CN115413462A - 一种水稻氮肥施用量的确定方法 - Google Patents
一种水稻氮肥施用量的确定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115413462A CN115413462A CN202211201421.1A CN202211201421A CN115413462A CN 115413462 A CN115413462 A CN 115413462A CN 202211201421 A CN202211201421 A CN 202211201421A CN 115413462 A CN115413462 A CN 115413462A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nitrogen
- application amount
- rice
- loss
- fertilizer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 title claims abstract description 78
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 title claims abstract description 77
- 239000000618 nitrogen fertilizer Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 title description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 409
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 210
- 241000209094 Oryza Species 0.000 claims abstract description 76
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims abstract description 50
- 230000008901 benefit Effects 0.000 claims abstract description 42
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 claims description 21
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000036541 health Effects 0.000 claims description 11
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 claims description 9
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 claims description 6
- 238000012887 quadratic function Methods 0.000 claims description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 5
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- MMDJDBSEMBIJBB-UHFFFAOYSA-N [O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[NH6+3] Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[NH6+3] MMDJDBSEMBIJBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009355 double cropping Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 230000035558 fertility Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 229940072033 potash Drugs 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000015320 potassium carbonate Nutrition 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Substances [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000009620 Haber process Methods 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003916 acid precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012851 eutrophication Methods 0.000 description 1
- 230000004720 fertilization Effects 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 238000009335 monocropping Methods 0.000 description 1
- 239000002686 phosphate fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004016 soil organic matter Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
- A01C21/00—Methods of fertilising, sowing or planting
- A01C21/007—Determining fertilization requirements
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/18—Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Probability & Statistics with Applications (AREA)
- Evolutionary Biology (AREA)
- Algebra (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Software Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Fertilizers (AREA)
- Fertilizing (AREA)
Abstract
一种水稻氮肥施用量的确定方法，步骤为：利用田间试验不同施氮量梯度下水稻产量的响应，确定水稻产量‑施氮量的二次响应曲线，进一步通过不同施氮量下氮肥成本和环境成本，获得经济效益‑施氮量响应曲线与环境经济效益‑施氮量响应曲线，从而获得水稻氮肥施用量。本发明采用经验的模型计算一个区域水稻种植系统在生产、环境和经济效益的综合表现，可代替田间试验方法，降低成本代价并提高合理施氮量的准确性。本发明通过对双目标优化（产量目标与环境目标），在最大化环境可持续目标的同时，可满足产量目标不受损或有所优化。该方法科学客观，克服以往不能兼顾产量与环境目标的不足。
Description
技术领域
本发明属于农业肥料领域，具体涉及一种水稻氮肥施用量的确定方法。
背景技术
哈伯法合成氨工艺为农业提供了足够的活性氮源，使作物产量得到极大的提升，但同时也使生态系统与人类健康面临日益严重的威胁。水稻作为中国三大主要粮食作物，其种植面积占全国粮食种植面积的30％，肥料投入占全国总投入的14％，而其生产体系存在着高投入高损失的特点，投入稻田生态系统的氮肥会通过多种途径损失到大气与水体中，造成大气与水体污染。合理的氮肥施用能够在保证水稻产量的同时减少活性氮向环境流失的风险。
以往水稻氮肥施用量推荐方法包括两类，一类通过设定目标水稻产量基于养分平衡法计算合理施氮区间，另一类通过肥料响应模型计算适宜的氮肥投入量以达到最高产量或最高经济效益。养分平衡法由于环境氮投入与活性氮损失存在较大的不确定性，且土壤供氮能力受土壤属性与气候条件影响造成时间与空间上的差异，存在使用限制。肥料响应模型法是《测土配方施肥技术规范》中推荐使用的方法，以其易于实施的优势被普遍采用。但通过最高产量确定的适宜施氮量往往由于肥料的边际成本过高而使经济收益降低，而最佳经济效益施氮量通过综合考虑产量收益与肥料投入成本而得以进一步减少氮肥投入以达到经济最优。但两种常规的定量水稻合理施氮量的方法都没有评估活性氮损失带来的社会和环境危害。由于损失到环境中的活性氮可能会造成水体富营养化、温室效应、酸雨等环境问题，进一步威胁人类健康。对活性氮环境成本的定量评估依赖于量化活性氮损失特征及其造成的生态系统多样性损失及人类健康价值。与碳交易价格不同，活性氮损失成本涉及多种社会及环境风险，需要对不同形态氮的生态及人类健康成本进行分类评估。以往的研究发现，在稻田生态系统中不合理的氮肥投入所造成的活性氮损失的社会风险成本约占农民净经济收益的30％。量化活性氮损失造成的生态环境成本与人类健康成本将有利于通过考虑活性氮损失的社会与环境风险更合理地调控氮肥投入以满足环境可持续的未来需求。如何更好地建立兼顾产量与环境负面影响的稻田氮肥合理施用量的评估方法，对稻田的可持续生产具有重要意义。
发明内容
解决的技术问题：针对上述稻田生态系统的环境污染问题，以环境可持续与产量保障为前提，提供一种方便可行的预测水稻氮肥合理施用的方法。
技术方案：一种水稻氮肥施用量的确定方法，步骤为：利用田间试验不同施氮量梯度下水稻产量的响应，确定水稻产量-施氮量的二次响应曲线，进一步通过不同施氮量下氮肥成本和环境成本，获得经济效益-施氮量响应曲线与环境经济效益-施氮量响应曲线，从而获得水稻氮肥施用量。
具体步骤为：(1)利用田间肥料试验，根据调查统计获得当地传统施氮量，设置氮肥梯度试验，并测定不同施氮量下的产量和环境指标，包括氨挥发量，氧化亚氮排放量，氮径流损失量与氮渗漏损失量；(2)根据田间肥料试验不同施氮量下产量数据，通过统计软件建立施氮量-产量的二次函数模型：产量＝基础产量+a×施氮量+b×施氮量2；其中，基础产量表示不施氮肥下水稻产量，单位：t·ha-1，施氮量表示水稻生长季节氮肥施用总量，单位：kg·ha-1， a与b为模型系数；并通过施氮量、产量表现计算经济投入与产出，获得经济施氮量-经济效益响应模型，并对模型求导确定经济最佳施氮量；(3)根据田间肥料试验监测不同氮肥梯度下活性氮损失，通过SPSS statistics 24建立施氮量-活性氮损失的指数或线性模型，依据统计软件给出的拟合优良性统计量参数-赤池信息量准则AIC选择最优模型，选择AIC最小的模型：活性氮损失指数模型＝a+b×exp(施氮量)；活性氮损失线性模型＝a+b×施氮量；其中，活性氮损失表示来自水体和大气的活性氮损失，单位：kg·ha-1，a表示不施氮下活性氮损失，单位：kg·ha-1，b为活性氮损失模型系数；(4)根据以往文献评估规定的活性氮损失生态成本与人类健康成本计算环境成本：环境成本＝∑[活性氮损失×(生态成本+人类健康成本)]；其中生态成本中温室气体排放成本为N2O排放总量；进一步得到环境经济效益，所述环境经济效益＝经济效益-环境成本，获得施氮量-环境经济效益二次函数模型，并通过对模型求导获得环境经济最佳施氮量；(5)根据上述方法获得的经济最佳施氮量与经济最佳施氮量确定稻田合理施氮量区间。
上述氮肥梯度试验是指基于试验地传统施氮量，通过在不同试验小区施用不同比例氮肥进行平行试验，以获取不同施氮量下的水稻产量与活性氮损失。
上述氮肥梯度为不施氮肥、25％传统施氮量、50％传统施氮量、100％传统施氮量、125％传统施氮量与150％传统施氮量，对每种施氮量均进行三次以上重复试验。
上述来自水体的活性氮损失为淋溶与径流，所述来自大气的活性氮损失为氨挥发与氧化亚氮损失。
上述对活性氮损失的监测需要持续至少一季完整水稻生长季。
上述对于活性氮损失的测定方法为采用国际通用的监测方法中的任何一种，其中氨挥发采用密闭式通气法或微气象学法；氧化亚氮采用静态箱法测定；活性氮径流损失采用径流池法测定；渗漏氮损失采用渗漏池或渗漏管方法测定。
有益效果：本发明所采用的经验模型方法既能用于小尺度如田块尺度氮肥优化，亦能通过整合区域试验数据在区域尺度确定合理施氮量。同时采用合理施氮区间更利于在田块尺度进行调整，根据不同田块的特性有针对性的采用合理施氮量。通过对田块试验的周年数据更新也更能针对气候变化与土壤肥力变化背景下提出合理施氮量。本发明采用经验的模型计算一个区域水稻种植系统在生产、环境和经济效益的综合表现，可代替田间试验方法，降低成本代价并提高合理施氮量的准确性。本发明通过对双目标优化(产量目标与环境目标)，在最大化环境可持续目标的同时，可满足产量目标不受损或有所优化。该方法科学客观，克服以往不能兼顾产量与环境目标的不足。
附图说明
图1为稻田合理施氮量区间确定示意图；
图2为实施例1中太湖地区稻麦轮作下稻季合理施氮量区间；
图3为实施例2中江西南昌双季稻区早稻合理施氮量区间；
图4为实施例2中江西南昌双季稻区晚稻合理施氮量区间。
具体实施方式
以下结合具体实例对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明使用范围的限制。
实施例1
太湖地区是我国农业高产地区之一，该地区稻季平均施氮量为352kg N ha-1，其中270-360 kg N ha-1施氮量的农户占比43％。评估该地区的适宜施氮量以提高氮肥利用率，减少环境损失风险是该地区亟需解决的问题。
试验地位于江苏省常熟市(31°32′N,120°41′E)，有机碳含量20.1g kg-1，全氮含量1.98g kg-1。为实现该地区兼顾环境可持续目标与产量目标最佳施氮量的预测，构建方法包括以下步骤：
S1：根据当地传统施氮量(270kg N ha-1)，在水稻种植季分别设置0kg N ha-1，120kg N ha-1，180kg N ha-1，240kg N ha-1与300kg N ha-1的氮肥处理，每个处理三次重复，所有处理磷钾肥用量相同，磷肥用量30kg P2O5 ha-1，钾肥用量60kg K2O ha-1。
S2：于2013-2014年记录各处理的作物产量，根据2013-2014年统计的水稻产量数据，通过统计软件建立施氮量-产量的二次函数模型：
产量(t ha-1)＝-0.00003×施氮量2+0.019×施氮量+5.37
S3：监测或模拟稻田活性氮损失，其中N2O排放采用静态箱法测定，氨挥发、淋溶与径流活性氮损失通过对太湖地区文献数据整合方式拟合模型：
氨挥发(kg N ha-1)＝0.17×施氮量+0.64
径流氮损失(kg N ha-1)＝5.39×exp(0.0054×施氮量)
淋溶氮损失(kg N ha-1)＝1.44×exp(0.0037×施氮量)
S4：根据2013-2014年统计的水稻产量与总活性氮损失(NH3、N2O、淋溶，径流)与各指标成本(表1)计算经济效益、环境成本与环境经济效益：
经济效益(元)＝水稻产量×水稻价格-施氮量×氮肥价格
环境经济效益(元)＝经济效益-∑(活性氮损失×(生态成本+人类健康成本))
其中生态成本中温室气体排放成本由N2O排放总量(直接排放与NH3、水体硝态氮的间接排放，间接排放因子根据《2006IPCC国家温室气体清单指南》计算，NH3挥发0.01 kg N/kg NH3-N，硝态氮0.0075kg N/kg NO3 --N)的等量CO2换算指标(298kg CO2/kg N2O，根据《2006IPCC国家温室气体清单指南》)；
表1.各指标成本
| 指标 | 价格 |
| 氮肥(尿素) | 5.87元/千克N |
| 水稻 | 2600元/吨 |
| NH<sub>3</sub>环境成本 | 25.53元/千克N |
| 水体硝态氮环境成本 | 115.86元/千克N |
| N<sub>2</sub>O环境成本 | 2元/千克N |
| 温室气体排放成本 | 174.3元/吨等量CO<sub>2</sub> |
通过统计软件对经济效益与环境经济效益进行二次函数模型拟合，获得如下函数模型：
经济效益(元)＝-0.082×施氮量2+45.88×施氮量+13949(相关系数R2＝0.85)
环境经济效益(元)＝-0.106×施氮量2+39.17×施氮量+13129(相关系数R2＝0.64)
S5：根据函数公式计算该地块经济效益施氮量与环境经济效益施氮量分别为279kg N ha-1与184kg N ha-1。
由图2数据可知，太湖地区经济施氮量下仍然能够进一步优化施氮量以减少环境损失风险，通过减少经济施氮量至环境经济施氮量可减少化肥氮投入34％，这一氮肥减量并不会对当地农户造成过大的经济损失(减少约3％经济效益)，但可减少近一半的活性氮的环境成本。
相对于传统氮肥优化方法限定于田块尺度的经济效益优化，本发明所采用的经验模型方法既能用于小尺度如田块尺度氮肥优化，亦能通过整合区域试验数据在区域尺度确定合理施氮量。同时采用合理施氮区间更利于在田块尺度进行调整，根据不同田块的特性有针对性的采用合理施氮量。通过对田块试验的周年数据更新也更能针对气候变化与土壤肥力变化背景下提出合理施氮量。本发明采用经验的模型计算一个区域水稻种植系统在生产、环境和经济效益的综合表现，可代替田间试验方法，降低成本代价并提高合理施氮量的准确性。本发明通过对双目标优化(产量目标与环境目标)，在最大化环境可持续目标的同时，可满足产量目标不受损或有所优化。
实施例2
以下以江西南昌双季稻大田试验对本发明氮肥合理施用定量方法进行验证。
该试验设置于江西省南昌市(23°21′N，115°54′E)，年降水量1662mm，年均温17.8℃，土壤有机质含量26.25g kg-1，全氮含量1.50g kg-1。该地区主要种植模式为早稻-晚稻连作模式。针对双季稻稻田生态系统的环境污染问题，以环境可持续与产量保障为前提，提供一种方便可行的预测水稻氮肥合理施用的方法，其步骤如下：
S1：根据当地农户传统施氮量，设置6个施氮处理，施氮量分别为0kg N ha-1，60kgN ha-1， 120kg N ha-1，180kg N ha-1，240kg N ha-1，300kg N ha-1，每个处理三次重复。所有处理磷钾肥用量相同，磷肥用量90kg P2O5 ha-1,钾肥用量150kg K2O ha-1。
S2：于2010年记录各处理早晚稻产量，根据田间肥料试验不同施氮量下产量数据通过统计软件建立施氮量-产量的二次函数模型：
早稻：产量(t ha-1)＝-0.00007×施氮量2+0.028×施氮量+4.20
晚稻：产量(t ha-1)＝-0.00003×施氮量2+0.012×施氮量+6.13
S3：监测每季稻田活性氮损失，其中每季氨挥发损失通过密闭式间歇通气法监测。N2O、淋溶与径流活性氮损失通过对华中地区文献数据整合方式拟合模型：
早稻：N2O-N(kg N ha-1)＝0.12×exp(0.0059×施氮量)
淋溶氮损失(kg N ha-1)＝2.31×exp(0.0021×施氮量)
径流氮损失(kg N ha-1)＝1.98×exp(0.0059×施氮量)
晚稻：N2O-N(kg N ha-1)＝0.087×exp(0.0085×施氮量)
淋溶氮损失(kg N ha-1)＝2.92×exp(0.0021×施氮量)
径流氮损失(kg N ha-1)＝1.24×exp(0.0055×施氮量)
S4：根据2010年统计的水稻产量与总活性氮损失(NH3、N2O、淋溶，径流)与各指标成本(表1)计算经济效益、环境成本与环境经济效益：
经济效益(元)＝水稻产量×水稻价格-施氮量×氮肥价格
环境经济效益(元)＝经济效益-∑(活性氮损失×(生态成本+人类健康成本))
其中生态成本中温室气体排放成本由N2O排放总量(直接排放与NH3、水体硝态氮的间接排放，间接排放因子根据《2006IPCC国家温室气体清单指南》计算，NH3挥发0.01kg N/kg NH3-N,硝态氮0.0075kg N/kg NO3 --N)的等量CO2换算指标(298kg CO2/kg N2O，根据《2006 IPCC国家温室气体清单指南》)。
通过统计软件对经济效益与环境经济效益进行二次函数模型拟合，获得如下函数模型：
早稻经济效益(元)＝-0.18×施氮量2+66.76×施氮量+10932(相关系数R2＝0.97)
早稻环境经济效益(元)＝-0.217×施氮量2+61.12×施氮量+10245(相关系数R2＝0.98)
晚稻经济效益(元)＝-0.076×施氮量2+25.63×施氮量+15943(相关系数R2＝0.95)
晚稻环境经济效益(元)＝-0.096×施氮量2+16.51×施氮量+15426(相关系数R2＝0.99)
S5：根据函数公式计算该地块早稻经济效益施氮量与环境经济效益施氮量分别为189kg N ha-1与140kg N ha-1，而晚稻经济效益施氮量与环境经济效益施氮量分别为167kgN ha-1与85kg N ha-1。
由图3和图4数据可知，江西南昌地区早晚稻经济施氮量下仍然能够进一步优化施氮量以减少早晚稻种植造成的活性氮损失风险，通过减少经济施氮量至环境经济施氮量可减少化肥氮投入25-49％，这一氮肥减量并不会对当地农户造成过大的经济损失(减少约2.4-2.8％经济效益)，但可减少约30-45％的活性氮的环境成本。
以上实例仅为本发明的示例性案例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种水稻氮肥施用量的确定方法，其特征在于，步骤为：利用田间试验不同施氮量梯度下水稻产量的响应，确定水稻产量-施氮量的二次响应曲线，进一步通过不同施氮量下氮肥成本和环境成本，获得经济效益-施氮量响应曲线与环境经济效益-施氮量响应曲线，从而获得水稻氮肥施用量。
2.根据权利要求1所述水稻氮肥施用量的确定方法，其特征在于，步骤为：(1)利用田间肥料试验，根据调查统计获得当地传统施氮量，设置氮肥梯度试验，并测定不同施氮量下的产量和环境指标，包括氨挥发量，氧化亚氮排放量，氮径流损失量与氮渗漏损失量；(2)根据田间肥料试验不同施氮量下产量数据，通过统计软件建立施氮量-产量的二次函数模型：
产量＝基础产量+a×施氮量+b×施氮量2；
其中，基础产量表示不施氮肥下水稻产量，单位：t·ha-1，施氮量表示水稻生长季节氮肥施用总量，单位：kg·ha-1，a与b为模型系数；
并通过施氮量、产量表现计算经济投入与产出，获得经济施氮量-经济效益响应模型，并对模型求导确定经济最佳施氮量；(3)根据田间肥料试验监测不同氮肥梯度下活性氮损失，通过SPSS statistics 24建立施氮量-活性氮损失的指数或线性模型，依据统计软件给出的拟合优良性统计量参数-赤池信息量准则AIC选择最优模型，选择AIC最小的模型：
活性氮损失指数模型＝a+b×exp(施氮量)
活性氮损失线性模型＝a+b×施氮量
其中，活性氮损失表示来自水体和大气的活性氮损失，单位：kg·ha-1，a表示不施氮下活性氮损失，单位：kg·ha-1，b为活性氮损失模型系数；
(4)根据以往文献评估规定的活性氮损失生态成本与人类健康成本计算环境成本：
环境成本＝∑[活性氮损失×(生态成本+人类健康成本)]
其中生态成本中温室气体排放成本为N2O排放总量；
进一步得到环境经济效益，所述环境经济效益＝经济效益-环境成本，获得施氮量-环境经济效益二次函数模型，并通过对模型求导获得环境经济最佳施氮量；(5)根据上述方法获得的经济最佳施氮量与经济最佳施氮量确定稻田合理施氮量区间。
3.根据权利要求2所述水稻氮肥施用量的确定方法，其特征在于，所述氮肥梯度试验是指基于试验地传统施氮量，通过在不同试验小区施用不同比例氮肥进行平行试验，以获取不同施氮量下的水稻产量与活性氮损失。
4.根据权利要求2所述水稻氮肥施用量的确定方法，其特征在于，所述氮肥梯度为不施氮肥、25％传统施氮量、50％传统施氮量、100％传统施氮量、125％传统施氮量与150％传统施氮量，对每种施氮量均进行三次以上重复试验。
5.根据权利要求2所述水稻氮肥施用量的确定方法，其特征在于，所述来自水体的活性氮损失为淋溶与径流，所述来自大气的活性氮损失为氨挥发与氧化亚氮损失。
6.根据权利要求2所述水稻氮肥施用量的确定方法，其特征在于，所述对活性氮损失的监测需要持续至少一季完整水稻生长季。
7.根据权利要求2所述水稻氮肥施用量的确定方法，其特征在于，所述对于活性氮损失的测定方法为采用国际通用的监测方法中的任何一种，其中氨挥发采用密闭式通气法或微气象学法；氧化亚氮采用静态箱法测定；活性氮径流损失采用径流池法测定；渗漏氮损失采用渗漏池或渗漏管方法测定。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211201421.1A CN115413462B (zh) | 2022-09-29 | 2022-09-29 | 一种水稻氮肥施用量的确定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211201421.1A CN115413462B (zh) | 2022-09-29 | 2022-09-29 | 一种水稻氮肥施用量的确定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115413462A true CN115413462A (zh) | 2022-12-02 |
| CN115413462B CN115413462B (zh) | 2024-03-22 |
Family
ID=84206075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211201421.1A Active CN115413462B (zh) | 2022-09-29 | 2022-09-29 | 一种水稻氮肥施用量的确定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115413462B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116541688A (zh) * | 2023-04-11 | 2023-08-04 | 南京农业大学 | 一种基于遥感物候/植被信息的稻作灌区田面水氮浓度预测方法 |
| CN116663937A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-08-29 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 农作物施氮策略的确定方法、装置及设备 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004055217A1 (de) * | 2004-11-16 | 2006-05-18 | Agro-Sat Consulting Gmbh | Verfahren zur Optimierung des Einsatzes von Düngemitteln oder dergleichen in der Landwirtschaft |
| US20080304711A1 (en) * | 2006-11-07 | 2008-12-11 | Peter Clifton Scharf | Method of predicting crop yield loss due to n-deficiency |
| CN102087681A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-06-08 | 浙江大学 | 预测稻田化肥尿素氮多维通量迁移转化的模型 |
| CN103646347A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-03-19 | 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 | 一种确定作物氮肥施用量的方法 |
| CN103636417A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-03-19 | 中国科学院南京土壤研究所 | 一种稻田氮肥施用量的确定方法 |
| CN104782301A (zh) * | 2015-04-03 | 2015-07-22 | 北京市农林科学院 | 一种兼顾区域产量与环境风险的北京地区夏玉米分区施氮的方法 |
| JP2018082648A (ja) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | コニカミノルタ株式会社 | 施肥設計方法、施肥設計プログラム、および施肥設計システム |
| US20200068797A1 (en) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | Farmers Edge Inc. | Method and system for estimating effective crop nitrogen applications |
| CN112016211A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-01 | 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 | 一种协调农学和环境的萝卜氮肥推荐方法 |
| CN113331005A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-09-03 | 山东省农业科学院 | 一种小麦-玉米周年养分资源综合管理方法 |
-
2022
- 2022-09-29 CN CN202211201421.1A patent/CN115413462B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004055217A1 (de) * | 2004-11-16 | 2006-05-18 | Agro-Sat Consulting Gmbh | Verfahren zur Optimierung des Einsatzes von Düngemitteln oder dergleichen in der Landwirtschaft |
| US20080304711A1 (en) * | 2006-11-07 | 2008-12-11 | Peter Clifton Scharf | Method of predicting crop yield loss due to n-deficiency |
| CN102087681A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-06-08 | 浙江大学 | 预测稻田化肥尿素氮多维通量迁移转化的模型 |
| CN103636417A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-03-19 | 中国科学院南京土壤研究所 | 一种稻田氮肥施用量的确定方法 |
| CN103646347A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-03-19 | 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 | 一种确定作物氮肥施用量的方法 |
| CN104782301A (zh) * | 2015-04-03 | 2015-07-22 | 北京市农林科学院 | 一种兼顾区域产量与环境风险的北京地区夏玉米分区施氮的方法 |
| JP2018082648A (ja) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | コニカミノルタ株式会社 | 施肥設計方法、施肥設計プログラム、および施肥設計システム |
| US20200068797A1 (en) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | Farmers Edge Inc. | Method and system for estimating effective crop nitrogen applications |
| CN112016211A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-01 | 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 | 一种协调农学和环境的萝卜氮肥推荐方法 |
| CN113331005A (zh) * | 2021-05-26 | 2021-09-03 | 山东省农业科学院 | 一种小麦-玉米周年养分资源综合管理方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 乔俊;汤芳;朱励军;颜廷梅;赵冬;王如海;杨林章;: "太湖地区水稻产量、根圈土壤矿质态氮及氮素径流损失对氮肥的响应", 农业环境科学学报, no. 11, pages 2140 - 2145 * |
| 夏永秋;颜晓元;: "太湖地区麦季协调农学、环境和经济效益的推荐施肥量", 土壤学报, no. 6, pages 1210 - 1218 * |
| 李艳;唐良梁;陈义;吴春艳;唐旭;计小江;: "施氮量对水稻氮素吸收、利用及损失的影响", 土壤通报, no. 02, 6 April 2015 (2015-04-06), pages 392 - 397 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116541688A (zh) * | 2023-04-11 | 2023-08-04 | 南京农业大学 | 一种基于遥感物候/植被信息的稻作灌区田面水氮浓度预测方法 |
| CN116541688B (zh) * | 2023-04-11 | 2024-04-26 | 南京农业大学 | 一种基于遥感物候/植被信息的稻作灌区田面水氮浓度预测方法 |
| CN116663937A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-08-29 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 农作物施氮策略的确定方法、装置及设备 |
| CN116663937B (zh) * | 2023-07-28 | 2023-11-14 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 农作物施氮策略的确定方法、装置及设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115413462B (zh) | 2024-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Rational trade-offs between yield increase and fertilizer inputs are essential for sustainable intensification: A case study in wheat–maize cropping systems in China | |
| CN115413462B (zh) | 一种水稻氮肥施用量的确定方法 | |
| Cui et al. | On‐farm evaluation of the improved soil Nmin–based nitrogen management for summer maize in North China Plain | |
| Cui et al. | On-farm evaluation of an in-season nitrogen management strategy based on soil Nmin test | |
| De-Xi et al. | Ammonia volatilization and nitrogen utilization efficiency in response to urea application in rice fields of the Taihu Lake region, China | |
| CN106612849B (zh) | 一种有机肥定量替代化肥的施用方法 | |
| Xu et al. | Agricultural nitrogen flow in a reservoir watershed and its implications for water pollution mitigation | |
| Yue et al. | Re-assessing nitrous oxide emissions from croplands across Mainland China | |
| Wang et al. | Reducing greenhouse gas emissions while maintaining yield in the croplands of Huang-Huai-Hai Plain, China | |
| Pagani et al. | Effects of nitrogen and sulfur application on grain yield, nutrient accumulation, and harvest indexes in maize | |
| Akinbile | Assessment of the CERES-Rice model for rice production in Ibadan, Nigeria | |
| Yan et al. | Rice yield, water productivity, and nitrogen use efficiency responses to nitrogen management strategies under supplementary irrigation for rain-fed rice cultivation | |
| Li et al. | Nitrogen fertilizer management on wheat yield and nitrogen utilization | |
| Chen et al. | 'Preferential'ammonium uptake by rice does not always turn into higher N recovery of fertilizer sources under water-saving irrigation | |
| Hamani et al. | Suitable split nitrogen application increases grain yield and photosynthetic capacity in drip-irrigated winter wheat (Triticum aestivum L.) under different water regimes in the North China Plain | |
| Yuan et al. | Soil nitrogen and carbon storages and carbon pool management index under sustainable conservation tillage strategy | |
| Shi et al. | Modeling ammonia volatilization following urea and controlled-release urea application to paddy fields | |
| Ye et al. | Effects of water-nitrogen interactions on the fate of nitrogen fertilizer in a wheat-soil system | |
| Mandal et al. | Comparative study of evaluation of soil fertility status in rice zone, Morang | |
| Talgre et al. | The effects of pure and undersowing green manures on yields of succeeding spring cereals | |
| Chai et al. | Mitigation potential of greenhouse gases under different scenarios of optimal synthetic nitrogen application rate for grain crops in China | |
| Zhang et al. | Optimal phosphorus management strategies to enhance crop productivity and soil phosphorus fertility in rapeseed–rice rotation | |
| Banerjee et al. | Nitrogen management trade-offs in hybrid rice for agronomy, carbon, and energy efficiency | |
| Mirfenderski et al. | Climate-resilient agricultural water management to alleviate negative impacts of global warming in rice production systems | |
| CN112219518A (zh) | 一种测土配方施肥的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhao Xu Inventor after: Cai Siyuan Inventor before: Cai Siyuan Inventor before: Zhao Xu |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |