CN111642209B - 一种基于农学与环境阈值算法的马铃薯磷肥限量方法 - Google Patents

一种基于农学与环境阈值算法的马铃薯磷肥限量方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于农作物施肥技术领域，具体涉及一种基于农学与环境阈值土壤Olsen‑P算法的马铃薯磷肥限量方法，本发明特征包括：基于马铃薯农学与环境阈值的土壤Olsen‑P范围；土壤Olsen‑P增量与磷肥残留量的算法关系；不同目标产量及土壤Olsen‑P下的马铃薯磷肥限量施用范围；本发明的有益效果在于，利用土壤Olsen‑P指标综合考虑磷肥施用对马铃薯产量及土壤磷淋溶的影响，根据不同目标产量下的马铃薯吸磷量，制定不同土壤Olsen‑P下的马铃薯磷肥限量施用范围，既能使马铃薯产量不因磷肥缺乏而减产，而又免于磷肥过量导致土壤磷淋溶的环境问题，与传统磷肥效应函数推荐磷肥用量比较，本发明的方法更准确、全面、环保。

Description

一种基于农学与环境阈值算法的马铃薯磷肥限量方法
技术领域
本发明属于农作物施肥技术领域，具体涉及一种基于农学与环境阈值算法的马铃薯磷肥限量方法。
背景技术
磷素是马铃薯生长发育和产量形成的必需元素之一，磷肥的施用是马铃薯增产的重要保证实，但实际生产中，磷肥投入过量与不足并存，调查显示，磷肥用量的很高等级占32%，很低等级占38%，适中仅有10%。与此同时，磷素是地表水体污染及营养化的决定因子，施入土壤的磷肥不能完全被植株吸收，马铃薯当季磷肥利用率仅有10%～20%，土壤中不断大量累积的磷素，容易造成磷素的淋溶与径流损失而进入水体，成为严重的生态环境污染问题。因此，保证马铃薯高产的磷肥管理必须考虑农业可持续发展与生态环境安全，基于马铃薯高产与环境友好的磷肥限量施用标准急需建立。本发明利用马铃薯农学与环境阈值的土壤Olsen-P含量作为限量指标，通过建立土壤Olsen-P增量与磷肥残留量的算法关系，最终建立了准确、全面、环保的马铃薯磷肥限量施用范围。
发明内容
本发明的目的在于解决马铃薯磷肥施用存在过量与不足的现状以及磷肥过量造成生态环境污染的问题，建立基于农学与环境阈值算法的马铃薯磷肥限量施用方法。为实现上述目标，有效解决技术背景中的问题，本发明采用的技术方案如下：
1、基于马铃薯农学与环境阈值的土壤Olsen-P含量范围确定
马铃薯农学阈值的土壤Olsen-P含量范围确定：利用马铃薯主产区阴山北麓多年多点磷肥梯度试验处理对应的产量数据先计算成相对产量，相对产量为同批试验中其他处理产量与最高处理的比值，为Y值，与对应处理的收获土壤Olsen-P含量数据为X值，形成散点图，通过相关关系拟合，线性加平台相关系最好，且拐点就是土壤Olsen-P含量临界值，即随着土壤Olsen-P含量增加，相对产量一直增加，达到拐点土壤Olsen-P含量临界值后相对产量不再增加，计算得出马铃薯农学阈值的土壤Olsen-P含量临界值Scv为25.7 mg/kg；
马铃薯环境阈值的土壤Olsen-P含量范围确定：利用上述试验中收获土壤的土壤Olsen-P含量数值与对应土壤CaCl2-P含量数值通过双直线拟合，其交点即为土壤磷淋溶突变点Lcv1,同理用土壤Olsen-P含量数值与对应土壤磷淋溶液总磷平均浓度进行双直线拟合，其交点即为土壤磷淋溶突变点Lcv2，根据Lcv1、Lcv2对应横坐标的土壤Olsen-P含量数值求取平均值ALcv，即ALcv=(Lcv1+Lcv2)/2=49.4 mg/kg。
2、土壤Olsen-P增量与磷肥残留量的算法关系
利用马铃薯主产区阴山北麓多年多点磷肥梯度试验,对同组试验相同处理中计算收获土壤Olsen-P含量与播前土壤Olsen-P含量的差值形成土壤Olsen-P增量，为Y值，同时计算对应处理的施磷量与植株磷带走量(换算成P2O5) 的差值形成磷肥残留量，为X值，形成散点图，通过相关关系拟合，发现二次函数拟合的相关系数最高，可得出土壤Olsen-P增量与磷肥残留量函数关系为：Y=0.0002X2+0.1218X+1.7411。
3、生产1000kg马铃薯块茎的吸磷量
经过文献数据汇总计算了国内外生产1000 kg马铃薯块茎的吸磷量（换算成P2O5）的频率，国内文献平均统计，生产1000 kg马铃薯块茎，植株需从土壤中吸收1.5kgP2O5。
4、不同目标产量及土壤Olsen-P含量下的马铃薯磷肥限量施用范围
首先根据不同目标产量计算不同产量水平下的吸磷量即植株磷带走量，以马铃薯农学阈值的土壤Olsen-P含量（25.7 mg/kg）与环境阈值的土壤Olsen-P含量（49.4 mg/kg）为限量标准，根据阴山北麓土壤Olsen-P分级标准，通过土壤Olsen-P增量与磷肥残留量的算法关系，即Y=0.0002X2+0.1218X+1.7411，可计算出阴山北麓不同目标产量及土壤Olsen-P分级下的马铃薯磷肥限量施用范围。
表1 马铃薯不同目标产量及土壤Olsen-P含量下的磷肥限量施用范围
Figure 188820DEST_PATH_IMAGE001
本发明具有以下优点 ：1、本发明综合考虑了磷肥施用对马铃薯产量及土壤磷淋溶的影响，根据马铃薯农学与环境阈值的土壤Olsen-P范围，利用土壤Olsen-P增量与磷肥残留量的算法关系，建立了不同目标产量及土壤Olsen-P下的马铃薯磷肥限量施用范围，克服了测土配方施肥没有考虑产量水平及磷肥施用环境安全性的缺点；2、计算马铃薯环境阈值的土壤Olsen-P含量临界值，同时使用了土壤Olsen-P含量与对应土壤CaCl2-P含量、土壤Olsen-P含量与对应土壤磷淋溶液总磷平均浓度的双直线拟合算法，两算法互为应证，同时取其土壤磷淋溶突变点土壤Olsen-P含量平均值，其环境阈值更加准确；3、考虑了土壤Olsen-P变化是由于磷肥残留量引起的，建立的土壤Olsen-P增量与磷肥残留量的算法关系，比传统土壤Olsen-P含量与磷肥用量的相关关系更加合理，对于指导施肥实践的更加准确；4、本发明的磷肥管理操作简便易学，对农作物没有破坏性，不影响植株正常生长发育；5、计算马铃薯农学阈值的土壤Olsen-P含量临界值，使用了与相对产量的相关关系，相比直接用与产量的相关关系，排除了马铃薯种植地点、年份与品种的影响，便于广泛使用；6、本发明所使用的土壤Olsen-P指标可用流动分析仪大批量测定，具有容易获得、测定效率高、指示性好的优点。
附图说明
图1：阴山北麓马铃薯相对产量与土壤Olsen-P含量的相关关系。
图2：土壤Olsen-P含量与土壤CaCl2-P含量、土壤Olsen-P含量与对应土壤磷淋溶液总磷平均浓度的双直线拟合。
图3：土壤Olsen-P增量与磷肥残留量的相关关系。
图4：国内外生产1000kg马铃薯块茎吸磷量的概率统计。
具体实施方式
以下举例仅用于说明和解释本发明，但不用来限制本发明的保护范围。
选择在生产上具有代表性推广品种例如“克新1号”为例 ( 本发明的实施不限于该品种 ) 说明本发明的检测方法与实施步骤。
首先，基于马铃薯农学与环境阈值的土壤Olsen-P含量范围确定
利用马铃薯主产区阴山北麓多年多点磷肥梯度试验处理对应的产量数据先计算成相对产量，相对产量为同批试验中其他处理产量与最高处理的比值，为Y值，与对应处理的收获土壤Olsen-P含量数据为X值，形成散点图，通过相关关系拟合，线性加平台相关系最好，且拐点就是土壤Olsen-P含量临界值，即随着土壤Olsen-P含量增加，相对产量一直增加，达到拐点土壤Olsen-P含量临界值后相对产量不再增加，计算得出马铃薯农学阈值的土壤Olsen-P含量临界值Scv为25.7 mg/kg，如表1所示。
马铃薯环境阈值的土壤Olsen-P含量范围确定：利用上述试验中收获土壤的土壤Olsen-P含量数值与对应土壤CaCl2-P含量数值通过双直线拟合，其交点即为土壤磷淋溶突变点Lcv1,同理用土壤Olsen-P含量数值与对应土壤磷淋溶液总磷平均浓度进行双直线拟合，其交点即为土壤磷淋溶突变点Lcv2，根据Lcv1、Lcv2对应横坐标的土壤Olsen-P含量数值求取平均值ALcv，即ALcv=(Lcv1+Lcv2)/2=49.4 mg/kg
其中，土壤Olsen-P增量与磷肥残留量的算法关系
利用马铃薯主产区阴山北麓多年多点磷肥梯度试验,对同组试验相同处理中计算收获土壤Olsen-P含量与播前土壤Olsen-P含量的差值形成土壤Olsen-P增量，为Y值，同时计算对应处理的施磷量与植株磷带走量(换算成P2O5) 的差值形成磷肥残留量，为X值，形成散点图，通过相关关系拟合，发现二次函数拟合的相关系数最高，可得出土壤Olsen-P增量与磷肥残留量函数关系为：Y=0.0002X2+0.1218X+1.7411。
确定生产1000kg马铃薯块茎的吸磷量：经过文献数据汇总计算了国内外生产1000kg马铃薯块茎的吸磷量（换算成P2O5）的频率，国内文献平均统计，生产1000 kg马铃薯块茎，植株需从土壤中吸收1.5kgP2O5。
计算不同目标产量及土壤Olsen-P含量下的马铃薯磷肥限量施用范围
首先根据不同目标产量计算不同产量水平下的吸磷量即植株磷带走量，以马铃薯农学阈值的土壤Olsen-P含量（25.7 mg/kg）与环境阈值的土壤Olsen-P含量（49.4 mg/kg）为限量标准，根据阴山北麓土壤Olsen-P分级标准，通过土壤Olsen-P增量与磷肥残留量的算法关系，即Y=0.0002X2+0.1218X+1.7411，可计算出阴山北麓不同目标产量及土壤Olsen-P分级下的马铃薯磷肥限量施用范围。
实施例1
于4月上旬～5月上旬，在阴山北麓的武川县、四子王旗、察哈尔右翼中旗、察哈尔右翼前旗、达茂旗、固阳几个旗县准备种植马铃薯的农田，随机选取20-30个点/100亩，取土深度0～20cm，土壤样品混合均匀后，测试土壤Olsen-P含量，测定方法为流动分析仪或分光光度计法。假设土壤Olsen-P含量测定结果为15mg/kg, 根据生产实际水平，目标产量37500kg/hm2时，其马铃薯吸磷量为：37500 kg/hm2÷1000 kg×1.5 kg =56.3 kg/hm2；
磷肥限量施用的下限为：根据土壤Olsen-P增量与磷肥残留量的相关关系Y=0.0002X2+0.1218X+1.7411，即（25.7-15）=0.0002（x-56.3）2+ 0.1218（x-56.3）+1.7411,解方程x=123，即磷肥限量施用的下限为123 kg/hm2；
磷肥限量施用的上限为：根据土壤Olsen-P增量与磷肥残留量的相关关系Y=0.0002X2+0.1218X+1.7411，即（49.4-15）=0.0002（x-56.3）2+0.1218（x-56.3）+1.7411,解方程x=266，即磷肥限量施用的上限为266kg/hm2。
表1 马铃薯不同目标产量及土壤Olsen-P含量下的磷肥限量施用范围
Figure DEST_PATH_IMAGE002

Claims (5)

1.一种基于农学与环境阈值算法的马铃薯磷肥限量方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）基于马铃薯农学与环境阈值的土壤Olsen-P含量范围确定
马铃薯农学阈值的土壤Olsen-P含量范围确定：利用马铃薯主产区阴山北麓多年多点磷肥梯度试验处理对应的产量数据先计算成相对产量，相对产量为同批试验中其他处理产量与最高处理的比值，为Y值，与对应处理的收获土壤Olsen-P含量数据为X值，形成散点图，通过相关关系拟合，线性加平台相关系最好，且拐点就是土壤Olsen-P含量临界值，即随着土壤Olsen-P含量增加，相对产量一直增加，达到拐点土壤Olsen-P含量临界值后相对产量不再增加，计算得出马铃薯农学阈值的土壤Olsen-P含量临界值Scv为Amg/kg；
马铃薯环境阈值的土壤Olsen-P含量范围确定：利用上述试验中收获土壤的土壤Olsen-P含量数值与对应土壤CaCl2-P含量数值通过双直线拟合，其交点即为土壤磷淋溶突变点Lcv1,同理用土壤Olsen-P含量数值与对应土壤磷淋溶液总磷平均浓度进行双直线拟合，其交点即为土壤磷淋溶突变点Lcv2，根据Lcv1、Lcv2对应横坐标的土壤Olsen-P含量数值求取平均值ALcv，即ALcv=(Lcv1+Lcv2)/2=B mg/kg；
（2）土壤Olsen-P增量与磷肥残留量的算法关系
利用马铃薯主产区阴山北麓多年多点磷肥梯度试验,对同组试验相同处理中计算收获土壤Olsen-P含量与播前土壤Olsen-P含量的差值形成土壤Olsen-P增量，为Y值，同时计算对应处理的施磷量与植株磷带走量的差值形成磷肥残留量，为X值，形成散点图，通过相关关系拟合，二次函数拟合的相关系数最高，可得出土壤Olsen-P增量与磷肥残留量函数关系为：Y=0.0002X2+0.1218X+1.7411；
（3）生产1000kg马铃薯块茎的吸磷量
经过文献数据汇总计算国内外生产1000 kg马铃薯块茎的吸磷量的频率，国内文献平均统计，生产1000 kg马铃薯块茎，植株需从土壤中吸收P2O5的量；
（4）不同目标产量及土壤Olsen-P含量下的马铃薯磷肥限量施用范围
首先根据不同目标产量计算不同产量水平下的吸磷量即植株磷带走量，以马铃薯农学阈值的土壤Olsen-P含量与环境阈值的土壤Olsen-P含量为限量标准，根据阴山北麓土壤Olsen-P分级标准，通过土壤Olsen-P增量与磷肥残留量的算法关系，即Y=0.0002X2+0.1218X+1.7411，可计算出阴山北麓不同目标产量及土壤Olsen-P分级下的马铃薯磷肥限量施用范围。
2.根据权利要求1所述的一种基于农学与环境阈值算法的马铃薯磷肥限量方法，其特征在于，所述马铃薯农学阈值的土壤Olsen-P含量临界值Scv为25.7 mg/kg。
3.根据权利要求1所述的一种基于农学与环境阈值算法的马铃薯磷肥限量方法，其特征在于，所述马铃薯环境阈值的土壤Olsen-P含量临界值ALcv为49.4 mg/kg。
4.根据权利要求1所述的一种基于农学与环境阈值算法的马铃薯磷肥限量方法，其特征在于，生产1000kg马铃薯块茎的吸磷量为1.5kgP2O5。
5.根据权利要求1所述的一种基于农学与环境阈值算法的马铃薯磷肥限量方法，其特征在于，马铃薯主产区阴山北麓磷肥梯度试验处理对应的产量、土壤数据统计年份在七年及以上；主产区包括武川县、四子王旗、察哈尔右翼中旗、察哈尔右翼前旗、达茂旗、固阳。
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