CN104396591B - 一种非肥料养分效果的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非肥料养分效果的评价方法，包括以下步骤：在田间设置不施肥小区进行试验，并测定面积；测定种植前土壤有效养分元素含量和土壤有效养分元素缓冲值；整个生产期间不施任何肥料，其它同习惯做法；在作物收获时测定不施肥情况下作物对养分元素的吸收量；分析测定收获后土壤的有效养分元素含量；计算出耕作层土壤重量；计算土壤有效养分元素总量的变化值；计算非肥料养分效果值；最后根据得到的非肥料养分效果值进行评价；本发明把各种非肥料养分视为一个整体，通过测定出非肥料养分效果值来评价肥料以外的养分对作物生产的实际贡献，为肥料和施肥决策提供重要的参考依据，也可用于肥料施用效果评价和测土推荐施肥量计算。
Description
技术领域
本发明属于植物营养学技术领域，具体涉及一种非肥料养分效果的评价方法。
背景技术
在作物生产期间，向土壤投入的养分按其来源分为肥料养分和非肥料养分。肥料养分是指由肥料施用所带入的养分；非肥料养分是指除肥料施用以外的各种方式所带入的养分。非肥料养分包括降雨、灌溉、大气沉降、土壤固氮及前茬作物秸秆等各种途径带入的养分。对肥料养分施用效果的评价可以用肥料利用率、肥料农学效率、肥料偏生产力和肥料有效率等指标来评价，而对于非肥料养分的效果目前还缺少可行的评价指标或评价方法。非肥料养分的来源途径多种多样，其带入土壤中的具体数量通常都难以估算。非肥料养分进入土壤与作物系统后，其去向有可能被作物吸收，有可能保存在土壤中的有效养分库中，也可能通过挥发、随水迁移或被土壤固定等途径损失掉，这些也都是难以测定和估算的。如何评价这些非肥料养分对作物生产发生的效果，是植物营养学科的一大难题。测定和估算出非肥料养分的效果值对制订科学合理施肥措施和评价施肥的实际效果具有非常重要的意义。
发明内容
针对以上技术问题，鉴于各种非肥料养分的来源和去向都难以测定和估算的问题，本发明提出了一种非肥料养分效果的评价方法。
非肥料养分效果值是指在作物整个生产期间，作物秸秆、降雨、灌溉、大气沉降和土壤固氮等除施肥以外的各种途径带入的养分对作物生产产生的实际效果。
一种非肥料养分效果的评价方法，所述非肥料养分效果的评价是采用非肥料养分效果值来进行评价的，所述非肥料养分效果值的测算是通过田间试验得到的，包括以下步骤：
步骤1：在田间设置不施肥小区进行试验，并测定试验小区面积M；
不同作物生产期间或不同种植制度下，非肥料养分的效果值是不同的，需要通过在田间设置不施肥小区来进行测定，不施肥小区面积设置为0.3—0.5亩。
步骤2：在作物种植前采集试验小区的耕作层土壤制备成土壤样品，对土壤样品进行分析测定得到种植前土壤中的有效养分元素含量S0前和土壤有效养分元素缓冲值C；
步骤3：在作物整个生产期间试验小区不施任何肥料，其它栽培管理措施与当地习惯做法相同；
步骤4：在作物收获时测定不施肥小区的作物收获物产量和非收获物产量，结合小区面积M，计算得到收获物亩产量和非收获物亩产量；并取植株样品，分别测定收获物部分中的收获物干物质含量及收获物养分元素的含量，以及非收获物部分中的非收获物干物质含量及非收获物养分元素的含量，按照下式计算不施肥情况下作物对养分元素的吸收量U0；
U0=(收获物亩产量×收获物干物质含量×收获物养分元素含量+非收获物亩产量×非收获物干物质含量×非收获物养分元素含量)/1000
步骤5：在作物收获后采集耕作层土壤制备成土壤样品，对土壤样品进行分析测定得到收获后的土壤有效养分元素含量S0后；
步骤6：测定耕作层土壤厚度，按下式计算出耕作层土壤重量W；
W=耕作层厚度×667×土壤容重/1000，式中土壤容重通常取值1.1；
步骤7：按下式计算出收获后与种植前相比的土壤有效养分元素总量的变化
值P0：
P0=(S0后－S0前)×C×W
上式中，S0后是试验小区收获后的土壤有效养分元素含量，S0前是试验小区种植前的土壤有效养分元素含量，C是土壤有效养分元素含量缓冲值，W是耕层土壤养分重量；
步骤8：计算出非肥料养分效果值B，按下式计算：
B＝（U0+P0）×k
式中，k是元素转换成养分的系数；
步骤9：根据步骤8计算得到的非肥料养分效果值B进行评价：
如果B>0，则表明该非肥料的养分效果为正效果；作物和土壤作为一个整体从肥料以外获得的养分比损失的多；
如果B<0，则表明该非肥料的养分效果为负效果，作物和土壤作为一个整体从肥料以外获得的养分比损失的少；
如果B=0，则表明作物和土壤作为一个整体从肥料以外获得的养分与损失的相等。
作为本发明的进一步改进，步骤2和步骤5中所述土壤样品的制备方法为：在试验小区，沿S型路线，按照随机、等量和多点混合的原则采集耕作层土壤样品，每个样品的采样点25-30个，将采集的土壤按照四分法留取1kg的样品，制备成土壤样品。
作为本发明的进一步改进，所述土壤有效养分测定中土壤有效氮用还原碱解扩散法测定，土壤有效磷用Olsen法，土壤有效钾采用乙酸铵提取火焰光度计法测定。
作为本发明的进一步改进，所述土壤有效养分元素缓冲值的测定方法为：在步骤2测定种植前土壤中的有效养分元素含量时，用同样的方法连续两次测定土壤样品中的有效养分元素含量，第2次用的土壤样品是经过第1次测定后的土壤样品，第1次测定结果为S1，第2次测定结果为S2，土壤有效养分元素缓冲值为：
C=S1/（S1-S2）。
作为本发明的进一步改进，步骤4中所述收获物亩产量和非收获物亩产量的测定方法为：在作物收获时测定不施肥小区的作物收获物产量和非收获物产量和植株取样同时进行，首先调查整个试验小区的情况得到小区总株数或总蔸数；然后在整个试验小区沿S型路线，随机抽取30株或蔸植株，将植株连根拔出或挖出，分成收获物和非收获物两部分，分别测定得到30株或蔸植株收获物部分重量和30株或蔸植株非收获物部分重量，结合试验小区面积M，按下式计算得到收获物亩产量和非收获物亩产量：
收获物亩产量=小区总株数或总蔸数×（30株或蔸收获物重量/30）/M；
非收获物亩产量=小区总株数或总蔸数×（30株或蔸非收获物重量/30）/M。
作为本发明的进一步改进，所述收获物干物质含量、收获物养分元素含量、非收获物干物质含量及非收获物养分元素含量的测定方法为：从抽取的30株或蔸植株中分别采集收获物部分和非收获物部分的植株样品各0.3—0.5公斤，将植株样品按照以下方法进行分析测定：
先分别称量收获物部分的植株样品和非收获物部分的植株样品的重量，然后放入烘箱中105℃下处理30分钟，接着在80℃下处理24小时，得到烘干后收获物部分的植株样品和烘干后非收获物部分的植株样品，分别称重，采用下式计算得到收获物干物质含量和非收获物干物质含量，
收获物干物质含量=烘干后收获物部分的植株样品重量/烘前收获物部分的植株样品重量；
非收获物干物质含量=烘干后非收获物部分的植株样品重量/烘前非收获物部分的植株样品重量；
再对烘干后收获物部分的干植株样品和烘干后非收获物部分的干植株样品进行养分元素含量分析测定，得到收获物养分元素含量和非收获物养分元素含量。
作为本发明的进一步改进，所述干植株样品的养分元素含量分析测定采用常规方法，植株样品先用硫酸-过氧化氢消化后，用蒸馏滴定法测定全氮元素含量，用比色法测定全磷元素含量，用火焰光度法测定全钾元素含量。
作为本发明的进一步改进，所述步骤4中不施肥情况下作物对养分元素的吸收量U0针对氮元素（N）、磷元素（P）和钾元素（K）三种养分元素分别为U0N、U0P和U0K；
所述步骤7中土壤有效养分元素总量的变化值P针对氮元素、磷元素和钾元素三种养分元素分别为P0N、P0P和P0K；
所述步骤8中非肥料养分效果值B的计算针对氮养分（N）、磷养分（P2O5）和钾养分（K2O）三种养分，其非肥料养分效果值BN、BP和BK分别采用下列公式计算得到：
BN=U0N+P0N；
BP=（U0P+P0P）×2.29；
BK=（U0K+P0K）×1.205。
本发明一种非肥料养分效果值可应用在肥料施用效果评价中和测土推荐施肥中。
在评价肥料的实际施用效果时，非肥料养分效果值可用于肥料有效率的计算，计算公式如下：
E=（U+P-B）/Fn×100%
E—肥料有效率，%；
U—作物对养分的吸收量，kg/亩；
P—土壤有效养分盈亏量，kg/亩；
B—非肥料养分效果值，kg/亩；
Fn—肥料养分施用量，kg/亩；
在测土推荐施肥中的应用时，非肥料养分效果值可用于测土推荐施肥量的计算，计算公式如下：
F=[Y目×R-(S测-S目)×C×W×k-B]/（E×H）
F—肥料施用量，kg/亩；
Y目—作物要达到的目标产量，吨/亩；
R—作物每生产1吨产量对养分的吸收量，公斤/吨；
S测—土壤有效养分测定值，mg/kg；
S目—土壤要达到的有效养分目标含量，mg/kg；
C—土壤有效养分元素缓冲值；
K—元素转换成养分的系数；
W—每亩的耕作层土壤重量，百万公斤；
B—非肥料养分效果值，公斤/亩；
E—肥料有效率；
H—肥料中的养分含量；
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明把各种非肥料养分视为一个整体，把不施肥条件下作物对养分的吸收量和土壤有效养分库中有效养分变化值之和作为非肥料养分的效果值，通过测定出非肥料养分效果值，来评价肥料以外的养分对作物生产的实际贡献，为国家的肥料和施肥决策提供重要的参考依据，也可以应用于肥料施用效果评价和测土推荐施肥量的计算。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
某地晚稻生产中非肥料养分效果值的评价，包括以下步骤：
1、选择有代表性的地块设置不施肥小区进行田间试验，不施肥小区面积设置为0.3亩。
2、在作物水稻前，在试验小区，沿S型路线，按照随机、等量和多点混合的原则，采集耕作层土壤样品，采样点25个，将采集的土壤按照四分法留取1kg的样品，制备成分析用土壤样品；对土壤样品进行分析测定得到种植前土壤有效养分元素含量和土壤有效养分元素缓冲值。土壤有效养分元素测定采用常规分析方法，土壤有效氮用还原碱解扩散法测定；土壤有效磷用Olsen法；土壤有效钾采用乙酸铵提取火焰光度计法测定。
在测定土壤有效养分元素含量时，用同样的方法连续两次测定土壤样品中的有效养分元素含量。第1次测定结果为：有效N为106mg/kg，有效P为27.7mg/kg，有效K为95mg/kg；第2次测定结果为：有效N为7.9mg/kg，有效P为20.4mg/kg，有效K为8.6mg/kg；第2次用的土壤样品是经过第1次测定后的土壤样品。计算得到土壤有效养分元素的缓冲值：
土壤有效氮元素的缓冲值为：CN=106/（106-7.9）=1.08；
土壤有效磷元素的缓冲值为：CP=27.7/（27.7-20.4）=3.8；
土壤有效钾元素的缓冲值为：CK=95/（95-8.6）=1.1。
3、在作物整个生产期间试验小区不施任何肥料，其它栽培管理措施与当地习惯做法相同。
4、在作物收获时，首先调查整个试验小区的水稻蔸数，为750蔸；在整个试验小区沿S型路线，随机抽取30蔸水稻，将水稻植株连根拔出，分成稻谷和稻秆两部分，分别测定30蔸水稻的稻谷重量为0.48公斤，稻秆重量为0.98公斤。
湿稻谷亩产量=小区总蔸数×30蔸稻谷重量/30/小区面积=750×0.48/30/0.03=400(公斤)
湿稻杆亩产量=小区总蔸数×30蔸稻杆重量/30/小区面积=750×0.98/30/0.03=817(公斤)
从抽取的30株中分别采集有代表性的稻谷和稻杆的植株样品各0.45公斤，在实验室中测定得到湿稻谷的干物质含量为69%，湿稻杆的干物质含量为37%；稻谷氮元素含量为13.8g/kg，磷元素含量为3.07g/kg，钾元素含量为4.01g/kg；稻杆氮元素含量为8.11g/kg，磷元素含量为1.36g/kg，钾元素含量为20.9g/kg。
不施肥情况下水稻对养分元素的吸收量计算如下：
U0N=（400×0.69×13.8+817×0.37×8.11）/1000=6.26（公斤/亩）
U0P=（400×0.69×3.07+817×0.37×1.36）/1000=1.26（公斤/亩）
U0K=（400×0.69×4.01+817×0.37×20.9）/1000=7.43（公斤/亩）
5、在水稻收获后，在试验小区，沿S型路线，按照随机、等量和多点混合的原则，采集耕作层土壤样品，每个样品的采样点25个，将采集的土壤按照四分法留取1kg的样品，制备成分析用土壤样品；晚稻收获后的土壤有效养分元素的测定结果为：有效N为87mg/kg，有效P为24.9mg/kg，有效K为67mg/kg。
6、测得耕作层厚度为0.18米，土壤容重取1.1，耕作层土壤重量按下式计算：
W=0.18×667×1.1/1000=0.132（百万公斤）
7、计算出种植前后的土壤有效养分元素总量的变化值：
P0N=(S0后N－S0前N)×CN×W=(87-106)×1.08×0.132=-2.71(公斤/亩)
P0P=(S0后P－S0前P)×CP×W=(24.9-27.7)×3.8×0.132=-1.40(公斤/亩)
P0K=(S0后K－S0前K)×CK×W=(67-95)×1.1×0.132=-4.07(公斤/亩)
8、氮、磷和钾的非肥料养分效果值分别以N、P2O5和K2O的形式来表示，氮养分、磷养分和钾养分的非肥料养分效果值具体计算如下：
BN=U0N+P0N=6.26-2.71=3.55（公斤/亩）
BP=（U0P+P0P）×2.29=（1.26-1.40）×2.29=-0.32（公斤/亩）
BK=（U0K+P0K）×1.205=（7.43-4.07）×1.205=4.05（公斤/亩）
9、根据计算得到的非肥料养分效果值B进行评价：
本发明的方法，某地晚稻生产期间氮、磷和钾的非肥料养分效果值测定结果分别为3.55公斤N/亩、-0.32公斤P2O5/亩和4.05公斤K2O/亩。测定结果表明，在不施肥情况下，在晚稻生产期间作物与土壤整体从除施肥以外的各种途径获得的养分，与通过气态挥发、随水迁移或遭土壤固等途径损失的总养分比较，氮养分（N）和钾养分（K2O）为正效果，分别为3.55公斤/亩和4.05公斤/亩；磷养分（P2O5）为负效果，为-0.32公斤/亩，即损失的P2O5比获得的P2O5还要多，可以解释为由于早稻秸秆的磷含量较低，且降雨、灌溉和大气沉降等途径获得的磷也很少，而土壤对磷的固定作用较强烈，被土壤固定的磷较多，所以获得的磷比损失的磷少，所以P2O5为负效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种非肥料养分效果的评价方法，其特征在于：所述非肥料养分效果的评价是采用非肥料养分效果值来进行评价的，所述非肥料养分效果值的测算是通过田间试验得到的，包括以下步骤：
步骤1：在田间设置不施肥小区进行试验，并测定试验小区面积M；
步骤2：在作物种植前采集试验小区的耕作层土壤制备成土壤样品，对土壤样品进行分析测定得到种植前土壤有效养分元素含量S0前和土壤有效养分元素缓冲值C；
步骤3：在作物整个生产期间试验小区不施任何肥料，其它栽培管理措施与当地习惯做法相同；
步骤4：在作物收获时测定不施肥小区的作物收获物产量和非收获物产量，结合小区面积M，计算得到收获物亩产量和非收获物亩产量；并取植株样品，分别测定收获物部分中的收获物干物质含量及收获物养分元素含量，以及非收获物部分中的非收获物干物质含量及非收获物养分元素含量，按照下式计算不施肥情况下作物对养分元素的吸收量U0；
U0=(收获物亩产量×收获物干物质含量×收获物养分元素含量+非收获物亩产量×非收获物干物质含量×非收获物养分元素含量)/1000
步骤5：在作物收获后采集耕作层土壤制备成土壤样品，对土壤样品进行分析测定得到收获后的土壤有效养分元素含量S0后；
步骤6：测定耕作层土壤厚度，按下式计算出耕作层土壤重量W；
W=耕作层厚度×667×土壤容重/1000；式中土壤容重取值1.1；
步骤7：按下式计算出收获后与种植前相比的土壤有效养分元素总量的变化值P0：
P0=(S0后－S0前)×C×W
步骤8：按下式计算出非肥料养分效果值B：
B＝（U0+P0）×k，
式中，k是元素转换成养分的系数；
步骤9：根据步骤8计算得到的非肥料养分效果值B进行评价：如果B>0，则表明该非肥料的养分效果为正效果，作物和土壤作为一个整体从肥料以外获得的养分比损失的多；如果B<0，则表明该非肥料的养分效果为负效果，作物和土壤作为一个整体从肥料以外获得的养分比损失的少；如果B=0，则表明作物和土壤作为一个整体从肥料以外获得的养分与损失的相等。
2.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于：所述土壤样品的制备方法为：在试验小区，沿S型路线，按照随机、等量和多点混合的原则采集耕作层土壤样品，每个样品的采样点25-30个，将采集的土壤按照四分法留取1kg的样品，制备成土壤样品。
3.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，所述土壤有效养分元素缓冲值的测定方法为：在步骤2测定种植前土壤中的有效养分元素含量时，用同样的方法连续两次测定土壤样品中的有效养分元素含量，第2次用的土壤样品是第1次测定后的土壤样品，第1次测定结果为S1，第2次测定结果为S2，土壤有效养分元素缓冲值为：
C=S1/（S1-S2）。
4.根据权利要求1所述的评价方法，其特征在于，步骤4中所述收获物亩产量和非收获物亩产量的测定方法为：在作物收获时测定不施肥小区的作物收获物产量和非收获物产量和植株取样同时进行，首先调查整个试验小区的情况得到小区总株数或总蔸数；然后在整个试验小区沿S型路线，随机抽取30株或蔸植株，将植株连根拔出或挖出，分成收获物和非收获物两部分，分别测定得到30株或蔸植株收获物部分重量和30株或蔸植株非收获物部分重量，结合试验小区面积M，按下式计算得到收获物亩产量和非收获物亩产量：
收获物亩产量=小区总株数或总蔸数×（30株或蔸收获物重量/30）/M；
非收获物亩产量=小区总株数或总蔸数×（30株或蔸非收获物重量/30）/M。
5.根据权利要求4所述的评价方法，其特征在于，所述收获物干物质含量、收获物养分元素含量、非收获物干物质含量及非收获物养分元素含量的测定方法为：从抽取的30株或蔸植株中分别采集收获物部分和非收获物部分的植株样品各0.3—0.5公斤，将植株样品按照以下方法进行分析测定：
先分别称量收获物部分的植株样品和非收获物部分的植株样品的重量，然后放入烘箱中105℃下处理30分钟，接着在80℃下处理24小时，得到烘干后收获物部分的植株样品和烘干后非收获物部分的植株样品，分别称重，采用下式计算得到收获物干物质含量和非收获物干物质含量，
收获物干物质含量=烘干后收获物部分的植株样品重量/烘前收获物部分的植株样品重量；
非收获物干物质含量=烘干后非收获物部分的植株样品重量/烘前非收获物部分的植株样品重量；
再对烘干后收获物部分的干植株样品和烘干后非收获物部分的干植株样品进行养分元素含量分析测定，得到收获物养分元素含量和非收获物养分元素含量。
6.根据权利要求5所述的评价方法，其特征在于：所述干植株样品的养分元素含量分析测定采用常规方法，植株样品先用硫酸-过氧化氢消化后，用蒸馏滴定法测定氮元素含量，用比色法测定磷元素含量，用火焰光度法测定钾元素含量。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的评价方法，其特征在于：
所述步骤4中不施肥情况下作物对养分元素的吸收量U0针对氮元素、磷元素和钾元素三种养分元素分别为U0N、U0P和U0K；
所述步骤7中土壤有效养分元素总量的变化值P0针对氮元素、磷元素和钾元素三种养分元素分别为P0N、P0P和P0K；
所述步骤8中非肥料养分效果值B的计算针对氮养分、磷养分和钾养分三种养分，其非肥料养分效果值BN、BP和BK分别采用下列公式计算得到：
BN=U0N+P0N；
BP=（U0P+P0P）×2.29；
BK=（U0K+P0K）×1.205。
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