“3414”肥料试验结果统计方法的讨论与分析

宋朝玉　宫明波　李振清　王圣健　高峻岭

摘要：对“3414”试验的特点、统计分析原理、方法进行了系统的介绍，详细地阐述了利用软件进行数据分析的步骤，指出了求解最高产量、最佳产量的误区，讨论了“3414”试验实施过程中存在的问题及原因，并提出了科学合理的建议，对促进试验科学实施，提高试验效率具有重要意义。

关键词：肥料效应函数;三元二次方程; 统计方法

中图分类号： TQ440 文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2012.06.010

自2005年起，国家在全国范围内广泛开展测土配方施肥工作，试验与生产相结合，指导科学施肥，以推动粮食增产、农民增收，减少肥料成本，提高经济效益和土壤肥力，促进生态环境优化。“3414”肥料试验设计是国家测土配方施肥工作推荐的试验设计方案，旨在通过“3414”试验，应用肥料效应函数法、养分平衡法、土壤养分丰缺指标法[1-3]，在全国范围内以较快的速度建立起测土配方施肥专家系统，指导农民科学施肥。

肥料效应函数法是测土配方施肥技术中最常用的方法。通过统计分析，不仅可以作为一个完整的三因素试验用于建立三元二次肥料效应函数，而且还可以建立三个两因素的二元二次肥料效应函数和三个单因素的一元二次肥料效应函数[4-6]。即使某一个或几个处理出问题，仍可以获得一些用于肥料决策的价值信息，提高了试验效率。

近年来，笔者查阅了大量关于“3414”肥料试验及相关文章，发现由于不同的工作者对试验分析的侧重点不同，肥料试验结果的分析方法存在很大的差异，甚至个别文章分析方法是错误的。肥料效应函数既关系到肥料效应，又属于数学函数范畴。作为一名农业工作者，一般对一种肥料或两种肥料研究的较多，对肥料效应函数分析求解比较熟悉。而“3414”试验涉及到了3种肥料，在进行最高产量（求极值）和最佳产量求解时，三元二次函数涉及到一些较深层次的问题。而一般农业工作人员可能对此了解不深，故出现简单模仿一元二次函数的极值求解方法计算三元二次函数的做法，获得了错误的分析结果。因此，把“3414”试验设计的原理、结果分析步骤与方法、应用效果及存在的问题及原因分析总结如下，与大家共同探讨。

1“3414”试验设计特点

2试验结果分析步骤及方法

2.1单因素效应的分析

（2）DPS分析

选中数据块后，“试验统计”菜单下选择“二次多项式分析”求最大值。直接可以获得一元二次效应方程及F检验值、相关系数等参数，同时获得最高产量对应的N用量。

（2）DPS分析

选中14个处理因素编码值和产量的矩阵，在“多元分析”菜单下选择“回归分析” →“二次多项式逐步回归”，以相关系数R值最大为原则，逐步添加变量和剔除变量，最后获得三元二次肥料相应函数、相关系数、F值、p值、最高产量及对应变量编码值。采取DPS逐步回归分析法，可以有选择的引进贡献大的变量和剔除贡献小的变量，求解的方程更具有统计意义。其中DPS系统求得的最高产量是按照函数模拟分析获得的。

（3）三元二次肥料效应函数拟合的判断

根据肥料报酬递减律和二次数学函数曲线的特点，一般认为方程F检验达到显著水平（P<0.05）以上且符合肥料报酬递减律（b1、b3和b5均为正值，b2、b4和b6均为负值）时，认为该三元二次方程拟合成功[8-9]。这是最理想的结果，一般称为典型肥料效应函数[6]。

实际上，田间试验影响因素较多，模拟的肥料效应方程会出现多种情况。可能不符合报酬递减律，即方程中二次项系数可能为正值，一次项系数可能为负值。有的研究者认为，只要方程F检验达显著水平（P<0.05）以上，也可认为拟合成功[8]，一般称这类函数为非典型肥料效应函数。

绝大多数肥料研究者基本认同，肥料效应函数应为典型的效应函数。出现非典型效应函数的原因可能来自试验的系统误差，如土壤地力不均匀、水分不均匀、管理操作不严格（施肥不均匀、浇水串畦等）、试验控制（小区间仅用畦梗隔离、小区间通风条件不一致等）、干旱天气（干旱缺水、灌溉水养分含量高）、生育期间光照时间不足、低温时间长等，诸多因素都会影响肥料的溶解、移动以及作物对肥料的吸收、利用和转化，因此，非典型肥料效应函数具有非典型性和不确定性，一般认为是由特殊背景原因造成的。我们认为，当模拟回归分析出非典型肥料效应函数时，应谨慎分析和使用。

特别值得注意的是，在实际运算中，求最高产量施肥量时，会出现施肥量编码值小于0或大于3的情况，即出现内延或外推的情况。遇到这种情况就无法采纳该分析结果，同样也无法采用同样的方法进行最佳产量施肥量的分析，只能采用“模型模拟分析”法进行分析。由于肥料试验的效应函数是限制条件（即试验结果必须在试验设计范围内）的数学函数，仅采用某一特定的分析方法对肥料效应函数进行分析，在实践上存在一定的的局限性。“模型模拟分析”法可以进行变量有任何限制条件下的模型分析。

“3414”肥料试验，涉及到3个肥料因素，通过三元二次方程模拟、求解，获得的只是一个肥料配比组合，在肥料效应曲面上只是一个点，在实际操作中很难把握。因此，设定一个最高产量区段，采取95%的置信范围，求得一组一定范围的高产施肥用量和配比方案，对于指导生产更具有指导意义。

在DPS系统“文本编辑区”粘贴方程（1），在下方分三行输入各因素取值范围及步长：“0 3 0.1”、 “0 3 0.1”、 “0 3 0.1”。全部选中，在菜单“数学模型”下选择“模型模拟分析” →“连续数学模型模拟”，即可获得模拟分析结果。首先结合实际地力水平和产量表现设定目标高产区段，比如玉米一般设定大于等于600 kg，小麦设定大于等于550 kg 为目标产量区段。把模拟分析的结果粘贴到Excel中，添加对应表头后，全选，在菜单“数据”下选择 “筛选”→“自动筛选”，即可获得目标区段的全部组合。然后利用DPS系统的“数据统计” →“基本数据参数估计”功能，即可获得对应肥料的均值、极差、标准差、标准误、变异系数、平均数的95%和99%置信区间。

3“3414”试验分析结果的讨论

3.1 试验成功率偏低

全国各地的测土配方施肥项目，根据项目要求，在不同作物、不同土壤类型、不同区域布置了大量的“3414”试验。从试验结果来看，试验成功率偏低，一般在50%左右[4-5,8]。究其原因，主要有以下几个方面。

原因一，是“3414”试验涉及到了3个因素，试验因素较多。从试验设计角度讲，因素越多，试验成功率越低。原因二，是试验方案没有推荐设重复，且大多数试验点没有重复，系统误差较大。原因三，是肥料试验受水分、气温等因素影响大。由于近年来，很多地区的灌溉水（地下水或河水、湖水等）的硝态N明显提高。在干旱条件下，为保证试验顺利进行而多次浇水，对肥料试验影响较大。原因四，是由于试验布点较多，基层技术人员难以全面顾及试验各个环节，试验管理和控制难以到位。在基层往往出现平均一个技术员需要管理10~20个试验点，播种、施肥、收获等环节难以精细实施，管理措施粗放。甚至很多试验点小区间没有畦梗，浇水时整个试验漫灌，下雨时也会造成试验小区间肥料串混。

3.2关于分析结果的取舍

从多年试验实践来看，三元二次方程获得的推荐肥料用量一般比一元二次方程（即单因素分析）获得推荐用量高[4]。一般情况下，我们建议采纳一元二次方程获得的推荐肥料用量。

基础地力较高的地块，推荐肥料用量会偏低[15]。长时间的低温和缺水，都会造成肥料利用率降低，肥料推荐用量会偏高。长时间光照不足，造成作物需肥量降低，可能出现推荐用量偏低的现象。在考量试验分析结果时，一定要综合考虑基础地力、当季气候特点、田间管理等因素。特别是三元二次方程获得的推荐肥料用量出现过高或过低时，一定要仔细分析各个因素对试验的影响，最后结合作物目标产量、肥料试验分析用量、肥料经验用量给出科学的、合理的施肥方案。

3.3建议

为了进一步实施好“3414”试验，提高试验效率，提出以下几条建议。

3.3.1 建议多设一次重复，即试验共重复2次 28个小区的试验工作量比较适中，关键可以减少试验的系统误差，提高试验成功率。从笔者多年试验效果来看，重复2次的“3414”试验模拟分析的成功率可以提高到80%左右。

3.3.2建议进行多年定点试验 由于农业试验受气候条件影响较大，建议进行多年定点试验，试验结果会更贴近生产实际，对农业生产更具有指导意义。

3.3.3 加强试验管理，科学试验测土配方施肥项目试验点数量大的目的是尽可能地了解全国各地的土壤、施肥状况。但是我国的基层农技推广力量薄弱，基层技术人员缺乏且业务水平低。因此造成试验实施过程中出现诸多问题，试验管理不到位，实施不科学。试验设计是科学的，但管理实施是错误的，那得到的结果肯定是不科学的。因此需制定详细的试验实施方案，落实责任到人，严格执行试验方案，保证试验结果的准确性。

参考文献：

[1] 陈新平,张福锁.通过“3414”试验建立测土配方施肥技术指标体系[J].中国农技推广,2006(4):36-39.

[2] 李磊，闫敏，闫坚中，等.祁县小麦“3414”肥料效应试验报告[J].山西农业科学，2010（10）：34-36.

[3] 战秀梅，韩晓日，王帅，等.应用“3414”肥料试验模型求解春玉米施肥参数的研究[J].河南农业科学，2009（1）：51-54，63.

[4] 王圣瑞,陈新平,高祥照,等.“3414”肥料试验模型拟合的探讨[J].植物营养与肥料学报, 2002, 8(4):409-413.

[5] 朱涛,张中原,李金凤,等.应用二次回归肥料试验“3414”设计配置多种肥料效应函数功能的研究[J].沈阳农业大学学报,2004,35(3):211-215.

[6] 赵斌,王勇,路钰,等.多元二次肥料效应函数极值的判别及函数优化[J].杂粮作物,2001,21(2):42-45.

[7] 吴志勇,闫静,施维新,等.“3414”肥料效应试验的设计与统计分析[J].新疆农业科学,2008,45(1):135-141.

[8] 岳素清, 金喜强.玉米肥料效应函数建立与应用的研究[J]. 内蒙古农业科技,2008(6):20-21.

[9] 孙义祥, 郭跃升,于舜章,等.应用“3414”试验建立冬小麦测土配方施肥指标体系[J].植物营养与肥料学报,2009,15(1):197-203.

[10] 浙江农业大学.作物营养与施肥[M].北京：中国农业出版社,2000.

[11] 杜月健,最佳施肥方案的优化方法[J].土壤通报,1998,19(5):230-233.

[12] 吴健,庄郁华,吕福保.农作物栽培技术系统优化设计[M].济南：山东科学技术出版社,1998.

[13] 宋朝玉,高峻岭,张继余,等.夏玉米氮肥减量化配套栽培技术研究[J].中国土壤与肥料,2010（10）:50-53.

[14] 雷海,赖波,阿曼古力. “3414”肥料田间试验的操作及结果分析探讨[J].新疆农业科技，2007（4）:45.

[15] 高峻岭,郝庆照,宋朝玉,等.平度市高费力土壤玉米氮磷减量化施用研究初探[J].山东农业科学,2010（2）:67-69.