基于GIS的变量施肥尺度效应模拟系统

为从理论上研究变量施肥尺度效应提供可能，解决单纯利用田间试验方法研究变量施肥尺度效应存在的研究周期长、费用大且几乎得不到系统完整的结果问题，研究了变量施肥尺度效应模拟系统的设计、实现与应用。该模拟系统由数据管理、模型管理、模拟分析和决策分析四部分构成。系统通过随机数生成法或地统计分析法生成最小尺度条件下的土壤养分空间分布数据，以此为基础，采用GIS、计算机模拟技术模拟不同尺度的养分空间分布，并以肥料效应模型和产量模型计算不同尺度条件下的施肥量、产量和肥料利用效率，最后通过曲线图、三原色合成影像和GIS专题图实现形象直观地表达模拟结果。结果表明GIS空间分析和可视化技术及计算机模拟技术能在数据处理、分析和结果可视化方面为变量施肥理论研究提供有力的支持。     

渭北旱塬春玉米施肥效果及肥料利用效率研究

总结2006~2009年陕西省渭北旱塬测土配方施肥项目184个3414试验数据,从区域角度上分析当前生产条件下渭北旱塬玉米施肥效果,以及施肥量、 土壤肥力水平对玉米产量、 经济效益、 肥料利用效率等的影响,为提高渭北旱塬玉米产量和肥料高效利用提供依据。结果表明, 施用氮（N）、 磷（P2O5）、 钾 （K2O）肥玉米分别增产2177、 1157和656 kg/hm2, 增产率为34.0%、 15.2%和7.9%,增收2901、 1517和733 Yuan/hm2,对玉米产量的贡献率分别为23.0%、 12.6%和7.0%, 农学效率分别为9.4、 10.5和9.5 kg/kg。施肥增产、 增收效果以及肥料贡献率均表现为N＞P2O5＞K2O, 农学效率表现为P2O5＞K2O＞N。施用氮、 磷、 钾肥均可显著提高玉米产量,但过量施用氮、 磷、 钾肥产量不再增加,且经济效益和肥料利用效率均显著降低。推荐施肥处理化肥增产、 增收效果、 对产量的贡献率以及农学效率均最高。土壤肥力对化肥肥效有显著影响,施肥于中、 低肥力土壤既能实现养分高效利用又能获得较大经济效益。与20世纪80年代相比,当前氮肥肥效明显降低,磷、 钾肥肥效明显升高。     

渭北旱塬小麦施肥效果及肥料利用效率研究

总结2006~2009年陕西省渭北旱塬测土配方施肥项目180个3414试验数据,分析当前生产条件下旱作区小麦施肥效果以及施肥量、 土壤肥力水平对小麦产量、 经济效益、 肥料利用效率等的影响,为提高旱作小麦产量和肥料高效利用提供依据。结果表明, 施用氮（N）、 磷（P2O5）、 钾肥（K2O）小麦分别增产986、 679和405 kg/hm2,增产率为30.0%、 18.9%和9.5%,增收1098、 810和392 Yuan/hm2,对小麦产量的贡献率分别为21.5%、 14.8%和8.8%,农学效率分别为6.4、 7.1和7.1 kg/kg; 施肥增产、 增收效果以及肥料贡献率均表现为N＞P2O5＞K2O,农学效率表现为P2O5＝K2O＞N; 与不施肥相比,平衡施用氮、 磷、 钾肥（N+P2O5+K2O）小麦增产73.0%,增收1923 Yuan/hm2,对产量的贡献率为40.0%,农学效率为5.8 kg/kg; 过量施用氮、 磷、 钾肥均无显著减产效应,推荐施肥处理化肥的增产、 增收效果, 对产量的贡献率以及农学效率均最高。土壤肥力对化肥肥效有显著影响,投肥于中、 低肥力土壤既能实现养分高效利用又能获得较大经济效益。与20世纪80年代相比,氮肥利用效率明显降低,磷肥肥效基本不变,而钾肥肥效在快速提升。合理施肥与耕作、 栽培等多种措施相结合是旱区作物增产、 增收的有效途径。     

长期定位施肥对作物产量及土壤养分的影响

根据24年肥料效应长期定位监测试验结果,研究了不同施肥处理对作物产量及土壤肥力、养分水平等指标的影响。结果表明,不同施肥处理作物产量差异较大,有机肥和氮、磷、钾化肥的配合施用对提高作物产量、增加土壤养分作用十分明显。     

春旱坡地花生不同施肥量肥效试验总结

不同的施肥量对花生产量和品质有着不同影响。试验表明,施肥越多,并非产量越高,应根据土壤肥力、肥料有效含量和成份等因素而施,只有合理施用肥料才有利于花生增产和提高经济效益。     

河北省低平原区近16年来农田施肥量、作物产量和养分效率的变化特征

为阐明近16年来河北省低平原区农田养分管理措施对作物产量和养分效率的影响,提高农田养分管理技术水平,对1998~2014年在河北省开展的6个土壤肥力定位监测试验进行了统计分析。结果发现,河北省低平原区小麦氮、磷、钾肥施用量一直维持在较高的水平,年平均施用量分别为315.2、199.5和173.2 kg/hm~2。玉米施肥量逐年增加,2014年氮、磷、钾施用量分别为247.0、69.8和128.5 kg/hm~2。小麦、玉米施肥区产量分别较1998年提升了40.7%和72.4%,小麦无肥区没有明显增产,玉米无肥区产量提高了36.1%。施肥量增加对小麦产量没有明显的影响,但对玉米产量增加有显著的促进作用,其中氮素是影响玉米产量的最主要因素。小麦的氮肥偏生产力和农学效率因施肥量较高在过去16年间没有明显的变化,而玉米则随时间和施肥量的增加呈下降趋势。土壤基础地力对小麦、玉米产量的贡献率呈逐年下降的趋势。     

我国北方玉米施肥产量效应和经济效益分析

【目的】因土壤类型、养分管理措施不同导致施肥后作物的增产效应不同,由此影响经济效益。通过研究当前我国北方玉米产区氮、磷、钾施用对玉米的增产效应和经济效益,分析给定施肥效应、肥料和玉米价格情况下玉米的经济效益变化,为我国北方玉米科学施肥和经济施肥提供一定的借鉴意义。【方法】2010 2012年在我国北方七省玉米种植区开展373个田间试验。试验设置基于产量反应和农学效率的推荐施肥(Nutrient Expert,简称NE),在此基础上设置减素处理包括不施氮、不施磷和不施钾处理,以农民习惯施肥为对照。依据产量和试验期间玉米和肥料价格计算了肥料氮、磷、钾施用的产投比。【结果】玉米各试验点产量效应变异很大,黑龙江、吉林、辽宁、河北、河南、山东和山西各点的施氮产量效应分别为3040、2314、2324、981、2139、1184和1244 kg/hm2,施磷产量效应分别为1463、1216、1425、635、944、376和620 kg/hm2,施钾产量效应分别为1454、1063、1532、877、910、383和592 kg/hm2。氮、磷、钾素产量效应变化范围分别为341 7900 kg/hm2,11 5381 kg/hm2以及94097 kg/hm2,依次平均为1889、954和973 kg/hm2,表明不施氮对产量影响最大、其次为钾,不施磷对产量影响最小。经济效益分析结果表明,施用氮、磷和钾平均产投比(VCR)分别为2.8、7.8和4.6,即投入单位金额的氮、磷和钾养分可分别获得2.8、7.8和4.6倍的收益。预测不同肥料价格和玉米价格下的VCR表明,随着施肥增产效应的增加,即使施肥量增加,VCR也增加。收益多少随增产效应、施肥量、肥料和玉米价格而变化。采用专家系统推荐的N-P2O5-K2O用量(157-56-67 kg/hm2)获得的籽粒产量为10255 kg/hm2、经济效益为18903 yuan/hm2,同样地点农民习惯施肥N-P2O5-K2O(225-61-47 kg/hm2)获得的产量和经济效益分别为9996 kg/hm2和18154元/hm2。专家系统推荐施肥多获益748 yuan/hm2,其中1/3来自节约的肥料,2/3来自增产带来的效益。【结论】我国北方玉米产区玉米的增产效应以氮最高,其次是钾,磷最小。依据肥料价格因素,单位氮磷钾养分收益磷最高,其次是钾,最低是氮。依据玉米价格和肥料价格综合考虑,基于NE专家系统的推荐N-P2O5-K2O用量(157-56-67 kg/hm2)是北方各地获得高产和高收益的施肥用量。     

基于空间分析的河南省小麦施肥问题诊断与地理优化

基于河南小麦主产区82个县2 277个样点的"不施肥、习惯施肥、推荐施肥"对照试验数据,在绘制小麦产量图、施肥量图、土壤养分图、肥料农学效率图基础上,采用地图对比法揭示了该区域氮磷钾分配的主要问题;采用随机森林法分析了土壤养分、施肥量、地理要素(气候和土壤类型)对小麦产量变异的影响力;综合对照试验数据和多源文献,确定该区适宜的小麦氮磷钾施用范围,并按"以产定肥"、"因土施肥"原则进行施肥量地理优化。结果表明:该区农民习惯施氮、磷量普遍偏大,钾用量局部不足;推荐方案中氮、磷用量未明显降低,而钾普遍增加。两类施肥方式的共同问题是氮磷钾用量与小麦产量、土壤养分的空间匹配性欠佳。小麦产量变异的主导因素是土壤和气候资源的地理差异,施肥的影响次之,土壤养分的影响最低;小麦增产量变异同时受地理因素和施肥因素的影响,而与土壤养分丰缺无关;施肥水平高是土壤养分丰缺与小麦产量关系较弱的主要原因。根据小麦产量和土壤养分丰缺,确定氮磷钾优化施用量变化范围分别为120～210 kg·hm–2、45～105 kg·hm–2和45～120 kg·hm–2;按区域总量计,氮磷钾优化施用量较地方专家推荐量分别节约14.2%、40.0%和39.5%,较农民习惯用量分别节约20.9%、41.1%和17.5%。     

水稻专用BB肥研究

根据化肥长期定位试验和全省化肥试验网的结果,广东省多数稻田施用氮磷钾营养元素的水稻增产效应为: Ｎ＞ Ｋ＞ Ｐ。大部分水稻土有效磷含量丰富或极丰富,施磷一般对当季水稻增产效果差甚至不显效。然而,连续数季植稻不施磷则导致氮钾施肥的增产效果下降而出现减产。综合养分不同丰缺类型水稻土的肥料效应和土壤养分平衡状况,通过肥料效应的回归分析,建立施肥量与产量之间的函数关系,确定广东省水稻专用BB肥营养配方及其产品的施用技术。经田间重复示范验证,本专用 Ｂ Ｂ 肥较之各地常规施肥和等实物量进口复合肥(15－15－15) 有明显的增产效果,并可节约肥料资源,降低施肥成本。     

氮磷钾平衡施用对大葱产量、养分吸收及利用的影响

探求大葱科学施肥技术,明确氮、磷、钾肥料对大葱产量的影响,分析大葱对氮、磷、钾养分的吸收规律和肥料利用效率。试验以章丘大葱品种大梧桐为试材,在山东章丘4个多年大葱栽培试验点进行大田试验,共设置6个处理,分别为:优化施肥(OPT)、减氮(OPT-N)、减磷(OPT-P)、减钾(OPT-K)、有机肥(OPT+OM)和农民习惯施肥(FP)。结果表明,大葱优化施肥施肥量较农民习惯施肥量氮、磷、钾肥分别降低13.3%、24.4%和17.5%;大葱产量与农民习惯无显著差异,大葱施氮可增产22.2%,施磷可增产10.7%,施钾可增产17.5%;植株氮、磷、钾养分积累量较农民习惯均有提高,其中钾素积累量显著提高17.7%;氮、磷、钾肥料利用率分别为23.5%、13.4%和29.6%,氮、磷、钾农学效率分别为53.8、57.1和44.1 kg·kg-1,氮、磷、钾肥偏生产力分别为272.0、527.2和268.8 kg·kg~(-1)。基于土壤养分和目标产量的大葱平衡施肥可优化氮磷钾配比,提高施肥产投比,促进养分吸收,其中在平衡施用氮磷钾化肥的基础上减氮30%增施有机肥处理在山东省章丘大葱主产区也具有良好应用效果,可作为大葱推荐施肥方法推广应用。     

基于土壤肥力与目标产量的冬小麦变量施氮及其效果

基于田间18 m×18 m土壤碱解氮测定数据和2001年的小麦产量图数据，采用目标产量模型，设计了变量施氮处方，进行变量施氮试验。以相邻地块均一施肥区为对照，结果表明，变量施氮区产量略低于均匀施肥，且产量变异系数增加；产量构成因子中，变量区的穗密度与对照区基本持平，但变量区的穗密度变异系数较低；变量区的穗粒数低于对照区，变异系数增加；变量区的千粒重高于对照区，变异系数增加；变量区的蛋白质含量略高于对照区，但变异系数也较高；变量区的肥料经济效益略低于对照区，但变量施氮降低了土壤硝态氮浓度，减小了污染地下水的可能性，生态效果明显。     

畦灌不同施肥模式对夏玉米田间水氮分布的影响

为了探究夏玉米畦灌条件下适宜的灌溉施肥模式,在大田试验条件下对不同施肥方式(液施和撒施)、液施不同施肥时机和不同入畦流量下土壤水氮空间分布状况及其变化趋势进行了研究。结果表明,灌后2d土壤水分空间分布差异明显小于硝态氮,适当增大入畦流量有助于改善沿畦长方向土壤水分空间分布均匀性。灌后2d不同处理间作物有效根系层土壤硝态氮和土壤水分的贮存效率(土壤有效根系层土壤硝态氮占0—100cm土层中硝态氮的比重)变化都不明显。入畦流量相同时,液施情况下硝态氮沿畦长分布均匀性(介于86.1%~96.9%之间)高于撒施(介于89.3%~89.7%之间)。基于入畦单宽流量为4L/(s·m)、灌水至畦长33%处时均匀施肥的畦灌施肥模式,玉米根系层中土壤水氮含量比重较高,而且土壤水分与土壤硝态氮沿畦长分布均匀性最好,从而形成了有助于作物吸收的均匀的土壤水氮空间分布状态。     

长期施肥条件下华北平原农田硝态氮淋失风险的研究

利用河北辛集潮土(21年)和北京昌平褐潮土(9年)两个长期定位施肥试验研究了华北平原冬小麦夏玉米轮作体系下农田氮素平衡和硝态氮淋失风险。结果表明,单施氮肥的增产效果有限,昌平试验点甚至出现减产现象;而适量有机肥与氮磷或氮磷钾配施可显著提高作物产量,降低氮素盈余。单施氮肥时,辛集和昌平土壤硝态氮峰值分别达20.7和30.0.mg/kg,出现在160200.cm和90120.cm土层;硝态氮累积量高且大部分集中在根区外土壤,硝态氮淋失风险大。氮磷或氮磷钾肥配施时,硝态氮峰值出现深度上移3040cm,根区和根区外土壤硝态氮累积量均大幅降低,淋失风险明显减弱;在氮磷或氮磷钾肥基础上适量施用有机肥时,硝态氮峰值出现深度进一步上移至根区土壤,深层土壤硝态氮累积量显著下降,淋失风险低。过量施用有机肥或过量施用氮肥时,深层土壤硝态氮累积量大幅增加,甚至超过单施氮肥处理,淋失风险大大增强。研究结果表明,氮磷钾肥与有机肥配合施用是提高作物产量、控制农田硝态氮淋失的重要途径。     

露地栽培条件下大白菜氮肥利用率与硝态氮淋溶损失研究

以我国北方主要蔬菜作物———大白菜(Brassica.penkinensis)为研究对象,利用渗滤池研究了露地栽培条件下不同供氮水平对氮肥利用率和硝酸盐淋失的影响。结果表明,施有机肥(折N120kg/hm2)的增产效果显著,不会造成硝态氮向下层土壤剖面淋溶和增加硝态氮的淋洗损失,有机肥N的利用率达25%。在有机肥的基础上施用化学氮肥的增产效果不明显,3个化学氮肥用量(375、750和1125kg/hm2)处理下VCR(产投比)值均低于2.0,而且随氮肥用量增加土壤剖面硝态氮残留量呈线性递增;渗滤池1.3m处的硝态氮淋失量分别为16.6、21.0和37.6kg/hm2,呈指数增加;氮肥表观淋失率为2.3%、1.8%和2.6%,氮肥利用率分别为7%、2.9%和2.6%,氮肥表观气态损失率分别为25.4%、37.5%和40.5%。总的来看,露地大白菜施肥水平偏高,氮肥利用率偏低,环境风险较大。     

Düngung,N-Umsatz und Pflanzenwachstum in ihrer Wirkung auf die langfristige Protonenbilanz von Böden

Influence of fertilization, nitrogen transformation and plant growth on the long-term proton balance in soils In view of results of recent publications the influence of fertilization, nitrogen transformation and plant growth on proton balance in soil is discussed. One reason, why acidity in the soil increases after plant growth can be traced back to the fact, that plants take up more N-free cations than N-free Anions from the soil. Thus the more nitrogen fertilization as well other fertilization practices will increase plant yield the more the process of soil acidification will be enhanced. There ist no influence on soil pH by forms of applied fertilizer nitrogen like NH₄NO₃, HNO₃, NH₄OH, urea or biologically fixed N. However, accompanying ions of nitrogen fertilizers depending whether they are metal cations or sulfate or chlorid anions will decrease or increase proton production. For the calculation of the amount of produced acid in the soil during the uptake of nutrients by plants the yield of the plants and the alcalinity of plant ash will be needed. The calculation of the amount of produced acid both from the fertilization and the plant growth will be falsified by the unknown amount of nitrate which is leached beneath the rooting zone.     

冬小麦不同畦灌施肥模式水氮分布田间试验

基于冬小麦生长期间施用尿素获得的试验观测结果,分析不同畦灌施肥模式下沿畦长土壤水氮空间分布差异,开展畦灌施肥模式田间试验评价,探讨适宜的畦灌施肥运行方式。研究结果表明,畦灌施肥模式差异对有效贮存在作物根系层的土壤水分和土壤硝态氮占0～80 cm土层相应值的比重以及土壤水分空间分布均匀性不产生显著影响,但对沿畦长土壤硝态氮空间分布均匀性的影响却较为明显。基于入畦单宽流量4 L/(s·m)和灌溉全程均匀施肥的畦灌施肥运行方式,可在冬小麦生长期返青水和扬花水灌后2 d的作物有效根系层内,形成相对较高的土壤水氮空间分布均匀性,适合当地生产实践中采用。     

河套灌区土壤水盐和作物生长的HYDRUS-EPIC模型分布式模拟

土壤水盐是影响干旱灌区作物产量的主要因素。分布式模型可综合考虑土壤、水文和气象因子在灌区的时空变异特征,为评估区域尺度土壤水盐与作物生长状况提供有效工具。该文以河套灌区解放闸灌域为研究区,根据气象-土壤-作物-灌溉等因子的空间分布特征进行均质单元划分,建立基于一维农业水文模型HYDRUS-EPIC的灌区尺度分布式模型。利用2012年和2013年定点观测数据(土壤水分、盐分、叶面积指数和作物产量)进行模型率定与验证;进一步应用模型以求探明现状灌溉条件下研究区土壤水盐与作物生长状况及存在的问题。结果表明:生育期内灌区根区土壤(0~100 cm)有效饱和度为0.44~0.90,基本满足作物耗水需求;根区土壤溶液平均盐分浓度为3.1~13.5 g/L,相应地作物的相对产量为0.35~1.33,土壤盐分过高成为限制研究区作物产量的主因。为调控根区土壤水盐状况,对地下水深埋区(东北部)需进行灌水量的适宜补充,宜将浅埋区(西北、西南等)地下水平均埋深控制在1.3 m以下。     

Nitratgehalte tieferer Bodenschichten bei unterschiedlichen Fruchtfolgen auf intensiv genutzten Ackerbaustandorten

Influence of rotation upon nitrate content of deep soil layers in intensiv cropping systems Soil samples were taken down to a depth of 10 m during winter 1985/86 in some fields in Lower Bavaria with and without vegetable production. Each core was cut into 50 cm increments and soil nitrate-N and exchangeable ammonium-N determined. The results can be summarised as follows:

• 1 The content of exchangeable ammonium in 0–10 m soil depth was much less than the amount of nitrate nitrogen. Effects of different supply of inorganic fertilizer upon the NH₄-content have not been observed.
• 2 In rotations without vegetables with high supply of mineral nitrogen much nitrate-N was concentrated in the root zone. However in a depth of 4–6 m the nitrate concentration was less than 50 mg/l.
• 3 In one field only the nitrate concentration in 2,8–3,8 m was 2 to 3 times higher than in comparable cases. This seems to be the result of much nitrogen mineralized but not used, because of fallow effects (winter killing without fertilization) in 1982.
• 4 The nitrate concentration in soil cores of arable land decreased generally with sampling depth. In fields with vegetable production soil layers of high nitrate content alterated with soil layers of low nitrate content.
• 5 Because of the strong correlation between the number of soil layers with high nitrate content and the frequency of vegetables in the rotation, it can be assumed that the soil layers with much nitrate are caused by unused inorganic fertilizer applied to vegetables. This hypothesis is also supported by the fact of high nitrogen efficiency (> 70%) of agricultural plants and low nitrogen efficiency (48–13%) of vegetables, caused by high amounts of fertilizer and only low nutrient requirement of vegetables.
• 6 The total amount of nitrate-N found in 0–10 m soil depth was in vegetable rotations 2 to 4 times higher than in fields without vegetable production. The nitrate concentration of the nitrate peaks found in fields with vegetable production decreased with sampling depth, but strongly differing gradients of nitrate decrease with soil depth were observed between the fields.

     

分散经营条件下烤烟精准养分管理研究

【目的】西南烤烟种植区的典型特征是"缓坡条件"和"分散经营",基于自然地块的变量施肥技术体系,研究分散经营条件下烤烟养分分区管理,以探讨分散经营条件下作物精准施肥的经济效益和应用可行性。【方法】分散经营土壤养分管理分区的基本步骤:计算土壤养分插值,以地块为单元统计土壤养分,依据施肥模型针对地块进行肥料养分推荐、聚类分析地块肥料养分,形成针对地块的养分管理分区。在云南宜良县,以50×50 m的网格进行土壤取样,应用地统计方法进行土壤养分空间变异分析、Kriging方法进行空间插值、空间叠加分析方法统计地块养分、聚类分析方法建立养分管理分区,大田试验检验养分分区管理方法的应用效果。【结果】研究结果表明,试验地块为中等肥力,土壤养分存在区域分布特征,适合分区养分管理。地统计分析显示,土壤养分变异主要来源于结构因素,可以进行地统计分析和空间插值,满足精准养分分区管理的要求。无机氮的有效变程最小,控制采样密度,缓坡农田和分散经营条件下精准养分管理的网格采样间距在50 m左右。根据空间分析结果,结合施肥指标体系,提出了111块烟田的推荐施肥量,并通过聚类分析的方法将111块农田的肥料养分推荐量分为8个管理区。与对照相比,烤烟精准养分分区管理可以节约氮、磷肥料分别为10.7%、10.3%,氮、磷养分投入分别节约成本43.2yuan/hm2、50.0 yuan/hm2,因增加钾素养分投入增加成本6.9 yuan/hm2,累计节省肥料成本86.3 yuan/hm2。烤烟产量、上等烟比例、均价、产值均有增加,其中,产量增加幅度6.7%~14.5%,平均增产10.6%;上等烟比例增加幅度4.2%~13.0%,平均增加7.3%;均价增加幅度0.13~0.54 yuan/kg,平均增加0.48 yuan/kg;产值增加幅度7.50~18.3%,平均增加14.0%;与常规施肥相比,分散经营条件下烤烟精准养分管理使烤烟增产增收5454.63 yuan/hm2,节本增效5140.9 yuan/hm2。【结论】以地块为操作单元建立养分管理分区的方法不仅能够节省肥料,增加农田收益,还能够有利于分散经营农户组织实施,对精准施肥技术应用具有理论和实践意义。