一種稻田氮肥施用量的確定方法

2023-07-28 09:58:21 2

一種稻田氮肥施用量的確定方法
【專利摘要】本發明公開了一種確定稻田氮肥合理施用量的方法。該方法首次提出建立稻田施氮量與作物產量和環境指標的直線平臺模型，基於直線平臺反映的數據信息確定稻田合理施氮量。通過該方法確定的氮肥施用量，不僅可以維持作物高產，而且可以有效降低氮肥過量施用導致的環境汙染問題，從而在產量和生態環境之間取得很好的平衡。
【專利說明】一種稻田氮肥施用量的確定方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於農業肥料領域，具體涉及一種稻田氮肥施用量的確定方法。
【背景技術】
[0002]當前在我國農業生產中，為獲得高作物產量，化肥特別是氮肥被大量施用，然而不合理施肥(主要是過量施用)的情況普遍存在。據統計，1999年我國化肥氮磷鉀養分施用比例較適宜的縣僅為1%。不合理施肥不僅會導致農作物產量和品質下降、經濟效益降低，而且易引發嚴重的環境汙染。
[0003]不合理施肥的情況在以集約化農業為主的東部地區尤為突出。以太湖地區為例，近年來該區域農田氮肥施用量持續上升，水稻施氮量已達300kg N ha_S更有甚者達到350kg N ha'而全國平均施氮量僅為228kg N ha'過量的施氮不僅造成水稻減產、氮肥邊際效應下降和資源浪費，而且引發了嚴重的環境問題。例如，過量施氮造成土壤中N的盈餘量不斷增加，營養元素的過度積累增加了農田生態系統中N損失風險。已有研究表明，農業活動是太湖地區N面源汙染的主要來源，對太湖富營養化的N貢獻率達到了 59%。
[0004]針對上述情況，確定合理的稻田施氮量，以保證產量的同時減少過量氮肥對環境的影響，是集約化農業亟待解決的問題。目前，關於氮肥臨界閾值的確定方法不多。 申請人:曾在國家重點基礎研究發展計劃《肥料減施增效與農田可持續利用基礎研究》子課題中探索了臨界閾值尋找方法，該方法基於農業「高產」目標，針對太湖區域稻田的目標產量、施氮量、關鍵生育期的作物與土壤養分供求關係來確定臨界閾值，即滿足高產目標的施氮量、作物和土壤養分供求範圍。該方法確定的臨界閾值偏重產量要素，沒有涉及到環境要素，而且通過養分指標確定閾值的過程較為繁瑣，土壤及作物類型對閾值範圍的影響較大，難以推廣應用。
[0005]因此，尋求一種簡單、可行且有效的稻田氮肥合理施用量的確定方法，以在保證產量的同時控制氮肥投入，減少過量施氮對環境的負面影響，保護農田生態環境，具有重要的經濟和社會價值。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在於提供一種簡單、可行且有效的稻田氮肥合理施用量的確定方法。通過該方法確定合理的氮肥施用量，不僅可以維持作物高產，而且可以有效降低氮肥過量施用導致的環境汙染問題，在產量和環境之間取得較好的平衡。
[0007]為實現上述目的，如圖1所示，本發明以特定方法，分別建立稻田施氮量與作物產量和環境指標的直線平臺模型，基於直線平臺反映的數據信息確定合理施氮量。
[0008]本發明採用的具體技術方案如下:
[0009]一種稻田氮肥施用量的確定方法，包括以下步驟:
[0010]( I)選擇目標地塊，根據當地傳統施氮量N，設置氮肥梯度試驗，並測定不同施氮量下的產量和環境指標；[0011](2)建立施氮量-產量的直線平臺模型，確定經濟施氮量(N2)
[0012]利用SPSS多因素方差分析中的Duncan新復極差法對氮肥梯度試驗中各施氮量的產量作方差分析，以差異不顯著的各施氮量產量的均值為準，確定水平線並定義為產量平臺；
[0013]產量平臺左側的各施氮量產量均顯著低於平臺產量，根據產量平臺左側各施氮量對應的產量，通過線性擬合建立施氮量與產量之間的線性關係；
[0014]將上述水平線和直線相連，即得到施氮量-產量的直線平臺模型，兩線交點對應的施氮量即為經濟施氮量(N2)；
[0015](3)建立施氮量-環境指標的直線平臺模型，確定環境閾值施氮量(N3)
[0016]利用SPSS多因素方差分析中的Duncan新復極差法對氮肥梯度試驗中各施氮量的環境指標作方差分析，以差異不顯著的各施氮量環境指標的均值為準，確定水平線並定義為環境平臺；
[0017]根據環境平臺右側各施氮量對應的環境指標，通過線性擬合建立施氮量與環境指標之間的線性關係；
[0018]將上述水平線和直線相連，即得到施氮量-環境指標的直線平臺模型，兩線交點對應的施氮量即為環境閾值施氮量(N3)；
[0019](4)確定合理施氮量，即閾值區域
[0020]根據上述步驟(2)的經濟施氮量(N2)和步驟(3)的環境閾值施氮量(N3)，確定兩者間的施氮量即為目標地塊的合理施氮量。
[0021]上述方法中，傳統施氮量N是指目標地塊所處區域的平均施氮量，通過調查該區域所有農戶，數據統計後計算所得。
[0022]所述氮肥梯度試驗指的是基於目標地塊的傳統施氮量N，通過使用不同比例的氮肥量進行平行試驗，以獲取不同施氮量下的產量和環境指標。非限制性地，例如，該梯度試驗可以是0%N、10%N、20%N…100%N…150%N等。本發明所述方法中，為滿足SPSS多因素方差分析中的Duncan新復極差法的分析要求，每種施氮量均進行三次以上的重複試驗。
[0023]稻田施入氮肥引起的環境問題主要源於氮素損失。根據不同地塊特點，氮素損失形式亦有所區別和側重。具體到本發明的上述方法，所述環境指標可以是氮素的徑流損失、氨揮發損失和滲漏損失中的至少一種。這三類氮素損失的測定對本領域技術人員而言是公知的，如可米用 「Nitrogen Balance in a Highly Fertilized Rice - WheatDouble-Cropping System in Southern China， Soil Science Society of AmericaJournal, 76:1068-1078"中記載的方法進行測定，即氮素徑流損失測定採用徑流池法；氨揮發損失測定採用密閉室-硼酸吸收法；滲漏損失測定方法為PVC材料滲漏管並埋深至40cm深度，利用可攜式泵採集滲漏液，通過設置土柱試驗計算滲漏速率，從而計算氮素滲漏總量。
[0024]本發明首次將SPSS多因素方差分析中的Duncan新復極差法應用到稻田合理施氮量的確定中。在對各施氮量下的產量或環境指標進行分析時，不同施氮量下的產量或環境指標若差異顯著(P〈0.05)， 則系統會有不同的標註(例如不同的字母a、b、c等)；反之，若差異不顯著，則系統會給出相同的標註(例如相同的字母a)。對於了解SPSS多因素方差分析的技術人員而言，這些是公知的常規知識。[0025]上述方法對稻田所處區域並沒有特殊限制。但特別優選地，該方法適用於太湖流域/地區的稻田。
[0026]發明人通過連續多年試驗發現，稻田施氮量與作物產量、環境指標基本符合如圖1所示的直線平臺關係。根據圖1所示的施氮量閾值區域模型，可以劃分為4個區域:即低產低汙染區域、高產低汙染區域、高產高汙染區域和低產高汙染區域。基於該模型，根據不同的地區特點，可以靈活調整施氮量範圍，例如，在環境汙染嚴重區域，環境目標為主、產量目標為輔，可以選擇低產低汙染區域Ntl-N2 ;在高產目標為主、環境目標為輔的區域，可以選擇高產低汙染區域和高產高汙染區域，即N2-N4。綜合考慮，最佳施氮量應選擇N2-N3,其在保持高產的同時不會對環境造成顯著負面影響，屬於產量與環境雙贏的施氮量範圍。
[0027]需要注意，鑑於氣候、土壤類型、施肥方式在不同地區的變化情況，上述閾值區域可以分為以下3種情況(圖2):
[0028]如圖2-1所示，經濟施氮量和環境閾值施氮量重合，那麼該地區產量與環境雙贏的施氮量就是該點N2。
[0029]如圖2-2所示，經濟施氮量和環境閾值施氮量分別為N2和N3點，表明環境閾值點後移(即N2〈N3)，則該地區產量與環境雙贏的施氮量範圍為N2-N3。
[0030]如圖2-3所示，經濟施氮量和環境閾值施氮量分別為N2和NI點，表明環境閾值點前移(即N2>N1),則該地區產量與環境雙贏的施氮量範圍為N1-Ny值得一提的是,該情形下，低氮投入(如NI)的產量往往較低(數理統計已達顯著)，但根據該地區環境指標直線平臺特性，增加施氮量(施氮量>N1)將導致環境指標線性增加。雖然產量較低，但綜合考慮氮肥投入成本和環境汙染治理成本(該成本往往大於增施氮肥所帶來的經濟收益增加量),該區域施氮量範圍亦是合理的。
[0031]本發明首次提出了稻田氮肥相關研究領域的直線平臺模型，通過本發明公開的方法，可以有效地確定出目標區域的合理施氮量。在此基礎上，根據目標區域施肥習慣按比例施用，即可保證作物獲得高產的同時減少氮肥流失，達到產量環境雙贏的目的。
[0032]通常而言，施氮量與產量和環境指標的相應曲線各自適用於二次曲線關係和指數關係等經驗模型。本發明基於長期稻田試驗獲得的施氮量與產量和環境指標的相應曲線關係模型，根據其曲線特性，利用數理統計方法將曲線標準化為直線平臺模型，該模型能夠更直觀有效地反映實際生產中施氮量-產量-環境指標三者之間的關係。本發明首次將曲線標準化為直線平臺模型，並以此為基礎提出了如前所述的方法。相比環境經濟學Coase理論所要求的施氮量與產量和環境指標需滿足特定的方程，本發明的方法在將各曲線標準化後避免了對特定曲線方程的要求。與國家重點基礎研究發展計劃《肥料減施增效與農田可持續利用基礎研究》中閾值的確定方法相比，本發明不再需要測定土壤、作物養分指標，而且綜合了產量和環境要素，是一種簡單、高效且全面的稻田合理施氮量的確定方法。
【專利附圖】

【附圖說明】[0033]圖1是施氮量與產量和環境指標的閾值區域模型示意圖。
[0034]圖2是三種不同情況的閾值區域示意圖。
[0035]圖3是實施例一中2011和2012年水稻施氮量與產量和總氮損失的閾值區域圖。
[0036]圖4是實施例二中水稻施氮量與產量和氮素徑流損失的閾值區域圖。【具體實施方式】
[0037]以下通過具體實施例對本發明作進一步說明，但不應將其理解為對本發明保護範
圍的限制。
[0038]實施例一:
[0039](I)試驗地位於江蘇省宜興市大浦鎮渭瀆村
(31° 16 ; 17.29 " N，119° 55 ; 23.92 " E)，當地為稻麥輪作，傳統施氮量約270kg N
ha 1O
[0040]根據該傳統施氮量，稻季分別設置0%N，30%N，50%N，70%N，80%N，90%N和100%N處
理，每個處理重複3次。各處理中磷鉀肥均為81kg ha—1並作為基肥施入稻田中。氮磷鉀肥
料為常規肥料，分別是尿素、普鈣和氯化鉀。
[0041]2011和2012年分別進行試驗，記錄各處理的作物產量和環境指標。其中，根據該
目標地塊所處環境和耕作特點，確定以總氮損失(即氮素的徑流損失、氨揮發損失和滲漏損
失之和)為環境指標。結果如表1中所示。
[0042]表1 2011和2012年各處理的產量及總氮損失
[0043]
【權利要求】
1.一種稻田氮肥施用量的確定方法，包括以下步驟: (1)選擇目標地塊，根據當地傳統施氮量N，設置氮肥梯度試驗，並測定不同施氮量下的產量和環境指標； (2)建立施氮量-產量的直線平臺模型，確定經濟施氮量(N2) 利用SPSS多因素方差分析中的Duncan新復極差法對氮肥梯度試驗中各施氮量的產量作方差分析，以差異不顯著的各施氮量產量的均值為準，確定水平線並定義為產量平臺； 產量平臺左側的各施氮量產量均顯著低於平臺產量，根據產量平臺左側各施氮量對應的產量，通過線性擬合建立施氮量與產量之間的線性關係； 將上述水平線和直線相連，即得到施氮量-產量的直線平臺模型，兩線交點對應的施氮量即為經濟施氮量(N2)； (3)建立施氮量-環境指標的直線平臺模型，確定環境閾值施氮量(N3) 利用SPSS多因素方差分析中的Duncan新復極差法對氮肥梯度試驗中各施氮量的環境指標作方差分析，以差異不顯著的各施氮量環境指標的均值為準，確定水平線並定義為環境平臺； 根據環境平臺右側各施氮量對應的環境指標，通過線性擬合建立施氮量與環境指標之間的線性關係； 將上述水平線和直線相連，即得到施氮量-環境指標的直線平臺模型，兩線交點對應的施氮量即為環境閾值施氮量(N3)； (4)確定合理施氮量，即閾值區域 根據上述步驟(2)的經濟施氮量(N2)和步驟(3)的環境閾值施氮量(N3)，確定兩者間的施氮量即為目標地塊的合理施氮量。
2.根據權利要求1中所述的方法，其特徵在於，所述氮肥梯度試驗指的是基於目標地塊的傳統施氮量N，通過使用不同比例的氮肥量進行平行試驗，以獲取不同施氮量下的產量和環境指標。
3.根據權利要求1中所述的方法，其特徵在於，所述環境指標是指氮素的徑流損失、氨揮發損失和滲漏損失中的至少一種。
4.根據權利要求1中所述的方法，其特徵在於，所述稻田為太湖流域/地區的稻田。
【文檔編號】A01G7/00GK103636417SQ201310632685
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】顏廷梅, 喬俊, 趙冬, 曹宏磊, 周徽, 施衛明 申請人:中國科學院南京土壤研究所