麥積區蘋果種植土壤NPK施肥精準化研究

閆秀婧　汪浩然　虎保成等

摘要：蘋果種植已成為麥積地區的支柱產業，精準化施肥對蘋果產業的發展具有重大影響。在甘肅省天水市麥積區3個種植區選擇對蘋果種植影響較大的土壤氮（N）磷（P）鉀（K）元素，結合2012—2013年調查的樹齡、實測土壤NPK量、目標產量，借助于NPK比例法，通過計算機模擬計算，在試驗區進行兩年試驗可知，土壤NPK模擬施肥方式能科學的調整土壤NPK施肥量，并使NPK實測施肥比例與NPK適宜比例誤差控制在±10%以內，每667 m2產量相比其他種植區較上年增加了5%～15%；模擬施肥量與蘋果樹對土壤NPK的需求量、吸收量、地塊、樹齡、地塊土壤肥力、生長季節和土壤性狀有密切關系。這為麥積區蘋果種植精準施肥提供了科學依據和技術支撐。

關鍵詞：蘋果種植；土壤NPK；NPK比例法；模擬方法；精準化施肥

中圖分類號：：S66-33 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）19-4688-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.19.008

Abstract：Fertilization of precision has a significant influence on the development of apple industry with apple planting has already become a pillar industry in Maiji district. After doing Simulation and prediction study on soil NPK in Maiji district， Tianshui city， Gansu provice， can guide the local apple planting. All these depend on the surveyed data in Baojiagou village of Ganquan town，Damuwan village of Mapaoquan town and Zhouban village of Shife town between 2012 to 2013 including tree ages， fertilizer number of Survey and target yield， combining with NPK ratio method， build simulation method of fertilization by computer. The main result is as following： Simulation model of Soil NPK can adjustment fertilizer with Scientific method. It can control margin of error of surveyed soil NPK rate and soil NPK rate of optimize in 10% and make planting areas yield per 667 m2 increase between 5% and 15% than last year compare with others areas；the adjustment effect of simulation method of soil NPK fertilization is impacted by apple trees on the demanded quantity of soil NPK， absorption amount of soil NPK， planting areas， tree ages， soil fertility of planting areas， the growing seasons and soil properties .This studies can provides the science basis and technical support for precision fertilization of apple in Maiji.

Key words： apple planting； soil NPK； NPK ratio method； simulation method； precision fertilization

2012年，甘肅省天水市麥積區蘋果種植面積已超過2.4萬hm2，已成為麥積的支柱產業和農民增加收入的主要途徑。因此，精準化施肥對蘋果種植發揮著越來越重要的作用。20世紀初德國著名農業化學家米采利希（E.A.Mitscherlich）首先用指數函數來描述作物產量和施肥量之間的關系，現已至少出現十多種施肥效應方程[1]；20世紀50年代初，美國首次將施肥模型的建立和肥料效應的經濟分析結合起來，收到了良好的效果，對推薦施肥起到了推動作用[2]；荷蘭學者在1974～1993年期間提出了模擬模型，例如CERSE模型（美國小麥管理系統的氮動力模型）和Greenwood等的WELLN模型（蔬菜和麥類植物氮動力學模型）[3]等；國外學者采用隨機參數模型，參數可包括地點和年份，預測也比較準確[4]。中國也提出了地力分級配方法、目標產量配方法（包括養分平衡法和地力差減法）、田間試驗配方法[包括養分豐缺指標法、肥料效應函數法和氮（N）磷（P）鉀（K）比例法]，在建立施肥模型和確定施肥量時考慮輪作肥料后效和氣候因子對肥料效應的影響，施肥技術水平較以前有了提高[5]；國內也出現了一些新的施肥模型[6，7]，應用表明該模型可以揭示施肥單元的需肥特性并提供最佳施肥方案。平衡土壤NPK是有利于植物生長，然而國內種植戶因考慮經濟因素，施肥不是可持續和合理的，因此，迫切需要建立一個合理的施肥體系，實現農民收入增加和土壤質量改善[8]。

本研究以麥積區蘋果種植土壤NPK實測數據為依據，結合樹齡、目標產量、NPK比例法，通過計算機模擬方式調整NPK施肥比例，實現NPK施肥量的精確調整，將該模擬方式應用于試驗區，效果良好。

1 材料與方法

1.1 研究區域

麥積區地處東經105°25′～106°43′，北緯34°06′～34°48′，是甘肅省的東大門，總面積3 480 km2。麥積區是馳名中外的花牛蘋果故鄉，花牛蘋果榮膺第五屆國際農產品博覽會金獎和中國優質農產品金獎，花牛蘋果被命名為中華名果，被中國特產協會授予中國知名特產稱號，麥積區已成為全國農業標準化示范區和全省綠色食品示范縣區，被第三屆中國果蔬產業發展論壇評為甘肅省目前惟一的中國果品產業龍頭縣區。根據蘋果種植的分布，在麥積區選擇了甘泉包家溝、馬跑泉鎮大穆灣、石佛鎮周半村3個試驗點，樹齡約10年，在667 m2面積上進行了兩年施肥試驗。

1.2 土壤取樣

土樣以“X”形選取，分別在2012年4月、10月和2013年4月、10月開花期和果實采收后采集土樣，取樣時間為8∶00～18∶00。每667 m2試驗區選5個樣點，取土深度在20 cm，5個土樣分別測試，試驗區土壤NPK的最終結果取各樣點平均值。

1.3 土壤NPK測定

土壤NPK提取利用RF-3F土壤養分測試儀完成。RF-3F土壤養分測試儀是便攜式快速測試儀，自帶氮、磷、鉀測試劑，根據說明分別取4.0 g風干土樣和20 mL去離子水制成2份試劑，1份加入氮、鉀1號粉1.0 g，1份根據土壤pH加磷2號粉或3號試劑（土壤酸性時加3號試劑）1.0 g制作土壤待測液。氮的儀器校準標準濃度為20 mg/kg，用藍光進行測試。磷與氮的測試方法相同。鉀的儀器校準標準濃度為100 mg/kg，用紅光測試[9]。

1.4 施肥模擬模型

為找到一種易于推廣，便于果農方便快捷的計算精確施肥量的方法，本研究以土壤NPK比例法為依據[9-11]，采用計算機模擬的方法[12-14]，結合地名、樹名、樹齡、目標產量和參考施肥量，根據實測土壤NPK含量，通過田間試驗求出實測土壤NPK比值，使每次指導施肥量的土壤NPK比例與最適宜土壤NPK比例誤差控制在±10%以內，以尋找對不同土壤條件和不同作物相應的符合于客觀要求的土壤NPK比例，使其真實地反映土壤肥料元素量情況。施肥計算模擬模型如下：

2 結果與分析

根據麥積區蘋果種植中果樹樹齡、目標產量、參考施肥量、土壤NPK適宜比例，結合模擬模型在試驗區進行應用，結果如表1所示。由表1可知，包家溝村第一次實測分析在2012年4月進行，NPK實測施肥比例為0.98∶1.00∶2.04，氮含量嚴重偏少，磷和鉀含量比較合理，誤差較大，表明傳統的經驗施肥方式導致土壤NPK施肥比例嚴重失調。根據模擬計算，對包家溝的施肥進行調整，使調整后指導施肥的NPK比例達到2.00∶1.00∶2.00，在2012年9月中旬果實采收后進行追肥，10月中旬進行第二次實測分析，土壤NPK比例是2.65∶1.00∶2.14，與傳統的經驗施肥方式相比，誤差縮小，但效果不是很理想，根據本次實測繼續調整施肥量使其比例達到適宜比例，在2013年4月初追肥，4月底進行了第三次實測分析，土壤NPK比例是1.93∶1.00∶1.68，誤差縮小很多，繼續通過模擬方式調整NPK量，在2013年10月初進行了指導施肥，10月底進行第四次實測分析，土壤NPK比例是1.96∶1.00∶1.92，誤差控制在4%以內，每667 m2產量比上年增加了9%。結果表明，通過模擬施肥方式對土壤NPK施肥量持續調整，土壤NPK實測施肥比例和產量比經驗施肥方式效果有顯著提高；同時土壤NPK施肥量在不同時間其施用量不同，這可能與蘋果樹對NPK的需求量和吸收量有關。

2012年4月，大穆灣村實測NPK施肥比例為2.22∶1.00∶1.88，與包家溝的相比較誤差相對較小，表明該地塊土壤NPK肥力相對較平衡，這也是大穆灣蘋果產量較其他兩個試驗區高的原因之一。對大穆灣的施肥進行模擬調整，并使調整后指導施肥的NPK比例達到2.00∶1.00∶2.00，在2012年9月中旬按NPK調整量進行指導施肥，10月中旬進行第二次實測分析，土壤NPK比例是1.67∶1.00∶2.27，誤差縮小，但總體誤差增大，這可能是該地塊的樹齡相對包家溝較大，土壤NPK肥力相對較平衡，蘋果樹對NPK需求量和吸收量相對較少引起的，對本次實測結果繼續調整，在2013年4月初進行追肥，4月底進行了第三次實測分析，土壤NPK比例是1.84∶1.00∶1.80，與第一次調整結果相比誤差縮小，總體誤差降低，說明樹齡大的蘋果樹在不同時候對土壤NPK的吸收量比樹齡小的要少。繼續進行施肥調整，在2013年10月初進行施肥試驗，10月底進行第四次實測分析，土壤NPK比例是1.99∶1.00∶1.96，誤差在4%以內，每667 m2產量較上年增加了15%，比甘泉包家溝產量提高了6%，說明施肥量與樹齡、時間、地塊、地塊土壤NPK肥力有關。

2012年4月，周半村NPK施肥比例為0.65∶1.00∶3.46，氮含量太少，鉀含量太高，NPK比例和前兩個試驗點相比嚴重失調。對周半村施肥量進行調整，增加氮肥，減少鉀肥，并使調整后指導施肥的NPK比例達到2.00∶1.00∶2.00，在2012年9月中旬果實采收后進行指導施肥，2012年10月中旬進行第二次實測分析，土壤NPK比例是1.83∶1.00∶2.31，與前面兩個試驗區相比，第一次調整土壤NPK施肥量誤差就縮小了很多，這可能是因為該地塊果樹樹齡小，果樹對NPK的需求量比較大的緣故，調整NPK量，在2013年4月初進行施肥試驗，4月底進行第三次實測分析，土壤NPK比例達到2.08∶1.00∶2.08，已經將土壤NPK比例與適宜NPK比例的誤差控制在5%以內，繼續調整NPK量，在2013年10月初進行施肥試驗，10月底進行第四次實測分析，土壤NPK比例是1.97∶1.00∶1.96，與適宜NPK比例的誤差縮小到4%，每667 m2產量比上年增加了10%。周半村模擬施肥和前面兩個試驗區的使用效果對比說明土壤NPK模擬施肥的效果與蘋果樹對土壤NPK的需求量、吸收量、地塊、樹齡、地塊土壤肥力、時間和土壤性狀有很大的關系。

3 小結與討論

在麥積3個試驗區進行研究發現，傳統的經驗施肥方式導致土壤NPK量在不同地塊、不同種植戶、不同樹齡、不同季節有較大差異，NPK施肥比例與相關標準比例嚴重失調。這說明經驗施肥方式因沒有考慮地塊、樹齡和土壤肥力的大小，引起土壤NPK比例與適宜NPK比例的嚴重失調，導致蘋果高投入低產出。而精準施肥則根據作物生長的土壤性狀，作物需求規則，調節肥料的投入[13]。因此，通過測土配方進行精準化的施肥是非常重要的，土壤NPK模擬施肥方式充分考慮了蘋果樹對NPK的需求量、吸收量、地塊、樹齡、地塊土壤肥力、季節及土壤性狀等因素的影響。

平衡施肥有較好的持續效應[16]，本研究中施肥效果的持續性是非常明顯的。沒有應用NPK模擬施肥方式前，實際施肥NPK比例與適宜NPK比例施肥誤差是2.0%～73.0%，誤差范圍很大；應用模擬施肥方式進行第一次調整，誤差范圍為7.0%～32.0%，與沒有應用施肥模擬模型相比，相對誤差范圍縮小；第二次調整，誤差范圍為3.5%～16.0%，最小誤差已經控制在5.0%以內，最大誤差偏大；第三次調整后，誤差范圍為0.5%～4.0%，誤差保持在5.0%以內。這說明精準施肥是一個持續的系統工程，不能一蹴而就，必須通過適當的政策鼓勵，使果農長期有效的堅持。

麥積蘋果種植區及中土壤NPK模擬施肥方式與數學方法建立的回歸模型[11，12]相比較易于使用。果農只要有土壤NPK實測數據，通過模擬施肥系統的簡單計算就可以實現土壤NPK施肥量的精準調整，得到精準的土壤NPK施肥量和肥料的實際施用量，便于廣大果農接受和推廣應用。精準施肥可保證因樹、因地、因量施肥，提高肥料的利用率，保證作物高產優質，防止或減少經濟林產業帶來的環境污染。為了實現麥積區蘋果種植施肥精準化，提高蘋果產量，增加果農收入，應在果農中長期宣傳精準施肥的重要性并進行精準施肥方法的培訓和推廣應用。建議政府盡快建立面向種植戶的測土配方實驗室和精準施肥管理信息平臺，為廣大種植戶提供便捷服務，促使蘋果地養分平衡、防治地力衰退，提高蘋果產量與質量，盡快實現麥積區蘋果種植管理的信息化和現代化。

參考文獻：

[1] 王人潮.農業資源信息系統[M].北京：中國農業出版社，2000.

[2] BAUM EL，HEADY EO，BLACKNLORE J.Economic analysis of fertilizer use data[M]. Iowa U S A Pretace：The Iowa State Colege Press-Ames，1956.

[3] 王興仁，張福鎖.現代肥料試驗設計[M]. 北京：中國農業出版社，1996.

[4] DAVID M，DANIEL W， JEAN M. Statistical methods for predieting responses to applied nitrogen and caleulating optimal nitrogen rates[J]. Agron J， 2001（93）：531-539.

[5] 王興仁，曹一平，毛達如.作物施肥綜合調控系統的建立和應用[J].北京農業大學學報，1995（21）：1-6.

[6] 滕青芳，秦春林，黨建武.利用神經網絡建立土壤施肥模型的應用研究[J].蘭州鐵道學院學報，2002，21（4）：54-57.

[7] 張書慧，馬成林，孫裕晶.精確農業變量施肥技術試驗研究[J].中國數字農業與農村信息化學術研究研討會論文集，2005，390-396.

[8] SHANG Z C， ZHANG L L， WU Z J， et al. The activity and kinetic parameters of oxidoreductases in phaeozem in response to long-term fertiliser management[J]. Journal of Soil Science and Plant Nutrition，2012，12（3）：605-615.

[9] 閆秀婧，王惠玲，吳 霞，等.麥積區經濟林種植土壤NPK空間變異分析研究[J].經濟林研究，2012（3）：62-65.

[10] 陳同斌，陳世慶.中國農用化肥氮磷鉀需求比例的研究[J].地理學報，1998，53（1）：32-42.

[11] 刑素芝，汪建飛，姚春芬.辣椒NPK肥料配施數學模型的研究[J].土壤通報，2003（3）：201-203.

[12] 陳曉紅，鄒志榮，李 軍，等. 溫室黃瓜配方施肥NPK模型構建[J].西北農林科技大學學報，2003（6）：85-89.

[13] 靳雙珍，劉國順.我國發展精準農業的必要性和應用前景[J].浙江農業科學，2010（2）：414-416.

[14] 陳桂芬，馬 麗，陳 航.精準施肥技術的研究現狀與發展趨勢[J].吉林農業大學學報，2013（3）：253-258.

[15] 史繼東.西安果友協會蘋果園施肥方案[EB/OL]. http：//shi-jidong.blog.163.com/blog/static/55783098201192811159724，

2011-10-28.

[16] 郭曉敏，牛德奎，杜天真.毛竹林平衡施肥持續效應研究初報[J].江西農業大學學報（自然科學版），2002（6）：96-98.