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1、“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）。,表1“3414”试验方案处理,举例
2、、冬小麦亩施肥水平（纯养分）：N1、N 2、N 3 分别为 6.0 公斤、12.0 公斤、18.0 公斤；P 1、P 2、P 3 分别为 P 2 O 5 5 公斤、10 公斤、15 公斤；K 1、K 2、K 3 分别为 K 2 O 3 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
3、“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,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N2K 2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（N
4、K）、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,1.4 3414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。,1.5 3414试验方案设计时需
5、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=N P2.29=P2O5 K1.2=K2O4.如果应用往年的肥效试验函数，必须注意 同类土壤、同类作物 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
6、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34个重复（或区组）。采用随
7、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2050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2030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
8、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）。,试验记载 参照肥料效应鉴定田间试验技术规程（NY/T4972002）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
9、、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
10、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）,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 X,Yo,0,1、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
11、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
12、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 pxpy 当dy/dx等于肥料与产
13、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(
14、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：22+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：,不同R值的施肥量列表如下：,2水平确定的重要性：“3414”试验中氮、磷、钾第二个水平的确定非
15、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，但不是真正意义上的最佳施肥量。2.根据历年试验结果确定最佳施肥量（相对合理施肥量）。有科学依据、可信度大，但复杂。3.根据专家组的经验确定。较简单，但主观性大，可信度较差。（在实际中，
16、三者可以结合使用）。,举 例 12006年陈仓区在周塬镇、天王镇、钓渭、慕仪、良种场的小麦3414试验方案：N1=6kg/亩、N2=12kg/亩、N3=18kg/亩P1=5kg/亩、P2=10kg/亩、P3=15kg/亩K1=3kg/亩、K2=6kg/亩、K3=9kg/亩N指单质N,P指P2O5，K指K2O,举 例 22006年扶风县在玉米上的3414试验方案：N1=8.5kg/亩、N2=17kg/亩、N3=25.5kg/亩P1=4.5kg/亩、P2=9kg/亩、P3=13.5kg/亩K1=3kg/亩、K2=6kg/亩、K3=9kg/亩N指单质N,P指P2O5，K指K2O,举 例 32003年
17、陇县在玉米上的3414试验方案：N1=7kg/亩、N2=14kg/亩、N3=21kg/亩P1=3kg/亩、P2=6kg/亩、P3=9kg/亩K1=5kg/亩、K2=10kg/亩、K3=15kg/亩N指单质N,P指P2O5，K指K2O,举 例 42003年陇县在辣椒上的3414试验方案：N1=8kg/亩、N2=16kg/亩、N3=24kg/亩P1=7kg/亩、P2=14kg/亩、P3=21kg/亩K1=5kg/亩、K2=10kg/亩、K3=15kg/亩N指单质N,P指P2O5，K指K2O,应把握的原则：1.确定的施肥量应与当地推荐施肥量接近。2.各地要根据土壤肥力或作物产量水平确定 2水平施肥量
18、一致的区域。一般情况下，生产条件差异较小，区域范围可大些；反之，应小些。（分土壤类型、作物类型和产量，即分区、分作物确定方案）,举例：陈仓区小麦测土配方施肥分区指导模式,1.渭河北川道灌区(公斤/亩):最佳经济产量：489.5 目标产量:425 最佳施肥量:N 8.27 P2O5 5.24 K2O 6.242.渭河南川道灌区(公斤/亩):最佳经济产量：337.3 目标产量:350 最佳施肥量:N 10.3 P2O5 8.0 K2O 4.8,3.渭北台塬渠灌区(公斤/亩):最佳经济产量：432.5 目标产量:400 最佳施肥量:N 9.85 P2O5 7.5 K2O 5.334.渭北东塬区(公斤
19、/亩):最佳经济产量：361.6 目标产量:350 最佳施肥量:N 10.9 P2O5 8.0 K2O 4.35.渭北旱塬西区(公斤/亩):最佳经济产量：382 目标产量:350 最佳施肥量:N 11.8 P2O5 7.2 K2O 4.8,3.2 在“3414”田间试验设计时，如何考虑微量元素和有机肥等因素？“3414”田间试验设计时，一般不考虑微量元素、有机肥等因素。如果要检验微量元素或有机肥等肥效，可在试验设计中增加处理。,3.3“3414”试验中氮肥基追比例的确定 大田作物上,磷、钾肥一般作为基肥使用,而氮肥要分期施用。传统上习惯将大田作物的基、追肥比例按并重的理念各占一半来进行分配,但
20、是这一观念现在需要改变。提高氮肥利用效率的一个关键措施是调控土壤、肥料的氮素供应使之与作物的氮素需求相同步。,以西北地区冬小麦为例：旱地冬小麦：氮肥作底肥一次施入。水地冬小麦：氮肥 2/3 作底肥，1/3 作追肥（起身-拔节期）。,3.4 是否设置重复“3414”试验“3414”试验有14个处理,在平原地区,寻找面积符合要求的试验地设置34次重复是可以的,但是试验小区增多对试验管理和实施会带来困难。在丘陵地区或水稻产区,寻找面积符合要求的试验地是十分困难的。,从测土配方施肥田间试验的要求来看,不一定需要在每一个试验点设置重复,可以通过多年(23年)多点(最终2030点)(高、中低肥力)重复的办
21、法。,3.5 连续安排“3414”田间试验时，试验地点是否需要固定？一般在一季“3414”田间试验结束后，要另选地点安排下季试验，每换一个地点都要重新采土样化验。如果安排的是一个轮作周期试验，试验地点要固定。,3.6 试验地选择 以往的经验是基层农技人员往往喜欢选择交通便利的试验点和科技水平相对较高的农户,但这对全面了解总体情况是不利的。因此应特别强调在一定区域内选点的随机性和代表性,试验点应覆盖高、中、低不同肥力的土壤。当然试验管理的可靠性也要得到保障。,3.7 基础土样的采集、保存与测试 开展大规模的田间试验是非常不容易的,试验获得的结果要尽可能完整。为建立测土配方施肥指标体系,试验的基础
22、土样应采集足够的点（1520个样点）、足够的量(四分法后不少于1kg)并妥善保存下来,以备:样品复查;如果采用新的测土方法,可以有足够的土样。,5.8 计算时应注意的问题,所应用肥效函数是否通过了数理检验；化验室所出具的数据单质物与氧化物的换算、公斤与市斤的换算、肥料价格的准确性、肥料价格与所含养分的价格折算、作物价格的准确性等；合理的目标产量的确定（正常年份连续三年的平均产量再加10%）；中间参数的确定（氮、磷、钾肥料的利用率；不同作物的养分吸收率）；,3.9 试验异常情况的处理,在进行3414肥效试验时，由于多种原因，有时会出现试验的14个小区，个别小区报废的情况。此时，要全面、仔细地分析
23、未报废小区的试验结果，有可能得到像3414部分试验方案那样的结论，而不要将整个试验盲目报废。,Thank you！,举 例,2006年陈仓区在周塬乡的小麦3414试验方案：N1=6kg/亩、N2=12kg/亩、N3=18kg/亩P1=5kg/亩、P2=10kg/亩、P3=15kg/亩K1=3kg/亩、K2=6kg/亩、K3=9kg/亩得到的肥效试验方程为:Y=399.1353-3.58043N+0.395768N22+1.051237K+0.906304K2R=0.981615 R0.05=0.918559F=11.75504 F0.05=6,2006年扶风县在玉米上的3414试验方案：N1=
24、8.5kg/亩、N2=17kg/亩、N3=25.5kg/亩P1=4.5kg/亩、P2=9kg/亩、P3=13.5kg/亩K1=3kg/亩、K2=6kg/亩、K3=9kg/亩得到的肥效试验方程为:222R=0.944367 R0.05=0.918559F=7.544428 F0.05=6,资料（2007-09-14）,各种单质肥料的零售价格（元吨）：尿素 1668200046%=1.81元斤碳酸氢铵 508200017%=1.49元斤普磷 4122000127%=1.72元斤60%氯化钾 2540200060%=2.12元斤33%硫酸钾 1180200033%=1.79元斤玉米：0.720.74元斤,
