膜上灌玉米水肥耦合模型及優(yōu)化組合方案研究

1、膜上灌玉米水肥耦合模型及優(yōu)化組合方案研究田軍倉(cāng) 教授韓丙芳 講師寧夏大學(xué)S2003年11月6日 北京l引言引言l材料與方法材料與方法l結(jié)果分析結(jié)果分析l結(jié)論結(jié)論 1.1 國(guó)外報(bào)道 1.2 國(guó)內(nèi)研究 2.1 試驗(yàn)點(diǎn)基本情況 本試驗(yàn)點(diǎn)位于寧夏引黃灌區(qū)吳忠市利通區(qū)馬蓮渠鄉(xiāng)柴橋村，北緯3759東徑10611，海拔高度1127.8m。試驗(yàn)田為中壤土，土壤全鹽含量為11.8g/Kg，速效N為58 mg/Kg，速效P為13.4mg/Kg，速效K為150 mg/Kg，全N為0.2 g/kg，全P為0.7479g/kg，全K為17.11 g/kg，有機(jī)質(zhì)為17.6 g/kg，PH值為8.34。土壤容重為1.38

2、g/cm3，土壤田間持水率為23%。2003年4月下旬9月，全生育期降雨為145.9mm，平均氣溫19.6。2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用三因素二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)方法，研究單種玉米小畦膜上灌條件下，不同灌水量、施氮量、施磷量對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育、生理及產(chǎn)量的影響，提出不同產(chǎn)量下的水、氮磷優(yōu)化組合方案。表1 試驗(yàn)因素水平編碼表xj zj灌溉定額（z1）（m3 /667m2）純氮（z2）（kg/667m2）純磷（z3）（kg/667m2）+24024.0010.00+120719.958.38016014.006.00-11138.053.62-804.002.002.3 試驗(yàn)實(shí)施與產(chǎn)量結(jié)果 試驗(yàn)處理

3、在田間隨機(jī)排列，各處理采用小畦膜上灌，小畦長(zhǎng)16.5m，凈寬1.70m，畦埂0.55m(防測(cè)滲)，面積為37m2。本試驗(yàn)田玉米品種為登海3號(hào)，于2003年4月24日播種、4月25日覆膜、5月4日放苗、5月22日間苗、6月8日拔節(jié)、7月8日抽雄、7月20日灌漿、9月17日成熟。于6月9日按照設(shè)計(jì)方案施肥，6月10日、7月12日、9月5日按照設(shè)計(jì)方案采用梯形量水堰量水入畦灌水。2.3 試驗(yàn)實(shí)施與產(chǎn)量結(jié)果 觀測(cè)項(xiàng)目有：灌水定額、土壤含水率、作物生育性狀、產(chǎn)量等。 對(duì)本試驗(yàn)，各處理的產(chǎn)量見(jiàn)表2中第（12）列。表2 三因素二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣(x)與試驗(yàn)產(chǎn)量 試驗(yàn)編號(hào)常數(shù)列x0灌溉定額x1氮x2

4、磷x3水氮x1x2水磷x1x3氮磷x2x3水二次項(xiàng)x12氮二次項(xiàng)x22磷二次項(xiàng)x33產(chǎn)量(Kg/667m2)Y(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)1234567891011121314151617181920111111111111111111111111-1-1-1-11.682-1.682000000000011-1-111-1-1001.682-1.682000000001-11-11-11-100001.682-1.68200000011-1-1-1-1110000000000001-11-1-11-110000000000001-1-111-

5、1-11000000000000111111112.8282.828000000000011111111002.8282.828000000001111111100002.8282.828000000794.62772.73700.34657.58661.62530.64569.36630.98750.85634.63713.47773.69728.96657.18677.11746.54782.16774.75791.92756.233.1 膜上灌玉米水肥耦合模型的建立與檢驗(yàn)3.1.1 膜上灌玉米水肥耦合模型的建立 膜上灌玉米水肥耦合模型采用二次回歸旋轉(zhuǎn)模型表示，根據(jù)表2產(chǎn)量結(jié)果，編制程序上

6、機(jī)計(jì)算，求得膜上灌玉米水肥耦合模型為：2322213231213218 .309 .129 .305 .216 . 02 .277 .183 . 73 .532 .756xxxxxxxxxxxxy3.1 膜上灌玉米水肥耦合模型的建立與檢驗(yàn)3.1.2 膜上灌玉米水肥耦合模型的檢驗(yàn)經(jīng)對(duì)回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)而得：l因素與產(chǎn)量的復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.85，說(shuō)明用水肥耦合回歸模型進(jìn)行產(chǎn)量預(yù)報(bào)，具有較高的可靠性。l常數(shù)項(xiàng)和一次項(xiàng)中的灌溉定額x1對(duì)產(chǎn)量的影響極顯著（*）；二次項(xiàng)中的灌溉定額x12和純磷量 x32對(duì)產(chǎn)量影響顯著（*）；灌溉定額與純氮的交互項(xiàng)x1x2對(duì)產(chǎn)量影響較顯著（*），其余系數(shù)均不顯著，于是方

7、程可簡(jiǎn)化為：y=756.2+53.3x1+27.2x1x2-30.9x12-30.8x32 l由此看出，水的一次項(xiàng)和二次項(xiàng)、磷的二次項(xiàng)以及水和氮的交互作用對(duì)玉米產(chǎn)量反應(yīng)敏感。3.2 膜上灌玉米水肥耦合模型分析 3.2.1 主因素效應(yīng)l綜合考慮偏回歸系數(shù)及t檢驗(yàn)的結(jié)果，可得出試驗(yàn)中各因素對(duì)產(chǎn)量影響的順序?yàn)楣喔人~（x1）施磷量（x3）施氮量（x2）。3.2.2 單因素效應(yīng)l將回歸模型中的水、氮、磷三因子中的兩個(gè)固定在零水平，求得單因素對(duì)產(chǎn)量的回歸子模型如下：l灌水量：y1=756.2+53.3x1-30.9x12 l施氮量：y2=756.2+7.3x2-12.9x22 l施磷量：y3=756.

8、2+18.7x3-30.8x32表3 膜 上 灌 玉 米 水 、 氮 、 磷 三 因 素 不同 水 平 的 產(chǎn) 量 預(yù) 測(cè) 值三 因 素 不 同 水 平 的 產(chǎn) 量 預(yù) 測(cè) 值（ K g /6 6 7 m2）xj灌 溉 定 額施 氮 量施 磷 量-1 .6 8 25 7 9 .17 0 7 .46 3 7 .6-16 7 2 .07 3 6 .07 0 6 .707 5 6 .27 5 6 .27 5 6 .217 7 8 .67 5 0 .67 4 4 .11 .6 8 27 5 8 .47 3 2 .07 0 0 .5500600700800-2-1012水平編碼產(chǎn)量（Kg/666.7m2

9、）圖 1 膜上灌玉米產(chǎn)量與灌水量關(guān)系圖 2 膜上灌玉米產(chǎn)量與施氮量關(guān)系700720740760780-2-1012水平編碼產(chǎn)量（Kg/666.7m2）圖 3 膜上灌玉米產(chǎn)量與施磷量關(guān)系600650700750800-2-1012水平編碼產(chǎn)量（Kg/666.7m2）3.2.3 因素間的交互作用 由回歸方程交互項(xiàng)的系數(shù)t檢驗(yàn)結(jié)果可知，灌水量和施氮量的交互作用達(dá)到較顯著水平，將x3固定在零水平，得下列水氮交互方程：y1，2=756.2+53.3x1+7.3x2+27.2x1x2-30.9x12-12.9 x22表4 膜上灌玉米灌水量與施氮量的交互作用施氮量（x2）統(tǒng)計(jì)參數(shù)項(xiàng)目-1.682-101+1

10、.682XpsCv（%）-1.682 607.31 604.68 579.13 527.78 477.96 559.37 55.609.94-1668.98 679.00 672.00 639.20 602.03 652.2431.934.900707.43 736.00 756.20 756.60 731.98 736.44 19.062.59+1684.08731.2778.60 800.20 800.13 758.84 50.406.64灌水量（x1）+1.682 632.7692.48 758.43 798.58 811.17 738.17 75.1610.18Xp660.10688.

11、67708.87 703.27 684.65s40.1052.9483.29117.92 142.42統(tǒng)計(jì)參數(shù)Cv（%）6.077.6911.7516.7720.83.2.4 最優(yōu)組合方案根據(jù)已建立的膜上灌玉米水肥耦合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，編制程序，在-1.682+1.682之間取7個(gè)水平（-1.682，-1，-0.5，0，+0.5，+1，+1.682），上機(jī)進(jìn)行不同目標(biāo)下的最優(yōu)組合方案模擬。通過(guò) 模 擬 求 得 3 2 6 個(gè) 組 合 方 案 ， 其 中8 0 0 9 0 0 k g / 6 6 7 m2的 有 1 3 個(gè) 組 合 ；7 0 0 8 0 0 k g / 6 6 7 m2的 有 1 3

12、 1 個(gè) 組 合 ；6 0 0 7 0 0 k g / 6 6 7 m2的 有 1 2 6 個(gè) 組 合 ；5 0 0 6 0 0 k g / 6 6 7 m2的 有 5 6 個(gè) 組 合 ；400500kg/667m2的有14個(gè)組合。表 5 膜上灌玉米 667m2產(chǎn)量 600700kg 尋優(yōu)方案及頻率x1x2x3水平號(hào)次數(shù)頻率次數(shù)頻率次數(shù)頻率-1.68230.0238320.2540290.2302-1.0370.2937230.1825200.1587-0.5280.2222190.1508150.11900.0140.1111130.1032140.11110.5120.0952130.10

13、32140.11111.0150.1190120.0952160.12701.682170.1349140.1111180.1429合計(jì)次數(shù)1261.01261.01261.0均 值-0.0512-0.3514-0.1826標(biāo) 準(zhǔn) 差0.39550.45660.477095%置信區(qū)間-0.4662-0.3638 -0.8304-0.1276 -0.68300.3179措施范圍(m3/667m2)138.09177.109.0614.764.375.24表 6 膜上灌玉米 667m2產(chǎn)量 700800kg 尋優(yōu)方案及頻率x1x2x3水平號(hào)次數(shù)頻率次數(shù)頻率次數(shù)頻率-1.68200.040.0305

14、00.0-1.000.0170.1298180.1374-0.5160.1221220.1679270.20610.0320.2443280.2137270.20610.5350.2672260.1985240.18321.0260.1985210.1603210.16031.682220.1679130.0992140.1069合計(jì)次數(shù)1311.01311.01311.0均 值0.55350.16140.1912標(biāo) 準(zhǔn) 差0.27830.34710.331995%置信區(qū)間 0.26150.8454 -0.2028-0.5255 -0.15700.5394措施范圍m3/667m2172.291

15、99.7312.7917.135.637.28l建立的膜上灌玉米水肥耦合回歸模型經(jīng)檢驗(yàn)達(dá)到了顯著水平，可用于預(yù)報(bào)和指導(dǎo)生產(chǎn)。l在本試驗(yàn)條件下，各因素影響膜上灌玉米產(chǎn)量的順序?yàn)楣嗨渴┝琢渴┑?。l在各因素交互作用下，灌水量與施氮量的交互作用較顯著，而且高水配以高氮或低水配以低氮，膜上灌玉米增產(chǎn)作用明顯。l膜上灌玉米不同產(chǎn)量水平下的因素最佳組合方案為：產(chǎn)量500600 Kg/667m2，灌溉定額91.93132.24m3/667m2，施氮量9.9515.58Kg/667m2，施磷量4.817.38Kg/667m2。產(chǎn)量600700 Kg/667m2，灌溉定額138.09177.10m3/667m

16、2，施氮量9.0614.76Kg/667m2，施磷量4.375.24Kg/667m2。產(chǎn)量700800 Kg/667m2，灌溉定額172.29199.73 m3/667m2，施氮量12.7917.13 Kg/667m2，施磷量5.637.28Kg/667m2。產(chǎn)量800900 Kg/667m2，灌溉定額214.95228.39m3/667m2，施氮量21.623.29Kg/667m2，施磷量7.168.27Kg/667m2。膜上灌玉米節(jié)水灌溉制度與氮磷比最優(yōu)配方研究田軍倉(cāng) 教授韓丙芳 講師寧夏大學(xué)S2003年11月6日 北京l引言引言l材料與方法材料與方法l結(jié)果分析結(jié)果分析l結(jié)論結(jié)論 1.1

17、國(guó)外報(bào)道 1.2 國(guó)內(nèi)研究 2.1 試驗(yàn)點(diǎn)基本情況 本試驗(yàn)點(diǎn)位于寧夏引黃灌區(qū)吳忠市利通區(qū)馬蓮渠鄉(xiāng)柴橋村，北緯3759東徑10611，海拔高度1127.8m。試驗(yàn)田為中壤土，土壤全鹽含量為11.8g/Kg，速效N為58 mg/Kg，速效P為13.4mg/Kg，速效K為150 mg/Kg，全N為0.2 g/kg，全P為0.7479g/kg，全K為17.11 g/kg，有機(jī)質(zhì)為17.6 g/kg，PH值為8.34。土壤容重為1.38g/cm3，土壤田間持水率為23%。2003年4月下旬9月，全生育期降雨為145.9mm，平均氣溫19.6。2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)l試驗(yàn)的目的是在一定的肥力和其它農(nóng)業(yè)技術(shù)措施條

18、件下，探求一定水文年份膜上灌玉米不同灌水次數(shù)，灌水定額與氮磷比三個(gè)因素的最優(yōu)配方，為大面積推廣提供依據(jù)。l試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)方法。根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，選擇灌水次數(shù)、灌水定額、氮磷比三因素。表1 因素與水平編碼 因素水平灌水次數(shù)（次）灌水定額（m3/667m2）氮磷比1234324060801.42.53.62.3 試驗(yàn)實(shí)施與產(chǎn)量結(jié)果 試驗(yàn)處理在田間隨機(jī)排列，各處理采用小畦膜上灌，小畦長(zhǎng)16.5m，凈寬1.70m，畦埂0.55m(防測(cè)滲)，面積為37m2。本試驗(yàn)田玉米品種為登海3號(hào)，于2003年4月24日播種、4月25日覆膜、5月4日放苗、5月22日間苗、6月8日拔節(jié)、7月8日抽雄、7月20日灌漿、

19、9月17日成熟。于6月9日按照設(shè)計(jì)方案施肥，6月10日、7月12日、9月5日按照設(shè)計(jì)方案采用梯形量水堰量水入畦灌水。3.1影響膜上灌玉米產(chǎn)量的主要因素 根據(jù)報(bào)差分析，RB=117.1RA=78.3N/P=18.79所以因素主次順序?yàn)椋築AC產(chǎn) 量 結(jié) 果 及 極 差 分 析 表因 素 及 水 平 處 理 號(hào)灌 水 次 數(shù)灌 水 定 額N /P產(chǎn) 量11 （ 4 水 ）1 （ 4 0 ）1 (1 .4 )6 6 0 .3 221 （ 4 水 ）2 （ 6 0 ）2 (2 .5 )5 8 7 .331 （ 4 水 ）3 （ 8 0 ）3 (3 .6 )7 7 0 .4 842 （ 3 水 ）1 （ 4 0 ）2 (2 .5 )7 5 0 .5 952 （ 3 水 ）2 （ 6 0 ）3 (3 .6 )7 3 8 .9 562 （ 3