量水平較高，穩(wěn)產(chǎn)性好。N、P和K肥分別采用尿素（N 46.4%）、過磷酸鈣（P2O5 12%）和硫酸鉀（K2O 51%）。試驗地海拔326 m，紫色壤土，排灌方便，試驗條件較好。

1.2試驗方法田間試驗采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計，大豆子粒產(chǎn)量（Y）為目標變量，N、P2O5和K2O為試驗因素，分別用X1、X2和X3表示（表1），共23個小區(qū)，隨機排列，無重復(fù)，小區(qū)面積12.0 m2，每小區(qū)種植6行，行長5.0 m，行寬0.4 m，種植密度25萬株/hm2。過磷酸鈣在播種時全部施入，尿素和硫酸鉀在苗期和花期分別施入總量的70%和30%[3]。

1.3試驗實施2013年3月25日條播，4月24日定苗，5月5日和5月29日追施N、K肥，7月23～25日相繼成熟，各小區(qū)單獨收獲全部植株，晾曬脫粒后稱量計產(chǎn)。收獲時各小區(qū)隨機抽取10個樣株，調(diào)查株高、單株有效分枝數(shù)、單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重和百粒重。隨機抽取2個100粒，重量誤差不超過1 g時，其平均值計為百粒重，其他測試項目均取10株平均值。試驗過程中，嚴格控制密度、施肥及田間管理的各項操作。

2結(jié)果與分析

2.1試驗結(jié)果及方差分析采用EXCEL 2003對試驗數(shù)據(jù)作初步計算，得出各處理測試項目及產(chǎn)量結(jié)果（表2），并列入計算表，用DPS7.55軟件進行方差分析、回歸方程建立、失擬性測試和效應(yīng)分析[7]。結(jié)果表明，各因子對株高、有效分枝數(shù)和百粒重影響均不顯著，對單株粒重和產(chǎn)量影響顯著，N對有效莢數(shù)和單株粒數(shù)影響顯著。該研究重點分析各因子對產(chǎn)量的效應(yīng)，結(jié)果表明，3個因子的一次項和二次項及X1X3互作項均達到顯著或極顯著水平（表3）。

2.2數(shù)學(xué)模型的建立經(jīng)DPS軟件分析得到的回歸方程如下：

2.3.1單因子主效應(yīng)分析。保留1個因子，其他因子取0水平，得到各因子與產(chǎn)量的關(guān)系模型如下：

3結(jié)論與討論

3.1討論N、P、K是大豆生長過程中不可缺少的三大重要元素，對大豆生長發(fā)育及產(chǎn)量形成具有重要影響，生長前期施N有利于提高總固N量，P對大豆生長和結(jié)瘤固氮有促進作用，K對大豆生長發(fā)育也具有較大影響[6]。研究表明，在低水平下增施N、P、K肥對產(chǎn)量的影響呈正效應(yīng)，當(dāng)超過一定施肥水平時則呈負效應(yīng)。這一結(jié)果與張艷等[8] 的研究結(jié)果一致，認為施用N、P、K肥能顯著提高大豆產(chǎn)量。這說明在大豆生產(chǎn)上應(yīng)重視N、P、K肥的合理施用。劉鵬等認為，N、P、K對大豆產(chǎn)量影響順序為N > K > P，必須注意3種元素的合理配施，尤其控制N肥施用量[5]。但該研究中，各因子增產(chǎn)效應(yīng)的大小順序為：P2O5>K2O>N，當(dāng)施肥水平較高時產(chǎn)生負效應(yīng)的順序為：N >K2O>P2O5。

適當(dāng)增施N肥能促進苗期生長、培育壯苗，并顯著提高大豆產(chǎn)量，表現(xiàn)在提高了單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重。研究表明，施N量小于36.11 kg/hm2時，大豆產(chǎn)量隨著施N量增加而逐漸提高，但增產(chǎn)幅度呈遞減趨勢，每增施10 kg/hm2 純N，產(chǎn)量降低276.5 kg/hm2，當(dāng)施N量大于36.11 kg/hm2時，增產(chǎn)量降為負值，產(chǎn)量大幅下降。王曉偉等研究表明，隨著施N量提高，大豆產(chǎn)量呈現(xiàn)“低-高-低”的變化趨勢，只有適量施N才能提高產(chǎn)量[9]。姚玉波等認為，不同施N水平對大豆N積累的影響順序為：中N>低N>高N，對大豆產(chǎn)量的影響為：低N和中N明顯大于高N[10]。吳魁斌等研究認為，隨著施N水平的增加，干重及全N積累均會增加，但達到最高峰后又會降低[2]。這些結(jié)果表明，施N有利于提高大豆產(chǎn)量，但要嚴格控制用量。

適量增施P肥，單株產(chǎn)量提高，施P不足或過量時，單株有效莢數(shù)和粒數(shù)減少，癟粒數(shù)增加，單株粒重降低。當(dāng)P2O5施用量在0～61.46 kg/hm2時，大豆產(chǎn)量隨著施P量增加而逐漸提高，超過此范圍，產(chǎn)量逐漸降低（圖1）。研究表明，隨著施P量逐漸增加，增產(chǎn)幅度逐漸降低，每增施10 kg/hm2 P2O5，產(chǎn)量下降140.14 kg/hm2，當(dāng)施P量小于61.46 kg/hm2時，增產(chǎn)效應(yīng)為正值，大于61.46 kg/hm2時，增產(chǎn)效應(yīng)為負值。由此可見，在低水平下增施P肥，大豆產(chǎn)量顯著提高，在高水平下增施P肥，產(chǎn)量明顯下降。這與蔡柏巖等[11]的研究一致，認為適當(dāng)施用P肥對大豆單株產(chǎn)量顯著提高，施P不足時限制植株的各種代謝，而施P過多時對大豆本身產(chǎn)生各種不良影響，反而降低了產(chǎn)量。

K肥對產(chǎn)量的影響與P肥相似，在低水平情況下增施K肥，有利于提高大豆產(chǎn)量。當(dāng)K2O施用量小于35.93 kg/hm2時，大豆產(chǎn)量隨施K量增加而提高。這與鄭淑琴[12]的研究結(jié)果相似，認為K能明顯提高大豆不同生育時期葉綠素含量和光合作用速率，增加株高、株莢數(shù)、百粒重，減少空癟率，從而提高大豆產(chǎn)量。該研究中不同的是，K對株高、百粒重沒有顯著影響，并且過量施K反而導(dǎo)致產(chǎn)量降低，每增施7.5 kg/hm2 K2O時，產(chǎn)量下降183.16 kg/hm2，當(dāng)施K量大于35.93 kg/hm2時，出現(xiàn)負效應(yīng)。

蔡柏巖等認為，適施P肥有利于促進大豆植株及各器官的N積累[13]。王政等認為，大豆對氮磷鉀的吸收是相互影響和制約的，吸收某一元素的同時，必定要吸收一定量的其他元素才能滿足生長需要[6]。該研究中，N與K、P與K的互作效應(yīng)不顯著，N與K的互作效應(yīng)極顯著，說明N與K在大豆產(chǎn)量上表現(xiàn)出協(xié)同促進作用，當(dāng)施N量較低時，增施K肥有利于提高產(chǎn)量。

3.2結(jié)論在大豆生產(chǎn)上，施用N、P、K肥是獲得高產(chǎn)的重要基礎(chǔ)，但施用量應(yīng)在一個合理范圍內(nèi)，過高或過低都會造成顯著減產(chǎn)，還需注意合理搭配，尤其控制N肥用量。當(dāng)N、P2O5、K2O施用量分別小于36.11、61.46和35.93 kg/hm2時，大豆產(chǎn)量隨施用量增加而逐漸提高，反之，產(chǎn)量逐漸降低。N、P、K肥的增產(chǎn)效應(yīng)呈遞減趨勢，每增加0.5水平編碼值，分別下降2765、140.14和183.16 kg/hm2。獲得產(chǎn)量大于3 600 kg/hm2的綜合技術(shù)措施為：純N 25.78～40.88 kg/hm2、P2O5 52.0～68.0 kg/hm2、K2O 34.34～45.66 kg/hm2。

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