作物杂志,2019, 第2期: 128–135 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2019.02.020

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

玉米大豆间作种植密度耦合数学模型及其优化方案研究

代希茜1,詹和明1,崔兴洪2,赵银月1,单丹丹1,张亮1,王铁军1   

  1. 1 云南省农业科学院粮食作物研究所,650205,云南昆明
    2 会泽县农业技术推广中心,654200,云南曲靖
  • 收稿日期:2018-09-17 修回日期:2018-12-25 出版日期:2019-04-15 发布日期:2019-04-12
  • 通讯作者: 王铁军
  • 基金资助:
    国家大豆产业技术体系昆明综合试验站(CARS-04-CES29)

A Mathematical Model of Density Coupling and Its Optimization in Maize-Soybean Intercropping

Xixi Dai1,Heming Zhan1,Xinghong Cui2,Yinyue Zhao1,Dandan Shan1,Liang Zhang1,Tiejun Wang1   

  1. 1 Institute of Food Crops, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650205, Yunnan, China
    2 Huize Agricultural Technology Extension Center, Qujing 654200, Yunnan,China
  • Received:2018-09-17 Revised:2018-12-25 Online:2019-04-15 Published:2019-04-12
  • Contact: Tiejun Wang

摘要:

云南省大豆的种植主要以与玉米间作为主,适宜的种植密度是获得高产的前提,为研究种植密度对群体产量和经济产值的影响,找到最佳种植密度组合。采用二次饱和D-最优设计,分别在云南嵩明县(A)、会泽县(B)和鲁甸县(C)等3个点进行试验。研究了玉米和大豆种植密度对群体产量和经济产值的影响,并分别建立二元二次数学模型。结果表明:玉米和大豆密度对间作群体产量和经济产值影响显著,均呈凸抛物线型变化,在低密度水平下,群体产量和经济产值随密度的增加而增加。通过模型解析表明,玉米+大豆密度组合分别为64 110株/hm 2+147 013株/hm 2(A)、63 068株/hm 2+147 116株/hm 2(B)、64 059株/hm 2+145 077株/hm 2(C)时,各试验点可分别达到最高群体产量。玉米+大豆密度组合分别为62 909株/hm 2+149 852株/hm 2(A)、61 499株/hm 2+151 807株/hm 2(B)、62 762株/hm 2+147 108株/hm 2(C)时,各试验点可分别达到最高产值。经模拟得出,在本试验条件下,各试验点玉米大豆间作群体产量≥12 270kg/hm 2、经济产值≥24 000元/hm 2的最佳密度组合分别为玉米59 251~66 437株/hm 2、大豆140 075~161 495株/hm 2(A),玉米58 927~65 366株/hm 2、大豆144 159~169 203株/hm 2(B),玉米58 821~66 703株/hm 2、大豆139 315~154 886株/hm 2(C)。合理的密度搭配能有效提高群体产量,获得较高经济产值。

关键词: 玉米, 大豆, 间作, 种植密度耦合, 数学模型, 优化方案

Abstract:

Maize and soybean intercropping planting is mainly composed of soybean planting in Yunnan Province. In order to achieve high yield of maize and soybean intercropping system, we must have suitable planting density. The effect of planting density on population grain yield and economic output value was studied with the design of the double saturated D-optimal regression, which was tested at three sites including Songming County (A), Huize County (B) and Ludian County (C), respectively. And a binary quadratic mathematical model was established, in which the planting densities of maize and soybean were independent variables, and population grain yield and economic output value were dependent variables. The results showed that the planting density of maize and soybean on population grain yield and economic output value of intercropping group effect significantly, and the change curve was a convex parabola. The population yield and economic output increased with density under the low level of density. According to model analysis, each test site could reach the highest population grain yield with the optimized combination of maize 64 110 plant/hm 2+ soybean 147 013 plant/hm 2 (A), maize 63 068 plant/hm 2+soybean 147 116 plant/hm 2 (B) and maize 64 059 plant/hm 2+soybean 145 077 plant/hm 2 (C), respectively. Each test site could reach the highest economic output value with the optimized combination of maize 62 909 plant/hm 2+soybean 149 852 plant/hm 2 (A), maize 61 499 plant/hm 2+soybean 151 807 plant/hm 2 (B) and maize 62 762 plant/hm 2+soybean 147 108 plant/hm 2 (C), respectively. According computer simulation, the optimum combination of densities of maize and soybean were 59 251-66 437 plant/hm 2 for maize and 140 075-161 495 plant/hm 2 for soybean (A), 58 927-65 366 plant/hm 2 for maize and 144 159-169 203 plant/hm 2 for soybean (B), 58 821-66 703 plant/hm 2 for maize and 139 315-154 886 plant/hm 2 for soybean (C) in order to obtain population grain yield greater than 12 270kg/hm 2 and economic output value greater 24 000 yuan/hm 2 under the condition of this experiment. A reasonable density collocation can effectively increase population yield and economic output value.

Key words: Maize, Soybean, Intercropping, Planting density coupling, Mathematics model, Optimization scheme

表1

密度配置的水平编码值和田间实际值"

处理
Treatment
水平编码值
Level coding value
田间实际值(株/hm2)
Field actual value (plant/hm2)
玉米
Maize
大豆
Soybean
玉米
Maize
大豆
Soybean
T1 -1 -1 44 978 89 955
T2 -1 -1 71 964 89 955
T3 -1 -1 44 978 194 903
T4 -0.1315 -0.1315 56 696 135 528
T5 -0.3944 -1 63 793 194 903
T6 -1 -0.3944 71 964 163 124

表2

各试验点群体复合产量统计分析"

处理
Treatment
嵩明Songming 会泽Huize 鲁甸Ludian
玉米
Maize
大豆
Soybean
群体
Total
玉米
Maize
大豆
Soybean
群体
Total
玉米
Maize
大豆
Soybean
群体
Total
T1 9 499.3a 1 201.3de 10 700.6d 9 778.8c 1 078.1d 10 856.9d 9 960.5d 1 084.5e 11 045.0d
T2 10 655.5b 1 144.7e 11 800.2b 10 984.5ab 888.7e 11 873.2b 10 967.0c 1 011.5f 11 978.5b
T3 9 373.4a 1 338.5bc 10 711.9d 9 713.1c 1 194.0c 10 907.1d 9 835.6e 1 186.4d 11 022.0d
T4 10 651.3b 1 419.2b 12 070.5a 10 991.5ab 1 318.6b 12 310.1a 10 909.6c 1 298.4b 12 207.9a
T5 10 822.6ab 1 293.4cd 12 116.0a 11 121.1a 1 175.9c 12 297.0a 11 108.0b 1 121.4e 12 229.4a
T6 10 669.9b 1 363.2bc 12 033.1ab 10 893.5b 1 240.4c 12 133.9a 10 880.6c 1 236.9c 12 164.9a
SS - 3 582.2a 3 582.2e - 3 568.2a 3 568.2e - 3 647.2a 3 647.2e
MM 11 023.7a - 11 023.7c 11 155.9a - 11 155.9c 11 223.4a - 11 223.4c

表3

各试验点群体经济产值统计分析"

处理
Treatment
嵩明Songming 会泽Huize 鲁甸Ludian
玉米
Maize
大豆
Soybean
群体
Total
玉米
Maize
大豆
Soybean
群体
Total
玉米
Maize
大豆
Soybean
群体
Total
T1 15 198.8c 6 607.1de 21 805.9c 15 646.1c 5 929.4d 21 575.5d 15 936.8d 5 964.5e 21 901.3f
T2 17 048.8b 6 296.0e 23 344.7b 17 575.2ab 4 887.8e 22 463.0c 17 547.2c 5 563.2f 23 110.4d
T3 14 997.3c 7 361.9bc 22 359.2c 15 541.0c 6 566.7c 22 107.8c 15 736.9e 6 525.2d 22 262.2e
T4 17 042.2b 7 805.4b 24 847.6a 17 586.4ab 7 252.6b 24 839.0a 17 455.3c 7 140.9b 24 596.2a
T5 17 316.1ab 7 113.6cd 24 429.7a 17 793.7a 6 467.5c 24 261.3b 17 772.7b 6 167.9e 23 940.6c
T6 17 071.8b 7 497.6bc 24 569.4a 17 429.7b 6 822.1c 24 251.8b 17 484.9c 6 802.8c 24 287.7b
SS - 19 699.4a 19 699.4d - 19 625.2a 19 625.2e - 20 059.5a 20 059.5g
MM 17 638.4a - 17 638.4e 17 849.5a - 17 849.5f 17 957.4a - 17 957.4h

表4

各试验点群体产量(Y)与玉米密度(X1)和大豆密度(X2)的回归方程"

回归方程Regression equation
YA=12163.87+570.1X1+25.9X2-688.03X12-199.59X22+20.25X1X2(P<0.01,R=1.000)
YB=12400.3+519.56X1+36.51X2-769.15X12-229.58X22+11.41X1X2(P<0.01,R=1.000)
YC=12285.96+486.93X1+8.68X2-592.45X12-173.09X22+20.18X1X2(P<0.01,R=1.000)

表5

各试验点经济产值(Z)与玉米密度(X1)和大豆密度(X2)的回归方程"

回归方程 Regression equation
ZA=25022.86+770.11X1+277.36X2-1179.07X12-991.13X22+0.71X1X2(P<0.01,R=1.000)
ZB=25010.89+581.26X1+403.66X2-1363.3X12-1224.68X22+137.51X1X2(P<0.01,R=1.000)
ZC=24736.32+610.88X1+186.78X2-968.45X12-1075.29X22+6.33X1X2(P<0.01,R=1.000)

图1

玉米种植密度对群体产量和经济产值的单因素效应分析"

图2

大豆种植密度对群体产量和经济产值的单因素效应分析"

图3

嵩明种植密度对群体产量和经济产值的互作效应"

图4

会泽种植密度对群体产量和经济产值的互作效应"

图5

鲁甸种植密度对群体产量和经济产值的互作效应"

表6

各试验点优化方案的相关参数"

优化目标
Optimal target value
相关参数
Relevant parameter
嵩明Songming 会泽Huize 鲁甸Ludian
X1 X2 X1 X2 X1 X2
群体产量≥12 270kg/hm2
Population grain yield ≥12 270kg/hm2
优化方案数
Optimization scheme
14 18 19
平均值Mean 0.3270 0.0751 0.2397 0.0584 0.2797 0.1080
标准误Standard error 0.1132 0.1198 0.0962 0.1472 0.0994 0.1478
95%的置信区间
95% confidence interval
0.0824~0.5716 -0.1837~0.3339 0.0368~0.4426 -0.2521~0.3690 0.0709~0.4885 -0.2025~0.4185
种植密度(株/hm2)
Planting density
(plant/hm2)
59 612~66 216 132 855~160 032 58 997~64 475 129 263~161 871 59 457~65 095 131 868~164 470
经济产值≥24 000元/hm2
Economic output value ≥24000 yuan/hm2
优化方案数
Optimization scheme
15 15 12
平均值Mean 0.2701 0.2701 0.2701 0.2701 0.3157 0.0876
标准误Standard error 0.1112 0.1112 0.1112 0.1112 0.1326 0.0674
95%的置信区间
95% confidence interval
0.0316~0.5086 0.0316~0.5086 0.0316~0.5086 0.0316~0.5086 0.0238~0.6077 -0.0607~0.2359
种植密度(株/hm2)
Planting density
(plant/hm2)
58 927~65 366 144 159~169 203 58 927~65 366 144 159~169 203 58 821~66 703 139 315~154 886

表7

群体产量≥12 270kg/hm2、经济产值≥24 000元/hm2的优化组合频数分析"

变量
Variable
嵩明Songming 会泽Huize 鲁甸Ludian
X1 X2 X1 X2 X1 X2
次数
Times
频率
Frequency
次数
Times
频率
Frequency
次数
Times
频率
Frequency
次数
Times
频率
Frequency
次数
Times
频率
Frequency
次数
Times
频率
Frequency
-1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
-0.1315 3 0.2308 4 0.3077 4 0.2667 4 0.2667 3 0.25 4 0.3333
0 3 0.2308 4 0.3077 4 0.2667 4 0.2667 3 0.25 4 0.3333
0.3944 4 0.3077 4 0.3077 4 0.2667 4 0.2667 3 0.25 4 0.3333
1 3 0.2308 1 0.0769 3 0.2000 3 0.2000 3 0.25 0 0
合计 Total 13 1 13 1 15 1 15 1 12 1 12 1
平均值 Mean 0.3218 0.1578 0.2701 0.2701 0.3157 0.0876
标准误 Standard error 0.1222 0.0936 0.1112 0.1112 0.1326 0.0674
95%置信区间
95% confidence interval
0.0556~0.5879 -0.0462~0.3618 0.0316~0.5086 0.0316~0.5086 0.0238~0.6077 -0.0607~0.2359
种植密度(株/hm2)
Plant density (plant/hm2)
59 251~66 437 140 075~161 495 58 927~65 366 144 159~169 203 58 821~66 703 139 315~154 886
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