青貯玉米高產(chǎn)制種技術措施模型的研究與應用

蘇天增，任 偉，丁光省，侯 珺，侯樂新

(1.商丘師范學院 生物與食品學院，河南 商丘 476000； 2.河南省大京九種業(yè)有限公司，河南 商丘 476000；3.商丘市睢陽區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所，河南 商丘 476000)

用玉米自交系配制雜交種，是當前玉米生產(chǎn)上利用雜種優(yōu)勢的主要方法。自交系是配制單交種、雙交種或三交種等雜交種必不可少的、十分寶貴的親本材料，但其受自交衰退遺傳規(guī)律制約，生長勢弱，抗災抗病能力差，采用常規(guī)制種技術措施，產(chǎn)量低而不穩(wěn)。因此，優(yōu)化玉米制種技術措施已成為提高制種產(chǎn)量的重要途徑。目前，關于玉米制種技術措施的研究較多。史麗麗等[1]剖析了母本種植密度、父母本行比、父母本播期對制種產(chǎn)量的影響。侯樂新等[2]建立了夏玉米制種氮磷鉀施肥模型。張慎舉等[3]研究了夏玉米制種適宜氮肥施用量及追施方式。任利沙等[4]分析了灌漿期控水和施用控釋肥對玉米制種產(chǎn)量和種子質(zhì)量的影響。王嬋等[5]探討了地膜覆蓋方式與灌水量對玉米制種產(chǎn)量的影響。上述研究為青貯玉米制種產(chǎn)量的提高提供了有益參考。青貯玉米是主要的飼料作物，目前，關于青貯玉米多個制種技術措施與制種產(chǎn)量的關系，例如施肥量、播期、密度、多效唑用量和人工輔助授粉次數(shù)等，并建立制種技術措施數(shù)學模型的研究尚未見報道。為此，采用二次正交旋轉(zhuǎn)組合設計[6]，研究了5個技術措施對青貯玉米制種產(chǎn)量的影響，建立高產(chǎn)制種技術措施模型，以期為提高制種產(chǎn)量提供技術參考。

1 材料和方法

1.1 試驗地基本概況及試驗材料

試驗于2014—2015年在甘肅省張掖市甘州區(qū)黨集鎮(zhèn)進行，該區(qū)土壤為灌淤土，中等肥力，含有機質(zhì)14.5～16.2 g/kg、全氮0.86～1.25 g/kg、堿解氮76.4～82.8 mg/kg、速效磷10.2～12.3 mg/kg、速效鉀156.6～175.4 mg/kg，地勢平坦，排灌方便。

試驗材料豫青貯23是由河南省大京九種業(yè)有限公司利用自選系9383作母本、自選系115作父本組配而成的青貯玉米雜交種。

1.2 試驗設計

采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設計，設施肥量(x1)、播期(x2)、密度(x3)、多效唑用量(x4)、人工輔助授粉次數(shù)(x5)5個因素，各因素水平及編碼值見表1。全試驗共設36個小區(qū)，分成3個正交區(qū)組，區(qū)組間留1 m寬通道，行距0.5 m，行長6 m，7行區(qū)，父母本行比1∶6，小區(qū)面積21 m2。試驗用肥為尿素(含N 46.7%)、過磷酸鈣(含P2O516%)、硫酸鉀(含K2O 52%)，磷肥和鉀肥全作基肥，氮肥30%基施、70%在母本拔節(jié)期追施，母本5—7葉期噴施多效唑(15%可溶性粉劑)，吐絲散粉期進行人工輔助授粉，其他田間管理同一般制種田。

表1 試驗因素水平及編碼值

1.3 優(yōu)化制種措施驗證試驗

2016—2017年，采用稍作修改的優(yōu)化方案分別在甘肅省張掖市甘州區(qū)黨集鎮(zhèn)和金昌市永昌縣水源鎮(zhèn)玉米制種基地進行2點3次共計37.2 hm2試驗。播種前基施磷酸二銨(含N 18%、P2O548%)300～330 kg/hm2、硫酸鉀330～370 kg/hm2，播期4月10—15日，種植密度9.4萬～9.6萬株/hm2，父母本行比1∶6，母本拔節(jié)期追施尿素440～490 kg/hm2，母本5—7葉期噴施15%多效唑可溶性粉劑620～720 g/hm2，吐絲散粉期進行2～3次人工輔助授粉。該方案與常規(guī)制種方法相比，密度增加了7 500株/hm2，采取噴施多效唑和人工輔助授粉措施。

1.4 測定項目及方法

收獲時，小區(qū)兩邊各去除1行，留中間5行，測定產(chǎn)量。

2 結果與分析

2.1 青貯玉米高產(chǎn)制種技術措施模型的建立

2014—2015年試驗結果趨勢基本相同，現(xiàn)僅以2014年試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析(表2)。使用MATLAB軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理和分析，建立了高產(chǎn)制種技術措施模型(1)。

(1)

經(jīng)方差分析，F(xiàn)1=1.15，失擬項不顯著，表明未知因素對試驗結果干擾很小，F(xiàn)2=106.18**，達極顯著水平，復相關系數(shù)R=0.996 5**，說明5個制種技術措施與制種產(chǎn)量之間存在顯著的函數(shù)關系，故直接用模型(1)進行優(yōu)化分析。

表2 青貯玉米不同制種技術措施組合及其產(chǎn)量

2.2 青貯玉米高產(chǎn)制種技術措施模型分析

2.2.1 不同制種技術措施對青貯玉米產(chǎn)量的效應分析 本研究采用貢獻率法分析5個制種技術措施對青貯玉米產(chǎn)量的效應[7]。經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，5個制種技術措施對青貯玉米產(chǎn)量的貢獻率表現(xiàn)為x3(3.87)>x5(3.62)>x1(2.89)>x4(2.88)>x2(2.79),表明欲使青貯玉米制種產(chǎn)量提高，首先要合理密植，隨后依次是適當人工輔助授粉、適量施氮磷鉀肥、適量噴施多效唑、適期播種。

2.2.2 不同制種技術措施與制種產(chǎn)量的關系 對模型(1)采用降維法解析，即固定其他4個因素于編碼值為0，可得一元降維偏回歸模型(2)。

(2)

將各因素不同編碼值代入上述模型，即可求得相應的制種產(chǎn)量(圖1)。從圖1可以看出，隨著各因素編碼值的提高，制種產(chǎn)量相應增加，當播期(x2)編碼值在-1.0～-0.5、其余4個因素編碼值都達0時，制種產(chǎn)量較高，超過此值產(chǎn)量反呈下降趨勢。

圖1 青貯玉米高產(chǎn)制種技術措施對產(chǎn)量的影響Fig.1 Effect of high-yielding technical measures for seed production on yield of silage maize

2.2.3 不同制種技術措施對邊際產(chǎn)量的效應分析 對模型(2)求一階偏導數(shù)，采用降維法變換方程[8]，即可求得邊際產(chǎn)量(表3)。由表3可知，對于5個因素，邊際產(chǎn)量均隨其取值的增大而降低，表明各因素在較低水平時邊際產(chǎn)量較大。在本試驗條件下，最高制種產(chǎn)量的技術措施為：施N 252.8 kg/hm2、P2O5137.9 kg/hm2、K2O 172.4 kg/hm2，播期4月12日，密度9.5萬株/hm2，多效唑用量693.8 g/hm2，人工輔助授粉2.2次。上述單極點值與模型(2)的極點值有些差異，說明5個制種技術措施的互作效應也對制種產(chǎn)量產(chǎn)生影響。

表3 青貯玉米高產(chǎn)制種技術措施的邊際產(chǎn)量Tab.3 The boundary yield of high-yielding technical measures for seed production of silage maize

2.2.4 不同制種技術措施的互作效應分析 對5個因素之間的互作效應進行F測驗，其中，有6個互作項分別達顯著或極顯著水平，說明不同因素之間存在互作效應，本研究只對其中3個達極顯著水平的互作項進行分析，用降維法得模型(3)。

(3)

對上述模型分析可知，播期與密度的交互效應為正，播期的一次項為負值，密度的一次項為正值，表明隨著播期的推遲應適當增加種植密度，當播期超過編碼值-1、種植密度超過編碼值0時，極易造成晚播倒伏而減產(chǎn)。當種植密度介于編碼值-2～0時，隨著種植密度的增加，噴施多效唑(600 g/hm2)制種產(chǎn)量提高，二者編碼值都達到0時制種產(chǎn)量最高，超過此值產(chǎn)量反而下降。密度與人工輔助授粉次數(shù)互作效應為正，表明隨著種植密度的增加，人工輔助授粉(3次)有利于制種產(chǎn)量提高，當二者編碼值都達到1時制種產(chǎn)量最高。

2.2.5 最高制種產(chǎn)量模擬尋優(yōu) 本試驗高產(chǎn)制種技術措施數(shù)學模型經(jīng)MATLAB軟件模擬運行可求得最優(yōu)解，即在本試驗條件下可獲得最高制種產(chǎn)量為6 999.11 kg/hm2，其最高制種產(chǎn)量的技術措施方案是x1=0.45、x2=-0.66、x3=0.33、x4=0.31、x5=0.47。

為了尋求各個制種技術措施在制種中的可靠性，采取頻數(shù)分析法對高產(chǎn)制種技術措施數(shù)學模型進一步解析，經(jīng)MATLAB軟件運算得到3 125套組合方案，其中大于產(chǎn)量6 500 kg/hm2以上的組合方案85套，自變量xi的編碼值分別為x1=0.33～0.59、x2=-0.87～0.59、x3=0.19～0.44、x4=0.09～0.43、x5=0.25～0.60。即在本試驗條件下，最佳制種產(chǎn)量各xi的取值為：施N 256.3～284.9 kg/hm2、P2O5139.8～155.4 kg/hm2、K2O 174.8～194.3 kg/hm2，播期4月12—13日，密度9.29萬～9.65萬株/hm2，多效唑用量627.0～729.0 g/hm2，人工輔助授粉2.3～2.6次。

2.3 青貯玉米優(yōu)化制種措施示范結果

2016—2017年，對優(yōu)化方案稍作修改，以常規(guī)制種方法作對照，進行了2點3次大面積示范。2016年張掖市甘州區(qū)黨集鎮(zhèn)12.5 hm2生產(chǎn)示范，平均制種產(chǎn)量6 737.5 kg/hm2，較對照增產(chǎn)14.3%；永昌縣水源鎮(zhèn)9.5 hm2生產(chǎn)示范，平均制種產(chǎn)量6 682.5 kg/hm2，較對照增產(chǎn)14.1%。2017年水源鎮(zhèn)15.2 hm2生產(chǎn)示范，平均制種產(chǎn)量6 757.3 kg/hm2，較對照增產(chǎn)13.1%。據(jù)統(tǒng)計，2016—2017年2點3次共計37.2 hm2玉米品種豫青貯23制種平均產(chǎn)量6 731.5 kg/hm2，較對照增產(chǎn)13.9%，表明方案可行。

3 結論

本研究采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設計試驗方法，建立了豫青貯23高產(chǎn)制種技術措施數(shù)學模型。試驗結果表明，5個制種技術措施對產(chǎn)量的貢獻率表現(xiàn)為密度>人工輔助授粉次數(shù)>施肥量>多效唑用量>播期。在中等肥力條件下，制種產(chǎn)量達6 500 kg/hm2以上的最佳技術措施方案為施N 256.3～284.9 kg/hm2、P2O5139.8～155.4 kg/hm2、K2O 174.8～194.3 kg/hm2，播期4月12—13日，密度9.29萬～9.65萬株/hm2，多效唑用量627.0～729.0 g/hm2，人工輔助授粉2.3～2.6次。

本研究較全面地研究了5個制種技術措施對產(chǎn)量的效應，但影響制種產(chǎn)量的技術措施還不止文中所述的5個因素，有關更多因素與制種產(chǎn)量的關系，尚待進一步研究。