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1、测土配方施肥原理及手机专家系统应用方法湖南省耒阳市农业局 农业技术推广研究员 陈小虎第一章 测土配方施肥技术介绍1 测土配方施肥的概念及意义1.1 测土配方施肥的概念“测土配方施肥”是以肥料田间试验、土壤测试为基础，根据作物需肥规律、土壤供肥性能和肥料效应，在合理施用有机肥料的基础上，提出氮、磷、钾及中、微量元素等肥料的施用品种、数量、施肥时期和施用方法。测土配方施肥技术既是一个农业生产的单项技术，也是一项庞大的系统工程。1.2 测土配方施肥的目的意义有资料表明，目前我国以占世界7%的耕地面积养活了占世界22%的人口，但却施用了占世界35%的化肥，成为世界最大的化肥消费国。长期以来，我国农村地
2、区盲目施肥、过量施肥现象严重。这不仅造成农业生产成本增加，而且带来严重的环境污染，威胁农产品质量安全。实践证明，实施“测土配方施肥”，对于提高粮食单产、降低生产成本、实现粮食稳定增产和农民持续增收具有重要的现实意义；对于提高肥料利用率、减少肥料浪费、保护农业生态环境、改善耕地养分状况、实现农业可持续发展具有深远影响。2 测土配方施肥内容及技术流程农业部自2005年开始在全国组织实施的测土配方施肥项目，严格按照“公益性环节国家支持，经营性环节市场运作”的总体思路，主要围绕“测土、配方、配肥、供肥、施肥指导”五个环节，开展野外调查、土壤测试、田间试验、配方设计、校正试验、配肥加工、示范推广、宣传培
3、训、数据库建设、效果评价和技术研发等12个方面的工作，最终达到“科学施肥、提高产量、改善品质、减轻污染、节约肥料、增加收入”的目的。以上的五个环节、11个方面的工作经历十多年的实施，已经完成了各项工作任务，完成了全套技术的研究和成果的开发，现阶段的任务是如何将该项技术和成果扩大应用到生产实际中去，继续发挥测土配方施肥技术的作用，为我国农业可持续发展做出更大的贡献。第二章 测土配方施肥理论及操作1 作物生长必需的营养元素1.1 植物体的化学元素组成成分植物的组成十分复杂。一般新鲜植株含有75%95%的水分，5%25%的干物质。如果将干物质燃烧，其中的碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）等元素以
4、二氧化碳、水、分子态氮和氧化物形式跑掉，留下的残渣称为灰分。因此，植物必需的营养元素除碳、氢、氧外，可以分为氮及灰分元素两大类。地球上自然存在的化学元素有92种，到目前为止，已发现植物体内化学元素大约有70多种，但是，这些化学元素在植物体内含量不同，而且所含的这些元素不一定都是植物生长必需的。有些元素可能是偶然被植物吸收，甚至还能大量积累；反之，有些元素对于植物需要虽然极微，然而却是植物生长不可缺少的营养元素。1.2 植物生长所必需营养元素的种类高等植物已知需要碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）、硫（S）、铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）、铜（
5、Cu）、钼（Mo）、硼（B）、氯（Cl）等16种元素，其中碳、氢、氧从空气中获得，其余的元素从土壤与肥料中获得，称为矿质营养元素。但需要量之间差别很大，一般分为大量元素、中量元素和微量元素。各种必需营养元素在植物体内的含量的相差很大（表1），一般可根据植物体内含量的多少划分为大量营养元素和微量营养元素。大量营养元素含量一般占干物质重量的0.1%以上，它们是碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁和硫9种；微量营养元素的含量一般在0.1%以下，有的只含0.1mg/kg，它们是铁、硼、锰、铜、锌、钼和氯7种。上述必需营养元素在植物体内的含量常受植物种类、年龄以及环境中其它矿质元素含量等的影响，尤其是环境条件
6、的影响，可使体内各种营养元素的含量发生很大的变化。在植物组织中常出现某些微量元素含量超过其生理需要量，例如铁、锰的含量能接近植株中硫或镁含量，这主要是环境条件影响的结果。应该指出，植物各器官中营养元素的含量，并不能完全反映植物对这些养分的实际需要量，尤其是一些非必需营养元素常常是被动吸入植物体内的。1.3 农作物生长需要的“肥料三要素”氮、磷、钾作物需要较多，而土壤中含量却较少，要用肥料补充。通常把氮、磷、钾叫做“肥料三要素”。 氮、磷、钾不能互相代替，必须很好地配合施用。2 科学施肥的基础理论及技术原理2.1 养分补偿学说养分补偿学说是施肥的基本原理之一，是养分归还学说的发展。德国化学家李比
7、希1843年在化学在农业和生理学上的应用一书中，系统地阐述了植物、土壤和肥料中营养物质变化及其相互关系，提出了养分归还学说。认为人类在土壤上种植作物，并把产物拿走，作物从土壤中吸收矿质元素，就必然会使地力逐渐下降，从而土壤中所含养分将会越来越少，如果不把作物带走的营养元素归还给土壤，土壤最终会由于土壤肥力衰减而成为不毛之地。因此要恢复和保持地力，就必须将从土壤中带走的营养物质还给土壤，必须处理好用地与养地的矛盾。2.2 同等重要律大量元素和微量元素，对农作物来说都是同等重要的，缺一不可，缺少了其中的任何一种营养元素，作物就会出现缺素症状，而不能正常的生长发育、结实、甚至会死亡，导致减产或绝收。
8、例如作物对铜的需要量很少，但小麦缺少了它就会出现不孕小穗。2.3 不可代替律作物需要的各种营养元素，在作物体内都有其一定的功能，相互之间不能互相代替。如缺少钾，不能用磷代替，缺磷不能用氮代替，也不能用和它们化学性质十分相似的元素所代替。缺少什么元素，就必须施用含有该元素肥料。2.4 最小养分律上述的两条定律说明，要保证作物的正常生长发育，获得高产，就必须满足它们所需要的一切元素的种类和数量及其比例。若其中有一个达不到需要的数量，生长就会受到影响，产量就受这一最小元素所制约。无视这种养分的短缺，即使其它养分非常充足，也难以提高作物产量。最小养分不是指土壤中绝对含量最少的养分，而是对作物的需要而言
9、的，是指土壤中有效养分相对含量最少(即土壤的供给能力最低)的那种养分。最小养分不是不变的，它随作物种类、产量和施肥水平而变。一种最小养分得到满足后，另一种养分就可能成为新的最小养分。例如，解放初期，我国基本上没有化肥工业，土壤贫瘠、突出表现缺氮，施用氮肥都有明显的增产效果。到了60年代，随着生产的发展，化学氮肥的施用量有了一定增长，作物产量也在提高，有些地区开始出现单施氮肥增产效果不明显的现象，于是土壤供磷不足就成了当时进一步提高产量的制约因素。在施氮基础上，增施磷肥，作物产量大幅度增加。到了70年代，随氮、磷用量的增长及复种指数的提高，作物产量提高到了一个新水平，对土壤养分有了更高的要求，有
10、些地区开始表现缺钾现象。年代以后，土壤中微量元素的缺乏严重阻碍作物产量的提高，微量元素成为最小养分，其中缺乏面积较大的微量元素主要是是锌、硼、钼。最小养分率可用木桶原理形象地表示出来。土壤好比一个盛水的木桶，构成木桶的每一块木板代表土壤中一种营养元素，如果土壤缺氮，氮素就是最小养分，代表氮素的木板就比其它木板低一些，木桶的盛水量代表作物的产量，盛水超过代表氮素的木板就会自然流出，要想提高木桶的盛水量，必须提高氮素木板的高度。根据最小养分律，在施肥实践上，应根据土壤有效养分含量和作物需肥特性，首先施用含量小养分的那种肥料，当发生最小养分转变，新的最小养分出现时，施肥的目的随之转变到解除新的最小养
11、分限制作用上来，因而在实际施肥过程中，需进行各种肥料的配合施用，使各种养分因子在较高水平上满足作物需要。例如某些土壤缺硼，出现油菜花而不实或棉花的蕾铃脱落，水稻坐蔸和玉米白化苗病，只有在施用硼肥或锌肥后，病症才会消退。2.5 报酬递减律该规律可概述为：在生产条件相对稳定的前提下，随着施肥量的增加，作物产量也随之增加，但增产率为递减趋势。报酬递减律是说明投入和产出两者的关系。产出的多少，并非总是和投入的多少呈直线正相关的。如果我们不注意研究投入和产出的关系，而一味地盲目大量施肥，就会造成“增产不增收”等现象。正因为投放和产出不一定呈直线相关的关系，所以就应该根据农作物对肥料的效应曲线来确定获得高
12、产的最佳施肥量。总之，充分认识报酬递减这一经济规律，并用它来指导施肥，就可避免施肥的盲目性，提高肥料的利用率，从而发挥肥料最大的经济效益。3 推荐施肥技术原理3.1 推荐施肥操作过程田间采集土壤样品化验土壤养分含量确定作物目标产量计算施肥量制定施肥方案打印推荐施肥建议卡由农技员送达到农户手中农户按照施肥通知施肥。（前两项工作已经在实施测土配方施肥项目中完成）3.2 计算施肥量通常采用斯坦福的养分平衡法计算施肥量，分三个步骤：第一是计算需肥量，第二是计算土壤供肥量，第三是计算施肥量。W养分施用纯量（kg/ 亩）（UNs）/ R，；U每季作物需要吸收的总养分（kg/亩）目标产量作物形成单位经济产量
13、所需的养分量（养分系数见表1）；Ns土壤供肥量（kg/亩）土壤测试值0.15有效养分校正系数C(%)；C(%)土壤有效养分校正系数（缺素区作物地上部分吸收该元素量(kg/亩) / 土壤养分供应量(kg/亩)100%R肥料中该养分当季利用率；举例演算计算过程：早稻的大田氮肥施肥量的问题，已知早稻计划产量（目标产量）是500公斤/亩，每产出100公斤稻谷需吸收氮素2.3公斤（1公斤稻谷吸收氮为0.024公斤），土壤碱解氮含量为170mg/kg，土壤有效养分校正系数为34%，氮肥的利用率为29%，氮肥的基追比为7:3，算出基肥碳酸氢铵的施用量，追肥尿素的施用量。亩产500公斤吸收氮素总量U=目标产量
14、作物形成单位经济产量所需的养分量（养分系数）=5000.023=11.5（公斤/亩）土壤供肥量Ns=土壤测试值0.15有效养分校正系数C(%)=1700.150.34=8.67（公斤/亩）氮肥施用纯量W=（UNs）/ R =（11.58.67）/0.29=9.76基肥施用碳铵量=9.760.7/0.17=40.2公斤追肥施用尿素量=9.760.3/0.46=6.4公斤由此可见计算过程还是比较繁琐的，还有磷肥、钾肥的施用量也要一样的计算。在计算式中还有有效养分校正系数、肥料利用率这两个关键技术参数的取值具有不确定性，对施肥量的计算影响较大，且必须通过大量的田间试验获得。由于施肥量的计算繁琐和不确
15、定性，需须专业技术人员才会计算，普通农户是无法完成的，很有必要采用一种简化的计算方法，而通过建立施肥数学模型、建立科学的推荐施肥专家系统就可以迎刃而解了。表1 不同农作物形成100kg 经济产量所需的养分量（养分系数）作物收获物形成100kg经济产量所吸收的养分量（kg）氮（N）磷(P2O5)钾(K2O)水稻籽粒2.10-2.400.902.10-3.30春小麦籽粒3.00 1.00 2.50 玉米籽粒2.57 0.86 2.14 高粱籽粒2.60 1.30 1.30 棉花籽棉5.00 1.80 4.00 油菜菜籽5.80 2.50 4.30 烤烟鲜叶4.10 0.70 1.10 花生荚果6.80 1.30 3.80 甘薯鲜块根0.35 0.18 0.55 马铃薯鲜块根0.50 0.20 1.06 大豆豆粒7.20 1.80 4.00 甘蔗茎0.19 0.07 0.30 辣椒果实0.55 0.10 0.75 萝卜块根0.60 0.31 0.50 黄瓜果实0.40 0.35 0.55 茄子果
