李德明
（黑龙江省农垦科学院作物所）
刘维贤
（黑龙江省农垦科学院科教仪器公司）
侯作祥　孙春雨
（黑龙江省国营绥滨农场）

[提要]该项研究，用多元正态回归等方法，对黑龙江垦区小麦、玉米、大豆、水稻等作物的测土施肥资料和气象资料进行分析，建立了近百个回归方程，并用“变量轮换”等非线性规划方法，在计算机上实现了作物高产、优质和高效施肥方案的选优。1993年，黑龙江省绥滨等农场应用该系统所计算出的施肥方案做生产试验，在节省了肥料的前提下，提高产量30％，经济效益明显。

一、引 言

　　“顺天时，量地利，用力少而成功多。”这是古人总结出的种田经验。当今，在电子计算机逐步普及的情况下，利用天时和地利，以最优配方进行合理施肥，去夺取农业丰收已成为现实，近年来，黑龙江垦区在在农业生产中引进了先进的测试和计算设备，运用了目标施肥、平衡施肥和配方施肥等技术，并发挥了一定作用。但是，由于上述方法和技术对“天时”方面的因素有所忽视，不同年份之间应用效果很不稳定，为了解决上述问题，黑龙江省农垦科学院作物所从1992年起，进行了“看天测地优化配方施肥系统”的研究。该项研究，在收集各地科研和生产部门的小麦、玉米、大豆、水稻等作物的多年测土施肥资料和气象资料的基础上，用多元正态回归、多元二次回归和生长曲线回归等方法，筛选出了对上述作物生长、发育和产量形成影响最明显的，如雨量、温度、积温、土壤肥力、施肥量、作物品种以及种植密度等若干因子，建立了近百个回归方程,并用“黄金分割”和“变量轮换”等非线性规划方法，在计算机上实现了作物高产、优质和高效施肥方案的选优。可为用户提供在不同气象和地利条件下的作物取得最大经济效益的施肥方案。

二、系统的构成及功能

　　“看天测地优化配方施肥系统”，从功能上看包括小麦、玉米、大豆和水稻四个子系统，每个子系统都包含高产优化施肥、优质优化施肥和高效优化施肥三个小子系统，每个小子系统又都有优化配方、产量预测和图形显示等三种功能。但从结构上讲大体可分为系统主菜单、试验数据分析、基础条件输入、优化及预测模型、结果输出和图型输出等六个部分（见图1）。

三、优化及预测模型

　　优化及预测模型模块是“看天测地优化配方施肥系统”的核心是取得优化施肥配方和产量预测结果的依据，其模型的基本形式为:

　　　　　　　Y=Yt*EXP[f(xi)]　　　　　　（1）

　　式中，Xi为气象因子和肥料中各元素的量，f（xi）是关于xi的多元二次函数（要有最大值），Yt是反映当年生产水平的常数，可是作物产量或效益。这一模型可利用本系统的“试验数据分析”模块对多元二次正交旋转回归试验数据进行分析得出。当已知Xi，可通过（1)式预测Y。将Y视为目标函数，求其最大值及取得最大值时的Xi，则(1)式变成一个无约束条件的非线性规划问题，可用变量轮换等方法求解。

四、系统运行过程

　　（一）、进入本系统后，首先显示系统主菜单，用户可进行作物选择。

　　（二）、当系统最初使用时，需输入当地及其邻近地区的多年气象资料和测土施肥数据，以建立适于本地区的优化及预测模型。此项工作已在用户使用前，由研制单位完成，用户可直接进行第三项。但如果用户有新的测土施肥试验数据需要补充，则也可进行第二项，以便修改模型参数。

　　（三）、输入基础条件。其中包括：当地的气象条件、土壤肥力、作物品种和有关农艺措施等。气象条件最好用当年的，没有当年的气象条件时，可用多年平均资料，土壤肥力最好用当年或头年化验的，若没有就只得用以前的土壤普查资料。如果进行高效优化配方施肥，还需输入各种肥料的成本和农产品的价格等。

　　（四）、输入基础条件之后，优化及预测模型就开始工作。稍等片刻，计算机屏幕会显示出优化配方和产量预测结果。

　　（五）、输出结果包括：在当时的基础条件下，种植这一作物所能获得的最大效益、取得最大效益时可达到的产量以及应采取的综合农艺措施等。

　　（六）、如想全面了解施肥对作物产量和效益的影响，可通过图形输出模块显示关系图。

五.应用举例

　　本系统首先在黑龙江省绥滨农场应用。

　　（一）、氮肥和磷肥对春小麦产量的影响。

　　图二是当5-6月降雨量为200毫米；耕层土壤与所施肥料（以下简称土加肥）中五氧化二磷含量为75kg/ha时，土加肥中速效氮含量对春小麦产量的影响曲线。可见，当土加肥中速效氮含量低于120kg／ha时，产量随速效氮含量的增加而增高，当速效氮含量高于130 k g／ha时，产量随速效氮含量的增加而降低，当速效氮含量在120-130kg／ha范围内时产量最高。这说明，过多的施用氮肥不仅浪费了肥料,而且还会使产量下降。

　　图三是当5-6月降雨量为200毫米，土加肥中速效氮含量为130kg／ha时，土加肥中五氧化二磷含量对春小麦产量的影响曲线。可以看出，当土加肥中五氧化二磷含量低于70kg／ha时，产量随五氧化二磷含量的增加而增高；当五氧化二磷含量高于110kg／ha时，产量随五氧化二磷含量的增加而降低；当五氧化二磷含量在70-110kg／ha范围内时小麦产量最高。这也说明了，过多的施用磷肥也会浪费肥料，使产量下降。

　　图四是当5-6月降雨量为200毫米时，春小麦的等产量曲线图。它反映了氮和磷两种肥料对小麦产量的综合影响。图中纵坐标为土加肥中五氧化二磷含量（kg／ha），横坐标为土加肥中速效氮含量（kg／ha），图中最内一圈曲线为3750kg／ha等产量线，向外每隔750kg／ha一条曲线；最外一条750kg／ha。可见，当氮磷同时作用时，土加肥中速效氮含量在110-130kg／ha，五氧化二磷含量在40-110kg／ha范围内时，小麦单产可达3750kg／ha以上。

（二）、生产试验

　　1993年，绥滨农场利用本“系统”所计算出的优化施肥配方，在两个生产队设置了40公顷的试验，将5-6月降雨量设计在210毫米（当自然降雨不足210毫米时，试验和对照区均用喷灌使其达到标准）。结果，试验区小麦单产达到3750kg／ha以上，而对照区小麦单产仅为2625kg／ha，试验较对照增产30％以上，因此提高经济效益3万1千多元，而且因少施用肥料所节省的钱还未计算在内，1994年，本“系统”的小麦、玉米、大豆三个子系统均已投入使用，并分别在五个农场做大规模的生产试验，据专家们推测，这一技术在农村有广阔的应用前景。