全 文 ：第 23卷第 3期 干 旱 地 区 农 业 研 究 Vol. 23 No. 3
2005年 5月 Agricultural Research in the Arid Areas May 2005
旱地莜麦多目标动态施肥模式研究
牛瑞明 1 ,乔永明1 ,赵锁江2 ,范翠丽1 ,杨德浩1
( 1.河北北方学院 ,河北 宣化　 075131; 2.万全县种子公司 ,河北 万全　 075000)
摘　要: 建立莜麦籽粒产量、生物产量、籽粒蛋白质产量、总蛋白质产量与施氮总量及追施比例之间的效应方
程 ,求解不同边际利润下的最佳施氮量及追施比例。 结果表明:施氮量改变 ,直接影响最佳追施比例、籽粒产量、蛋白
质产量和生物产量等 ,施氮量在 17. 25～ 120. 75 kg /hm2区间内 ,各种目标产量随施氮量的增加而稳定增加 ,在合理
的施氮量区间内实现既定产量 ,施氮总量与追施比例可以消长互替 ,降低追施比例则增加氮素总量 ,或增加追施比例
则可以减少氮素总量。得出了不同目标产量时的最佳氮肥用量与追施比例和对应于氮肥不同用量的最佳追施比例及
理论产量的动态施肥模式的数学方程。
关键词: 冀西北 ;旱地 ;莜麦 ;施肥模式
中图分类号: S147. 21　　文献标识码: A　　文章编号: 1000-7601( 2005) 03-0100-05
　　冀西北坝上高原位于内蒙古高原的南端 ,是华北
农区向内蒙古牧区过渡的农牧交错带。莜麦是该区域
种植历史悠久的主要粮饲兼用作物 ,约占历年粮播面
积的 40%以上 ,且 70%以上分布在丘陵起伏的坡梁
地。由于土壤贫瘠 ,经营粗放 ,产量低而不稳。本试验
主要针对莜麦需氮的生物学特性及当地传统的“一炮
轰”施肥方式极易造成莜麦生育后期脱肥的实际 ,研
究和探讨建立适应该区域莜麦的施肥模式 ,希望能为
增加产量 ,改善品质 ,提高该作物的经济效益 ,有效地
促进农村农牧业经济的快速发展提供参考。
1　材料与方法
1. 1　供试材料
供试品种为莜麦品五号 ;磷肥为过磷酸钙 (含
P2O5 14% ) ;施用的氮肥为尿素 (含 N 46% ) ,依据含
氮量折合成纯氮。
1. 2　试验方法
试验播种量按 375万苗 /hm2设计;播深为 5
cm;行距 25 cm;播期 5月 25日 ,播前统一底施磷肥
( P2O5 ) 45 kg /hm
2 ,试验设计为双因素随机区组设
计。
A因素为纯氮素施用总量 ( kg /hm2 ): 0. 00
( CK) , 17. 25, 34. 50, 51. 75, 69. 00, 86. 25, 103. 50,
120. 75, 138. 00, 155. 25。 B因素为追施氮素占施用
总量的比例 (% ): 0, 50% , 75% , 100%。 本试验设 37
个处理 , 3次重复 ,共 111个小区。在生理拔节期分别
按相应比例追施氮肥 ,追肥后中耕。农田管理同一般
大田 ,籽粒和秸秆中蛋白质测定采用凯氏定氮法。 试
验结果及效果见表 1。
2　结果与分析
2. 1　多目标动态施肥模式的建立
对莜麦氮素用量及追施比例二因素全实施 37个
处理试验结果进行分析 ,将追肥比例引入效应函数 ,
建立莜麦籽粒产量与氮素用量及追施比例的二元效
应方程:
　Y= 542. 551+ 13. 11x1+ 953. 11x 2- 0. 02336x1 2
- 1. 32205x 1x 2- 645. 577x2
2 ( 1)
( F = 73. 8233
* * , r
2= 0. 9248,n= 36)
式中 , Y ( kg /hm2 )为产量 ; x 1为氮素用量 17. 25～
155. 25 kg /hm
2 ; x2是追施氮肥占氮肥总量的比例 ,
变化区为 0～ 1。据方程绘制出对应于氮肥用量和追
施比例的籽粒等产线图 (图 1)。脊线 GA、GB包围的
区域是合理的配比区间 ,在此区域内实现既定的产
量、氮肥用量与追施比例可以消长互替 ,降低追施比
例则增加氮肥用量或增大追施比例减少氮肥用量 ,显
然后一途径是可取的。固定氮肥用量获得最高产量时
的追肥比例 ,称最佳追肥比例 ,既 GA脊线 ,此时
dY /dx 1= 0,则有 x2= 0. 73818- 0. 001024x1 ;又追肥
比例最佳时 ,籽粒产量表达的氮肥用量的一元效应函
数 Y= 894. 3375+ 12. 1340x 1 - 0. 02269x 12并适应
上式。由此得联立方程:
收稿日期: 2004-04-08
基金项目:河北省农业综合研究项目 ( 96220911D)
作者简介:牛瑞明 ( 1956- ) ,男 ,河北康保县人 ,副教授 ,主要从事作物抗性生理及旱区农业研究。
Y= 894. 3375+ 12. 1340x1 - 0. 02269x 1
2
x 2= 0. 73818- 0. 001024x 1
( 2)
表 1　氮素用量与追施比例试验产量效果
Table 1　 Yield incr ea se effect o f N amount and propor tion of additional fer tilizer
氮素用量
N dosage
( kg /hm2 )
追施比例
Proport ion of
addit ional
ferti lizer
(% )
籽粒产量*
Grain yield
( kg /hm2)
追施比底施增
Increas e rate
of addi tional
fertili zer
(% )
比对照增
Increase
rate of
ferti li zer
(% )
纯氮增产
Yield
increas e of N
( kg /kg)
纯利润
Net profi t
( yuan /hm2)
产投比
O /I ratio
降水利用效率
WU E
[k g / ( mm·
hm2 ) ]
生物产量
Biomass
yield
( kg /hm2 )
0. 00 0. 00 690. 0 0. 0 0. 0 0. 00 0. 00 0. 00 2. 25 1 795. 5
17. 25 0. 00 1 125. 0 0. 0 63. 0 25. 22 433. 65 10. 67 3. 6 3 453. 0
17. 25 0. 50 1 146. 0 1. 9 66. 1 26. 43 456. 75 11. 18 3. 6 2 950. 5
17. 25 0. 75 1 350. 0 20. 0 95. 7 38. 26 681. 15 16. 19 4. 35 4 101. 0
17. 25 1. 00 1 341. 0 19. 2 94. 3 37. 74 671. 25 15. 97 4. 20 3 601. 5
34. 50 0. 00 1 536. 0 0. 0 122. 6 24. 52 840. 90 10. 37 4. 95 4 728. 0
34. 50 0. 50 1 590. 0 3. 5 130. 4 26. 09 900. 30 11. 04 5. 10 6 105. 0
34. 50 0. 75 1 660. 1 8. 1 140. 6 28. 12 977. 40 11. 90 5. 25 4 704. 0
34. 50 1. 00 1 671. 0 8. 8 142. 2 28. 43 989. 40 12. 03 5. 25 4 947. 0
51. 75 0. 00 1 545. 0 0. 0 123. 9 16. 52 805. 95 6. 99 4. 95 4 623. 0
51. 75 0. 50 1 866. 0 20. 8 170. 4 22. 72 1 159. 05 9. 61 6. 0 5 155. 5
51. 75 0. 75 1 860. 0 20. 4 169. 6 22. 61 1 152. 45 9. 57 5. 85 5 305. 5
51. 75 1. 00 1 800. 0 16. 5 160. 9 21. 45 1 086. 45 9. 08 5. 70 4 992. 0
69. 00 0. 00 1 695. 0 0. 0 145. 7 14. 57 926. 10 6. 16 5. 40 5 796. 0
69. 00 0. 50 2 211. 0 30. 4 220. 4 22. 04 1 493. 70 9. 32 7. 05 6 933. 0
69. 00 0. 75 2 277. 0 34. 3 230. 0 23. 00 1 566. 30 9. 73 7. 2 6 787. 5
69. 00 1. 00 1 995. 0 17. 7 189. 1 18. 91 1 256. 10 8. 00 6. 3 6 141. 0
86. 25 0. 00 2 406. 0 0. 0 248. 7 19. 90 1 663. 35 8. 42 7. 65 7 371. 0
86. 25 0. 50 2 271. 0 - 5. 6 229. 1 18. 33 1 514. 85 7. 75 7. 20 7 365. 0
86. 25 0. 75 2 436. 0 1. 2 253. 0 20. 24 1 696. 35 8. 56 7. 80 7 167. 0
86. 25 1. 00 2 214. 0 - 8. 0 220. 9 17. 67 1 452. 15 7. 48 7. 05 5 866. 5
103. 50 0. 00 2 385. 0 0. 0 245. 7 16. 38 1 595. 40 6. 93 7. 65 7 246. 5
103. 50 0. 50 2 715. 0 13. 8 293. 5 19. 57 1 958. 40 8. 28 8. 70 8 037. 0
103. 50 0. 75 2 406. 0 0. 9 248. 7 16. 58 1 618. 50 7. 01 7. 65 7 458. 0
103. 50 1. 00 2 400. 0 0. 6 247. 8 16. 52 1 611. 90 6. 99 7. 65 6 744. 0
120. 75 0. 00 2 331. 0 0. 0 237. 8 13. 59 1 491. 10 5. 57 7. 35 6 856. 5
120. 75 0. 50 2 745. 0 17. 8 297. 8 17. 02 1 946. 60 7. 20 8. 70 9 924. 0
120. 75 0. 75 2 346. 0 0. 6 240. 0 13. 71 1 507. 65 5. 80 7. 50 7 705. 5
120. 75 1. 00 2 331. 0 0. 0 237. 8 13. 59 1 491. 15 5. 75 7. 35 6 705. 0
138. 00 0. 00 2 382. 0 0. 0 245. 2 12. 26 1 502. 40 5. 19 7. 65 6 964. 5
138. 00 0. 50 2 565. 0 - 7. 7 271. 7 13. 59 1 703. 70 5. 75 8. 10 7 612. 5
138. 00 0. 75 2 331. 0 - 2. 1 237. 8 11. 89 1 446. 30 5. 03 7. 35 6 456. 0
138. 00 1. 00 2 241. 0 - 5. 9 224. 8 11. 24 1 347. 30 4. 76 7. 20 6 646. 5
155. 25 0. 00 2 219. 0 0. 0 221. 6 9. 85 1 278. 15 4. 17 7. 05 7 965. 0
155. 25 0. 50 2 370. 0 6. 8 243. 5 10. 82 1 444. 35 4. 58 7. 50 7 389. 0
155. 25 0. 75 2 247. 0 1. 3 225. 7 10. 03 1 309. 05 4. 24 7. 20 6 658. 5
155. 25 1. 00 2 241. 0 1. 0 224. 8 9. 99 1 302. 45 4. 23 7. 20 5 935. 5
　　注: * 为三次重复平均值。 Note: * Av erage of 3 rep eti ti ons.
101第 3期 牛瑞明等:旱地莜麦多目标动态施肥模式研究
图 1　不同氮肥用量与追施比例下莜麦籽粒等产线
Fig. 1　 Isoline cha rt o f oa t yield under differ ent N
do sage and propo rtion of additiona l fe rtilizer
Y= 894. 3375+ 12. 1340x1 - 0. 02269x 12
x 2= 0. 73818- 0. 001024x 1
( 2)
由方程得不同产量时的最佳氮肥用量与追施比
例或对应于氮肥不同用量的最佳追施比例及理论产
量。最佳追施比例并非一成不变而呈现动态变化 ,随
着施氮总量增加 ,追施比例相应减少。
依据籽粒产量与氮肥用量和追施比例效应方程 ,
且定莜麦价格 PY = 1. 10元 /kg ,氮肥价格 (以尿素
计 ) Px 1= 1. 20元 /kg ,追肥比例对农事行为影响甚
小 ,取 Px 2= 0。导出氮肥用量 (x 1 )与边际利润 ( R )和
氮肥用量 (x 1 )与追施比例 (x 2 )的联立方程
x1= 247. 2- 20. 2275R
x2= 0. 73818- 0. 001024x1
( 3)
计算出不同 R值下的最佳施氮量及追施比例。
当 R= - 1。籽粒产量最高为 2 516. 85 kg /hm2 ,相应
施氮量为 123. 03 kg /hm2 ( 267. 45 kg /hm2尿素 ) ,追
比 0. 46; R= 0,利润最大 ,随着 R值增大 ,施肥量下
降 ,追肥比例提高、产量及纯利润减少 ,产投比加大
(见表 2)。对于贫困地区 ,适当减少施肥量 ,加大追肥
比例提高产投比 ,获取相应的产量和利润值。
表 2　不同边际利润 (R )的尿素施用量和追施比例
Table 2　 N dosage and propo rtion of additiona l fer tili zer fo r diffe rent marginal pro fit (R)
R
氮素用量
N dosag e
( kg /hm2 )
追施比例
Proportion of
ad di tional
fertili zer
(% )
籽粒产量
Grain yield
( kg /hm2 )
纯氮增产
Yield increas e
of N
( kg /k g)
产投比
O /I ratio
纯利润
Net profi t
( yuan /hm2)
- 1 123. 027 0. 46 2 516. 85 14. 85 6. 28 1 689. 75
0 113. 712 0. 49 2 507. 55 15. 98 6. 76 1 703. 70
0. 5 109. 089 0. 50 2 496. 00 16. 56 7. 01 1 703. 10
1. 0 104. 397 0. 51 2 479. 80 17. 14 7. 25 1 697. 25
2. 0 95. 151 0. 53 2 433. 45 18. 33 7. 75 1 670. 55
3. 0 85. 836 0. 55 2 368. 65 19. 56 8. 27 1 623. 30
4. 5 71. 898 0. 58 2 236. 65 21. 51 9. 10 1 514. 40
5. 5 62. 583 0. 60 2 125. 50 22. 93 9. 70 1 416. 30
6. 5 53. 337 0. 62 1 995. 75 24. 50 10. 36 1 297. 80
7. 5 44. 022 0. 64 1 847. 70 26. 30 11. 13 1 158. 90
8. 5 34. 707 0. 66 1 680. 90 28. 54 12. 08 999. 75
10. 0 20. 769 0. 69 1 396. 20 33. 98 14. 38 722. 70
　　莜麦秸秆是重要的饲草资源 ,获取高额生物产量
也是旱地栽培技术追求的目标之一。用与上述类同的
方法 ,得出生物产量与氮肥用量和追施比例二元抛物
线效应方程:
　Y= 1432. 7865+ 42. 7887x 1+ 3939. 975x 2
- 0. 07469x 1
2
- 5. 9346x 1x 2
- 3280. 0625x 2
2 ( 4)
(F= 32. 4036* * , r 2= 0. 8437, n= 36)
生物产量与氮肥用量 ,追施比例与氮肥施用量一
元联立方程:
Y= 2615. 9505+ 39. 224x1 - 0. 07129x 12
x 2= 0. 6006- 0. 0009047x 1
( 5)
莜麦籽粒用于保健食品或饲料 ,提高蛋白质产量
是主要追求目标。籽粒蛋白质产量 Y与氮肥用量 x 1、
追施比例 x2二元抛物线方程为:
　Y= 18. 1085+ 2. 3679x 1+ 106. 4789x 2
- 0. 003456x1 2- 0. 07234x1x 2
- 65. 094x 2
2
( 6)
( F= 80. 4
* * , r
2= 0. 9664* * , n= 20)
一元联立方程:
Y= 65. 6515+ 2. 2884x1 - 0. 003695x1
2
x2= 0. 81788- 0. 0007467x 1
( 7)
同样可有总蛋白产量 Y与氮肥用量 x 1和追施比
例 x 2的二元抛物线方程:
　Y= 3. 199+ 3. 22897x1+ 199. 41x 2- 0. 004530x 12
- 0. 1884x 1x2 - 144. 6218x2
2
( 8)
102 　　 干旱地区农业研究　　　　　 第 23卷
(F= 56. 51
* * , r
2= 0. 9528* * , n= 20)
一元联立方程:
Y= 71. 9415+ 3. 0991x 1- 0. 004467x 12
x 2= 0. 6894- 0. 0006515x 1
( 9)
依据一定施氮量 ,选择合理的追施比例 ,可以预
测相应的籽粒产量、产投比值及利润值。同时可以得
到与之相关增长的籽粒蛋白质产量、生物产量及总蛋
白质产量。随着施氮量的改变 ,牵动着追施比例、不同
层次的产投效益、籽粒产量、籽粒蛋白质产量、生物产
量及总蛋白质产量等多种目标函数值。以施氮量为基
轴线 ,以各个目标函数对应的最佳追施比例 (即在一
定施氮量下 ,最高产量对应的追施比例 )为框沿 ,各目
标函数曲线为侧翼 ,构成多目标动态施肥轮式图 (图
2)。图 2表达了旱地多目标动态施肥系统各效应方程
组群的集合 ,适应对不同层次、不同目标企求 ,或就不
同目标及不同产投效益权衡选择适宜的施氮量和追
施比例的实际需要。
图 2　莜麦多目标动态施肥模式图
Fig . 2　 Mode o f multi- purpo se dynamic fer tiliza tion
2. 2　多目标动态施肥模式的技术效应
表 3表明 ,莜麦籽粒产量 ,在氮素用量 17. 25～
120. 75 kg /hm
2区间 ,籽粒产量由 690 kg /hm2提高
到 1 350～ 2 745 kg /hm2 ,增产 95. 7%～ 297. 8% , 1
kg纯 N增产 38. 26～ 17. 02 kg ,产投比 16. 19～
7. 20,水利用率自 2. 25 kg /( mm· hm2 )提高到 4. 35
～ 8. 70 kg /( mm· hm2 )。 莜麦的生物产量为籽粒产
量的 2. 6～ 3. 6倍 ,平均 2. 99倍 ,经济系数为
33. 4% 。生物产量由 1 795 kg /hm2提高到 4 101～
9 924 kg /hm2 ,增产幅度为 128. 5%～ 452. 0% 。
莜麦籽粒蛋白质含量随施氮量的增加上升 ,变化
幅度较大。籽粒产量 ( Y )与蛋白质含量 (x )同步增长 ,
呈现直线相关 Y = - 676. 107+ 180. 213x ( r =
0. 8966* * )。籽粒蛋白质产量由 7. 05 kg /hm2上升为
151. 95～ 459. 0 kg /hm2 ,提高 99. 8% ～ 503. 6% ,总
蛋白产量以更高的速度增长 ,由 97. 50 kg /hm2上升
为 198. 75～ 681. 6 kg /hm2 , 提 高 103. 8% ～
599. 1%。
3　结　语
研究表明 ,不同施肥模式对旱地莜麦籽粒产量、
生物产量、籽粒蛋白质产量、总蛋白质产量的形成有
显著影响。 适当增加施氮量 ,并在施氮总量达到一定
水平后 ,采取适当比例追施的方法 ,莜麦产量、生物产
量以及蛋白质总量等都显著增加。综合考虑产投比和
经济效益 ,我们建立了旱地莜麦多目标动态施肥模
式 ,满足不同的生产目的 ,以求获得最大的经济效益。
本模式在冀西北坝上四县及毗邻地区大面积推广 ,已
103第 3期 牛瑞明等:旱地莜麦多目标动态施肥模式研究
取得显著的经济效益和社会效益。
表 3　多目标动态施肥模式增产效应
Table 3　 Yield increa se effect o f multi-purpose dynamic fer tilization
氮素用量
N dosage
( kg /hm2 )
追施比例
Proportion of
additional
fertili zer
(% )
籽粒产量
Grain yield
(kg /hm2)
增产率
Yield increas e
ratio
(% )
纯氮增产
Yield increas e
of N
( kg /k g)
产投比
O /I ratio
降水利用效率
WU E
[kg /( mm· hm2 ) ]
0 - 690 - - - 2. 25
17. 25 0. 75 1 350 95. 7 38. 26 16. 13 4. 35
51. 75 0. 75 1 860 169. 6 22. 61 9. 53 5. 58
86. 25 0. 50 2 430 253. 0 20. 24 8. 51 7. 80
120. 75 0. 50 2 745 397. 8 22. 7 7. 18 8. 85
生物产量
Biomass
yield
( kg /hm2 )
生物产量增产率
Increas e
ratio of
biomass yield
(% )
蛋白质含量 Protein con tent 籽粒蛋白质 Seed protein 总蛋白 Total p rotein
籽粒
Seed
(% )
茎叶
Stem and
leaf
(% )
产量
Amoun t
( kg /hm2 )
增产
Increas e
ratio
(% )
产量
Am ount
( kg /hm2 )
增产
Increas e
ratio
(% )
1 795 - 11. 01 1. 938 76. 05 - 97. 50 -
4 101 128. 5 11. 26 1. 713 151. 95 99. 8 198. 75 103. 8
5 305 196. 0 13. 95 2. 019 245. 25 227. 0 309. 45 217. 4
7 365 310. 0 15. 70 2. 863 382. 80 403. 4 518. 40 431. 7
9 924 452. 0 16. 72 3. 100 459. 00 503. 6 681. 60 599. 1
参 考 文 献:
[ 1 ]　王维敏 .中国北方旱地农业技术 [M ] .北京:中国农业出版社 ,
1994. 220- 224.
[2 ]　牛瑞明 .旱地莜麦不同播期籽粒灌浆进程的研究 [ A] .陈万金 ,
信乃诠 .中国北方旱地农业综合发展与对策 [C ] .北京: 中国农
业科技出版社 , 1994. 270- 272.
[ 3]　牛瑞明 .冀西北寒旱区旱地莜麦高产栽培综合农业措施数字模
型及优化方案研究 [ A].刘树庆 ,王殿武 ,马文奇 .旱地农业研究
[C ].北京:中国科学技术出版社 , 1995. 110- 116.
[ 4 ]　陈亚东 .旱地莜麦大面积丰产技术开发总结 [ J] .内蒙古农业科
技 , 1989( 6): 17- 25.
Study on mode of multi-purpose dynamic fertilization
of naked oat on dry-land
N IU Rui-ming1 , QIAO Yong-ming1 , ZHAO Suo-jiang2 ,
FAN Cui-li1 , Y AN G De-hao1
( 1. Hebei North Univ ersity , X uanhua Hebei 075131, China;
2.Wanquan Seed Company , Wanquan , Hebei 075000, China )
Abstract: An experiment w as conducted to study the effects of N dosage and propo rtion o f addi tional
fertili zer on g rain yield, biomass yield, seed protein yield and total pro tein yield o f naked oat , and to
determine the optimum pa ttern of fertilization. The results show ed that the dosage o f N fertili zer affected
direct ly the optimum propo rtion of addi tional ferti li zer, g rain yield, biomass yield, seed protein yield and
to tal protein yield. When the N dosage w as wi thin the range of 170. 25～ 120. 25 kg /hm2 , the yields
increased observ ably w ith the increase of N application. To realize a fix ed target output , the N fertili zer
dosage and the propor tion o f addi tional N fertili zer w ere affected each other, i. e. , to decrease the
propor tion o f addi tional fertili zer w ould resul t in the increase of N dosage, o r to increase the propo rtion of
additional fertili zer w ould resul t in the reduction of N dosage. The mathematics equations of dynamic
fertili za tion mode were set up to determine the rational N do sage and propo rtion o f addi tional fertilizer fo r
di fferent production goals.
Key words: no rthw est Hebei; dry land; naked oat; mode of fertilization
104 　　 干旱地区农业研究　　　　　 第 23卷