不同栽培因子对‘绥杂7号’产量的影响

申晓慧　姜成　冯鹏　李如来　郑海燕　杨贺　李建东　郭伟　李于　郭泰

摘要：为了明确不同栽培因子对‘绥杂7号产量影响的综合效应，采用三因素二次通用旋转组合设计方法，建立了栽培密度、施肥量、播种日期与粒用高梁‘绥杂7号产量之间的效应模型，DPS统计软件检验，二次回归模型拟合度较好。建立的回归模型为：Y=8218.18312-446.78324X₁²-287.68422X₂²-567.34494₃²。试验结果表明：密度、施肥量、播期3因子对产量的增产作用依次为播期>密度>施肥量，对密度与肥料、密度与播期、肥料与播期之间的交互效应分析得出：以上两两因子之间存在一定程度的正交互效应。模型经计算机模拟寻优，得到绥杂7号获得7330kg/hm²以上产量的栽培因子组合方案为栽培密度17.154～18.846万株/hm²，施肥量为211.8～150.7kg/hm²，播种日期为5月7号-5月12号。

关键词：高粱；密度；施肥量；播期；产量

中图分类号：S514 文献标志码：A 论文编号：cjas15020005

1引言

高粱既是世界上最重要的禾谷类作物，也是重要粮饲作物和酿造原料。高粱的产量仅次于玉米、小麦、水稻和大麦名列第五。高粱有较强的生理优势，具有抗旱、耐涝、耐盐碱、耐瘠薄等多重抗逆性。在中国主要集中在干旱、半干旱地区的东北、华北、西北和黄淮流域。

高粱是具有较高光合效率的C4作物，具有非常高的生物学产量和经济产量。品种特性、气候条件、栽培措施等诸多因素是影响作物产量形成的关键条件，然而高粱虽具有很好的抗瘠薄能力，但不同生产因素对其产量也具有不可低估的影响。其中，合理的播种密度，适时的播种日期和正确的施肥量是作物生长发育并获得高产的几个关键因素。有关高粱栽培密度对高粱产量、农艺性状、以及产量构成因素等方面的影响在国内外已有诸多报道。焦少杰等研究结论表明，同一品种高粱在不同种植密度条件下其产量差异达到极显著水平。Mousavi等研究显示随着种植密度增加，虽然穗粒数和千粒重数量下降，但高粱的群体产量增加。作物的群体产量及其生理指标变化受作物品种类型、栽培密度、土壤肥力条件和环境气候变化等条件的影响。目前研究现状表明，种植密度与产量的影响研究最多，其中栽培密度和氮、磷、钾施用水平对高粱植株生长发育、产量及产量构成的影响研究为最多，随着品种特性的区别、土壤肥力的差异，相应的种植密度和施肥量也不同。在一定范围内，高粱的种植密度增加，高粱的产量也随之增加，而超过这一范围时，密度再增加的话，高粱植株变细，总穗数增加，单穗减小，穗粒数明显下降，籽粒不饱满，瘪粒多，产量随之下降。因此，本研究利用通用旋转组合设计原理，对种植密度、施肥量和播期等不同栽培措施与产量的关系进行了细致研究，旨在探讨并明确各栽培因子及因子之间与产量的交互关系，为粒用高粱‘绥杂7号高产、高效栽培技术提供理论支撑。

1材料与方法

1.1试验材料

试验材料为高粱‘绥杂7号，来自黑龙江省农科院绥化分院，尿素（总氮i≥46.4%）大庆石化生产，磷肥（P₂O₂≥43%）云南化工有限公司生产，钾肥（K₂O≥60%）四川成都乌拉尔钾肥有限公司生产。

1.2试验地概况

试验于2014年在黑龙江省农科院佳木斯分院6号试验田中进行，试验地前茬作物为大豆，碱解氮含量89.3mg/kg，有效磷含量65.3mg/kg，速效钾含量81.9mg/kg，pH6.6，有机质含量2.43%，全氮含量0.17%，全磷含量0.13%，全钾含量3.42%。

1.3试验设计

试验采用密度、施肥量（氮：磷：钾=1：0.5：1.2）、播种日期三因素二次通用旋转组合设计原理。不同因子设计5个处理水平，各因子编码（见表1）及20个不同处理（不同处理水平见表2）。5行区，行长5m，行距70cm，各个小区之间以0.5m长步道隔开。

1.4产量测定

高粱成熟时每小区内挑选长势均匀处割头收获1m²，3次重复，晒场脱粒称重，折算成公顷产量最为高粱的经济产量。

1.5数据统计

试验数据统计采用DPS7.05软件进行统计分析。

2结果与分析

2.1数学模型的建立与显著性检验

按三元二次通用旋转设计原理，以高粱‘绥杂7号产量（见表2）为目标函数，运用三因子通用旋转组合设计的程序，通过DPS7.05处理系统，建立了3因素（栽培密度X₁，施肥量X₂，播种日期X₃）与‘绥杂7号号经济产量（Y）之间的三元二次回归数学模型（公式1）。

对拟合度进行检验，F₁=2.0780.05

2.2.2单因素效应解析试验采用降维法将回归方程中任意2个因素固定在0水平上，对所得数学模型进行降维分析，分别得到以下3个不同的一元偏回归模型（公式3～5）。

从图1结果可见：各因子均在0水平产量最高，各因素在-1.682～0之间较低水平时，‘绥杂7号产量均随着播期、密度和肥料水平的增加而提高，且3个因子在0水平时产量达到最大值8218.18kg/hm²，超过最佳水平后，高粱的产量则随着3个因子水平的增加，逐渐下降。也就是说各因素的最佳水平均在0水平附近。

2.2.3双因子效应分析将建立的数学模型中的任一因子固定在0水平上，对其他两两因子与产量的交互关系进行分析。

（1）密度与肥料的交互关系。将当播种日期固定在0水平上，即令X₃=0，得到栽培密度与肥料的二因子回归方程（公式6）。

由此模型可以看出栽培密度与施肥量的互作效应（图2）。从图中可知随着栽培密度和施肥量的增加产量也随之增加，二者互作有助于产量提高，当密度与施肥量均处于0水平时，产量为最高达到8218.18kg/hm²，随着两因子的继续增加，产量逐渐下降，在1.682时产量为最低。

（2）密度与播期的交互作用。将肥料固定在0水平，令X₂=0，时，可得密度与播期的二因子方程模型（公式7）。

由图3可知，当密度和播期在-1.682～1.682水平变化时，对产量的影响表现为先提高后降低，即密度和播期在-1.682～0水平时，密度的增加和适时晚播有增产的作用，密度和播期水平在0～1.682时，增加密度和延迟晚播使产量下降，由此可见，当密度和播期在0水平时，产量最高，即此时的播期和密度为最佳播期和密度水平。

（3）施肥量与播期对产量影响的交互作用。令X₁=0，即当播种密度固定在0水平时，可得施肥量与播期互作的二因子方程模型（公式8）。

由图4可以看出，当施肥量和播期在-1.682～1.682水平变化时，对产量的影响表现为先促进后抑制，即施肥量和播期在-1.682～0水平时，施肥量的增加和播期的推迟对产量有促进作用，施肥量和播期水平在0～1.682时，施肥量的增加和播期的推迟对产量有抑制作用，由此可见，当施肥量和播期在0水平时，产量最高，即肥力水平中等与适宜播期能获得最高产量。

2.3密度、施肥量与播种日期的最佳模拟寻优

经DPS统计软件统计分析得到了‘绥杂7号产量数学模型，用计算机进行模拟寻优，在试验范围内，‘绥杂7号的最高产量为8218.18kg/hm²，对应的3个因子的组合方案为X₁、X₂、X₃均为0水平，即每公顷栽培密度为18万株、施肥量为262.5kg、播种日期为5月8号。但在实际生产应用中，往往由于气候条件、人为因素以及土壤条件等等各种客观因素的存在，使得各个栽培因子不能达到有效的最佳组合，因此，研究出一套合理的能够随机应变的栽培措施优化区间，对于种植者灵活应对突发或实际发生情况具有着重要的意义。经过统计模拟寻优得到‘绥杂7号产量大于7330kg/hm²的17个研究方案。对其进行频率结果分析得到最优栽培方案为：栽培密度为17万株/hm²～19万株/hm²，施肥量为211.8～150.7kg/hm²，播种日期为5月7号m5月12号。

3讨论

合理施肥能够增加作物的植株高度，提高生物产量。李淑芬等研究表明肥料能提高高粱叶面积和光合产物的积累，而且施氮肥有助于提高叶片的持绿性，延长其功能期，进而提高产量。孙清等研究表明，合理施用氮、磷、钾能提高甜高粱糖分和产量。作物增产的另一个重要因素是增加适宜的密度，构建良好的群体结构，充分提高光合利用效率，发挥群体生产力，提高作物产量。此外，适宜的播期能够充分利用生育期内光照、雨水、温度等自然条件。Ferraris和Charles-Edwards认为播期延迟会降低莲秆糖分含量；但沈飞和刘荣厚的分期播种试验又表明在上海地区延迟播种能增加莲秆糖分含量。赵甘霖等研究表明高粱的播种日期也严重影响其产量，4月上旬后延迟高粱播期，其叶面积指数下降，进而高粱产量下降。本试验通过密度、肥料和播期三因素共同作用对‘绥杂7号进行了产量测定，试验结果与前人研究结果基本一致，产量均是随着密度的增加和肥料的提高以及播期的推迟而提高，但当超过一定限度时，产量又有所下降。试验下一步将对‘绥杂7号品质进行深入研究。

因此，在实际生产过程中，如果是在和本试验相似的条件下应注意播种时间的选择和栽培密度的选择，并配施好肥料的用量。但在实际生产应用中还要考虑天气状况、土壤质地、肥力、养分、肥力种类等因素的影响，如果土壤营养成分含量较高，可适当降低肥料用量，并适当稀植，反之，则要增加肥料用量，且密植。本试验建立的‘绥杂7号产量回归模型和最佳栽培措施方案对于佳木斯地区及类似条件的周边地区高粱种植具有重要的实践指导性。

4结论

经主效应分析3个因子对‘绥杂7号的产量影响顺序为：播种日期（X₃）>栽培密度（X₁）>施肥量用量（X₂）。

经两两互作效应分析表明，‘绥杂7号的产量均是在-1.682～0水平其间时，随着2因子的增加产量提高，在0～1.682水平时，高粱的产量则随着因子水平的增加而下降。说明两两因素的互作对‘绥杂7号高粱的产量有促进作用，但超过一定范围时则造成产量下降。

本试验推荐的最佳农艺措施方案为栽培密度为17万株/hm²～19万株/hm²，施肥量为211.8～150.7kg/hm²，播种日期为5月7号-5月12号。按照此方案实行，在佳木斯地区‘绥杂7号的产量有95%的可能性高于7330kg/hm²。在同种栽培模式下，密度增加，高粱产量随之增加，但超过一定限度后，产量将下降，这与李士敏等的研究结论一致。此外，合理的氮磷钾配比有利于提高肥料的吸收利用率，本研究下一步将对氮磷钾配比问题对‘绥杂7号高粱产量的影响作进一步研究。