基于養(yǎng)分平衡施肥法的配方施肥系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王囡囡 張春峰 孟慶英 朱寶國(guó) 李于 張洪權(quán) 宋英博 樊偉民 李燦東 靳曉春

摘要：為解決化肥的過(guò)量使用，減少環(huán)境污染，提倡精準(zhǔn)施肥。本研究利用養(yǎng)分平衡施肥法與計(jì)算機(jī)Visual Basic語(yǔ)言相結(jié)合，編制配方施肥系統(tǒng)。通過(guò)作物需肥量參數(shù)的計(jì)算、土壤供肥量參數(shù)的計(jì)算、肥料利用率參數(shù)的計(jì)算、目標(biāo)產(chǎn)量參數(shù)的計(jì)算和有效養(yǎng)分含量參數(shù)的計(jì)算5部分，輸入系統(tǒng)計(jì)算各肥料施肥量。達(dá)到了產(chǎn)量不變的前提下，提供最科學(xué)與最小的施肥量。本系統(tǒng)可以準(zhǔn)確、高效、科學(xué)的完成配方施肥工作。

關(guān)鍵詞：配方施肥；需肥量；養(yǎng)分平衡法；VB語(yǔ)言

中圖分類號(hào)：S24文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A論文編號(hào)：cjas2020-0100

Design of Formula Fertilization System Based on Nutrient Balance Fertilization Method

Wang Nannan， Zhang Chunfeng， Meng Qingying， Zhu Baoguo， Li Yu， Zhang Hongquan， Song Yingbo， Fan Weimin， Li Candong， Jin Xiaochun

（Jiamusi Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Jiamusi 154007， Heilongjiang， China）

Abstract： To solve the excessive use of chemical fertilizer and reduce environmental pollution， we promote precise fertilization. In this study， a formula fertilization system was developed by using Visual Basic language and nutrient balance fertilization method， fertilizer application was calculated by five parameters： fertilizer demand， soil fertilizer supply， fertilizer utilization， target yield and available nutrient content in fertilizer. Under the premise of constant yield， it provided the most scientific and minimum fertilizer application. This system could accurately， efficiently and scientifically complete the work of formula fertilization.

Keywords： Formulated Fertilization； Fertilizer Requirement； Nutrient Balance Method； Visual Basic

0引言

目前，中國(guó)化肥生產(chǎn)和消費(fèi)均為世界第一，化肥的過(guò)量使用，不僅引起資源浪費(fèi)，導(dǎo)致空氣和水體污染[1]。在作物種植生產(chǎn)中，化肥的使用不但提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，還能保證農(nóng)產(chǎn)品連年保持高產(chǎn)[2]?；实膹V泛應(yīng)用一方面促進(jìn)了農(nóng)作物的生長(zhǎng)，另一方面盲目的過(guò)量施肥又對(duì)農(nóng)作物品質(zhì)及環(huán)境造成了威脅[3]。近年來(lái)，測(cè)土配方施肥有效地解決了不減少農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的前提下，提供最合理的施肥量。目前很多研究人員在做這方面工作，并開(kāi)發(fā)測(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)推廣應(yīng)用。荊旭全等[4]采用大數(shù)據(jù)和Web GIS技術(shù)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用平臺(tái)施肥數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，并在廣東省展開(kāi)應(yīng)用示范。張懷志[5]利用土壤養(yǎng)分系統(tǒng)平衡原理、應(yīng)用移動(dòng)通信技術(shù)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，研發(fā)蔬菜簡(jiǎn)便快速推薦施肥系統(tǒng)APP。王囡囡等[6]編制測(cè)土配方施肥TRPF系統(tǒng)并對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)在大豆施肥中的應(yīng)用效果。本研究利用Visual Basic語(yǔ)言開(kāi)發(fā)作物配方施肥系統(tǒng)，采用養(yǎng)分平衡法的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)通過(guò)Visual Basic語(yǔ)言編輯調(diào)配分別計(jì)算作物土壤供肥量參數(shù)、目標(biāo)產(chǎn)量參數(shù)、肥料利用率參數(shù)、所用肥料有效養(yǎng)分含量參數(shù)和作物需肥量參數(shù)，最終計(jì)算作物各施肥量，以期保證植物正常生長(zhǎng)發(fā)育需要，減少肥料的用量，節(jié)本增效。

1基本原理

配方施肥系統(tǒng)以作物養(yǎng)分需肥量與土壤養(yǎng)分供給量之差為基礎(chǔ)，利用作物土壤供肥量、目標(biāo)產(chǎn)量、肥料利用率、作物需肥量和肥料中有效養(yǎng)分含量等參數(shù)計(jì)算作物施肥量。其計(jì)算公式如（1）所示。

1.1作物目標(biāo)產(chǎn)量

作物目標(biāo)產(chǎn)量的確定是根據(jù)種植土地在近3年作物產(chǎn)量的平均值與合理的理想遞增產(chǎn)量的和。遞增產(chǎn)量等于遞增率與作物3年平均產(chǎn)量的積。大田作物的遞增率大約在10%～15%，室內(nèi)大棚蔬菜遞增率大約30%左右，田間應(yīng)季蔬菜遞增率大約20%左右[8]。

1.2每千克經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的養(yǎng)分消耗量

在作物成熟后將全株收獲，經(jīng)過(guò)化學(xué)分析測(cè)得作物各養(yǎng)分含量，測(cè)定某一作物每千克經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的養(yǎng)分消耗量與作物目標(biāo)產(chǎn)量的積，即作物需肥量。

1.3土壤中養(yǎng)分可供給量

方法是采用土壤缺素區(qū)產(chǎn)量法計(jì)算。在施充足的磷肥與鉀肥時(shí)，求出土壤供氮量，在施充足的氮肥與鉀肥時(shí)，求出土壤供磷量，在施充足的磷肥與氮肥時(shí)，求出土壤供鉀量，利用缺素區(qū)產(chǎn)量乘以單位產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量等于土壤養(yǎng)分供應(yīng)量[9]。

1.4肥料的養(yǎng)分含量

在購(gòu)買化肥時(shí)，產(chǎn)品包裝上均注明有效成分含量，而且有詳細(xì)說(shuō)明。如大慶牌尿素含氮量在46%以上。

1.5各肥料利用率

當(dāng)化肥施入土壤后，不能完全被作物吸收和利用，有些肥料被土壤固定，不能被作物吸收，有些肥料揮發(fā)了，有些肥料附著在水里一起隨著轉(zhuǎn)移了，各種肥料的利用率各不相同[10-11]。其計(jì)算公式如（2）所示。

2系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 Visual Basic語(yǔ)言

Visual Basic是一種具有科學(xué)性和高效性的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域[13-15]。在實(shí)際的工作中，我們經(jīng)常遇到復(fù)雜的運(yùn)算過(guò)程和過(guò)多的重復(fù)步驟，這增加了誤差的概率。Visual Basic語(yǔ)言可以將復(fù)雜的運(yùn)算和重復(fù)步驟按順序統(tǒng)一運(yùn)行，大大降低了誤差，提高了工作效率。本系統(tǒng)利用VB語(yǔ)言編寫(xiě)配方施肥系統(tǒng)（TRPF），基于養(yǎng)分平衡法原理可分為5部分，作物土壤供肥量參數(shù)的計(jì)算、目標(biāo)產(chǎn)量參數(shù)的計(jì)算、當(dāng)年肥料利用率參數(shù)的計(jì)算、作物需肥量參數(shù)的計(jì)算和所施肥料中有效養(yǎng)分含量參數(shù)的計(jì)算，將各參數(shù)輸入系統(tǒng)程序[16]。可計(jì)算作物施肥量提交報(bào)告（如圖1）。

2.2配方施肥

本系統(tǒng)中配方施肥的作物有玉米、馬鈴薯及大豆等，以馬鈴薯為例，根據(jù)馬鈴薯的需肥特點(diǎn)及當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣等因素。種植馬鈴薯一公頃。已知該地塊前3年種植馬鈴薯的平均基礎(chǔ)產(chǎn)量15000 kg/hm2，目標(biāo)產(chǎn)量在基礎(chǔ)產(chǎn)量上增加10%，目標(biāo)產(chǎn)量為16500 kg/hm2。根據(jù)馬鈴薯產(chǎn)量所需養(yǎng)分量計(jì)算，每公頃16500 kg馬鈴薯需吸收N 82.5 kg，需P2O5 66 kg，需K2O 181.5 kg。種植前對(duì)地塊取土樣化驗(yàn)，測(cè)得土壤中每公頃可提供N 28.5 kg，P2O5 40 kg，K2O 105 kg。根據(jù)養(yǎng)分平衡法馬鈴薯生產(chǎn)16500 kg/hm2產(chǎn)量，肥料需要提供缺N 54 kg、P2O5 26 kg、K2O 76.5 kg。以當(dāng)?shù)爻Ｊ┯玫幕柿姿岫@、大慶尿素和硫酸鉀為例，磷酸二銨中P2O5含量46%、N含量18%，硫酸鉀中K2O含量50%，大慶尿素中N含量46%。馬鈴薯需補(bǔ)充硫酸鉀數(shù)量等于需補(bǔ)充純鉀量除以硫酸鉀含量除以硫酸鉀當(dāng)年利用率。馬鈴薯需補(bǔ)充磷酸二銨數(shù)量等于需補(bǔ)充純磷量除以磷酸二銨含量除以磷酸二銨當(dāng)年利用率。同時(shí)磷酸二銨補(bǔ)充了一部分純氮，馬鈴薯需尿素?cái)?shù)量等于剩余后純氮量除以尿素含量除以尿素當(dāng)年利用率。根據(jù)配方施肥系統(tǒng)TRPF推薦需要硫酸鉀306 kg，磷酸二銨282.6 kg，尿素85.1 kg。

3配方施肥系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

配方施肥系統(tǒng)是根據(jù)各類作物的需肥特征及養(yǎng)分平衡原理，按照作物所種植地塊土壤供肥量、合理的目標(biāo)產(chǎn)量、所用肥料當(dāng)年的利用率、作物需肥量和所施用肥料有效養(yǎng)分含量五大參數(shù)，并利用Visual Basic語(yǔ)言編制開(kāi)發(fā)的一款配方施肥系統(tǒng)。根據(jù)種植作物目標(biāo)產(chǎn)量及土壤供肥量等，自動(dòng)計(jì)算并施肥量。配方施肥系統(tǒng)登錄界面（圖2）。在主界面中輸入基礎(chǔ)信息和五大參數(shù)信息，計(jì)算機(jī)計(jì)算施肥量生成配方，施肥報(bào)告以 Excel形式保存（圖3）。

4結(jié)論

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言被廣泛應(yīng)用到配方施肥系統(tǒng)中。本研究基于養(yǎng)分平衡法原理，利用Visual Basic語(yǔ)言開(kāi)發(fā)作物配方施肥系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)Visual Basic語(yǔ)言編輯調(diào)配分別計(jì)算作物土壤供肥量參數(shù)、目標(biāo)產(chǎn)量參數(shù)、肥料利用率參數(shù)、所用肥料有效養(yǎng)分含量參數(shù)和作物需肥量參數(shù)，最終計(jì)算作物各施肥量。利用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的高效性和通用性，將復(fù)雜繁瑣的過(guò)程按步驟統(tǒng)一計(jì)算。配方施肥系統(tǒng)提高了施肥配方生成的速度、準(zhǔn)確性和工作效率。減少過(guò)量化肥對(duì)環(huán)境和作物品質(zhì)的影響，為作物科學(xué)施肥提供重要保障。

參考文獻(xiàn)

[1]高鵬程，同延安，張樹(shù)蘭，等.減氮施肥推廣技術(shù)在陜西的實(shí)踐[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，56（1）：135-138，141.

[2]聶巍巍.化肥農(nóng)藥減量與農(nóng)用地土壤污染治理研究[J].化工管理， 2019，26（12）：44-45.

[3]夏同勇.化肥減量增效科學(xué)技術(shù)路徑探析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2019， 26（8）：132-133.

[4]荊旭全，蔡德楠，丁文翰，等.精準(zhǔn)施肥大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（24）：256-262.

[5]張懷志，黃紹文，冀宏杰，等.蔬菜施肥量簡(jiǎn)便快速推薦系統(tǒng)APP實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)信息，2018，30（5）：68-75.

[6]王囡囡，韓旭東，張春峰，等.三江平原測(cè)土配方TRPF系統(tǒng)在大豆優(yōu)化施肥中的應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)報(bào)，2017，33（1）：24-28.

[7]李春峰.養(yǎng)分平衡法在配方肥料上的應(yīng)用[J].河南農(nóng)業(yè)，2007，16（19）：41.

[8]杜君，孫克剛，白由路，等.北方褐土區(qū)冬小麥養(yǎng)分平衡施肥參數(shù)研究[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2015，21（5）：1113-1122.

[9]蔡德利，翟瑞常，侯雪坤.養(yǎng)分平衡法配方施肥數(shù)據(jù)庫(kù)建模[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23（6）：401-405.

[10]梁俊梅，張君，安昊，等.養(yǎng)分專家系統(tǒng)推薦施肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及肥料利用率的影響[J].作物雜志，2019，35（4）：133-138.

[11]苑喜軍，聶大杭.玉米水肥一體化施肥模式對(duì)肥料利用率的影響[J].作物研究，2017，31（4）：391-394.

[12]王火焰，周健民.肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率計(jì)算與施肥策略[J].土壤學(xué)報(bào)，2014，51（2）：216-225.

[13]劉繼平.基于VBA的軌道動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2018，27（8）：53-56.

[14]鄧巍，丁為民.MATLAB和無(wú)VBA組態(tài)軟件在噴頭測(cè)試中的通信研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006，22（8）：153-157.

[15]莊振春，王朝娜.基于VBA的數(shù)據(jù)報(bào)告自動(dòng)生成系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2017，25（11）：57-60，64.

[16]魏國(guó)慶.測(cè)土配方肥料用量中的養(yǎng)分平衡法[J].農(nóng)村實(shí)用科技信息，2007，13（9）：6.