麥積區(qū)蘋(píng)果種植土壤NPK施肥精準(zhǔn)化研究

閆秀婧　汪浩然　虎保成等

摘要：蘋(píng)果種植已成為麥積地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)，精準(zhǔn)化施肥對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大影響。在甘肅省天水市麥積區(qū)3個(gè)種植區(qū)選擇對(duì)蘋(píng)果種植影響較大的土壤氮（N）磷（P）鉀（K）元素，結(jié)合2012—2013年調(diào)查的樹(shù)齡、實(shí)測(cè)土壤NPK量、目標(biāo)產(chǎn)量，借助于NPK比例法，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，在試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行兩年試驗(yàn)可知，土壤NPK模擬施肥方式能科學(xué)的調(diào)整土壤NPK施肥量，并使NPK實(shí)測(cè)施肥比例與NPK適宜比例誤差控制在±10%以內(nèi)，每667 m2產(chǎn)量相比其他種植區(qū)較上年增加了5%～15%；模擬施肥量與蘋(píng)果樹(shù)對(duì)土壤NPK的需求量、吸收量、地塊、樹(shù)齡、地塊土壤肥力、生長(zhǎng)季節(jié)和土壤性狀有密切關(guān)系。這為麥積區(qū)蘋(píng)果種植精準(zhǔn)施肥提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：蘋(píng)果種植；土壤NPK；NPK比例法；模擬方法；精準(zhǔn)化施肥

中圖分類號(hào)：：S66-33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）19-4688-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.19.008

Abstract：Fertilization of precision has a significant influence on the development of apple industry with apple planting has already become a pillar industry in Maiji district. After doing Simulation and prediction study on soil NPK in Maiji district， Tianshui city， Gansu provice， can guide the local apple planting. All these depend on the surveyed data in Baojiagou village of Ganquan town，Damuwan village of Mapaoquan town and Zhouban village of Shife town between 2012 to 2013 including tree ages， fertilizer number of Survey and target yield， combining with NPK ratio method， build simulation method of fertilization by computer. The main result is as following： Simulation model of Soil NPK can adjustment fertilizer with Scientific method. It can control margin of error of surveyed soil NPK rate and soil NPK rate of optimize in 10% and make planting areas yield per 667 m2 increase between 5% and 15% than last year compare with others areas；the adjustment effect of simulation method of soil NPK fertilization is impacted by apple trees on the demanded quantity of soil NPK， absorption amount of soil NPK， planting areas， tree ages， soil fertility of planting areas， the growing seasons and soil properties .This studies can provides the science basis and technical support for precision fertilization of apple in Maiji.

Key words： apple planting； soil NPK； NPK ratio method； simulation method； precision fertilization

2012年，甘肅省天水市麥積區(qū)蘋(píng)果種植面積已超過(guò)2.4萬(wàn)hm2，已成為麥積的支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民增加收入的主要途徑。因此，精準(zhǔn)化施肥對(duì)蘋(píng)果種植發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。20世紀(jì)初德國(guó)著名農(nóng)業(yè)化學(xué)家米采利希（E.A.Mitscherlich）首先用指數(shù)函數(shù)來(lái)描述作物產(chǎn)量和施肥量之間的關(guān)系，現(xiàn)已至少出現(xiàn)十多種施肥效應(yīng)方程[1]；20世紀(jì)50年代初，美國(guó)首次將施肥模型的建立和肥料效應(yīng)的經(jīng)濟(jì)分析結(jié)合起來(lái)，收到了良好的效果，對(duì)推薦施肥起到了推動(dòng)作用[2]；荷蘭學(xué)者在1974～1993年期間提出了模擬模型，例如CERSE模型（美國(guó)小麥管理系統(tǒng)的氮?jiǎng)恿δＰ停┖虶reenwood等的WELLN模型（蔬菜和麥類植物氮?jiǎng)恿W(xué)模型）[3]等；國(guó)外學(xué)者采用隨機(jī)參數(shù)模型，參數(shù)可包括地點(diǎn)和年份，預(yù)測(cè)也比較準(zhǔn)確[4]。中國(guó)也提出了地力分級(jí)配方法、目標(biāo)產(chǎn)量配方法（包括養(yǎng)分平衡法和地力差減法）、田間試驗(yàn)配方法[包括養(yǎng)分豐缺指標(biāo)法、肥料效應(yīng)函數(shù)法和氮（N）磷（P）鉀（K）比例法]，在建立施肥模型和確定施肥量時(shí)考慮輪作肥料后效和氣候因子對(duì)肥料效應(yīng)的影響，施肥技術(shù)水平較以前有了提高[5]；國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了一些新的施肥模型[6，7]，應(yīng)用表明該模型可以揭示施肥單元的需肥特性并提供最佳施肥方案。平衡土壤NPK是有利于植物生長(zhǎng)，然而國(guó)內(nèi)種植戶因考慮經(jīng)濟(jì)因素，施肥不是可持續(xù)和合理的，因此，迫切需要建立一個(gè)合理的施肥體系，實(shí)現(xiàn)農(nóng)民收入增加和土壤質(zhì)量改善[8]。

本研究以麥積區(qū)蘋(píng)果種植土壤NPK實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合樹(shù)齡、目標(biāo)產(chǎn)量、NPK比例法，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬方式調(diào)整NPK施肥比例，實(shí)現(xiàn)NPK施肥量的精確調(diào)整，將該模擬方式應(yīng)用于試驗(yàn)區(qū)，效果良好。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

麥積區(qū)地處東經(jīng)105°25′～106°43′，北緯34°06′～34°48′，是甘肅省的東大門(mén)，總面積3 480 km2。麥積區(qū)是馳名中外的花牛蘋(píng)果故鄉(xiāng)，花牛蘋(píng)果榮膺第五屆國(guó)際農(nóng)產(chǎn)品博覽會(huì)金獎(jiǎng)和中國(guó)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品金獎(jiǎng)，花牛蘋(píng)果被命名為中華名果，被中國(guó)特產(chǎn)協(xié)會(huì)授予中國(guó)知名特產(chǎn)稱號(hào)，麥積區(qū)已成為全國(guó)農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化示范區(qū)和全省綠色食品示范縣區(qū)，被第三屆中國(guó)果蔬產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇評(píng)為甘肅省目前惟一的中國(guó)果品產(chǎn)業(yè)龍頭縣區(qū)。根據(jù)蘋(píng)果種植的分布，在麥積區(qū)選擇了甘泉包家溝、馬跑泉鎮(zhèn)大穆灣、石佛鎮(zhèn)周半村3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，樹(shù)齡約10年，在667 m2面積上進(jìn)行了兩年施肥試驗(yàn)。

1.2 土壤取樣

土樣以“X”形選取，分別在2012年4月、10月和2013年4月、10月開(kāi)花期和果實(shí)采收后采集土樣，取樣時(shí)間為8∶00～18∶00。每667 m2試驗(yàn)區(qū)選5個(gè)樣點(diǎn)，取土深度在20 cm，5個(gè)土樣分別測(cè)試，試驗(yàn)區(qū)土壤NPK的最終結(jié)果取各樣點(diǎn)平均值。

1.3 土壤NPK測(cè)定

土壤NPK提取利用RF-3F土壤養(yǎng)分測(cè)試儀完成。RF-3F土壤養(yǎng)分測(cè)試儀是便攜式快速測(cè)試儀，自帶氮、磷、鉀測(cè)試劑，根據(jù)說(shuō)明分別取4.0 g風(fēng)干土樣和20 mL去離子水制成2份試劑，1份加入氮、鉀1號(hào)粉1.0 g，1份根據(jù)土壤pH加磷2號(hào)粉或3號(hào)試劑（土壤酸性時(shí)加3號(hào)試劑）1.0 g制作土壤待測(cè)液。氮的儀器校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)濃度為20 mg/kg，用藍(lán)光進(jìn)行測(cè)試。磷與氮的測(cè)試方法相同。鉀的儀器校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)濃度為100 mg/kg，用紅光測(cè)試[9]。

1.4 施肥模擬模型

為找到一種易于推廣，便于果農(nóng)方便快捷的計(jì)算精確施肥量的方法，本研究以土壤NPK比例法為依據(jù)[9-11]，采用計(jì)算機(jī)模擬的方法[12-14]，結(jié)合地名、樹(shù)名、樹(shù)齡、目標(biāo)產(chǎn)量和參考施肥量，根據(jù)實(shí)測(cè)土壤NPK含量，通過(guò)田間試驗(yàn)求出實(shí)測(cè)土壤NPK比值，使每次指導(dǎo)施肥量的土壤NPK比例與最適宜土壤NPK比例誤差控制在±10%以內(nèi)，以尋找對(duì)不同土壤條件和不同作物相應(yīng)的符合于客觀要求的土壤NPK比例，使其真實(shí)地反映土壤肥料元素量情況。施肥計(jì)算模擬模型如下：

2 結(jié)果與分析

根據(jù)麥積區(qū)蘋(píng)果種植中果樹(shù)樹(shù)齡、目標(biāo)產(chǎn)量、參考施肥量、土壤NPK適宜比例，結(jié)合模擬模型在試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行應(yīng)用，結(jié)果如表1所示。由表1可知，包家溝村第一次實(shí)測(cè)分析在2012年4月進(jìn)行，NPK實(shí)測(cè)施肥比例為0.98∶1.00∶2.04，氮含量嚴(yán)重偏少，磷和鉀含量比較合理，誤差較大，表明傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)施肥方式導(dǎo)致土壤NPK施肥比例嚴(yán)重失調(diào)。根據(jù)模擬計(jì)算，對(duì)包家溝的施肥進(jìn)行調(diào)整，使調(diào)整后指導(dǎo)施肥的NPK比例達(dá)到2.00∶1.00∶2.00，在2012年9月中旬果實(shí)采收后進(jìn)行追肥，10月中旬進(jìn)行第二次實(shí)測(cè)分析，土壤NPK比例是2.65∶1.00∶2.14，與傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)施肥方式相比，誤差縮小，但效果不是很理想，根據(jù)本次實(shí)測(cè)繼續(xù)調(diào)整施肥量使其比例達(dá)到適宜比例，在2013年4月初追肥，4月底進(jìn)行了第三次實(shí)測(cè)分析，土壤NPK比例是1.93∶1.00∶1.68，誤差縮小很多，繼續(xù)通過(guò)模擬方式調(diào)整NPK量，在2013年10月初進(jìn)行了指導(dǎo)施肥，10月底進(jìn)行第四次實(shí)測(cè)分析，土壤NPK比例是1.96∶1.00∶1.92，誤差控制在4%以內(nèi)，每667 m2產(chǎn)量比上年增加了9%。結(jié)果表明，通過(guò)模擬施肥方式對(duì)土壤NPK施肥量持續(xù)調(diào)整，土壤NPK實(shí)測(cè)施肥比例和產(chǎn)量比經(jīng)驗(yàn)施肥方式效果有顯著提高；同時(shí)土壤NPK施肥量在不同時(shí)間其施用量不同，這可能與蘋(píng)果樹(shù)對(duì)NPK的需求量和吸收量有關(guān)。

2012年4月，大穆灣村實(shí)測(cè)NPK施肥比例為2.22∶1.00∶1.88，與包家溝的相比較誤差相對(duì)較小，表明該地塊土壤NPK肥力相對(duì)較平衡，這也是大穆灣蘋(píng)果產(chǎn)量較其他兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)高的原因之一。對(duì)大穆灣的施肥進(jìn)行模擬調(diào)整，并使調(diào)整后指導(dǎo)施肥的NPK比例達(dá)到2.00∶1.00∶2.00，在2012年9月中旬按NPK調(diào)整量進(jìn)行指導(dǎo)施肥，10月中旬進(jìn)行第二次實(shí)測(cè)分析，土壤NPK比例是1.67∶1.00∶2.27，誤差縮小，但總體誤差增大，這可能是該地塊的樹(shù)齡相對(duì)包家溝較大，土壤NPK肥力相對(duì)較平衡，蘋(píng)果樹(shù)對(duì)NPK需求量和吸收量相對(duì)較少引起的，對(duì)本次實(shí)測(cè)結(jié)果繼續(xù)調(diào)整，在2013年4月初進(jìn)行追肥，4月底進(jìn)行了第三次實(shí)測(cè)分析，土壤NPK比例是1.84∶1.00∶1.80，與第一次調(diào)整結(jié)果相比誤差縮小，總體誤差降低，說(shuō)明樹(shù)齡大的蘋(píng)果樹(shù)在不同時(shí)候?qū)ν寥繬PK的吸收量比樹(shù)齡小的要少。繼續(xù)進(jìn)行施肥調(diào)整，在2013年10月初進(jìn)行施肥試驗(yàn)，10月底進(jìn)行第四次實(shí)測(cè)分析，土壤NPK比例是1.99∶1.00∶1.96，誤差在4%以內(nèi)，每667 m2產(chǎn)量較上年增加了15%，比甘泉包家溝產(chǎn)量提高了6%，說(shuō)明施肥量與樹(shù)齡、時(shí)間、地塊、地塊土壤NPK肥力有關(guān)。

2012年4月，周半村NPK施肥比例為0.65∶1.00∶3.46，氮含量太少，鉀含量太高，NPK比例和前兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)相比嚴(yán)重失調(diào)。對(duì)周半村施肥量進(jìn)行調(diào)整，增加氮肥，減少鉀肥，并使調(diào)整后指導(dǎo)施肥的NPK比例達(dá)到2.00∶1.00∶2.00，在2012年9月中旬果實(shí)采收后進(jìn)行指導(dǎo)施肥，2012年10月中旬進(jìn)行第二次實(shí)測(cè)分析，土壤NPK比例是1.83∶1.00∶2.31，與前面兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)相比，第一次調(diào)整土壤NPK施肥量誤差就縮小了很多，這可能是因?yàn)樵摰貕K果樹(shù)樹(shù)齡小，果樹(shù)對(duì)NPK的需求量比較大的緣故，調(diào)整NPK量，在2013年4月初進(jìn)行施肥試驗(yàn)，4月底進(jìn)行第三次實(shí)測(cè)分析，土壤NPK比例達(dá)到2.08∶1.00∶2.08，已經(jīng)將土壤NPK比例與適宜NPK比例的誤差控制在5%以內(nèi)，繼續(xù)調(diào)整NPK量，在2013年10月初進(jìn)行施肥試驗(yàn)，10月底進(jìn)行第四次實(shí)測(cè)分析，土壤NPK比例是1.97∶1.00∶1.96，與適宜NPK比例的誤差縮小到4%，每667 m2產(chǎn)量比上年增加了10%。周半村模擬施肥和前面兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)的使用效果對(duì)比說(shuō)明土壤NPK模擬施肥的效果與蘋(píng)果樹(shù)對(duì)土壤NPK的需求量、吸收量、地塊、樹(shù)齡、地塊土壤肥力、時(shí)間和土壤性狀有很大的關(guān)系。

3 小結(jié)與討論

在麥積3個(gè)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)施肥方式導(dǎo)致土壤NPK量在不同地塊、不同種植戶、不同樹(shù)齡、不同季節(jié)有較大差異，NPK施肥比例與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比例嚴(yán)重失調(diào)。這說(shuō)明經(jīng)驗(yàn)施肥方式因沒(méi)有考慮地塊、樹(shù)齡和土壤肥力的大小，引起土壤NPK比例與適宜NPK比例的嚴(yán)重失調(diào)，導(dǎo)致蘋(píng)果高投入低產(chǎn)出。而精準(zhǔn)施肥則根據(jù)作物生長(zhǎng)的土壤性狀，作物需求規(guī)則，調(diào)節(jié)肥料的投入[13]。因此，通過(guò)測(cè)土配方進(jìn)行精準(zhǔn)化的施肥是非常重要的，土壤NPK模擬施肥方式充分考慮了蘋(píng)果樹(shù)對(duì)NPK的需求量、吸收量、地塊、樹(shù)齡、地塊土壤肥力、季節(jié)及土壤性狀等因素的影響。

平衡施肥有較好的持續(xù)效應(yīng)[16]，本研究中施肥效果的持續(xù)性是非常明顯的。沒(méi)有應(yīng)用NPK模擬施肥方式前，實(shí)際施肥NPK比例與適宜NPK比例施肥誤差是2.0%～73.0%，誤差范圍很大；應(yīng)用模擬施肥方式進(jìn)行第一次調(diào)整，誤差范圍為7.0%～32.0%，與沒(méi)有應(yīng)用施肥模擬模型相比，相對(duì)誤差范圍縮?。坏诙握{(diào)整，誤差范圍為3.5%～16.0%，最小誤差已經(jīng)控制在5.0%以內(nèi)，最大誤差偏大；第三次調(diào)整后，誤差范圍為0.5%～4.0%，誤差保持在5.0%以內(nèi)。這說(shuō)明精準(zhǔn)施肥是一個(gè)持續(xù)的系統(tǒng)工程，不能一蹴而就，必須通過(guò)適當(dāng)?shù)恼吖膭?lì)，使果農(nóng)長(zhǎng)期有效的堅(jiān)持。

麥積蘋(píng)果種植區(qū)及中土壤NPK模擬施肥方式與數(shù)學(xué)方法建立的回歸模型[11，12]相比較易于使用。果農(nóng)只要有土壤NPK實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)模擬施肥系統(tǒng)的簡(jiǎn)單計(jì)算就可以實(shí)現(xiàn)土壤NPK施肥量的精準(zhǔn)調(diào)整，得到精準(zhǔn)的土壤NPK施肥量和肥料的實(shí)際施用量，便于廣大果農(nóng)接受和推廣應(yīng)用。精準(zhǔn)施肥可保證因樹(shù)、因地、因量施肥，提高肥料的利用率，保證作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，防止或減少經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的環(huán)境污染。為了實(shí)現(xiàn)麥積區(qū)蘋(píng)果種植施肥精準(zhǔn)化，提高蘋(píng)果產(chǎn)量，增加果農(nóng)收入，應(yīng)在果農(nóng)中長(zhǎng)期宣傳精準(zhǔn)施肥的重要性并進(jìn)行精準(zhǔn)施肥方法的培訓(xùn)和推廣應(yīng)用。建議政府盡快建立面向種植戶的測(cè)土配方實(shí)驗(yàn)室和精準(zhǔn)施肥管理信息平臺(tái)，為廣大種植戶提供便捷服務(wù)，促使蘋(píng)果地養(yǎng)分平衡、防治地力衰退，提高蘋(píng)果產(chǎn)量與質(zhì)量，盡快實(shí)現(xiàn)麥積區(qū)蘋(píng)果種植管理的信息化和現(xiàn)代化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王人潮.農(nóng)業(yè)資源信息系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[2] BAUM EL，HEADY EO，BLACKNLORE J.Economic analysis of fertilizer use data[M]. Iowa U S A Pretace：The Iowa State Colege Press-Ames，1956.

[3] 王興仁，張福鎖.現(xiàn)代肥料試驗(yàn)設(shè)計(jì)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1996.

[4] DAVID M，DANIEL W， JEAN M. Statistical methods for predieting responses to applied nitrogen and caleulating optimal nitrogen rates[J]. Agron J， 2001（93）：531-539.

[5] 王興仁，曹一平，毛達(dá)如.作物施肥綜合調(diào)控系統(tǒng)的建立和應(yīng)用[J].北京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995（21）：1-6.

[6] 滕青芳，秦春林，黨建武.利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立土壤施肥模型的應(yīng)用研究[J].蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，21（4）：54-57.

[7] 張書(shū)慧，馬成林，孫裕晶.精確農(nóng)業(yè)變量施肥技術(shù)試驗(yàn)研究[J].中國(guó)數(shù)字農(nóng)業(yè)與農(nóng)村信息化學(xué)術(shù)研究研討會(huì)論文集，2005，390-396.

[8] SHANG Z C， ZHANG L L， WU Z J， et al. The activity and kinetic parameters of oxidoreductases in phaeozem in response to long-term fertiliser management[J]. Journal of Soil Science and Plant Nutrition，2012，12（3）：605-615.

[9] 閆秀婧，王惠玲，吳 霞，等.麥積區(qū)經(jīng)濟(jì)林種植土壤NPK空間變異分析研究[J].經(jīng)濟(jì)林研究，2012（3）：62-65.

[10] 陳同斌，陳世慶.中國(guó)農(nóng)用化肥氮磷鉀需求比例的研究[J].地理學(xué)報(bào)，1998，53（1）：32-42.

[11] 刑素芝，汪建飛，姚春芬.辣椒NPK肥料配施數(shù)學(xué)模型的研究[J].土壤通報(bào)，2003（3）：201-203.

[12] 陳曉紅，鄒志榮，李 軍，等. 溫室黃瓜配方施肥NPK模型構(gòu)建[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（6）：85-89.

[13] 靳雙珍，劉國(guó)順.我國(guó)發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的必要性和應(yīng)用前景[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（2）：414-416.

[14] 陳桂芬，馬 麗，陳 航.精準(zhǔn)施肥技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（3）：253-258.

[15] 史繼東.西安果友協(xié)會(huì)蘋(píng)果園施肥方案[EB/OL]. http：//shi-jidong.blog.163.com/blog/static/55783098201192811159724，

2011-10-28.

[16] 郭曉敏，牛德奎，杜天真.毛竹林平衡施肥持續(xù)效應(yīng)研究初報(bào)[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002（6）：96-98.