全 文 ： * ? 福建省教育厅重大项目 ( JA99191、K99064)、福建省科技厅重大项目 ( 2001F007、2001Z025) 和中国博士后科研基金项目资助
* * ?通讯作者
收稿日期 : 2004-12-11 改回日期 : 2005-02-07
冲积土区域绿竹氮磷钾施肥反应及其最优施肥参数的研究 *
洪 伟 陈 辉 吴承祯 ** 林勇明
(福建农林大学森林生态研究所 福州 350002)
摘 要 以 N、P、K 肥为原料 , 并辅以微量元素和生长调节剂 ,应用混料试验设计方法研究建立了冲积土区域绿竹
施肥 N、P、K 配方与经济收益之间数学反应模型 ,并以计算机模拟优化筛选出适用于冲积土绿竹种植最优施肥参
数即专用复合肥最佳配方 ,预期可提高经济收益 30%左右。
关键词 绿竹 冲积土 单形格子法 平衡施肥 模拟
Effects of N,P , K application and their optimum fertilization parameters for Sinocalamueoldhami in alluvion soil area .
HONG Wei ,CHEN Hui, WU Cheng-Zhen, L IN Y ong-Ming( Institute of Forest Ecology, Fujian Agricultural and Forestry
University, Fuzhou 350002,China) , CJ EA ,2006,14( 2) :88～91
Abstract According to mixed design method, assisted by minor element and growth regulator, the fertilizer experiments
of N, P and K are conducted for Sinocalamueoldhami planted in alluvion soil area, themathematical reflecting models of
prescription of fertilization for Sinocalamueoldhami planted inalluvion soil areaand economic benefit areestablished, and
theoptimum fertilization parameters for Sinocalamueoldhami planted inalluvion soil areaareformed by computer simula-
tion and optimization .After applying this compound fertilizer, theeconomic benefit of Sinocalamueoldhami forest planted
in alluvion soil area will increase about 30% .
Key words Sinocalamueoldhami , Alluvion soil, Simplex check,Balance fertilizing,Simulating
(Received Dec .11,2004;revised Feb .7, 2005)
绿竹是南亚热带优良的笋用丛生竹种 , 属禾本科慈竹属 , 喜温好湿 , 适种范围很广 , 江畔溪畔、丘陵山
脚、田边地块、园边路旁和房前屋后均可种植[ 1] 。绿竹笋产量高 , 甘甜可口、清凉解暑、降压降脂 , 是上等美
味佳肴 ,加工成的笋丝、笋干、罐头均为市场紧俏商品。绿竹叶可入药 , 竹材可加工成竹串、竹香芯和竹工艺
品等 , 同时亦是造纸上等原料。目前国内外对绿竹的丰产栽培技术研究已见诸报道[ 2～6] , 而有关绿竹专用
肥的研究开发目前尚未见报道。本研究建立了适用于冲积土区域绿竹 N、P、K 施肥反应数学模型 , 并通过
计算机仿真技术[ 7] 确定其最优施肥参数 , 为研制开发绿竹专用复合肥提供理论依据。
1 研究区域概况与研究方法
试验地位于闽东沿海的福建省福安市 ,地处东经 119°23′～119°52′, 北纬 26°41′～27°24′, 属中亚热带季
风气候 , 光照充足 ,雨量充沛 , 年降雨量 1350～2050mm( 主要集中 3～9月份 , 占全年降水的 80% ) ,年均相对
表 1 绿竹施肥{3 , 2}设计表
Tab.1 Designtableof fertilizationfor Sinocalamueoldhami forest
试验号 X1 ?( N) X2 t( P ) X3 ?( K ) 观察值
No .of expe- Observed
riment value
1 `1 ?0 0 .Y1
2 `0 ?1 0 .Y2
3 `0 ?0 1 .Y3
4 `1 ?/ 2 1 k/ 2 0 .Y4
5 `1 ?/ 2 0 1 ?/ 2 Y5
6 `0 ?1 k/ 2 1 ?/ 2 Y6
湿度 78%～83% , 年均气温 15～20℃ , 1月平均气温 8～10℃ ,
7月平均气温 24～30℃ , 极端最高温度 43. 2℃ , 极端最低温度
- 5.2℃ ,年日照时数达 1905.82h, 年均无霜期 285d。福安市
上规模连片种植的绿竹林面积达 3000 多 hm2 ( 其中市内赛江
两岸和 104国道两侧基本形成 1 条百里绿竹长廊 ) , 绿竹种植
面积和产量均居全国县市之首 , 为目前我国县级最大的绿竹生
产基地。供试冲积土有机质含量为 16.561g/ kg,全 N 0.899g/ kg,
全 P 0.299g/ kg,全K14. 402g/ kg, 速效氮113.769mg/ kg, 速效磷
0. 482mg/ kg,速效钾 37. 221mg/ kg, pH 值为 5. 37。
第 14 ?卷第 2期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .14 No .2
2 0 0 6 ?年 4 月 Chinese Journal of Eco-Agriculture April, 2006
结合绿竹经营施肥经验及绿竹生长所必需的营养元素 ,本试验选用尿素、过磷酸钙、硫酸钾、硫酸亚铁、
硫酸铜、硫酸锌、硫酸锰等 N、P、K 肥和微肥及生长调节剂 , 并采用混料试验设计中单形格子设计 ({ P , 2}设
计 )。由于主要对 N、P、K 3 种肥料配方进行优化 , 其他微肥和生长调节剂仅作辅助原料 , 故选用{3, 2}设
计[ 8] , 对{3, 2}设计包含{3, 1}的 P 个点设计和 ( 1/ 2, 1/ 2, 0) 排列表示的 C2P 个点设计见表 1。{3, 2}单形格
子的正则多项式模型为 :
y = E( y) = ∑
3
i = 1
βi xi + ∑
p
i < j
βi j xi xj = β1 x1 + β2 x2 + β3 x3 + β12 x1 x2 + β13 x1 x3 + β23 x2 x3 (1)
其成分取值 xi = 0, 1/ 2, 1。单形格子设计方案中所安排的试验成分取值多为 0 或 1, 但混料设计中并非如
此 ,因此必须进行编码交换 , 将编码值变换成试验真正成分[ 9] 。编码交换中因子成分的最小值 α1、α2、α3 定
为α1 = 0.25、α2 = 0.10和 α3 = 0. 35, 据此求出{3, 2}设计表中不同 xi 所对应实际成分 , 并以未施肥作对照
( CK ,见表 2)。按尿素含 N46%、过磷酸钙含 P2O514%和 K2SO4 含 K2 O54%计 , 并经 1kg有效成分计算 ,假
设试 验 1～ 6 号 方 案 每 丛 每 株 绿 竹 年 施 肥
0. 3333kg,对照 ( CK ) 未施肥 (见表 2) , 每方案重复
2次。冲积土区域绿竹为 4～5 年生 ( 即已开始正
式投产 ) ,每丛保留绿竹 6株 , 其余株数割去 , 施肥
小区随机区组设计 , 施肥分 3 次进行 , 分别占施肥
总量 的 40%、30% 和 30%。田 间 施 肥 试 验 为
1999～2002年 , 每年施肥前对试地进行 1 次全面
翻土松土 ,消除杂草灌木 , 施肥时在竹丛四周开沟
(距竹蔸 40cm开环状沟 , 沟深 15cm)将化肥撒入沟
内后覆土 ( 应注意肥料不直接与嫩笋接触 , 以防
嫩笋萎缩死亡 ) 。施肥1年分3次 ( 2月25日～3月
表 2 实际成分设计
Tab.2 Design table of real compositions
试 验
Experiment
方 案
Treatment
N * / kg·株 - 1 AP * / kg·株 - 1 yK * / kg·株 - 1 ?
配方试验 1 ?0. 55/ 0 r.1563 0 . 10/ 0 .0925 0 !.35/ 0. 0846
2 ?0. 25/ 0 r.0440 0 . 40/ 0 .2363 0 !.35/ 0. 0530
3 ?0. 25/ 0 r.0735 0 . 10/ 0 .0966 0 !.65/ 0. 1633
4 ?0. 40/ 0 r.0876 0 . 25/ 0 .1803 0 !.35/ 0. 0655
5 ?0. 40/ 0 r.1155 0 . 10/ 0 .0943 0 !.50/ 0. 1235
6 ?0. 25/ 0 r.0552 0 . 25/ 0 .1830 0 !.50/ 0. 0951
对照试验 0 I/ 0 0 ?/ 0 0/ 0
* 为有效成分/ 实际用量。
5日、4月 10～20日、6月 10～20日 )进行 ,每次施肥种类及其用量必须严格按表 2设计进行。
自出笋开始至发笋结束详细调查每处理出笋量 , 记录挖笋情况并逐个称重以统计每处理样竹出笋量 ;
年末调查新竹数量及每竹大小 ,并用郑郁善等[ 11] 建立的绿竹单株生物量模型估算新竹生物量。调查绿笋、
竹材市场价格 (绿竹笋平均市价为 3.0 元/ kg, 竹材为 0.12元/ kg) , 每配方施肥经济收益按笋重 ( kg) ×3. 0
元/ kg+ 新竹重 ( kg)×0.12元/ kg计 , 以 4年绿竹经济收益平均值作为配方施肥 4年平均收益值 ( 见表 3) ,
并以此为基础数据建立配方施肥与经济收益之间数学模型。
表 3 施肥效果
Tab.3 The effect of fertilization
指 标 配方施肥 Fertilizer in each prescription 对 照
Indexes 1 C2 X3 m4 ?5 6 Control
笋 重/ kg·丛 - 1 ?重复? 6 ?. 05 4. 30 10 D. 45 9. 15 9 Y. 65 8 n. 50 6. 70
重复? 6 ?. 50 9. 05 9 D. 40 7. 75 8 Y. 80 9 n. 25 4. 90
平 均 6 ?. 28 6. 68 9 D. 93 8. 45 9 Y. 23 8 n. 88 5. 80
新竹重/ kg·丛 - 1 ?重复? 24 ?. 53 32. 66 32 D. 84 32. 84 57 Y. 47 24 n. 63 41. 35
重复? 24 ?. 73 33. 02 65 D. 68 16. 42 16 Y. 42 16 n. 42 40. 75
平 均 24 ?. 63 32. 84 49 D. 26 24. 63 36 Y. 95 20 n. 53 41. 05
价 值/ 元·丛 - 1 ?重复? 21 ?. 11 16. 84 35 D. 29 31. 39 35 Y. 85 28 n. 46 25. 03
重复? 22 ?. 46 31. 09 36 D. 08 25. 22 28 Y. 37 29 n. 72 19. 63
平 均 21 ?. 79 23. 97 35 D. 69 28. 31 32 Y. 11 29 n. 09 22. 33
表 4 施肥效果比较
Tab.4 Comparison among fertilization effects
效 果 配方施肥 对 照 ( CK ) 比较值/ %
Results Fertilizer in each prescription Control Compared value
平均值 (珔x) 最高值 ( xm) 珔x/ CK xm/ CK
Mean Maximal
value value
笋 重/ kg·丛 - 1 <8 ?. 24 9 l.93 5 X. 80 142 m. 07 171 Y. 21
新竹重/ kg·丛 - 1 <31 ?. 47 49 l.26 41 X. 05 76 m. 66 120 Y. 00
价 值/ 元·丛 - 1 =28 ?. 49 35 l.69 22 X. 33 127 m. 59 159 Y. 83
2 结果与分析
2 .1 ?绿竹 N、P、K 施肥反应模式
建立与检验
对单形格子设计方案与对照方
案效果比较 ( 见表 4) 表明 , 配方施
肥平均笋重比对照提高 42.1% , 但
新竹重低于对照 , 这与挖笋数量有
关 , 经济收益增值27 . 6% 。最佳
第 2 ?期 洪 伟等 :冲积土区域绿竹氮磷钾施肥反应及其最优施肥参数的研究 89
方案笋重最高值比对照提高 71.2% , 新竹重则提高 20% , 故绿竹施肥可显著提高其产量和经济效益。按照
单形格子设计建模方法建立各评价指标冲积土区域绿竹 N、P、K 施肥{3, 2}反应模式为 :
Y1 = 6. 28 x1 + 6. 68 x2 + 9.93x3 + 7.88 x1 x2 + 4. 50 x1 x3 + 2.20 x2 x3 (2)
Y2 = 24. 63 x1 + 32.84 x2 + 49.26x3 - 16. 42 x1 x2 + 0 x1 x3 - 82. 10 x2 x3 (3)
Y3 = 21. 79 x1 + 23.97 x2 + 35. 69 x3 + 21. 72 x1 x2 + 13. 48 x1 x3 - 2.96x2 x3 (4)
式中 , Y1 为笋重模型 ( kg/ 丛 ) , Y2 为新竹重模型 ( kg/ 丛 ) , Y3 为绿竹林经济价值模型 ( 元/ 丛 )。由于单形格
子设计中成分取值分散在几个点上 ,所得回归方程是否能描述整个混料系统还必须进行适合度检验 [ 10] 。为
此选择 6个控制点进行验证性检验 ,经检验 ΔY i < 3S珡Y
i
,故可认为所建立的单形格子设计模型适合。
2 . 2 最优施肥参数模拟优化
对所建立的数学模型进行方案模拟优化 ,并仅对以经济收益价值为目标函数的模型 Y3 进行模拟优化。
模型 3的最优解 ,在步长为“0. 001”的 0≤ xi≤1区间内进行优化模式微机处理 ,得出本试验条件下高效配方
方案中价值的最大值 Ymax = 35.69(元 ) ,最大经济效益对应各因素编码值 x1 = 0、x2 = 0、x3 = 1, 即组合方案
为 (0,0,1) , 折算为尿素 0.0736kg/ 株、过磷酸钙 0.0967kg/ 株和硫酸钾 0.1630kg/ 株 , 为理想最优配方即理
论最优方案 ,表明低水平 N 肥和 P 肥及高水平 K 肥下可望得到较大的竹林收益。施肥参数的优化 , 对所建
立的数学模型进行模拟检验 , 共得 501501 个配套组合配方的经济收益理论值 , 且其分布在21. 79～35.69
元/ 丛中 , 其中经济收益为21～22元组合配方有 42套 , 22～23元组合配方 1211套 , 23～24元组合配方 3140
套 ,24～25元组合配方 8805套 , 25～26元组合配方 18436 套 , 26～27元组合配方 30622 套 , 27～28元组合
配方 49053套 , 28～29 元组合配方 85735套 , 29～30 元组合配方 79172套 , 30～31 元组合配方 65668 套 ,
31～32元组合配方 54008套 , 32～33元组合配方 43382套 , 33～34元组合配方 33049套 , 34～35元组合配
方 22161套 , 35～36元组合配方 7017套 ,而28～29元/ 丛频率分布最大 ,且经济收益较大亦稳定 , 符合实际。
因而本研究在频率较高经济收益28～29元/ 丛选出 x1、x2、x3 编码平均值 ( 见表 5)作为冲积土区域绿竹最
优施肥参数即 0. 387、0. 460 和 0. 153, 其真实值为尿素 0. 0636kg/ 株、过磷酸钙 0.2483kg/ 株和硫酸钾
0. 0214kg/ 株 , 28～ 29 元/ 丛经济效益方案中经济效益最大值为 29 元/ 丛 , 对应方案为 ( 0.393, 0.506,
0. 101) ,每株施肥 0.333kg的真实值为尿素 0.0612kg/ 株、过磷酸钙 0. 2587kg/ 株和硫酸钾 0. 0134kg/ 株 , 经
济收益频率最大的最优施肥参数优化区域水平的 95% 置信区间为 N 0.384～0.390、P 0.443～0.477和 K
0.115～0.191,其相应的 1kg有效成分配方区间 ,丰产措施为尿素 0.834～0.849、过磷酸钙 3.162～3.410和硫
酸钾 0.213～0.353,预期推广应用该专用复合肥最佳配方 , 冲积土区域绿竹可提高经济收益 30%左右。
表 5 28～29 元/ 丛经济效益方案各因素水平频率分布
Tab.5 Frequency distribution of levels of various factors in a program for value of 28～29 yuan/ cluster
各因子水平 x1 ix2 ?x3
Level of factors 次数 频数 次数 频数 次数 频数
Times Frequency Times Frequency Times Frequency
0 ?.0～0. 1 9532 C0 /. 1112 5287 c0 O. 0617 35520 0 o.4143
0 ?.1～0. 2 10652 C0 /. 1242 6047 c0 O. 0705 24693 0 o.2880
0 ?.2～0. 3 12334 C0 /. 1439 7178 c0 O. 0837 15960 0 o.1862
0 ?.3～0. 4 11786 C0 /. 1375 8361 c0 O. 0975 6556 0 o.0765
0 ?.4～0. 5 9746 C0 /. 1137 9811 c0 O. 1144 3006 0 o.0351
0 ?.5～0. 6 13280 C0 /. 1549 27683 c0 O. 3229 0 0 o
0 ?.6～0. 7 15775 C0 /. 1840 21368 c0 O. 2492 0 0 o
0 ?.7～0. 8 2630 C0 /. 0307 0 c0 O0 0 o
0 ?.8～0. 9 0 C0 /0 c0 O0 0 o
0 ?.9～1. 0 0 C0 /0 c0 O0 0 o
合 计 85735 C1 /85735 c1 O85735 ?1 o
95 /%置信区间 0 l.384～0 ?. 390 0 .443～0 .477 0 . 115～0 . 191
平 均 值 0 ?. 387 0 ?.460 0 ;. 153
丰产措施 0 l.834～0 ?. 849 3 .162～3 .410 0 . 213～0 . 353
3 小结与讨论
一些学者在农作物施肥方面进行了大量研究工作 , 并提出有关经济施肥建模方法与专用肥研制方
90 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14 ?卷
法[ 12～16] 。本研究根据单形格子混料设计理论 , 试验研究建立了冲积土区域绿竹林 N、P、K 施肥与产量 (出
笋量、新竹重、经济价值 )关系反应模式 , 以计算机模拟优化选出可行性良好、理想的适用于冲积土区域绿竹
最优施肥参数———即专用复合肥配方 , 在类似肥力条件下实施相应方案施肥 , 其经济收益可望达到 28～29
元/ 丛 , N、P、K 配比合理 ,有利于冲积土区域绿竹生长发育 , 促进发笋量 ,提高成竹率 , 增加经济收益 , 从而达
到高产。但不同立地条件绿竹最优施肥具体剂量应因地制宜视具体情况而定 ,这尚待进一步研究确定。
参 考 文 献 h
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第 2 ?期 洪 伟等 :冲积土区域绿竹氮磷钾施肥反应及其最优施肥参数的研究 91