CN107660368A - 一种春玉米施肥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种春玉米施肥方法。本方法为：1)确定目标区域的目标产量，计算目标区域春玉米作物的氮农学效率；根据氮农学效率推测该目标区域的氮肥使用量；2)根据该目标区域的氮肥使用量确定该目标区域有机肥和化肥的用量进行分配；3)根据步骤2)的分配结果，确定氮肥类型及其基追肥比例分配。本发明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QUEFTS模型模拟作物养分吸收参数，估算不同潜在产量，配以微生物肥料/有机肥的施用和合理的自动灌溉技术，不但确保春玉米高产，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。

Description

一种春玉米施肥方法

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春玉米施肥方法。

背景技术

在全球三大谷物中，玉米总产量和单产均居于世界首位，美国和中国是全球最主要的玉米生产国家，从2014年起，中国玉米播种面积开始超过美国，2016年达到3812万公顷，但由于玉米单产水平较低，中国玉米总产量远低于美国。2016年美国玉米产量3.85亿吨，占全球玉米总产量的36.1％，中国玉米产量2.2亿吨，占全球玉米总产量的20.6％(中商产业研究院，2017.http://www.askci.com/news/chanye/20170607/14115999868_2.shtml)。涵盖黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古东部在内的我国东北地区是最重要的玉米产区，主要以种植春玉米为主，2016年中国统计年鉴数据显示，仅黑龙江、吉林和辽宁三省的播种面积超过1204万公顷，总产量超过全国的三分之一，在我国粮食安全保障体系和农业生产中占有重要地位。

近年来，我国玉米产量呈持续增长的趋势，这与化肥的大量施用密不可分，然而化肥利用率却普遍不高，同时农户为追求高产而过量施肥现象较为普遍，针对吉林省梨树县2012-2014年的施肥现状调查显示，160-240kg.hm^-2是较适宜的施氮区间，但过量施氮的农户(>240kg.hm^-2)达到54.1％，并且76.2％的农户采用氮肥基肥和追肥施用的方式(苏效坡,伍大利,夏婷婷,高强,米国华.吉林省梨树县农户春玉米氮肥施用现状调查.吉林农业科学,2015,40(5):46-48,70)。吉林省2005-2013年的1110个“3414”田间试验发现，氮磷钾三种肥料对产量的贡献率分别为23.4％、14.1％和11.9％(王寅,冯国忠,焉莉,高强,宋立新,刘振刚,房杰.吉林省玉米施肥效果与肥料利用效率现状研究.植物营养与肥料学报,2016,22(6):1441-1448)，农田中盈余的养分或者流失进入水体、或者挥发进入大气、或者残留在土壤中，从而导致了一系列直接或潜在的环境问题。

合理的玉米施肥技术是保护土壤肥力、提高玉米产量、实现粮食安全的主要途径，也是减少农业面源污染、促进农业可持续发展的重要措施。近年来玉米品种不断更替以及产量潜力不断提高，但推荐施肥所采用的作物养分吸收参数却更新较慢，且大都多是通过单一田间试验获得的试验数据，这就导致通过玉米养分吸收特征参数指导施肥存在一定的滞后性和盲目性，从而限制了高产品种产量潜力的发挥和肥料利用率的提高。此外，传统的玉米推荐施肥方法多从目标产量角度考虑，一般仅考虑肥料的投入而很少考虑其对环境风险的影响，但随着计算机技术的进步，相关模型模拟技术发展起来，一系列生物地球化学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QUEFTS、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，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。

春玉米生育过程中，前期营养生长需氮量小、后期生殖生长需氮量大，但农户实际生产中往往将氮肥重点施在玉米生育中前期，导致前期施肥延后、后期施肥提前，从而使得玉米施肥时期和玉米需肥规律不大一致。因此，传统的氮肥施用方法已不能满足玉米高产需要，而如何利用模型模拟技术按照玉米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简便有效的春玉米合理施肥方法。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QUEFTS模型模拟作物养分吸收参数，估算不同潜在产量，配以微生物肥料/有机肥的施用和合理的自动灌溉技术，从而不但确保春玉米高产，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。

本发明的技术方案为：

一种春玉米施肥方法，其步骤包括：

1)确定目标区域的目标产量，计算目标区域春玉米作物的氮农学效率；根据氮农学效率推测该目标区域的氮肥使用量；

2)根据该目标区域的氮肥使用量确定该目标区域有机肥和化肥的用量进行分配；

3)根据步骤2)的分配结果，确定氮肥类型及其基追肥比例分配。

进一步的，所述氮农学效率＝(目标产量-减氮小区产量)/施氮量；首先通过公式Yt＝0.0056*X²+0.1719*X-1.3376计算为氮肥产量反应Yt，X为氮农学效率，然后通过公式Fert＝76.137*ln(Yt)+95.87计算该目标区域的单位面积氮肥使用量Fert。

进一步的，所述步骤3)中，确定的氮肥类型及其基追肥比例分配为：氮肥总量按照速效氮60％、缓释氮肥20％和有机肥氮20％分配，基施氮肥和追施氮肥按60％和40％的比例分配。

进一步的，所述基施氮肥的比例分配为20％有机肥氮、20％缓释肥基施、20％速效氮肥。

进一步的，所述追施氮肥分别在大喇叭口期和抽穗期进行追肥，其比例为1:1。

进一步的，所述步骤2)中，有机肥氮占氮肥使用量的比例为15％～35％。

进一步的，对该目标区域补充磷肥，其方法为：采用QUEFTS模型得到该目标区域的春玉米潜在产量，再根据QUEFTS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QUEFTS模型得到该目标区域达到所述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，对该目标区域施硫酸锌肥，作为种肥施入；对该目标区域施用秸秆碳或秸秆还田，其中，秸秆炭2000kg.hm^-2，深翻20～30cm，50％秸秆还田加上秸秆腐熟菌剂。

进一步的，所述目标区域为东北地区或西北地区；基肥肥料施肥深度在土壤深度15～18cm。

本发明提供的具体方法如图1所示，其包括步骤为：

1)确定目标区域的目标产量：基于田间试验数据，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。

2)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春玉米作物的农学效率，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＝0.0056*X²+0.1719*X-1.3376 (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＝76.137*ln(Yt)+95.87(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：东北春玉米目标产量12000kg.hm^-2，农学效率为16.5kg.kg^-1，再结合公式1和公式2，估算出氮肥推荐量为180kg。

3)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，有机肥替代化肥最佳比例为20％(取值范围为15-30％，见表1)，即有机肥氮20％，化肥氮80％。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。

表1为有机肥替代化学氮素对作物产量的影响(kg/ha)

地点/作物	有机替代20％	有机替代30％	有机替代40％	有机替代50％
					黑龙江春玉米	12150	12060	11850	11656

如：第一步中估算出的氮肥用量为180kg.hm^-2，则有机肥氮折合纯氮36kg.hm^-2，化肥氮折合纯氮144kg.hm^-2。

4)氮肥类型及其基追肥比例分配

氮肥总量按照速效氮60％、缓释氮肥20％和有机肥氮20％分配，基施氮肥和追施氮肥按60％和40％的比例分配。

基施氮肥：20％有机肥氮、20％缓释肥基施、20％的速效氮肥作为基肥施入，总计比例为60％。

追施氮肥：40％速效氮肥作为追肥，分别在大喇叭口期和抽穗期进行追肥，其比例为1:1。

如表2，基于试验结果显示，缓释肥前期可以减缓土壤脲酶活性、延缓尿素中氮的分解速率，在玉米需氮量最高的孕穗期至抽穗期这阶段提高了土壤脲酶的活性，使氮素供应与作物吸收氮素同步，提高了作物的产量和氮素利用效率。春玉米采用缓控释肥技术，比习惯施肥增产14.5％，可减施化学氮肥20％，氮肥利用率提高8.3个百分点。

表2为缓控释肥试验结果

例如：根据上一步计算出的氮肥总用量为144kg.hm^-2，其中速效氮肥用量108kg.hm^-2，缓释氮肥36kg.hm^-2，有机肥36kg.hm^-2。基施氮肥量为：速效氮肥用量36kg.hm^-2，缓释氮肥36kg.hm^-2，有机肥36kg.hm^-2；追施氮肥量为：两次速效氮肥用量分别为36kg.hm^-2，分别在大喇叭口期和抽穗期进行追肥。

5)补充磷肥

收集春玉米种植地区土壤、气象、产量、养分吸收、品种参数资料，采用QUEFTS模型，模拟春玉米种植区域的潜在产量，所估算的潜在产量由于考虑了土壤、品种、养分吸收等信息，可反映当地的土壤肥力等级，再根据QUEFTS模型，模拟目标产量下的春玉米磷肥施肥量。为便于操作，具体划分5个等级。用户根据不同肥力水平下的不同的目标产量，选取春玉米的施磷量，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

肥力水平\目标产量	6t/ha	8t/ha	10t/ha	12t/ha	14t/ha
						高肥力	30-34	38-43	47-53	57-62	66-72
较高肥力	34-39	43-48	53-58	62-67	72-77
						中肥力	39-44	48-53	58-63	67-72	77-82
较低肥力	44-54	53-63	63-73	72-82	82-92
						低肥力	54-69	63-79	73-88	82-98	92-107

例如：推荐地点的肥力水处于较高肥力水平，目标产量为12t/ha，磷肥用量范围为62-67kg.hm^-2，可选择65kg.hm^-2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。

6)补充钾肥

参考上一步所划分的土壤肥力等级，再根据QUEFTS模型，模拟目标产量下的春玉米钾肥施用量。为便于操作，具体划分5个等级。用户根据不同肥力水平下的不同的目标产量，选取春玉米的施钾量即可。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

肥力水平\目标产量	6t/ha	8t/ha	10t/ha	12t/ha	14t/ha
						高肥力	30-37	40-47	50-57	60-67	70-77
较高肥力	37-45	47-55	57-65	67-75	77-85
						中肥力	45-52	55-62	65-72	75-82	85-92
较低肥力	52-67	62-77	72-87	82-97	92-107
						低肥力	67-90	77-100	87-110	97-120	107-130

例如：在较高肥力水平下，钾肥用量不超过75kg.hm^-2。钾肥作为基肥一次性施入。

7)补充施硫酸锌肥

施硫酸锌15kg.hm^-2，作为种肥施入。主要用于防止白花叶病，防止后期后期植株矮小，增强植物的抗逆性，提高籽粒重量。

8)施用秸秆碳或秸秆还田

秸秆炭2000kg.hm^-2，深翻20～30cm。

可以用秸秆替代，使用方法为：50％秸秆还田加上秸秆腐熟菌剂。

基于试验结果显示，春玉米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

9)肥料深施技术

基肥肥料施肥深度要求在土壤深度15～18cm。当条件不具备时，可因地制宜选用化肥深施机械、追肥机械、种肥同播机械等操作。

与现有技术相比，本发明的积极效果为：

本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，利用经验证的QUEFTS提炼施肥公式，配以微生物肥料/有机肥的施用和合理的自动灌溉技术，从而不但确保春玉米高产，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。

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。

实施例一：

(1)试验位于吉林省公主岭市，春玉米单作是当地的主要种植模式，具体试验处理见表6，每个小区面积60m²，4次重复，其中FP处理为当地农户习惯施肥模式。

表6试验试验处理(单位：kg.hm^-2)

(2)不同施肥模式对玉米产量和养分利用的影响

东北春玉米2013年产量结果表明(表7)，FP、P1和P2模式玉米产量分别为10719.9、11809.7、11785.0kg.hm^-2，P1和P2模式产量显著高于农民习惯施肥模式(FP)。与FP相比，两个持续高产集成模式(P1和P2)虽然减少了20％多的氮素用量，但产量均有增加，增产率分别为10.2％和9.9％，说明这两种模式具有可持续提高玉米产量的潜力。

肥料的农学效率是单位面积施肥量对作物经济产量增加的反映，是农业生产中最重要也是最关心的经济指标之一。不同氮肥施用模式下化学氮肥的农学效率由高到低依次为P1>P2>FP，与FP相比，P1和P2模式分别增加135.7％和133.9％，且P1和P2模式显著提高(P<0.05)。氮素的回收率是指作物吸收肥料氮的比例，FP、P1和P2模式的氮肥回收率分别为30.2％、52.6％和46.7％，分别比FP模式增加74.1％和54.7％，且差异达到显著水平(P<0.05)，说明可持续高产集成模式能够提高氮素的吸收和利用，进而减少氮素的损失。氮素收获指数由高到低依次为P2>P1>FP，优化模式和可持续模式均高于农民习惯施肥模式，说明这两个模式玉米植株中积累的氮更多分配到籽粒中，吸收的氮保留在秸秆中较少，这样可以减少秸秆移走或焚烧损失的氮，提高氮的利用率。

以上结果表明，与农民习惯施肥模式(FP)相比，本发明提出的可持续高产集成模式(P1和P2)可获得更高的产量和氮素养分利用效率，明显提高氮素农学效应，具有进一步提高产量和氮素养分利用效率的潜力。

表7不同氮肥施用模式对玉米产量和养分利用的影响

以上表7的结果表明，与农民习惯施肥模式相比，本发明提出的可持续高产集成模式下土壤全氮、有机质、碱解氮、速效钾和速效钾含量与农民习惯施肥显著差异，土壤脲酶活性、微生物量碳和氮含量均有提高，其中P2模式下氮素的肥力效应好于其他模式，说明其对土壤肥力提升具有一定的潜力。

水稻、小麦和玉米采用有机替代-缓释肥集成技术，比习惯施肥增产6.5％-25.7％，可减施化学氮肥32％-44％，氮肥利用率提高9-20个百分点(表8)；采用秸秆还田-缓释肥集成技术，比习惯施肥增产7.9％-47.9％，可减施化学氮肥15％-30％，氮肥利用率提高14-23个百分点(表9)。

表8有机替代-缓释肥模式示范结果

表9秸秆还田-缓释肥模式示范结果

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 (10)

1.一种春玉米施肥方法，其步骤包括：

1)确定目标区域的目标产量，计算目标区域春玉米作物的氮农学效率；根据氮农学效率推测该目标区域的氮肥使用量；

2)根据该目标区域的氮肥使用量确定该目标区域有机肥和化肥的用量进行分配；

3)根据步骤2)的分配结果，确定氮肥类型及其基追肥比例分配。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮农学效率＝(目标产量-减氮小区产量)/施氮量；首先通过公式Yt＝0.0056*X²+0.1719*X-1.3376计算为氮肥产量反应Yt，X为氮农学效率，然后通过公式Fert＝76.137*ln(Yt)+95.87计算该目标区域的单位面积氮肥使用量Fert。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中，确定的氮肥类型及其基追肥比例分配为：氮肥总量按照速效氮60％、缓释氮肥20％和有机肥氮20％分配，基施氮肥和追施氮肥按60％和40％的比例分配。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基施氮肥的比例分配为20％有机肥氮、20％缓释肥基施、20％速效氮肥。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述追施氮肥分别在大喇叭口期和抽穗期进行追肥，其比例为1:1。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中，有机肥氮占氮肥使用量的比例为15％～35％。

7.如权利要求1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QUEFTS模型得到该目标区域的春玉米潜在产量，再根据QUEFTS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1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QUEFTS模型得到该目标区域达到所述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。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对该目标区域施硫酸锌肥，作为种肥施入；对该目标区域施用秸秆碳或秸秆还田，其中，秸秆炭2000kg.hm^-2，深翻20～30cm，50％秸秆还田加上秸秆腐熟菌剂。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标区域为东北地区或西北地区；基肥肥料施肥深度在土壤深度15～18cm。