麦积区苹果种植土壤NPK施肥精准化研究

闫秀婧　汪浩然　虎保成等

摘要：苹果种植已成为麦积地区的支柱产业，精准化施肥对苹果产业的发展具有重大影响。在甘肃省天水市麦积区3个种植区选择对苹果种植影响较大的土壤氮（N）磷（P）钾（K）元素，结合2012—2013年调查的树龄、实测土壤NPK量、目标产量，借助于NPK比例法，通过计算机模拟计算，在试验区进行两年试验可知，土壤NPK模拟施肥方式能科学的调整土壤NPK施肥量，并使NPK实测施肥比例与NPK适宜比例误差控制在±10%以内，每667 m2产量相比其他种植区较上年增加了5%～15%；模拟施肥量与苹果树对土壤NPK的需求量、吸收量、地块、树龄、地块土壤肥力、生长季节和土壤性状有密切关系。这为麦积区苹果种植精准施肥提供了科学依据和技术支撑。

关键词：苹果种植；土壤NPK；NPK比例法；模拟方法；精准化施肥

中图分类号：：S66-33 文献标识码：A 文章编号：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，甘肃省天水市麦积区苹果种植面积已超过2.4万hm2，已成为麦积的支柱产业和农民增加收入的主要途径。因此，精准化施肥对苹果种植发挥着越来越重要的作用。20世纪初德国著名农业化学家米采利希（E.A.Mitscherlich）首先用指数函数来描述作物产量和施肥量之间的关系，现已至少出现十多种施肥效应方程[1]；20世纪50年代初，美国首次将施肥模型的建立和肥料效应的经济分析结合起来，收到了良好的效果，对推荐施肥起到了推动作用[2]；荷兰学者在1974～1993年期间提出了模拟模型，例如CERSE模型（美国小麦管理系统的氮动力模型）和Greenwood等的WELLN模型（蔬菜和麦类植物氮动力学模型）[3]等；国外学者采用随机参数模型，参数可包括地点和年份，预测也比较准确[4]。中国也提出了地力分级配方法、目标产量配方法（包括养分平衡法和地力差减法）、田间试验配方法[包括养分丰缺指标法、肥料效应函数法和氮（N）磷（P）钾（K）比例法]，在建立施肥模型和确定施肥量时考虑轮作肥料后效和气候因子对肥料效应的影响，施肥技术水平较以前有了提高[5]；国内也出现了一些新的施肥模型[6，7]，应用表明该模型可以揭示施肥单元的需肥特性并提供最佳施肥方案。平衡土壤NPK是有利于植物生长，然而国内种植户因考虑经济因素，施肥不是可持续和合理的，因此，迫切需要建立一个合理的施肥体系，实现农民收入增加和土壤质量改善[8]。

本研究以麦积区苹果种植土壤NPK实测数据为依据，结合树龄、目标产量、NPK比例法，通过计算机模拟方式调整NPK施肥比例，实现NPK施肥量的精确调整，将该模拟方式应用于试验区，效果良好。

1 材料与方法

1.1 研究区域

麦积区地处东经105°25′～106°43′，北纬34°06′～34°48′，是甘肃省的东大门，总面积3 480 km2。麦积区是驰名中外的花牛苹果故乡，花牛苹果荣膺第五届国际农产品博览会金奖和中国优质农产品金奖，花牛苹果被命名为中华名果，被中国特产协会授予中国知名特产称号，麦积区已成为全国农业标准化示范区和全省绿色食品示范县区，被第三届中国果蔬产业发展论坛评为甘肃省目前惟一的中国果品产业龙头县区。根据苹果种植的分布，在麦积区选择了甘泉包家沟、马跑泉镇大穆湾、石佛镇周半村3个试验点，树龄约10年，在667 m2面积上进行了两年施肥试验。

1.2 土壤取样

土样以“X”形选取，分别在2012年4月、10月和2013年4月、10月开花期和果实采收后采集土样，取样时间为8∶00～18∶00。每667 m2试验区选5个样点，取土深度在20 cm，5个土样分别测试，试验区土壤NPK的最终结果取各样点平均值。

1.3 土壤NPK测定

土壤NPK提取利用RF-3F土壤养分测试仪完成。RF-3F土壤养分测试仪是便携式快速测试仪，自带氮、磷、钾测试剂，根据说明分别取4.0 g风干土样和20 mL去离子水制成2份试剂，1份加入氮、钾1号粉1.0 g，1份根据土壤pH加磷2号粉或3号试剂（土壤酸性时加3号试剂）1.0 g制作土壤待测液。氮的仪器校准标准浓度为20 mg/kg，用蓝光进行测试。磷与氮的测试方法相同。钾的仪器校准标准浓度为100 mg/kg，用红光测试[9]。

1.4 施肥模拟模型

为找到一种易于推广，便于果农方便快捷的计算精确施肥量的方法，本研究以土壤NPK比例法为依据[9-11]，采用计算机模拟的方法[12-14]，结合地名、树名、树龄、目标产量和参考施肥量，根据实测土壤NPK含量，通过田间试验求出实测土壤NPK比值，使每次指导施肥量的土壤NPK比例与最适宜土壤NPK比例误差控制在±10%以内，以寻找对不同土壤条件和不同作物相应的符合于客观要求的土壤NPK比例，使其真实地反映土壤肥料元素量情况。施肥计算模拟模型如下：

2 结果与分析

根据麦积区苹果种植中果树树龄、目标产量、参考施肥量、土壤NPK适宜比例，结合模拟模型在试验区进行应用，结果如表1所示。由表1可知，包家沟村第一次实测分析在2012年4月进行，NPK实测施肥比例为0.98∶1.00∶2.04，氮含量严重偏少，磷和钾含量比较合理，误差较大，表明传统的经验施肥方式导致土壤NPK施肥比例严重失调。根据模拟计算，对包家沟的施肥进行调整，使调整后指导施肥的NPK比例达到2.00∶1.00∶2.00，在2012年9月中旬果实采收后进行追肥，10月中旬进行第二次实测分析，土壤NPK比例是2.65∶1.00∶2.14，与传统的经验施肥方式相比，误差缩小，但效果不是很理想，根据本次实测继续调整施肥量使其比例达到适宜比例，在2013年4月初追肥，4月底进行了第三次实测分析，土壤NPK比例是1.93∶1.00∶1.68，误差缩小很多，继续通过模拟方式调整NPK量，在2013年10月初进行了指导施肥，10月底进行第四次实测分析，土壤NPK比例是1.96∶1.00∶1.92，误差控制在4%以内，每667 m2产量比上年增加了9%。结果表明，通过模拟施肥方式对土壤NPK施肥量持续调整，土壤NPK实测施肥比例和产量比经验施肥方式效果有显著提高；同时土壤NPK施肥量在不同时间其施用量不同，这可能与苹果树对NPK的需求量和吸收量有关。

2012年4月，大穆湾村实测NPK施肥比例为2.22∶1.00∶1.88，与包家沟的相比较误差相对较小，表明该地块土壤NPK肥力相对较平衡，这也是大穆湾苹果产量较其他两个试验区高的原因之一。对大穆湾的施肥进行模拟调整，并使调整后指导施肥的NPK比例达到2.00∶1.00∶2.00，在2012年9月中旬按NPK调整量进行指导施肥，10月中旬进行第二次实测分析，土壤NPK比例是1.67∶1.00∶2.27，误差缩小，但总体误差增大，这可能是该地块的树龄相对包家沟较大，土壤NPK肥力相对较平衡，苹果树对NPK需求量和吸收量相对较少引起的，对本次实测结果继续调整，在2013年4月初进行追肥，4月底进行了第三次实测分析，土壤NPK比例是1.84∶1.00∶1.80，与第一次调整结果相比误差缩小，总体误差降低，说明树龄大的苹果树在不同时候对土壤NPK的吸收量比树龄小的要少。继续进行施肥调整，在2013年10月初进行施肥试验，10月底进行第四次实测分析，土壤NPK比例是1.99∶1.00∶1.96，误差在4%以内，每667 m2产量较上年增加了15%，比甘泉包家沟产量提高了6%，说明施肥量与树龄、时间、地块、地块土壤NPK肥力有关。

2012年4月，周半村NPK施肥比例为0.65∶1.00∶3.46，氮含量太少，钾含量太高，NPK比例和前两个试验点相比严重失调。对周半村施肥量进行调整，增加氮肥，减少钾肥，并使调整后指导施肥的NPK比例达到2.00∶1.00∶2.00，在2012年9月中旬果实采收后进行指导施肥，2012年10月中旬进行第二次实测分析，土壤NPK比例是1.83∶1.00∶2.31，与前面两个试验区相比，第一次调整土壤NPK施肥量误差就缩小了很多，这可能是因为该地块果树树龄小，果树对NPK的需求量比较大的缘故，调整NPK量，在2013年4月初进行施肥试验，4月底进行第三次实测分析，土壤NPK比例达到2.08∶1.00∶2.08，已经将土壤NPK比例与适宜NPK比例的误差控制在5%以内，继续调整NPK量，在2013年10月初进行施肥试验，10月底进行第四次实测分析，土壤NPK比例是1.97∶1.00∶1.96，与适宜NPK比例的误差缩小到4%，每667 m2产量比上年增加了10%。周半村模拟施肥和前面两个试验区的使用效果对比说明土壤NPK模拟施肥的效果与苹果树对土壤NPK的需求量、吸收量、地块、树龄、地块土壤肥力、时间和土壤性状有很大的关系。

3 小结与讨论

在麦积3个试验区进行研究发现，传统的经验施肥方式导致土壤NPK量在不同地块、不同种植户、不同树龄、不同季节有较大差异，NPK施肥比例与相关标准比例严重失调。这说明经验施肥方式因没有考虑地块、树龄和土壤肥力的大小，引起土壤NPK比例与适宜NPK比例的严重失调，导致苹果高投入低产出。而精准施肥则根据作物生长的土壤性状，作物需求规则，调节肥料的投入[13]。因此，通过测土配方进行精准化的施肥是非常重要的，土壤NPK模拟施肥方式充分考虑了苹果树对NPK的需求量、吸收量、地块、树龄、地块土壤肥力、季节及土壤性状等因素的影响。

平衡施肥有较好的持续效应[16]，本研究中施肥效果的持续性是非常明显的。没有应用NPK模拟施肥方式前，实际施肥NPK比例与适宜NPK比例施肥误差是2.0%～73.0%，误差范围很大；应用模拟施肥方式进行第一次调整，误差范围为7.0%～32.0%，与没有应用施肥模拟模型相比，相对误差范围缩小；第二次调整，误差范围为3.5%～16.0%，最小误差已经控制在5.0%以内，最大误差偏大；第三次调整后，误差范围为0.5%～4.0%，误差保持在5.0%以内。这说明精准施肥是一个持续的系统工程，不能一蹴而就，必须通过适当的政策鼓励，使果农长期有效的坚持。

麦积苹果种植区及中土壤NPK模拟施肥方式与数学方法建立的回归模型[11，12]相比较易于使用。果农只要有土壤NPK实测数据，通过模拟施肥系统的简单计算就可以实现土壤NPK施肥量的精准调整，得到精准的土壤NPK施肥量和肥料的实际施用量，便于广大果农接受和推广应用。精准施肥可保证因树、因地、因量施肥，提高肥料的利用率，保证作物高产优质，防止或减少经济林产业带来的环境污染。为了实现麦积区苹果种植施肥精准化，提高苹果产量，增加果农收入，应在果农中长期宣传精准施肥的重要性并进行精准施肥方法的培训和推广应用。建议政府尽快建立面向种植户的测土配方实验室和精准施肥管理信息平台，为广大种植户提供便捷服务，促使苹果地养分平衡、防治地力衰退，提高苹果产量与质量，尽快实现麦积区苹果种植管理的信息化和现代化。

参考文献：

[1] 王人潮.农业资源信息系统[M].北京：中国农业出版社，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] 王兴仁，张福锁.现代肥料试验设计[M]. 北京：中国农业出版社，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] 王兴仁，曹一平，毛达如.作物施肥综合调控系统的建立和应用[J].北京农业大学学报，1995（21）：1-6.

[6] 滕青芳，秦春林，党建武.利用神经网络建立土壤施肥模型的应用研究[J].兰州铁道学院学报，2002，21（4）：54-57.

[7] 张书慧，马成林，孙裕晶.精确农业变量施肥技术试验研究[J].中国数字农业与农村信息化学术研究研讨会论文集，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] 闫秀婧，王惠玲，吴 霞，等.麦积区经济林种植土壤NPK空间变异分析研究[J].经济林研究，2012（3）：62-65.

[10] 陈同斌，陈世庆.中国农用化肥氮磷钾需求比例的研究[J].地理学报，1998，53（1）：32-42.

[11] 刑素芝，汪建飞，姚春芬.辣椒NPK肥料配施数学模型的研究[J].土壤通报，2003（3）：201-203.

[12] 陈晓红，邹志荣，李 军，等. 温室黄瓜配方施肥NPK模型构建[J].西北农林科技大学学报，2003（6）：85-89.

[13] 靳双珍，刘国顺.我国发展精准农业的必要性和应用前景[J].浙江农业科学，2010（2）：414-416.

[14] 陈桂芬，马 丽，陈 航.精准施肥技术的研究现状与发展趋势[J].吉林农业大学学报，2013（3）：253-258.

[15] 史继东.西安果友协会苹果园施肥方案[EB/OL]. http：//shi-jidong.blog.163.com/blog/static/55783098201192811159724，

2011-10-28.

[16] 郭晓敏，牛德奎，杜天真.毛竹林平衡施肥持续效应研究初报[J].江西农业大学学报（自然科学版），2002（6）：96-98.