全 文 ：不同土壤类型蔗区甘蔗三高施肥优化研究*
梁计南 李玉潜 谭中文 陈伟栋 (华南农业大学,广州 510642)
摘要 采用二次正交旋转组合设计,在砖红壤旱地蔗区和冲积土水田蔗区进行施肥优
化试验,通过建立数学模型、模拟和寻优,初步建立了各类蔗区的优化施肥方案. 根据模型
回归系数、单项性状指标的施肥方案和综合性状指标的优化施肥方案,对肥料三要素及其
施用水平对蔗茎产量、蔗茎蔗糖分和净产值的影响进行了比较分析.
关键词 甘蔗 施肥 优化模式
Optimum fertilization for high yield, high sucrose content and high profit of sugarcane ( Sac
charum of f icinarum) on different soil types. L iang Jinan, L i Yuqian, Tan Zhongw en and
Chen Weidong ( South China Agr icultural University , G uangzhou 510642) . Chin . J . A pp l.
Ecol . , 1997, 8( 5) : 486~ 490.
Using quadratic orthogonal rotating design, an optimum fer tilizat ion exper iment of sugarcane
was conducted on lateritic soil and paddy soil , and the opt imized fert ilization model for each soil
was pr imar ily decided by means of t he process of establishing mathematical model, simulating
and optimizing . Based on the regr ession coefficients of mathematical models and the fertilization
schemes of single and comprehensive character indicators, the effects of the three elements of
fertilizer and their fertilization lev els on the y ield and sucrose content of cane and the net income
were compared and analyzed.
Key words Sugarcane, Fer tilization, Optimized model.
* 广东省九五重点科技攻关资助项目(粤科计字 96
- 03307) .
1997年 5月 20日收稿, 8月 12日接受.
1 引 言
在甘蔗三高生产中, 目前生产成本中
肥料费用占 1/ 3以上.因此,有关甘蔗施肥
问题的报道不少,但很多都是简单的对比
试验,有关施肥的复因子试验不多,而且局
限于用某一指标为目标的施肥量及其相应
的经济效益, 或局限于某一生态环境下的
研究[ 2~ 5] . 因此, 本试验拟采用农作物栽
培技术系统优化的方法, 寻找不同土壤类
型蔗区甘蔗高产高糖高效益的优化施肥方
案,并对施肥系统参数进行分析,为甘蔗三
高生产的肥料三要素合理施用、提高肥料
利用率和降低肥料成本提供理论和实践依
据,为今后多年多点试验以建立施肥方案
数据库提供依据.
2 材料与方法
2. 1 不同土壤类型蔗区的选择
该研究选择两种不同土壤类型蔗区进行: 1)
雷州半岛砖红壤旱地蔗区(简称旱地蔗区) ,该区
年降雨量为 2000~ 2200 mm, 试验地土壤 pH 值
为 5. 0, 土壤养分含量为: 有机质 2. 8% , 全 N
0. 12% , 速效 N 63 ! 10- 6, 速效 P 20 ! 10- 6, 速效
K 54 ! 10- 6 ; 2)珠江三角洲冲积土水田蔗区 (简
称水田蔗区) ,该区年降雨量为 2100 mm, 试验田
土壤属粘壤土, pH 值约为 5. 9, 土壤养分含量为:
有机质 1. 84% , 全 N 0. 149% ,速效 N 74 ! 10- 6,
速效 P 56 ! 10- 6,速效 K 58! 10- 6 .
2. 2 试验设计
采用二次正交旋转组合设计[ 1, 6] , 进行 3 因
应 用 生 态 学 报 1997 年 10 月 第 8 卷 第 5 期
CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Oct. 1997, 8( 5)∀486~ 490
子 5水平的田间试验. 3 因子是尿素、过磷酸钙、
氯化钾, 5 水平是 5 种不同的施肥量,变量和水平
编码如表 1. 水平编码中 0 水平为蔗区当地认为
是最合适的施肥水平. 全部磷肥、钾肥和 1/ 2 的
尿素作基肥, 其余 1/ 2 的尿素在大培土时作追肥
施用. 供试品种: 旱地蔗区用 ROC 10, 水田蔗区
用粤糖 71210,小区面积 33 m2, 共 23 个小区. 试
验于 1996 年 1 月至 1997 年 2 月进行.
表 1 变量水平编码表
Table 1 Coding of variable and its level
土地类型
Land type
变量*
Variables
间距
Step w idth
水平 Level ( kg#hm- 2)
- 1. 682 - 1 0 1 1. 682
旱 地 x1 300 245 450 750 1050 1255
U pland x2 450 740 1050 1500 1950 2250
x3 120 250 330 450 570 650
水 田 x1 600 190 600 1200 1800 2210
Paddy soil x2 300 95 300 600 900 1105
x3 150 50 150 300 450 550 * x1:尿素 Urea; x2:过磷酸钙 Calcium superphosphate; x3:氯化钾 Potassium chloride.下同 The same below .
2. 3 统计分析
采用吴健等[ 1]和韩宁等[ 5]介绍的方法.
3 结果与分析
3. 1 数学模型的建立与分析
23个小区的蔗茎产量( Y1 )、蔗茎蔗糖
分( Y2) 的测定值经校正后连同净产值
( Y3)通过用二次正交旋转组合设计分析
程序计算出各项性状指标对施肥反应的数
学模型,并进行方差分析(表 2) .从表 2可
表 2 蔗茎产量( Y1)、蔗糖分( Y2)和净产值( Y3)数学模型系数矩阵
Table 2 Coefficient matrix of mathematical model of yield( Y1) , sucrose content( Y2) and net income( Y3)
回归项
Regression item
产量 Cane yield
旱地蔗区
U pland
水田蔗区
Paddy soil
蔗糖分 Sucrose content
旱地蔗区
Upland
水田蔗区
Paddy soil
净产值* Net income
旱地蔗区
Upland
水田蔗区
Paddy soil
b0 71. 500 101. 532 14. 385 12. 725 1. 2577 2. 8801
b1 0. 01 8. 23 - 0. 49 - 0. 127 - 0. 0524 0. 1314
b2 1. 91 3. 29 0. 07 - 0. 228 0. 0166 0. 0632
b3 0. 36 4. 90 - 0. 13 - 0. 263 0. 0289 0. 1463
b12 2. 71 9. 79 - 0. 50 - 0. 221 0. 0411 0. 3134
b13 0. 54 0. 07 0. 11 - 0. 126 0. 0302 0. 0021
b23 - 2. 93 - 1. 63 0. 30 - 0. 044 - 0. 0836 - 0. 0523
b11 - 0. 34 - 4. 65 - 0. 27 0. 025 - 0. 0044 - 0. 1490
b22 - 3. 31 - 0. 01 - 0. 02 - 0. 098 - 0. 0683 - 0. 0002
b33 0. 03 1. 28 - 0. 25 0. 082 0. 0046 0. 0408
模型 F 值 3. 510* * 4. 393 2. 118 2. 519 5. 113 2. 371
F value for model
* 净产值等于总产值减去肥料费用和砍蔗人工费用.
Net incom e= Total income- ex penses for fertilizer- expenses for harvest .
* * F( 0. 10) = 2. 16; F( 0. 05) = 2. 72; F( 0. 01) = 4. 19.
见,各回归模型的 F 值都达到 10%的显著
水平( 除旱地蔗区蔗糖分的 F 值稍低外) ,
说明各模型的拟合力较好. 从产量栏各偏
回归系数(经过无量纲线性编码代换后,该
系数已经标准化,下同)的大小可见, 旱地
蔗区的产量主要受 P水平的影响,也受N、
P互作和 P、K互作的较大影响;而在水田
蔗区,产量主要受N 水平和P、K互作的影
响,在一定程度上也受 K 水平的影响. 蔗
糖分栏各偏回归系数的大小表明,旱地蔗
区的蔗糖分主要受 N 水平的影响, N、P 互
作对其影响较大;而在水田蔗区,蔗糖分主
要受 P、K 水平的影响, N 水平和 N、P 互
作也有较大效应. 净产值栏各偏回归系数
的大小表明, 旱地蔗区的净产值主要受 N
和 P 的施用水平的影响,同时 N、P 互作和
4875 期 梁计南等:不同土壤类型蔗区甘蔗三高施肥优化研究
P、K互作也有较大影响; 而在水田蔗区,
净产值主要受 N 和 K 的施用量和 N、P 互
作的影响.
3. 2 不同性状指标施肥组合方案模拟
3. 2. 1产量指标施肥方案分析 从表 3可
见,在旱地蔗区, 较高产区段的 N、P 施用
量比其他区段高, 而 K 肥施用量差异不
大; 中产区段的施肥水平与试验设计的 0
水平的施肥量基本一致.在水田蔗区,较高
产区段的 N、P、K 施用水平都比其他区段
的高,中产区段的施肥水平接近于试验设
计的 0水平. 因此, 对产量而言,在两个试
区内,都存在比当地认为是最佳施肥水平
更好的施肥方案, 即较高产区段的施肥方
案.分析可见,在不同蔗区, 产量对 N 肥和
P 肥反应基本相同, 但对 K 肥反应不同.
表 3 不同产量区段自变量取值范围及相应的施肥量
Table 3 Valuing range of independent variable and i ts relative fertili zer doses under different yield interval
旱地蔗区 U pland
产 量
Yield
( t#hm- 2)
变 量
Variable
95%置信区间
95% conf idence
interval
施肥量
Fert iliz er
doses
( kg#hm- 2)
水田蔗区 Paddy soil
产 量
Yield
( t#hm - 2)
变 量
Variable
95%置信区间
95% conf idence
interval
施肥量
Fert iliz er
dos es
( kg#hm- 2)
70. 8~ 75 x1 - 0. 0585~ 0. 6006 831 108~ 132 x1 0. 3475~ 0. 9865 1600
( 73. 19) * x2 - 0. 0535~ 0. 4518 1590 ( 117. 2) x2 0. 0873~ 0. 8987 748
x3 - 0. 2872~ 0. 5085 464 x3 0. 3292~ 1. 1208 409
66~ 70. 8 x1 - 0. 4458~ 0. 3978 743 90~ 108 x1 - 0. 1168~ 0. 4600 1303
( 68. 9) x2 - 0. 3010~ 0. 4452 1533 ( 98. 1) x2 - 0. 7216~ - 0. 1365 513
x3 - 0. 2614~ 0. 3009 465 x3 - 0. 3043~ 0. 3043 300
52. 5~ 66 x1 - 0. 2955~ 0. 4680 776 66~ 90 x1 - 0. 6361~ 0. 3207 1105
( 61. 1) x2 - 0. 7235~ - 0. 2059 1291 ( 80. 9) x2 - 0. 7012~ 0. 1230 513
x3 - 0. 3181~ 0. 3043 449 x3 - 0. 9804~ - 0. 0183 225
* 括号内的数字为平均值. Data in parenthesis is the average value.下同 The same below .
3. 2. 2 蔗糖分指标施肥方案分析 从表 4
可见, 在旱地蔗区, 较高蔗糖分区段的 P
肥施用量较其他区段的高,而 N 肥和 K 肥
的施用量较低;较高蔗糖分区段的施肥方
案较接近于设计的 0 水平的施肥量. 在水
田蔗区,较高蔗糖分区段的的 N 或 K的施
用量都比其他区段的低, 而 P 的差异不
大;中蔗糖分区段的施肥方案最接近于设
计的 0水平. 因此, 对蔗糖分而言,在两个
试区范围内, 存在比当地认为是最合适施
肥水平的施肥方案. 鉴此, 在这两个蔗区,
较高的 N和 K 降低甘蔗的蔗糖分, 而 P肥
对蔗糖分的影响表现出蔗区间的差异,在
旱地, P能增糖, 而在水田, P肥对蔗糖分
表 4 不同蔗糖分区段自变量取值范围及相应的施肥量
Table 4 Valuing range of independent variable and i ts relative fertili zer doses under different sucrosecontent interval
旱地蔗区 U pland
糖 分
Sucrose
content
( % )
变 量
Variable
95%置信区间
95% conf idence
interval
施肥量
Fert iliz er
doses
( kg#hm- 2)
水田蔗区 Paddy soil
糖 分
Sucrose
content
( % )
变 量
Variable
95%置信区间
95% conf idence
interval
施肥量
Fert iliz er
dos es
( kg#hm- 2)
14. 2~ 15 x1 - 0. 4985~ 0. 1893 703 13~ 13. 5 x1 - 0. 6264~ 0. 1915 1071
( 14. 46) x2 - 0. 3913~ 0. 3913 1500 ( 13. 16) x2 - 0. 4809~ 0. 1790 555
x3 - 0. 8970~ - 0. 0577 393 x3 - 1. 2058~ 0. 3037 187
13. 4~ 14. 2 x1 - 0. 1324~ 0. 6271 824 12. 6~ 13. 5 x1 - 0. 4133~ 0. 2131 1140
( 13. 77) x2 - 0. 8434~ - 0. 1955 1266 ( 12. 78) x2 - 0. 7519~ - 0. 0009 486
x3 - 0. 4533~ 0. 3049 441 x3 0. 0526~ 0. 6682 354
12~ 13. 4 x1 0. 0498~ 0. 9489 900 11. 7~ 12. 6 x1 0. 0741~ 0. 8790 1486
( 12. 78) x2 - 0. 6041~ 0. 2361 1417 ( 12. 27) x2 0. 1544~ 0. 9669 768
x3 0. 1553~ 0. 9485 516 x3 0. 1735~ 0. 8917 380
488 应 用 生 态 学 报 8 卷
的影响不大.
3. 2. 3 净产值指标施肥方案分析 从表 5
可见, 在旱地蔗区, 较高净产值区段的 N、
P施用量都少于其他区段, 但 K 肥施用量
与其他区段的差异不大,该区段的 N、P、K
施用量与试验设计的 0 水平大体相同. 在
水田蔗区, 较高净产值区段的 N、P、K 的
施用量比其他区段的都高,其 N 肥和 K 肥
的施用量比试验设计的 0水平均高 20%,
P肥稍高,其他两区段的施 N 量基本与试
验设计的 0水平相同,但 P、K 肥施用量却
较低.因此,就净产值而言, 在水田蔗区存
在着比当地认为是最合适施肥水平更好的
施肥方案.分析可见, 两类蔗区的施肥对净
产值的效应有差异,在旱地蔗区,较高的 N
肥和 P肥降低净产值, 而在水田蔗区, N、
P、K肥对净产值有正效应.
3. 3 综合性状指标施肥方案优化
基于上述单项性状指标模拟和分段结
果,采用系统工程的集合法分别对两种土
壤类型蔗区甘蔗的产量、蔗糖分和净产值
3项指标的施肥方案进行综合取交, 建立
数学上不同的产量、蔗糖分和净产值的统
筹兼顾的优化施肥方案(表 6) .
表 5 不同净产值区段自变量取值范围及相应的施肥量
Table 5 Valuing range of independent variable and i ts relative fertili zer doses under different net- income interval
旱地蔗区 U pland
净产值
Net income
( ! 104 yuan#hm- 2)
变 量
Variable
95%置信区间
95% conf idence
interval
施肥量
Fert iliz er
doses
( kg#hm- 2)
水田蔗区 Paddy soil
净产值
Net income
( ! 104 yuan#hm- 2)
变 量
Variable
95%置信区间
95% conf idence
interval
施肥量
Fert iliz er
dos es
( kg#hm- 2)
1. 27~ 1. 38 x1 - 0. 5416~ 0. 1852 697 3. 0~ 3. 65 x1 0. 0476~ 0. 7287 1433
( 1. 3129) x2 - 0. 4499~ 0. 3460 1455 ( 3. 2139) x2 - 0. 2141~ 0. 5591 652
x3 - 0. 4146~ 0. 5165 456 x3 0. 2963~ 0. 9545 394
1. 15~ 1. 27 x1 0. 1210~ 0. 8401 894 2. 6~ 3. 0 x1 - 0. 2279~ 0. 4148 1256
( 1. 2067) x2 - 0. 2385~ 0. 4387 1545 ( 3. 1003) x2 - 0. 7505~ - 0. 0905 474
x3 - 0. 3409~ 0. 3009 448 x3 - 0. 6284~ 0. 1145 261
0. 9~ 1. 15 x1 0. 0299~ 0. 8180 876 1. 9~ 2. 6 x1 - 0. 3748~ 0. 5726 1259
( 1. 0442) x2 - 0. 3566~ 0. 6039 1556 ( 2. 2753) x2 - 0. 5676~ 0. 2213 548
x3 - 0. 2805~ 0. 4784 462 x3 - 0. 8285~ 0. 0864 244
表 6 产量( t#hm- 2)、蔗糖分(%)和净产值( ! 104元#hm- 2)综合性状指标的优化施肥方案
Table 6 Optimized fertili zing scheme for yield( t#hm- 2) , sucrose content(%) and net income( ! 104 yuan#hm- 2) combin
ing
方 案
S cheme
旱地蔗区 U pland
综合性状指 标
Combining
character
and index
变 量
Variable
95%置信区间
95% conf idence
interval
施肥量
Fert il izer
doses
( kg#hm- 2)
水田蔗区 Paddy soil
综合性状指 标
Combin ing
character
and index
变 量
Variable
95%置信区间
95% conf idence
interval
施肥量
Fert iliz er
dos es
( kg#hm- 2)
∃ Y 1= 73. 19 x1 - 0. 0580~ 0. 1852 770 Y 1= 117. 2 x1 0. 0741~ 0. 7287 1441
Y 2= 14. 46 x2 - 0. 0535~ 0. 2460 1543 Y 2= 12. 27 x2 0. 1544~ 0. 5591 707
Y 3= 1. 313 x3 - 0. 2872~ - 0. 0577 430 Y 3= 3. 214 x3 0. 3292~ 0. 8917 391% Y 1= 68. 92 x1 0. 1210~ 0. 3978 828 Y 1= 9. 1 x1 - 0. 1168~ 0. 2131 1229
Y 2= 13. 77 x2 - 0. 2385~ - 0. 1955 1403 Y 2= 12. 78 x2 - 0. 7216~ - 0. 1365 472
Y 3= 1. 207 x3 - 0. 2614~ 0. 3009 436 Y 3= 2. 777 x3 0. 0526~ 0. 1145 313& Y 1= 61. 09 x1 0. 0498~ 0. 4680 828 Y 1= 8. 9 x1 - 0. 3748~ 0. 1951 1146
Y 2= 12. 78 x2 - 0. 3566~ - 0. 2059 1374 Y 2= 13. 16 x2 - 0. 4809~ 0. 1230 546
Y 3= 1. 044 x3 0. 1553~ 0. 3043 478 Y 3= 2. 275 x3 - 0. 8284~ - 0. 0183 238
在旱地蔗区,方案∃是最优方案.该方
案的综合指标是: 蔗茎产量 73. 19 t #
hm- 2、蔗茎蔗糖分 14. 46%、净产值 1. 313
万元,其相应的施肥量是每公顷尿素 770
kg、过磷酸钙1543 kg、氯化钾430 kg .与其
他方案相比, 该方案的施 N 和 K 水平稍
4895 期 梁计南等:不同土壤类型蔗区甘蔗三高施肥优化研究
低,但 P 肥施用量大大高于其他方案. 可
见,在试验范围内的砖红壤酸性土壤中增
施P 肥比增施N、K 肥对增产、增糖和提高
效益的效果显著.
在水田蔗区, 方案 ∃的综合指标是蔗
茎产量 117. 2 t # hm- 2、蔗茎蔗糖分
12. 27%、净产值 3. 214 万元, 相应的施肥
量是每公顷尿素 1441 kg、过磷酸钙 707
kg、氯化钾 391 kg .在所列的 3种方案中,
其产量和效益指标为最优, 而糖分指标则
略为偏低.方案 %和方案 &的糖分指标虽
然较高,但产量和效益指标则比方案 ∃分
别低44. 8%和 41. 3%, 因而在生产上是不
可取的,也是不现实的,可以认为方案∃是
综合指标的最优施肥方案.另外,方案∃的
N、P、K 的施用量都明显地高于其他方案,
而且也明显地高于设计的 0水平. 因此,在
试验范围内增施 N、P、K 能获得较高的产
量和较大的经济效益, 但也可能是由于施
N 水平较高而导致方案 ∃的糖分较低, 所
以在优化施肥方案表证试验或实际应用时
应结合其他的高糖农艺措施, 尽可能地提
高蔗糖分.
4 结 论
4. 1 根据单项性状指标施肥方案分析,就
产量而言, 在旱地蔗区,产量随 N、P 的施
用量增加而增加, 而在水田蔗区, N、P、K
的水平越高, 产量越高; 就蔗糖分而言,在
两类蔗区 N 肥和 K 肥都对蔗糖分有负作
用,但 P 肥的效应不同蔗区间存在差异,
在旱地蔗区, P 肥能增糖, 而在水田蔗区, P
肥对蔗糖分的影响不明显; 就净产值而言,
在旱地蔗区, 它与 N、P 水平呈负效应, 与
K肥水平关系较小, 而在水田蔗区, N、P、
K施用量越大,产值越高. 因此, N、P、K的
施用量对不同蔗区、不同性状指标的影响
不同.
4. 2 对综合性状指标的优化施肥方案,在
旱地蔗区,最优方案∃的 N和 K 的施用水
平稍低, 但 P 的施用量明显较高, 说明 P
肥在旱地甘蔗中的重要作用;在水田蔗区,
最优方案∃的 N、P、K 施用量都较高.
参考文献
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3 沈有信、邓纯章、侯建萍. 1993.不同氮磷钾配比对
甘蔗产量和品质的影响.甘蔗糖业, ( 2) : 11~ 16.
4 张进权. 1992. 雷州半岛砖红壤蔗区甘蔗平衡施肥
的探讨.甘蔗糖业, ( 5) : 21~ 25.
5 林 坤、李绍武. 1992.应用二次回归饱和 D最优设
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6 韩 宁、许尚武. 1987.微机与农业系统工程应用软
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