生态平衡施肥模型与肥料效应函数模型关系研究

本文从理论上推导出生态平衡施肥模型及其特征参数模型的一般应用表达式,进而建立了区域生态平衡施肥模型和区域特征参数模型,最后介绍了区域生态平衡施肥模型和地块施肥模型参数的求解方法和预测施肥量方法。研究表明:肥料效应函数模型是生态平衡施肥模型在不考虑土壤有效养分因素情况下的特例;区域生态平衡施肥模型能够满足地块半定量施肥预测的需求。     

生态平衡施肥模型理论与应用

根据质量守恒定律和肥料—土壤—作物间养分转化关系,提出施肥机理模型的一般数学表达式:W=P+Lfsp+(Tn+1-Tn)×2.25(或0.15),称之为“生态平衡施肥模型”.初步应用结果表明,按此模型推荐的施肥量比目标产量法减少17%～22%.     

统计分区施肥系统模型的建立及应用

通过对一定区域内耕地产量和土壤养分含量进行统计分析,建立统计分区模型(Statistic Division Fertilization Model,简称SDFM),并依据模型参数划分高、中、低产量区间和土壤养分含量区间。在区域内进行多点实验,获取它们的区域适宜施肥量。然后在区域适宜施肥量的基础上,利用决策点实际产量和土壤养分值进行调整,得到最终施肥推荐结果,从而对施肥量进行决策。以农安县2006~2011年产量和养分采样点数据为原始数据,利用目标产量养分平衡法和统计分区施肥模型进行了决策对比。结果显示:统计分区模型决策结果出现异常值的概率只有2%,而目标产量法对氮肥、磷肥和钾肥的决策结果异常值出现概率分别为45%,47%和47%。可见统计分区施肥很大程度地提高了决策结果的精度,可在县级以下的测土配方施肥中进行推广。     

通用施肥模型及其应用

基于生态平衡施肥理论和多年实践,建立了通用施肥模型及其若干应用模式。（1）不进行秸秆还田情况下,当Wj≥Wi时的通用施肥模型表达式为＂肥料转化率＋肥料离土率＋肥料培肥率=1＂;当Wj〈Wi时的通用施肥模型表达式为＂土壤-肥料转化率＋土壤-肥料离土率=1＂。（2）进行秸秆还田情况下,当Wj≥Wi时的通用施肥模型表达式为＂肥料经济产量转化率＋肥料离土率＋肥料培肥率=1＂;当Wj〈Wi时的通用施肥模型表达式为＂土壤-肥料经济产量转化率＋土壤-肥料离土率=1＂。基于以上理论和方法,分别对肥料长期定位试验、示踪试验、普通肥料田间试验、轮作栽培模式情况下的通用施肥模型进行了讨论;并介绍了参数计算过程。根据实际工作需要,对通用施肥模型进行了简化,分别定义了土壤-化肥养分生物产量转化率、土壤-化肥养分籽粒产量转化率两个参数和相应的施肥模型。最后简介了通用施肥模型多年实践情况。     

区域生态平衡施肥模型建立方法和应用

本文根据生态平衡施肥模型和区域肥料田间试验数据确立了区域生态平衡施肥模型的建立方法 ,从而在现有施肥参数和生态平衡施肥参数之间架起了信息交换的桥梁 ;根据土壤有效养分测定值和地块属性建立了地块施肥模型 ,实现了区域施肥模型与地块施肥模型的转换 ,具有肥料效应函数模型和测土施肥模型双重功能。     

基于改进的BP神经网络集成的作物精准施肥模型

作物最优施肥量与土壤养分含量、产量之间存在复杂的非线性关系。为更加准确地模拟这种关系,提出一种改进的的BP神经网络集成方法。该方法采用K-均值聚类优选神经网络个体,采用拉格朗日乘子方法计算待集成的神经网络个体的权值。然后,基于农田肥料效应试验数据,以土壤养分含量和施肥量作为神经网络的输入,以产量作为神经网络的输出,建立了作物精准施肥模型。该模型通过求解一个非线性规划问题,能同时获得最大产量和最优施肥量。试验结果表明,在施肥模型的拟合精度方面,改进的神经网络集成方法（其均方根误差为64.54）明显优于单个神经网络方法（其均方根误差为169.74）。而且,作为一种定量模型,基于改进的神经网络集成的施肥模型优于传统施肥模型,能有效地指导精准施肥。     

生态平衡施肥专家系统的建立及其应用 Ⅰ.专家系统设计

针对我国国情和平衡施肥技术应用现状 ,在阐明生态平衡施肥与平衡施肥主要异同点的基础上 ,以生态平衡施肥理论和技术体系为依据 ,建立了生态平衡施肥专家系统 ,并应用计算机高级编程语言和多媒体技术制作成软件和光盘。本系统在结构上全国通用 ,将全国划分为 12个一级施肥类型区 ,3 8个二级施肥类型区 ,每个施肥类型区参数系统不同。系统主要功能包括学习功能、施肥量预测功能、输入输出功能、统计功能、财务结算功能和数据更新功能等     

基于叶片营养诊断的苹果园果树精准施肥模型研究

针对苹果园缺乏精准施肥指导方法,造成果树养分供应比例不平衡、肥效低,导致果实质量不理想、品质不一致的问题,提出一种基于叶片营养诊断的苹果树精准施肥模型。首先,采用FCM-模糊聚类方法建立苹果树花量估测模型,根据花果叶理论中花量与果实的数量关系,估算苹果树的目标产量。其次,根据养分平衡法,对果树目标产量、土壤养分含量、肥料利用率以及肥料养分含量进行了分析,计算出果树的施肥总量,根据苹果树年生长周期的生长规律、需肥特性及叶片营养诊断结果,建立了苹果树的精准施肥模型。最后,在苹果园示范园内采用对照试验的方式进行施肥模型验证试验,比较两个对照组果园施肥量及果实品质结果。试验结果表明:(1)经验指导施肥导致施肥量变化幅度大、肥料用量大,施肥模型指导施肥使施肥量变化幅度小、肥料用量少,估测结果更加准确;(2)施肥模型指导施肥的果园相较于根据经验施肥的果园,果品质量明显提高:平均单果重增加37 g,果实硬度增加1.7 kg/cm2,可溶性固形物增加2.5个百分点,果实着色面在60%以上的果实数量增加11.5个百分点。综上所述,基于叶片营养诊断的苹果园精准施肥模型能够提高果品质量,降低肥料浪费,实现科学指导苹果园施肥。     

施肥模型在我国推荐施肥中的应用

本文论述了定量化施肥技术的发展过程和施肥模型的地位,重点讨论了我国在应用经验模型推荐施肥方面存在的问题和拟解决的途径。主要的问题是,广泛采用的二次多项式模型使推荐施肥量偏高;试验因素水平数少,不能正确揭示肥料效应变化趋势;边际分析时忽视了函数极值判别和产投比。据此,建议今后应减少试验因素,适当增加因素水平;提倡相交直线施肥模型;边际分析前应对函数极值进行判别。     

施肥模型研究综述

对施肥模型和参数研究的历史、现状和趋势进行了综述,并指出今后定量施肥研究的关键问题。     

北方褐土区冬小麦养分平衡施肥参数研究

【目的】利用养分平衡法原理,研究各养分平衡施肥参数,建立以土壤有效养分测定为基础的我国褐土冬小麦测土推荐施肥指标体系,以简捷快速、科学合理地指导我国北方褐土区冬小麦的施肥与生产。【方法】通过对多年多点小麦肥效试验结果的分析,分别计算出小麦单位产量养分吸收量、土壤有效养分校正系数、肥料当季利用率等养分平衡施肥参数,主要研究土壤环境、产量水平等因素对土壤有效养分校正系数和肥料利用率的影响及变化规律。【结果】冬小麦每百千克小麦产量养分吸收量在一个相对稳定的范围内变化,因此忽略其变化将其定为常数,即氮(N)、磷(P2O5)和钾(K2O)分别为3 kg、1.2 kg和2.8 kg。土壤有效养分校正系数与土壤有效养分含量之间呈显著幂指数负相关关系。在不同的产量水平下,肥料养分当季利用率与土壤有效养分含量之间呈显著对数负相关关系。在此基础上,建立了以养分平衡原理为依据、土壤有效养分测定为基础的我国褐土冬小麦测土推荐施肥指标体系。【结论】由于养分平衡模型的作物推荐施肥量是根据目标产量需肥量与土壤供肥量之差来计算的,在利用该模型进行施肥推荐时,研究的关键点应该是如何准确确定模型中土壤有效养分校正系数和肥料当季利用率等参数,以便得到广泛地推广应用。在北方褐土区建立了以养分平衡原理为依据,土壤肥力测定为基础,具有氮、磷和钾全定量特性的小麦测土推荐施肥体系。     

养分平衡法在冬小麦测土推荐施肥中的应用研究

针对我国冬小麦主产区的主要土壤类型之一潮土,通过对大量小麦肥效试验结果的分析,分别计算出小麦单位产量养分吸收量、土壤有效养分校正系数、肥料当季利用率等施肥参数.并基于养分平衡法的优点,主要研究了土壤环境因素和产量水平因素等对土壤有效养分校正系数和肥料利用率的影响及变化规律.结果表明,土壤有效养分含量与土壤有效养分校正系数及肥料当季利用率呈极显著曲线负相关关系.在此基础上,建立了以养分平衡原理为依据、土壤有效养分的测定为基础的我国潮土冬小麦测土推荐施肥指标体系,以简捷、快速、科学合理地指导我国小麦的施肥与生产.     

肥效评价的生态平衡施肥指标体系的应用

本文以肥效评价的生态平衡施肥理论体系为基础,对生态平衡施肥指标体系进行了研究。（1）以肥料转化率为基础建立了全量养分通用施肥模型和参数体系：在Wj=Wi状态下,模型为Win=Wyield/Kyield,参数为产量和肥料转化率;在Wj〉Wi状态下,模型为Win=Wyield/Kyield,参数为产量和肥料转化率;在Wj〈Wi状态下,模型为Win=Wyield/Ks-yield＋（Wj-W）i,参数为产量、肥料转化率和（Wj-W）i。（2）以肥料离土率为基础建立了肥料离土估算模型和参数体系：在Wj=Wi状态下,全量养分通用离土模型为Wleave=Win×Kleave或Kleave=1-Kyield,参数为产量和肥料转化率;在Wj〉Wi状态下,模型为Wleave=Kleave×Win或Kleave=1-Kyield-Kfertilization,参数为产量、肥料转化率和（Wj-W）i或Kfertilization。（3）以肥料培肥率为基础建立了土壤培肥模型和参数体系：在Wj〉Wi时,肥料培肥率模型为Kfertilization=（Wj-W）i/Win,参数为产量和肥料培肥率。（4）以中长期定位试验为例说明了以上模型的应用方法和过程。     

基于GIS和丰缺指标法的区域施肥管理体系的构建

  【目的】  采用GIS定位和养分丰缺指标相结合的方法,研究西辽河平原耕地土壤碱解氮、有效磷、速效钾的空间分布特点,建立直观、精准的推荐施肥系统。  【方法】  西辽河平原包括科尔沁区、开鲁县、奈曼旗、科尔沁左翼后旗、科尔沁左翼中旗。以该区域的15421个土壤测试数据和143个玉米“3414试验”数据为基础,运用GIS方法计算耕地土壤碱解氮、有效磷、速效钾的空间插值结果,结合土壤丰缺指标,将西辽河平原耕地土壤碱解氮、有效磷、速效钾养分分区,确定不同土壤氮磷钾养分组合下的施肥量,并制作玉米氮磷钾分区施肥图。  【结果】  西辽河平原耕地土壤养分空间分布不均,大部分土壤碱解氮含量较低,有效磷、速效钾含量中等。耕地土壤有效氮、磷、钾养分含量呈低氮–中磷–中钾 (碱解氮 ≤ 69.5 mg/kg、有效磷4.18～10.40 mg/kg、速效钾90.3～152.5 mg/kg)、中氮–中磷–中钾 (碱解氮69.5～107.9 mg/kg、有效磷4.18～10.40 mg/kg、速效钾90.3～152.5 mg/kg)、中氮–中磷–高钾 (碱解氮69.5～107.9 mg/kg、有效磷4.18～10.40 mg/kg、速效钾 > 152.5 mg/kg) 的面积占比分别为42.4%、14.1%、13.5%。土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量 (x) 与经济最佳施肥量 (y) 之间存在较好的对数关系,氮施肥模型y = –102.5ln(x) + 617.22,磷施肥模型y = –36.11ln(x) + 174.1,钾施肥模型为y = –25.89ln(x) + 180.96。不同土壤养分组合种植玉米所需的经济最佳N–P₂O₅–K₂O用量 (kg/hm2) 组合分别为202–110–58、168–107–57、164–102–47。  【结论】  土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量与相对产量存在较好的对数函数关系。西辽河灌区土壤有效氮磷钾丰缺指标的划分以75%和85%作为相对产量的分级区间较为合适。在土壤有效氮磷钾养分大数据的支撑下,采用GIS和丰缺指标法相结合的方法,可以准确快捷地构建区域施肥管理体系。     

基于“3414”试验的陇中半干旱区马铃薯测土配方施肥指标研究

  目的  为建立陇中半干旱区马铃薯土壤养分丰缺指标,确立土壤养分分级指标和推荐施肥量,指导马铃薯科学施肥,提高肥料利用率。  方法  通过对会宁县2015 ~ 2018年马铃薯“3414”田间肥效试验结果进行模拟,开展土壤有效养分含量与相对产量、经济最佳施肥量之间的相关性研究,提出马铃薯土壤养分丰缺指标及不同分级范围推荐施肥量。  结果  土壤全氮含量与马铃薯产量、N经济最佳施肥量相关性优于土壤碱解氮,因此以全氮、速效磷、速效钾作为陇中半干旱区马铃薯田丰缺指标及推荐施肥量评价指标,分5个、4个、4个等级,并建立了养分丰缺指标施肥区间调控、目标产量及施肥量定量微观调控模型。该区域马铃薯土壤全氮含量分为低（< 0.6 g kg?1）、较低（0.6 ~ 1.1 g kg?1）、中（1.1 ~ 1.8 g kg?1）、较高（1.8 ~ 2.2 g kg?1）和高（> 2.2 g kg?1）;速效磷分为较低（< 13 mg kg?1）、中（13 ~ 25 mg kg?1）、较高（25 ~ 31 mg kg?1）和高（> 31 mg kg?1）;速效钾分为较低（< 162 mg kg?1）、中（162 ~ 238 mg kg?1）、较高（238 ~ 271 mg kg?1）、高（> 271 mg kg?1）。  结论   根据地力等级从低到较高,推荐施肥方案分别为N > 158.0、134.5 ~ 158.0、113.7 ~ 134.5、105.9 ~ 113.7、0 ~ 105.9 kg hm?2;P₂O₅ > 136.7、90.4 ~ 136.7、75.7 ~ 90.4、0 ~ 75.7 kg hm?2;K₂O > 82.2、56.8 ~ 82.2、47.0 ~ 56.8、0 ~ 47.0 kg hm?2。生产中通过检测任一地块土壤养分,代入相关函数模型即可输出该地块经济最佳施肥量。     

滦南县花生测土配方施肥指标体系研究

旨在建立土壤养分分级指标和不同分级范围推荐施肥量,为滦南县合理施用化肥,减少资源浪费和提高经济效益提供参考依据。用养分丰缺指标法对滦南县2009年花生＂3414＂试验数据进行整理与统计分析,以相对产量小于80%、80%-90%、90%-95%、95%-100%划分土壤养分分级指标,并分别以三元二次、一元二次和线性加平台模型对各试验点施肥量与产量关系进行模拟,选择最优模型计算最佳施肥量。结果确定了花生测土配方施肥量：当土壤肥力处于低等级（有机质〈10g/kg、有效磷〈12mg/kg、速效钾〈75mg/kg）时,氮（N）、磷（P2O5）、钾肥（K2O）施用量分别为105-150kg/km2、75-90kg/km2、90-150kg/km2;中等级（有机质10-18g/kg、有效磷12-35mg/kg、速效钾75-145mg/kg）时,氮（N）、磷（P2O5）、钾肥（K2O）施用量分别为90-135kg/km2、45-75kg/km2、30-90kg/km2;高等级（有机质〉18g/kg、有效磷〉35mg/kg、速效钾〉145mg/kg）时,氮（N）、磷（P2O5）、钾肥（K2O）施用量分别为75-120kg/km2、30kg/km2、30kg/km2。该技术指标体系的建立,为我县花生生产实现可持续发展奠定了科学基础。     

云南玉溪植烟土壤速效养分空间变异特征及应用

为探讨烟田土壤养分空间变异特征及利用空间变异进行分区管理的技术路线,以全国烤烟种植典型产区云南省玉溪市烟田土壤为例,形成土壤养分空间变异分析—空间分布—肥料养分推荐—分区配方的技术思路。基于烟区土壤养分数据,应用地理信息系统(GIS),采用地统计学方法研究烟区耕作层(0~20 cm)土壤碱解氮、有效磷和速效钾的变异特征和空间分布。以乡镇作为管理单元,依据烟田土壤肥力评价及养分管理指标体系,计算出乡镇烤烟养分管理的氮、磷、钾肥料推荐量。采用聚类分析方法,结合烤烟养分管理"核心是氮、品质元素是钾"的特点,提出玉溪烤烟养分管理5个管理分区、5个基肥配方、2个追肥配方。研究表明:玉溪烟田土壤速效养分为中等强度空间变异,拟合模型为指数模型,变异来源于结构性因素和施肥等人为因素;土壤有效磷的变异最大,高于速效钾和碱解氮,与氮肥和钾肥用量相对稳定,而磷肥相对随机等农艺措施相关;超过67%的土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量处于高和极高水平,肥料氮、磷、钾推荐量低于云南省烤烟养分管理平均水平11%左右;提出5个烤烟养分管理分区及相应的基肥和追肥配方,以满足"大配方、小调整"原则,实现分类指导和分区管理。     

有机–无机肥配施比例对双季稻田土壤质量的影响

【目的】利用江西省稻田土壤质量演变定位监测试验为平台,系统分析长期不同施肥措施下土壤质量状况,明确提升红壤性双季稻田土壤质量的优化施肥措施。 【方法】长期定位试验设置 8 个处理,分别为不施肥处理 (CK),施磷钾肥处理 (PK),施氮磷肥处理 (NP),施氮钾肥处理 (NK),施氮磷钾肥处理 (NPK),施 70% 化肥 + 30% 有机肥处理 (70F + 30M),施 50% 化肥 + 50% 有机肥处理 (50F + 50M),施 30% 化肥 + 70% 有机肥处理 (30F + 70M),于 2012 年晚稻收获后测定 2 个土壤物理性质指标 (容重和总孔隙度)、7 个基础化学性质指标 (有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾和 pH 值) 及 3 个生物学性质指标 (细菌、真菌和放线菌数量),分析长期不同施肥对各土壤性质的影响,并运用主成分分析对各处理土壤质量进行综合评分,最后将综合得分进行聚类分析,以评价长期不同施肥措施对红壤性双季稻田土壤质量的影响。 【结果】经 28 年连续不同施肥处理后,各土壤性质在处理间均产生显著差异,但各土壤性质在处理间的变化趋势并不完全一致。化肥配施有机肥处理较化肥处理土壤容重降低 12.7%～20.6%,土壤孔隙度增加 2.3%～17.4%,有机质增加 22.5%～41.8%,全氮和碱解氮分别提高 9.8%～20.9% 和 11.1%～30.3%,全磷和有效磷分别提高 11.1%～71.7% 和 1.31～1.75 倍,pH 值提高 0.19～0.48 个单位;主成分分析方法将原 12 个土壤性质指标降维、提取出 2 个主成分,反映了原信息量的 87.4%,有机质、容重、真菌、全氮、有效磷、放线菌、总孔隙度、细菌、全磷和碱解氮在第一主成分上有较高载荷值,pH 值和速效钾在第二主成分上有较高载荷;各施肥处理下土壤质量综合水平高低排序为:30%F + 70M > 50F + 50M > 70F + 30M > NPK > NP > NK > PK > CK;聚类分析方法将长期不同施肥制度下稻田土壤质量划分为一级 (30F + 70M),二级 (50F + 50M、70F + 30M),三级 (NPK、NP),四级 (NK、PK、CK) 4 个等级。 【结论】与单施化肥相比,有机无机配施可有效增加土壤养分含量,改善土壤物理性质,缓解土壤酸化,提高土壤微生物数量,是提高红壤性双季稻田土壤质量的有效施肥措施。     

Updating the main vegetable fertilization index system for southern China

Here, we established abundance and deficiency indices of soil nutrients and fertilization to generate a reference for the optimum fertilization dosage of the main vegetable crops in southern China under current production conditions. We consolidated 3414 field datasets about the main vegetable crops (leafy vegetables, gourds, legumes) in this region between 2010 and 2013. The nutrient abundance and deficiency index method was used to separate soil alkali-hydrolyzable nitrogen, available phosphorus, and available potassium levels into five groups based on relative vegetable yields (range: 50%–95%). Recommended fertilizer dosages were determined by obtaining values for nitrogen, phosphorus, and potassium by fitting optimum dosage against available nutrient content. Required fertilization levels were dependent on soil conditions and crop type. Comparison of the study results showed that available phosphorus and available potassium had significantly improved, whereas alkali-hydrolysable nitrogen in each level was similar.