大数据时代精准施肥模式实现路径及其技术和方法研究展望

自上世纪70年代起，我国开展了田间养分精准管理方法与技术的研究和推广，包括测土配方施肥、土壤养分测试和作物营养诊断，积累了大量土壤类型、肥力等基础数据以及农村地籍调查、农业普查、作物需肥规律等田间养分管理相关数据。但田间养分精准管理目前依旧存在重研究、轻应用，重理论、轻技术，专业分工太细，分割化、碎片化严重，传统与现代融合不够，可实际应用的产品、技术较少，农户体验差等问题。日渐成熟的信息互联、互通、互享技术与平台，功能日益强化的人工智能技术等，为实现田间养分管理走向精细化、信息化与系统化，进而为实现跨越式发展提供了契机。本文从我国农田经营分散的实际国情出发，根据精准施肥原理、认识与定位，提出了“基准+精准”模式的田间养分管理方案，以测土配方施肥为基础，结合数据挖掘技术对现有数据进行综合分析，更新制定当年田间养分管理“基准”施肥方案，包括基肥和追肥的施用数量及施用时间，同时利用云GIS可实现农田数据的空间信息化和施肥方案田块化管理的可视化，为移动端施肥方案的推送和实现田块尺度上的信息化精细管理奠定基础。以数字图像无损诊断作为技术支撑，通过机器学习作物数字图像特征参数来建立营养诊断模型，判断得出作物营养胁迫种类及程度，从而对当季田间作物长势及营养状况进行准实时监测与评价，进而实现对田间“基准”施肥方案特别是追肥施用的“精准”修正。最后通过构建“云+手持终端+数字图像”系统架构实现“基准方案推送—无损诊断—精准修订—成效反馈—方案优化”的动态实施和更新，对测土配方施肥技术体系进行完善，同时实现相关成果更新和持续利用，解决成果应用的“最后一公里”问题。     

稻田土壤养分空间变异与合理取样数研究

以嘉善县陶庄农场内一块0.52hm2的水稻田为研究区,采用地统计方法和常规统计方法进行土壤pH及养分(全氮、全碳、速效钾、速效磷、速效镁、速效锰、速效铜、速效锌)的空间变异及其合理取样数目研究。结果表明,各土壤养分在田间尺度均存在一定的空间变异,全氮、全碳、速效钾、速效磷等主要养分的空间格局呈南北向条带状,与农户经营田块的方向基本一致;不同农户耕种、管理下的4田块的土壤养分差异显著;反映土壤肥力的土壤全碳、全氮等养分的合理取样数目在95%的置信度和5%的相对误差条件下为45～个,基本上每个农户经营田块为1个,即可反映土壤养分的真实情况。因此,试验区以N素管理为主的精确田间管理的土壤采样可以采用以农户经营地块为单位的混合样采样方式,以减少土壤采样量和分析成本。     

我国30、40年代南方土壤的养分概况和作物产量水平

叙述了４０，４０年代我国南方土壤的养分状况，施肥和作物产量。南方酸性土壤的全氮含量有８０％属于“低”和“极低”水平。磷有９４％属于这类水平。钾有所不同，有３４％属于“高和”“极高”水平。３０，４０年代酸性土区的作物产量只相当于我国９０年代产量的１／３－１／７。文中不提供了３０年代我国化肥的进口情况     

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。     

“耕地保护与粮食安全”专题导读

2020年新冠肺炎在全球蔓延、自然灾害频发、国际形势复杂多变,全球粮食安全面临诸多风险。“仓廪实,天下安”,确保国家粮食安全,把中国饭碗牢牢端在自己手中是事关国家长治久安的重大战略。保障国家粮食安全的根本在耕地,耕地是粮食生产的命根子。因此,开展耕地质量保护与提升行动具有战略性、重要性和紧迫性。 为更好地宣传报道“藏粮于地、藏粮于技”战略,提高农业生产能力,保障国家粮食安全方面的研究成果,本刊特策划“耕地保护与粮食安全”专题。东北黑土区是我国重要的粮食生产优势区,保护黑土地是保障国家粮食安全、促进农业绿色发展的迫切需要。本专题刊发的5篇文章中有3篇是分别关于东北黑土区种植业生产结构调整、保护性耕作技术和农田土壤养分平衡的研究。其中,宋戈等在国家出台的一系列关于统筹调整种植业生产结构政策背景下,研究种植结构调整政策实施期间东北粮食主产区典型地域种植主要粮食作物的耕地利用分化特征,研究结果对于松嫩平原粮食主产区粮食种植结构调整具有一定的参考借鉴意义;邹文秀等通过6年的田间定位试验,较为系统地研究了黑土区耕翻深度和秸秆混合还田深度对土壤物理性质的影响,以及改善黑土物理性质效果最优的农艺措施,研究可为东北黑土区建立以“土壤质量提升、秸秆高效利用”为核心的秸秆还田模式提供理论依据;楚天舒等采用农田土壤养分平衡法从宏观角度对黑龙江垦区2000－2018年农田土壤氮、磷、钾养分资源收支平衡情况进行分析,研究结果对指导当地农田养分管理和面源污染的控制具有重要意义。此外,另外2篇是关于陕西地区耕地细碎化整治和土壤性质空间变异研究。张蚌蚌等系统剖析了陕北榆林市榆阳区的“一户一田”和“一组一田”两种耕地细碎化整治创新模式,通过整合农户土地,对改善农地细碎化问题、提升农地经营效率、推动小农户和现代农业有机衔接具有重要的理论意义和实践价值;王捷等研究了不同田块表层土壤养分的空间变异特征及其原因,结合生产实践进一步明确了表征土壤养分变异度的合理采样方法,研究结果可为田间养分监测设施布设以及农业生产精细化提供重要的科学理论依据。 本专题集中刊发的5篇系列文章,分别来自东北大学、中国科学院东北地理与农业生态研究所、中国农业大学、西北农林科技大学等机构,源于国家重点研发计划专项、国家自然科学基金项目、国家社会科学基金重大项目等的研究成果,研究具有创新性、系统性、实用性等特点,对统筹调整农业生产结构、提升土壤质量、优化土壤养分管理、破解耕地细碎化难题等具有重要参考价值,对促进农业现代化发展、提高农业生产能力,农业绿色发展、保障国家粮食安全等具有重要的理论意义和现实意义。     

稻田变量施肥作业图的形成与施肥模型应用

对130hm~2弱碱性壤质水稻田的土壤养分空间变异进行研究,将田块划分为75m×75m的网格,采用DGPS定位取0～20cm表层土样281个,应用地统计学的方法对测定数据进行分析结果表明,土壤有机质、水解氮、有效磷和有效钾等养分的空间分异特性有明显差异,75m的取样间距较好地反映土壤养分的空间变异状况。利用土壤养分丰缺判断指标和结合Kriging内插法,绘制出养分的空间分异等值线图,并建立N、P、K肥变量施用的数学模型。水稻施肥试验产量稳定保持在8250～9000kg/hm~2。     

精确农业中的定位养分管理

本文介绍了精确农业中定位养分管理的实施与应用状况，包括土壤信息的获取及管理等。提出根据国内各地具体情况，研究适合当地经济发展及农业生产水平的养分管理技术，逐步形成一种相对简单但效果明显的精确农业方式。     

洱海流域农田面源污染控制技术效益评价及主要模式

农田面源污染控制技术研究针对洱海流域农田面源污染实际。选择代表性强的洱海湖滨地区的凤仪、挖色、江尾、仁里邑、大理东门、七里桥大庄6个点，根据作物目标产量，土壤供肥性能，生物肥特性。从农作物产量、土壤养分及重金属变化、农排水、农产品品质5个方面进行综合分析评价，经过连续5年的试验探讨和示范验证，在土壤养分、重金属含量及农产品品质变化不大的情况下，探索出“控N减P，施用有机肥技术”。同时，为切实解决土壤持续供肥的问题，在“控N减P，施用有机肥技术”的基础上，进一步深化试验研究，得出“隔年隔季施肥技术”。     

基于烤烟品质确定烟田的养分管理分区

探明影响烤烟品质的关键土壤养分因子,为划分不同管理分区进行精准管理提供科学依据。在平顶山地区以20 m间隔的网格法取耕层（020 cm）土样111个,测定了8种土壤养分含量;进行逐步回归分析和模糊聚类分析。结果表明,研究区内有机质、总氮、碱解氮和速效磷含量偏低,速效钾含量偏高,且各种养分的差异性均较大;所有养分均可用球状模型进行较好拟合。逐步回归显示,土壤有机质、速效磷、速效钾和阳离子交换量对烟叶品质有较大的影响;应用模糊聚类分析将研究区域划分为4个管理区,验证表明分区结果是可行的。说明土壤有机质、速效钾、速效磷和阳离子交换量是制约烟叶品质的关键土壤养分因子;利用这4种因子可以科学合理地将研究区域划分为4个分区进行烟田养分的精准管理。     

上海市规模经营农场的土壤养分与水稻产量空间变异特征

运用经典统计和地统计学结合的研究方法，探讨了规模化经营农场田块内的作物产量及土壤有效养分含量等空间变异特征。结果表明，土壤pH有较小变异和较强的空间结构性。作物产量变异较小而且是随机因素引起的没有明显空间结构性，和土壤养分含量及pH值等属性也没有明显的相关。有效磷、有效硫也表现为纯块金效应，全部变异由随机因素引起。其它观测项目均有不同程度的空间自相关，有效养分含量之间也有较为显著的相关性。