CN110073789B - 一种萝卜推荐施肥方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种萝卜推荐施肥方法。所述方法包括：(1)根据已知地块以往萝卜产量水平，确定当季萝卜的目标产量；(2)确定已知地块土壤基础养分供应水平；(3)根据多年多点减素试验计算已知地块的产量反应；或者根据已知地块土壤基础养分供应水平和产量反应系数估算施肥的产量反应；(4)利用QUEFTS模型模拟获得萝卜最佳养分需求量，结合目标产量、产量反应、土壤基础养分供应水平、农学效率以及上茬作物秸秆还田和本季作物养分残留平衡因素，计算萝卜达到目标产量所需的氮、磷、钾肥用量。本方法适用于不同大小田块萝卜的施肥推荐，且在有无土壤测试的情况下均可使用，具有时效性强、易于掌握、适用广泛等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种萝卜推荐施肥方法，属于农业资源环境领域。
背景技术
我国是萝卜发源地之一，距今已有2700多年的栽培历史。萝卜为十字花科植物，是以直根膨大形成肉质根为食用器官的根类蔬菜，因丰富的营养价值和超强的保健作用深受世界各地人们的喜爱。萝卜是我国的第二大类蔬菜，南北各地均有栽培，在我国蔬菜生产和消费中占有重要地位。
施肥是保证萝卜高产优质的重要技术措施之一，但目前萝卜生产中农民施肥多按传统经验进行，菜农一味追求高产以致施肥过量或不平衡现象普遍存在且日益严重。不合理施肥不仅造成肥料资源浪费，肥料利用率降低，而且对生态环境造成威胁，还会影响萝卜的口感和品质。因此，迫切需要建立科学有效的萝卜推荐施肥方法。
当前萝卜推荐施肥方法主要包括：采用简易设备如叶绿素仪，或硝酸盐反射仪等在田间对植株养分进行实时监测，并以此作为追肥决策的依据，或根据土壤测试设置“3414”试验建立产量与施肥量之间的函数关系，确定萝卜种植区土壤养分丰缺动态，实现萝卜精准变量施肥。然而，我国主要以家庭承包的形式经营土地，一些方法在实施过程中存在工作量繁重、耗时耗力和测定成本高等局限性，难以在我国萝卜生产中大面积推广使用。
已有研究表明，利用QUEFTS模型模拟可以获得作物最佳养分需求量，进而有助于推荐施肥，且该模型已在大豆、白菜等个别作物上已得到应用。但由于各作物之间性质差异显著，模型参数并不能替代使用，而且，萝卜品种繁多，根据季节分为春夏秋冬萝卜，且种植区域辽阔。
如何在现有QUEFTS模型计算方法指导下，确定适合萝卜的模型参数(如土壤基础养分供应、产量反应和农学效率等)，仍需根据中国特有的萝卜产量与养分吸收特征、土壤信息以及养分管理措施进行研究；由此可见，建立一套适合我国萝卜的模型参数，利用QUEFTS模型模拟获得萝卜最佳养分需求量，并进行合理的推荐施肥并非是显而易见的。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有萝卜推荐施肥方法的不足，本方法利用QUEFTS模型对萝卜多年多点多品种田间试验的产量和养分吸收数据进行校正和模拟，获得萝卜最佳养分需求曲线；同时结合目标产量、土壤基础养分供应、产量反应和农学效率等指标，考虑了氮磷钾养分的平衡施用，科学有效的进行施肥推荐。尤其是本发明QUEFTS模型考虑了氮磷钾养分之间的交互作用，这是与现有其它方法最大的不同。本方法适用于不同大小田块萝卜的施肥推荐，且在有无土壤测试的情况下均可使用，具有时效性强、易于掌握、适用广泛等特点。
本发明的技术方案如下：
一种萝卜推荐施肥方法，包括：
(1)根据已知地块以往萝卜产量水平，确定当季萝卜的目标产量；
(2)确定已知地块土壤基础养分供应水平；
(3)根据多年多点减素试验计算已知地块的产量反应；或者根据已知地块土壤基础养分供应水平和产量反应系数估算施肥的产量反应；
(4)利用QUEFTS模型对萝卜多年多点多品种田间试验的产量和养分吸收进行校正和模拟，获得针对萝卜特性的最佳养分需求量；结合目标产量、产量反应、土壤基础养分供应水平、农学效率以及上茬作物秸秆还田和本季作物养分残留平衡因素，计算萝卜达到目标产量所需的氮、磷、钾肥用量；
其中，步骤(4)中：
施氮量根据氮肥产量反应(目标产量与不施氮小区的产量差或目标产量×氮产量反应系数)和氮肥的农学效率来确定。
计算公式为：施氮量(kg N/ha)＝A*1000/(-0.031*A*A+6.0658*A+10.622)，A为产量反应(t/ha)；
施磷量主要根据施磷产量反应、作物移走量(维持基础地力部分需磷量)和上季磷素残效三部分来考虑。根据上季作物养分投入和移走情况，计算上季作物养分平衡：磷平衡＝投入-移走。如果平衡为负值则按“0”计，平衡为正值按磷素平衡的50％作为上季作物残余养分带入本季萝卜，在萝卜推荐用量中予以扣除；
施磷量(kg P2O5/ha)＝产量反应需磷量+作物移走量-上季磷素残效；
产量反应需磷量＝施磷产量反应×RIEP÷REP×2.292；
作物移走量＝目标产量×RIEP×HIP×80％×2.292；
(式中RIEP＝0.53，HIP＝0.689，REP＝30％，考虑归还80％的萝卜肉质根磷素移走量)；
上季磷素残效＝(上季作物有机肥和化肥磷养分投入量-上季作物磷养分移走量)×0.5；
(上季作物有机肥和化肥磷养分投入量按照实际调查数据获取)；
上季作物磷素养分移走量＝上季作物经济产量移走量+上季作物秸秆移走量；
上季作物经济产量移走量＝上季作物经济产量×RIEP×HIP×2.292；
上季作物秸秆移走量＝上季作物经济产量×RIEP×(1-HIP)×(1-还田比例)×2.292。
施钾量主要根据施钾产量反应、作物移走量(维持基础地力部分需钾量)和上季钾素残效三部分来考虑。根据上季作物养分投入和移走情况，计算上季作物养分平衡：钾平衡＝投入-移走。如果平衡为负值则按“0”计，平衡为正值按钾素平衡的80％作为上季作物残余养分带入本季萝卜，在萝卜推荐用量中予以扣除；
施钾量(kg K2O/ha)＝产量反应需钾量+作物移走量-上季钾素残效；
产量反应需钾量＝施钾产量反应×RIEK÷REK×1.205；
作物移走量＝目标产量×RIEK×HIK×50％×1.205；
(式中RIEK＝3.09，HIK＝0.757，REK＝46％，考虑归还50％的萝卜肉质根钾素移走量)；
上季钾素残效＝(上季作物有机肥和化肥钾养分投入量-上季作物钾素养分移走量)×0.8；
(上季作物有机肥和化肥钾养分投入量按照实际调查数据获取)
上季作物钾素养分移走量＝上季作物经济产量移走量+上季作物秸秆移走量；
上季作物经济产量移走量＝上季作物经济产量×RIEK×HIK×1.205；
上季作物秸秆移走量＝上季作物经济产量×RIEK×(1-HIK)×(1-还田比例)×1.205。
上述步骤(1)中，萝卜当季目标产量为在过去3-5年平均产量的基础上增加7％。
上述步骤(2)中，根据土壤养分测试结果或根据土壤质地、表征土壤有机质含量高低的土壤颜色和种菜年限，来判断土壤基础养分供应水平的级别。本推荐施肥方法将土壤基础养分供应水平分为低、中、高三个级别。
在有土壤养分测试值的情况下，土壤基础养分供应水平级别依据土壤养分测试结果判断(表1)，具体如下：
表1土壤测试氮磷钾临界值指标
| 土壤测试等级 | 有机质(％) | 速效氮(mg/kg) | 速效磷(mg/kg) | 速效钾(mg/ha) |
| 低 | <2 | <50 | <15 | <120 |
| 中 | 2-3 | 50-100 | 15-30 | 120-180 |
| 高 | >3 | >100 | >30 | >180 |
注：如果速效氮≥100mg/kg，则根据有机质测试值的“低”、“中”等级升级为“中”、“高”等级；如果速效氮<50mg/kg，则根据有机质测试值的“高”等级降级为“中”等级。
在没有土壤养分测试值的情况下，土壤基础养分供应水平级别主要根据土壤质地、表征土壤有机质含量高低的土壤颜色和种菜年限确定(表2)，具体如下：
表2土壤养分供应等级的估算
上述步骤(3)中，产量反应的定义为施用氮磷钾肥的地块与不施某种养分地块之间的产量差。
如果在已知地块做过减素试验，则根据减素试验计算产量反应，即产量反应(t/ha)＝施肥地块产量-减素地块产量；
如果没有做过减素试验，则根据土壤基础养分供应水平级别和产量反应系数估算产量反应，即产量反应(t/ha)＝目标产量×产量反应系数。
所述产量反应系数的确定方法为：根据土壤特性划分土壤养分供应等级，从而得到氮、磷和钾的产量反应系数。不同土壤基础养分供应水平级别萝卜产量反应系数见表3。
表3萝卜氮磷钾产量反应系数与土壤养分供应等级对应表
产量反应系数计算主要依据土壤基础养分供应水平级别和多年多点萝卜数据集。该数据集为2000-2017年在我国开展的萝卜田间试验获得的减素处理产量和施肥量数据。减素处理与施用氮磷钾肥处理的产量之比为相对产量。采用相对产量的第25％、50％和75％表示土壤基础养分供应的低、中和高等级，土壤基础养分供应的低、中和高等级分别对应产量反应系数的高、中和低。产量反应系数＝1-相对产量，产量反应＝目标产量×产量反应系数。计算出已知地块氮磷钾肥的产量反应后进入步骤(4)。
上述步骤(4)中，所述的农学效率是根据前期萝卜肥料试验数据计算得到的。
上述步骤(4)中，根据上季作物养分投入和移走情况，计算上季作物养分平衡：磷/钾平衡＝投入-移走。如果平衡为负值则按“0”计，平衡为正值按磷素平衡的50％和钾素平衡的80％作为上季作物残余养分带入本季萝卜，在萝卜推荐用量中予以扣除。
本发明所述的推荐施肥方法还包括对基追比和施肥次数的具体限定：肥料推荐量依据选取肥料种类具体的养分含量进行换算，具体基追比和施肥次数如下：
(1)有机肥、磷肥全部基施；
(2)氮肥和钾肥分2-3次施用，依据土壤基础养分等级确定(表4)；
注：如果选用控释肥，则补充尿素，并以控释肥:尿素＝1:1的比例分配氮肥用量，全部氮肥一次基施。
表4土壤基础养分供应与氮素基追比％对应关系
分2次施用：基肥-肉质根生长盛期；
分3次施用：基肥-肉质根膨大前期-肉质根生长盛期。
与现有技术相比，本发明的积极效果为：
1、本方法有效避免了萝卜生产中农民施肥过量或不平衡的现象，该推荐施肥方法平衡了氮磷钾肥施用量，优化了施肥比例，与萝卜的最佳养分需求更加吻合，保障了萝卜产量，提高了养分利用率。
2、本方法相对于其他萝卜推荐施肥方法，减少了对萝卜养分进行实时监测以及测土施肥所需的采集样品和室内样品分析的步骤，省时省力，避免了因购买养分检测仪器和测定样品所需的经济支出，实施过程简单，只需用户针对已知地块回答一些简单的问题，就可以快速制定适合该地块施肥方案，易于操作应用。
3、该推荐施肥方法依据模型和大量田间试验数据模拟得到萝卜的最佳养分需求量，参数中包含了我国广泛的萝卜品种和环境信息，具有普遍的指导意义，可应用于我国各地萝卜种植区域，适用性较强，能够满足不同大小地块的施肥推荐。
4、田间验证试验证明，采用该方法进行推荐施肥，提高了萝卜产量，增加了农民的收入，达到了增产增收的目的。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1大田验证试验
试验于2018年春季和秋季分别在天津、山东和北京实施，各地区于春秋两季分别布置4个试验点，两季三个地区共计24个田间试验。
在萝卜种植前，对每个试验地块进行种植信息调查，获得农民往年的萝卜产量和施肥量、施肥方式等信息，确定萝卜的目标产量和土壤基础养分供应水平级别。
通过本推荐施肥方法(NE)计算出产量反应和氮磷钾肥施肥量(见表5)，同时设置农民习惯施肥处理(FP)和测土施肥处理(ST)作为对照。
每个小区面积保证在20-30m2，每个处理重复3次。
具体步骤如下：
(1)各处理肥料施用量比较
施肥量结果显示(表5)，NE处理的施氮量变化范围为148-176kg/ha，平均值为155kg/ha；施磷量变化范围为80-106kg/ha，平均值为93kg/ha；施钾量变化范围为183-236kg/ha，平均值为215kg/ha。
FP处理的施氮量变化范围为176-311kg/ha，平均值为249kg/ha；施磷量变化范围为126-259kg/ha，平均值为189kg/ha；施钾量变化范围为195-344kg/ha，平均值为249kg/ha。
ST处理的施氮量变化范围为162-270kg/ha，平均值为206kg/ha；施磷量变化范围为111-177kg/ha，平均值为132kg/ha；施钾量变化范围为175-213kg/ha，平均值为196kg/ha。
与农民习惯施肥(FP)处理相比，NE处理显著降低了氮、磷和钾肥的投入，分别减少了34.9％、50.8％和13.7％。
与当地测土施肥(ST)处理相比，NE处理显著降低了氮肥和磷肥施用量，分别减少了21.4％和29.5％，显著提高了钾肥施用量，提高了9.7％。
表5 NE、ST和FP各处理肥料施用比较
(2)各处理产量和净效益比较
产量结果显示(表6)，两季三个地区NE处理的肉质根产量变化范围为46.4～98.7t/ha，平均值为67.5t/ha；
FP处理的产量变化范围为44.4～93.6t/ha，平均值为64.9t/ha；
ST处理的产量变化范围为46.5～91.0t/ha，平均值为64.1t/ha。
NE处理较FP和ST处理显著提高了肉质根产量，增幅分别达4.0％和5.3％。
净效益结果显示，NE处理的净效益变化范围为31658～75396元/ha，平均值为51156元/ha；
FP处理的净效益变化范围为24739～65925元/ha，平均值为45855元/ha；
ST处理的变化范围为28552～67649元/ha，平均值为47751元/ha。
与FP和ST处理相比，NE处理显著提高了农民的净收益，分别增加了5301和3405元/ha，增幅分别达到了11.6％和7.1％。
表6 NE、FP和ST各处理萝卜肉质根产量和净效益比较
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (3)
1.一种萝卜推荐施肥方法，包括：
(1)根据已知地块以往萝卜产量水平，确定当季萝卜的目标产量；
(2)确定已知地块土壤基础养分供应水平；
(3)根据多年多点减素试验计算已知地块的产量反应；或者根据已知地块土壤基础养分供应水平和产量反应系数估算施肥的产量反应；
(4)利用QUEFTS模型对萝卜多年多点多品种田间试验的产量和养分吸收进行校正和模拟，获得针对萝卜特性的最佳养分需求量；结合目标产量、产量反应、土壤基础养分供应水平、农学效率以及上茬作物秸秆还田和本季作物养分残留平衡因素，计算萝卜达到目标产量所需的氮、磷、钾肥用量；
其中，步骤(4)中：
施氮量(kg N/ha)＝A*1000/(-0.031*A*A+6.0658*A+10.622)，A为产量反应(t/ha)；
施磷量(kg P2O5/ha)＝产量反应需磷量+作物移走量-上季磷素残效；
产量反应需磷量＝施磷产量反应×RIEP÷REP×2.292；
作物移走量＝目标产量×RIEP×HIP×80％×2.292；式中RIEP＝0.53，HIP＝0.689，REP＝30％；
上季磷素残效＝(上季作物有机肥和化肥磷养分投入量-上季作物磷养分移走量)×0.5；
上季作物磷素养分移走量＝上季作物经济产量移走量+上季作物秸秆移走量；
上季作物经济产量移走量＝上季作物经济产量×RIEP×HIP×2.292；
上季作物秸秆移走量＝上季作物经济产量×RIEP×(1-HIP)×(1-还田比例)×2.292；
施钾量(kg K2O/ha)＝产量反应需钾量+作物移走量-上季钾素残效；
产量反应需钾量＝施钾产量反应×RIEK÷REK×1.205；
作物移走量＝目标产量×RIEK×HIK×50％×1.205；式中RIEK＝3.09，HIK＝0.757，REK＝46％；
上季钾素残效＝(上季作物有机肥和化肥钾养分投入量-上季作物钾素养分移走量)×0.8；
上季作物钾素养分移走量＝上季作物经济产量移走量+上季作物秸秆移走量；
上季作物经济产量移走量＝上季作物经济产量×RIEK×HIK×1.205；
上季作物秸秆移走量＝上季作物经济产量×RIEK×(1-HIK)×(1-还田比例)×1.205；
步骤(1)中，所述目标产量为在过去3-5年平均产量的基础上增加7％；
步骤(2)中，在有土壤养分测试值的情况下，所述土壤基础养分供应水平的划分为：
低：有机质<2％，速效氮<50mg/kg，速效磷<15mg/kg，速效钾<120mg/kg；
中：有机质2-3％，速效氮50-100mg/kg，速效磷15-30mg/kg，速效钾120-180mg/kg；
高：有机质>3％，速效氮>100mg/kg，速效磷>30mg/kg，速效钾>180mg/kg；
如果速效氮≥100mg/kg，则根据有机质测试值的“低”、“中”等级升级为“中”、“高”等级；
如果速效氮<50mg/kg，则根据有机质测试值的“高”等级降级为“中”等级；
步骤(2)中，在没有土壤养分测试值的情况下，所述土壤基础养分供应水平的划分为：
低：
种菜年限：<3年；土壤质地：粘质；表征有机质含量为中等的土壤颜色：微红/微黄、灰色或褐色；或
种菜年限：<3年；土壤质地：壤质；表征有机质含量为中等的土壤颜色：微红/微黄、灰色或褐色；或
种菜年限：<3年；土壤质地：砂质；表征有机质含量的土壤颜色：任意颜色；
中：
种菜年限：≥3年；土壤质地：砂质；表征有机质含量为高等的土壤颜色：黑色；或
种菜年限：≥3年；土壤质地：砂质；表征有机质含量为中等的土壤颜色：微红/微黄、灰色或褐色；或
种菜年限：<3年；土壤质地：壤质；表征有机质含量为高等的土壤颜色：黑色；或
种菜年限：≥3年；土壤质地：壤质；表征有机质含量为中等的土壤颜色：微红/微黄、灰色或褐色；或
种菜年限：≥3年；土壤质地：粘质；表征有机质含量为中等的土壤颜色：微红/微黄、灰色或褐色；或
种菜年限：<3年；土壤质地：粘质；表征有机质含量为高等的土壤颜色：黑色；
高：
种菜年限：≥3年；土壤质地：壤质；表征有机质含量为高等的土壤颜色：黑色；或
种菜年限：≥3年；土壤质地：粘质；表征有机质含量为高等的土壤颜色：黑色；
步骤(3)中，如果在已知地块做过减素试验，则根据减素试验计算产量反应，即产量反应(t/ha)＝施肥地块产量-减素地块产量；
如果没有做过减素试验，则根据土壤基础养分供应水平级别和产量反应系数估算产量反应，即产量反应(t/ha)＝目标产量×产量反应系数；
步骤(3)中，所述的产量反应系数对应土壤基础养分供应水平的低、中和高，产量反应系数N分别为0.3634、0.2054和0.1103，P分别为0.1758、0.1244和0.0594，K分别为0.2070、0.1309和0.0604；
步骤(4)中，所述的农学效率是根据前期萝卜肥料试验数据计算得到的；
步骤(4)中，根据上季作物养分投入和移走情况，计算上季作物养分平衡：磷/钾平衡＝投入-移走；
如果平衡为负值则按“0”计，平衡为正值按磷素平衡的50％和钾素平衡的80％作为上季作物残余养分带入本季萝卜，在萝卜推荐用量中予以扣除。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对基追比和施肥次数的限定：
(1)有机肥、磷肥全部基施；
(2)氮肥和钾肥分2-3次施用：
如果选用控释肥，则补充尿素，并以控释肥:尿素＝1:1的比例分配氮肥用量，全部氮肥一次基施。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，分2次施用的时机：基肥-肉质根生长盛期；分3次施用的时机：基肥-肉质根膨大前期-肉质根生长盛期。
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