應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析CM生物固氮肥的水稻肥效

周小紅

(北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 基礎(chǔ)部，北京 102442)

0 引言

土壤肥力是描述土壤為農(nóng)作物生長發(fā)育提供所需營養(yǎng)和水分的一種量化指標(biāo)，土壤肥力不僅可以判斷農(nóng)作物的生長發(fā)育是否健康，還會時(shí)刻影響農(nóng)業(yè)的發(fā)展是否處于平衡狀態(tài)[1]。CM生物固氮肥的水稻肥效研究可以為水稻生長配制適當(dāng)比例的肥料，還可以避免水稻種植土壤由于過量施肥而造成污染，為施肥臨界點(diǎn)的確定提供了科學(xué)有效的依據(jù)。梁海波等人為了準(zhǔn)確研究水稻種植土壤肥力與土壤環(huán)境之間的關(guān)系，對水稻肥效進(jìn)行試驗(yàn)研究，并將數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法應(yīng)用到了CM生物固氮對水稻的肥效研究中[2]。定位施肥的長期性可以分析出水稻施肥過程中土壤環(huán)境的作用和變化情況，還可以為許多學(xué)科如農(nóng)業(yè)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和土壤學(xué)提供重要的數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)。微生物學(xué)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域是一種比較常見的學(xué)科，是土壤有機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，時(shí)刻影響著土壤環(huán)境和生化元素流動[3]。因此，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法研究不同施肥處理對水稻土壤肥力酶活性的影響，以及不同施肥方式下水稻土壤微生物的含量以及多樣性的變化情況，針對研究結(jié)果制定適當(dāng)?shù)氖┓史桨讣巴寥郎鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)措施，為CM生物固氮的水稻肥效研究提供一定的理論依據(jù)。

還能運(yùn)用數(shù)據(jù)分析對科學(xué)問題進(jìn)行合理的解釋，預(yù)測未來社會發(fā)展趨勢，研究事物的演變規(guī)律，從而大大提高了人們的生活質(zhì)量[4]。數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析是高等數(shù)學(xué)中的一種清晰明確的特征分析，它針對研究對象有著非常獨(dú)特而縝密的特性，并在學(xué)術(shù)研究中與經(jīng)濟(jì)學(xué)有著不可分割的重要聯(lián)系[5]。數(shù)理統(tǒng)計(jì)作為數(shù)學(xué)學(xué)科一個重要的分支，其內(nèi)容豐富，在當(dāng)今學(xué)科中占據(jù)主要地位，在現(xiàn)實(shí)生活和工作中人們越來越離不開數(shù)理統(tǒng)計(jì)，因此得以廣泛的應(yīng)用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域[6]。

CM生物固氮肥的水稻肥效試驗(yàn)，不僅可以精準(zhǔn)確定不同比例、不同種類肥料對水稻農(nóng)藝性狀的影響程度，還可以確定適宜水稻生長發(fā)育的施肥量和化學(xué)元素配比，為水稻種植和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了科學(xué)、有效的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 水稻肥效試驗(yàn)用地概況

試驗(yàn)安排在2021年。該區(qū)全年平均氣溫為-7.9～7.0℃，年平均降雨量450～500 mm，無霜期為100～160 d[7]，采用黑龍江省五常市農(nóng)業(yè)試驗(yàn)基地進(jìn)行水稻肥效試驗(yàn)。稻田肥效試驗(yàn)土地選擇地勢平坦、地力均勻的地區(qū)進(jìn)行，土壤類型選擇石灰性褐土的二合黃土層，前茬作物種植大豆，試驗(yàn)土地土壤 pH值8.1，有機(jī)質(zhì)含量1.35 g/kg，試驗(yàn)土地土壤速效氮含量51.2 mg/kg，速效磷含量5.6 mg/kg，利用隨機(jī)區(qū)組進(jìn)行了3次重復(fù)試驗(yàn)，速效鉀含量116 mg/kg，五氧化二磷含量12.7 mg/kg，氧化鉀含量139.7 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

水稻肥效試驗(yàn)采用黑龍江省2005年引進(jìn)的水稻品種，供試作物為中稻，組合為廣兩優(yōu)143[8]，株高大約1 m，伸長節(jié)間數(shù)在7～8節(jié)之間，單株分蘗4.5個，千粒重水稻的重量大約在49.5 g左右，生育期通常為90 d。

1.3 水稻肥效試驗(yàn)設(shè)計(jì)

水稻肥效試驗(yàn)是采用正交設(shè)計(jì)方法，確定了氮、磷、鉀三種肥料的4種施肥水平，如表1所示，最后確定了正交設(shè)計(jì)的16個處理組合及氮、磷、鉀施肥量，如表2所示。

表1 三因素四水平設(shè)置情況 (kg/hm2)

表2 正交設(shè)計(jì)16個組合即氮、磷、鉀施肥量統(tǒng)計(jì) (kg/hm2)

利用隨機(jī)區(qū)組進(jìn)行了3次重復(fù)試驗(yàn)[9～10]，播種前采用軟盤育秧，分別對應(yīng)每個處理秧苗用量育秧，得到了共48個試驗(yàn)小區(qū)的水稻肥效試驗(yàn)單元，每個單元間隔0.45 m(約6行)，每一株水稻的間隔設(shè)置為0.25 m，每個單元間隔4粒至5粒種子，在水稻幼苗長成后3株定苗，水稻肥效試驗(yàn)的施肥量根據(jù)表2中的正交設(shè)計(jì)16個組合即氮、磷、鉀施肥量數(shù)據(jù)確定，在播種前作為基礎(chǔ)肥料進(jìn)行施用。

1.4 水稻肥效試驗(yàn)測定內(nèi)容

調(diào)查每一個種植小區(qū)內(nèi)的水稻農(nóng)藝性狀，調(diào)查的主要內(nèi)容有生育期、水稻株高、伸長節(jié)間數(shù)、分蘗數(shù)、單株穗數(shù)、穗長、單穗粒數(shù)、粒重、千粒重及栽培區(qū)產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析[11～12]的方式對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 CM生物固氮肥的水稻肥效試驗(yàn)結(jié)果方差分析

在3次重復(fù)試驗(yàn)后，對正交設(shè)計(jì)的16個處理組合進(jìn)行了方差分析，統(tǒng)計(jì)分析了氮、磷、鉀施用量對水稻不同農(nóng)藝性狀的影響，并對每個處理組合的農(nóng)藝性狀調(diào)查結(jié)果進(jìn)行了方差分析。

2.1.1 氮肥對水稻農(nóng)藝性狀的影響 氮肥對水稻生育期、株高、伸長節(jié)間數(shù)、單株分蘗數(shù)、穗長、單穗粒數(shù)、千粒重、單株粒重、單株產(chǎn)量等10個農(nóng)藝性狀的影響情況見表3所示。

表3 氮肥對水稻農(nóng)藝性狀的影響情況

從表3中的數(shù)據(jù)可以分析出，p<0.005，氮肥施用水平的不同對水稻的生育天數(shù)、單株穗數(shù)、單穗粒數(shù)、千粒重和小區(qū)產(chǎn)量具有非常顯著的影響。

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氮肥施用水平的不同對水稻的生育天數(shù)、單株穗數(shù)、單穗粒數(shù)、千粒重和小區(qū)產(chǎn)量的影響趨勢如表4所示。

表4 氮肥施用水平的不同對水稻農(nóng)藝性狀的影響

從表4中可以看出，水稻的生育天數(shù)、單株穗數(shù)、單穗粒數(shù)、千粒重和小區(qū)產(chǎn)量數(shù)值都是隨著氮肥施加量的增加而增加，兩者呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。

2.1.2 磷肥對水稻農(nóng)藝性狀的影響 在表5中顯示了磷肥對水稻生育期、株高、伸長節(jié)間數(shù)、單株分蕖數(shù)、穗長、單穗粒數(shù)、單株粒重、千粒重、單株產(chǎn)量等10個農(nóng)藝性狀的影響。

由表5得出的結(jié)果表明，p>0.005，不同的磷肥施用量對水稻單株粒重有很大的影響，而對生育日數(shù)、水稻株高、伸長節(jié)間數(shù)、單株蕖數(shù)、穗數(shù)、穗長、穗粒數(shù)、千粒重、單穗粒重、單穗粒重等九個性狀無明顯影響。

不同施磷水平對水稻單株粒重的影響趨勢見圖1。

圖1 磷肥施用水平的不同對水稻的單株粒重影響趨勢

從圖1中的趨勢可以看出，磷肥的施用水平為1時(shí)，水稻的單株粒重是最大的，最大單株粒重的平均值為164 g，排名第二位的是磷肥施用水平3，水稻的單株粒重平均值為143 g，而磷肥施用水平0和施用水平2基本一致。

2.1.3 鉀肥對水稻農(nóng)藝性狀的影響 不同施鉀水平對水稻生育期、株高、伸長節(jié)間數(shù)、單株分蕖數(shù)、單株穗數(shù)、穗長、單穗粒數(shù)、單株粒重、千粒重和單株單產(chǎn)的10個農(nóng)藝性狀的影響見表6所示。

表6 鉀肥對水稻農(nóng)藝性狀的影響情況

由表6所示的結(jié)果可知，不同水平的鉀肥施用量對水稻的生育期、植株高度、伸長節(jié)間數(shù)、單株穗數(shù)、穗長、單穗粒數(shù)、單株粒重、千粒重、單株產(chǎn)量等10個農(nóng)藝性狀均無顯著影響。

2.2 統(tǒng)計(jì)分析氮磷鉀的最佳施肥量

通過分析氮肥施用水平、磷肥施用水平以及鉀肥施用水平對水稻農(nóng)藝性狀的影響，得到了氮磷鉀三種肥效試驗(yàn)在不同小區(qū)的水稻產(chǎn)量，如表7所示。

由表7得出的結(jié)果表明，N3P1K2和N3P3K0處理組合的小區(qū)產(chǎn)量最高，N3P1K2處理組合的產(chǎn)量為3.15 kg，N3P3K0處理組合的產(chǎn)量為3.13 kg，結(jié)合氮、磷、鉀對水稻生長發(fā)育過程中農(nóng)藝性狀的影響程度，可以確定影響稻田性狀的最主要因素就是氮肥的施用量和磷肥的施用量，而鉀肥的施用量對水稻生長過程中農(nóng)藝性狀的影響并不是十分明顯。通過對水稻肥效試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析可以得出，在氮、磷、鉀三個因子中，每公頃種植面積施用375 kg尿素的水稻平均產(chǎn)量是最高的、每公頃種植面積施用450 kg磷酸鈣的水稻平均產(chǎn)量是最高的、每公頃種植面積施用75 kg硫酸鉀的水稻平均產(chǎn)量是最高的。由于鉀肥的施用量對水稻產(chǎn)量不存在顯著性關(guān)系，因此N3P1K0處理組合是最佳施肥量。

表7 氮磷鉀肥效試驗(yàn)對水稻產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

3 討論

水稻肥效試驗(yàn)是基于正交設(shè)計(jì)，利用隨機(jī)區(qū)組三次重復(fù)試驗(yàn)的方式[13～14]，不僅可以有效減少處理組合，還降低了試驗(yàn)用地差異對試驗(yàn)誤差的影響，為水稻肥效試驗(yàn)的可靠性提供了保障[15]。CM生物固氮肥的水稻肥效試驗(yàn)選擇的用地土壤中，速效鉀的含量相對比較多，而有效鉀的含量也高達(dá)每千克139.7 mg，導(dǎo)致CM生物固氮肥的水稻肥效試驗(yàn)用地土壤的供鉀能力較強(qiáng)，導(dǎo)致CM生物固氮肥的水稻肥效試驗(yàn)用地的速效鉀含量不太明顯。

水稻品種的根瘤[16]具有比較強(qiáng)的固氮能力，但是由于水稻根瘤在生長發(fā)育的初期不能為水稻的生長提供氮素的之需，必須通過對試驗(yàn)選地的土壤施加氮肥，滿足水稻生長發(fā)育的氮肥需要，因此，氮肥的施用對水稻早期的生長發(fā)育具有非常重要的作用。水稻肥效試驗(yàn)可以得出，氮肥施用水平的不同對水稻的生育天數(shù)、單株穗數(shù)、單穗粒數(shù)、千粒重和小區(qū)產(chǎn)量等性狀具有極其顯著的影響。由于氮肥施用水平的不同會對水稻種植的早期產(chǎn)生促進(jìn)或抑制作用，因此，氮肥對水稻生長發(fā)育的天數(shù)具有顯著性影響，水稻是一年生禾本科稻屬作物，原產(chǎn)于熱帶亞熱帶地區(qū)，從 CM 生物固氮肥在水稻上的應(yīng)用效果可以推測 CM 生物固氮肥對禾本科作物也有增產(chǎn)效果。且 CM 生物固氮肥的應(yīng)用還能改善土壤，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

4 結(jié)論

筆者提出了應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析CM生物固氮肥的水稻肥效，采用不同的試驗(yàn)方法，確定了適合水稻生長發(fā)育的施肥量和氮磷鉀最佳配比，為我國水稻種植和農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了有效的科學(xué)技術(shù)支持。