一种作物氮肥的施用方法与流程

本发明涉及农业领域，具体地，涉及一种作物氮肥的施用方法。
背景技术：
：施用化学氮肥是保证粮食增产、高产、稳产的一种重要农艺措施。为追求作物高产，往往施用过多氮肥，我国是氮肥施用量最多的国家，如山东、河南、陕西等地区均存在氮肥过量投入的问题。氮肥过量施用不仅造成肥料资源浪费，养分利用率低下，也容易引起土壤酸化、地下水污染(NO3-)、温室气体排放(NH3、NO2)等。对农田作物进行适宜的氮肥用量的施用不仅可促进我国氮肥资源的高效利用，也可保证作物稳产高产。目前，对作物氮肥施用量的计算方法主要有土壤养分分区法、目标产量法(土壤养分矫正系数法和地力差减法)、肥料效应函数法、养分丰缺指标法等。土壤养分分区法仅适宜于生产水平差异小、基础均一的地区，依赖于经验较多，造成区域间、甚至分区间的变异性增加；土壤养分矫正系数法和地力差减法受各养分的耦合作用和田间等诸多因素影响，准确度受影响，技术难度大，而且周期长、因素较多、过程复杂，获取难度大等缺点。肥料效应函数法则受市场肥料价格、作物价格和所选定的边际报酬率的直接影响。因此，有必要发明一种保证土壤氮素长期平衡，维持作物高产稳产，保护生态环境的作物氮肥施用方法。技术实现要素：本发明的目的是提供一种作物氮肥的施用方法，该方法操作性强，容易掌握，推广应用简便，仅需要进行土壤有效氮素的测定就能实现土壤氮素平衡。为了实现上述目的，本发明提供一种作物氮肥的施用方法，该方法包括，在作物的一个生长周期内，对农田进行氮肥的施用，其特征在于，所述农田单位面积的氮肥施用量其中，所述Corpout为所述农田单位面积的作物收获所带出农田的氮的质量，所述Envin为从环境进入单位面积农田的氮的质量，所述Ratout为所述单位面积农田氮的损失率，所述α为氮肥施用矫正系数，所述α＝标准速效氮含量/农田土壤速效氮含量。优选地，所述Corpout＝Yieout+Strout，其中，Yieout为所述农田单位面积的作物收获经济产量所带出的氮的质量，Strout为所述单位面积农田秸秆含氮的质量，所述经济产量指农田中收获物的产量，所述收获物包括籽粒、块茎和皮棉中的至少一种。优选地，所述Corpout＝Uptout-Retin，其中，Uptout为所述单位面积农田的作物吸收的总的氮的质量，Retin为所述单位面积农田的秸秆还田的氮的质量。优选地，所述Yieout＝Yield×Nutyie，所述Strout＝Straw×Nutstr，其中，Yield为所述单位面积农田的作物的经济产量，Nutyie为所述单位面积农田形成每1kg的所述收获物中的氮的质量，Straw为所述单位面积农田的秸秆产量，Nutstr为所述单位面积农田形成每1kg的秸秆中的氮的质量。优选地，所述Uptout＝Yield×Nutneed，所述Retin＝Straw×Ratstr×Nutstr，其中，Yield为所述单位面积农田的作物的经济产量，Nutneed为所述单位面积农田形成每1kg作物经济产量需要的氮的质量，Straw为所述单位面积农田的秸秆产量，Ratstr为所述单位面积农田的秸秆还田率，Nutstr为所述单位面积农田形成每1kg秸秆中的氮的质量。优选地，所述Nutstr为0-250kg/hm2。优选地，所述作物为选自小麦、玉米、水稻、马铃薯、棉花、花生、大豆和油菜中的至少一种。通过上述技术方案，本发明根据土壤地力来确定农田作物适宜氮肥用量，可实现简单、快速、准确的定量化氮肥的施用。本发明方法所推荐的农田作物施氮量既补充了在作物生长期间的氮吸收量，也补足了作物生长期间土壤的氮损失量，从而保持土壤的氮平衡，维持土壤持续供应氮的能力，保证作物高产、稳产，同时成本节约，可操作性强，利于推广应用。本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例1中氮肥施用量与黄淮海平原冬小麦产量关系曲线图。图2为本发明实施例1中氮肥施用量与黄土高原冬小麦产量关系曲线图。图3为本发明实施例2中氮肥施用量与东北春播玉米产量关系曲线图。图4为本发明实施例2中氮肥施用量与黄淮海平原夏播玉米产量关系曲线图。图5为本发明实施例3中氮肥施用量与黄淮海平原单季稻产量关系曲线图。图6为本发明实施例3中氮肥施用量与长江中下游平原早稻产量关系曲线图。具体实施方式以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。本发明提供一种作物氮肥的施用方法，该方法包括，在作物的一个生长周期内，对农田进行氮肥的施用，其特征在于，所述农田单位面积的氮肥施用量其中，所述Corpout为所述农田单位面积的作物收获所带出农田的氮的质量，所述Envin为从环境进入单位面积农田的氮的质量，所述Ratout为所述单位面积农田氮的损失率，所述α为氮肥施用矫正系数，所述α＝标准速效氮含量/农田土壤速效氮含量。根据本发明，所述作物的生长周期是指某一作物从播种到收割所用的时间，就某些地区而言，同一种作物一年可播种多次，因此，所述作物的生长周期可以不以年为限制，此为本领域技术人员所共知。作物的施肥方法可以根据不同作物的需肥规律，在生长周期内的适宜时间，选取适宜的方法进行肥料的施用，例如可以在翻耕前施入基肥、拔节期施入追肥等，此为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。所述单位面积的氮肥施用量(Fert)为在作物的一个生长周期内对单位面积的作物施用氮肥的总的质量。根据本发明，所述速效氮亦称有效氮，指土壤中可以直接迅速被植物根系吸收利用的氮，主要包括无机的矿物态氮(氨态氮和硝态氮)和部分有机物质中易分解的有机态氮(氨基酸、酰胺和易水解蛋白质)。测定土壤中速效氮含量一般采用碱液对土壤进行处理，使速效氮转化为氨气，由硼酸吸收后用酸滴定，从而计算出土壤中速效氮的含量。本领域技术人员在面对测定土壤中速效氮含量时可选取适宜的方法，本发明并不因此而受到限制。土壤的供氮潜力决定于成土母质、风化条件和耕作措施等。我国几乎所有的耕地土壤都需补给氮素，以达到一定的产量水平。供氮潜力低的土壤主要分布于华北平原、黄土高原一直到西部的干旱地区，这类土壤是我国地带性土壤中氮素水平最低的土壤。北部地区随着气候(主要是雨量)的变化，土壤氮素含量由东向西递减。除西部高山外，北纬35度以南的南部地区是我国水热条件最好的地区，生物物质的生产和分解都很快，是我国农业最主要的地区，这些地区的土壤氮量显著高于中部地区，土壤比较肥沃。同时，考虑到氮素在土壤中转化、移动比较活跃，极易缺乏，而且土壤维持作物高产的供氮能力时期较短，根据“国家土壤肥力与肥料效益长期监测基地网”在吉林黑土、新疆灰漠土、陕西黄土、北京褐潮土、河南潮土、浙江水稻土、湖南红壤和重庆紫色土上的长期肥料试验结果显示，小麦、玉米、水稻在土壤短期(1-2年)不施氮肥，作物就表现明显减产现象。因此，根据当地土壤的供氮能力，以土壤速效氮含量为参照进行农田氮肥施用的矫正后再进行氮肥的施用既可以充分利用土壤氮素，维持与提高土壤氮素持续供应能力，又可以保持作物高产稳产；所述氮肥施用矫正系数α＝标准速效氮含量/农田土壤速效氮含量。其中，根据不同作物对氮素的需求规律及当地农田土壤的实际情况，所述标准速效氮含量可以为80-100mg/kg。根据本发明，所述农田单位面积的作物收获所带出农田的氮的质量(Corpout)可以包括农田单位面积的作物收获经济产量所带出的氮的质量(Yieout)和单位面积农田秸秆含氮的质量(Strout)，即Corpout＝Yieout+Strout；所述经济产量指农田中收获物的产量，所述收获物可以包括籽粒、块茎和皮棉等中的至少一种。根据本发明，所述农田单位面积的作物收获经济产量所带出的氮的质量(Yieout)可以根据单位面积农田的作物的经济产量(Yield)中形成每1kg的收获物中的氮的质量(Nutyie)求得，即Yieout＝Yield×Nutyie；所述Strout可以根据单位面积农田的秸秆产量(Straw)中形成每1kg的秸秆中的氮的质量(Nutstr)求得，即Strout＝Straw×Nutstr。根据本发明，所述农田单位面积的作物收获所带出农田的氮的质量(Corpout)也可以为所述单位面积农田的作物吸收的总的氮的质量(Uptout)与所述单位面积农田的秸秆还田的氮的质量(Retin)之差，即Corpout＝Uptout-Retin。根据本发明，所述单位面积农田的作物吸收的总的氮的质量(Uptout)可以根据单位面积农田的作物的经济产量(Yield)中形成每1kg作物经济产量需要的氮的质量(Nutneed)，即Uptout＝Yield×Nutneed。所述单位面积农田的秸秆还田的氮的质量(Retin)可以根据单位面积农田的秸秆产量(Straw)中单位面积农田形成每1kg秸秆中的氮的质量(Nutstr)与单位面积农田的秸秆还田率(Ratstr)之积计算，即Retin＝Straw×Ratstr×Nutstr。根据本发明，所述从环境进入单位面积农田的氮的质量(Envin)可以包括通过干/湿沉降输入农田的氮的质量。干沉降指大气降尘直接下落在土表带入的氮的质量，湿沉降指大气中包括总悬浮颗粒所含的氮随着降水进入土壤-作物系统的量。所述Envin可以根据土壤长期肥料试验的不施肥处理的作物氮素吸收量进行估算。根据本发明，氮是损失途径主要包括气态损失、硝酸盐的淋溶和径流损失。研究表明，在有利于氨挥发的条件下，因挥发损失的氮素占总施氮量的9％-42％，成为氮素损失的重要或主要途径。氮素的淋失是指土壤中的氮随水向下迁移至耕作层以下，从而不能被作物根系吸收所造成的氮损失。径流损失是造成地表水氮素污染和水体富营养化的重要原因，在苏南稻区进行的观测表明，氮素的径流损失可达到45kg/hm2。单位面积农田氮的损失率(Ratout)可以通过假设长期肥料试验氮素处于基本平衡状态而进行估算，例如计算公式可以为大田试验研究表明，氮素多集中在禾谷类作物的经济产量(籽粒等)中，如我国2413个小麦田间试验样点数据发现，小麦氮素收获指数为0.25-0.94，平均约为0.74；我国3698个春玉米和夏玉米田间试验样点数据得出，玉米氮素收获指数为0.25-0.88，平均约为0.61；本课题组根据全国2138个水稻样点数据搜集的结果表明，水稻氮素收获指数在0.28-0.92，平均约为0.64。其中，氮素收获指数为籽粒氮积累总量/植株氮素积累总量。这些研究表明，我国小麦、玉米、水稻籽粒吸氮量分别约占作物地上部吸氮总量的74％、61％、64％。因此，秸秆中累计的氮素较少，优选地，所述单位面积农田形成每1kg秸秆中的氮的质量(Nutstr)为0-250kg/hm2。根据本发明的方法，可以对大部分作物进行氮肥的施用，例如，所述作物可以为选自小麦、玉米、水稻、马铃薯、棉花、花生、大豆和油菜中的至少一种。下面通过实施例进一步说明本发明。实施例1：本实施例以黄淮海平原冬小麦和黄土高原冬小麦为例，根据当地的环境条件和发表的大田试验数据统计，黄淮海平原冬小麦和黄土高原冬小麦目标产量分别为7355kg/hm2和5114kg/hm2，100kg籽粒的需氮量分别为2.98kg和2.80kg。根据黄淮海平原和黄土高原地区长期肥料试验的不施肥处理的冬小麦氮素吸收量估算小麦环境氮素的输入量分别为40.4kg/hm2和33.6kg/hm2。同时，假设长期肥料试验氮素处于基本平衡状态而进行估算氮损失率分别为18.5％和27.1％。黄淮海平原冬小麦和黄土高原冬小麦地区速效氮含量为103.1mg/kg和88.5mg/kg，以土壤速效氮100mg/kg为基准，则黄淮海平原冬小麦和黄土高原冬小麦地区的氮肥施用矫正系数分别为0.97和1.13。单位面积农田形成每1kg秸秆中的氮的质量忽略不计。则根据公式：计算氮肥推荐施用量：黄淮海平原冬小麦氮肥施用量黄土高原冬小麦氮肥施用量即黄淮海平原冬小麦和黄土高原冬小麦的氮肥适宜施用量分别为212kg/hm2和170kg/hm2。所得结果与农业部2013年推荐(《小麦、玉米、水稻三大粮食作物区域大配方与施肥建议(2013)》)的黄淮海地区和东北地区冬小麦相似产量最适宜的氮肥施用量208.8kg/hm2和170.1kg/hm2较接近。测试实施例1以中国农业科学院陵县试验基地(黄淮海平原冬小麦地区)一具体地块为例，选取10块试验田，每块试验田面积为0.1hm2，进行冬小麦的耕种，按照表1所列施肥量分别对10块试验田施用氮肥。此外根据冬小麦的生长情况对10块试验田进行磷肥和钾肥的施用，磷肥和钾肥的施用量分别为150kg/hm2和150kg/hm2。250天后进行冬小麦的收获，记录冬小麦的产量，绘制氮肥施用量与黄淮海平原冬小麦产量关系曲线图(如图1)。小麦收获后进行土壤速效氮含量的测定。表1以陕西杨凌长武县(黄土高原冬小麦地区)一具体地块为例，选取10块试验田，每块试验田面积为0.1hm2，进行冬小麦的耕种，按照表2所列施肥量分别对10块试验田施用氮肥。此外根据冬小麦的生长情况对10块试验田进行磷肥和钾肥的施用，磷肥和钾肥的施用量分别为150kg/hm2和150kg/hm2。250天后进行冬小麦的收获，记录冬小麦的产量，绘制氮肥施用量与黄土高原冬小麦产量关系曲线图(如图2)。小麦收获后进行土壤速效氮含量的测定。表2由表1、表2及图1、图2可以发现，随着氮肥施用量的增加，小麦产量逐渐上升，当对黄淮海平原冬小麦和黄土高原冬小麦施用氮肥量分别为210kg/hm2和170kg/hm2时，小麦产量可达较大值，氮肥施用量超过此值后，小麦产量保持稳定。试验所得的适宜氮肥施用量与根据本发明的方法计算所得的氮肥施用量接近，说明本发明的方法可实现简单、快速、准确的定量化氮肥的施用，可操作性强，利于推广应用。另外，对小麦收获后两地的土壤速效氮含量进行测定，在两地所施氮肥量分别为210kg/hm2和170kg/hm2时的试验田测得土壤速效氮含量分别为103.8mg/kg和88.6mg/kg，与试验前试验田的速效氮含量基本一致，说明采用本方法所推荐的农田作物施氮量既补充了在作物生长期间的氮吸收量，也补足了作物生长期间土壤的氮损失量，保持了土壤的氮平衡，维持土壤持续供应氮的能力，保证作物高产、稳产。实施例2：本实施例以东北春播玉米和黄淮海平原夏播玉米为例，根据当地的环境条件和发表的大田试验数据统计，东北春播玉米和黄淮海平原夏播玉米目标产量分别为9772kg/hm2和9426kg/hm2，100kg籽粒的需氮量分别为1.83kg和2.28kg。根据东北和黄淮海平原地区长期肥料试验的不施肥处理的玉米氮素吸收量估算玉米环境氮素的输入量分别为70.3kg/hm2和61.8kg/hm2。同时，假设长期肥料试验氮素处于基本平衡状态而进行估算氮损失率分别为32.2％和39.4％。东北春播玉米和黄淮海平原夏播玉米地区速效氮含量为94.3mg/kg和116.3mg/kg，以土壤速效氮100mg/kg为基准，则东北春播玉米和黄淮海平原夏播玉米的氮肥施用矫正系数分别为1.06和0.86。单位面积农田形成每1kg秸秆中的氮的质量忽略不计。则根据公式：计算氮肥推荐施用量：东北春播玉米氮肥施用量黄淮海平原夏播玉米氮肥施用量即东北春播玉米和黄淮海平原夏播玉米的氮肥适宜施用量分别为170kg/hm2和217kg/hm2。所得结果与农业部2013年推荐(《小麦、玉米、水稻三大粮食作物区域大配方与施肥建议(2013)》)的东北地区春播玉米和黄淮海地区夏播玉米相似产量最适宜的氮肥施用量172kg/hm2和220kg/hm2较接近。测试实施例2以黑龙江省绥化市青冈县(东北春播玉米地区)一具体地块为例，选取10块试验田，每块试验田面积为0.1hm2，进行春播玉米的耕种，按照表3所列施肥量分别对10块试验田施用氮肥。此外根据玉米的生长情况对10块试验田进行磷肥和钾肥的施用，磷肥和钾肥的施用量分别为150kg/hm2和150kg/hm2。100天后进行玉米的收获，记录玉米的产量，绘制氮肥施用量与东北春播玉米产量关系曲线图(如图3)。玉米收获后进行土壤速效氮含量的测定。表3试验田编号氮肥施用量(kg/hm2)东北春播玉米产量(kg/hm2)112077752130823931408676415091295160948161709760718097688190976692009771102109762以中国农业科学院陵县试验基地(黄淮海平原夏播玉米地区)一具体地块为例，选取10块试验田，每块试验田面积为0.1hm2，进行夏播玉米的耕种，按照表4所列施肥量分别对10块试验田施用氮肥。此外根据玉米的生长情况对10块试验田进行磷肥和钾肥的施用，磷肥和钾肥的施用量分别为150kg/hm2和150kg/hm2。100天后进行玉米的收获，记录玉米的产量，绘制氮肥施用量与黄淮海平原夏播玉米产量关系曲线图(如图4)。玉米收获后进行土壤速效氮含量的测定。表4由表3、表4及图3、图4可以发现，随着氮肥施用量的增加，玉米产量逐渐上升，当对东北春播玉米和黄淮海平原夏播玉米施用氮肥量分别为170kg/hm2和220kg/hm2时，玉米产量可达较大值，氮肥施用量超过此值后，玉米产量保持稳定。试验所得的适宜氮肥施用量与根据本发明的方法所得的氮肥施用量接近，说明本发明的方法可实现简单、快速、准确的定量化氮肥的施用，可操作性强，利于推广应用。另外，对玉米收获后两地的土壤速效氮含量进行测定，在两地所施氮肥量分别为170kg/hm2和220kg/hm2时的试验田测得土壤速效氮含量分别为94.5mg/kg和116.6mg/kg，与试验前试验田的速效氮含量基本一致，说明采用本方法所推荐的农田作物施氮量既补充了在作物生长期间的氮吸收量，也补足了作物生长期间土壤的氮损失量，保持了土壤的氮平衡，维持土壤持续供应氮的能力，保证作物高产、稳产。实施例3：本实施例以黄淮海平原单季稻和长江中下游平原早稻为例，根据当地的环境条件和发表的大田试验数据统计，黄淮海平原单季稻和长江中下游平原早稻目标产量分别为7808kg/hm2和6404kg/hm2，100kg籽粒的需氮量分别为2.23kg和2.09kg。根据黄淮海平原和长江中下游平原长期肥料试验的不施肥处理的水稻氮素吸收量估算水稻环境氮素的输入量分别为73.8kg/hm2和56.7kg/hm2。同时，假设长期肥料试验氮素处于基本平衡状态而进行估算氮损失率分别为35.6％和46.5％。黄淮海平原单季稻和长江中下游平原早稻区速效氮含量分别为84.0mg/kg和80.6mg/kg，以土壤速效氮100mg/kg为基准，则黄淮海平原单季稻和长江中下游平原早稻区氮肥施用矫正系数分别为1.19和1.24。单位面积农田形成每1kg秸秆中的氮的质量忽略不计。则根据公式：计算氮推荐施用量：黄淮海平原单季稻氮肥施用量长江中下游平原早稻氮肥施用量可得黄淮海平原单季稻和长江中下游平原早稻推荐氮肥适宜用量分别为185kg/hm2和175kg/hm2。测试实施例3以山东沂南县(黄淮海平原单季稻区)一具体地块为例，选取10块试验田，每块试验田面积为0.1hm2，进行单季稻的耕种，按照表5所列施肥量分别对10块试验田施用氮肥。此外根据单季稻的生长情况对10块试验田进行磷肥和钾肥的施用，磷肥和钾肥的施用量分别为150kg/hm2和150kg/hm2。140天后进行晚稻的收获，记录晚稻的产量，绘制氮肥施用量与黄淮海平原单季稻产量关系曲线图(如图5)。单季稻收获后进行土壤速效氮含量的测定。表5试验田编号氮肥施用量(kg/hm2)黄淮海平原单季稻产量(kg/hm2)116063952165670731707066417573825180760661857812719078158195781192007813102057814以湖北襄阳(长江中下游平原早稻区)一具体地块为例，选取10块试验田，每块试验田面积为0.1hm2，进行早稻的耕种，按照表6所列施肥量分别对10块试验田施用氮肥。此外根据早稻的生长情况对10块试验田进行磷肥和钾肥的施用，磷肥和钾肥的施用量分别为150kg/hm2和150kg/hm2。100天后进行早稻的收获，记录早稻的产量，绘制氮肥施用量与长江中下游平原早稻产量关系曲线图(如图6)。早稻收获后进行土壤速效氮含量的测定。表6由表5、表6及图5、图6可以发现，随着氮肥施用量的增加，水稻产量逐渐上升，当对黄淮海平原单季稻和长江中下游平原早稻施用氮肥量分别为185kg/hm2和175kg/hm2时，水稻产量可达较大值，氮肥施用量超过此值后，水稻产量保持稳定。试验所得的适宜氮肥施用量与根据本发明的方法所得的氮肥施用量接近，说明本发明的方法可实现简单、快速、准确的定量化氮肥的施用，可操作性强，利于推广应用。另外，对水稻收获后的土壤速效氮含量进行测定，在两地所施氮肥量分别为185kg/hm2和175kg/hm2的试验田测得土壤速效氮含量分别为83.8mg/kg和80.5mg/kg，与试验前试验田的速效氮含量基本一致，说明采用本方法所推荐的农田作物施氮量既补充了在作物生长期间的氮吸收量，也补足了作物生长期间土壤的氮损失量，保持了土壤的氮平衡，维持土壤持续供应氮的能力，保证作物高产、稳产。当前第1页1 2 3