单形重心设计在小麦产量中的应用研究

单形重心设计在小麦产量中的应用研究

混合饲料试验是指根据每个陪充剂的比例，试验中每个元素的值为1（100%）。试验指标仅与各种成分所占的百分比有关,而与混料的总量无关。这类问题是生产实践和科学研究中经常遇到的一类问题。关于混料试验的设计方法,自1958年Scheffe提出了单形格子与单形重心设计后,发展至今天,已有多种设计方法。这些方法早已应用于冶金、化工等领域,并取得了良好的效果。农业领域遇到的不少问题也可用混料设计方法处理,如复合肥、饲料、农药等的配方问题。在总施肥量确定的前提下,作物不同生长时期应施肥的比例问题也属于混料试验研究的问题。近几年来,一些研究者就该方法在植物营养与肥料方面的应用开展了一些研究工作。如国内外一些学者都利用单形格子设计研究了作物不同生长期肥料的分配问题;Schrevens等探讨了应用混料设计研究水培营养配方的效果。常见的复混肥料由氮、磷、钾3种养分组成,各养分所占的比例可以用混料试验的方法确定;但应用混料设计方法对此进行研究,以确定肥料的合理施用比例,尚鲜见报道。因此,本研究对此进行了初步探讨。1材料和方法1.1单施氮、磷处理试验在西北农林科技大学农化试验站温室进行了盆栽试验。供试土壤为红油土,采自西北农林科技大学农化试验站,其基本性质为:碱解氮92.17μg/g,速效磷10.1μg/g,速效钾173.1μg/g,有机质11.3g/kg。供试作物为冬小麦,品种为西农881。以小米氏盆作为试验盆钵,每盆装土1.4kg。采用{3,3}单形重心设计,增加了单施氮、磷处理,共9个处理(表1),重复5次。供试肥料分别为尿素、过磷酸钙和硫酸钾,均于播种时1次施入。1.2土壤养分含量测定试验于10-20播种,每盆10粒,留苗6株。分别于次年01-04,02-25,03-24调查各盆分蘖总数。04-09采收小麦地上部分,称其鲜物质质量及干物质质量。干样粉碎后用H2SO4-H2O2法进行消解,然后分别测定全氮(半微量开氏法)、全磷(钒钼黄比色法)和全钾(火焰光度计法)。并测定盆栽结束后土壤有效氮(碱解扩散法)、速效磷(NaHCO3浸提,比色法)、速效钾(NH4OAc浸提,火焰光度法)。依测定结果配置回归方程,求出各产量(y)下的配比值x1,x2,x3(x1+x2+x3=1),并绘制等产线,从而找出最佳配比范围。2结果与分析2.1不同氮素配比对小麦裂解率的影响由表2可知,处理1、8分别为施氮比例较高或仅施氮肥的处理,分蘖数明显低于其他处理,说明仅施氮肥或氮素比例过大不利于小麦分蘖;处理2、6为氮素比例较小而磷素比例较大的处理,分蘖数明显多于其他处理,说明磷素有利于促进小麦分蘖。综合来看,处理6(N、P、K配比为0.173g/kg,0.133g/kg,0.093g/kg)的效果较好。依第一次分蘖调查所得数据配置回归方程,得y=14.6x1+18.2x2+18.2x3+2.4x1x2+0.8x1x3−0.8x2x3−23.4x1x2x3y=14.6x1+18.2x2+18.2x3+2.4x1x2+0.8x1x3-0.8x2x3-23.4x1x2x3赋给y以不同产量(分蘖数),求出若干组x1、x2、x3,找出它们在单形中的坐标,描点并绘制等值线(图1)。由等值线变化可以直观看出,氮素比例偏高对分蘖不利;增加磷、钾比例利于小麦分蘖,而磷的影响更大一些。2.2氮素比例对小麦鲜物质质量的影响影响由表3可知,单施氮、磷处理(处理8、9)小麦鲜物质质量和干物质质量显著低于其他处理,说明肥料配合比单施有显著的增产作用;而处理3产量明显低于其他处理,这与该处理钾的比例偏高,氮、磷比例低有关。说明氮、磷养分供应不足会影响小麦生长。处理1、5均为磷、钾配比一定时氮肥比例偏大的处理,增产效果明显,可见氮素对植物生长的主导作用。依鲜物质质量测定结果配置回归方程,得:y=31.3x1+27.4x2+24.4x3−2.4x1x2+8.7x1x3+12x2x3+22.5x1x2x3y=31.3x1+27.4x2+24.4x3-2.4x1x2+8.7x1x3+12x2x3+22.5x1x2x3依此方程绘制等值线(图2)。由图2可知,小麦鲜物质质量与氮素比例大小有密切关系。在氮、磷、钾配比试验中,氮素比例增加则小麦鲜物质质量增加,与表4分析结果一致。由图2还可以看出,要获得较高产量(鲜物质质量>30.5g/盆),各因素的取值为x1(N)=0.3~1.0,x2(P)=0~0.38,x3(K)=0~0.45。相应的氮、磷、钾配比分别为0.12~0.40g/kg,0~0.15g/kg和0~0.18g/kg。2.3各施氮量、全氮及养分配比由表4分析,植株体内氮、磷含量基本上与施入量呈正相关,施氮量相等的2、3、6处理相比,各处理小麦产量为:处理2>处理6>处理3,与施磷量相一致,证实了磷素营养对氮素吸收及氮代谢的重要作用。全磷含量与施入量呈正相关,受氮、钾影响较小。由处理1、4、5(大量施氮)可看出,氮对植株体内全钾含量影响不大,全钾含量受氮、磷配比变化影响更大些,含钾量最高的为处理7(N∶P∶K=0.433∶0.333∶0.233)。根据以上数据配置回归方程,得:全氮:y=\Z3.25x1+2.92x2+2.46x3-0.06x1x2+1.22x1x3+0.20x2x3+1.68x1x2x3\z全磷:y=\Z0.27x1+0.44x2+0.23x3-0.12x1x2+0.01x1x3+0.02x2x3+0.57x1x2x3\z全钾:y=\Z2.9x1+2.38x2+2.84x3-0.88x1x2+0.44x1x3+0.04x2x3+14.52x1x2x3\z在产量(测定结果)范围内给y赋不同的值,解出若干组x1、x2、x3组合,并依此作各个项目的等值线(见图3,4,5)。由图3知,植株体内含氮量受磷影响较大,与表4分析结果一致。同时还能看出,施磷过多会影响氮素吸收。由图4可以看出,植株体内全磷含量与磷肥施用量呈正相关,且受氮、钾影响较小。由图5知,植株体内全钾含量受氮、磷配比变化影响。若要求全钾含量>31g/kg,