26精准养分管理-棉田土壤养分精准管理初探

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精准养分管理棉田土壤养分精准管理初探杨俐苹1,姜城1,金继运1,张峰民2（1中国农业科学院土壤肥料研究所，北京1000812河北省邯郸币农业技术推广站，邯郸056802）在持续农业发展屮，土壤管理是影响持续农业发展的关键因素。合理的土壤管理能保护土地资源、提高环境质量。相反,不合理的土壤管理会导致土壤退化、水土流失、环境污染，甚至导致灾难性的厉果。随着现代科学技术,特别是信息科学技术的发展，以土壤肥力维持和提高为中心的土壤管理开始应用新技术手段进行。椅准农业在一些发达国家和地区逐渐兴起[1.5,8.9.16]o传统的测土施肥都是采用均-•施肥量。由于土壤肥力的空间变异性，同-•地块土壤肥力可能存在较大差片，均-•施肥会导致土壤肥力较高的地方施肥过多，肥力低的地方施肥不足。这既浪费了肥料资源、影响产虽，乂可能使土地资源的主产潜力得不到充分发挥，或造成环境污染问题。90年代以来，以3S（GIS、GPS、RS）为核心技术的信息农业和梢准农业的技术体系开始在一些发达国家和地区形成。在此基础上发展形成了变量施肥技术，大人捉高了肥料利用率和施肥增产效益诙°精准农业在我国的研究和发展才刚刚起步。本研究结合地理信息系统和土壤养分系统研究法，探讨在一定农业生产条件下棉田土壤养分空间变异特征,通过揭示土壤养分的空间变异规律,为实现土壤养分的粘确管理及合理推荐施肥提供科学依据。1材料与方法1.1样品的采集试验示范在河北邯郸陈刘营村约54屆连片繁种棉[I]上进行，棉花品种为美国抗虫棉-新棉33Bo土壊为褐土，质地沙壤,前作主要为玉米，少部分地块为蔬菜和棉花。取土时间1999年2月10日，取土前对当地的基木农业生产条件（包括前茬作物品种、产量水平、施肥习惯、水利条件等）进行详细调查。利川网格取样法采集土壤样本，川卫星定位系统（GPS）定位。取样间隔80m°取样方法为：在以网格点为圆心、3m为半径的范围内采集10钻0~20cm的耕层土壤组成代表该点的混合样木。共取土样98个。収样点分布如图1所示。(图：图1棉田网格取样位置示意图) 1.2样品的分析用土壤养分状况系统研究法“分析土壤养分状况。土壤中的速效磷(P)、钾(K)、铜(Cu)、铁(Fe)、谥(血)和锌(Zn)采用ASI联合浸提剂(0.25mol/LNaHCQ.-O.Olmol/LEDTA-0.01mol/LNH.F)同时浸提;速效硼(B)和硫(S)用0.08mol/L的过磷酸钙溶液浸提;速效钙(Ca)、镁(Mg)和鞍态氮(NHZ-N)用1mol/L的KC1浸提;有机质用0.2mol/LNaOH-0.01mol/LEDTA-2%甲醇溶液提取。有机质和非金属元索用比色法测定，金属元索川原子吸收分光光度计测定。1.3土壤养分空间变异分析应用地理信息系统软件(Winsurf,堆ipG【S)对土壤养分数据进行空间分析。通过空间内插⑵刃后形成的等值线图以反映土壤养分空间变异规律，并通过地理信息系统的统计模块进行面积分析，以反映各养分水平所占比例。1.4推荐施肥方法氮肥的推荐量主要考虑有机质水平和H标产量，其它元索的推荐量是根据“土壤养分状况系统研究法”C6］提岀的养分分级标准及“目标产量测土施肥法”口确定的。2结果与分析2.1棉山土壤速效养分状况土壤速效养分状况见表1。该棉III土壤有机质水平较低。速测有机质平均含量仅0.49%.从作物所需的3种大量莒养元素氮、磷、钾来看,大部分土壤极缺氮,土壤速效态氮(NH/-N)在1.广22.4mg几,平均值8.27mg/L,显著低于临界水平。多数土壤样本速效磷、钾含量在临界水平以上，接近中等水平含量。速效磷含量15.8^141.8mg/L,平均值33.8mg/L；速效钾含量46.9~187.7mg/L,平均值87.6mg/L。土壤中速效钙、镁、硫、硼相对较高，含量一般在适宜水平。但土壤铜、铁、镒、锌四种微量营养元素含量则相对较低，特别是锌钵的缺乏不可忽视，否则可能成为高产的限制因子。(表：表1棉田土壤速效养分含量范围及临界值指标(mg/L)) pH有机质（%）CaMgKNPSBCuFcMnZn最大值Max8.000.723166.32362.07187.6722.40141.8074.228.902.7011.406.402.00最小值Min7.200.401803.60201.6946.921.1015.808.560.811.007.102.200.70中值Median7.700.482494.98290.3982.116.7029.4552.823.461.408.603.801.00平均值Mean7.720.492453.26287.2587.618.2733.8250.173.431.418.843.901.10标准差Std0.130.06240.5836.3425.894.971&0212.101.520.201.000.780.23变晁系数C.V.（%）1.6312.779.8112.6529.5560.0753.2724.1244.5213.9511.3420.0321.25临界值"Criticalvalue400.8121.57&250.012.012.00.201.010.05.02.0可见，该区棉山应增施有机肥以培肥地力。从土壤分析结果可知，氮索是棉山最主要的限制因子，增施氮肥可能有明显效果。虽然磷、钾含昴:在中等水平，但对高产棉花施肥，磷、钾肥的施用也很重要。此外，增施少量微量元素锌和镒，可能获得显著的增产效益。2.2棉田土壤养分（P、K）空间变异应用地理信息系统对土壤养分数据进行空间内插后形成的等值线图可以反映土壤养分空间变异规律（如图2）。从图中町以看出，大部分土壤速效磷含量在中等水平，这可能与前作大部分地块皆为玉米地、且当地农民的种植施肥方式相似冇关,只有部分区域土壤速效磷变界较人。根据对上茬作物主产、施肥情况的调查，上茬为棉花、蔬菜的地块，土壤速效磷含量在40mg/L以上，大大高于平均水平。而靠近示范村北部和南部边缘区域速效磷的含量略低。土壤速效钾的变界规律与土壤速效磷的变异规律相似，即上茬为棉花和蔬菜的地块土壤速效钾相对较高，在取样区域地块边缘地带速效钾含量相对较低。总Z,棉山土壤养分空间变界主要与前茬种植利用方式有关，在种植经济作物的区域，由于其施肥水平较窩，土壤养分別是磷钾的含量高且变异人。（图：图2土壤速效磷含量等值线图）（图：图2-1土壤速效钾含量等值线图） 通过地理信息系统的统计模块进行面积分析，结果表明，土壤速效磷含量V25mg/L（中偏低水平）的占总面积的26.97%,25〜40mg/L（中等水平）的占62.44%,40〜60mg/L（中偏上水平）的占5.70%,>60mg/L（较丰富）的占4.89%,说明大多数土壤速效磷处于中等水平，极高或极低区域所占的比例相当小。土壤速效钾含量V78.2mg/L（低）的占总面积37.59%,78.2〜117.3mg/L（中偏低水平）的占55.27%,>117.3mg/L（中等水平）的占7.14%,说明速效钾低于临界值的土壤占有一•定的比例，而大多数属于中偏低水平。2.3棉田推荐施肥建议在土壤测试分析土壤P、K空间变异性基础上，根据“目标产量测土丿施肥法”，结合当地施肥水平和棉花产量水平，提出籽棉产量水平在4500^6000kg/ha棉田推荐施肥建议。变最施肥技术（VRAT）的实施，考虑到当地土地分散经营的特点及施肥机具的限制，整个取样区棉III地块分为14个承包组（图3）,各组一般由承包组长统一管理。因此根据各承包区土壤养分状况捉出相应推荐施肥配方。山于测定的速效态氮（NH.-N）不能完全反应土壤的供氮水平，氮肥的推荐量是根据目标产量和有机质水平确定的。磷钾肥用量根据不同区域P、K变异状况提出。此外，整个区域土壤微虽:元素血、加显著低于临界水平，皆需施镒肥和锌肥。具体推荐施肥建议见表2。如承包组5棉田（6.33ha）分成南北两段，南段土壤P、K含量高于北段,故南段少施P、K肥,南、北段氮磷钾配方分别为（kg/ha）N225-P2（）5105-沧0150、N225-PAI35-KQ180；而承包组2棉田（6.4ha）土壤P、K含量比较均匀,只用一个氮磷钾配方（kg/ha）N225-PA135-150即可。其它承包组以此类推。每公顷棉田皆施用30kgZnS0,、45kgMnS0.o可见,网格取样技术和变暈施肥技术避免了均一施肥所导致的土壤肥力较高的地方施肥过多、肥力低的地方施肥不足的弊病，使肥料以合适的用量施用到需耍的地方，是提高肥料有效性的有希望的手段。 （图：图3各承包组位置及面积示意图）（表：表2各承包组推荐施肥建议）承包组Group棉田面积Areas（ha）施肥量Fertilizerrate(kg/ha)11.33北(N)N225-P2ai35-K2OI8O南(S)N225-P205105-K2018026.40N225-P205135-K2015034.47」t(N)N225-P2(^105-K20150南(S)N225-P2^135-K2015042.00北(N)N225-P205105-K20180南(S)N225-P205105-K2015056.33北(N)N225-P2@135-K：＞018O南(S)N225-P20s105-K2015062.80北(N)N225-P205105-K20180南(S)N225-P205105-K2015070.67N225-P20.575-^015080.93N225-PA105-K2018094.33ffi(W)N225-P2a105-K20150东(E)N225-PA75-K20150104.93N225-PA105-K20150112.27N225-P2(M05-K2OI8O127.530(W)N225-P2O51O5-K2O18O东(E)[Jt(N)N225-PA105-K20150南N225-P20575-K20150]133.00N225-Pz0s75-K20150144.20N225-P205135-K20150应川地理倍息系统对土壤养分空间变异的研究及在此基础上的变量平衡施肥，克服了以往的推荐施肥方法取混合样本的不足。分区推荐施肥实现了土壤养分的定位管理，是耕准农业在我国实施的初步尝试。2.4平衡施肥效益在示范村对各农户承包组提出推荐施肥建议的同时，我们还在两个农户地块上进行了山间对比试验示范。即在同一农户地块上以当地习惯施肥为对照，比较推荐施肥与当地习惯施肥的产量差异和经济效益差异。每个农户地块试验面积为 3333.5m2,籽棉产量测产面积为66.7m2,取2次重复。表3显示了棉花示范和对照的施肥量、肥料成木、产量及增产效益。（表：表3棉花示范和对照的施肥量、月巴料成本、产量及增产效益） 施肥量Fertilizerrate(kg/ha)肥料成本Costoffertilizers(yuan/ha)平均产虽Yield(kg/ha)增产Yieldsincrease(%)增加的产值Additionalgrossreturn(yuan/ha)   NPAK「0MnSOiZnSO^     示范Demonstration 22510515045301345.45212.519.84657.5 对照Localpractice312312180002002.84350.0——注释：注：肥料成本以每公斤纯N2.7元、P2025元、K202.1元、MnSO.,2.2元、ZnSO20元计算；每千克籽棉以5.4元计算推存施肥在土壤测试的基础上根据土壤养分丰缺状况及作物的需耍进行合理施肥，增加了微量元索链锌的施丿U,却大大降低了氮磷钾肥料施川量，从而使肥料使用更加合理，当地习惯施肥（对照）肥料成本为每公顷2002.8元，推荐施肥（示范）肥料成木为毎公顷1345.4元，推荐施肥比当地习惯施肥每公顷降低肥料成木657.4元。同时籽棉产量从毎公顷4350kg增加到每公顷5212.5kg,增产19.8%,增产所增加的收入每公顷4657.5元，每公顷净增收益5314.9元。3结论通过用土壤养分系统研究法研究该区棉川土壤养分状况，结果表明，该棉川的有机质水平低，作物高产的主要限制因子是氮。大部分土壤的速效磷和速效钾水平处于中等水平，但在高产条件下磷钾吧的施用也必不可少。同时需注意微量元素镒、锌的补充。棉山土壤养分空间变异主耍与前茬种植利用方式有关，在种植经济作物的区域，由于其施肥水平较高，土壤养分特别是磷钾的含量高且变异大。通过应用网格取样技术和地理信息系统研究农田土壤养分的空间变异规律，并在施肥时加以综合考虑，采用变量平衡施肥，克服了以往的推荐施肥方法取混合样木的不足，无疑会更恰当地满足作物生长对养分的需要，既增加了作物产量，提高了农户的经济效益，乂降低了肥料投入，也降低了因过量施肥对环境造成污染的可能性。主要参考文献[1]金继运.“精准农业”及其在我国的应用前景.植物营养与肥料学报.1998,4（1）：广7[2]周慧珍，至子同.土壤空间变异性研究.土壤学报，1996,33（3）:232^241.[3]沈思渊.土壤空间变异研究中地统计学的应用及其展握土壤学进展・1989,17(3):1广25.[4]梁春祥•华屮丘陵红壤物理性质空间变异性研究.土壤学报・1993,30(1):69^77. 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