东北半干旱区大豆水肥耦合模式试验研究

东北半干旱区大豆水肥耦合模式试验研究

滕

云１，郭亚芬２，张忠学１＊，魏永霞１，王孟雪１

（１．东北农业大学水利与建筑学院，黑龙江哈尔滨

１５００３０；２．东北林业大学林学院，黑龙江哈尔滨

１５００４０）

摘要：采用饱和Ｄ（２０６）最优试验设计方案，通过田间试验，对影响大豆产量的Ｎ、Ｐ、Ｋ３种肥料在其中两

种用量不变的前提下，其中一种肥料和水的耦合效应分别进行了研究。结果表明，水肥配合存在阈值反应，通过对所建数学模型的计算机模拟，提出了不同决策目标下的水肥优化方案。

关键词：东北半干旱区；大豆；水肥耦合；阈值中图分类号：Ｓ５２；Ｓ１４

文献标识码：Ａ

在旱地农业如何通过水肥的协调和合理配合，获得较高产量是旱区农业综合发展的关键技术。因此，研究旱区水肥之间的互馈耦合作用及其对农业生产力提高的机制，并提出不同类型旱地农业的水肥管理措施，对促进旱地农业向高产、优质、高效的方向发展具有重要的意义［１￣３］。本文针对黑龙江省西部半干旱区，以大豆为研究对象，分析其在水肥耦合条件下的产量效应，在建立该类型地区大豆产量数学模型的基础上，寻求综合目标下的高产高效水肥优化方案，提高水肥利用效率，为实现该地区大豆节水高产高效栽培提供科学依据及技术指导。

１

材料与方法

１．１

试验地点及土壤肥力

２００４年在黑龙江省甘南县兴隆乡东兴村进行

试验，试验地区地势平坦，四季分明，光热资源丰富，多年平均降水量为４５０ｍｍ，降水多集中在

７￣９月，土壤类型为暗棕壤土，土壤肥力中等，前

茬作物为葵花。试验地１００ｃｍ土壤剖面土壤容重：０￣１０ｃｍ为１．２３ｇ?ｃｍ－３，１０￣２０ｃｍ为１．２５ｇ?ｃｍ－３，２０￣４０ｃｍ为１．２８ｇ?ｃｍ－３，４０￣６０ｃｍ为１．２７ｇ?ｃｍ－３，

６０￣８０为１．３７ｇ?ｃｍ－３，８０￣１００ｃｍ为１．４１ｇ?ｃｍ－３。

耕作层有机质为４５．２ｇ?ｋｇ－１，全氮１．９ｇ?ｋｇ－１，全磷０．６ｇ?ｋｇ－１，全钾２３．５ｇ?ｋｇ－１，速效氮２２１．６ｍｇ?ｋｇ－１，速效磷１６．８ｍｇ?ｋｇ－１，速效钾１７９．８ｍｇ?ｋｇ－１，ｐＨ值为７．０６供试大豆品种为合丰３９。

１．２试验处理

本试验设计采用二因素二次饱和Ｄ—最优设计

（２０６），即肥力（Ｘ１）和水分（Ｘ２）。而肥力是氮磷钾肥分别单因素水分是坐水量，每个因素变化６个处理，３种肥料１８个处理，２次重复，共计３６个小区，随机排列，小区形状为长方形，面积为６ｍ×３．９ｍ＝２３．４ｍ２。另外苗期进行补水（补水量９０ｍ３?ｈｍ－２），各处理播种时间，补水量均相同，其它管理措施也相同。大豆氮肥、磷肥、钾肥全部作为基肥施用。试验处理见表１。

２结果与分析

为了揭示不同数量氮、磷、钾肥分别与水相互

配合对大豆产量的影响，将采用二因素二次饱和Ｄ最优设计方案所获得的大豆产量进行统计分析，建立大豆水肥与产量的二元二次数学模型。２．１氮肥

（Ｘ１）、水（Ｘ２）配合与大豆产量数学模型Ｙ＝１７２５．０４５＋２５４．９７３８Ｘ１＋８４．４７３８Ｘ２＋４５０．６２４７Ｘ１２－１０３．９４５Ｘ２２＋３２３．７２３８Ｘ１Ｘ２（Ｒ２＝０．８５）

（１）

用此方程进行产量预测，其理论产量与实际产量之间的复相关系数Ｒ２＝０．８５，拟合度很高，能客观反映氮肥、水配合与大豆产量之间的关系。

２．１．１试验因素分析

因试验设计各因素已经过量纲化处理，偏回归

收稿日期：２００４－０９－１０

基金项目：国家“８６３”计划课题“东北半干旱抗旱灌溉区节水农业综合技术体系集成与示范”

（２００２ＡＡ２Ｚ４２５１）支持作者简介：滕云（１９７８－），女，黑龙江人，硕士研究生，研究方向为节水农业。Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｙ＿２００４１００５＠１２６．ｃｏｍ

＊通讯作者

第３６卷第５期东北农业大学学报３６

（５）：６３９￣６４４２００５年１０月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＯｃｔ．２００５

文章编号

１００５－９３６９

（２００５）０５－０６３９－０６

Ｘ－１

－０．５００．５１变幅

Ｃｈａｎｇｅ

Ｙ１１９２０．６９６１７１０．２１４１７２５．０４５１９６５．１８８２４３０．６４４Ｙ２１５３６．６２６１６５６．８２２１７２５．０４５１７４１．２９６１７０５．５７４ｄｙ／ｄｘ１!!－６４６．２７６!!－１９５．６５１!!!!!!２５４．９７４!!!!!!!!７０５．５９９!１１５６．２２３１２７４．８７ｄｙ／ｄｘ２

!!!

２９２．３６４!!!!!!!

１８８．４１９!!!!!!!!!!

８４．４７４!!!!!!!!!!

－１９．４７１!!!

－１２３．４１６!!!４２２．３７表１大豆水肥试验设计

Ｔａｂｌｅ１

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎｏｆｓｏｙｂｅａｎｗａｔｅｒ－ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ

处理

Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ

水平编码

Ｌｅｖｅｌｃｏｄｉｎｇ施肥量Ｘ１（ｋｇ

?ｈｍ－２）ＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒＸ１

坐水量Ｘ２

（ｍ３?ｈｍ－２）

Ｗａｔｅｒａｍｏｕｎｔ

肥力

ＦｅｒｔｉｌｉｔｙＸ１

水分

ＷａｔｅｒＸ２

氮肥

Ｎ磷肥

Ｐ钾肥

ＫＡ－１－１００００＋９０Ｂ１－１２４０１９２２８８０＋９０Ｃ－１１０００１２０＋９０Ｄ－０．１３１５－０．１３１５１０４．２２８３．３８１２５．０６５２．５＋９０Ｅ１０．３９４４２４０１９２２８８８４＋９０Ｆ

０．３９４４

１

１６７．３３

１３３．８６

２００．７９

１２０＋９０

系数已经标准化，故其回归系数绝对值的大小可直接反映变量Ｘ对产量Ｙ的影响程度。

方程中一次项的回归系数可以看出，Ｘ１明显大于Ｘ２，说明在保证钾肥、磷肥用量一定的基础上氮肥在大豆生长发育和产量形成中的影响氮肥＞水分效应。

对回归方程进行降维分析，得到单因素对产量

Ｙ的一元二次Ｘ模型：

施氮量：

Ｙ１＝１７２５．０４５＋２５４．９７３８Ｘ１＋４５０．６２４７Ｘ１２

（２）坐水量：

Ｙ２＝１７２５．０４５＋８４．４７３８Ｘ２－１０３．９４５Ｘ２２

（３）

将不同水平值代入此模型，便可得到不同的产

量预测值，见表２。

表２

氮肥与水单因子效应及单因子边际效应值

Ｔａｂｌｅ２

ＳｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｅｄｇｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｍｏｕｎｔｏｆＮａｎｄｗａｔｅｒ

图１氮肥与水配合的大豆产量效应

Ｆｉｇ．１ＳｏｙｂｅａｎｙｉｅｌｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｗａｔｅｒａｎｄＮｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ

?６４０?东北农业大学学报第３６

卷

Ｘ－１

－０．５００．５１变幅

Ｃｈａｎｇｅ

Ｙ１１８１０．１９３１６９６．３６６１６９１．６９６１７９６．１８３２００９．８２８Ｙ２１４２１．４３８１５５１．８０２１６９１．６９６１８４１．１２０２０００．０７３ｄｙ／ｄｘ１－３３６．８１２!!－１１８．４９７!!!!!!!!!!!９９．８１７!!!!!!!３１８．１３２!!!!!!５３６．４４６!!!!４９９．０８７ｄｙ／ｄｘ２

!!!!!

２５０．９９８!!!!!!

２７０．１５８!!!!!!!

２８９．３１７!!!!!!!

３０８．４７７!!!!!!

３２７．６３７１４４６．５８７变量

ＶａｒｉａｂｌｅＸＳＸ９５％置信区间

９５％Ｂｅｌｉｅｖｅｅｘｔｅｎｔ措施范围

ＭｅａｓｕｒｅｒａｎｇｅＸ１０．３７５０．２６１５－０．１３７５￣０．８８７５１０３．５￣２２６．５ｋｇ?ｈｍ－２

Ｘ２

０．１２５

０．２４６１

－０．３５７４￣０．６０７４

３９￣９６ｍ３?ｈｍ－２

由表２、图１可看出，在本试验条件下，在

－１￣０区间随着氮肥用量的增加，大豆产量呈下降

趋势，而随着坐水用量的增加，大豆产量呈上升趋势，但在０￣１区间则相反。

边际产量可直接反映出因素的最适投入量和单位投入量变化对产量增减速率的影响。边际效应方程可通过对回归子模型求一阶偏导，并令ｄｙ／

ｄｘ＝０求得：ｄｙ／ｄｘ１＝２５４．９７３８＋９０１．２４９４ｘ１，ｄｙ／ｄｘ２＝８４．４７３８－２０７．８９ｘ２，将不同水平值代入此方程，便

可求得各因素不同水平的边际效应值（见表２），解边际效应方程可得两因素最佳投入量和最高产量：ｘ２＝０．４０６时，产量最高可达１７４２．２１ｋｇ?ｈｍ－２。由图１

可见：当ｘ１＝１时，最高产量可达２４３０．６４４ｋｇ?ｈｍ－２；从表２还可以看出，－１￣１区间，－１￣１区间，两因素单位投入产出量氮肥呈上升趋势，坐水呈下降趋势，根据边际效应值的变幅，两因素对产量的影响氮肥＞坐水。

２．１．２模型寻优

在本试验条件下获得的最高产量对大面积生产应

用来说并不一定能代表实际的最佳水平，为了取得两因素在生产中应用的可靠性，采用频数法进一步解析，在－１￣１约束区间，取步长０．５进行模拟，所得２５套方案中，有８套方案大豆产量≥２０００ｋｇ?ｈｍ－２。其优化组合的置信区间见表３。

通过模拟寻优分析，黑龙江省西部半干旱区大豆要获得２０００ｋｇ?ｈｍ－２的产量，在钾肥用量为２００．７９ｋｇ?ｈｍ－２、磷肥用量为１３３．８６ｋｇ?ｈｍ－２时，氮肥与坐水配合最优组合取值范围为：氮肥

１０３．５￣２２６．５ｋｇ?ｈｍ－２，坐水３９￣９６ｍ３?ｈｍ－２。

２．２磷肥（Ｘ１）、水（Ｘ２）配合与大豆产量数学模型

Ｙ＝１６９１．６９６＋９９．８１７３Ｘ１＋２８９．３１７３Ｘ２＋２１８．３１１４Ｘ１２＋１９．０５９６Ｘ２２＋１３７．０６７３Ｘ１Ｘ２（Ｒ２＝０．６６）（４）

用此方程进行产量预测，其理论产量与实际产量之间的复相关系数Ｒ２＝０．６６，拟合度较高，能客观反映磷肥、水配合与大豆产量之间的关系。

２．２．１试验因素分析

因试验设计各因素已经过量纲化处理，偏回归系数已经标准化，故其回归系数绝对值的大小可直接反映变量Ｘ对产量Ｙ的影响程度。方程中一次项的回归系数可以看出：Ｘ１明显小于Ｘ２，说明在保证钾肥、氮肥用量一定的基础上，在大豆生长发育和产量形成中的影响水分效应＞磷肥。

对回归方程进行降维分析，得到单因素对产量

Ｙ的一元二次Ｘ模型：

Ｙ１＝１６９１．６９６＋９９．８１７３Ｘ１＋２１８．３１４４Ｘ１２（５）Ｙ２＝１６９１．６９６＋２８９．３１７３Ｘ２＋１９．０５９６Ｘ２２（６）

将不同水平值代入此模型，便可得到不同的产量预测值，见表４。

表３大豆产量≥２０００ｋｇ?ｈｍ－２的优化组合

Ｔａｂｌｅ３

Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｃｈｅｍｅｏｆｓｏｙｂｅａｎｙｉｅｌｄ≥２０００ｋｇ?ｈｍ－２

表４

磷肥与水单因子效应及单因子边际效应值

Ｔａｂｌｅ４

ＳｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｅｄｇｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｍｏｕｎｔｏｆＰａｎｄｗａｔｅｒ

滕云等：东北半干旱区大豆水肥耦合模式试验研究?６４１?

第５期

变量

ＶａｒｉａｂｌｅＸＳＸ９５％置信区间

９５％Ｂｅｌｉｅｖｅｅｘｔｅｎｔ措施范围

ＭｅａｓｕｒｅｒａｎｇｅＸ１０．７０．１７８９０．３４９４￣１．０５０６１２９．５￣１９６．９ｋｇ?ｈｍ－２

Ｘ２

０．７

０．１７８９

０．３４９４￣１．０５０６

５．４￣８．２ｍ３?ｈｍ－２

由表４、图２可以看出，在本试验条件下，磷肥和补水在－１￣１区间随着磷肥用量和坐水量的增加，大豆产量均呈上升趋势，而且坐水对大豆产量效应呈直线上升趋势。

边际产量可直接反映出因素的最适投入量和单位投入量变化对产量增减速率的影响。边际效应方程可通过对回归子模型（公式４）求一阶偏导，并令

ｄｙ／ｄｘ＝０求得：ｄｙ／ｄｘ１＝９９．８１７３＋４３６．６２８８ｘ１，ｄｙ／ｄｘ２＝２８９．３１７３＋３８．１１９２ｘ２，不难看出当两因素最佳投入量

和最高产量：ｘ１＝１，最高产量可达２００９．８３ｋｇ?ｈｍ－２；ｘ２＝１，产量最高可达２０００．０７ｋｇ?ｈｍ－２。从表４还

可以看出，－１￣１区间，两因素单位投入产出量均呈上升趋势，其上升速率坐水＞磷肥，根据边际效应值的变幅，两因素对产量的影响坐水＞磷肥。

２．２．２模型寻优

在本试验条件下获得的最高产量对大面积生产

应用来说并不一定能代表实际的最佳水平，为了取得两因素在生产中应用的可靠性，采用频数法进一步解析，在－１￣１约束区间，取步长０．５进行模拟，所得２５套方案中，有５套方案大豆产量≥２０００ｋｇ?ｈｍ－２。其优化组合的置信区间见表５。

图２磷肥与水配合的大豆产量效应

Ｆｉｇ．２ＳｏｙｂｅａｎｙｉｅｌｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｗａｔｅｒａｎｄＰｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ

２５００２０００

－１－０．５００．５１

表５

大豆产量≥２０００ｋｇ?ｈｍ－２的优化组合

Ｔａｂｌｅ５

Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｃｈｅｍｅｏｆｓｏｙｂｅａｎｙｉｅｌｄ≥２０００ｋｇ?ｈｍ－２

通过模拟寻优分析，黑龙江省西部半干旱区大豆要获得２０００ｋｇ?ｈｍ－２的产量，在钾肥用量为２００．７９ｋｇ?ｈｍ－２、氮肥用量为１６７．３３ｋｇ?ｈｍ－２时，磷肥与坐水配合最优组合取值范围为：磷肥

１２９．５￣１９６．９ｋｇ?ｈｍ－２，坐水８１￣１２３ｍ３?ｈｍ－２。

２．３钾肥（Ｘ１）、水（Ｘ２）配合与大豆产量数学模型

用此方程进行产量预测，其理论产量与实际产量之间的复相关系数Ｒ２＝０．９２７，拟合度很高，能客观反映钾肥、水配合与大豆产量之间的关系。

２．３．１试验因素分析

因试验设计各因素已经过量纲化处理，偏回归

系数已经标准化，故其回归系数绝对值的大小可直接反映变量Ｘ对产量Ｙ的影响程度。方程中一次项的回归系数可以看出，Ｘ１明显大于Ｘ２，说明在

Ｙ＝２０１７．２９１＋３３９．６７８１Ｘ１＋１５６．６７８１Ｘ２－１８０．６６３Ｘ１２＋

６１．３００１Ｘ２２＋２０４．９２８１Ｘ１Ｘ２（Ｒ２

＝０．８６）

（７）

?６４２?东北农业大学学报第３６卷

Ｘ－１－０．５００．５１变幅

Ｃｈａｎｇｅ

Ｙ１１４９６．９５１８０２．２８２０１７．２９１２１４１．９６２１７６．３１Ｙ２１９２１．９１１９５４．２８２０１７．２９１２１１１．０２２２３５．２７ｄｙ／ｄｘ１!!!!!７０１．００!!!!!!!５２０．３４!!!!!!!３３９．６７８!!!!!!!１５９．０２!!!!!!!－２１．６５１６９８．３８８ｄｙ／ｄｘ２

!!２７９．２８

!!!!!!!２１７．９８

!!!!!!!１５６．６７８

!!!!!!!!!!!９５．３８

!!!!!!!!!!!３４．０８

!!!!!!!７８３．１１８保证氮肥、磷肥用量一定的基础上钾肥在大豆生长发育和产量形成中的影响钾肥＞水分效应。

对回归方程进行降维分析，得到单因素对产量Ｙ的一元二次Ｘ模型：

Ｙ１＝２０１７．２９１＋３３９．６７８１Ｘ１－１８０．６６３Ｘ１２（８）Ｙ２＝２０１７．２９１＋１５６．６７８１Ｘ２＋６１．３００１Ｘ２２

（９）

将不同水平值代入此模型，便可得到不同的产

量预测值，见表６。

由表６和图３可以看出，在本试验条件下，钾肥和坐水在－１￣１区间随着钾肥用量和坐水量的增加，大豆产量均呈上升趋势。

边际产量可直接反映出因素的最适投入量和单位投入量变化对产量增减速率的影响。边际效应方程可通过对回归子模型求一阶偏导，并令ｄｙ／ｄｘ＝０求得：ｄｙ／ｄｘ１＝３３９．６７８－３６１．３２６ｘ１，ｄｙ／ｄｘ２＝１５６．６７８１－

１２２．６００２ｘ２，将不同水平值代入此方程，便可求得

各因素不同水平的边际效应值（见表６），解边际效应方程可得两因素最佳投入量和最高产量：ｘ１＝０．９４００８７（２７９．３７ｋｇ?ｈｍ－２），最高产量可达２１７６．９５ｋｇ

?ｈｍ－２；ｘ２＝１．２８，而此值不在设计范围内，但由图３不难看出：当ｘ２＝１时，产量最高可达２２３５．２７ｋｇ

?ｈｍ－２。从表６还可以看出，－１￣１区间，两因素单位投入产出量均呈下降趋势，其下降速率钾肥＞坐水，根据边际效应值的变幅，两因素对产量的影响钾肥＞坐水。

２．３．２模型寻优

在本试验条件下获得的最高产量对大面积生产

应用来说并不一定能代表实际的最佳水平，为了取得两因素在生产中应用的可靠性，采用频数法进一步解析，在－１￣１约束区间，取步长０．５进行模拟，所得２５套方案中，有１１套方案大豆产量≥２０００ｋｇ

?ｈｍ－２。其优化组合的置信区间见表７。表６

钾肥与水单因子效应及单因子边际效应值

Ｔａｂｌｅ６ＳｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓｉｎｇｌｅｆａｃｔｏｒｅｄｇｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｍｏｕｎｔｏｆＫａｎｄｗａｔｅｒ

图３钾肥与水配合的大豆产量效应

Ｆｉｇ．３ＳｏｙｂｅａｎｙｉｅｌｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｗａｔｅｒａｎｄＫｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ

!－１－０．５００．５１

滕云等：东北半干旱区大豆水肥耦合模式试验研究?６４３?

第５期

Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｗａｔｅｒａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆ

ｓｏｙｂｅａｎｉｎｓｅｍｉａｒｉｄｄｉｓｔｒｉｃｔｏｆｎｏｒｔｈｅａｓｔ

ＴＥＮＧＹｕｎ１，ＧＵＯＹａ－ｆｅｎ２，ＺＨＡＮＧＺｈｏｎｇ－ｘｕｅ１，ＷＥＩＹｏｎｇ－ｘｉａ１，ＷＡＮＧＭｅｎｇ－ｘｕｅ１

（１．ＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨａｒｂｉｎＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５００３０，ＰＲＣ；

２．ＦｏｒｅｓｔｒｙＣｏｌｌｅｇｅ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨａｒｂｉｎＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５００４０，ＰＲＣ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ２０６ｄｅｓｉｇｎｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｕｎｄｅｒｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｃｏｕｐｌｉｎｇ，ｂｕｔｔｈｅｐｒｅｍｉｓｅｗａｓｔｈａｔｏｎｅｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｄｏｓｅｏｆＮＰＫｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｔｏｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｙｂｅａｎｙｉｅｌｄｗａｓｕｎｃｈａｎｇｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｖａｌｕｅｅｘｉｓｔｅｄｉｎｗａｔｅｒ－ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ．Ａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｓｏｙｂｅａｎｙｉｅｌｄｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｃｈｅｍｅｏｆｗａｔｅｒ－ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓｗａｓｗｏｒｋｅｄｏｕｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉａｒｉｄｄｉｓｔｒｉｃｔｏｆｎｏｒｔｈｅａｓｔ；ｓｏｙｂｅａｎ；ｗａｔｅｒａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ

变量

ＶａｒｉａｂｌｅＸＳＸ９５％置信区间

９５％Ｂｅｌｉｅｖｅｅｘｔｅｎｔ措施范围

ＭｅａｓｕｒｅｒａｎｇｅＸ１０．１８１８０．１９４７－０．１９９８￣０．５６３４１１５．２￣２２５．１ｋｇ?ｈｍ－２

Ｘ２

０．３１８２

０．１５９９

０．００４８￣０．６３１６

６０￣９７．５ｍ３?ｈｍ－２

通过模拟寻优分析，黑龙江省西部半干旱区大豆要获得２０００ｋｇ?ｈｍ－２的产量，在氮肥用量为１６７．３３ｋｇ?ｈｍ－２、磷肥用量为１３３．８６ｋｇ?ｈｍ－２时，钾肥与坐水配合最优组合取值范围为：钾肥

１１５．２￣２２５．１ｋｇ?ｈｍ－２，坐水６０￣９７．５ｍ３?ｈｍ－２。

３结论

ａ．试验发现Ｎ、水配合有一个阈值反应。当Ｐ２Ｏ５用量为１３３．８６ｋｇ?ｈｍ－２，Ｋ２Ｏ用量为２００．７９ｋｇ?ｈｍ－２时，Ｎ、水配合的阈值范围是氮肥

１４７．７６８￣１８２．２３２ｋｇ?ｈｍ－２，坐水３９￣９６ｍ３?ｈｍ－２，在此范围内Ｎ与水互作增产效应显著。

ｂ．试验发现Ｐ、水配合有一个阈值反应。当Ｎ

用量为１６７．３３ｋｇ?ｈｍ－２，Ｋ２Ｏ用量为２００．７９ｋｇ?ｈｍ－２时，Ｐ、水配合的阈值范围是磷肥１５７．０５６￣１６９．３４４ｋｇ?ｈｍ－２，坐水８１￣１２３ｍ３?ｈｍ－２，在此范围内Ｐ与水互作增产效应显著。

ｃ．试验发现Ｋ、水配合有一个阈值反应。当Ｎ

用量为１６７．３３ｋｇ?ｈｍ－２，Ｐ２Ｏ５用量为１３３．８６ｋｇ?ｈｍ－２

时，Ｋ、水配合的阈值范围是钾肥１５６．６２４￣１７５．０５６ｋｇ

?ｈｍ－２，坐水６０￣９７．５ｍ３?ｈｍ－２，在此范围内Ｎ与水互作增产效应显著。

ｄ．通过田间试验建立的数学模型，达到显著水

平，说明模型与实际情况拟合很好。经过计算机对模型进行模拟所提出的目标下的水肥优化方案，可用于甘南试验区大豆节水高产高效栽培，对其它同类地区也具有指导作用。

［

参

考

文

献

］

［１］ＡｋｉｎｒｅｍｉＯＯ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｍｏｉｓｔｕｒｅａｎｄｏｔｈｅｒｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｃｙｃｌｅｕｓｉｎｇａｗａｔｅｒｂｕｄｇｅｔａｐｐｒｏａｃｈ［Ｊ］．ＣａｎＩＳｏｉｌＳｃｉ，１９９６，７５：１３３－１３４．

［２］

ＫｅｓｓｌｅｒＪＪ．Ｕｓｅｌｅｓｓｎｅｓｓｏｆｔｈｅｈｕｍａｎｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｃｏｎｃｅｐｔｉｎａｓｓｅｓｓｉｎｇｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙｏｆｌａｎｄｕｓｅｉｎｓｅｍｉａｒｉｄｒｅｇｉｏｎｓ［Ｊ］．ＡｇｒｉｃＥｎｖｉｒｏｎ，１９９４，４８：２７３－２８４．

［３］ＳｈａｎＬ，ＸｕＭ．Ｗａｔｅｒｓａｖｉｎｇａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄｉｔｓｐｈｙｓｉｃｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｂａｓｓｅｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎＪＡｐｐｌＥｃｏｌ，１９９１，２

（１）：７０－７６．表７大豆产量≥２０００ｋｇ?ｈｍ－２的优化组合

Ｔａｂｌｅ７

Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｃｈｅｍｅｏｆｓｏｙｂｅａｎｙｉｅｌｄ≥２０００ｋｇ?ｈｍ－２

?６４４?东北农业大学学报第３６卷

水稻水肥耦合田间试验的设计、方差分析及多重比较

水稻水肥耦合田间试验的设计、方差分析及多重比较 戴琳1，金春明2 1河海大学农业工程学院，南京 （210098） 2 南京市苏地源土地整理规划设计有限公司，南京 （210029） E-mail ：darling.1983@https://www.wendangku.net/doc/5014850926.html, 摘 要：正确合理的试验设计和统计方法,对于提高田间试验水平,科学分析田间试验结果,以及为读者提供准确信息和增加试验的重演性等均有重要意义。目前,绝大多数田间试验结果都利用各种分析软件(如DPSS 、DPS 、SAS 、EXCEL 等)进行分析，虽然方便易行，但是许多人对其中含义并不了解，不能很好地达到寻求规律、指导生产的目的。本文分别用随机区组和裂区设计水稻水肥耦合田间试验，并用二因素随机区组试验和裂区试验的统计分析方法进行方差分析和多重比较。 关键词：田间试验；试验设计；方差分析；多重比较；水稻 1. 引言 试验在江苏省南京市蔬菜花卉科学研究所内修建的蒸渗仪中进行。研究水氮耦合对水稻的影响，设灌溉定额和氮肥用量两个因素，其中，灌溉定额设3个水平：300 mm 、450 mm 、600 mm ；氮肥用量设4个水平：150 kg/hm 2、200 kg/hm 2、250 kg/hm 2、300 kg/hm 2。试验过程中，除施肥和灌水因素外，其它栽培管理措施同一般大田。 2. 试验设计 设W 因素为灌溉定额，分别用A1、A2、A3来表示300 mm 、450 mm 、600 mm 三个水平(a=3)。设N 因素为施加氮肥量，分别用B1、B2、B3、B4来表示：150 kg/hm 2、200 kg/hm 2、250 kg/hm 2、300 kg/hm 2四个水平 (b=4)。共ab=3×4=12个处理，重复3次(r=3)，共abr=3×4×3=36个试验数据。土壤肥力南北向变化。 2.1 用随机区组的方法对试验进行设计 随机区组设计是随机排列设计中最常用而最基本的设计，其特点是根据“局部控制”的原则，将试验地按肥力程度划分为等于重复次数的区组，一个区组亦即一个重复，区组内各处理都独立地随机排列[1 ，2] 。本试验土壤肥力南北向变化，设三次重复。借助于随机数字表对 三个区组内各小区进行随机排列，设计结果如图1所示： 图1 水稻水肥耦合试验的随机区组设计 Ⅰ A 1B 1 A 3B 4 A 2B 3A 1B 2A 3B 3A 3B 2A 1B 3A 2B 1A 1B 4 A 2B 2 A 3B 1 A 2B 4 Ⅱ A 1B 3 A 2B 1 A 1B 2A 3B 4A 2B 2A 1B 1A 2B 3A 2B 4A 3B 2 A 1B 4 A 3B 1 A 3B 3 土壤肥力 Ⅲ A 1B 2 A 1B 4 A 3B 4A 2B 4A 2B 2A 3B 3A 1B 1A 2B 3A 2B 1 A 3B 1 A 1B 3 A 3B 2

水肥耦合效应研究综述

水肥耦合效应研究综述 摘要土壤水分与肥料是农业生产的两大因素，两者具有协同效应，增水能够增加肥料的增产效应，增肥能够增加灌水的增产效应，两者既相互制约又相互协调促进。在农业生产中，只有合理匹配水肥因子，才能起到以肥调水、以水促肥，并充分发挥水肥因子的整体增产作用。研究水肥耦合效应，对提高肥料和水分利用效率、提高农业生产的经济效益和生态效益、保障农业可持续发展有着重要的意义。 关键词以肥调水；以水促肥；水肥耦合 1水肥耦合概念及机理 农业生产中水分和养分（肥料）是影响作物生长的两个重要环境因子，水肥之间的关系相当复杂。在农田系统中，水分与养分之间、各养分之间以及作物与水肥之间都具有相互激励与拮抗的动态平衡关系。 水肥耦合则是指农田生态系统中，水分和肥料二因素或水分与肥料中的氮、磷、钾等因素之间的相互作用对作物生长的影响及其利用效率，也可以理解为在农业生态系统中，水与土壤矿质元素这两个体系融为一体，互相影响、相互作用，对植物的生长发育产生的现象或结果。水肥耦合技术则是在考虑水分和养分对作物生长的影响，在不同水分、养分基础条件下，所使用的因水施肥、以水定肥、以肥调水等技术。 水肥是影响作物产量的两个重要因子，在育种技术、耕作技术、栽培技术等的基础上，合理的灌溉与施肥是作物增产的主要途径之一。从水、肥对作物的生理生长影响过程来看，这两个因子在很大程度上既相互制约，又互相影响，水分不足影响作物根系对肥料的吸收，并直接影响作物的的产量；养分不足则同样限制作物对水分的充分利用并降低作物产量。增水能促进肥料的增产效应；增肥可明显改善旱作物叶片水分状况，增加光合速率、延缓叶片衰老，有利于作物后期维持一定的光合面积和作用时间，减小了土壤水分不足对产量的影响。 在实际农业生产中研究和发展水肥耦合机理及其技术，对节约并高效利用有限的农业水资源对农业可持续发展具有重要意义。只有合理匹配水肥因子，才能起到以肥调水、以水促肥，达到水分和养分的高效利用，并充分发挥水肥因子的整体增产 作用。 2研究进展 Viets指出，因为水分的有效性影响着土壤微生物、物理及植物生理过程，土壤中水分与养分之间的关系复杂而密切。Lahiri认为，在土壤干旱状况下施用

1 农艺节水技术

1 农艺节水技术 目前，使用的农艺节水技术： （1）坐水种灌溉技术：在作物播种时期，由于雨水缺少，造成出苗晚，甚至不出苗的现象。为了保证出全苗，出壮苗，所采用的一种农艺节水技术。 作业程序：整地、覆膜、拌种、点种、注水等几道工序。 在注水灌溉作业的同时应掌握以下几点：保苗水在播种时随种子同时注入，注水量应根据年份确定，一般每亩3-5立方米，严重干旱年份应大于每亩6立方米。如用抗旱注水灌溉机具可以一次完成所有作业工序，省时省力，提高播种质量，通过注水灌溉能使作物的出苗率达到98%以上。适宜玉米、豆类等作物。 （2）注射灌溉：是用特制的注水器直接向作物根部土壤注水的一种灌水方法，群众称为给土壤打水针，注水器安装在农用喷雾器上，依靠喷雾器的压力通过喷腔管道将水注入作物根区。注射灌溉技术主要用于果树、瓜类、葡萄、玉米等稀植作物灌关键水用。特点：灌水、追肥、根区施药可以一次完成，还可以根据作物长势情况进行定量灌溉。 （3）地表覆盖保墒技术：在耕地表面覆盖塑料薄膜、秸秆或其它材料。这样可以抑制土壤蒸发，减少地表径流，提高低温，改善土壤物理性状，因此，起到蓄水保墒，提高水分利用率，促进作物增产的良好效果。地膜覆盖种植技术能起到防冻、防寒、保温、保墒、增产、增收的作用，是我国西北、华北、东北等干旱缺水低温、寒冷地区的主要抗旱保墒增产的农艺节水技术措施。覆盖地膜可以从土壤表面蒸发出来的水汽只能滞留在土层上，地膜内的小小空间里，当夜晚大气降温后又变成水滴从膜面下落到土壤上，再渗入土层中，这样周而复始就形成小环境的微循环，覆盖地膜的土壤含水量明显高于不覆盖的土壤。一般0-40cm土层内要比不覆膜土壤含水量高20%左右。由于地膜覆盖内的水、肥、气、热条件都比不覆盖的农田要好，其增产幅度在20%-120%。另外，地膜覆盖技术与传统地面灌溉结合形成了膜侧沟灌、膜上灌溉等技术。膜侧沟灌是指在灌水沟垄背部位铺膜，灌溉水流在膜侧的灌水沟中流动，并通过膜侧入渗到作物根系区的土壤内，膜侧沟灌的灌水技术要素与传统的沟灌相同，适合于垄背窄膜覆盖，膜宽70—90cm。主要用于条播作物和蔬菜等。 （4）耕作保墒技术：主要有耙耱保墒技术、中耕松土保墒技术、深耕蓄水保墒技术、深种接墒抗旱保苗技术 耕作保墒可以提高土壤集蓄降水的能力，减少土壤水分蒸发，使土壤水达到高效利用的目的。 耙耱保墒技术：在小麦和大秋作物播种前将耕翻的土地适时进行耙耱，磨碎土块，磨平地表，减少土壤表层的大孔隙，以免土壤水分蒸发损失，达到保墒的目的。 中耕保墒技术：是指作物生长阶段中所采取的耕作措施。中耕一方面通过破除表层板结土，起到疏松表层土壤，切断土壤毛细管，阻止土壤水分蒸发的目的。另一方面又起到锄草的作用，将耕地内的杂草连根拔除，以免与农作物争夺土壤中水分和养分，同时还可以提高降水向土壤中渗透的能力，增加土壤蓄水能力，雨后、灌水后2-3天及时中耕，效果最好。

水肥耦合效应对平原区夏玉米产量的影响

水肥耦合效应对平原区夏玉米产量的影响 摘要:为了研究不同水肥条件对夏玉米产量的影响,在防雨棚条件下进行盆栽试验,采用3因素5水平2次通用旋转回归组合设计,建立了灌水量?氮肥和钾肥施用量对夏玉米产量影响的数学模型?因素效应分析结果表明,影响夏玉米产量的主要因素是灌水量,其次是氮肥和钾肥的施用量?各因素交互作用对玉米产量的贡献为氮?水>钾?水>氮?钾;从产量角度评价灌水量?氮肥和钾肥施用量的最佳水肥调控组合?当灌水量?氮肥和钾肥施用量分别为450 mm?180 kg/hm2?120 kg/hm2时,玉米达到高产生产指标84.63 g/盆,为水肥调控的最佳组合? 关键词:水肥耦合;二次通用旋转回归;产量;夏玉米 The Coupling Effect of Water and Fertilizer on Summer Maize Yield of in the Plain Abstract: The coupling effects of water and fertilizer on yield of summer maize in the plain were investigated by using the general quadratic rotatory regression and solution culture. The pot trials were carried out in rain-protection shed and the mathematical models were established. Analysis showed that the dosage of water irrigation significantly influenced the yield of summer maize, followed by the amount of nitrogen and potash fertilizer. The interaction effects among these factors on the corn yield according to the order as N and water>K and water>N and K. From the aspect of maize yield, sufficient water with higher level of N and K was the best combination. Maize production could achieve the high yield goal 84.63 g/pot when irragation dose, the concentrations of nitrogen and potassium were 450 mm,180 kg/hm2,120 kg/hm2,respectively. Key words: coupling effect of water and fertilizer; general quadratic rotatory regression; yield; summer maize 在严重缺水的华北平原,水分不足和养分供应不足两大因素成为该地区农业持续发展的限制因子?水分不但是作物生长所必需的条件之一,也是化肥溶解和有机肥料矿化的必要条件?养分通过扩散与质流的方式向根及地上部迁移,此过程必须有水分参与?充分说明作物对水分和养分吸收过程并不是孤立的,它们之间是相互作用和相互影响[1-3]?水肥供应不足必然会影响土壤养分的运移和作物的吸收利用,从而对作物产量产生不利的影响? 早期的研究报道多见于水肥耦合效应在不同作物和蔬菜的应用,并注重研究水肥耦合条件下干旱地区节水效应与不同作物的反应及产量效应关系?国内外已对养分和水分运移规律及增产机理等进行了大量的研究[4-6]?水肥是玉米生长发育的决定因素,尤其是在玉米的拔节时期?在旱棚条件下的水肥耦合效应也有报道,

水肥耦合

水氮耦合效应研究 近年来，许多学者对冬小麦的水肥效应进行了研究，特别是对冬小麦进行合理施肥、提高降水利用效率等方面。作物在生长过程中，要通过根系不断从土壤中吸收养分和水分，便会在根际周围形成养分相对耗竭区。从而在近根际和远根际土壤间形成水分和养分浓度梯度。致使水分向近根区土壤迁移，以达到水势平衡。养分溶解在土壤中，也会随溶液的迁移而迁移，到达近根际，以使养分浓度梯度缩小。因此，土壤的水分状况直接影响土壤养分的迁移，水分充足，养分地迁移就容易；水分不足，养分地迁移就困难，甚至难以进行（刘芷宇等 1990）。水分既会有效的影响植物对土壤养分的吸收，也影响作物生长及产量。研究表明，施肥促进根系发育，在水分偏少的情况下，施用氮、磷肥料对作物的扎根深度和根系总量有显著促进作用，同时也促进了根系活动，有利于吸收其生长所需的养分和水分（康绍忠等 1998；沈玉芳等 2005；张喜英 1999；张玉革和姜勇 1999）。据梁银丽（1996）研究表明，在有限供水条件下，如土壤含水量在田间持水量 40%~58%范围内，随磷用量增加，而水分利用率提高。并且土壤干旱趋于严重，磷的效果越好。干旱条件下施肥可以提高植物吸收水分的效率（Mengel and Kirby1987），可以显著提高小麦对土壤贮水，特别是深层贮水的利用。增加施肥水平，可以使土壤吸纳更多肥料，提高土壤水势，使水分得以贮存，以供给小麦利用，从而提高小麦利用土壤水分的能力。 国内外研究动态 水分和养分是影响农业生产的两个主要因子，它们既有自己特殊的作用，又互相牵制、互相作用。水分对作物养分吸收和利用有一定的影响，同时养分对作物吸收水分也产生一定的影响，这就是水分和养分的相互作用。近些年来，国内外较多学者对作物水分和养分的关系进行了大量的研究，取得了许多研究成果，具体有以下几个方面： 1、水分对作物养分吸收利用的影响及其作用机制 大量研究表明，水分既影响着作物对养分的吸收，也影响着养分在作物体内的转移及分配，最终影响作物产量和养分利用率。 水分对作物养分吸收利用的影响因元素种类、营养状况而不同。研究表明，由于磷、钾主要以扩散方式迁移，当土壤干旱时，扩散受到影响，磷、钾等通过扩散向根部移动的元素进入根部的数量便会减少。而NO3-主要靠质流移动，作物对它的吸收能一直持续到植株死亡时为止。从而造成干旱条件下作物组织中含磷量降低和氮浓度提高，N/P比增大(奚振邦等，1996)。小麦试验表明，在低肥力土壤上，灌水对籽粒和茎叶中氮素比例影响不大，没有提高氮肥利用率，且水肥之间似有负交互作用；而在高肥力土壤上，灌水由于使籽粒含氮量提高，氮素在籽粒中的比重、籽粒氮素所占的百分数明显增加。肥料利用率显著提高。即使是低肥力土壤上，在高氮磷配合的情况下，灌水对提高氮肥利用率仍有突出作用(李生秀等，1995)。呈现低肥低水、高肥高水对作

2017年节水农业和水肥一体化关键技术项目评审结果-山东科技厅

2017年省节水农业和水肥一体化关键技术项目评审结果 序号项目名称申报单位分数 1百果园水肥一体化关键技术研究及应用山东苏氏园林有限公司 56 2不同土壤水分条件下小麦高亲和性钾转运蛋白的活性及钾利用效 率研究 济南大学 80.33 3茶园“节水与水肥一体化”关键技术应用研究威海威茗茶业有限公司 65. 33 4茶园水肥一体化关键技术研发山东农业大学 78 5大田作物水肥一体化关键技术研发诸城市佳博天益农业发展有限公司 60 6地温式蔬菜日光温室水肥一体化关键技术研究临沂大学 67 7冬枣水肥一体化高效标准化种植模式建立与示范山东省标准化研究院 77 8二季作区春马铃薯水肥一体化关键技术研究枣庄市新兴农业科技研究所 81.67 9番茄专用全程多效套餐水溶肥的研发山东三方化工集团有限公司 66.33 10高利用率功能性水溶肥料开发烟台固特丽生物科技股份有限公司 82 11高效多功能水溶肥料研发与产业化应用史丹利农业集团股份有限公司 89 12高效节水玉米新品种选育及示范山东冠丰种业科技有限公司 79.33 13高效智能水肥一体化喷灌机研发与应用济南大学 76.33 14灌水和施氮量对设施番茄生理特性和产量品质的影响菏泽学院 84.67 15果茶全营养精准配方水肥一体化关键技术研发山东农业大学 64.67 16果茶水肥一体化关键技术研发项目海阳锦源健康产业发展有限公司 57.33 17果蔬专用新型释氧液体肥料研发青岛农业大学 79.67 18果蔬专用型新型环保水溶性肥料研制与应用山东友邦肥业科技有限公司 72.33 19果树水肥一体化关键技术研发与应用山东硕博农业科技有限公司 69.33 20果树水肥一体化精准管理等关键技术研发与示范淄博淄川久润富硒农产品专业合作社 52