宁夏中部干旱带旱地覆膜免耕玉米栽培模式优化研究

宁夏中部干旱带旱地覆膜免耕玉米栽培模式优化研究
金龙;李海洋;黑旭明
【摘要】对宁夏中部干旱带旱地覆膜免耕玉米种植模式进行研究,采用二次正交旋转设计对玉米栽培关键因素肥料施用量、最佳种植密度和最适播种期进行计算机寻优模拟预测.结果表明,在宁夏中部干旱带进行旱地覆膜免耕玉米种植,要实现经济产量≥5250 kg/hm2、蛋白质含量≥11％、淀粉含量≥66％、经济纯收益≥7500元/hm2的优化栽培措施综合方案为:播种期4月16日～4月23日,播种密度27735～33105株/hm2,施肥时期6月8日～6月20日,施N 112.05～121.35 kg/hm2,施P2O576.8～82.35 kg/hm2.生产中夺取高产优质高效的重点是把握播种期、密度,合理进行氮肥用量和施用时期的调控.
【期刊名称】《宁夏农林科技》
【年(卷),期】2017(058)012
【总页数】4页(P7-9,20)
【关键词】覆膜免耕;玉米;栽培模式
【作者】金龙;李海洋;黑旭明
【作者单位】宁夏同心县农业技术推广中心,宁夏同心 751300;宁夏同心县农业技术推广中心,宁夏同心 751300;宁夏同心县农业技术推广中心,宁夏同心 751300【正文语种】中文
【中图分类】S513
近年来，随着地膜覆盖栽培技术在中部干旱带旱作农业区的大力推广普及，使得玉米在该区域的种植面积和产量均有了较大幅度的提升，逐步成为当地优势种植业之一。

同时，随着旱地覆膜免耕技术的深入研究和成熟运用，加之种植玉米的经济效益较高，玉米已成为旱地覆膜免耕种植的主要接茬作物。

为此，深入探讨旱地覆膜免耕玉米栽培的综合农艺措施，研究肥料施用量、最佳种植密度和最适播种期，建立覆膜免耕玉米高产优质栽培技术模式，对促进农业生产资源的高效化利用，节本增效，提高种植业收益十分必要。

该研究运用系统工程的原理和方法，通过田间试验获得参数，建立数学模型，经计算机模拟筛选，对旱地覆膜免耕玉米高产优质栽培技术进行优化。

1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验于2016年在宁夏中部干旱带代表性区域同心县预旺镇南塬旱作节水农业示范区进行，该示范区属黄土高原丘陵区，黄绵土，太阳辐射总量为148.9 kJ/cm2，年平均日照时数2 813.7 h，年均蒸发量1 943.5 mm，年均降水量349.3 mm，年均气温6.7℃，无霜期152 d，干旱、大风、沙尘暴等自然灾害性天气较多严重制约着农业的发展[1-2]。

1.2 试验设计
前茬作物为西瓜，西瓜收获后及时清除田间秧蔓，并在膜面均匀撒土2 cm左右以防膜面风化破损，划定试验小区，面积60 m2（10 m×6 m），每小区3膜，每膜种植玉米3行。

试验采用二次回归正交旋转组合设计，按5因素5水平1/2方案实施，各因子为播种期（X1）、密度（X2）、追肥时期（X3）、氮肥（X4）、磷肥（X5），共36个小区（Mc=16，Mr=10，Mo=10，r=2）。

因子编码水平设计详见表1。

设计的目标性状为经济产量（Ya）、蛋白质含量（Yb）、淀粉含量（Yc）、经济
纯收益（Yd）4项指标。

表1 因子编码水平设计变量水平（r=2）-2-1012 X1（月-日）804-1204-2004-2805-0505-13 X2（株/hm2）7 50015 00022 50030 00037 50045 000变量变化间距X3（月-日)1705-2006-0606-2307-0107-27 X4（kg/hm2）4504590135180 X5（kg/hm2）300306090120
试验用玉米品种为先玉335。

氮肥为大颗粒尿素（宁夏中石化生产，含N 46%），磷肥用磷酸二铵（云南三环牌，含P2O546%、N 18%）。

待玉米成熟时每小区
取样30株考种测产，按小区进行实收测产。

籽粒蛋白质采用凯氏定氮法测定，淀粉含量采用旋光法测定。

2 结果与分析
2.1 模型的建立与检验
依据表2的目标函数结果，借助计算机按二次回归方程的一般模式对经济产量、
蛋白质含量、淀粉含量、经济纯收益4个目标值进行多元回归方程拟合，获得一
组5因素二次回归方程Y=fn（Xi）。

其中，-2≤Xi≤2；i=1，2，3，4；n=a，b，c，d，e，f。

数学模型的表达式为：
表2 试验结构矩阵及目标函数结果结构矩阵目标性状区号（元/hm2）1111114 605.611.6666.188 517.0 2111-1-12 199.610.5770.923 810.8 311-11-14 320.010.8063.648 023.2 411-1-112 776.89.7969.794 811.3 51-111-13
350.410.9262.396 335.7 61-11-112 776.810.1659.595 081.3 71-1-1113 897.610.1372.087 271.9 81-1-1-1-12 143.29.7760.533 960.2 9-1111-17 360.810.1166.1614 648.0 10-111-116 754.811.7064.9713 324.2 11-11-1117 406.410.3869.0914 510.7 12-11-1-1-14 794.010.5157.479 362.9 13-1-11114 611.611.7367.008 799.9 14-1-11-1-13 966.09.7068.237 860.9 15-1-1-11-14
177.210.1464.788 105.0 16-1-1-1-113 703.28.7762.487 063.8 17-200005 331.610.9061.9410 427.0 18200002 126.411.4866.873 567.9 190-20001 862.410.4258.763 272.9 20020005 834.411.4365.4711 232.9 2100-2005 011.29.4261.719 741.3 22002006 136.811.7166.2112 150.2 23000-203 759.611.2164.577 270.8 24000205 634.011.8563.9010 866.2 250000-24 588.88.8656.599 072.2 26000026 252.010.6762.4012 161.9 27000005
389.210.8069.0310 550.3 28000005 474.411.9374.0910 732.5 29000005 954.410.9271.0211 759.7 30000005 240.410.8070.3710 231.8 31000005 629.210.6871.8811 063.9 32000005 737.211.4175.5711 295.0 33000005 886.010.9376.9811 613.5 34000005 463.611.2675.0910 709.4 35000005 874.011.0769.2311 587.7 36000004 778.411.0170.599 243.2 X1X2X3X4X5
Ya Yb Yc Yd（kg/hm2）（%）（%）
式中，Y为理论估计值，Xi（j）为决策因子的无量纲编码值，bi（j）为回归系数。

配制的回归方程各项次回归系数及检验结果列于表3。

检验结果表明，诸回归模型均无失拟因素存在，各回归模型均达到显著或极显著水平。

证明5项农艺措施与
目标性状间存在着明显的函数关系，可直接进行模拟仿真。

为考察控制因子对目标函数的效应，进行了偏回归系数的显著性检验，表3结果
表明，经济产量模型中b1、b2、b4、b5、b11、b22、b44达到极显著水平，
b3、b24达到显著水平；蛋白质产量模型中b1、b2、b3、b4、b5、b12、b11、b22、b44达到极显著水平，b55达到显著水平；经济纯收益模型中b1达到极显著水平，b2、b4、b11、b22达到显著水平。

2.2 模型的解析选优
2.2.1 因子效应分析综合考察一、二次项偏回归系数，采用变幅方差分析法可求得
各栽培因子对目标性状的贡献大小。

经济产量为：X2（S2=494.9）＞X1
（S1=276.4）＞X4（S4=173.8）＞X3（S3=86.5）＞X5（S5=85.3）；蛋白质
含量为：X2（S2=1.26）＞X1（S1=1.15）＞X4（S4=0.66）＞X3（S3=0.45）＞X5（S5=0.35）；淀粉含量为：X2（S2=5.23）＞X1（S1=4.20）＞X4
（S4=2.23）＞X3（S3=1.75）＞X5（S5=1.06）；经济纯收益为：X2
（S2=430.9）＞X1（S1=283.5）＞X4（S4=197.5）＞X3（S3=110.3）＞X5（S5=91.2）。

栽培因子对4项目标性状的贡献大小排序一致，反映出在覆膜免耕模式下播种期、密度、氮肥对玉米产量高低、品质优劣及经济效益具有决定性影响。

单因子作用分析：X1（播种期）与Ya（经济产量）、Yb（蛋白质含量）、Yc（淀粉含量）、Yd（经济纯效益）呈极显著负相关关系；X3（追肥时期）与Ya（经济产量）、Yb（蛋白质含量）呈极显著负相关关系，对Yc（淀粉含量）和Yd（经
济纯效益）的影响达不到显著水平；X2（播种密度）、X4（氮）、X5（磷）与
Ya（经济产量）、Yb（蛋白质含量）、Yc（淀粉含量）、Yd（经济纯效益）呈极显著正相关关系。

因子交互作用分析：由经济产量模型交互项回归系数的F测验可知，播种期与播
种密度间存在着明显的负交互效应，且对经济产量、蛋白质含量、淀粉含量及经济效益均有极显著影响，在生产中应注意早播种采用大密度、迟播种配合低密度以达到高产优质增效的目标；播种期与追肥期间存在正交互作用，对经济产量及品质影响极显著，生产上采取早播种早追肥、晚播适当推迟追肥的操作方法；播种密度与施氮量存在着正交互作用，且对产量影响达极显著水平，对淀粉含量影响达显著水平，生产中应采用高密度配合增施氮肥、低密度适度减少氮肥用量以获得理想产量；追肥时期与氮肥间的交互作用呈负相关，且对经济产量和淀粉含量的影响达极显著水平，在生产上注意氮肥的早施与适量问题。

2.2.2 数学模拟与综合选优多目标选优：在满足所建立的目标函数约束条件下，取
因子步长为1，对经济产量、蛋白质含量、淀粉含量、经济收益进行多目标计算机模拟，得到线性规划的最优解，确定出95%概率水平保证下，经济产量≥5 250
kg/hm2、蛋白质含量≥11%、淀粉含量≥66%、经济纯收益≥7 500元/hm2的优化栽培措施综合方案为：播种期4月16日～4月23日，播种密度27 735～33 105株/hm2，施肥时期6月8日～6月20日，施N 112.05～121.35 kg/hm2，施P2O576.8～82.35 kg/hm2（表4）。

表3 数学模型回归系数矩阵及其显著性检验结果注：F0.05(1，9)=5.12，F0.01（1，9）=10.6，F0.05(20，15)=2.33，F0.01(20，15)=3.37，F0.05（6，9）
=3.37，F0.01（6，9）=5.80。

项目Ya Yb Yc Yd b0回归系数F值回归系数F值回归系数F值回归系数F值363.210.763.6678.30一次项交互项二次项b1-
80.5174.99**-1.048.55*-10.1138.31**-
122.026.31**b268.1125.17**1.018.15*9.1831.65**70.08.66**b3-15.96.82**-0.441.52-2.542.43-25.91.99
b449.666.40**0.754.477.1018.93**58.15.97*b525.518.95**0.481.794.347.075 *32.81.90 b12-41.931.95**-0.061.75-
5.0812.92**5
6.83.80**b1315.14.10**0.240.602.703.65**26.40.82
b149.71.690.190.370.640.2115.40.28 b15-0.30.002-0.100.11-
0.120.070.20.000 05 b23-4.90.41-0.050.03-0.940.44-7.20.06
b2419.87.05**0.130.172.523.18*27.90.92
b257.51.010.180.321.541.1913.10.20 b34-11.63.42**-0.160.28-2.383.84**-17.80.37 b35-2.10.080.180.32-1.781.59-3.30.01 b45-10.72.06-0.060.04-
0.340.06-12.20.18 b11-39.756.72**-0.566.70*-6.4641.79**-51.36.20**b22-37.249.80**-0.535.84*-6.0636.78**-47.35.27 b33-1.20.05-0.090.16-
1.381.9110.30.25 b44-19.513.68**-0.231.07-3.7414.01**-21.11.05 b55-
4.40.70-0.241.20-2.767.63**-10.00.24检验值SS回501 052.176 752.52259 413.35865 171.24 SS剩8 003.1114
5.516 17
6.98224 855.62 SS误7
281.36124.277 189.90122 175.77 SS总516 336.647 022.30272 780.231 212 202.63显著性（a）0.010.010.010.01复相关系数r0.985 10.980 60.975 20.844 8
3 结论
（1）旱地覆膜免耕玉米经济产量、蛋白质含量、淀粉含量、经济纯收益4项目标函数与播种期、播种密度、施肥时期、氮肥和磷肥5项农艺措施的数学模型，复相关系数分别为0.985 1、0.980 6、0.975 2和0.844 8，均达到了极显著水平。

表4 优化方案主因子分布频率回归系数播种期密度施肥时期氮肥磷肥频数%频数%频数%频数%频数%-218535.589017.31407.6326.0850.95-
120338.9910219.628415.977915.029117.3
013225.3815329.4211421.9311521.8613228.9 1 0
010019.2315228.9015429.2814627.75 2 0
07514.4213025.0014027.7614627.75合计520100520100520100520100520100平均编码-1.05-0.060.500.590.65标准误0.033 90.033 80.055 30.053 40.047 6 95%置信区间-1.471 1～-0.638 1-
0.302～0.414-0.882 3～-0.117 60.486 6～0.695 90.558 9～0.745 3农艺措施04-16～04-23（月-日）自变量水平27 735～33 105（株/hm2）06-08～06-20（月-日）112.05～121.35（kg/hm2）76.8～82.35（kg/hm2）
（2）5项参试因素对经济产量等4项目标性状的影响顺序均为：密度＞播种期＞氮肥＞追肥时期＞磷肥。

生产中夺取高产优质高效的重点是把握密度、播种期，合理进行氮肥用量和施用时期的调控。

（3）运用计算机模拟寻优，得出经济产量≥5 250 kg/hm2、蛋白质含量≥11%、
淀粉含量≥66%、经济纯收益≥7 500元/hm2的优化栽培措施综合方案为：播种
期4月16日～4月23日，播种密度27 735～33 105株/hm2，施肥时期6月8日～6月20日，施N 112.05～121.35 kg/hm2，施P2O576.8～82.35 kg/hm2。

【相关文献】
[1] 杜建民，李浩霞，李海洋.宁夏中部干旱带旱地玉米覆膜免耕对土壤典型理化性状影响研究[J].宁夏农林科技，2016，57（3）：4-6.
[2] 杜建民，孟凡民，王峰，等.宁夏中部干旱带旱地西瓜根际补灌栽培最佳补灌时期及适宜补灌量
的研究[J].干旱地区农业研究，2010（6）：12-14.。