07精准养分管理

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1、精准养分管理土壤养分空间变异的影响因素黄绍文 金继运 杨俐苹 程明芳中国农科院土壤肥料研究所成土母质、地形、人类活动（农业生产中的施肥、作物品种、灌溉及其它的一些生产管理措施）等对土壤养分空间变异 均有较大影响。国外对土壤养分空间变异的影响因素进行了较多研究，而国内该方面的研究工作较少。下面仅初步讨论种植 方式、肥料使用、土壤类型、土壤颗粒组成与土壤养分之间的关系，为深入了解土壤养分状况及其空间变异情况提供一定的 理论依据。1 材料与方法1.1 研究试区的基本情况在黄淮海平原选择主要农业自然经济类型区河北省玉田县作为本项研究的试区。该县位于东经 117。30至 117。56，北 纬39。33至

2、40。之间。耕地面积729km2，其中小麦、玉米和水稻种植面积分别为286阪、432阪和16 k叭 地形地貌类型 为洪积、冲积平原，地势东北高、中部平原、西南洼。主要土壤类型为潮土和褐土。气候属暖温带半湿润大陆性季风气候， 四季分明，年平均降水量693.1mm，年平均气温11.2C，无霜期190d左右。主产小麦、玉米、水稻、蔬菜、苹果、葡萄等。1.2 土壤样品采集本研究采用GPS定位技术，对河北省玉田县进行定点取样。从玉田县虹桥镇38个村的每个村选择12个代表性地块； 从除虹桥镇外的其它19个乡（镇）的每个乡（镇）选择37个代表性村，在每个村选择1个代表性地块。取样点定在有代 表性的地块的中心

3、附近，其分布见图1。取样深度为020cm,取样时间是1999年3月下旬至4月上旬。1.3 肥料使用情况调查自已采取土壤样品的每个代表性地块有小地块的农户中，随机调查35个农户过去三年来各作物施用有机和无机养分的 情况，以及种植方式和作物产量等。(图：图 1 玉田县土壤取样点分布示意图)1.4 土壤样品分析本项研究是在“土壤养分综合系统评价法与作物高产高效平衡施肥技术”成果的基础上进行的1,2。该技术的核心是应 用联合浸提剂和系列化操作规程，能快速准确测定和全面评价土壤中各种大、中、微量营养元素状况和供应能力，并在此基 础上实现保证各种营养元素均衡供应的平衡施肥技术体系。土壤速效养分含量分析应用

4、土壤养分状况系统研究法3。P、K、Cu、Fe、Mn、Zn的联合浸提与测定：浸提剂为ASI溶液 (0.25mol/L NaHCO - 0.01mol/L EDTA - 0.01mol/L NHF)； P 用钼锑抗比色法测定，K、Cu、Fe、Mn、Zn 用原子吸收分光 34光度计测定。NH + N、Ca、Mg的联合浸提与测定：浸提剂为1mol/L KCl溶液；NH + N用靛酚蓝比色法测定，Ca、Mg用原子吸4- 4 -收分光光度计测定。S的浸提与测定：浸提剂为0.08mol/L Ca(HPO) HO溶液，用BaCl比浊法测定。有机质(OM):浸提2 4 2 2 2剂为0.2mol/L NaOH

5、- 0.01mol/L EDTA - 2%甲醇，比色测定。pH：水土比为2.5：1,复合电极测定。1.5 土壤颗粒分析用吸管法测定。1.6 数据处理本研究的数据分析涉及地统计学的主要是Kriging插值。采用的GIS平台为Arc/Info 3.4.2、Mapinfo 4.0及Winsurf 5.01，主要用于GIS中矢量图形的编辑、含量分布图制作等。2 结果与讨论2.1 不同种植方式下土壤养分状况分析2.1.1 不同种植方式下土壤养分状况玉田县区域内不同种植方式下土壤速效养分含量差异很大（表1）。果（苹果、葡萄）、菜地主要土壤速效N、P、K、 Mn、Fe等，尤其是P、K和Mn的含量明显高于粮地

6、（小麦-玉米轮作地、水稻田）；苹果和葡萄地速效Zn和Cu的含量高于 蔬菜和粮地；水稻田速效S的含量明显高于果、菜地和小麦-玉米轮作地；苹果、葡萄地有机质含量低于蔬菜、粮地；果、 菜地速效Ca、Mg的含量低于粮地，其中苹果、葡萄地速效Ca的含量明显低于菜地和粮地，水稻田Mg的含量显著高于其它 种植方式。表明对土壤养分的分区管理要因种植方式的不同而采取不同的管理措施。（表：表1玉田县不同种植方式下土壤速效养分（mg/L）和有机质（）含量及pH值）养分项目Item苹果 Apple tree葡萄 Grapevine蔬菜 Vegetable小麦-玉米Wheat-Corn水稻RiceOM0.41.10.5

7、1.00.62.20.22.30.71.5NH4+-N0.5117.00.1128.60.1107.40.044.11.516.9P6.8274.059.7183.24.8324.91.161.71.429.8K66.5363.6109.5320.650.8676.439.1117.354.797.8Mn3.040.42.651.01.352.01.018.41.65.8范围Zn1.08.02.66.90.89.70.57.90.414.8Fe12.977.826.4121.05.7108.93.391.210.555.9S6.8197.115.875.92.1105.80.0248.433.

8、7190.6Ca1844499014232946230559721303805633876152Mg247.9766.7342.6693.8379.1815.3258.81705.9777.61701.0Cu1.814.23.58.50.94.80.76.11.87.7pH5.47.95.97.54.87.85.28.27.68.4OM0.60.81.21.21.0NH4+-N20.120.814.09.910.0P52.5116.045.210.77.0K135.0199.487.260.276.6Mn11.113.69.83.53.5平均Zn2.64.21.71.22.2Fe41.660.

9、127.615.922.3S50.647.339.827.7106.0Ca2473.52433.93917.04562.64095.4Mg555.3580.9575.3672.11315.1Cu5.05.72.01.63.4pH6.96.87.07.68.02.1.2 不同种植方式下肥料使用量的差异为了解不同种植方式下土壤速效养分含量与肥料使用量之间的关系，调查了不同种植方式的肥料使用情况。考虑到菜区 蔬菜品种或轮作方式较多（蔬菜村一般涉及到 56 个蔬菜品种、34种轮作方式），按作物品种比较肥料使用量比较复杂， 也难以比较不同种植方式之间的肥料使用情况。因此，本研究肥料使用量采用年用量。表2

10、 表明，不同种植方式的肥料使用 量有明显差异，果、菜地N、PO和KO用量明显高于粮地，这一结果与不同种植方式下土壤速效N、P和K的含量趋势相一2 5 2致。这说明果、菜地N、PO和KO用量大于吸收量，并在土壤中有一定的或较多的积累，因此，果、菜地N、P和K （尤2 5 2其是P和K）含量较高。（表：表 2 玉田县不同种植方式下肥料年使用量 ）项目Item苹果 Apple tree葡萄 Grapevine蔬菜 Vegetable小麦-玉米Wheat-Corn水稻Rice范围(kg/ha.a) RangeN754.51284.0625.5846.0454.51663.5385.5672.0211.

11、5270.0PO25321.0735.0501.0717.0139.5820.5118.5225.049.597.5KO2393.0790.5502.51812.0139.51947.070.5225.015.079.5平均(kg/ha .a) AverageN993.0730.5940.5519.0240.0PO25576.0600.0384.0162.079.5KO2652.51087.5558.0154.554.02.1.3 不同种植方式下土壤养分含量与肥料使用量之间的关系为了进一步了解不同种植方式下土壤速效养分含量与肥料使用量之间的关系，做出了 80 个代表性地块的土壤养分含量 与肥料

12、使用量之间关系的散点图，并用曲线方程进行了拟合。图2表明，不同种植方式下土壤速效P和K含量一般随磷和钾 肥施用量的增加而增加，并且土壤P和K含量与肥料使用量之间的关系能很好地用曲线方程拟合，决定系数均达极显著水平， 而土壤NH + N含量与氮肥使用量之间的相关性较差，决定系数很低，这可能与肥料氮、磷和钾在土壤中的化学行为有关。上4-述结果说明，不同种植方式下对土壤养分进行宏观分区管理时应考虑作物的肥料使用情况。（图：图 2 玉田县不同种植方式下土壤速效养分含量与肥料使用量之间的关系）300. 0250. 0200. 0150. 0100. 050. 00. 00. 0100. 0200. 03

13、00. 0400. 0500. 0600. 0 TOO. 0800. 0900. 0.ffeF-nOsgPJJ5 appl i e d250. U200. 0150. 0100. U50. 00. 0500. 0450. 0400. 0.囱1 呈(kE.i,tin,L. a )IT a ppi i e d2.2 小麦-玉米种植方式下不同土壤类型的养分状况分析在小麦-玉米种植方式下，不同土壤类型的速效N、P和K含量差异较小，而Mn、Fe等微量元素差异较大（表3）。就 土壤速效N、P和K含量的平均数而言，潮土分别为9.2 mg/L、10.5 mg/L和60.3mg/L，褐土分别为12.7 mg/L

14、、11.7 mg/L 和60.0mg/L；在潮土中，土壤速效养分含量低于临界值的土样数占总土样数的百分数分别为100、74.6和96.9，褐土分别 为100、68.9和97.8。土壤磷的缺乏程度低于钾，这与目前施用磷肥和钾肥的情况有关。潮土和褐土的速效N、P和K含量 差异较小，这可能与研究区域小麦、玉米种植历史及近些年的施肥状况有关。根据近3年对不同作物肥料使用情况调查结果 表明，小麦-玉米种植方式下潮土和褐土 N、PO和KO施用量差异不大，其变异系数分别为13.4%、17.0%和18.8%。2 52土壤速效Mn、Zn、Fe、Cu等微量元素含量，均是褐土高于潮土，其中不同土壤类型的Mn和Fe含

15、量差异较大。潮土和 褐土中的速效Mn的平均含量分别为2.9 mg/L和5.9 mg/L，其中潮土的平均值明显低于临界值，而褐土的平均值高于临界 值；其低于临界值的土样数占各自总土样数的百分数，潮土和褐土的分别为89.6和55.6。土壤Fe速效含量，潮土和褐土 的平均分别为12.8 mg/L和29.5 mg/L，其中潮土的平均值略高于临界值，有61.1%的土样中的Fe低于临界值；而褐土的平 均值显著高于临界值，仅有4.4%的土样中的Fe低于临界值。表明小麦-玉米种植方式下土壤类型是对微量元素（尤其是Mn、 Fe）进行宏观分区管理的一个较重要的指标。（表：表3玉田县小麦-玉米种植方式下不同土壤类型

16、的速效养分（mg/L）和有机质（%）含量及pH值）养分项 目 Item含量变异系数（%） c.v.低于临界值的土样数占各自总土样 数的百分数(%) The percentage of soil samples below the critical value范围Range均值Mean潮土 Fluvo- aquic soil褐土Cinnamon soil潮土Fluvo- aquic soil褐土Cinnamon soil潮土Fluvo- aquic soil褐土Cinnamon soil潮土 Fluvo- aquic soil褐土 Cinn- amonsoilOM0.22.30.41.61.30

17、.935.236.5NH +-N40.037.42.944.19.212.761.962.8100100P1.161.72.042.710.511.787.762.674.668.9K39.1117.339.182.160.360.016.713.896.997.8Mn1.014.71.818.42.95.961.368.589.655.6Zn0.53.00.67.91.11.635.687.395.988.9Fe3.374.87.391.212.829.585.265.361.14.4S0.0248.40.053.427.727.689.245.626.48.9Ca1723805613035

18、1904821.03454.030.125.40.00.0Mg258.81705.9279.5800.7688.9600.043.420.30.00.0Cu0.76.11.03.11.51.840.823.07.30.0pH6.18.25.28.07.76.94.910.82.3 土壤养分与土壤颗粒组成之间的关系2.3.1 不同粒级土粒含量的空间变异结构对采用 GPS 定位技术确定的玉田县粮田取样点的不同粒级土粒含量进行了半方差分析。结果表明，粮田不同粒级土粒含 量的空间变异性均存在着半方差结构（图3,表4）。不同粒级土粒含量的最大相关距离均较大，粘粒（0.002mm）、粉粒 （0.0020.

19、02mm）和砂粒（0.022mm）含量的最大相关距离分别为19.2km、20.2km和33.2km，其半方差函数理论模型可依次用 球状、指数和指数模型去拟合，模型的拟合度均较高，显示土壤粘粒、粉粒和砂粒含量在较大范围内均存在着空间相关性， 其含量具有一定的渐变性分布规律。（图：图 3 玉田县粮田土壤粘粒含量的半方差图）（表：表 4 玉田县粮田不同粒级土粒含量的空间变异参数 ）养分 项目Item块金方差(C)0Nuggetvariance基台值(c+c )0Sill块金方差/基台值c/(c+c)0 0The proportion of nugget最大相关距离(a)limit distancec

20、orrelation(km) The of spatial模型Model模型的检验F-testR2Fvariance(c ) to sill0粘粒Clay15.0082.960.18119.2球状0.942113.69*粉粒Silt18.6058.840.31620.2指数0.89257.81*砂粒Sand29.90272.90.11033.2指数0.957155.79*注释：*F =5.59, *F =12.25。0.050.01表4 还表明，土壤粘粒、粉粒和砂粒含量的空间变异性程度有一定的差异，其含量在研究区域上由随机因素引起的空间 变异性分别占其总空间变异性的18. 1%、31. 6%和

21、1 1. 0%，主要体现在小尺度上，而由空间自相关引起的空间变异性较大，依 次占其总空间变异性的81. 9%、68. 4%和89. 0%，主要体现在中尺度范围内。说明在中尺度上土壤粘粒、粉粒和砂粒含量具有 较强的渐变性分布规律，其空间变异主要来自土壤母质、地形、气候等非人为的区域因素，在小尺度上施肥、作物、管理水 平等人为因素对其空间变异也有一定程度的影响。2.3.2 不同粒级土粒含量的空间分布为了解玉田县粮田不同粒级土粒含量的空间分布特征，应用 Kriging 最优内插法绘制了不同粒级土粒含量分布图。结果 表明，土壤粘粒（小于0.002mm）、粉粒（0.0020.02mm）和砂粒（0.022

22、mm）含量均呈现较明显的渐变性分布规律（如图 4）。土壤粘粒和粉粒含量分布的总趋势基本相同，北部和东部含量较低，西南部含量较高，而砂粒含量分布的基本趋势则 与粘粒和粉粒含量相反。土壤各级颗粒含量的空间分布规律与研究试区东北高、中部平原、西南洼的地形以及处于明显过渡 状态的土壤类型（褐土、淋溶褐土、潮褐土、潮土、盐化潮土、沼泽化潮土，地形与土壤类型的变化均是平缓的）有关。（图：图 4 玉田县粮田土壤粘粒和砂粒含量分布图）2.3.3 土壤养分含量与不同粒级土粒含量之间的关系对玉田县粮田土壤养分含量与不同粒级土粒含量之间的关系进行了相关分析。表 5 表明，土壤中有机质和大部分速效养 分含量与土壤各级

23、颗粒含量之间均有一定的相关性。其中土壤有机质和 K 含量与粘粒和粉粒含量之间均呈现极显著的正相 关，与砂粒含量之间呈现极显著的负相关；而土壤P和Mn含量与粘粒和粉粒含量之间均是极显著的负相关，与砂粒含量之 间是极显著的正相关；土壤Zn含量与粉粒含量之间为极显著的负相关，与砂粒含量之间为显著的正相关。下面重点分析土 壤有机质、K和P养分含量与土壤各级颗粒含量之间的关系。（表：表 5 玉田县粮田土壤有机质和速效养分含量与不同粒级土粒含量之间的相关系数 ）项目Item粘粒 Clay 0.002mm粉粒 Silt 0.0020.02mm砂粒 Sand 0.022mmOM0.49*0.34*-0.47*

24、NH +-N4-0.12-0.050.01P-0.59*-0.53*0.62*K0.32*0.29*-0.34*Mn-0.34*-0.32*0.37*Zn-0.20-0.31*0.28*Fe-0.52*-0.42*0.52*S0.31*0.26*-0.32*Ca0.64*0.47*-0.63*Mg0.77*0.56*-0.75*Cu-0.07-0.020.05pH0.31*0.45*-0.42*注释：df=79, *r =0.22, *r=0.28。0.05 0.01土壤有机质含量一般随粘粒、粉粒含量增加而均呈增加的趋势，可能的原因是，土壤有机质主要与土壤粘粒、粉粒结合 成复合体，而土壤中粘粒

25、、粉粒含量愈高，土壤与有机质结合成复合体的可能性愈大。土壤速效K含量一般随粘粒、粉粒含量增加而均呈增加的趋势，可能的原因是，土壤中粘粒、粉粒含量越高，土壤溶液 中的K+越易被土壤胶体吸附，因而被土壤吸附的可能性越大。土壤速效P含量一般随粘粒、粉粒含量增加而均呈减少的趋势，可能的原因是，施入北方石灰性土壤中的P,在不长时 间内可转化成磷酸八钙或磷酸十钙，而土壤中粘粒、粉粒含量愈高，土壤对磷的固定能力较强，施入土壤中的P转化成磷酸 八钙或磷酸十钙的可能性愈大，因而从土壤中能提取出来的速效磷含量相对愈少，因为从土壤中提取的速效磷含量中溶解度 极低的磷酸八钙或磷酸十钙所占比例极少，仅为 3%左右4。3

26、 小结与讨论土壤养分尤其是P、K等的空间变异与不同种植方式下的肥料使用情况密切相关，果、菜地肥料N、PO和KO用量明显2 5 2高于粮地，其中PO和KO用量与土壤速效P和K含量之间的关系能很好地用曲线或直线方程拟合。2 5 2在小麦-玉米种植方式下，不同土壤类型的速效N、P和K含量差异较小，而土壤速效Mn、Zn、Fe、Cu等微量元素含量 均是褐土高于潮土，其中不同土壤类型的Mn和Fe含量差异较大。粮田土壤不同粒级土粒（粘粒、粉粒和砂粒）含量在较大范围内均存在着空间相关性，并呈现较明显的渐变性分布规律。 土壤中有机质和大部分速效养分含量与土壤各级颗粒含量之间均有一定的相关性，其中土壤有机质和 K

27、含量与粘粒（ 0.002mm ）和粉粒（0.0020.02mm ）含量之间均呈现极显著的正相关，与砂粒（0.022mm ）含量之间呈现极显著的负相关； 而土壤P含量与粘粒和粉粒含量之间均是极显著的负相关（本研究土壤属石灰性土壤），与砂粒含量之间是极显著的正相关， 说明土壤粘粒含量愈高，土壤对P的固定作用愈大。这同其它有关土壤养分含量与质地（各级土粒含量）之间关系研究的结 果有相似之处5,6。姚军的研究结果表明，在一个乡（镇）的范围内，影响土壤养分含量的主要因素是质地，土壤有机质和 速效钾含量均随土壤质地由砂壤至粘土，其含量亦由低至高递增，而土壤速效磷含量是轻壤土明显高于砂壤土、中壤土、重 壤土

28、和粘土。王岩等的研究结果显示，在酸性土壤中P主要分布在较细的粒级中，而在石灰性土壤中则主要分布在较粗粒级 中。但值得指出的是，土壤养分空间变异与多种因素有关，土壤P、Mn、Zn等养分速效含量与不同粒级土粒含量之间的关系 还需进一步研究。主要参考文献1 金继运. 土壤养分状况系统研究法及其应用初报. 土壤学报， 1995， 32（1）：8490.2 金继运，张宁，梁鸣早等. 土壤养分状况系统研究法在土壤肥力研究及测土施肥中的应用. 植物营养与肥料学报， 1996， 2（ 1）：815.3 加拿大钾磷研究所北京办事处主编. 土壤养分状况系统研究法. 北京: 中国农业科技出版社， 1992.4 蒋柏藩. 土壤磷的化学行为与有效磷的测试. 土壤， 1990， 22（4）：181183.5 姚 军. 乡（镇）级农田土壤肥力变化与推荐施肥分区. 北京农业科学， 2000， 18（5）：2529.6 王岩，杨振明和沈其荣.土壤不同粒级中C、N、P、K的分配及N的有效性研究.土壤学报，2000, 37 （1） : 8593.