膜上灌玉米水肥耦合模型及优化组合方案研究

膜上灌玉米水肥耦合模型及优化组合方案研究田军仓教授韩丙芳讲师宁夏大学[e-mail]2003年11月6日北京汇报内容引言材料与方法结果分析结论1引言1.1国外报道1.2国内研究2材料与方法2.1试验点基本情况本试验点位于宁夏引黄灌区吴忠市利通区马莲渠乡柴桥村，北纬37°59＇东径106°11＇，海拔高度1127.8m。试验田为中壤土，土壤全盐含量为11.8g/Kg，速效N为58mg/Kg，速效P为13.4mg/Kg，速效K为150mg/Kg，全N为0.2g/kg，全P为0.7479g/kg，全K为17.11g/kg，有机质为17.6g/kg，PH值为8.34。土壤容重为1.38g/cm3，土壤田间持水率为23%。2003年4月～下旬9月，全生育期降雨为145.9mm，平均气温19.6℃。2材料与方法2.2试验设计试验采用三因素二次回归通用旋转组合设计方法，研究单种玉米小畦膜上灌条件下，不同灌水量、施氮量、施磷量对玉米生长发育、生理及产量的影响，提出不同产量下的水、氮磷优化组合方案。2材料与方法表1试验因素水平编码表xj　zj灌溉定额（z1）（m3/667m2）纯氮（z2）（kg/667m2）纯磷（z3）（kg/667m2）+γ24024.0010.00+120719.958.38016014.006.00-11138.053.62-γ804.002.002材料与方法2.3试验实施与产量结果试验处理在田间随机排列，各处理采用小畦膜上灌，小畦长16.5m，净宽1.70m，畦埂0.55m(防测渗)，面积为37m2。本试验田玉米品种为登海3号，于2003年4月24日播种、4月25日覆膜、5月4日放苗、5月22日间苗、6月8日拔节、7月8日抽雄、7月20日灌浆、9月17日成熟。于6月9日按照设计方案施肥，6月10日、7月12日、9月5日按照设计方案采用梯形量水堰量水入畦灌水。2材料与方法2.3试验实施与产量结果观测项目有：灌水定额、土壤含水率、作物生育性状、产量等。对本试验，各处理的产量见表2中第（12）列。2材料与方法表2三因素二次通用旋转组合设计结构矩阵(x)与试验产量试验编号常数列x0灌溉定额x1氮x2磷x3水氮x1x2水磷x1x3氮磷x2x3水二次项x12氮二次项x22磷二次项x33产量(Kg/667m2)Y(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)1234567891011121314151617181920111111111111111111111111-1-1-1-11.682-1.682000000000011-1-111-1-1001.682-1.682000000001-11-11-11-100001.682-1.68200000011-1-1-1-1110000000000001-11-1-11-110000000000001-1-111-1-11000000000000111111112.8282.828000000000011111111002.8282.828000000001111111100002.8282.828000000794.62772.73700.34657.58661.62530.64569.36630.98750.85634.63713.47773.69728.96657.18677.11746.54782.16774.75791.92756.233结果与分析3.1膜上灌玉米水肥耦合模型的建立与检验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归旋转模型表示，根据表2产量结果，编制程序上机计算，求得膜上灌玉米水肥耦合模型为：2322213231213218.309.129.305.216.02.277.183.73.532.756xxxxxxxxxxxxy3结果与分析3.1膜上灌玉米水肥耦合模型的建立与检验3.1.2膜上灌玉米水肥耦合模型的检验经对回归方程进行显著性检验而得：因素与产量的复相关系数R=0.85，说明用水肥耦合回归模型进行产量预报，具有较高的可靠性。常数项和一次项中的灌溉定额x1对产量的影响极显著（***）；二次项中的灌溉定额x12和纯磷量x32对产量影响显著（**）；灌溉定额与纯氮的交互项x1x2对产量影响较显著（*），其余系数均不显著，于是方程可简化为：y=756.2+53.3x1+27.2x1x2-30.9x12-30.8x32由此看出，水的一次项和二次项、磷的二次项以及水和氮的交互作用对玉米产量反应敏感。3结果与分析3.2膜上灌玉米水肥耦合模型分析3.2.1主因素效应综合考虑偏回归系数及t检验的结果，可得出试验中各因素对产量影响的顺序为灌溉水定额（x1）施磷量（x3）施氮量（x2）。3.2.2单因素效应将回归模型中的水、氮、磷三因子中的两个固定在零水平，求得单因素对产量的回归子模型如下：灌水量：y1=756.2+53.3x1-30.9x12施氮量：y2=756.2+7.3x2-12.9x22施磷量：y3=756.2+18.7x3-30.8x323结果与分析表3膜上灌玉米水、氮、磷三因素不同水平的产量预测值三因素不同水平的产量预测值（Kg/667m2）xj灌溉定额施氮量施磷量-1.682579.1707.4637.6-1672.0736.0706.70756.2756.2756.21778.6750.6744.11.682758.4732.0700.53结果与分析500600700800-2-1012水平编码产量（Kg/666.7m2）图1膜上灌玉米产量与灌水量关系3结果与分析图2膜上灌玉米产量与施氮量关系700720740760780-2-1012水平编码产量（Kg/666.7m2）3结果与分析图3膜上灌玉米产量与施磷量关系600650700750800-2-1012水平编码产量（Kg/666.7m2）3结果与分析3.2.3因素间的交互作用由回归方程交互项的系数t检验结果可知，灌水量和施氮量的交互作用达到较显著水平，将x3固定在零水平，得下列水氮交互方程：y1，2=756.2+53.3x1+7.3x2+27.2x1x2-30.9x12-12.9x223结果与分析表4膜上灌玉米灌水量与施氮量的交互作用施氮量（x2）统计参数项目-1.682-101+1.682XpsCv（%）-1.682607.31604.68579.13527.78477.96559.3755.609.94-1668.98679.00672.00639.20602.03652.2431.934.900707.43736.00756.20756.60731.98736.4419.062.59+1684.08731.2778.60800.20800.13758.8450.406.64灌水量（x1）+1.682632.7692.48758.43798.58811.17738.1775.1610.18Xp660.10688.67708.87703.27684.65s40.1052.9483.29117.92142.42统计参数Cv（%）6.077.6911.7516.7720.83结果与分析3.2.4最优组合方案根据已建立的膜上灌玉米水肥耦合优化数学模型，编制程序，在-1.682~+1.682之间取7个水平（-1.682，-1，-0.5，0，+0.5，+1，+1.682），上机进行不同目标下的最优组合方案模拟。通过模拟求得326个组合方案，其中800~900kg/667m2的有13个组合；700~800kg/667m2的有131个组合；600~700kg/667m2的有126个组合；500~600kg/667m2的有56个组合；400~500kg/667m2的有14个组合。3结果与分析表5膜上灌玉米667m2产量600～700kg寻优方案及频率x1x2x3水平号次数频率次数频率次数频率-1.68230.0238320.2540290.2302-1.0370.2937230.1825200.1587-0.5280.2222190.1508150.11900.0140.1111130.1032140.11110.5120.0952130.1032140.11111.0150.1190120.0952160.12701.682170.1349140.1111180.1429合计次数1261.01261.01261.0均值-0.0512-0.3514-0.1826标准差0.39550.45660.477095%置信区间-0.4662~-0.3638-0.8304~-0.1276-0.6830~0.3179措施范围(m3/667m2)138.09~177.109.06~14.764.37~5.243结果与分析表6膜上灌玉米667m2产量700～800kg寻优方案及频率x1x2x3水平号次数频率次数频率次数频率-1.68200.040.030500.0-1.000.0170.1298180.1374-0.5160.1221220.1679270.20610.0320.2443280.2137270.20610.5350.2672260.1985240.18321.0260.1985210.1603210.16031.682220.1679130.0992140.1069合计次数1311.01311.01311.0均值0.55350.16140.1912标准差0.27830.34710.331995%置信区间0.2615~0.8454-0.2028~-0.5255-0.1570~0.5394措施范围m3/667m2172.29~199.7312.79~17.135.63~7.284结论建立的膜上灌玉米水肥耦合回归模型经检验达到了显著水平，可用于预报和指导生产。在本试验条件下，各因素影响膜上灌玉米产量的顺序为灌水量施磷量施氮量。在各因素交互作用下，灌水量与施氮量的交互作用较显著，而且高水配以高氮或低水配以低氮，膜上灌玉米增产作用明显。膜上灌玉米不同产量水平下的因素最佳组合方案为：①产量500~600Kg/667m2，灌溉定额91.93~132.24m3/667m2，施氮量9.95~15.58Kg/667m2，施磷量4.81~7.38Kg/667m2。②产量600~700Kg/667m2，灌溉定额138.09~177.10m3/667m2，施氮量9.06~14.76Kg/667m2，施磷量4.37~5.24Kg/667m2。③产量700~800Kg/667m2，灌溉定额172.29~199.73m3/667m2，施氮量12.79~17.13Kg/667m2，施磷量5.63~7.28Kg/667m2。④产量800~900Kg/667m2，灌溉定额214.95~228.39m3/667m2，施氮量21.6~23.29Kg/667m2，施磷量7.16~8.27Kg/667m2。膜上灌玉米节水灌溉制度与氮磷比最优配方研究田军仓教授韩丙芳讲师宁夏大学[e-mail]2003年11月6日北京汇报内容引言材料与方法结果分析结论1引言1.1国外报道1.2国内研究2材料与方法2.1试验点基本情况本试验点位于宁夏引黄灌区吴忠市利通区马莲渠乡柴桥村，北纬37°59＇东径106°11＇，海拔高度1127.8m。试验田为中壤土，土壤全盐含量为11.8g/Kg，速效N为58mg/Kg，速效P为13.4mg/Kg，速效K为150mg/Kg，全N为0.2g/kg，全P为0.7479g/kg，全K为17.11g/kg，有机质为17.6g/kg，PH值为8.34。土壤容重为1.38g/cm3，土壤田间持水率为23%。2003年4月～下旬9月，全生育期降雨为145.9mm，平均气温19.6℃。2材料与方法2.2试验设计试验的目的是在一定的肥力和其它农业技术措施条件下，探求一定水文年份膜上灌玉米不同灌