不同栽培因子對(duì)‘綏雜7號(hào)’產(chǎn)量的影響

申曉慧　姜成　馮鵬　李如來　鄭海燕　楊賀　李建東　郭偉　李于　郭泰

摘要：為了明確不同栽培因子對(duì)‘綏雜7號(hào)產(chǎn)量影響的綜合效應(yīng)，采用三因素二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)方法，建立了栽培密度、施肥量、播種日期與粒用高梁‘綏雜7號(hào)產(chǎn)量之間的效應(yīng)模型，DPS統(tǒng)計(jì)軟件檢驗(yàn)，二次回歸模型擬合度較好。建立的回歸模型為：Y=8218.18312-446.78324X₁²-287.68422X₂²-567.34494₃²。試驗(yàn)結(jié)果表明：密度、施肥量、播期3因子對(duì)產(chǎn)量的增產(chǎn)作用依次為播期>密度>施肥量，對(duì)密度與肥料、密度與播期、肥料與播期之間的交互效應(yīng)分析得出：以上兩兩因子之間存在一定程度的正交互效應(yīng)。模型經(jīng)計(jì)算機(jī)模擬尋優(yōu)，得到綏雜7號(hào)獲得7330kg/hm²以上產(chǎn)量的栽培因子組合方案為栽培密度17.154～18.846萬株/hm²，施肥量為211.8～150.7kg/hm²，播種日期為5月7號(hào)-5月12號(hào)。

關(guān)鍵詞：高粱；密度；施肥量；播期；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S514 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號(hào)：cjas15020005

1引言

高粱既是世界上最重要的禾谷類作物，也是重要糧飼作物和釀造原料。高粱的產(chǎn)量僅次于玉米、小麥、水稻和大麥名列第五。高粱有較強(qiáng)的生理優(yōu)勢，具有抗旱、耐澇、耐鹽堿、耐瘠薄等多重抗逆性。在中國主要集中在干旱、半干旱地區(qū)的東北、華北、西北和黃淮流域。

高粱是具有較高光合效率的C4作物，具有非常高的生物學(xué)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。品種特性、氣候條件、栽培措施等諸多因素是影響作物產(chǎn)量形成的關(guān)鍵條件，然而高粱雖具有很好的抗瘠薄能力，但不同生產(chǎn)因素對(duì)其產(chǎn)量也具有不可低估的影響。其中，合理的播種密度，適時(shí)的播種日期和正確的施肥量是作物生長發(fā)育并獲得高產(chǎn)的幾個(gè)關(guān)鍵因素。有關(guān)高粱栽培密度對(duì)高粱產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀、以及產(chǎn)量構(gòu)成因素等方面的影響在國內(nèi)外已有諸多報(bào)道。焦少杰等研究結(jié)論表明，同一品種高粱在不同種植密度條件下其產(chǎn)量差異達(dá)到極顯著水平。Mousavi等研究顯示隨著種植密度增加，雖然穗粒數(shù)和千粒重?cái)?shù)量下降，但高粱的群體產(chǎn)量增加。作物的群體產(chǎn)量及其生理指標(biāo)變化受作物品種類型、栽培密度、土壤肥力條件和環(huán)境氣候變化等條件的影響。目前研究現(xiàn)狀表明，種植密度與產(chǎn)量的影響研究最多，其中栽培密度和氮、磷、鉀施用水平對(duì)高粱植株生長發(fā)育、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響研究為最多，隨著品種特性的區(qū)別、土壤肥力的差異，相應(yīng)的種植密度和施肥量也不同。在一定范圍內(nèi)，高粱的種植密度增加，高粱的產(chǎn)量也隨之增加，而超過這一范圍時(shí)，密度再增加的話，高粱植株變細(xì)，總穗數(shù)增加，單穗減小，穗粒數(shù)明顯下降，籽粒不飽滿，癟粒多，產(chǎn)量隨之下降。因此，本研究利用通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)原理，對(duì)種植密度、施肥量和播期等不同栽培措施與產(chǎn)量的關(guān)系進(jìn)行了細(xì)致研究，旨在探討并明確各栽培因子及因子之間與產(chǎn)量的交互關(guān)系，為粒用高粱‘綏雜7號(hào)高產(chǎn)、高效栽培技術(shù)提供理論支撐。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為高粱‘綏雜7號(hào)，來自黑龍江省農(nóng)科院綏化分院，尿素（總氮i≥46.4%）大慶石化生產(chǎn)，磷肥（P₂O₂≥43%）云南化工有限公司生產(chǎn)，鉀肥（K₂O≥60%）四川成都烏拉爾鉀肥有限公司生產(chǎn)。

1.2試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2014年在黑龍江省農(nóng)科院佳木斯分院6號(hào)試驗(yàn)田中進(jìn)行，試驗(yàn)地前茬作物為大豆，堿解氮含量89.3mg/kg，有效磷含量65.3mg/kg，速效鉀含量81.9mg/kg，pH6.6，有機(jī)質(zhì)含量2.43%，全氮含量0.17%，全磷含量0.13%，全鉀含量3.42%。

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用密度、施肥量（氮：磷：鉀=1：0.5：1.2）、播種日期三因素二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)原理。不同因子設(shè)計(jì)5個(gè)處理水平，各因子編碼（見表1）及20個(gè)不同處理（不同處理水平見表2）。5行區(qū)，行長5m，行距70cm，各個(gè)小區(qū)之間以0.5m長步道隔開。

1.4產(chǎn)量測定

高粱成熟時(shí)每小區(qū)內(nèi)挑選長勢均勻處割頭收獲1m²，3次重復(fù)，曬場脫粒稱重，折算成公頃產(chǎn)量最為高粱的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用DPS7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1數(shù)學(xué)模型的建立與顯著性檢驗(yàn)

按三元二次通用旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)原理，以高粱‘綏雜7號(hào)產(chǎn)量（見表2）為目標(biāo)函數(shù)，運(yùn)用三因子通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)的程序，通過DPS7.05處理系統(tǒng)，建立了3因素（栽培密度X₁，施肥量X₂，播種日期X₃）與‘綏雜7號(hào)號(hào)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量（Y）之間的三元二次回歸數(shù)學(xué)模型（公式1）。

對(duì)擬合度進(jìn)行檢驗(yàn)，F(xiàn)₁=2.0780.05

2.2.2單因素效應(yīng)解析試驗(yàn)采用降維法將回歸方程中任意2個(gè)因素固定在0水平上，對(duì)所得數(shù)學(xué)模型進(jìn)行降維分析，分別得到以下3個(gè)不同的一元偏回歸模型（公式3～5）。

從圖1結(jié)果可見：各因子均在0水平產(chǎn)量最高，各因素在-1.682～0之間較低水平時(shí)，‘綏雜7號(hào)產(chǎn)量均隨著播期、密度和肥料水平的增加而提高，且3個(gè)因子在0水平時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最大值8218.18kg/hm²，超過最佳水平后，高粱的產(chǎn)量則隨著3個(gè)因子水平的增加，逐漸下降。也就是說各因素的最佳水平均在0水平附近。

2.2.3雙因子效應(yīng)分析將建立的數(shù)學(xué)模型中的任一因子固定在0水平上，對(duì)其他兩兩因子與產(chǎn)量的交互關(guān)系進(jìn)行分析。

（1）密度與肥料的交互關(guān)系。將當(dāng)播種日期固定在0水平上，即令X₃=0，得到栽培密度與肥料的二因子回歸方程（公式6）。

由此模型可以看出栽培密度與施肥量的互作效應(yīng)（圖2）。從圖中可知隨著栽培密度和施肥量的增加產(chǎn)量也隨之增加，二者互作有助于產(chǎn)量提高，當(dāng)密度與施肥量均處于0水平時(shí)，產(chǎn)量為最高達(dá)到8218.18kg/hm²，隨著兩因子的繼續(xù)增加，產(chǎn)量逐漸下降，在1.682時(shí)產(chǎn)量為最低。

（2）密度與播期的交互作用。將肥料固定在0水平，令X₂=0，時(shí)，可得密度與播期的二因子方程模型（公式7）。

由圖3可知，當(dāng)密度和播期在-1.682～1.682水平變化時(shí)，對(duì)產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為先提高后降低，即密度和播期在-1.682～0水平時(shí)，密度的增加和適時(shí)晚播有增產(chǎn)的作用，密度和播期水平在0～1.682時(shí)，增加密度和延遲晚播使產(chǎn)量下降，由此可見，當(dāng)密度和播期在0水平時(shí)，產(chǎn)量最高，即此時(shí)的播期和密度為最佳播期和密度水平。

（3）施肥量與播期對(duì)產(chǎn)量影響的交互作用。令X₁=0，即當(dāng)播種密度固定在0水平時(shí)，可得施肥量與播期互作的二因子方程模型（公式8）。

由圖4可以看出，當(dāng)施肥量和播期在-1.682～1.682水平變化時(shí)，對(duì)產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為先促進(jìn)后抑制，即施肥量和播期在-1.682～0水平時(shí)，施肥量的增加和播期的推遲對(duì)產(chǎn)量有促進(jìn)作用，施肥量和播期水平在0～1.682時(shí)，施肥量的增加和播期的推遲對(duì)產(chǎn)量有抑制作用，由此可見，當(dāng)施肥量和播期在0水平時(shí)，產(chǎn)量最高，即肥力水平中等與適宜播期能獲得最高產(chǎn)量。

2.3密度、施肥量與播種日期的最佳模擬尋優(yōu)

經(jīng)DPS統(tǒng)計(jì)軟件統(tǒng)計(jì)分析得到了‘綏雜7號(hào)產(chǎn)量數(shù)學(xué)模型，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬尋優(yōu)，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，‘綏雜7號(hào)的最高產(chǎn)量為8218.18kg/hm²，對(duì)應(yīng)的3個(gè)因子的組合方案為X₁、X₂、X₃均為0水平，即每公頃栽培密度為18萬株、施肥量為262.5kg、播種日期為5月8號(hào)。但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，往往由于氣候條件、人為因素以及土壤條件等等各種客觀因素的存在，使得各個(gè)栽培因子不能達(dá)到有效的最佳組合，因此，研究出一套合理的能夠隨機(jī)應(yīng)變的栽培措施優(yōu)化區(qū)間，對(duì)于種植者靈活應(yīng)對(duì)突發(fā)或?qū)嶋H發(fā)生情況具有著重要的意義。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)模擬尋優(yōu)得到‘綏雜7號(hào)產(chǎn)量大于7330kg/hm²的17個(gè)研究方案。對(duì)其進(jìn)行頻率結(jié)果分析得到最優(yōu)栽培方案為：栽培密度為17萬株/hm²～19萬株/hm²，施肥量為211.8～150.7kg/hm²，播種日期為5月7號(hào)m5月12號(hào)。

3討論

合理施肥能夠增加作物的植株高度，提高生物產(chǎn)量。李淑芬等研究表明肥料能提高高粱葉面積和光合產(chǎn)物的積累，而且施氮肥有助于提高葉片的持綠性，延長其功能期，進(jìn)而提高產(chǎn)量。孫清等研究表明，合理施用氮、磷、鉀能提高甜高粱糖分和產(chǎn)量。作物增產(chǎn)的另一個(gè)重要因素是增加適宜的密度，構(gòu)建良好的群體結(jié)構(gòu)，充分提高光合利用效率，發(fā)揮群體生產(chǎn)力，提高作物產(chǎn)量。此外，適宜的播期能夠充分利用生育期內(nèi)光照、雨水、溫度等自然條件。Ferraris和Charles-Edwards認(rèn)為播期延遲會(huì)降低蓮稈糖分含量；但沈飛和劉榮厚的分期播種試驗(yàn)又表明在上海地區(qū)延遲播種能增加蓮稈糖分含量。趙甘霖等研究表明高粱的播種日期也嚴(yán)重影響其產(chǎn)量，4月上旬后延遲高粱播期，其葉面積指數(shù)下降，進(jìn)而高粱產(chǎn)量下降。本試驗(yàn)通過密度、肥料和播期三因素共同作用對(duì)‘綏雜7號(hào)進(jìn)行了產(chǎn)量測定，試驗(yàn)結(jié)果與前人研究結(jié)果基本一致，產(chǎn)量均是隨著密度的增加和肥料的提高以及播期的推遲而提高，但當(dāng)超過一定限度時(shí)，產(chǎn)量又有所下降。試驗(yàn)下一步將對(duì)‘綏雜7號(hào)品質(zhì)進(jìn)行深入研究。

因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，如果是在和本試驗(yàn)相似的條件下應(yīng)注意播種時(shí)間的選擇和栽培密度的選擇，并配施好肥料的用量。但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中還要考慮天氣狀況、土壤質(zhì)地、肥力、養(yǎng)分、肥力種類等因素的影響，如果土壤營養(yǎng)成分含量較高，可適當(dāng)降低肥料用量，并適當(dāng)稀植，反之，則要增加肥料用量，且密植。本試驗(yàn)建立的‘綏雜7號(hào)產(chǎn)量回歸模型和最佳栽培措施方案對(duì)于佳木斯地區(qū)及類似條件的周邊地區(qū)高粱種植具有重要的實(shí)踐指導(dǎo)性。

4結(jié)論

經(jīng)主效應(yīng)分析3個(gè)因子對(duì)‘綏雜7號(hào)的產(chǎn)量影響順序?yàn)椋翰シN日期（X₃）>栽培密度（X₁）>施肥量用量（X₂）。

經(jīng)兩兩互作效應(yīng)分析表明，‘綏雜7號(hào)的產(chǎn)量均是在-1.682～0水平其間時(shí)，隨著2因子的增加產(chǎn)量提高，在0～1.682水平時(shí)，高粱的產(chǎn)量則隨著因子水平的增加而下降。說明兩兩因素的互作對(duì)‘綏雜7號(hào)高粱的產(chǎn)量有促進(jìn)作用，但超過一定范圍時(shí)則造成產(chǎn)量下降。

本試驗(yàn)推薦的最佳農(nóng)藝措施方案為栽培密度為17萬株/hm²～19萬株/hm²，施肥量為211.8～150.7kg/hm²，播種日期為5月7號(hào)-5月12號(hào)。按照此方案實(shí)行，在佳木斯地區(qū)‘綏雜7號(hào)的產(chǎn)量有95%的可能性高于7330kg/hm²。在同種栽培模式下，密度增加，高粱產(chǎn)量隨之增加，但超過一定限度后，產(chǎn)量將下降，這與李士敏等的研究結(jié)論一致。此外，合理的氮磷鉀配比有利于提高肥料的吸收利用率，本研究下一步將對(duì)氮磷鉀配比問題對(duì)‘綏雜7號(hào)高粱產(chǎn)量的影響作進(jìn)一步研究。