金壇區(qū)稻田耕地適宜性評(píng)價(jià)與施肥推薦

沈家禾，李 勇，朱榮松，邱淑芬，白潔瑞，儲(chǔ)亞云

(江蘇省常州市金壇區(qū)土壤肥料技術(shù)指導(dǎo)站，江蘇 常州 213200)

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金壇區(qū)稻田耕地適宜性評(píng)價(jià)與施肥推薦

沈家禾，李 勇，朱榮松，邱淑芬，白潔瑞，儲(chǔ)亞云

(江蘇省常州市金壇區(qū)土壤肥料技術(shù)指導(dǎo)站，江蘇 常州 213200)

在構(gòu)建水稻適宜評(píng)價(jià)模型，完成耕地適宜性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，探討了水稻數(shù)字化施肥技術(shù)。選取16個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建5個(gè)準(zhǔn)則層，采用層次分析模型和隸屬度模型，通過(guò)加法模型計(jì)算出耕地地力綜合指數(shù), 將水稻適宜性分3個(gè)等級(jí)。高度適宜面積占總耕地面積的6.93%，適宜面積占86.58%，不適宜面積占6.49%。根據(jù)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合水稻施肥參數(shù)，制定出2個(gè)水稻肥料配方(N∶P2O5∶K2O=18∶7∶10和15∶5∶15)。實(shí)證結(jié)果表明該方法較常規(guī)施肥有效地提高了水稻產(chǎn)量，減少了不合理肥料施用。

耕地適宜性評(píng)價(jià)；層次分析模型；隸屬度模型；施肥推薦

施肥是提高作物產(chǎn)量和改良作物品質(zhì)的重要手段。近年來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力對(duì)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的需求，使得作物施肥量不斷加大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已成為世界上最大的化肥生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，每年化肥施用量占全球用量的1/3左右，每公頃化肥用量是全球平均施肥量的2～3倍，然而化肥利用率僅為30%～40%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家的60%～70%[1-2]。過(guò)量施用化肥，在使得糧食作物施肥增產(chǎn)效應(yīng)逐漸下降的同時(shí)[3]，引起肥料資源浪費(fèi)、生產(chǎn)效益下降、生態(tài)環(huán)境污染等一系列問(wèn)題[4]。農(nóng)業(yè)部化肥零增長(zhǎng)目標(biāo)的提出，亟需改變傳統(tǒng)糧食生產(chǎn)中盲目過(guò)量施肥行為。依據(jù)土壤地力狀況、作物需肥規(guī)律的數(shù)字化精確施肥成為解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵。金壇區(qū)主要糧食生產(chǎn)方式為稻麥周年輪作，李勇、邱淑芬等[5-6]已將該地小麥數(shù)字化精確施肥做了詳細(xì)闡述，筆者現(xiàn)以水稻為例，研究該地耕地適宜性評(píng)價(jià)與施肥推薦，以期為實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)厮竞侠硎┓首龀鲐暙I(xiàn)。

1　研究區(qū)域及方法

1.1研究區(qū)域概況

金壇區(qū)地處江蘇省南部，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，光照充足，雨量充沛。東部為高亢平原，中部為低洼圩區(qū)，西部為低山丘陵。第二次土壤普查將常州市土壤分為6個(gè)土類，11個(gè)亞類，21個(gè)土屬，以水稻土為主。水稻種植面積約1.9萬(wàn)hm2，為主要夏播作物，2012～2014年3年平均單產(chǎn)達(dá)9606kg/hm2。

1.2數(shù)據(jù)資料

金壇區(qū)土壤圖(1∶50000)、土地利用現(xiàn)狀圖(1∶50000)及行政區(qū)劃圖(1∶50000)等來(lái)源于金壇區(qū)相關(guān)部門第二次普查資料。

土壤養(yǎng)分、野外調(diào)查資料、施肥數(shù)據(jù)等來(lái)源于第二次土壤普查、田間采樣及實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

水稻耕地適宜性評(píng)價(jià)與配方施肥推薦借助于全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心的“縣域測(cè)土配方專家系統(tǒng)”和“縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)”軟件完成。具體過(guò)程參考李勇等[5]的方法。

2　水稻耕地適宜性評(píng)價(jià)

2.1水稻耕地層次分析模型的建立

采用特爾菲法[7]邀請(qǐng)省市相關(guān)專家，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)情，選取障礙層類型、障礙層位置、排澇模數(shù)、灌溉模數(shù)、pH、速效鉀、有效磷、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)、耕層厚度、有效土層厚、旱地下水位(旱季地下水位)、剖面構(gòu)型、成土母質(zhì)、地貌類型、坡度(田面坡度)共16個(gè)指標(biāo)，分為障礙因素、排灌條件、理化性狀、剖面性狀和立地條件5個(gè)大類(圖1)，同時(shí)計(jì)算出每個(gè)指標(biāo)在水稻適宜性評(píng)價(jià)中的組合權(quán)重(表1)。結(jié)果顯示，水稻耕地適宜性評(píng)價(jià)中的主導(dǎo)因素為立地條件(0.4030)和剖面性狀(0.2972)，而非傳統(tǒng)認(rèn)知中的理化性狀(0.1618)，這與李文西等研究的儀征市水稻適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果[8]相似。這是因?yàn)楦剡m宜性反映的是耕地在土壤本身特性、自然背景條件和基礎(chǔ)設(shè)施水平等綜合要素下構(gòu)成的潛在生產(chǎn)能力，而根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以上這些土壤養(yǎng)分平衡可通過(guò)施肥實(shí)現(xiàn)[9-10]。

圖1　水稻耕地適宜性評(píng)價(jià)要素的層次結(jié)構(gòu)

層次障礙因素(0.1028)排灌條件(0.0352)理化性狀(0.1618)剖面性狀(0.2972)立地條件(0.4030)組合權(quán)重障礙層類型0.18870.0194障礙層位置0.81330.0834排澇模數(shù)0.16890.0059灌溉模數(shù)0.83110.0293pH0.04390.0071速效鉀0.15440.0250有效磷0.05580.0090質(zhì)地0.29620.0479有機(jī)質(zhì)0.44970.0728耕層厚度0.06050.0180有效土層厚0.12080.0359旱地下水位0.26240.0780剖面構(gòu)型0.55620.1653成土母質(zhì)0.08190.0330地貌類型0.26570.1071坡度0.65230.2629

注:括號(hào)中數(shù)字為權(quán)重值；組合權(quán)重=∑CiAi。

2.2水稻耕地隸屬度模型的建立

采用模型評(píng)價(jià)方法建立隸屬函數(shù)模型。將16個(gè)指標(biāo)與水稻耕地適宜性的關(guān)系分為峰型、戒上型、戒下型、直線型和概念型 5 種函數(shù)類型(表2)。除概念性類型是通過(guò)專家討論直接賦值外，其他4種函數(shù)通過(guò)田間試驗(yàn)等進(jìn)行擬合。

2.3地力綜合指數(shù)計(jì)算與分級(jí)

采用加法模型計(jì)算每個(gè)評(píng)價(jià)單元(共9398個(gè))耕地地力綜合指數(shù)(圖2)。

(1)

公式(1)中：P為評(píng)價(jià)單元的評(píng)價(jià)值，Ji為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度，Gi為評(píng)價(jià)指標(biāo)i的權(quán)重值，n=16。

綜合考慮金壇區(qū)水稻種植面積及特點(diǎn)，結(jié)合圖2曲線特征，將水稻耕地適宜性分成高度適宜、適宜和不適宜3個(gè)等級(jí)(圖3)。結(jié)果顯示：水稻高度適宜面積占總耕地面積的6.93%，適宜面積占86.58%，不適宜面積占6.49%。從區(qū)域分布來(lái)看，金壇區(qū)不適宜水稻生長(zhǎng)地區(qū)集中在西部丘陵地區(qū)，其他均適宜或高度適宜水稻種植。

表2　水稻耕地適宜性隸屬函數(shù)模型

注:a、b為相應(yīng)函數(shù)方程的系數(shù)，c、u1和u2分別表示各指標(biāo)最佳值、最小值和最大值。其中，如uu2，則函數(shù)值y=1。

3　水稻配方肥及其運(yùn)籌推薦

3.1水稻品種特征

武運(yùn)粳23號(hào)是金壇地區(qū)主推水稻品種(以下水稻均指武運(yùn)粳23號(hào))，生產(chǎn)潛力(在大田生產(chǎn)條件下，作物可能達(dá)到的最高產(chǎn)量)可達(dá)11250kg/hm2。施氮肥區(qū)和無(wú)氮區(qū)每100kg籽粒氮素吸收量分別為2.1kg和1.8kg。表3為金壇地區(qū)主要土壤類型無(wú)氮區(qū)水稻相對(duì)產(chǎn)量，平均為61.2%，變幅在53.5%～69.5%，可見(jiàn)不同土壤對(duì)水稻產(chǎn)量貢獻(xiàn)不一。

3.2肥料運(yùn)籌方案

田間試驗(yàn)及調(diào)查表明，金壇區(qū)水稻分4次施肥，分別為基肥、分蘗肥、促花肥及?；ǚ?。氮肥分4次施用，比例為25∶30∶30∶15；磷、鉀肥分基肥和促花肥兩次施用，比例分別為7∶3和5∶5。其中氮肥利用率設(shè)定為35%。

表3　主要土種無(wú)氮區(qū)水稻相對(duì)產(chǎn)量

3.3水稻肥料模型

氮肥施用量采用地力差減法計(jì)算，計(jì)算公式為：氮肥需要量=(目標(biāo)產(chǎn)量×施肥區(qū)百千克吸氮量-無(wú)氮基礎(chǔ)地力產(chǎn)量×無(wú)氮區(qū)百千克吸氮量)/氮肥當(dāng)季利用率。無(wú)氮基礎(chǔ)地力產(chǎn)量=目標(biāo)產(chǎn)量×無(wú)氮區(qū)水稻相對(duì)產(chǎn)量。目標(biāo)產(chǎn)量采用土壤生產(chǎn)潛力指數(shù)法計(jì)算，公式為：

(2)

公式(2)中：Yt：目標(biāo)產(chǎn)量；Yp：該品種生產(chǎn)潛力(取11250kg/hm2)；Ua：最適宜臨界值(取0.96)； Ub：不適宜臨界值(取0.49)；P：適宜度指數(shù)；Ymax：最適宜目標(biāo)產(chǎn)量百分比(取0.95)；Ymin：不適宜目標(biāo)產(chǎn)量百分比(取0.60)。

磷鉀肥施用量采用豐缺指標(biāo)法計(jì)算(表4)。

表4　金壇地區(qū)水稻土壤磷鉀豐缺指標(biāo)與施肥標(biāo)準(zhǔn)

圖2　評(píng)價(jià)單元綜合指數(shù)

圖3　水稻適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果

3.4配方肥及其運(yùn)籌推薦

在水稻適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用“縣域測(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)”中“施肥”功能模塊，推薦適宜金壇區(qū)水稻生產(chǎn)的配方肥及肥料運(yùn)籌方案。結(jié)果顯示：金壇區(qū)水稻適宜肥料配方(N∶P2O5∶K2O)為18∶7∶10和15∶5∶15，圖4中每個(gè)評(píng)價(jià)單元格均有田間尺度的施肥方案。然而，金壇區(qū)水稻種植面臨農(nóng)戶多、面積散、人均少等問(wèn)題，這種“一對(duì)一”的施肥方式較難推廣，因此需從宏觀角度出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)推薦肥料配方，結(jié)合金壇區(qū)水稻栽培方式、水稻需肥特性、產(chǎn)量情況等因素，經(jīng)專家論證，制訂了不同目標(biāo)產(chǎn)量的區(qū)域尺度施肥方案(表5)。

表5金壇區(qū)水稻測(cè)土配方施肥建議

kg/hm2

3.5配方肥肥效驗(yàn)證

為驗(yàn)證配方肥肥效，2015年在金壇區(qū)直溪鎮(zhèn)直溪村、朱林鎮(zhèn)沙湖村、指前鎮(zhèn)旭紅村、薛埠鎮(zhèn)西陽(yáng)村和金城鎮(zhèn)后陽(yáng)村共5個(gè)地方進(jìn)行大田試驗(yàn)，具體施肥方案及產(chǎn)量見(jiàn)表6。從5個(gè)點(diǎn)平均產(chǎn)量來(lái)看，配方施肥較常規(guī)施肥增產(chǎn)287kg/hm2；從施肥量來(lái)看，配方施肥氮磷鉀(純量)共375.6kg/hm2，較常規(guī)施肥減少氮磷鉀(純量)共168.15kg/hm2。可見(jiàn)，配方施肥較常規(guī)施肥節(jié)肥增收，這和朱榮松等[11]的試驗(yàn)結(jié)果相似，說(shuō)明配方肥18∶ 7∶10和15∶5∶15及其施肥運(yùn)籌適宜于金壇區(qū)水稻種植。

表6　不同施肥方案及水稻產(chǎn)量kg/hm2

注:常規(guī)施肥為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶習(xí)慣施肥方案，復(fù)合肥(15∶15∶15)為當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)常見(jiàn)復(fù)合肥；根據(jù)水稻生長(zhǎng)情況，試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)促花肥和保花肥一并施用。

圖4　水稻施肥分區(qū)結(jié)果

4　小結(jié)

金壇區(qū)水稻耕地適宜性評(píng)價(jià)顯示，水稻高度適宜面積占總耕地面積的6.93%，適宜面積占86.58%，不適宜面積占6.49%。金壇區(qū)大部分地區(qū)適宜或高度適宜種植水稻，不適宜地區(qū)集中于西部丘陵地區(qū)，東部和中部較少且分散。適于金壇區(qū)水稻種植的配方肥為18∶7∶10和15∶5∶15，并根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量定制施肥方案。實(shí)證結(jié)果及朱榮松、馬會(huì)寧等[11-12]研究顯示，配方施肥相比于當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥具有減肥增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。

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(責(zé)任編輯：許晶晶)

EvaluationofCultivatedLandSuitabilityandFertilizationRecommendationforPaddyFieldsinJintanDistrict

SHENJia-he,LIYong,ZHURong-song,QIUShu-fen,BAIJie-rui,CHUYa-yun

(SoilandFertilizerStationofJintanDistrict,ChangzhouCity,JiangsuProvince,Jintan213200,China)

Thispaperconstructedamodelforthesuitabilityevaluationofcultivatedlandinpaddyfields,andexploredricedigitalfertilizationtechnique.Sixteenindexeswereselectedtoconstruct5hierarchicallayersinthisevaluationsystem.Theintegratedfertilityindexofcultivatedlandwascalculatedbyusinganalytichierarchymodel,membershipmodelandadditionmodel,andpaddyfieldsweredividedintothreegradesaccordingtotheirintegratedfertilityindexes.Thehighlyappropriatearea,appropriatearea,andunsuitableareaofpaddyfieldsaccountedfor6.93%, 86.58%,and6.49%ofthetotal,respectively.Onthebasisoftheresultsofpaddyfieldsuitabilityevaluation,combinedwiththefertilizationparametersofrice,theauthormade2fertilizerformulasforrice,namelyN∶P2O5∶K2O=18∶7∶10,orN∶P2O5∶K2O=15∶5∶15.Theresultsofdemonstrationindicatedthat:incomparisonwiththeconventionalfertilization,thismethodcouldeffectivelyimprovericeyieldandreducetheunreasonableapplicationoffertilizer.

Cultivatedlandsuitabilityevaluation;Hierarchicalanalysismodel;Membershipmodel;Fertilizationrecommendation

2016-01-06

測(cè)土配方施肥項(xiàng)目。

沈家禾(1987─)，男，江蘇金壇人，農(nóng)藝師，碩士研究生，主要從事耕地質(zhì)量保護(hù)及土壤肥料研究。

F323.21

A

1001-8581(2016)08-0027-05