CN103210727A - 一种预测水稻氮肥施用量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预测水稻氮肥施用量的方法，首先确定具体田块的氮素归还指数、目标产量和百公斤籽粒吸氮量，然后利用下列公式预测水稻氮肥施用量：水稻氮肥施用量=氮素归还指数×目标产量×百公斤籽粒吸氮量÷100，式中：氮素归还指数＝1／(1－氮素净损失率)，其中，1为具体田块前期水稻生产中投入土壤的肥料氮；氮素净损失率为氮肥投入后引起的土壤中氮向环境输出的增加量以及土壤中氮增加量之和占氮肥投入量的百分比；1－氮素净损失率为水稻收获后实际携出的氮含量；目标产量＝（1＋递增率）×前3年平均单产，单位为kg/亩；百公斤籽粒吸氮量为：水稻每产出100kg经济产量所需要吸收的氮，单位为kgN/kg。

Description

一种预测水稻氮肥施用量的方法

技术领域

本发明涉及一种预测水稻氮肥施用量的方法。

背景技术

水稻生长需要氮肥，推荐水稻氮肥施用量的方法可分为两类，即基于土壤和植株测试的推荐方法和基于肥料效应函数的推荐方法，前一种方法因为测试条件的限制和准确性问题在生产中应用不多，后一种方法（以下称为肥料效应函数法）是我国《测土配方施肥技术规范》推荐使用和目前普遍采用的方法。肥料效应函数法的实施首先要进行肥料田间试验，根据试验结果得到肥料效应方程，然后对方程求导，由边际产量（dy/dx=0）和边际效益（dy/dx=px/py）推荐出2种施氮量：即最高产量施氮量（即获得最高产量时的推荐施氮量）和最佳经济施氮量（即获得最佳经济效益时的推荐施氮量），其中最佳经济施氮量比最高产量施氮量低，在生产中应用得较多（但仍偏高）。肥料效应函数法的实施是一个把“点状”田块的试验结果推广到“面上”区域的过程，在国外以规模经营为主的农场中应用效果较好，而在我国高度分散经营的土地利用方式中，由于长期以来农民对土壤投入和经营方式的差异，即使在同一区域，田块之间的肥力水平（或者说产量潜力）也存在很大不同，以少量“点状”试验结果推广到“面上”必然会在部分田块出现不理想的效果。另外，肥料效应函数法本身也有一定局限性，这主要表现在当季的试验结果不能在当季应用，而由于气候的年度间变异也可能导致推荐效果的偏差。因此，尽管近年来农业技术推广部门大力推广这项技术，农民们还是习惯沿用以往的施肥量进行施肥，或者在不同田块施相同用量的氮肥，导致农业生产中氮肥投入长期居高不下，土壤氮素逐年盈余，农业面源污染日益加剧。因此，可以说高度分散经营的土地利用方式和不能实时应用影响了肥料效应函数法在我国的应用效果，研究一种能针对具体田块且能提前预测水稻施氮量的简易方法十分必要。

目前，对推荐施肥的研究已进入到以产量、品质和环境为多元目标的科学施肥时期，“土壤氮素平衡法”由于可防止土壤氮素盈余、降低环境风险，已成为人们竞相追逐的研究热点，但由于土壤氮素平衡的影响因素众多、影响过程十分复杂，应用养分平衡作为推荐施肥的依据一直是研究难点，迄今还没有令人满意的具体方法在生产中得到推广。较早将土壤氮素平衡应用到推荐施氮的是芬兰、挪威等欧洲国家，目前许多OECD国家加入到这个行列，但它们只是将氮素平衡作为限制作物施氮总量和控制环境污染的手段，并由此规定作物的最高施氮量。其基本原理是一种简单的土壤氮素平衡，即：当季作物施氮量=目标产量需氮量﹣土壤供氮量，土壤氮素平衡的计算中没有考虑氮的损失，具体田块准确的土壤供氮能力也不易获得，因而难以实现对具体田块施氮量的提前预测。我国农业部于2005年颁布并于2011年修订的《测土配方施肥技术规范》中也介绍了一种利用养分平衡计算施肥量的方法，其计算公式为：施肥量=（目标产量所需养分总量-土壤供肥量）÷（肥料中养分含量×肥料当季利用率），虽然考虑了肥料的损失（肥料当季利用率），但由于同样存在土壤供肥能力的不易获得，且不可能提前预知肥料当季利用率，该方法在生产实际中也应用很少。

如何更好地建立更为实际的预测水稻氮肥施用量的方法，是本领域希望解决的实际问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对本领域的实际需求，结合上述预测水稻氮肥施用量中存在的问题，以土壤氮素平衡为前提，提供一种新的预测水稻氮肥施用量的方法。

本发明的目的是这样实现的：一种预测水稻氮肥施用量的方法。其特征在于：首先确定具体田块的氮素归还指数、目标产量和百公斤籽粒吸氮量，然后利用下列公式预测水稻氮肥施用量：

水稻氮肥施用量=氮素归还指数×目标产量×百公斤籽粒吸氮量÷100，式中：

氮素归还指数＝1／(1－氮素净损失率)，其中，1为具体田块前期水稻生产中投入土壤的肥料氮；氮素净损失率为氮肥投入后引起的土壤中氮向环境输出的增加量占氮肥投入量的百分比；1－氮素净损失率为水稻收获后实际携出的氮占氮肥投入量的百分比；

目标产量＝（1＋递增率）×前3年平均单产，单位为kg/亩；

百公斤籽粒吸氮量为：水稻每产出100kg经济产量所需要吸收的氮，单位为kgN / kg。

本发明涉及的百公斤籽粒吸氮量是指水稻每产出100kg经济产量（籽粒）所需要吸收的氮的规范文件源于：农业部于2005年颁布并于2011年修订的《测土配方施肥技术规范》第16页；本发明涉及的目标产量（公斤/亩）＝（1＋递增率）×前3年平均单产（公斤/亩）一般粮食作物的递增率为10%～15%的技术规范源于：农业部于2005年颁布并于2011年修订的《测土配方施肥技术规范》第34页。

本发明的优点在于：应用方便、简单，不需要经过田间肥料试验，农民根据前期该田块的产量潜力即可计算，提前得出具体田块的合理施氮量，作为对当季水稻的推荐施氮量；推荐的施氮量与肥料效应函数法推荐的施氮量总体（或区域上）基本一致或略低，具体田块的推荐施氮量也更为合理。

具体实施方式

实施例1

江苏省太湖平原和里下河平原位于长三角平原的碟形两翼，其形成机制、地貌特点和气候特征接近，种植水稻的施肥习惯和产量水平也基本一致，且均属于北亚热带季风气候，四季分明。为预测这一区域内水稻田块的施氮量，可采用以下步骤：

首先收集、查找江苏省太湖地区和里下河地区种植水稻时的土壤氮素平衡资料，利用公式：氮素归还指数＝1／(1－氮素净损失率)计算出这2个区域种植水稻时的氮素归还指数，结果为1.47。

然后研究分析区域内种植水稻品种的吸氮特性，找出水稻品种百公斤籽粒吸氮量与产量水平之间的相关关系，根据“凌启鸿, 张洪程, 戴其根, 等.水稻精确定量施氮研究.中国农业科学[J],2005,38（12）：2457-2467”的研究结果，对江苏现行的粳稻品种而言，其百公斤籽粒吸氮量与籽粒产量（kg/亩）符合下列线性关系：粳稻品种百公斤籽粒吸氮量=0.0013×籽粒产量+1.161,相关系数为0.8280**。在同级产量水平下，籼稻的百公斤籽粒吸氮量比粳稻低0.2kg，即江苏现行的籼稻品种的百公斤籽粒吸氮量与籽粒产量（kg/亩）符合下列线性关系：籼稻品种百公斤籽粒吸氮量=0.0013×籽粒产量+0.961。因此，江苏省太湖平原和里下河平原水稻具体田块的施氮量可通过以下公式计算：

公式（1）：

粳稻品种推荐施氮量(kgN/亩)=0.0147×目标产量×(0.0013×目标产量+1.161)；

公式（2）：

籼稻品种推荐施氮量(kgN/亩)=0.0147×目标产量×(0.0013×目标产量+0.961)。

实施例2

为了推荐江苏省苏州市望城镇太湖地区农科院某一具体田块的水稻（苏香粳1号）氮肥施用量：

应用肥料效应函数法的实施方式是：进行1个水稻田间7水平氮肥用量试验（2010年进行），即在田间设置三个平行试验区组，每个区组有7个不同施氮施氮水平的试验区，收获7个不同施氮水平下的水稻产量。根据我国农业部2005年制定并于2011年修订的《测土配方施肥技术规范》，建立施氮量(x)与水稻产量(y)之间的肥料效应方程为：y=-0.58x²+23.184x+358.25，R²=0.9663^**。由边际产量（dy/dx=0）和边际效益（dy/dx=px/py）可计算出最高产量施氮量和最佳经济施氮量分别为19.98kgN/亩和18.42kgN/亩（px和py分别指氮肥和水稻的市场价，尿素价格按4.35元/kgN、水稻价格按2.4元/kg籽粒），与此相对应的最高产量和最佳经济产量分别为590kg/亩和589kg/亩。

应用本发明方法，以最高产量590kg/亩为目标，可根据实施例1中的公式⑴直接计算出推荐施氮量为16.72kgN/亩。比应用肥料效应函数法推荐的最高产量施氮量和最佳经济施氮量分别降低9.2%～16.3%。

实施例3

为了推荐江苏省镇江丹阳市6个具体田块的水稻（粳稻）氮肥施用量：

应用肥料效应函数法的实施方式是：进行6个水稻田间6水平氮肥用量试验，即在6个水稻田块分别设置三个平行试验区组，每个区组有6个不同施氮施氮水平的试验区，收获6个不同施氮水平下的水稻产量。根据我国农业部2005年制定并于2011年修订的《测土配方施肥技术规范》，建立施氮量(x)与水稻产量(y)之间的肥料效应方程，由边际产量（dy/dx=0）和边际效益（dy/dx=px/py）分别计算最高产量施氮量和最佳经济施氮量，结果显示6个试验田块的平均最高产量施氮量和最佳经济施氮量分别为19.8kgN/亩和17.8kgN/亩（表1）。

应用本发明方法，（为方便比较）分别以最高产量和最佳经济产量为目标产量来进行氮肥推荐时，利用实施例1中公式⑴可以直接计算出其推荐施氮量分别平均为17.1 kgN/亩和17.0kgN/亩，在同等产量条件下，比肥料效应函数法推荐的最高产量施氮量和最佳经济施氮量分别平均降低13.6%和4.5%。在个别田块的推荐施氮量上也表现得更为合理，如皇塘水稻的产量最高，应用肥料效应函数法推荐的施氮量却最低（表1）。

表1. 2009年丹阳水稻试验结果

实施例4

为了推荐江苏省泰州市姜堰7个具体田块的水稻（粳稻）氮肥施用量：

应用肥料效应函数法的实施方式是：进行7个水稻田间8水平氮肥用量试验，即在7个水稻田块分别设置三个平行试验区组，每个区组有8个不同施氮施氮水平的试验区，收获8个不同施氮水平下的水稻产量。根据我国农业部2005年制定并于2011年修订的《测土配方施肥技术规范》，建立施氮量(x)与水稻产量(y)之间的肥料效应方程，由边际产量（dy/dx=0）和边际效益（dy/dx=px/py）分别计算最高产量施氮量和最佳经济施氮量，结果显示7个试验田块的平均最高产量施氮量和最佳经济施氮量分别为20.7kgN/亩和18.5kgN/亩（表2）。

应用本发明方法，（为方便比较）分别以最大产量和最佳经济产量为目标产量来进行氮肥推荐时，利用实施例1中的公式（1）可以直接计算出其推荐施氮量分别平均为19.0kgN/亩和18.5kgN/亩，在同等产量条件下，比肥料效应函数法推荐的最高产量施氮量和最佳经济施氮量分别降低8.2%和0.0%。在具体田块的推荐施氮量上也表现得更为合理，具体表现在应用肥料效应函数法推荐水氮施氮量时会出现高产低推荐的现象（如张甸2005、2006（2）和2007），推荐的最高产量施氮量和最佳经济施氮量变异明显增大（表2）。

表2 2005-2007年姜堰水稻试验结果

实施例5

为了推荐江苏省泰州市姜堰15个具体田块的水稻（粳稻）氮肥施用量：

应用肥料效应函数法的实施方式是：进行15个水稻田间7水平氮肥用量试验，即在15个水稻田块设置三个平行试验区组，每个区组有7个不同施氮施氮水平的试验区，收获7个不同施氮水平下的水稻产量。根据我国农业部2005年制定并于2011年修订的《测土配方施肥技术规范》，建立施氮量(x)与水稻产量(y)之间的肥料效应方程，由边际产量（dy/dx=0）和边际效益（dy/dx=px/py）分别计算最高产量施氮量和最佳经济施氮量，结果显示7个试验田块的平均最高产量施氮量和最佳经济施氮量分别为20.2kgN/亩和18.6kgN/亩（表3）。

应用本发明方法，（为方便比较）分别以最大产量和最佳经济产量为目标产量来进行氮肥推荐时，利用实施例1中的公式（1）可以直接计算出其推荐施氮量分别平均为18.1kgN/亩和18.0kgN/亩，在同等产量条件下，比肥料效应函数法推荐的最高产量施氮量和最佳经济施氮量分别降低10.4%和2.7%。在具体田块的推荐施氮量上也表现得更为合理，具体表现在应用肥料效应函数法推荐水氮施氮量时会出现高产低推荐的现象（如桥头2007、娄庄2007和沈高2008），或出现低产高推荐现象（如张甸2006和2008），推荐的最高产量施氮量和最佳经济施氮量变异增大（表2）。

表3 2006-2009年姜堰水稻试验结果

以上各实施例不是对本发明的具体限制，在江苏省太湖地区和里下河地区种植的水稻为籼稻品种时，可以通过实施例1中的公式（2）进行预测，当种植地区发生变化时，应该根据不同地区的土壤氮素平衡资料，计算氮素归还指数。

Claims (1)

1.一种预测水稻氮肥施用量的方法，其特征在于：首先确定具体田块的氮素归还指数、目标产量和百公斤籽粒吸氮量，然后利用下列公式预测水稻氮肥施用量：

水稻氮肥施用量=氮素归还指数×目标产量×百公斤籽粒吸氮量÷100，式中：

氮素归还指数＝1／(1－氮素净损失率)，其中，1为具体田块前期水稻生产中投入土壤的肥料氮；氮素净损失率为氮肥投入后引起的土壤中氮向环境输出的增加量以及土壤中氮增加量之和占氮肥投入量的百分比；1－氮素净损失率为水稻收获后实际携出的氮含量；

目标产量＝（1＋递增率）×前3年平均单产，单位为kg/亩；

百公斤籽粒吸氮量为：水稻每产出100kg经济产量所需要吸收的氮，单位为kgN / kg。