閆秀婧　汪浩然　虎保成等

摘要：蘋果種植已成為麥積地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)，精準(zhǔn)化施肥對蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大影響。在甘肅省天水市麥積區(qū)3個(gè)種植區(qū)選擇對蘋果種植影響較大的土壤氮（N）磷（P）鉀（K）元素，結(jié)合2012—2013年調(diào)查的樹齡、實(shí)測土壤NPK量、目標(biāo)產(chǎn)量，借助于NPK比例法，通過計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，在試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行兩年試驗(yàn)可知，土壤NPK模擬施肥方式能科學(xué)的調(diào)整土壤NPK施肥量，并使NPK實(shí)測施肥比例與NPK適宜比例誤差控制在±10%以內(nèi)，每667 m2產(chǎn)量相比其他種植區(qū)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(jié)和土壤性狀有密切關(guān)系。這為麥積區(qū)蘋果種植精準(zhǔn)施肥提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：蘋果種植；土壤NPK；NPK比例法；模擬方法；精準(zhǔn)化施肥

中圖分類號：：S66-33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(qū)蘋果種植面積已超過2.4萬hm2，已成為麥積的支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民增加收入的主要途徑。因此，精準(zhǔn)化施肥對蘋果種植發(fā)揮著越來越重要的作用。20世紀(jì)初德國著名農(nóng)業(yè)化學(xué)家米采利希（E.A.Mitscherlich）首先用指數(shù)函數(shù)來描述作物產(chǎn)量和施肥量之間的關(guān)系，現(xiàn)已至少出現(xiàn)十多種施肥效應(yīng)方程[1]；20世紀(jì)50年代初，美國首次將施肥模型的建立和肥料效應(yīng)的經(jīng)濟(jì)分析結(jié)合起來，收到了良好的效果，對推薦施肥起到了推動(dòng)作用[2]；荷蘭學(xué)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(tǒng)的氮?jiǎng)恿δＰ停┖虶reenwood等的WELLN模型（蔬菜和麥類植物氮?jiǎng)恿W(xué)模型）[3]等；國外學(xué)者采用隨機(jī)參數(shù)模型，參數(shù)可包括地點(diǎn)和年份，預(yù)測也比較準(zhǔn)確[4]。中國也提出了地力分級配方法、目標(biāo)產(chǎn)量配方法（包括養(yǎng)分平衡法和地力差減法）、田間試驗(yàn)配方法[包括養(yǎng)分豐缺指標(biāo)法、肥料效應(yīng)函數(shù)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(shí)考慮輪作肥料后效和氣候因子對肥料效應(yīng)的影響，施肥技術(shù)水平較以前有了提高[5]；國內(nèi)也出現(xiàn)了一些新的施肥模型[6，7]，應(yīng)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(nèi)種植戶因考慮經(jīng)濟(jì)因素，施肥不是可持續(xù)和合理的，因此，迫切需要建立一個(gè)合理的施肥體系，實(shí)現(xiàn)農(nóng)民收入增加和土壤質(zhì)量改善[8]。

本研究以麥積區(qū)蘋果種植土壤NPK實(shí)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合樹齡、目標(biāo)產(chǎn)量、NPK比例法，通過計(jì)算機(jī)模擬方式調(diào)整NPK施肥比例，實(shí)現(xiàn)NPK施肥量的精確調(diào)整，將該模擬方式應(yīng)用于試驗(yàn)區(qū)，效果良好。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

麥積區(qū)地處東經(jīng)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(qū)是馳名中外的花牛蘋果故鄉(xiāng)，花牛蘋果榮膺第五屆國際農(nóng)產(chǎn)品博覽會(huì)金獎(jiǎng)和中國優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品金獎(jiǎng)，花牛蘋果被命名為中華名果，被中國特產(chǎn)協(xié)會(huì)授予中國知名特產(chǎn)稱號，麥積區(qū)已成為全國農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化示范區(qū)和全省綠色食品示范縣區(qū)，被第三屆中國果蔬產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇評為甘肅省目前惟一的中國果品產(chǎn)業(yè)龍頭縣區(qū)。根據(jù)蘋果種植的分布，在麥積區(qū)選擇了甘泉包家溝、馬跑泉鎮(zhèn)大穆灣、石佛鎮(zhèn)周半村3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，樹齡約10年，在667 m2面積上進(jìn)行了兩年施肥試驗(yàn)。

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(shí)采收后采集土樣，取樣時(shí)間為8∶00～18∶00。每667 m2試驗(yàn)區(qū)選5個(gè)樣點(diǎn)，取土深度在20 cm，5個(gè)土樣分別測試，試驗(yàn)區(qū)土壤NPK的最終結(jié)果取各樣點(diǎn)平均值。

1.3 土壤NPK測定

土壤NPK提取利用RF-3F土壤養(yǎng)分測試儀完成。RF-3F土壤養(yǎng)分測試儀是便攜式快速測試儀，自帶氮、磷、鉀測試劑，根據(jù)說明分別取4.0 g風(fēng)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(jù)土壤pH加磷2號粉或3號試劑（土壤酸性時(shí)加3號試劑）1.0 g制作土壤待測液。氮的儀器校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)濃度為20 mg/kg，用藍(lán)光進(jìn)行測試。磷與氮的測試方法相同。鉀的儀器校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)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(nóng)方便快捷的計(jì)算精確施肥量的方法，本研究以土壤NPK比例法為依據(jù)[9-11]，采用計(jì)算機(jī)模擬的方法[12-14]，結(jié)合地名、樹名、樹齡、目標(biāo)產(chǎn)量和參考施肥量，根據(jù)實(shí)測土壤NPK含量，通過田間試驗(yàn)求出實(shí)測土壤NPK比值，使每次指導(dǎo)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(nèi)，以尋找對不同土壤條件和不同作物相應(yīng)的符合于客觀要求的土壤NPK比例，使其真實(shí)地反映土壤肥料元素量情況。施肥計(jì)算模擬模型如下：

2 結(jié)果與分析

根據(jù)麥積區(qū)蘋果種植中果樹樹齡、目標(biāo)產(chǎn)量、參考施肥量、土壤NPK適宜比例，結(jié)合模擬模型在試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行應(yīng)用，結(jié)果如表1所示。由表1可知，包家溝村第一次實(shí)測分析在2012年4月進(jìn)行，NPK實(shí)測施肥比例為0.98∶1.00∶2.04，氮含量嚴(yán)重偏少，磷和鉀含量比較合理，誤差較大，表明傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)施肥方式導(dǎo)致土壤NPK施肥比例嚴(yán)重失調(diào)。根據(jù)模擬計(jì)算，對包家溝的施肥進(jìn)行調(diào)整，使調(diào)整后指導(dǎo)施肥的NPK比例達(dá)到2.00∶1.00∶2.00，在2012年9月中旬果實(shí)采收后進(jìn)行追肥，10月中旬進(jìn)行第二次實(shí)測分析，土壤NPK比例是2.65∶1.00∶2.14，與傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)施肥方式相比，誤差縮小，但效果不是很理想，根據(jù)本次實(shí)測繼續(xù)調(diào)整施肥量使其比例達(dá)到適宜比例，在2013年4月初追肥，4月底進(jìn)行了第三次實(shí)測分析，土壤NPK比例是1.93∶1.00∶1.68，誤差縮小很多，繼續(xù)通過模擬方式調(diào)整NPK量，在2013年10月初進(jìn)行了指導(dǎo)施肥，10月底進(jìn)行第四次實(shí)測分析，土壤NPK比例是1.96∶1.00∶1.92，誤差控制在4%以內(nèi)，每667 m2產(chǎn)量比上年增加了9%。結(jié)果表明，通過模擬施肥方式對土壤NPK施肥量持續(xù)調(diào)整，土壤NPK實(shí)測施肥比例和產(chǎn)量比經(jīng)驗(yàn)施肥方式效果有顯著提高；同時(shí)土壤NPK施肥量在不同時(shí)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(guān)。

2012年4月，大穆灣村實(shí)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(chǎn)量較其他兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)高的原因之一。對大穆灣的施肥進(jìn)行模擬調(diào)整，并使調(diào)整后指導(dǎo)施肥的NPK比例達(dá)到2.00∶1.00∶2.00，在2012年9月中旬按NPK調(diào)整量進(jìn)行指導(dǎo)施肥，10月中旬進(jìn)行第二次實(shí)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(shí)測結(jié)果繼續(xù)調(diào)整，在2013年4月初進(jìn)行追肥，4月底進(jìn)行了第三次實(shí)測分析，土壤NPK比例是1.84∶1.00∶1.80，與第一次調(diào)整結(jié)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(shí)候?qū)ν寥繬PK的吸收量比樹齡小的要少。繼續(xù)進(jìn)行施肥調(diào)整，在2013年10月初進(jìn)行施肥試驗(yàn)，10月底進(jìn)行第四次實(shí)測分析，土壤NPK比例是1.99∶1.00∶1.96，誤差在4%以內(nèi)，每667 m2產(chǎn)量較上年增加了15%，比甘泉包家溝產(chǎn)量提高了6%，說明施肥量與樹齡、時(shí)間、地塊、地塊土壤NPK肥力有關(guān)。

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(gè)試驗(yàn)點(diǎn)相比嚴(yán)重失調(diào)。對周半村施肥量進(jìn)行調(diào)整，增加氮肥，減少鉀肥，并使調(diào)整后指導(dǎo)施肥的NPK比例達(dá)到2.00∶1.00∶2.00，在2012年9月中旬果實(shí)采收后進(jìn)行指導(dǎo)施肥，2012年10月中旬進(jìn)行第二次實(shí)測分析，土壤NPK比例是1.83∶1.00∶2.31，與前面兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)相比，第一次調(diào)整土壤NPK施肥量誤差就縮小了很多，這可能是因?yàn)樵摰貕K果樹樹齡小，果樹對NPK的需求量比較大的緣故，調(diào)整NPK量，在2013年4月初進(jìn)行施肥試驗(yàn)，4月底進(jìn)行第三次實(shí)測分析，土壤NPK比例達(dá)到2.08∶1.00∶2.08，已經(jīng)將土壤NPK比例與適宜NPK比例的誤差控制在5%以內(nèi)，繼續(xù)調(diào)整NPK量，在2013年10月初進(jìn)行施肥試驗(yàn)，10月底進(jìn)行第四次實(shí)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(chǎn)量比上年增加了10%。周半村模擬施肥和前面兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)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(shí)間和土壤性狀有很大的關(guān)系。

3 小結(jié)與討論

在麥積3個(gè)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)施肥方式導(dǎo)致土壤NPK量在不同地塊、不同種植戶、不同樹齡、不同季節(jié)有較大差異，NPK施肥比例與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比例嚴(yán)重失調(diào)。這說明經(jīng)驗(yàn)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(yán)重失調(diào)，導(dǎo)致蘋果高投入低產(chǎn)出。而精準(zhǔn)施肥則根據(jù)作物生長的土壤性狀，作物需求規(guī)則，調(diào)節(jié)肥料的投入[13]。因此，通過測土配方進(jìn)行精準(zhǔn)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(jié)及土壤性狀等因素的影響。

平衡施肥有較好的持續(xù)效應(yīng)[16]，本研究中施肥效果的持續(xù)性是非常明顯的。沒有應(yīng)用NPK模擬施肥方式前，實(shí)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(yīng)用模擬施肥方式進(jìn)行第一次調(diào)整，誤差范圍為7.0%～32.0%，與沒有應(yīng)用施肥模擬模型相比，相對誤差范圍縮小；第二次調(diào)整，誤差范圍為3.5%～16.0%，最小誤差已經(jīng)控制在5.0%以內(nèi)，最大誤差偏大；第三次調(diào)整后，誤差范圍為0.5%～4.0%，誤差保持在5.0%以內(nèi)。這說明精準(zhǔn)施肥是一個(gè)持續(xù)的系統(tǒng)工程，不能一蹴而就，必須通過適當(dāng)?shù)恼吖膭?lì)，使果農(nóng)長期有效的堅(jiān)持。

麥積蘋果種植區(qū)及中土壤NPK模擬施肥方式與數(shù)學(xué)方法建立的回歸模型[11，12]相比較易于使用。果農(nóng)只要有土壤NPK實(shí)測數(shù)據(jù)，通過模擬施肥系統(tǒng)的簡單計(jì)算就可以實(shí)現(xiàn)土壤NPK施肥量的精準(zhǔn)調(diào)整，得到精準(zhǔn)的土壤NPK施肥量和肥料的實(shí)際施用量，便于廣大果農(nóng)接受和推廣應(yīng)用。精準(zhǔn)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(chǎn)優(yōu)質(zhì)，防止或減少經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)業(yè)帶來的環(huán)境污染。為了實(shí)現(xiàn)麥積區(qū)蘋果種植施肥精準(zhǔn)化，提高蘋果產(chǎn)量，增加果農(nóng)收入，應(yīng)在果農(nóng)中長期宣傳精準(zhǔn)施肥的重要性并進(jìn)行精準(zhǔn)施肥方法的培訓(xùn)和推廣應(yīng)用。建議政府盡快建立面向種植戶的測土配方實(shí)驗(yàn)室和精準(zhǔn)施肥管理信息平臺(tái)，為廣大種植戶提供便捷服務(wù)，促使蘋果地養(yǎng)分平衡、防治地力衰退，提高蘋果產(chǎn)量與質(zhì)量，盡快實(shí)現(xiàn)麥積區(qū)蘋果種植管理的信息化和現(xiàn)代化。

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