CN108633424A

CN108633424A - 一种冬小麦施肥方法

Info

Publication number: CN108633424A
Application number: CN201810220677.4A
Authority: CN
Inventors: 周卫; 何萍; 串丽敏; 徐新朋; 梁国庆; 艾超; 雷秋良
Original assignee: Institute of Agricultural Resources and Regional Planning of CAAS
Current assignee: Institute of Agricultural Resources and Regional Planning of CAAS
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2018-10-12
Anticipated expiration: 2038-03-16
Also published as: CN108633424B

Abstract

本发明公开了一种冬小麦施肥方法，其方法为：收集目标区域的土壤数据、气象数据和管理措施数据；将收集到的数据输入到适用性过程模型中进行模拟，并用实测产量对模型进行率定和验证；利用率定后的模型确定该目标区域的冬小麦的最大潜在目标产量；进而确定该目标区域推荐施肥的目标产量；根据该目标产量计算该目标区域冬小麦作物的氮农学效率；再根据该氮农学效率推测该目标区域的氮肥用量；根据该目标区域的氮肥用量确定该目标区域有机肥和化肥的用量及种类；根据所述适用性过程模型模拟的冬小麦养分吸收曲线，并根据肥料分配结果，确定基施氮肥和追施氮肥的比例分配及氮肥种类。本发明兼顾农学效应、产量效益和环境效益，改善了土壤质量。

Description

一种冬小麦施肥方法

技术领域

本发明属于农业技术领域，具体涉及一种减少环境风险的冬小麦施肥方法。

背景技术

小麦是我国重要粮食作物之一，广大居民也有着对小麦食用的青睐。资料显示，2010年全国小麦播种面积达到2350万公顷，约占世界小麦播种面积的10.6％(中国农业年鉴，2010)，这对于保障全球粮食安全起着举足轻重的作用。

传统小麦施肥为了获得高产和效益，农民大量施用化学肥料，盲目过量以及不平衡施肥几乎成为普遍现象，尤其是在一些经济比较发达地区这一现象较为普遍。来自2000～2002年对小麦主产区近万个农户的综合调查表明，小麦和玉米的氮肥平均施用量分别为达到了210kg/ha(Chen et al.,2014,Nature)，这一数据已经远远高于***等提出的我国主要粮食作物适宜氮肥用量应为150～180kg/ha的水平。目前肥料投入过量现象仍然存在，不但氮磷施用严重超量，而且氮磷钾肥料投入量严重不平衡，如山东地区小麦―玉米轮作体系氮磷钾投入量分别为673、244和98kg/ha，显然，这一结果又比20世纪90年代的施肥量上升了一个较高水平。肥料过量与不合理施用不仅不能进一步提高产量，还造成肥料资源浪费，并影响到生态环境安全。

传统的小麦推荐施肥方法多从目标产量角度考虑，目标产量推荐施肥方法又包含养分平衡法和地力差减法，养分平衡法的缺点是不能直接计算出“土壤供肥量”，通常要通过试验，取得“校正系数”加以调整，而地力差减法空白田产量不能预先获得，给推广带来了困难，这些传统的目标产量法一般仅考虑肥料的投入而很少考虑其对环境风险的影响。但随着信息技术及模型技术的进步，一系列作物模型不断应用到农业研究中，通过提供相应的气象、土壤和作物参数，适用性的过程模型(如APSIM、EPIC等)可模拟预测点位或区域上不同农田管理模式下的作物生长过程、土壤供肥能力和作物养分吸收能力，从而避免单一或少量数据点获得养分吸收数据指导施肥的滞后或偏差。然而，受到数据来源和模型适用性的限制，当前利用模型模拟技术优化作物全生育期合理施肥的方法仍不常见。

因此，如何利用模型模拟技术按照小麦不同生育时期科学合理地分配氮肥，是本领域当前希望解决的实际问题，急需按照基于模型的估算，考虑土壤、气象条件，兼顾农学效益与环境效益，提出合理的施肥模式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冬小麦合理施肥方法。该方法在考虑土壤和气象条件的基础上，兼顾农学效应、产量效益和环境效益，结合APSIM模型模拟作物养分吸收参数，估算最大潜在产量，配以化学肥料、缓控释肥料与有机肥的施用以及秸秆还田，从而不但确保冬小麦高产，而且还能降低养分淋失风险、减少温室气体排放、改善土壤质量等。

本发明的技术方案为：

一种冬小麦施肥方法，其步骤包括：

1)收集目标区域的土壤、气象、管理措施数据。土壤数据主要包括不同土壤层次土壤饱和水含量、萎焉含水量、硝态氮铵态氮、有机碳、速效磷、pH值，气象数据需要近10年的逐日降雨量、最高气温、最低气温、太阳辐射数据，管理措施数据包括小麦的播种收获信息、施肥信息等。

2)将收集到的数据输入到APSIM模型中进行模拟，并用小麦近5年的实测产量进行模型的率定和验证，获取模型参数。

3)在上一步的基础上，进行情景模拟，确定最大潜在目标产量，将最大潜在目标产量的80％作为目标区域推荐施肥的目标产量。若不能获取目标区域的土壤、气象信息，可以采用田间试验数据，取试验中产量最高的处理，通常为NPK全施小区产量，作为目标产量。

4)根据上一步模型确定的目标区域的目标产量，计算目标区域冬小麦作物的氮农学效率；再根据氮农学效率推测该目标区域的氮肥用量；

5)根据该目标区域的氮肥用量确定该目标区域有机肥和化肥的用量及种类；

6)根据步骤3)情景模拟结果，即保证充分的水分和养分供应条件下的APSIM模型模拟结果，再根据逐日的作物吸氮量，绘制小麦全生育期的氮素吸收曲线，并结合小麦的生育时期计算不同生育阶段的需氮量，并根据步骤5)的分配结果，通过设置不同的基追肥比例采用APSIM模型进行情景模拟，确定最佳的基施氮肥和追施氮肥的比例分配及氮肥种类。

进一步的，推测该目标区域的氮肥用量的方法为：所述氮农学效率＝(目标产量-减氮小区产量)/施氮量；然后通过公式Yt＝0.0117X²+0.0652X-0.492计算为氮肥产量反应Yt，X为氮农学效率，然后通过公式Fert＝77.012*ln(Yt)+122.94计算该目标区域的单位面积氮肥用量Fert；然后根据该目标区域的单位面积氮肥用量Fert推测该目标区域的氮肥用量。

进一步的，所述步骤5)中，确定的该目标区域有机肥和化肥的用量及种类为：氮肥总量按照速效氮50％、缓释氮肥20％和有机肥氮30％分配；比例浮动范围不超过±5。

进一步的，基施氮肥和追施氮肥按70％和30％的比例分配。

进一步的，所述基施氮肥占氮肥总量的比例分配为30％有机肥氮、20％缓释肥基施、20％速效氮肥。

进一步的，根据APSIM模型模拟的作物需肥规律，确定最佳追肥施肥期，并所述追施氮肥分别在返青期和孕穗期进行追肥，其比例为1:1。

进一步的，所述步骤5)中，有机肥氮占氮肥总量的比例为30％。

进一步的，对该目标区域补充磷肥，其方法为：采用APSIM模型得到该目标区域的冬小麦潜在产量，再根据APSIM模型得到该目标区域达到所述目标产量对应的磷肥施肥量，确定该目标区域需补充的磷肥并将其作为基肥一次性施入。

进一步的，对该目标区域补充钾肥，其方法为：根据APSIM模型计算的目标产量对应的钾肥施用量，确定出该目标区域需补充的钾肥并将其作为基肥一次性施入。

进一步的，对该目标区域50％玉米秸秆切碎加上秸秆腐熟菌剂还田，翻埋10-20cm。

进一步的，所述基肥肥料播前旋耕翻入土壤。

与现有技术相比，本发明的积极效果为：

1)与作物模型的结合。本方法应用了作物模型，考虑了土壤和气象条件，兼顾了农学效应、产量效益和环境效益，利用APSIM确定目标产量，根据养分吸收曲线，确定基肥、追肥的比例，以及最佳追肥期；

2)氮肥的施用考虑了农学利用效率和产量反应，并根据大量田间试验提出了计算公式；

3)配以缓控释肥和有机肥的施用，从而根据小麦对养分的吸收规律进行养分的释放，不仅确保冬小麦高产，而且还能降低养分淋失风险、减少温室气体排放、改善土壤质量、提高微生物活性；

4)为方便操作，磷肥和钾肥的推荐采用了五等级的推荐施肥方法。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

现通过以下具体实施示例对本发明做进一步的说明，但并不是据此对本发明保护范围加以限制。

本发明提供的具体方法如图1所示，其包括步骤为：

1)收集目标区域的土壤、气象、作物品种、管理措施数据。土壤数据主要包括不同土壤层次土壤饱和水含量、萎焉含水量、硝态氮铵态氮、有机碳、速效磷、pH值，气象数据需要近10年的逐日降雨量、最高气温、最低气温、太阳辐射数据，管理措施数据包括小麦的播种收获信息、施肥信息等。

2)将收集到的数据输入到APSIM模型中进行模拟，并用实际产量进行率定和验证模型，获取模型参数。

4)在考虑产量反应和农学效率原理的基础上，推测该目标区域的氮肥使用量。首先计算该目标区域冬小麦作物的农学效率，氮(N)的农学效率＝(目标产量-减氮小区产量)/施氮量，农学效率来自于田间试验数据；其次再依据农学效率估算该目标区域的氮肥产量反应；最后基于产量反应估算氮肥使用量。基于大量试验数据推导出氮肥产量反应与农学效率的公式如下：

Yt＝0.0117*X²+0.0652*X-0.492 (公式1)

其中Yt为氮肥产量反应(单位为：t/ha)，X为氮素农学效率(单位为：kg/kg)，农学效率是单位养分吸收作物产量的增量；

在氮素产量反应的基础上，推测氮肥施肥量，公式如下：

Fert＝77.012*ln(Yt)+122.94 (公式2)

其中Fert为单位面积氮肥推荐量(单位：公斤/公顷)，Yt为氮肥产量反应。

例如：冬小麦确定目标产量10000kg/ha下的农学效率为16kg/kg，通过公式1计算出产量反应为3.5464，将产量反应代入公式2中，估算出氮肥推荐量为220kg/ha。

5)在确定推荐养分用量下，对氮肥用量按照有机肥和化肥进行分配。

基于大量的有机肥替代化学氮素对作物产量影响的试验结果见表1，有机肥替代化肥最佳比例为30％，即有机肥氮30％，化肥氮70％。对有机肥种类，为避免抗生素、重金属引起的二次污染，尽量不使用畜禽粪肥而采用合格的商品有机肥；若采用畜禽粪肥，需要检测合格后方可施用。有机替代有利于增加微生物的活性，改善土壤物理结构，提高土壤肥力水平。

采用氮肥有机替代技术，比习惯施肥增产16.7％，可减施化学氮肥44％，氮肥利用率提高26.2个百分点。

表1华北冬小麦氮肥有机替代技术效果

如：第一步中估算出的氮肥用量为220kg/ha，则有机肥氮折合纯氮66kg/ha，化肥氮折合纯氮154kg/ha。

6)氮肥类型及其基追肥比例分配

氮肥总量按照速效氮肥50％、缓释氮肥(90d)20％、有机肥30％进行分配，基施氮肥和追施氮肥按70％和30％的比例分配，基肥播前撒施并旋耕。

基施氮肥：30％有机肥氮、20％缓控释肥料(90d)基施、20％的速效氮肥作为基肥施入，总计比例为70％。

追施氮肥：30％速效氮肥作为追肥，分别在返青期和孕穗期进行追肥，其比例为1:1。

施用缓释氮肥会使土壤脲酶活性降低，对土壤中微生物数量增加也有促进作用，有利于土壤微生物活性提高，并能够促进种群数量增加。缓释氮肥处理土壤细菌shannon指数显著大于尿素施肥处理。如表2，基于试验结果显示，冬小麦采用根区缓控释肥技术，比习惯施肥增产17.2％，可减施化学氮肥30％，氮肥利用率提高8个百分点。

表2根区施氮/缓控释肥试验结果

例如：根据上一步计算出的氮肥总用量为220kg/ha，其中速效氮肥用量110kg/ha，缓释氮肥44kg/ha，有机肥66kg/ha。基施氮肥量为：速效氮肥用量44kg/ha，缓释氮肥44kg/ha，有机肥66kg/ha；追施氮肥量为：两次速效氮肥用量分别为33kg/ha，分别在苗期和拔节期进行追肥。

7)补充磷肥

为便于操作，根据土壤速效磷(P₂O₅)含量将土壤肥力水平划分5个等级，分别为高肥力(>40mg/kg)、较高肥力(20-40mg/kg)、中肥力(10-20mg/kg)、较低肥力(5-10mg/kg)、低肥力(<5mg/kg)。若无土壤测试值，也可以按照磷产量反应系数进行划分，分别为高肥力(>0.065)、较高肥力(0.065-0.089)、中肥力(0.089-0.113)、较低肥力(0.113-0.141mg/kg)、低肥力(<0.141)。用户根据不同磷素水平下的不同的目标产量，选取冬小麦合适的施磷量。详细见表3：

表3不同肥力水平的不同目标产量推荐施磷量

例如：推荐地点的肥力水处于高肥力水平，目标产量为10t/ha，磷肥用量范围为79-87kg/ha，可选择83kg/ha作为磷肥施用量。其中有机肥磷50％，化肥磷50％，磷肥作为基肥一次性施入。

8)补充钾肥

为便于操作，根据土壤速效钾(K₂O)含量划分5个土壤钾素肥力水平，分别为高肥力(>200mg/kg)、较高肥力(150-200mg/kg)、中肥力(100-150mg/kg)、较低肥力(50-100mg/kg)、低肥力(<50mg/kg)。若无土壤测试值，也可以按照钾产量反应系数进行划分土壤肥力水平，分别为高肥力(>0.051)、较高肥力(0.051-0.070)、中肥力(0.070-0.089)、较低肥力(0.089-0.117mg/kg)、低肥力(<0.144)。用户根据不同钾素肥力水平下的不同的目标产量，选取冬小麦的施钾量即可。钾肥作为基肥一次性施入。施肥量详细见表4：

表4不同肥力水平的不同目标产量推荐施钾量

例如：目标产量为10t/ha，在较高肥力水平下，在秸秆还田量在60％以上条件下，钾肥用量不超过53kg/ha。钾肥作为基肥一次性施入。

9)秸秆还田

使用方法为：50％玉米秸秆切碎加上秸秆腐熟菌剂还田，翻埋10-20cm。

基于试验结果显示，冬小麦采用秸秆还田调氮技术，比习惯施肥增产22.4％，可减施化学氮肥20％，氮肥利用率提高10个百分点(表5)。

表5秸秆还田调氮示范结果

以上实施仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims

1.一种冬小麦施肥方法，其步骤包括：

1)收集目标区域的土壤数据、气象数据和管理措施数据；

2)将步骤1)收集到的数据输入到适用性过程模型中进行模拟，并用实测产量对所述适用性过程模型进行率定和验证；

3)利用率定后的所述适用性过程模型确定该目标区域的冬小麦的最大潜在目标产量；然后根据该最大潜在目标产量确定该目标区域推荐施肥的目标产量；

4)根据该目标产量计算该目标区域冬小麦作物的氮农学效率；再根据该氮农学效率推测该目标区域的氮肥用量；

6)根据所述适用性过程模型模拟的冬小麦养分吸收曲线，并根据步骤5)的肥料分配结果，确定基施氮肥和追施氮肥的比例分配及氮肥种类。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，推测该目标区域的氮肥用量的方法为：所述氮农学效率＝(目标产量-减氮小区产量)/施氮量；然后通过公式Yt＝0.0117X²+0.0652X-0.492计算为氮肥产量反应Yt，X为氮农学效率；然后通过公式Fert＝77.012*ln(Yt)+122.94计算该目标区域的单位面积氮肥用量Fert；然后根据该目标区域的单位面积氮肥用量Fert推测该目标区域的氮肥用量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该目标区域有机肥和化肥的用量及种类为：氮肥总量按照速效氮50％、缓释氮肥20％和有机肥氮30％分配。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基施氮肥和所述追施氮肥按70％和30％的比例分配；所述基施氮肥占氮肥总量的比例分配为：30％有机肥氮、20％缓释肥基施、20％速效氮肥；将30％的速效氮肥作为所述追施氮肥，分别在冬小麦的返青期和孕穗期进行追肥，其比例为1:1。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述基肥肥料播前旋耕翻入土壤。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述适用性过程模型为APSIM模型。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，对该目标区域补充磷肥，其方法为：采用APSIM模型得到该目标区域的冬小麦潜在产量，再根据APSIM模型得到该目标区域达到所述目标产量对应的磷肥施肥量，确定该目标区域需补充的磷肥并将其作为基肥一次性施入。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，对该目标区域补充钾肥，其方法为：根据该目标产量计算对应的钾肥施用量，确定出该目标区域需补充的钾肥并将其作为基肥一次性施入。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对该目标区域采用50％玉米秸秆切碎加上秸秆腐熟菌剂还田，翻埋10-20cm。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤数据包括不同土壤层次土壤饱和水含量、萎焉含水量、硝态氮铵态氮、有机碳、速效磷、pH值；所述气象数据包括近若干年的逐日降雨量、最高气温、最低气温、太阳辐射数据；所述管理措施数据包括冬小麦的播种收获信息、施肥信息。