玉米新品種喜相伴99高產栽培數學模型及其應用

梁慶平，簡 峰，蒙 成，龐騁思，吳 地，韋明軍

（1.廣西農業職業技術學院，廣西 南寧 530007；2.廣西農業廣播電視學校，廣西 南寧 530022）

玉米是我國第一大糧食作物［1］，常年播種面積約0.33億hm2。生產的穩定發展是實現我國糧食安全的重要保證，是為發展養殖業提供優質充足飼料的需要。玉米生產的穩定發展必須有配套的高產栽培技術，多年的玉米生產實踐證明，在玉米品種、播種期、種植密度、施肥水平等影響玉米產量的因素中，除玉米品種的增產潛力外，種植密度、施肥水平是對玉米產量影響較大且容易控制的兩個重要因素。因此，提高玉米產量必須依靠玉米品種和配套栽培技術的共同進步［2］。

喜相伴99是廣西農業職業技術學院和廣西綠豐種業有限責任公司共同育成的優良玉米新品種，2014年6月通過廣西農作物品種審定委員會審定［3］，目前在廣西桂南、桂中種植區深受廣大種植戶的歡迎。在栽培因素中，科學施肥的核心是肥料的種類、數量及合理搭配［4］。不同生態條件、不同品種以及不同季節，玉米的施肥量及搭配有很大差異。近20年來，在科學合理施肥方面取得了突飛猛進的成績，獲得了大量的科學施肥有關模型和相關參數，應用這些模型和相關參數進行科學配方施肥，取得了較好的增產效果［5］。基于此，本試驗研究了玉米品種喜相伴99在播種期、種植密度、氮、磷、鉀肥等栽培因素及互作對其產量穩定性的影響，以指導大面積推廣過程中種植戶根據喜相伴99需肥特性進行科學施肥，從而獲得更好的經濟效益。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年春季在廣西農業職業技術學院教學實習農場進行。試驗地前茬為玉米，地力均勻、平坦、光照好、排灌方便，土壤pH值6.7，含有機質2.01%、有效氮110 mg/kg、有效磷50 mg/kg、有效鉀 131 mg/kg。

供試玉米品種為喜相伴99，由廣西綠豐種業有限責任公司提供。

1.2 試驗方法

試驗采用五元二次正交旋轉組合設計，設播種期（X1）、種植密度（X2）、氮肥（N，X3）、磷肥（P2O5，X4）、鉀肥（K2O，X5）5個因素，每個因素設5個水平，共36個處理，每個處理種5行區，行長5 m，行距0.7 m，小區面積17.5m2，隨機排列，不設重復（表1）。

表1 正交試驗水平編碼值

播種前犁、耙碎、整平、土壤，播種時保證土壤水分，保證一次全苗。以總施肥量的20%尿素、全部磷肥、40%氯化鉀做底肥，播種時施放于兩穴玉米之間，距種子5 cm以上，以免燒種影響全苗及種植密度；玉米出苗3～4葉時間苗，5～6葉時定苗，結合中耕除草，施用總肥量的30%尿素、40%氯化鉀；在大喇叭口期，施用總量的50%尿素、20%氯化鉀作穗肥。試驗處理因素之外的栽培措施一致，盡量減少人為誤差，確保試驗準確度和可靠性。收獲期各小區收獲中間3行，折算產量。

玉米成熟后，每個小區取樣20株分別測量株高和穗位高，調查田間病害；收獲中間3行測產，曬干后室內考種，測定穗長、穗粗、穗行數、行粒數及千粒重。

試驗數據采用DPS 7.05系統進行統計分析，并通過建立二次正交旋轉組合函數模型對產量進行擬合，依據不同方程擬合的決定系數選擇最適模型［6-7］。

2 結果與分析

2.1 回歸模型的建立與檢驗

采用五元二次正交旋轉組合設計（表2），對播種期（X1）、種植密度（X2）、氮（N，X3）、磷（P2O5，X4）、鉀（K2O，X5）正交試驗進行分析。結果（表2）表明，喜相伴99高產（7 500～9 750 kg/hm2）栽培方案為：3月4～11日播種，每公頃種植5.79萬～6.15萬株，施純N 128.25～207.75 kg、P2O567.05～108.15 kg、K2O 101.55～171.00 kg，N、P2O5、K2O 比例約 1∶0.5∶0.8。

根據表2中正交旋轉組合設計的結構矩陣，計算各回歸系數bij及相應的顯著性檢驗值tij，以播種期（X1）、種植密度（X2）、氮（N，X3）、磷（P2O5，X4）、鉀（K2O，X5）水平為自變量，玉米產量為依變量，經統計分析，建立喜相伴99高產栽培回歸方程：

表2 喜相伴99五元二次正交旋轉組合設計方案及試驗結果

2.2 方程回歸系數分析

根據試驗結果，經運算可得出方程的回歸系數（表3）。從表3可以看出，回歸F2＞F0.01，達到極顯著水平，失擬F1＜F0.01，沒有達到顯著水平，可見二次回歸方程內相依關系和實用性能較可靠，與實際情況擬合良好，回歸方程有效。

表3 方程回歸系數分析

2.3 回歸模型效應分析

由于對平方項進行了中心化變換，滿足了試驗的正交性，數學模型各項偏回歸系數相互獨立，可采用“降維法”，即固定兩個自變量為零水平，導出另一個自變量的回歸解析子模型：

根據子模型可計算-2、-1、0、1、2水平相應的理論產量（表4）。在試驗范圍內，播種期以2月28日至3月5日左右產量較為理想，遲播導致產量相應降低；施純N 217.5 kg/hm2的產量最高，而以172.5 kg/hm2的經濟效益較好，施N量過高或偏低都不利于提高產量；種植密度以5.7萬株/hm2利于高產；增施P、K肥能提高產量，而施P2O5131.25 kg/hm2、K2O 210.0 kg/hm2時產量最高。

表4 理論產量主效應分析結果（kg/hm2）

2.4 高產農藝措施的計算機模擬尋優

以喜相伴99玉米產量回歸方程為基礎，在試驗設計范圍內取步長1，用計算機進行尋優，得到3 125套栽培組合方案及其相應的產量和利潤，其中最高產為9 748.35（±317.70）kg/hm2，相應栽培方案為：2月28日播種，每公頃種植5.1萬株，施純N 172.5 kg、P2O5131.25 kg、K2O 174.0 kg，但這最高產量很不穩定，因此需進行最優選擇。對3 125套方案進行統計，得到產量區域內的頻率分布，產量7 500～9 750 kg/hm2出現的頻率達88.2%，這是高產穩產范圍。

為了適應不同栽培水平和實際需要，保證方案在生產上的可行性，對穩產范圍再經計算機進行分段尋優，分為高（9 000～9 750 kg/hm2）、中（8 250～9 000 kg/hm2）、低（7 500～8 250 kg/hm2）3段不同產量水平尋優，并經檢驗校核，得到這3個產量范圍的最佳栽培組合方案及其產量和利潤（表5）。

表5 高、中、低產最佳栽培組合方案

3 結論與討論

本研究通過試驗和統計分析，建立了喜相伴99高產栽培數學模型，分析了試驗處理因素對產量的影響，表明播種期、施N量、施P2O5量、種植密度、施K2O量等與玉米產量回歸相關顯著，找到了不同栽培產量水平的優化栽培方案，為指導大面積生產提供理論依據。喜相伴99需要達到7 500～9 750 kg/hm2高產穩產最優栽培方案為：3月4～11日播種，每公頃種植5.18萬～5.79萬株，施肥量為純N 128.25～207.75 kg、P2O567.05～108.15 kg、K2O 101.55～171.00 kg，N、P2O5、K2O 比例約為 1∶0.5∶0.8。

本研究建立的喜相伴99產量與播種期、種植密度、氮、磷、鉀施肥量等農藝措施之間的二次回歸方程對試驗點擬合程度較好，影響產量的主要因子均已考慮；經顯著性檢驗，本研究建立的數學模型對結果有較好的擬合性，復決定系數達極顯著水平，說明主要影響因子控制較好，各試驗因子與產量關系密切，該模型對玉米生產具有實際指導作用

本試驗結果表明，玉米雜交種喜相伴99在廣西2月28日至3月20日之間播種后都能正常成熟，但以3月4～11日左右播種的產量較為理想。玉米適期播種能充分利用光熱水分等自然資源，有利于玉米生長過程中的干物質積累，從而獲得較高產量，過早或過晚播種易使玉米受倒春寒或光照不足等不良天氣影響，植株生長發育易受抑制，各項生理指標得不到最大發揮，從而影響產量和經濟效益，這與湯金濤等［8］的研究結果一致。張勝等［9］研究也認為早播籽粒百粒重、淀粉、脂肪含量顯著高于晚播。

本試驗結果還表明，喜相伴99種植密度以5.7萬株/hm2利于高產。種植密度過低，群體容量不足，總有效穗數減少；而隨著種植密度變大，密度對產量的負效應也增大，且高于其他影響因素，導致田間濕度增大，下部葉片蔭蔽易感紋枯病，且易倒伏，造成減產。鄒興全等［10］研究表明，特定的雜交玉米種有最佳的種植密度，才能發揮品種自身的最大增產潛力。玉米是喜肥作物，選用耐密品種、高效施肥、優化灌溉模式等措施有利于提高玉米單產［11］。

玉米產量是綜合因素共同作用的結果，對農藝措施播種期、種植密度、氮、磷、鉀施肥量的互作效應進行分析結果表明，只有在適時早播條件下，適當增施氮肥才能增產；遲播情況下，增施磷肥也未必增產；在高密度情況下，增施K2O增產效果不明顯。謝業春等［12］研究指出，密度和氮肥施用水平對玉米產量的影響極顯著，磷肥施用水平顯著影響鉀肥效應，因此在推廣應用中應注意增施鉀肥，控制種植密度和磷肥用量，保持適宜氮肥用量，以獲得高產。

本研究以產量回歸方程為基礎，用計算機進行尋優，結果表明喜相伴99最高產為9 748.35（±317.70）kg/hm2，其相應栽培方案為：2月28日播種，每公頃種植5.1萬株，施純 N 172.5 kg、P2O5131.25 kg、K2O 174.0 kg，但這極高產量很不穩定，頻率分布結果表明每公頃產量在7 500～9 750 kg之間才是高產穩產范圍。前人通過用回歸方程計算機進行尋優，也得到了相應玉米雜交種的最佳栽培方案，為品種的大面積推廣提供參考［13-15］。

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