《田间试验数据分析》PPT课件.ppt

1、3414试验及其统计分析方法,主要内容：,1、土壤养分丰缺指标建立 2、肥料效应函数的拟合和推荐施肥量计算 3、各种拟合结果的比较 4、肥料效应函数选择的讨论,土壤养分分级指标(四川),为什么要建立/更新测土配方施肥技术指标体系？,1）由于土壤肥力、作物产量等因素发生了很大变化，二十世纪八十年代建立的测土配方施肥指标体系已不能适用于目前的生产条件，而全国很多地区还没有建立新的指标体系。 2）近十多年来，新的作物生产体系不断出现，蔬菜、果树、花卉等经济作物的种植面积和重要性越来越突出，但就全国而言，尚未建立这些作物测土施肥的技术体系。,因此，开展测土配方施肥工作，必须： 1）建立/更新土壤肥力丰

2、缺指标； 2）建立相应的推荐施肥指标。,“3414”是指氮、磷、钾3个因素、4个水平、14个处理。 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（该水平为过量施肥水平）。 “3414”方案设计吸收了回归最优设计处理少、效率高的优点。,通过田间试验建立测土配方施肥技术指标体系,“3414”试验方案处理,试验方案设计,3414试验设计特点,因素多而相对水平少，效率高 一般不设重复，多点试验 2水平施肥量设计非常关键 14个处理的产量数据 一个都不能少！ 一个都不能差！,田间试验数据,产生误差的环节多 选地 播种质量和苗情 施肥均匀性 田间管理

3、 自然条件 收获方法的科学性和规范化程度,田间试验实施注意点,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地块。”（技术规程） 试验地应位于一户农民地块内，不是相邻两户农民地块； 看试验地前作的生长状况、产量水平确定肥力是否均匀及肥力水平。）,主要内容：,1、土壤养分丰缺指标建立 2、肥料效应函数的拟合和推荐施肥量计算 1）、三元二次方程拟合 a、通过“中国肥料信息网”计算 b、通过excel计算分析 2）、二元二次方程拟合 3）、一元二次方程拟合 4）、线性加平台方程拟合 5）、效应方程计算的傻瓜化 3、各种拟合结果的比较 4、肥料效应函数选择的讨论,应用“34

4、14”试验建立土壤有效养分丰缺指标,（1）利用计算机的Excel软件，绘出土壤有效磷测定值与作物相对产量的散点图 （2）以EXCEL软件的添加趋势线功能，获得相对产量与土壤养分测试值的数学关系，并绘出趋势线。 （3）以相对产量50%，75%和95%为标准，获得土壤养分丰缺指标,第一步：将某一较大的生态区域内的所有田间试验按土壤类型进行分类，汇总；对某一特定作物，至少有30-40个点的“3414”完全或部分实施田间试验,计算各试验中缺氮、磷、钾的相对产量 对“3414”试验而言； 缺氮的相对产量 = 处理2（N0P2K2）产量 /处理6（ N2P2K2）产量 * 100% 缺磷的相对产量 = 处

5、理4（N2P0K2）产量 /处理6（ N2P2K2）产量 * 100% 缺钾的相对产量 = 处理8（N2P2K0）产量 /处理6（ N2P2K2）产量 * 100%,第二步：根据缺素区产量与试验设计中的最佳施肥水平下的产量相比较计算相对产量,(1)图表向导,(2)xy散点图,(3)下一步,(4)下一步,第三步：散点图,第四步：拟合曲线,第四步：获,第五步：获取方程,Y = 30.96Ln(x) 13.498,式中Y为相对产量，X 土壤速效养分含量,y = 50%, X = 7 mg/kg y = 75%, X =17 mg/kg y = 95%, X = 33 mg/kg,通过上述公式进行计算

6、：,公式转化：,第六步：计算,第七步：建立指标,主要内容：,1、土壤养分丰缺指标建立 2、肥料效应函数的拟合和推荐施肥量计算 1）、三元二次方程拟合 a、通过“中国肥料信息网”计算 b、通过excel计算分析 2）、二元二次方程拟合 3）、一元二次方程拟合 4）、线性加平台方程拟合 5）、效应方程计算的傻瓜化 3、各种拟合结果的比较 4、肥料效应函数选择的讨论,试验处理（三元二次效应函数）,y = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b4x12 + b5x22 + b6x32 +b7x1x2 + b8x1x3 + b9x2x3,系数均为正值,系数均为负值,最高施肥量 自变量xj

7、 (j = 1,2.3.) 的边际效应等于0,b1 + 2b4x1 +b7x2 + b8x3 = 0,b2 + 2b5x2 + b7x1 + b9x2 = 0,b3 + 2b6x32 +b8x1 + b9x2 = 0,求解上述方程组，获取最高施肥量 xj,最佳施肥量 自变量xj (j = 1,2.3.) 的边际效应等于投入价格与产出价格比,b1 + 2b4x1 +b7x2 + b8x3 = Px1/Py,b2 + 2b5x2 + b7x1 + b9x2 = Px2/Py,b3 + 2b6x32 +b8x1 + b9x2 = Px3/Py,求解上述方程组，获取最佳施肥量 xj,3414三元二次效

8、应函数处理软件：,1、利用网络工具进行运算,3414三元二次效应函数处理软件： ,中国肥料信息网,第一步：数据准备,随机区组方差分析 回归试验方案设计 （2）回归试验结果分析 有机肥养分含量表 主要作物养分含量 作物养分吸收量表 植物营养诊断施肥,（3）施肥量和产量结果拷贝到该表中,或者,第二步：进行网络运算,（1）,输入氮磷钾肥料用量范围,拷贝产量,(5)输入氮磷钾和产品价格,第三步：分析结果的判读,(6)点击分析结果,2、利用EXCEL运算,第一步：数据准备,第二步：数据计算,第三步：打开工具下拉菜单数据分析回归，确定,第四步：在“y值输入区域”输入产量，“x值输入区域”输入 x1, x2

9、, x3等 ，若将表头也选中，在标志框处打“”，并选择任意位置为输出区域，确定。,第五步：数据运算结果判读,第六步：三元二次方程,y=4526.532+8.096x1+15.397x2+3.545x3-0.022x12-0.031x22-0.024x32-0.02x1x2+0.032x1x3-0.037x2x3,b1 + 2b2x1 + b7x2 + b8x3 = 0 b3 + 2b4x2 + b7x1 + b9x3 = 0 b5 + 2b6x3 + b8x1 + b9x2 = 0,上述方程拟合成功，根据边际收益等于边际成本原则计算经济最佳施肥量,y=4526.532+8.096x1+15.3

10、97x2+3.545x3-0.022x12-0.031x22-0.024x32-0.02x1x2+0.032x1x3-0.037x2x3,b1 + 2b2x1 + b7x2 + b8x3 = Px1/Py b3 + 2b4x2 + b7x1 + b9x3 = Px2/Py b5 + 2b6x3 + b8x1 + b9x2 = Px3/Py,最高产量施肥量计算方程组,最佳产量施肥量计算方程组,8.096 + 2(-0.022)x1 - 0.02x2 + 0.032x3 = 0 15.397 + 2(-0.031)x2 -0.02x1 -0.037x3 = 0 3.545 + 2(-0.024)x

11、3 + 0.032x1 - 0.037x2 = 0,8.096 + 2(-0.022)x1 - 0.02x2 + 0.032x3 = 3.95/1.6 15.397 + 2(-0.031)x2 -0.02x1 -0.037x3 = 4.45/1.6 3.545 + 2(-0.024)x3 + 0.032x1 - 0.037x2 = 3.66/1.6,最高产量,最佳产量,二元二次方程,氮、磷二元二次效应方程的建立选择在钾肥优化条件下的处理,建立过程同三元二次方成（略）,氮、钾选择磷肥优化的处理,磷、钾选择氮肥优化的处理,一元二次方程,第一步：输入处理,(2)选中分析区域,(3)点击作图工具,(4

12、)选择散点图,第二步：作图,(5)右键击一数据点,(6)添加趋势线,(7)选多项式,(8)选中显示公式，显示R平方值,(9)得到一元二次方程,第三步：得到一元二次方程,氮肥,磷肥,钾肥,N， y = ax2 +bx +c P， y = ax2 +bx +c K， y = ax2 +bx +c,分别计算氮磷钾的一元二次方程,最高施肥量 自变量x 的边际效应等于0,N，b + 2ax = 0,求解上述方程组，获取最高施肥量 x,最佳施肥量 自变量xj (j = 1,2.3.) 的边际效应等于投入价格与产出价格比,求解上述方程组，获取最高施肥量 x,P，b + 2ax = 0,K，b + 2ax =

13、 0,N，b + 2ax = Px/Py,P，b + 2ax = Px/Py,K，b + 2ax = Px/Py,N， y = -0.0201x2 +10.031x +5216.3 P， y = -0.0344x2 +6.2625x +6293.3 K， y = -0.0173x2 +5.42x +6016.5,分别计算氮磷钾的一元二次方程,最高施肥量 自变量x 的边际效应等于0,N，10.031 + 2 (-0.0201)x = 0,求解上述方程组，获取最高施肥量 x,最佳施肥量 自变量xj (j = 1,2.3.) 的边际效应等于投入价格与产出价格比,求解上述方程组，获取最高施肥量 x,P

14、，6.2625 + 2 (-0.0344)x = 0,K，5.42 + 2 (-0.0173)x = 0,N，10.031 + 2 (-0.0201)x = 3.95/1.6,P，6.2625 + 2 (-0.0344)x =4.45/1.6,K，5.42 + 2 (-0.0173)x =3.66/1.6,线性加平台模型拟合,线性加平台模型,第一步：准备数据,第二步：打开“线性加平台求参数程序”,(1)拷入数据,A，作物产量范围、步长；K，施肥量变化范围，步长,(3)点击提交按钮,(2)修改参数设置,（2）B值无需变动。例中产量范围是52656615 kg/ha，运算的步长为50 kg/ha，

15、施肥量变化范围为0360 kg/ha，运算的步长为10 kg/ha。 注意：程序中的作物产量和施肥量范围一定不要小于试验处理结果的变化范围。如果肥料用量在5,则K值范围也小于5,步长小于1.,运行完结果表示： PLATEAU=* 即为平台产量（最高产量） INTERCEPT=* 表示直线的起点（最低产量） SLOPE=* 表示直线的斜率 JOINT=* 表示直线与平台交会的X轴坐标（优化肥料用量） RSQ=* 为R2 F=* 为显著性检验的F值 PROBF=* 为显著性检验结果是否显著,第三步：判断结果并记录,记录结果,判断,系列2,系列3,第四步：添加散点,(1)作散点图,(2)添加散点系列

16、2和3,第五步：添加趋势线,第六步：修饰图形,效应方程计算的傻瓜化,（参考内蒙古资料）,计算过程的程序化,、由于解方程组的过程比较麻烦，我们利用Excel表的强大计算功能，将解方程组的过程进行了程序化，一次性输入数据，直接获得计算结果。 、利用3414结果进行一元二次或二元二次结果进行分析时，要找对应的施肥处理和产量结果，本表中对处理的施肥量和产量数据进行了关联，减少了误差出现的机会。,计算步骤,替换三元二次表中施肥量和产量数据 按前面所谈到的方法进行回归分析 根据实际情况修改肥料价格和产品价格后直接获得最佳和最大施肥量及对应的产量 分别对一元二次、二元二次和线性加平台表中数据进行相应的操作

17、注意：回归结果输出区域要在指定位置 最佳产量施肥量是 = 时对应的施肥量 最高产量施肥量是 = -时对应的施肥量,（一）将新试验点数据替换原数据,打开Excel效应方程简化程序文件,以一元二次效应方程为例,（二）作回归分析,统计数据自动生成,输出区域必须选择此框,(1),(2),(3),(4),（三）回归结果判断,（四）调整肥料和产品价格,（四）方程计算结果,最高产量结果,最佳产量结果,主要内容：,1、土壤养分丰缺指标建立 2、肥料效应函数的拟合和推荐施肥量计算 1）、三元二次方程拟合 a、通过“中国肥料信息网”计算 b、通过excel计算分析 2）、二元二次方程拟合 3）、一元二次方程拟合

18、4）、线性加平台方程拟合 5）、效应方程计算的傻瓜化 3、各种拟合结果的比较 4、分析工具的安装方法 5、肥料效应函数选择的讨论,y=4526.532+8.096x1+15.397x2+3.545x3-0.022x12-0.031x22-0.024x32-0.02x1x2+0.032x1x3-0.037x2x3,N， y = -0.0201x2 +10.031x +5216.3 P， y = -0.0344x2 +6.2625x +6293.3 K， y = -0.0173x2 +5.42x +6016.5,N， y = 6x +5265 (x188.7) y = 6397.5 (x188.7

19、) P， 不存在 K， 不存在,三元二次方程,一元二次方程,直线加平台,R2=0.961,R2=0.95,R2=0.866,R2=0.601,R2=0.900,将推荐施肥量与基础土样分析结果联系分析! 将推荐施肥量与较正试验相比较!,主要内容：,1、土壤养分丰缺指标建立 2、肥料效应函数的拟合和推荐施肥量计算 1）、三元二次方程拟合 a、通过“中国肥料信息网”计算 b、通过excel计算分析 2）、二元二次方程拟合 3）、一元二次方程拟合 4）、线性加平台方程拟合 5）、效应方程计算的傻瓜化 3、各种拟合结果的比较 4、肥料效应函数选择的讨论 5、分析工具的安装方法,肥料效应函数的选择与综合分

20、析,王圣瑞, 陈新平, 高祥照, 毛达如, 张福锁，2002，植物营养与肥料学报, 8 (4) :409413,以UNDP95 - 98 年在河北唐山进行的27 个“3414”冬小麦试验为例: 在同一试验中,与一元施肥模型相比,采用三元二次施肥模型计算的推荐施肥量偏高,根据一元施肥模型拟合计算分别有15 %、44 %、67 %的点不需要施用N、P、K肥，而采用三元二次施肥模型则无法获得这一信息。,王圣瑞 , 陈新平, 高祥照 , 毛达如 , 张福锁，2002，植物营养与肥料学报, 8 (4) :409413,王圣瑞, 陈新平, 高祥照, 毛达如, 张福锁，2002，植物营养与肥料学报, 8 (

21、4) :409413,三元二次施肥模型进行拟合试验成功率仅为56 % ,而采用一元施肥模型可以对全部试验进行数据处理。,冬小麦不同氮肥肥料效应模型的比较,产量 Yield(kg/hm2),3000,施氮量(kg/hm2) Rates of N applied,产量 Yield(kg/hm2),y1 =3106+22.99N r=0.9331* y2 =5855.7,0,1000,5000,7000,linear plus plateau,y = -0.0466x,R,2,+ 23.499x + 3221.4,= 0.9265*,quadratic,0,1000,3000,5000,7000,0

22、,100,200,300,400,y = 3035.3 + 338.3N 0.5 -10.15N R = 0.9189*,square root,0,100,200,300,400,y1 = 3085.6 + 30.43N - 0.083N2 y2 = 5865.8 R = 0.9317*,quadratic plus plateau,施氮量(kg/hm2) Rates of N applied,线性加平台模型和一元二次模型拟合,作物产量对肥料用量的反应,作物产量没有随施肥量的增加而变化，或作物产量随施肥量的增加而出现减产趋势。,优化肥料用量：0,作物产量对肥料用量的反应曲线,作物产量随施肥量

23、的增加而呈跳跃式变化。,1、检查是否是产量计算或数据输入错误； 2、若没有错误，对于高肥力田块可定义优化施肥量为0，对于无法判断肥力水平的田块应舍弃,作物产量对肥料用量的反应曲线,作物产量随施肥量的增加而明显增加，没有顶点，优化施肥量为外推值。,1、检查是否是产量计算或数据输入错误； 2、若没有错误，对于低肥力田块可定义优化施肥量为最高施肥量， 对于无法判断肥力水平的田块应舍弃,作物产量对肥料用量的反应曲线,作物产量随施肥量的增加而明显增加，没有顶点，优化施肥量为外推值。,最高产量施肥量(kg/ha) 优化产量施肥量(kg/ha),640 388,土壤供肥量计算公式：,土壤供肥量（公斤）= 百

24、公斤产量所需养分量, 通过测定基础产量估算。,肥料利用率计算公式：,肥料利用率（%）=,一般用差减法来计算肥料利用率。,（1）采用一元模型对推荐施肥量进行模拟，根据散点图趋势，结合专业背景知识，选用一元二次模型或线性加平台模型推算作物最佳产量施肥量。 （2）按土壤速效磷的分级指标进行统计、分析、求平均值及上下限；,等级 高 中 低,相对产量 90% 75%90% 75%,土壤速效磷含量(mg/kg) 30 1030 10,磷肥用量推荐指标,磷肥推荐用量(kg/hm2) 60 65 80 85 90 100,汇总实例,冬小麦土壤有效磷丰缺指标及磷肥推荐用量,冬小麦土壤有效钾丰缺指标及钾肥推荐用量

25、,* 施钾量为作物收获带走量的2倍。,区域内多点3414试验结果所得最佳产量下的施肥量汇总,+,氮肥推荐用量的方法：,根据最高频率分布,（一）输入数据,（二）计算步长,（三）划分步长,（五）频率分布图,（四）计算频率,数据,小结： 1、通过3414试验建立测土配方施肥指标体系是可行的； 2、试验点应尽可能覆盖从极低到极高肥力的田块； 3、在三元肥料效应函数拟合成功率不高的情况下，建议直接采用一元肥料效应函数拟合来计算最佳施肥量； 4、氮肥推荐的方法仍然需要更多的探索。,主要内容：,1、土壤养分丰缺指标建立 2、肥料效应函数的拟合和推荐施肥量计算 1）、三元二次方程拟合 a、通过“中国肥料信息网”计算 b、通过excel计算分析 2）、二元二次方程拟合 3）、一元二