精准养分管理农田土壤养分变异与施肥推荐.doc
《精准养分管理农田土壤养分变异与施肥推荐.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精准养分管理农田土壤养分变异与施肥推荐.doc（8页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
精准养分管理
农田土壤养分变异与施肥推荐
白由路金继运杨俐苹何萍
中国农科院土壤肥料研究所
随着土壤测试技术的发展，根据土壤养分测试值进行施肥推荐已得到广泛的应用[1]。
然而，由于土壤的不均匀性和土壤取样的限制，使得土壤的测试值不能充分代表田间的养分状况，特别是一个地块的养分平均值并不能代表整个地块。
并由此引发出推荐施肥量不确切、经济最佳施肥量不合理、田间养分供给过量或不足等一系列问题[2~4]。
本文试图通过对田间详尽的土壤采样，分析田间土壤养分的分布与变异，旨在揭示田间土壤养分的分布规律，为田间施肥推荐提供理论依据。
1材料与方法
1.1供试土壤
该样品取自山东省青州市王母宫乡王七村,试验地面积为5.47hm2，土壤类型为潮土,作物为小麦,取样时间为小麦灌浆前期（2000.5.5）。
1.2取样方法
取样采用网格法，用差分式全球卫星定位系统（DGPS,Trimble132，亚米级精度）准确标定每个采样点坐标，在其周围2m范围内用土钻均匀采集10个点混合，带回室内风干过筛备用[5]，取样点示于图1。
（图：
图1土壤样点分布图）
1.3分析项目与方法
用土壤养分状况系统研究法[6]分析土壤养分状况。
土壤中的速效磷（P）、钾（K）、铜（Cu）、铁（Fe）、锰（Mn）和锌（Zn）采用ASI联合浸提剂（0.25mol/LNaHCO3-0.01mol/LEDTA-0.01mol/LNH4F）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）和铵态氮（N）用1mol/L的KCl浸提；有机质用0.2mol/LNaOH-0.01mol/LEDTA-2%甲醇溶液提取。
有机质和非金属元素用比色法测定，金属元素用原子吸收分光光度计测定。
1.4数据处理
本研究主要采用地统计学的方法，土壤属性的空间插值采用Kriging法[7]，使用Arc/Info7.1平台进行图形处理和面积计算等。
2结果分析
2.1田间土壤养分的分布状况
通过对不同养分种类的统计量分析（表１），结果表明，土壤养分分布都有不同程度的偏斜，为了直观地表示土壤养分分布的偏移量，若以p值表示其偏斜程度，可将p值定义为：
式中:
p表示偏移量，即中值偏斜平均数的百分数；m为中值；v为平均数。
当土壤养分分布服从正态分布时，中值等于平均值，p=0，若以p值为5%为分界线，大于5%为偏斜，小于5%为不偏斜，通过对试验区土壤营养元素的分析，则可将土壤养分分为两大类，偏斜的养分有氮、磷、硫和硼。
其它均为不偏斜养分。
当以田间平均值或大田混合样品的测试值代表该田块的养分状况进行推荐施肥时，养分分布的偏斜程度越严重，其平均数的代表性就越差，因此，推荐施肥量的偏差也越大。
以氮素为例，供试地块的铵态氮含量分布图示于图2，该地块的铵态氮的平均值为23.9mg/L,但在该地块中，土壤铵态氮含量低于10mg/L的面积达2.544hm2，占总面积的46.4%，而在平均值附近20~25mg/L的面积仅为0.20hm2，占3.6%。
同时，还有0.45hm2的面积土壤铵态氮含量大于100mg/L，占总面积的8.3%。
由此可见，土壤养分的空间变异性对测土推荐施肥工作造成了很大的影响，由于土壤养分的空间变异性，一方面会致使在养分含量低的土壤上施肥量不足，使作物难以达到高产的目的。
另一方面，在土壤养分较高的区域，则造成肥料浪费，污染环境、作物生产效益下降等。
（表：
表1不同种类营养元素的统计量）
营养元素Nutrients
平均值Average（mg/L）
中值Median（mg/L）
标准偏差Standarddeviation
最小值Minimum（mg/L）
最大值Maximum（mg/L）
变异系数C.V.（%）
偏移量Rateofdecline（P）
Ca
5544.07
5490.96
342.95
5090.16
6092.16
6.1857
0.9579
Mg
500.03
503.01
36.59
426.47
557.69
7.3182
-0.5953
K
57.28
58.65
5.42
50.83
70.38
9.4674
-2.3891
NH4＋-N
23.88
3.34
37.94
0.05
109.82
158.8393
86.0023
P
12.92
11.63
8.65
4.30
44.20
66.9343
9.94921
S
12.81
11.75
5.31
7.00
25.82
41.4551
8.2905
B
0.86
0.58
0.65
0.20
2.43
74.7513
32.7926
Cu
1.17
1.15
0.20
0.90
1.80
17.4530
1.2876
Fe
4.57
4.40
0.79
3.40
6.20
17.3624
3.7199
Mn
1.66
1.60
0.26
1.50
2.50
15.4391
3.6145
Zn
1.12
1.10
0.22
0.90
1.70
19.3617
1.3453
（图：
图2土壤中铵态氮的田间分布图）
2.2田间土壤养分变异来源分析
造成土壤养分分布偏斜的原因很多，其根本原因是土壤性状的空间变异性，通过对山东省青州市王母宫乡王七村土壤养分的变异性分析，可以看出，在田间养分管理中，通过施肥补充的营养元素一般变异性较大。
调查结果表明，在偏斜的养分中，除硼（B）在该地区施用较少外，其它几种元素均有施用。
其中，硫元素则是通过施用过磷酸钙等含硫肥料带入的。
通过调查和营养元素的变异分析还发现，营养元素施用量越大，造成偏斜的程度越严重。
所以，在研究区域内，土壤养分变异来源主要是农业耕作，施肥是造成土壤养分变异的主要原因。
由于施肥，使得土壤养分变得不均匀。
通过养分的偏移量与变异系数的相关性分析，结果表明，两者之间存在着密切的线性相关关系（图3），相关系数达0.9626，即土壤养分的偏斜程度与土壤养分的变异性有很大关系，随着土壤养分变异性的增加，土壤养分分布的偏斜程度相应增加。
在统计学中，抽样分布的偏移量是抽样分布与理论分布符合程度的表示。
而变异系数是表征样品离散程度的统计量，在理论抽样中，二者没有必然的联系。
由于土壤养分分布的特殊性，特别是对施肥的营养元素，个别样点往往会采到施肥点上或施肥点周围，造成个别点上土壤养分测定值过高，抽样分布偏斜，由表1可见，对土壤营养元素而言，其偏移量大部分为正值，造成了偏移量与变异系数的高度相关性。
所以，对土壤中变异性较大的营养元素在进行推荐施肥时，应进行适当的调整，以增加推荐施肥的准确性。
通过以上分析，不难看出，由于土壤养分的分布特性，某些元素在进行土壤测定，特别是以大田混合样品的测定值进行推荐施肥时往往引起一些偏差，如何进行这些偏差的估计，是影响到推荐施肥量的重要因素，通过对分布偏斜养分的分析，可以看出，所有分布偏斜的营养元素均呈负偏斜，即以平均值估计的大田养分状况均大于中值，并且是最小值的0.8~400倍不等，由此可以解释过去在测土施肥中存在的一些难以解释的问题，例如，对某种营养元素而言，通过土壤测定，其值并不表现出缺乏，但是，如果施用该元素，则效果也十分明显。
过去的解释往往是养分指标不合适。
通过对养分空间变异的分析，其原因在很大程度是由于土壤养分抽样分布的偏态所造成的。
且造成这种偏态的主要原因是施肥的不均匀性。
（图：
图3土壤养分的变异性与分布的偏斜程度之间的关系）
2.3不同施肥推荐方法的差异分析
由于土壤养分的空间变异性，对于不同的营养元素，可以采取不同的施肥推荐方法，这里以一个土壤变异性较大的P和变异不大的K为例，分析不同营养元素的施肥推荐方法。
图4和图5分别为土壤速效P和土壤速效K的空间变异图。
结果表明，不同变异类型的营养元素在空间上表现也不相同，由于营养元素的变异与分布偏斜的相关性，在非偏斜元素中，以较小地块进行施肥推荐时，无论采用平均数、众数还是按土壤养分的空间分布进行精准施肥，其结果都基本相同，以土壤钾为例，由图5可知，土壤速效钾在整个地块均处于一个养分水平，对养分级别而言，土壤速效钾在整个地块没有空间变异现象，由于其中值与众值之间偏移量很小，所以，应用三种方法施肥推荐方法，计算得到该地块的施肥量均为氧化钾410kg。
而变异性较大的元素则不然，如果按地块平均值进行土壤磷素推荐，其推荐量为656kg。
但若按土壤养分的空间分布，进行精准施肥时，该地块的推荐施磷量为606kg，较前者少50kg，约为前者的92%，同时，由于按照田间养分的实际情况进行施肥，施肥的针对性更强，通过两者比较，采用精准施肥推荐时，与按大田平均值推荐的符合程度为67.2%，还有32.7%的土壤磷素推荐量均有不同程度的下降，土壤氮和硫素均有相同的趋势。
对土壤有效硼而言，由于其含量较低，分析误差较大，同时该地块有效硼含量都高于临界值，在此不作推荐。
通过以上分析，采用大田平均值进行施肥推荐不仅浪费肥料资源，也不能精确考虑土壤的养分状况。
所以，对施肥较多，且施肥历史较长的营养元素，在进行测土推荐施肥时，不仅要考虑大田的平均养分含量，同时还应考虑土壤养分的空间变异状况；对非偏斜元素的施肥推荐以大田平均值即可。
（图：
图4土壤速效磷的空间分布图）
（图：
图5土壤速效钾的空间分布图）
3结论与讨论
3.1结论
根据土壤养分的抽样分布，可将土壤养分分为两种类型，一为偏斜型营养元素，主要有氮、磷、硫等，其它属另一类，为非偏斜营养元素。
通过对土壤中营养元素的偏移量与变异系数的相关分析表明，两者之间有显著的相关性，其相关系数为0.9626,施用肥料加大了土壤中该种元素的变异，同时也造成土壤营养元素分布的偏斜。
对于不同性质的营养元素，在进行施肥推荐时，应区别对待，对施肥较多，且施肥历史较长的营养元素，在进行测土推荐施肥时，不仅要考虑大田的平均养分含量，同时还应考虑土壤养分的空间变异状况；对非偏斜元素的施肥推荐以大田平均值即可。
3.2问题讨论
由于土壤养分的空间变异，以大田混合样品的测定值作为推荐施肥的基础时，很难代表该地块的土壤养分状况，尽管采用了能代表田间养分的采样方法，因为土壤养分的分布在每个田块级水平上，存在着空间的连续性，这就不能保证各样品间的独立性，所以，土壤养分抽样的非正态分布是在所难免的。
本文所探讨的土壤养分变异和抽样分布是在一个相对均匀的地块中进行的，当地块的面积、施肥历史、耕作方法以及土壤条件不同时，其结果可能不同，由于该区没有施用钾肥的历史，土壤中的钾素没有表现出严重的非正态偏斜。
基于土壤养分的空间变异，特别是偏斜性营养元素需要进行准确的精准养分管理系统（site-specificnutrientmanagement）
主要参考文献
[1]LinBaoandLiJiakang.China’sDevelopmentofChemicalFertilizerEfficiencyandBalancedFertilizationin50Years.ProceedingsoftheInternationalSymposiumonBalancedFertilization.1989:
47~54.
[2]R.GaryKachanoskiandGordonL.Fairchild.Fieldscalefertilizerrecommendationandspatialvariabilityofsoiltestvalues.Bettercropswithplantfood.1994,78（4）:
20~21.
[3].GoddardTWand.NolanSC.Challengesofprecisionfarmingresearchandprogressindevelopingsitespecificfieldmanagement.Proceedingsofinternationalconferenceonengineeringandtechnologicalsciences2000.Beijing:
NewWorldPress,2000:
334~341.
[4]DonLamker.Precisionagriculter-lessonslearne.Proceedingsofinternationalconferenceonengineeringandtechnologicalsciences2000.Beijing:
NewWorldPress,2000:
342~344.
[5].WollenhauptNCand.WolkowskiRP.Gridsoilsampling.Bettercropswithplantfood.1994,78（4）:
6~7.
[6]吴荣贵.土壤基本肥力的快速分析与应用前景.土壤养分状况系统研究法.北京：
中国农业科技出版社，1992:
54~70.
[7]OliverMA.Kriging:
Amethodofinterpolationforgeographicalinformationsystems.InternationalJournalofGeographicInformationSystems,1990,4（4）:
313~332.
升级会员 