测土配方施肥肥料效应田间试验设计实施与结果分析应用

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1、测土配方施肥 肥料效应田间试验设计设计 、实实施 与结结果分析应应用 金沂蒙农化中心一、试验目的肥料效应田间试验是测土配方施 肥的基础，因为其既是获得各种作物 最佳施肥量、施肥比例、施肥时期、 施肥方法的首要途径，也是筛选土壤 养分测试方法、建立测土配方施肥指 标体系的基本环节。通过田间试验，掌握不同作物优 化施肥数量，基、追肥分配比例，肥 料品种、施肥时期和施肥方法；摸清 土壤养分校正系数、土壤供肥能力、 不同作物养分吸收量和肥料利用率等 基本参数；构建作物施肥模型，为施 肥分区和肥料配方提供依据。二、试验方案设计肥料效应田间试验方案设计， 取决于研究目的。2005年农业部下 发的“测土配方

2、施肥技术规范（试 行）”推荐采用“3414”方案设计 。“3414”设计方案是3因素、4水平 、14个处理优化的不完全实施的正交试 验，该方案吸收了回归最优设计处理少 、效率高的优点（完全实施时 44464个处理），是目前国内外 应用比较广泛的肥料效应田间试验方案 ，已在全国试用了10年，九十年代在“ 国际平衡施肥项目”中开始应用。在具 体实施时可根据研究目的与实际条件采 用“3414”完全实施方案和部分实施方 案。“3414”试验码值方案表3414试验设计码值方案(完全实施 )处处理号因子的编码值编码值 NPKX 10000 20220 31220 4202052120 62220 7232

3、082200 92210 102230 113220121120 131210 142110 X2222注：表中前11个处理为3411、前14个处理为3414。X为增加的因素，如增加 某个中、微量元素。“2”为最接近合理用量的施肥用量。（1）“3414”完全实施方案：“3414”完全实施方案可应用14 个处理，进行氮、磷、钾三元二次效 应方程的拟合。可选用处理2、4、8及处理6， 可分别求得N、P、K缺素区的相对产 量。此外，通过处理1，可以获得基础 地力产量，即空白区产量。可分别进行氮、磷、钾中任意二元或一 元效应方程的拟合。例如：进行氮、磷二 元效应方程拟合时，可选用处理2-7、11、 1

4、2，可求得在以K2水平为基础的氮、磷二 元二次肥效应方程；选用处理2、3、6、11 可求得在P2K2水平为基础的氮肥效应方程 ；选用处理4、5、6、7可求得在N2K2水平 为基础的磷肥效应方程；选用处理6、8、9 、10可求得在N2P2水平为基础的钾肥效应 方程。 （2）“3414”的部分实施方案：要试验氮磷钾某一个或两个养分 的效应，或因其它原因无法实施 “3414”的完全实施方案，可在 “3414”方案中选择相关处理，即 “3414”的部分实施方案。这样既保持 了测土配方施肥田间实验总体设计的完 整性（便于资料汇总），又考虑到不同 区域土壤养分的特点和不同试验目的的 具体要求，满足不同层次

5、的需要。3414试验设计进行氮 、磷二元 效应方程 拟合时， 可选用处 理1-7、11 、12，可 求得在以 K2水平为 基础的氮 、磷二元 二次肥效 应方程。处处理号因子的编码值编码值NPKX100002022031220420205212062220723208220092210102230113220121120131210142110X22223414试验设计选用处理2、3 、6、11可求 得在P2K2水平 为基础的氮 肥效应方程 ； 选用处理4-7 可求得在 N2K2水平为 基础的磷肥 效应方程； 选用处理6、 8、9、10可 求得在N2P2水 平为基础的 钾肥效应方 程； 处理1建

6、议都 加进去。处处理号因子的编码值编码值NPKX100002022031220420205212062220723208220092210102230113220121120131210142110X2222为了取得土壤养分供应量、作物 吸收养分量、土壤养分丰缺指标等参数 ，一般把试验设计为5个处理（平常所 说的“典型五处理设计”）：无肥区 (CK)、氮磷钾区(NPK)、无氮区(PK)、 无磷区(NK)和无钾区(NP)。这5个处理 分别是“3414”方案中的处理1、2、4 、6和8。3414试验设计 可选用处 理2、4、8及 处理6，可分 别求得N、P 、K的相对产 量，以计算丰 缺指标。 通

7、过处理 1，可以获得 基础地力产量 ，即空白区产 量。处理号因子的编码值 NPKX 10000 20220 31220 4202052120 62220 72320 82200 92210 102230 113220 121120 131210 142110 X2222如要获得有机肥料的效应，可 增加有机肥处理区(M)；检验某种 中(微)量元素的效应，在NPK基础 上，进行加与不加该中(微)量元 素处理的比较。2、“码值方案”到“实际方案”的计 算首先要确定因子“2”水平施肥量“X2” ：X2当地的通过试验或调查得出的最佳 施肥量或相对较为合理的施肥量；然后计算因子X的“1”水平施肥量 “X1

8、” ：X1X2*0.5)；“3”水平施肥量“X3”：X3X2*1.5（“3”水平为过量施肥水平 ）；“0”水平指不施肥水平，X00“实际方案”确定后，各处理不同 肥料养分量即确定了下来，再根据选用 的肥料品种、肥料养分含量、试验小区 面积的大小计算出每个小区的各种肥料 的实际用量。计算出每小区各种肥料的实际用量 后，再依据作物的施肥时期与比例，确 定每次施肥的肥料用量。 三、试验实施（1）试验作物品种选择田间试验所用的作物品种，一 般应选择当地主栽作物品种或拟推 广的主要品种。 （2）试验地选择试验地应选择地势平坦、整齐 、肥力均匀，具有代表性的不同肥 力水平的地块。坡地应选择坡度平 缓，肥力

9、差异较小的田块；试验地 应避开靠近村边、道路、堆肥场所 等特殊地块。（3）试验小区 小区面积：大田作物和露地蔬菜作物 小区面积一般为2050m2，密植作物可 小些，中耕作物可大些；小区宽度，密 植作物不小于3m，中耕作物不小于4m。 多年生果树类选择土壤肥力差异小的地 块和树龄相同、株形和产量相对一致的 单株成年果树进行试验，每个处理不少 于4株（实际划区时碰上特殊株可以跳 过错开）。小区要求单灌单排，避免串灌串排 ，外围要设置保护行。小区与小区之 间必须采取隔离措施保证肥水不相互 渗透。 小区除施肥措施外，实施的其他各 项管理措施应一致，且符合生产要求 ，并尽量由相同的人在同一天内完成 。（

10、4）试验重复 “3414”完全实施方案，由于试验处理 较多，如果试验地块面积较大，可以设3次 重复；如果试验地块面积较小，可以不做 重复，其试验误差通过多点试验加以消除 （“多点重复”）。 “3414”部分实施方案”，为保证试验 精度建议设置3次重复。 (个人观点仅供参考，作不作重复，用多少 次重复，以方案下达为准。)（5）小区排列无重复时，采用完全随机排列； 有重复时，采用随机区组排列。随机 方法可以采用“抓签”、“随机数字 表”或用计算器(机)产生随机数字等 。区组内土壤肥力、地形等条件应 相对一致，区组间允许有差异。 （6）试验田间观察、记载与收获试验实施期间，选择关键生育期观 察、记载

11、各处理作物重要生长、生育指 标，记录其它相关信息。详见相关表格 。收获时要求每个小区单打、单收、 单计产，并对不同处理进行考种。（7）样品采集与分析测试试验前，及时采集试验田块的混 合土样，进行分析测试。作物成熟后，采集处理2、4、6、 8的植株样品进行分析测试，收获后采 处理6的混合土样进行分析测试。 （8）试验资料整理试验结束后，及时整理试验资料， 认真填写测土配方施肥技术规范 附件1“田间试验结果汇总表”，建 立试验档案，同时将整理后的资料上 报有关部门。（9）关于试验的一些其它要求 试验方案中“2”水平设计，为便于数 据汇总统计，可以以全区为单位同一种作 物设定1组或2、3组，不宜太多

12、，以方便 试验数据合并统计。 区域内，每种作物一般需要设置分布于 不同土壤肥力水平上10个左右的试验。 为消除年景差异，试验一般需要做3年 以上 试验地每一个生产周期都要更换。四、试验结果的统计分析与利用“3414”试验结果资料的统计分析主 要内容包括回归分析、方差分析、施肥参 数计算等。回归分析主要是通过建立产量与施肥 量之间的二次回归方程，寻找某个养分的 最佳施肥量；“方差分析”是通过F检验与多重比较 ，比较各个处理的的直观效果；施肥参数计算主要包括肥料利用 率、土壤养分校正系数、作物养分需 要量、土壤养分丰缺指标等施肥参数 的计算，目的是为了获取构建区域性 作物施肥专家施肥系统需要的有关

13、参 数。1、回归分析回归分析的主要目的是建立产量与施肥 量之间的二次回归方程，然后通过方程确定 最大施肥量与最佳施肥量，根据施肥量预测 产量。运用3414完全实施方案的14个处理， 可以建立N、P、K三个因素与产量的三元二次 效应方程，部分实施方案(或选择完全实施方 案的部分处理)可建立某一个或某二个因素与 产量的一元二次或二元二次效应方程。（1）回归方程的建立、回归方程的 F检验、回归方程中回归系数的检验回归方程的建立、回归方程的F 检验、回归方程中回归系数的检验涉 及专业数理统计方面的东西，比较繁 杂，具体请参阅有关书籍。 如果试验有重复，为简化计算过 程，作物产量通常取各重复的平均数 ，

14、而不是每个重复建立一个回归方程 。（2）回归方程运用利用建立的二次回归方程，通过求导方 法，可以计算出最高产量或最佳效益施肥量 。下面举例说明：假设，建立的回归方程为： Y=554.1791+28.9391X1+22.6086X2+9.2110X3 -0.6039X120.9590X220.1421X32- 0.4107X1X20.1068X1X30.1929X2X3求产量对各因素的偏导： D(Y/X1)=28.9391-20.6039X10.4107X20.1068X3 D(Y/X2)=22.6086-20.9590X20.4107X10.1929X3 D(Y/X3)=9.211020.41

15、21X30.1068X10.1929X2 设D(Y/X1)=0,D(Y/X2)=0,D(Y/X3)=0那么，通过求解上面的线形方程组（矩 阵法求解线形方程) ，可得到最高产量施 肥量X1=20.2791,X2=5.3141,X3=21.1828， 将X1，X2，X3的值回代入回归方程中，就可 得出最大产量Ym=1005.23。如 D(Y/X1)=PX1/PY,D(Y/X2)=PX2/PY,D(Y/X3)=PX3/PY其中PY为产品Y的单价，PX1、PX2、PX3 分别为因子X1、X2、X3的单价。那么，通过求解上面的解线形方程组 ，可得到最佳效益施肥量， X1=19.6925,X2=5.037

16、4,X3=17.8657，将X1 ，X2，X3的值回代入回归方程中，就可得出 最佳产量Ym=1002.956。上述方法同样适用于一元二次或二元 二次方程由于回归分析是纯粹的数学方法（ 其实就是同一个试验，选择所有处理建 立三元二次全方程和选择部分处理建立 一元二方程求出的施肥量也不尽相同， 还可能相差较大），而农业生产的却是 条件千变万化，因此，计算出来的结果 ，也只是仅供参考，结果必须经过专家 审核，才可运用。还有如果计算出来的 施肥量超出试验设计的上下限，不能使 用，也就是说方程不能外推运用。试验数据统计分析计算工作量大，需要 用到稍难理解的统计学知识，部分农技人员 不便掌握，一般可采用现成的计算机软件来 完成。如“中国肥料信息网 ”(http:/ 些统计方法与程序供参考使用（土肥工具箱 ）。另可参见“肥料效应鉴定田间试验技术 规程”（NY/T 4972002）。一般肥料试验随机区组方差