全 文 ：　　　收稿日期:2004 10 29
　　　基金项目:河北省农业综合研究资助项目 (96220911D)
　　　作者简介:牛瑞明 (1956-), 男 , 河北康保人 , 河北北方学院农业科学系副教授.
冀西北坝上旱地莜麦多目标动态施肥模式研究
牛瑞明 , 乔永明
(河北北方学院农业科学系 , 河北 张家口 075000)
　　摘要:用莜麦籽粒产量 、 生物产量 、 籽粒蛋白质产量 、 总蛋白质产量与尿素施用量及追施比例建立效应方
程 , 求解不同边际利润下的最佳施氮量及追施比例 , 获得冀西北坝上高原莜麦在适应不同层次目标企求下的动
态施肥模式.
　　关键词:冀西北;坝上;旱地;莜麦;施肥模式
　　中图分类号:S 512. 606. 2　　文献标识码:A　　　文章编号:1673-1492 (2005) 01-0041-06
　　冀西北坝上高原位于内蒙古高原的南缘 , 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
的实际进行研究和探讨 , 以建立适应该区域莜麦的施肥模式 , 增加产量 , 改良品质 , 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.
1　材料与方法
1. 1　供试材料
供试莜麦品种为品 5号;磷肥为过磷酸钙 (含 P2O 512%～ 14%);氮肥为尿素 (含 N 46%).
1. 2　试验方法
试验播种量按 375万苗 /hm 2设计;播深为 5 cm;行距 25 cm ;播期 5月 20日;试验设计为 2因素随
机区组设计.
A因素为尿素施用总量 (kg hm —2):0. 00 , 37. 50 , 75. 00 , 112. 50 , 150. 00 , 187. 50 , 225. 00 ,
262. 50 , 300. 00 , 337. 50;B因素为追施尿素占施用总量的比例 (%):0%, 50%, 75%, 100%.
本试验共 37个处理 , 3次重复 , 共 111个小区. 所有处理底施过磷酸钙 450 kg hm —2和相应比例的
尿素 , 在生理拔节期分别按相应比例追施尿素 , 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”.
2　结果与分析
2. 1　多目标动态施肥模式的建立
试验结果及效果见表 1.
对莜麦尿素用量及追施比例 2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 ,
建立了莜麦籽粒产量与尿素用量及追施比例的二元效应方程:
Y =542. 551+13. 11x1 +953. 11x 2 - 0. 023 36x21 - 1. 322 05 x1 x2 - 645. 577x 22 (1)
(F =73. 823 3**, r2 =0. 924 8 , n=36)
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第 21 卷第 1 期
2005 年 2 月 　　　　　　　
河北北方学院学报 (自然科学版)
Journal of Hebei Nor th Univ ersity (Na tur al Science Edition)　　　　　　
Vol. 21 No. 1
Feb. 2005
表 1　尿素用量与追施比例试验产量效果
尿素
用量 追肥
产量
kg hm - 2
追比
底增
比对
照增
纯氮
增产
纯利润
元 hm- 2 产投比
降水利用效率
kg mm - 1 hm - 2
生物产量
kg hm - 2
0. 0 0. 00 690. 0 0. 0 0. 0 0. 00 0. 00 0. 00 2. 25 1 795. 5
37. 5 0. 00 1 125. 0 0. 0 63. 0 25. 22 433. 65 10. 67 3. 6 3 453. 0
37. 5 0. 50 1 146. 0 1. 9 66. 1 26. 43 456. 75 11. 18 3. 6 2 950. 5
37. 5 0. 75 1 350. 0 20. 0 95. 7 38. 26 681. 15 16. 19 4. 35 4 101. 0
37. 5 1. 00 1 341. 0 19. 2 94. 3 37. 74 671. 25 15. 97 4. 20 3 601. 5
75. 0 0. 00 1 536. 0 0. 0 122. 6 24. 52 840. 9 10. 37 4. 95 4 728. 0
75. 0 0. 50 1 590. 0 3. 5 130. 4 26. 09 900. 3 11. 04 5. 10 6 105. 0
75. 0 0. 75 1 660. 1 8. 1 140. 6 28. 12 977. 4 11. 90 5. 25 4 704. 0
75. 0 1. 00 1 671. 0 8. 8 142. 2 28. 43 989. 4 12. 03 5. 25 4 947. 0
112. 5 0. 00 1 545. 0 0. 0 123. 9 16. 52 805. 9 56. 99 4. 95 4 623. 0
112. 5 0. 50 1 866. 0 20. 8 170. 4 22. 72 1 159. 05 9. 61 6. 0 5 155. 5
112. 5 0. 75 1 860. 0 20. 4 169. 6 22. 61 1 152. 45 9. 57 5. 85 5 305. 5
112. 5 1. 00 1 800. 0 16. 5 160. 9 21. 45 1 086. 45 9. 08 5. 70 4 992. 0
150. 0 0. 00 1 695. 0 0. 0 145. 7 14. 57 926. 1 6. 16 5. 40 5 796. 0
150. 0 0. 50 2 211. 0 30. 4 220. 4 22. 04 1 493. 7 9. 32 7. 05 6 933. 0
150. 0 075 2 277. 0 34. 3 230. 0 23. 00 1 566. 3 9. 73 7. 2 6 787. 5
150. 0 1. 00 1 995. 0 17. 7 189. 1 18. 91 1 256. 1 8. 00 6. 3 6 141. 0
187. 5 0. 00 2 406. 0 0. 0 248. 7 19. 90 1 663. 35 8. 42 7. 65 7 371. 0
187. 5 0. 50 2 271. 0 - 5. 6 229. 1 18. 33 1 514. 85 7. 75 7. 20 7 365. 0
187. 5 0. 75 2 436. 0 1. 2 253. 0 20. 24 1 696. 35 8. 56 7. 80 7 167. 0
187. 5 1. 00 2 214. 0 - 8. 0 220. 9 17. 67 1 452. 15 7. 48 7. 05 5 866. 5
225. 0 0. 00 2 385. 0 0. 0 245. 7 16. 38 1 595. 4 6. 93 7. 65 7 246. 5
225. 0 0. 50 2 715. 0 13. 8 293. 5 19. 57 1 958. 4 8. 28 8. 70 8 037. 0
225. 0 0. 75 2 406. 0 0. 9 248. 7 16. 58 1 618. 5 7. 01 7. 65 7 458. 0
225. 0 1. 00 2 400. 0 0. 6 247. 8 16. 52 1 611. 9 6. 99 7. 65 6 744. 0
262. 5 0. 00 2 331. 0 0. 0 237. 8 13. 59 1 491. 1 5. 57 7. 35 6 856. 5
262. 5 0. 50 2 745. 0 17. 8 297. 8 17. 02 1 946. 6 7. 20 8. 70 9 924. 0
262. 5 0. 75 2 346. 0 0. 6 240. 0 13. 71 1 507. 65 5. 80 7. 50 7 705. 5
262. 5 1. 00 2 331. 0 0. 0 237. 8 13. 59 1 491. 15 5. 75 7. 35 6 705. 0
300. 0 0. 00 2 382. 0 0. 0 245. 2 12. 26 1 502. 4 5. 19 7. 65 6 964. 5
300. 0 0. 50 2 565. 0 - 7. 7 271. 7 13. 59 1 703. 7 5. 75 8. 10 7 612. 5
300. 0 0. 75 2 331. 0 - 2. 1 237. 8 11. 89 1 446. 3 5. 03 7. 35 6 456. 0
300. 0 1. 00 2 241. 0 - 5. 9 224. 8 11. 24 1 347. 3 4. 76 7. 20 6 646. 5
337. 5 0. 00 2 219. 0 0. 0 221. 6 9. 85 1 278. 15 4. 17 7. 05 7 965. 0
337. 5 0. 50 2 370. 0 6. 8 243. 5 10. 82 1 444. 35 4. 58 7. 50 7 389. 0
337. 5 0. 75 2 247. 0 1. 3 225. 7 10. 03 1 309. 05 4. 24 7. 20 6 658. 5
337. 5 1. 00 2 241. 0 1. 0 224. 8 9. 99 1 302. 45 4. 23 7. 20 5 935. 5
　　注:产量为 3次重复平均值
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2005 年 2 月　　　　　　　　　　　　河北北方学院学报 (自然科学版) 　　　　　　　　　　　　　　第 1 期
图 1　不同尿素用量与底肥比例下莜麦籽粒产量等产线图
　　式中 , Y 为产量 kg hm - 2 ;x1为尿素用量
37. 5 ～ 337. 5kg hm -2 ;x 2是追施占施肥总量的比
例 , 变化区内 0 ～ 1. 据方程绘制出对应于尿素用量
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 、 尿素用量与追肥比例可以消长互替 , 降
低追肥比例则增加尿素用量 , 或增大追肥比例减少
尿素用量 , 显然后一途径是可取的. 固定尿素用量
获得最高产量时的追肥比例 , 称最佳追肥比例 , 即
GA脊线 , 此时 αY /αx1 =0 , 则有 x2 =0. 738 18-
0. 001 024x1 ;又追肥比例最佳时 , 籽粒产量表达的
尿素用量的一元效应函数Y =894. 337 5+12. 134 0x1 - 0. 022 69x1 2 并适应上式. 由此得联立方程:
Y =894. 337 5+12. 1234 0x 1 - 0. 022 69x 21
x2 =0. 738 18 - 0. 001 024 x1 (2)
　　由方程得不同产量时的最佳尿素用量与追肥比例或对应于尿素不同用量的最佳追肥比例及理论产量.
最佳追施比例并非一成不变而呈现动态变化 , 随着施氮量增加 , 追肥比例相应减少.
依据籽粒产量与尿素用量和追施比例效应方程 , 且定莜麦价格 PY =1. 10元 /k g , 尿素价格 P x1 =1. 20
元 /kg , 追肥比例对农事行为影响甚小 , 取 P x2 =0. 导出尿素用量 (x1) 与边际利润 (R) 和尿素用量
(x1) 与追施比例 (x2) 的联立方程:
x1 =247. 2 - 20. 227 5R
x2 =0. 738 18 - 0. 001 024x1 (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 hm - 2 , 相
应施氮量 267. 45 kg hm - 2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
R
施尿素量
(kg hm - 2) 追施比例
产量
(kg hm - 2)
N 增产
(kg kg - 1) 产投比例
纯利润
(元)
—1 267. 45 0. 46 2 516. 85 14. 85 6. 28 1 689. 75
0 247. 20 0. 49 2 507. 55 15. 98 6. 76 1 703. 70
0. 5 237. 15 0. 50 2 496. 00 16. 56 7. 01 1 703. 10
1. 0 226. 95 0. 51 2 479. 80 17. 14 7. 25 1 697. 25
2. 0 206. 85 0. 53 2 433. 45 18. 33 7. 75 1 670. 55
3. 0 186. 60 0. 55 2 368. 65 19. 56 8. 27 1 623. 30
4. 5 156. 30 0. 58 2 236. 65 21. 51 9. 10 1 514. 40
5. 5 136. 05 0. 60 2 125. 50 22. 93 9. 70 1 416. 30
6. 5 115. 95 0. 62 1 995. 75 24. 50 10. 36 1 297. 80
7. 5 95. 70 0. 64 1 847. 70 26. 30 11. 13 1 158. 90
8. 5 75. 45 0. 66 1 680. 90 28. 54 12. 08 999. 75
10. 0 45. 15 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 , 得出生物产量与尿素用量和追施比例二元抛物线效应方程:
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2005 年 2 月　　　　　　　　牛瑞明等:冀西北坝上旱地莜麦多目标动态施肥模式研究　　　　　　　　　第 1 期
Y =1 432. 786 5+42. 788 7x1 +393 9. 975x 2 —0. 074 69x 1 2 —5. 934 6x 1 x2 —328 0. 062 5x2 2 (4)
(F =32. 403 6** , r2 =0. 843 7 , n=36)
生物产量与尿素用量 , 追施比例与施尿素量一元联立方程:
Y =2 615. 95+39. 224 x1 2 - 0. 071 29x1 2
x2 =0. 600 6 - 0. 000 904 7x 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 与尿素用量 x 1 、
追 N 比例 x 2二元抛物线方程为:
Y =18. 108 5+2. 367 9 x1 +106. 478 9x2 —0. 003 456x1 2 —0. 072 34x 1 x2 —65. 094x2 2 (6)
(F =80. 4** , r2 =0. 966 4** , n=20)
　　一元联立方程:
Y =65. 651 5+2. 288 4x1 - 0. 003 695x1 2
x2 =0. 817 88 - 0. 000 746 7x 1 (7)
同样可有总蛋白产量Y 与尿素用量 x 1和追施比例 x 2的二元抛物线方程:
Y =3. 199+3. 228 97x1 +199. 41x2 —0. 004 530x 1 2 —0. 188 4x 1 x2 —144. 621 8x2 2 (8)
(F=56. 51** , r 2 =0. 952 8** , n=20)
一元联立方程:
Y =71. 941 5+3. 099 1x1 - 0. 004 467x1 2
x2 =0. 689 4 - 0. 000 651 5x1 (9)
图 2　莜麦多目标动态施肥模式图
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2005 年 2 月　　　　　　　　　　　　河北北方学院学报 (自然科学版) 　　　　　　　　　　　　　　第 1 期
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. 随着施肥量的改变 , 牵动着追肥比例 、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 N
量为基轴线 , 以各个目标函数对应的最佳追肥比例 (即在一定施肥量下 , 最高产量对应的追肥比例) 为框
沿 , 各目标函数曲线为侧翼 , 构成多目标动态施肥模式图 (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 N 量和追肥比例的实际需要.
2. 2　多目标动态施肥模式的技术效应
由表 3 、 图 3表明 , 莜麦籽粒产量 , 在尿素用量 37. 5 ～ 262. 5 kg hm -2区间 , 籽粒产量由 690 kg
hm - 2提高到 1 350 ～ 2 745 kg hm - 2 , 增产 95. 7%～ 297. 8%, 每 kg 纯 N增产 38. 26 ～ 17. 02 kg , 产投比
16. 19 ～ 7. 20 , 降水利用率自 2. 25 kg mm —1 hm —2提高到 4. 35 ～ 8. 70 kg mm - 1 hm - 2 . 莜麦的生物
产量为籽粒产量的 2. 6 ～ 3. 6倍 , 平均 2. 99倍 , 即经济系数为 33. 4%. 生物产量由 1 795 kg hm - 2提高
到 4 101 ～ 9 924 kg hm - 2 , 增产幅度为 128. 5 ～ 452%.
莜麦籽粒蛋白质含量随施 N 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. 896 6**). 籽粒蛋白质产量由 7. 05 kg hm - 2上
升为 151. 95 ～ 459. 0 kg hm -2 , 提高 99. 8%～ 503. 6%, 总蛋白产量以更高的速度增长 , 由 97. 50 kg
hm - 2上升为 198. 75 ～ 681. 6 kg hm - 2 , 提高 103. 8%～ 599. 1%.
表 3　多目标动态施肥模式增产效应
尿素用量
kg hm - 2 追肥比例
籽粒产量
kg hm - 2　　±%
纯氮增产量
kg kg - 1 产投比
降水利用率
kg mm - 1 hm - 2
0. 0 — 690 — — — 2. 25
37. 5 0. 75 1 350 95. 7 38. 26 16. 13 4. 35
112. 5 0. 75 1 860 169. 6 22. 61 9. 53 5. 58
187. 5 0. 50 2 430 253. 0 20. 24 8. 51 7. 80
262. 5 0. 50 2 745 397. 8 22. 7 7. 18 8. 85
生物产量 蛋白含量 籽粒蛋白质 总蛋白
产量
kg hm - 2
增产
%
籽粒
%
茎叶
%
产量
kg hm - 2
增产
%
产量
kg hm- 2
增产
%
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
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2005 年 2 月　　　　　　　　牛瑞明等:冀西北坝上旱地莜麦多目标动态施肥模式研究　　　　　　　　　第 1 期
图 3　多目标动态施肥模式增产效应
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都显著增
加. 在综合考虑到产投比和经济效益 , 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 , 已取得显著的经济效益和社
会效益.
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. 中国北方旱地农业综合发展与对策 [ M] . 北京:中国农业科技出版社 , 1994. 270-272
[ 3] 　牛瑞明. 旱地农业研究 [ M] . 北京:中国科学技术出版社 , 1995. 110-116
Study on Dynamic Fertilizing Model with Multi-Purpose
for Dry LandOats in Bashang District
N IU Rui-ming , QIAO Yong-ming
(Depar tment of Ag riculture Science , Hebei Nor th Univ ersity , Zhang jiakou , Hebei 075000 , China)
　　Abstract:Based on relations among the yield of seed 、 biological yield 、 protein yield o f seed 、 yield of
to tal protein 、 nit rogenous(N) fert ilizer do sage and propo rtion o f additional fertilizer on oa ts , the effect e-
quat ion w as established. Then the experiment w as conducted to find the best N fe rtilizer do sage and best
propo rtion of additional N fe rtilizer. The result show ed that:the best dosage of N fert ilizer and propor tion
of addi tional fertilize r w ere obtained for high yield o f seed 、 bio logical yield 、 pro tein y ield of seed and total
pro tein yield of oats in dif ferent regions. So the mathematical equat ion of N do sage and propo rtion o f addi-
tional fertilizer w ere made for dif ferent goals.
　　Keywords:North w est of Hebei;Dry land;Naked oat;Mode o f fert ilizaton
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2005 年 2 月　　　　　　　　　　　　河北北方学院学报 (自然科学版) 　　　　　　　　　　　　　　第 1 期