3414方案的幻灯片

“3414”试验方案的设计和实施宝鸡市土壤肥料工作站封涌涛2007-9-15第一章“3414”试验方案1.1“3414”方案简介“3414”方案设计吸收了回归最优设计处理少、效率高的优点，是目前国内外应用较为广泛的肥料效应田间试验方案。“3414”分完全实施方案和部分实施方案2种。•1.2“3414”完全实施方案“3414”中的“3”指肥效试验有3个因素、“4”指4个水平、“14”即14个处理。3个因素通常指氮、磷、钾3个因素。4个水平的含义：0水平指不施肥，2水平指当地最佳施肥量，1水平=2水平×0.5，3水平=2水平×1.5（3水平为过量施肥水平）。试验编号处理NPK1N0P0K00002N0P2K20223N1P2K21224N2P0K22025N2P1K22126N2P2K22227N2P3K22328N2P2K02209N2P2K122110N2P2K322311N3P2K232212N1P1K211213N1P2K112114N2P1K1211表1“3414”试验方案处理•举例、冬小麦亩施肥水平（纯养分）：N1、N2、N3分别为6.0公斤、12.0公斤、18.0公斤；P1、P2、P3分别为P2O55公斤、10公斤、15公斤；K1、K2、K3分别为K2O3公斤、6公斤、9公斤。•1.3“3414”的部分实施方案该方案除了可应用14个处理，进行氮、磷、钾三元二次效应方程的拟合以外，还可分别进行氮、磷、钾中任意二元或一元效应方程的拟合。•1.3.1氮磷二元二次肥料试验设计例如:进行氮、磷二元肥料效应函数拟合时,可选用处理2～7、11、12,可求得在以K2水平为基础的氮、磷二元二次肥料效应函数（具体处理及其与“3414”方案处理编号对照见表2）。表2氮磷二元二次肥料试验设计与对应的“3414”方案部分处理氮、磷二元肥料试验处理编号“3414”编号处理NPK11N0P0K000022N0P2K202233N1P2K212244N2P0K220255N2P1K221266N2P2K222277N2P3K2232811N3P2K2322912N1P1K2112•1.3.2氮一元肥料效应试验设计选用处理2、3、6、11可求得在P2K2水平为基础的氮肥效应函数。•1.3.3磷一元肥料效应试验设计选用处理4、5、6、7可求得在N2K2水平为基础的磷肥效应函数。•1.3.4钾一元肥料效应试验设计选用处理6、8、9、10可求得在N2P2水平为基础的钾肥效应函数。•1.3.5常规5处理试验设计在施肥试验中，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，把试验设计为5个处理：无肥区（CK）、无氮区（PK）、无磷区（NK）、无钾区（NP）和氮磷钾区（NPK）。这5个处理分别是“3414”完全实施方案中的处理1、2、4、8和6。（具体处理与“3414”处理对照见表3）。表3常规5处理与“3414”方案处理编号对应表“3414”方案处理编号处理NPK无肥区1N0P0K0000无氮区2N0P2K2022无磷区4N2P0K2202无钾区8N2P2K0220氮磷钾区6N2P2K2222•1.43414试验设计方案具有以下优越性A试验结果能比较真实的反映田间情况，反映土壤、作物、肥料三者之间的关系。B覆盖作物全部用肥水平，信息量较大。C能够反映各因子间的交互作用影响。D有利于建立良好的数学模型。3414与311-B方案比较，3414方案更具一些优越性，主要表现于：试验处理方便，计产时比较直观，进行统计分析时偏差小。1.53414试验方案设计时需注意的几个问题1.2水平的合理确定：影响3水平的确定，而3水平必须比当地同类土壤、同类作物的最大施肥量要大，否则容易形成方程的外推；2.表格中的N指单质N,P指P2O5，K指K2O；3.现在化验室按照农业部的《土壤分析技术规范》给的报告中，速效养分（水解氮、有效磷、速效钾）和全量养分均为单质物（N、P、K）的含量。所以，必须注意换算。N=NP×2.29=P2O5K×1.2=K2O4.如果应用往年的肥效试验函数，必须注意⑴同类土壤、同类作物⑵肥效试验函数要通过数理检验，达到显著、极显著水平。第二章“3414”试验方案的实施•2.1试验实施2.1.1试验地选择试验地应选择平坦、整齐、肥力均匀，具有代表性的不同肥力水平的、足够大的地块；坡地应选择坡度平缓、肥力差异较小的田块；试验地应避开道路、堆肥场所等特殊地块。•2.1.2试验作物品种选择田间试验应选择当地主栽作物品种或拟推广品种。•2.1.3肥料品种选择“3414”试验用肥为单质肥料，同一试验中必须施用同一种氮、磷、钾肥料品种，并严格按照养分标准含量折算。•2.1.4试验准备整地、设置保护行、试验地区划；小区应单灌单排，避免串灌串排；试验前多点采集土壤混合样品；依测试项目不同，分别制备新鲜或风干土样。•2.1.5试验重复与小区排列为保证试验精度，减少人为因素、土壤肥力和气候因素的影响，田间试验一般设3～4个重复（或区组）。采用随机区组排列，区组内土壤、地形等条件应相对一致，区组间允许有差异。同一生长季、同一作物、同类试验在10个以上时可采用多点无重复设计。小区面积：大田作物和露地蔬菜作物小区面积一般为20～50米2，密植作物可小些，中耕作物可大些；设施蔬菜作物一般为20～30米2，至少5行以上。小区宽度：密植作物不小于3米，中耕作物不小于4米。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成年果树进行试验，每个处理不少于4株。2.1.6试验田的播种对于3414肥效试验的播种原则是:14个小区的播种量要力争一致。尤其对玉米、辣椒等大株作物14个小区的播种量要严格一致，否则，对肥效试验的统计和分析会造成很大的影响。在大田的实际播种中，可以在播前按亩播种量折算出每个小区的播量，提前称取、量取每个小区的用种量。•2.1.7施肥方式旱地冬小麦：氮、磷、钾化肥作底肥一次施入。水地冬小麦：磷、钾化肥底肥一次施入，氮肥2/3作底肥，1/3作追肥（起身-拔节期）。•2.1.8试验记载参照肥料效应鉴定田间试验技术规程（NY/T497—2002）执行，收获期采集植株样品、进行考种和经济产量测试。必要时进行植株分析。每个县每种作物应按高、中、低肥力分别各取不少于1组3414试验所有处理的样品用于分析化验。测土配方施肥田间试验结果汇总表见附件1。试验地基本情况，包括：地址信息：省、县、乡、村、邮编、地块、农户姓名；位置信息：经度、纬度、海拔；土壤分类信息：土类、亚类、土属、土种；土壤信息：土壤质地（砂土、壤土、粘土）、土层厚度（≧60cm、30-60cm、30cm）和土壤障碍因素（易旱、易涝、盐害、碱害）。试验地土壤养分测试：播前基础土样测试项目：有机质、全氮、无机氮、有效磷、速效钾、pH值和中微量元素（铜、锌、铁、锰、硼、钼、钙、镁、硫）测定等。测试方法按《测土配方施肥技术规范》（修订稿）进行。试验气象因素：多年平均及当年气温、降水、日照和湿度等气候数据。填写当地习惯施肥表，调查氮肥、磷肥、钾肥、有机肥等肥料种类和价格。生产管理信息：浇水、中耕等。第三章“3414”试验方案的设计与实施过程中需要注意的几个问题•3.1“3414”试验中第二个水平的确定第二个水平（最佳施肥量、相对合理施肥量）3.1.1肥料增产效应的阶段性在一定生产条件下，当作物严重缺乏某种养分时，增施该养分的增产量，起初往往是递增，但超过一定限度后，增施单位剂量养分的增产量便开始递减，当其递减为零时，作物产量达到最大值，此时，再继续增加肥料，则将导致减产。第一阶段第二阶段第三阶段总产量C转向点边际产量平均增产量Y产量施肥量XYo01、在土壤供肥水平低的情况下，增施单位剂量肥料的增产量（即边际产量）随施肥量的增加而递增，直至转向点（C）时为止。2、超过转向点后，增施单位剂量肥料的增产量随施肥量的增加而递减，因而总产量按报酬递减率增加，直达到最高产量为止。3、在一定生产条件下，作物有一最高产量，超过最高产量后，继续增加肥料，则总产量随施肥的增加而递减，出现负效应，但是总产量的递减率可能小于到达最高产量的递增率。4、无限量的增施肥料，可能使产量下降为零。根据以上特点，可将肥料增产效应划分成三个阶段，即由三个最高点反映了曲线三阶段。第一阶段：从起点始至平均产量（指总产量除以施肥量所得商值）达最高点时为止。在此阶段内，边际产量（指增减单位剂量肥料所引起的总产量增减额）随施肥量的增加而递增至转向点（C点）达到最大值，超过转向点则开始递减，但仍然大于平均产量，因而平均产量随施肥量的增加而递增，至最高点时为止，此时边际产量等于平均产量。在此阶段内，平均产量不断提高直至此阶段的终点时达到最大值。第二阶段：自平均产量的最高点到最高产量的最高点，在此阶段内，平均产量与边际产量均随施肥量的增加而递减，但边际产量的递减率较大，平均产量大于边际产量。总产量〔指投入一定数量的肥料所获得的总收入（产量）〕依报酬递减率增加，直至边际产量等于零，即总产量达到最高点时为止。（合理的施肥区域）第三阶段：超过总产量最高点即进入第三阶段，此阶段的边际产量为负值，因而总产量随施肥量的增加而减少，出现负效应。3.1.2经济最佳施肥量的确定经济最佳施肥量：dy/dx＝px／py当dy/dx等于肥料与产品的价格比时,单位面积的施肥利润最大，此时的施肥量即为经济最佳施肥量。多元肥料效应经济施肥量的确定：分别求导、列方程组、解方程组。（负值加负号）注意：在经济最佳施肥量时，边际产值等于边际成本，此时，边际利润等于零，虽然单位面积施肥利润最大，但是单位量肥料的经济效益明显下降。因此，在农业生产实践中，为了保证肥料投资获得稳定、较高的利润，避免意外自然灾害带来的风险，常不用经济最佳施肥量这样高的用量。此外，为了提高肥料投资的经济效益，对有限量资金投资对象常常要进行选择，此时的肥料投资利润应等于最优投资的利润。因此，在确定经济合理施肥量时，常采用大于零的边际利润率值（R）。dy/dx=px/py(R+1)当R=0时,则符合经济最佳施肥量的原则：dy/dx=px/py现以二次函数为例：dy/dx=px/py(R+1)dy/dz=pz/py(R+1)•举例：现引用玉米氮磷肥料效应函数为例加以说明：y=240.22+23.91N-0.95N2+15.27P-1.09P2+0.68NP式中N、P代表N、P2O5用量。N、P2O5的价格分别按1.50、1.72元/斤计算，玉米产品价格按0.72元/斤计算。dy/dN=23.91-1.90N+0.68P=1.50/0.72(R+1)dy/dP=15.27-2.18P+0.68N=1.72/0.72(R+1)解上式得：N=16.99-1.68RP=12.30-1.62R不同R值的施肥量列表如下：R3.002.001.000.500.200.100.00-0.10施肥量(斤/亩)NP2O511.957.4413.639.0615.3110.6816.1511.4916.5411.9818.8212.1416.9912.3017.1612.46增产量(斤/亩)127.80201.90254.72273.23281.79284.24286.42总成本(元/亩)30.7236.0341.3343.9945.4249.1146.64利润(元/亩)61.30109.34142.07152.74157.47155.54159.582水平确定的重要性：“3414”试验中氮、磷、钾第二个水平的确定非常重要,这是因为,如果第二个水平太低,就有可能造成得到的方程出现外推的情况(最佳施肥量超出第三水平);如果第二个水平太高,又会造成设计的施肥水平离最佳施肥量太远,不能准确地捕捉到最佳施肥量。2水平的确定：原则上,应大量、系统地归纳和总结近年来的同类土壤、同类作物的田间试验结果,并根据试验田可能获得的目标产量,来设计第二个水平。在实际中，通常采用以下方法进行确定：1.根据农户常年施肥情况确定。类似于习惯施肥，但不是真正意