3414肥料试验结果统计方法的讨论与分析

“3414”肥料试验结果统计方法的讨论与分

析

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「4-61。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、结果分析步骐与方法、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”一

“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（bl.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：

“030.1”、“030.1”、“030.1”o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600kg，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”一“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”一“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］O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，浇水时整个试脸漫灌，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。