土壤施肥配比理论与数字化施用技术

2016-04-22

粮食生产是养分元素的生物转化过程，以施肥理论研究为突破口，研究可定比定量施用的肥料产品及数字化施肥技术，无疑是粮食生产增产增效的关键。山西省农业科学院农业资源与经济研究所研究员褚清河等人通过长期的不懈努力，研究发现了土壤养分类型与最佳施肥比例规律，据此提出了土壤施肥配比理论和原则，研究成功世界不同地区不同土壤种植农作物、蔬菜果树等共同选用的10种剂型复合肥与依土壤主要肥力指标计算型号用量的数字化施肥技术。目前相关研究成果已在山西省70%的县市得到推广应用，1995—2014年累计推广面积达到283万公顷，累计增产粮食29.58亿公斤，粮食作物增产幅度23%～48%，增加纯收入59.3亿元。同时，研究成果还可有效提高果产品的产量和质量，降低蔬菜中的硝酸盐含量。“土壤施肥配比理论与数字化施用技术”系山西省“九五”“十五”科技攻关项目及山西省农科院博士基金项目，主要完成人有褚清河、李晋陵、潘根兴、王海村等。

一、主要创新点

提出了量比线性极点养分平衡理论和施肥原则。项目研究认为土壤种植作物存在平衡与不平衡土壤养分类型，并具有相应氮磷和氮磷钾最佳施肥比例。在最佳施肥比例条件下，作物产量随施肥量的增加呈线性增加，最大施肥量后这种关系转化为负相关关系。施肥比例的作用是调整作物苗期土壤供肥由不平衡供应转化为平衡供应或保持土壤原有供肥的均衡性，而施肥量的作用则是提高作物苗期土壤养分的供应强度。钾、微量元素与氮、磷元素具有不同的施肥性质，作物要获得高产，氮磷在作物耐肥性允许的任何土壤养分含量水平下均需施用，而钾只有在缺乏即最低量营养物质时才需与氮磷配合施用，否则就会降低作物产量水平，这是施肥的基本原则。作物施肥效应在施肥基本原则下，表现为土壤养分类型上相应元素的组合施肥效应，这种组合效应决定着作物的稳产高产与产品品质。

项目还发现了土壤养分类型与最佳施肥比例规律。该研究发现，氮磷无论互为相对缺乏，还是均为高含量或低含量，都需施用，而钾只有缺乏时才需与氮磷配合施用。由于同时施用的元素缺乏程度不同，最佳施肥比例也截然不同。试验证明，土壤种植作物存在10种养分类型和相应10种最佳施肥比例，即钾分别为最大量、最低量和相对缺乏下的氮高磷低、磷高氮低、氮磷均低以及钾最低量下的氮高磷高等10种类型，相应地存在10种氮磷钾最佳施肥比例。

此外，项目还证明了氮磷等比下玉米边际产量的非递减规律与报酬递减律试验和计算中的失误；提出施肥量与产量的整体关系为正相关直线和负相关直线的相交直线关系而非抛物线关系；研制成功能因土壤和作物定比定量施用的10种剂型复肥，并发明了依土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和作物种类，计算不同地块种植不同作物、蔬菜及果树所需复肥型号类别(即判别土壤养分类型和最佳施肥比例)和施用量（或地块氮磷钾施用量）的数学方法，并做成计算机软件；研究发现氮肥利用率高低主要受施氮量的影响，而氮素的生理利用率主要取决于氮磷施肥比例的合理程度；以水稻为例，证明插秧前和分蘖初是水稻有效施肥期，孕穗初为水稻无效施肥期，据此提出作物播种前一次施肥理论；提出在最佳氮磷钾比例和最大施肥量下马铃薯可获得最高产量，同时并不显著增加硝酸盐含量；指出作物的产量潜力水平是由品种的耐肥性和养分利用效率决定的，而这两个基因性状与一定土壤肥力水平上的施肥量和最佳施肥比例具有密切关系。

二、推广应用情况

土壤施肥配比理论与数字化施肥技术是施肥期、施肥理论、施肥技术及新型肥料研究的系统研究项目。1984年立项并开始前期研究，1995年正式立为省科技攻关项目进行作物最大施肥量数学计算方法研究，以后又两次立项分别进行数字化复肥和土壤施肥配比理论研究。由于1994年之前已研究成功依土壤四项肥力指标直接计算土壤种植作物最大施肥量和最佳施肥比例的数学计算方法，因此，立项后试验研究与技术推广同时进行，到2000年已在山西省16县市得到推广应用，累计推广面积129.99万亩，增产粮食1.71亿斤，增加纯收入1.86亿元。

1999年，土壤作物系统量比线性极点一次性调控施肥技术研究通过山西省科技管理部门组织的国内专家鉴定。此后连续获得山西省科技攻关立项，三次立为省重点推广项目进行示范推广，三次立为省支农项目进行大面积推广应用。2003年，该系列技术有偿转让企业，实现了产业化，企业年推广面积60万亩左右。技术转让实现了数字化复合肥工厂化生产应用。各有关部门多次立项，为大面积推广应用提供资金保证，从而保证了技术推广面积的持续扩大。到2014年，土壤施肥配比理论与数字化施肥技术已在山西省75个县市得到推广应用，同时在山东省单县及江苏省昆山也进行了示范应用，取得了显著增产效果，累计推广面积283万公顷。

三、社会经济效益

土壤施肥配比理论与数字化施肥技术研究，包括两方面的研究成果。一是提出了土壤施肥配比理论和施肥原则，二是发明了农民看图就可选择复合肥型号类别和施用量的数字化施肥技术，能够依土壤四项肥力指标直接计算作物最高产量施肥量。

理论研究的重大突破是学科发展的重要标志。土壤施肥配比理论的确立，不仅对学科发展具有重要意义，而且有助于我国及世界施肥技术研究和理论的进一步完善，推动农业生产力的迅速发展。用施肥配比理论和施肥原则指导生产施肥，不仅可解决传统施肥理论下施肥经济效果递减的认识问题，而且可在世界范围显著提高施肥的经济效果，特别可避免盲目施用氮磷钾三元复合肥带来的钾素浪费和严重的环境污染，减少蔬菜硝酸盐含量和提高农产品品质。剂型复合肥与数字化施肥技术可整合世界上千种复合肥和单质氮磷钾化肥为10种型号复合肥，真正实现世界范围复合肥生产标准化和数字化，建立工业化农业生产体系，实现单一化肥向复合肥生产和施用的根本转变。