毕节中海拔地区马铃薯超高产栽培的数学模型研究

2015-07-01胡建风刘桂华张丽君彭朝良陈永发

贵州农业科学 2015年6期

胡建风，刘桂华，张丽君，彭朝良，陈永发

（1.毕节市农业技术推广站，贵州毕节551700；2.贵州省农业技术推广总站，贵州贵阳550001；3.毕节市农业科学研究所，贵州毕节551700）

毕节市位于贵州省西北部，地处云贵川三省交界处，昼夜温差大，气候冷凉，环境污染少，对发展马铃薯产业具有得天独厚的条件。马铃薯是毕节市的重要粮食作物、蔬菜作物和工业原料作物，近年来发展迅猛。2013年全市种植规模34.74 万hm2，其中，脱毒马铃薯覆盖率超过60%以上。马铃薯鲜薯平均单产1 402.2kg／667m2，年总产量730.7万t，按目前市价计算，可实现年产值1 200亿元。毕节市马铃薯产量已占粮食总产量的四分之一以上，仅次于玉米，马铃薯是近年来总产增长最快，增收最为明显的特色优势农作物。目前毕节已成为贵州省最大的马铃薯主产区，是全国马铃薯四大主产市之一，提高其种植水平对解决高寒山区农业增产和农民增收有重要意义。尤其是毕节市中海拔地区，面积约占全市总面积的60%，但产量仅占40%，说明在提高栽培技术方面还具有很大的潜力。为此，在农业部高产创建项目的实施中，结合毕节市生产实际，通过对影响马铃薯产量的各项可控栽培因子进行综合分析，选择种植密度、施氮肥、施磷肥和施钾肥水平等作为试验因子，研究高产超高产条件下各因子的变化范围，初步提出毕节市中海拔地区净作条件下，马铃薯高产超高产栽培的各项可控因子的定量化指标范围，为指导大田生产提供理论依据，同时也为省内同类地区马铃薯高产超高产栽培提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于毕节市七星关区小坝镇壕沟村，海拔1 450m，冬闲地，为黄壤豆瓣砂土。其主要理化指标为：pH 5.67～6.55，有机质3.10%～3.77%，全氮1.982～2.117g／kg，碱解氮172～185mg／kg，全磷0.922 ～1.103 g／kg，速效磷37.6 ～46.4g／kg，缓效钾177～202mg／kg，速效钾185～193mg／kg。

1.2 试验材料

供试品种为宣薯3号，一级种薯。供试肥源为氮肥（尿素N46%）、磷肥（普钙P2O516%）和钾肥（硫酸钾K2O 50%）。

1.3 试验设计

设置种植密度（x1）、肥料施用量N（x2）、P2O5（x3）和K2O（x4）4个因素，采用多元二次回归正交旋转组合设计，每个因子设5个水平（表1），3次重复。每个区组12个小区，共36个小区。小区面积21m2（长7 m，宽3 m），小区及重复间均留0.5 m走道，试验区面积1 867.3m2。2013年3月5日播种，行距0.6m，施农家肥1 500kg／667m2，7月15日成熟，7月28日收获，各小区收获中间3行计产。试验过程中，除处理因子外，其余栽培管理措施均与大田生产一致。

2 结果与分析

2.1 种植密度及氮磷钾肥施用量与马铃薯产量的回归模型

通过对各处理产量（表2）模拟优化得到马铃薯产量与种植密度及氮磷钾施用量之间关系的回归数学模型：

复决定系数R2＝0.75＊＊，经方差分析，无失拟因素存在（F1＝1.953＜F0.05），显著性水平高（F2＝10.123 5＊＊）。说明，建立的回归模型可用于效应分析和模拟寻优。

表1 马铃薯高产栽培试验因子与水平编码Table 1 Factor and level for high yield cultivation of potato

表2 马铃薯高产栽培试验各处理的产量Table 2 Yield of different treatments in high yield cultivation of potato

2.2 效应分析

2.2.1 主因子效应比较偏回归系数的大小可判断因子的重要程度。从回归模型的线性项看出，4项农艺措施对产量的影响大小顺序为施钾水平＞种植密度＞施氮水平＞施磷水平。从二次项看，对产量的影响程度为施氮水平＞种植密度＞施磷水平＞施钾水平。表明，在毕节市目前马铃薯生产中，钾肥施用量不足和种植密度较低是提高产量的主要限制因子。因此，增施钾肥、适当提高种植密度和合理施用氮磷肥是获得高产超高产的技术关键。

2.2.2 各因子的产量效应通过降维法即固定4个因子中的3个因子水平（取零），得到另外1个因子与产量的关系，分别为：

从以上公式和表3看出，在本次设计范围内，种植密度、施氮水平、施磷水平与产量的关系呈开口向下的二次抛物线相关，种植密度在产量取得最大值时的取值靠近1，施氮水平、施磷水平在取值为0时产量取得最大值。施钾水平在本次试验设计范围内与产量呈直线正相关，其施肥量还未现拐点。说明，在目前的基础上要获得高产还需增施钾肥。

表3 马铃薯高产栽培试验各因子在不同水平的产量Table 3 Yield of different treatments under different levels in high yield cultivation of potato kg／667m2

2.2.3 各因子的交互效应从试验建立的回归模型可知，达到一定显著水平的交互项有x2x4和x3x4，其中，x2x4为正效应，x3x4为负效应。说明，在提高钾肥施用量的同时，增施氮肥有利于获得高产；施用磷肥达到相应的量以后，对钾肥的施用有一定的抑制作用。采用降维法得到x2x4和x3x4交互项对产量的影响子模型：

对两个交互项的效应分析如下：

1）氮肥用量与钾肥用量的交互效应。从表4看出，当氮肥用量在0～1水平时，钾肥施用效果较好，可获高产；当氮肥用量在较高水平时，钾肥施用效果受到一定抑制。

2）磷肥用量与钾肥用量的交互效应。从表5看出，磷肥用量在－1～0 水平时，钾肥用量控制2水平或2水平以上，可获高产，低磷高钾的组合能促进高产。

表4 马铃薯高产栽培试验氮肥与钾肥用量交互作用的产量Table 4 Effect of nitrogen and potassium interaction on yield in high yield cultivation of potato kg／667m2

表5 马铃薯高产栽培试验磷肥与钾肥用量交互作用的产量Table 5 Effect of phosphorus and potassium interaction on yield in high yield cultivation of potato kg／667m2

表6 马铃薯高产栽培试验高产优化的组合方案Table 6 Optimum combination scheme for high yield cultivation of potato

2.3 模拟寻优

采用试验结果建立的数学模型进行田间试验模拟，当各变量在－2～2之间取值时（步长＝1），得到625种农艺措施组合及产量结果，同时得到最优的各因子水平编码值。在625套组合方案中产量高于3 500kg／667m2的有66套，占10.56%；在3 000～3 500kg／667m2的有135 套，占21.6%；在2 500～3 000kg／667m2的有143 套，占22.88%；低于2 500kg／667m2的有281套，占44.96%。

从表6看出，根据毕节市中海拔地区的马铃薯生产实际，选择产量在2 500kg／667m2以上的区段分析统计，得出种植密度及氮磷钾施肥量的适宜组合方案，各地可依据具体的期望值、海拔、地力、投入及栽培管理水平等因素选择使用。

在毕节中海拔地区的高肥力地块上种植脱毒马铃薯，净作条件下，要获得3 500kg／667m2以上的产量，应采用双行起垄，增施有机肥，种植密度控制在5 181～5 819窝／667m2，氮磷钾施用量分别为纯N6.72～7.82kg／667m2、P2O510.06～16.9kg／667m2、K2O 22.72～28.18kg／667m2。