辽宁省花生“3414”肥料试验施肥模型探讨

以农业部测土配方施肥项目2006～2007年在辽宁省进行的34个花生试验数据为依据,比较向后回归法建立肥料效应回归模型与强迫法建立肥料效应回归模型的优劣,探讨对关键处理设置重复在建立数学模型中起到的作用。结果表明,采用强迫法进行三元二次方程拟合的成功率只有12%,而用向后回归法拟合的成功率有55%,2007年对处理1、处理2、处理4、处理6、处理8设置重复后,三元二次方程模型和一元二次方程模型方程的拟合的成功率分别占当年试验总数的84%、16%。2006年不设置重复,有20%不能够拟合。因此,"3414"肥料试验关键处理设置重复,并采用向后回归法,对"3414"肥料试验得到合理施肥模型具有重要作用。     

三元非结构肥效模型提高水稻施肥推荐的可靠性

【目的】针对三元二次多项式肥效模型的设定偏误和多重共线性危害导致建模成功率低的问题,研发三元非结构肥效模型,扩大模型适用性。【方法】在福建省平和县和仙游县选择了13个水稻氮磷钾田间肥效试验结果作为研究案例。田间试验均采用"3414"设计方案,即:1) N_0P_0K_0;2) N_0P_2K_2;3) N_1P_2K_2;4) N_2P_0K_2;5)N_2P_1K_2;6) N_2P_2K_2;7) N_2P_3K_2;8) N_2P_2K_0;9) N_2P_2K_1;10) N_2P_2K_3;11) N_3P_2K_2;12) N_1P_1K_2;13) N_1P_2K_1;14)N_2P_1K_1。其中,"2"水平为试验前当地氮磷钾推荐施肥量,"0"水平表示不施肥,"1"水平和"3"水平的施肥量分别为"2"水平的50%和150%。在一元非结构肥效模型基础上,利用氮磷钾田间肥效试验结果,在每个试验点分别构建了三元二次多项式肥效模型和三元非结构肥效模型。利用已有的668个水稻"3414"田间试验结果,比较验证了两种模型的拟合效果和推荐施肥量的可靠性。【结果】在构建的13个三元二次多项式肥效模型中,有2个模型的结果未达到统计显著水平,3个肥效模型属于非典型式,而构建的13个三元非结构肥效模型均得到了典型式。通过668个水稻氮磷钾田间肥效试验结果验证表明,三元二次多项式肥效模型未能通过显著性检验的比例达到30.1%,而三元非结构肥效模型未能通过的比例下降到23.4%。在推荐施肥量外推的非典型式中,三元二次多项式肥效模型的比例为4.0%,而三元非结构肥效模型则提高到30.7%。在系数符号不合理和无最高产量点的两种非典型式类型中,三元二次多项式肥效模型的比例分别达到32.3%和14.4%,而三元非结构肥效模型则分别降低到6.9%和0。三元二次多项式肥效模型的典型式比例仅为19.5%,而三元非结构肥效模型典型式比例则提高到39.1%,是前者的2.0倍,明显提高了田间试验结果的建模成功率。【结论】大样本田间试验充分证明,相比三元二次多项式肥效模型,采用三元非结构肥效模型进行早、中、晚稻推荐施肥,提高了建模的成功效率和模型的实用性,是可靠性更高的模型。     

蔬菜氮磷钾三元肥效模型的MonteCarlo建模法

应用"3414"设计的田间肥料试验结果,探讨蔬菜氮磷钾三元肥效模型的Monte Carlo建模法。莴苣试验结果表明,采用最小二乘法回归建模,NP、NK二元肥效模型属于非典型式,PK二元和NPK三元肥效模型属于典型式;而改用MonteCarlo建模法,NP、NK和PK二元肥效模型以及NPK三元肥效模型均属于典型式。采用最小二乘法回归建模,不同蔬菜作物建立的34个三元肥效模型的典型式出现机率为41.2%,而Monte Carlo建模法的典型式出现机率为91.2%,提高了2.2倍。Monte Carlo建模法是适当放弃数学上偏差平方和最小的最优性,使待估参数达到专业上最优而数学上较优,从而提高典型肥效模型的出现机率。对莴苣氮钾非典型肥效模型的推荐施肥表明,Monte Carlo法的结果明显优于产量频率分析法。因此,Monte Carlo建模法为建立蔬菜多元肥效模型和推荐施肥提供了一种有效方法。     

盘锦地区水稻肥料效应函数法推荐施肥模型研究

研究结合辽宁省测土配方施肥工作,于2006年、2007年在盘锦地区布置多点"3414"水稻肥料试验。对产量数据的回归分析,分别建立了各点产量数据与施肥量的三元二次和一元二次效应模型,再采用边际分析法求得最佳施肥量。对两种模型施肥量推荐效果进行比较,可知三元二次函数推荐值偏离实际,应用时必须以一元二次方程为补充,并结合当地生产实际和土测值。最后,综合提出了盘锦地区水稻生产的最佳施肥量:氮肥(N)270～315kghm-2,磷肥(P2O5)75～120kghm-2,钾肥(K2O)0～75kghm-2,此时,可获产量为8250～9750kghm-2。研究认为,在区域施肥效应模型的综合建立中,产量平均值回归法优于回归系数平均法。对于区域性肥料效应模型的拟合方法还有待于进一步研究。     

辽宁花生施肥模型试验研究

采用二次回归"3414"试验设计,对辽宁花生种植区的施肥数学模型进行了研究,配置出三元肥料效应函数模型Y=2693.10+360.87N+141.53P+104.95K-9.90NP+12.59NK+31.03PK-62.52N2-31.18P2-30.88K2和一元肥料效应函数模型Y=3065.64+576.51N94.86N2;Y=3395.34+346.48P51.02P2;Y=3099.21+366.55K43.82K2并分别推荐了最高产量为3960kghm-2及施肥量N为51kghm-2;P2O5为56kghm-2,K2O为70kghm-2为肥料研究工作者提供了丰富的施肥信息。     

二元非结构肥效模型构建及其田间试验验证

二次多项式肥效模型假设单位养分增产量与施肥量之间为线性模型,结果导致最高施肥量之前和最高施肥量之后的施肥效应是对称关系。这种模型设定偏误以及模型存在的强烈多重共线性和异方差是建模成功率明显偏低的重要原因。本研究研发二元非结构肥效模型,旨在提高二元肥效模型的适用性。在一元非结构肥效模型基础上,根据植物营养元素功能不可相互替代原理,构建二元非结构肥效模型,并通过氮、磷、钾二元组合的田间肥效试验结果检验新模型的拟合效果和推荐施肥量的可靠性。结果表明,在水稻、花生、马铃薯、毛豆、冬小麦和夏玉米的17个氮磷、氮钾、磷钾二因素肥效田间试验结果中,二元二次多项式肥效模型均能通过统计显著性检验,但典型肥效模型仅占试验点总数的58.8%,模型一次项系数或二次项系数代数符号不合理以及推荐施肥量属于外推的非典型式占41.2%。基于二元非结构肥效模型拟合上述试验结果,同样均能通过统计显著性检验,典型肥效模型的比例占试验点总数的88.2%,非典型式模型(均属于推荐施肥量外推)比例仅占11.8%,建模成功率较二元二次多项式肥效模型提高了29.4个百分点。两种模型的最高产量施肥量之间、经济产量施肥量之间存在显著的线性正相关,但线性回归方程的一次项系数分别仅有0.9153和0.9161,表明当二元二次多项式模型推荐的最高施肥量或经济施肥量每增加1 kg时,二元非结构肥效模型的相应推荐施肥分别仅增加0.915 3 kg和0.916 1 kg,较好地克服了二次多项式模型推荐施肥量偏高的问题。分析表明,二元二次多项式肥效模型是二元非结构肥效模型的简化式和特例,新模型具有更广的适用范围。     

测土配方施肥指标体系建立中“3414”试验方案应用探讨—以内蒙古海拉尔地区油菜“3414”试

针对测土配方施肥指标体系建立中遇到的技术问题,以内蒙古自治区海拉尔地区2007～2009三年油菜试验数据为例,对应用3414试验数据进行土壤养分分级、基于三元二次肥料效应模型建立施肥指标体系进行了研究,并就3414试验方案实施条件以及不同数学模型在肥料效应函数计算中的应用进行了探讨。提出了海拉尔地区油菜土壤有效磷的分级和施肥指标:当土壤有效磷低于7 mg/kg时,推荐施磷量为120 kg/hm2;当土壤有效磷低在7～26 mg/kg时,推荐施磷量为90 kg/hm2;当土壤有效磷低在26～50 mg/kg时,推荐施磷量为60 kg/hm2;而当土壤有效磷高于50mg/kg时,一般不再推荐施用磷肥。该地区多数土壤速效钾含量在150～400 mg/kg范围,土壤速效钾含量已经在常规土壤速效钾分级指标的高限范围,但作为干旱地区风险施肥管理措施,仍然建议施用20～60 kg/hm2钾肥。测土配方施肥指标体系建立中,3414试验方案实施前,应该在首先了解土壤养分限制因素的前提下进行肥料用量试验,而不是简单地一个地区采用一个试验方案。无论是采用哪种数学模型模拟肥料效应函数,都必须清楚肥料效应函数除了符合数学模型要求外,还要求符合肥料报酬递减率等农业化学的基本理论和农业生产实际。     

黄河三角洲盐碱土冬小麦氮磷肥料效应模型研究

通过大田试验,研究了黄河三角洲盐碱土地区冬小麦合适的肥料效应模型。在冬小麦生长季设置4种不同的氮磷肥用量,根据"3414"试验设计8种不同的肥效试验处理,以探讨线性加平台、一元二次、平方根和二元二次4种不同模型的拟合效果。结果显示,4种肥料效应模型的拟合结果经检验都达到极显著水平(P0.01)。在一元肥料效应模型中,氮磷一元二次模型拟合效果最好,最高收益分别为7 448.3元·hm~(-2)和7 357.7元·hm~(-2),最佳经济氮磷用量分别为254.4 kg·hm~(-2)和98.6 kg·hm~(-2)。对比一元与二元模型,后者拟合效果较好,最佳经济氮磷用量分别为244.1 kg·hm~(-2)和94.2 kg·hm~(-2),即氮磷肥配比为2.6∶1,经济效益为7 432.4元·hm~(-2),氮肥农学利用率为6.2 kg(籽粒)·kg~(-1)(N),磷肥农学利用率为13.8 kg(籽粒)·kg~(-1)(P_2O_5)。结合拟合度、最佳经济施肥量、经济收益、肥料农学利用率和一元模型的局限性分析得出,二元二次肥料效应模型最优,可作为黄河三角洲地区盐碱土冬小麦氮磷肥效模型的最佳选择。     

洋葱氮磷钾肥配施效应模型构建及其推荐用量研究

为研究安丘市洋葱对氮、磷、钾肥的肥效反应和适宜用量,采用"3414"试验方案设计,研究肥料配施对洋葱产量的影响及最高产量和最佳经济效益时氮、磷、钾肥的推荐施用量。结果表明,氮、磷、钾肥配施可显著提高洋葱产量,最大增产率达103.99%。氮、磷、钾肥间存在明显的交互作用,各因素对洋葱产量的影响顺序为钾氮磷,高量处理均表现为产量减少。经回归模型的拟合表明,本试验不适合用三元二次肥效模型;二元二次和一元二次肥效模型可较好地表达施肥量与产量间的关系。通过肥效模型计算可知,洋葱达到最高产量时氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)的施入量分别为1 443.4、2 359.4、1 632.0 kg/hm2,达到最佳经济产量时氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)的施入量分别为1 343.2、1 852.3、1 400.2 kg/hm2。     

糜子氮、磷、钾肥的效应及优化研究

为揭示糜子氮、 磷、 钾肥效应,并提出最优推荐施肥量组合,本试验采用3414不完全正交回归设计,对糜子氮、 磷、 钾肥合理配比施肥效应进行研究,同时对糜子产量进行肥效模型拟合,得出最优经济效益氮、 磷、 钾推荐施肥量。结果表明, 施用氮、 磷、 钾肥, 糜子增产效果显著,最高增产率可达52.31%,缺氮和高氮处理增产率最低,说明适宜的氮肥施用量是影响糜子产量的关键因子。氮、 磷、 钾肥间存在明显的交互作用,配合施用能提高肥效,三因素对糜子产量的影响大小顺序为氮＞磷＞钾,任一因素过量施用均会导致产量显著降低。根据一元二次肥效模型得出糜子氮（N）、 磷（P2O5）、 钾（K2O）的最优推荐施肥量分别为121.61、 78.09、 24.23 kg/hm2,适宜的氮、 磷、 钾施肥比例为1∶0.64∶0.20。     

应用“3414”试验建立冬小麦测土配方施肥指标体系

以山东省冬小麦为例,对应用“3414”完全或部分实施试验结果建立磷、钾施肥技术指标体系的技术环节进行探讨,并就当前建立指标体系中遇到的问题进行解析。本研究以相对产量75%、90%和95%为标准将山东省土壤有效磷、速效钾划分为低、中、高和极高4级;并分别用三元二次、一元二次和线性加平台模型对不同土壤养分分级范围内施肥量与产量关系进行模拟,计算最佳肥料用量。结果表明,当山东省土壤有效磷、速效钾含量处于低等级（Olsen-P10 mg/kg;NH4OAc-K50 mg/kg）时,磷、钾肥（P2O5和K2O）用量分别应为100～130和120～150 kg/hm2;中等级（Olsen-P, 10~30 mg/kg; NH4OAc-K, 50～100 mg/kg）时,磷、钾肥用量为80～100和100～120 kg/hm2;高等级（Olsen-P, 30～50 mg/kg; NH4OAc-K, 100～140 mg/kg）时,磷、钾肥用量为60～80和60～80 kg/hm2;当土壤有效磷高于50 mg/kg,速效钾高于140 mg/kg 时,无需磷钾肥施用。     

不同氮磷钾处理对木薯产量、 养分积累、 利用及经济效益的影响

于2010和2011年,以木薯品种华南205（SC205）为试验材料,采用3414方案设计,研究了氮磷钾不同施肥处理对木薯产量、 养分积累利用和经济效益的影响,并通过多元回归建立红壤旱地木薯的施肥效益方程。结果表明,施肥处理的鲜薯产量显著高于不施肥处理; 缺氮处理的鲜薯产量显著低于缺磷和缺钾处理,对鲜薯产量的影响N＞K2O＞P2O5; 施肥处理中以N2P2K2处理的鲜薯产量、 鲜薯淀粉含量、 鲜生物量、 养分收获指数和经济效益最高,而产投比以N2P2K0处理最高,N1P2K1处理其次,N2P2K3处理最小。木薯植株养分积累总量K2O＞N＞P2O5,平均100 kg鲜薯养分需求量分别为1.00、 0.91和0.11 kg,平均养分收获指数分别为0.53、 0.33和0.46。相关分析表明,木薯产量与施氮量呈极显著正相关,与施钾量呈显著正相关,与施磷量相关不显著。在本试验条件下,三元二次方程拟合结果表明,达到经济最佳产量时的氮、 磷、 钾施用量分别为205.37、 65.43和311.30 kg/hm2,产投比为6.23。     

有机无机肥料配合施用对设施菜田土壤N2O排放的影响

采用静态箱气相色谱法研究了有机无机肥料配合施用对设施菜田土壤N2O排放的影响。结果表明: 1）设施芹菜和番茄施基肥后57 d（灌溉后13 d）出现土壤N2O排放通量峰值,追肥后（施肥与灌溉同步）1 d出现土壤N2O排放通量峰值; 芹菜季和番茄季施用基肥后20 d内N2O排放量分别占当季总排放量的40%65%左右,是土壤N2O主要排放期。2）施用基肥后至定植灌水前各处理土壤N2O排放量逐渐降低,灌水后N2O排放通量迅速上升。各处理土壤N2O排放通量与土壤含水量之间呈显著相关,相关系数在0.43~0.72之间。3）土壤N2O排放主要发生在番茄季,番茄生育期各处理土壤N2O总排放量是芹菜生育期的3.1倍; 各处理土壤N2O排放通量与5 cm土层温度之间总体上呈显著相关,相关系数在0.40~0.58之间。4）设施菜田大幅减施化肥的有机无机肥配合施用模式可显著降低土壤N2O排放量和肥料损失率,芹菜季和番茄季土壤N2O排放量较习惯施肥处理分别降低66.3%和85.1%,肥料损失率分别降低45.2%和74.9%。5）等氮量投入时,施用秸秆较施用猪粪可有效降低土壤N2O排放,芹菜季和番茄季分别降低43.4%和74.2%。     

控释氮肥对辣椒的生理效应及利用率研究

利用盆栽试验和田间生物试验,研究了控释N肥脲醛类肥料品种脲甲醛(UF)与速效N肥不同品种对辣椒生长、形态指标、产量及利用率的影响;并采用覆膜和露地2种大田栽培法探讨了不同控释肥用量对辣椒产量和品质的肥料效应。结果表明,辣椒对控释N肥中N的吸收利用率最高,达44.4%,较其它N肥品种提高17.46%～46.05%,其产量为CK的1.88倍。N肥品种的增产效应顺序为UFCO(NH2)2NH4NO3NH4HCO3;UF处理,辣椒的果长、果宽、单果重及座果率等指标明显高于其它速效N肥品种。控释N肥用量试验表明,产量与用量密切相关,以600kg/hm2投入可取得较高的产量和经济效益,过量施用,效益显著下降。控释肥相同用量,覆膜栽培较露地栽培增产15.16%～16.45%;辣椒总糖、维生素C含量有随施用量增加而增加的趋势,但对干物质量及总酸度的影响较小。     

专用缓释肥的土壤氨挥发特性及其对辣椒氮磷钾吸收利用的影响

采用室内扩散模拟试验研究了施用大颗粒尿素(PUR)、辣椒专用复混肥(LCCF)、辣椒专用缓释复混肥(LSRF)土壤的氨挥发特性,并采用土培试验研究了LSRF、LCCF、普通复合肥(OCCF)、市场非包膜缓释复合肥(MSRF)对‘渝椒五号’和‘改良早丰’辣椒产量、氮磷钾养分吸收利用、土壤有机质及酶活性的影响,探讨LSRF的应用效果。结果显示,室内扩散模拟试验中,前28 d氨释放速率总体表现为PURLCCFLSRF不施肥(CK),28 d以后LSRF的氨释放速率略高于PUR和LCCF处理。培养70 d时,PUR、LSRF和LCCF的氨挥发量分别为71.87 mg·kg-1、54.29 mg·kg-1和63.49 mg·kg-1,LSRF比PUR和LCCF分别降低了24.5%和11.7%。土培试验中,LSRF处理显著提高了2个辣椒品种的果实重量,‘渝椒五号’和‘改良早丰’分别较OCCF处理增产64.7%和33.8%。与OCCF处理相比较,LSRF处理增加了土壤有机质含量、土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性,提高了辣椒对氮磷钾养分的吸收利用。‘渝椒五号’和‘改良早丰’LSRF处理的氮素表观利用率较OCCF处理分别增加62.5%和123.1%,‘改良早丰’和‘渝椒五号’LSRF处理的磷素表观利用率分别较OCCF处理提高了14.0倍和3.2倍,钾素表观利用率分别较OCCF处理提高了28.7%和120.9%。     

模拟降雨条件下成垄压实对硝态氮迁移的影响

利用人工模拟降雨研究了成垄压实施肥条件下不同的垄坡度及不同压实的障碍层对硝态氮迁移的影响。结果表明,对一次60mm的降雨,无障碍层存在时,平地施肥条件下NO3--N淋溶剧烈,土壤表层施肥部位的NO3--N仅余总施入量的0.1%左右。垄沟施肥因其将入渗水分与施肥区分开,从而可以降低NO3--N的淋溶。不同的垄坡度对NO3--N的淋溶略有影响,30垄坡条件下上层土壤NO-残留量略大于20、40。相对于不同坡度垄沟,在施肥带部位通过压实形成水分运动的障碍层对防止NO3--N淋溶的效果较为显著,当压实层的土壤容重为1.36g/cm3时,施肥部位残余NO3--N就可达727.40mg,占原施入量的17.2%;对容重1.42g/cm3的压实层,其施肥部位残余NO3--N已占到原施入量的23.6%。以上结果表明通过压实在施肥部位形成障碍层的成垄压实施肥法,减小通过施肥区的入渗水量,从而可减少施肥部位的NO3--N随入渗水分向深层土壤的迁移和累积,这对提高氮肥利用率,保护地下水资源具有重要意义。