全 文 ：第 10卷 第 2期
2 0 0 2年 6月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
vO1．10 NO．2
June， 2002
太行山山前平原高产区精准施肥指标体系研究
杨莉琳 胡春胜
(中国科学院石家庄农业现代化研究所 石家庄 050021)
摘 要 总结 分析 了太行 山山前平 原高产 区冬小麦 夏玉米轮作 制度 下有关推 荐施肥指 标 ，并结 合该 区最 新试验 结
果提出建立适宜该 区的精准施肥技术指标体系，即根据平衡施肥原理 ，以土壤有效养分含量、目标产量和植株测试
值为 主要诊断指标 确定作 物施肥量 ，特别 是根据土 壤 NO；一N含量 确定冬 小麦 夏玉米的基肥 用量 ，以植株 关键 生育
期 的养 分水平 确定 N 素追 肥用量 ；参考 作物养分 需要量 、水分 条件 、植 株 可见症状诊 断 、施 肥方式等辅 助性指 标 ，适
时准确地进行土壤或植株营养状况预测，调整肥料用量或施肥方式，为精准施肥的实施提供重要参数。
关键 词 精 准施肥 硝态氮 指标 养 分
Index of precision fertilizer in high yield region of Taihang Piedmont．YANG Li—Lin，HU Chun—Sheng(Shijiazhuang In—
stitute of Agricultural Modernization，Chinese Academy of Sciences，Shijiazhuang 050021)，CJEA，2002，10(2)：71～75
Abstract Index Of recommending fertilizer are summarized in this investigation．and an index system Of precise applying
fertilizer is formed according to the studies of several years in high yield region of Taihang Piedmont，the major indexes in—
clude the soil available nutrition and nutrient content in crops，which form the spine for base fertilizer and added fertilizer
that could be regulated according to the nitrite content in special site of plant in key stage of winter wheat and summer
maize，other indexes such as the degree of nutrient requirement of different crops，the target yield，the plant manifest，
the water content and the fertilizer mode etc．would provide auxilinary indexes for precision fertilizer．
Key words Precision fertilizer，Nitrite nitrogen，Index，Nutrition
自从李比希提出的矿质营养学说以来，经过 1个多世纪的发展，植物营养与施肥科学发生了重大突破，
已由最初的养分归还学说发展成为具有现代化农业标志的推荐施肥科学，并将逐步被精准施肥科学代替。
过去的几十年里土壤化学科学工作者们付出了巨大的努力，但至今仍然存在不合理甚至盲目施肥现象，造成
资源的极大浪费，且对土壤环境带来许多负面影响如地下水的污染、水体富营养化和农产品品质下降等环境
效应，这就迫切需要建立 1套切实可行的精准施肥指标体系，为可持续农业的发展和高科技农业的实现提供
基本条件。
1 基于土壤有效养分供应的施肥指标体 系
作物生长离不开土壤提供的营养供给和机械支持，在确定某种作物营养需求和施肥量前，必须首先摸清
该作物生长的土壤条件，土壤对作物供应有效养分的能力，即土壤有效养分指标是诊断土壤肥力和实施精准
施肥的基础。一般根据作物相对产量(土壤不施某种养分的产量占施足该养分产量的百分数)将土壤有效养
分的丰缺程度划分为“低、中、高”3级或“极低、低、中、高、极高”5级，当作物相对产量在 75％以下时土壤中
有效养分含量属于“低”；相对产量在 75％～95％之 间时土壤 中有 效养分含量属于“中”；相对产量 >95％时
土壤有效养分含量属于“高”；而相对产量<50％和>95％时分别为“极低”和“极高”的等级。表1所示我国
表 1 土壤 有效养 分丰缺 的临界指标
Tab．1 Index of available nutrient in soils
*中国科学院知识创新项 目“华北平原精准种植技术体系集成与示范”(KZCX2—404—3)资助
收稿 日期 ：200l一10—30 改回日期：2001·12-18
维普资讯 http://www.cqvip.com
72 中 国 生 态 农 业 学 报 第 l0卷
土壤 有效养 分临界指 标与对 应的分级 标准为各地 合理施肥 提供 了参 考依据 ，如华北平 原 区土壤 全 N<2
g／kg、Olsen—P<10mg／kg时，施用 N、P肥具有明显的增产效果。但由于土壤气候等条件的变异，不同生态类
型区还需根据当地条件，经过大量的试验研究总结并提出适合当地农业生产的施肥指标体系。
1．1 N肥精准施用的指标体系
许 多研究认为土壤有机质和全 N不适合作为土壤有效氮的指标 ，而碱 解氮盆栽条件下与作物产量有极
好的相关性 ，但在大lit条件下 相关性较差 ，不宜作为 N 肥推荐 的指标 。 。近年来将 旱地土壤 中 NO；一N
含量作为土壤供 N指标的研究报道越来越多 ，原 因是 0～20cm土层 的碱解 氮和全 N含量不能准确 反映整
个作物根层 的土壤供 N能力 。而作物可直接吸收利用的矿质氮素主要来 自于土壤根层(0～lOOcm)的无机
氮(NH4一N和 NO3一N)，在旱地土壤剖面中 NO3一N是主要存在形态且 NH4+一N 易转 化为 NO3一N，华北平原高
产 区土壤剖面铵态氮含量 <5mg／kg，NO,-一N占土壤无机氮的 80％～90％，与作物产量和吸 N量之 间存在密
切相关关系 ，NO；一N是旱地作物主要的吸收形态，更适合用于诊断土壤有效氮素供应状况，预测 N肥用
量。运用 NO,-一N作为土壤有效氮素的诊断指标，关键是根据某个特定地区的具体情况确定合适的采样深度
和采样时期，80年代国内外对土壤无机氮(Nmin)方法的研究普遍认为 90～120cm土层较为合适，杨卓亚
等 研究结果为取样深度不应少于 0～60cm土层，因为绝大多数土壤在这个深度所储存的 NO；一N均超过
整个根层剖面(0～lOOcm土层)NO；一N总量的 1／2以上。这些深度固然增加了 NO；一N作为诊断指标的可信
度，但实际操作仍较烦琐。陈新平等’ 在不同生态类型区多点试验最新结果表明，冬小麦取 0～20cm(或
0～30cm)土层 ，夏玉米取0～60cm土层初 始NO；一N即能 较好地 表征土壤 供N能力 ，为土壤 有效氮 的快 速
测试及 N 肥推 荐 提供 了
依据 。在 确 定 目标 产 量
所需 适 宜 供 N 量 (土 壤
初始无 机氮 +化肥 N)后
即可通 过 测 定 土 壤 初 始
无机 氮 (NO；一N)进 行 N
肥推荐 ，笔者根据华北太
行 山山前 平 原 高 产 区长
期定 位试 验 的作 物 产 量
与 土 壤 NO；一N 测 试 结
果 ，初 步 得 出 该 区 冬 小
麦 、夏 玉 米 基 肥 施 用 量
(见表 2)。
表 2 太行 山前平原高产 区土壤 NO；一N测试 与作物基 肥 N施用量
Tab．2 Nitrate—N content in So_1 profile and the correspondent fertilizer for
crops in high yield region of Taihang Piedmont
冬小麦
夏玉 米
0～ 10
l0～ 20
20～ 30
30——40
0～ l0
l0～ 20
20～ 30
30～ 40
40～ 50
50～ 60
60～ 70
0～ 32
32～ 63
63～ 95
95～ l25
0～ 32
32～ 63
63～ 95
95～ l25
l25～ l58
l58～ l89
l89～ 221
40．5～ 56．5
25．0～ 40．5
9．0～ 25．0
0～ 9．0
80．5～ 96．5
65．0～ 80．5
49．0～ 65．0
34．0～ 49．0
l7．5～ 34．0
2 0～ l7 5
0～ 2．0
1．2 P肥精准施用的指标体系
土壤有效磷含量与小麦产量呈正相关 ，有效磷含量是衡量麦 田养分水平 的重要指标之一 。据 中国农业
科学院土壤肥料研究所对河北 、山东、河南省等北方麦区的研究资料，土壤有效磷含量与产量之间存在对数
关系⋯。河北省中产水平麦 田土壤有效磷(P)4～6mg／kg为缺 P的指标 ，2～4mg／kg为严重缺 P；高产麦 lit
土壤有效磷 (P)8～12mg／kg为缺 P的指标 ，4～8mg／kg为严重缺 P。当土壤有效磷含量(P)在 10～13mg／kg
表3 太行山山前平原高产区冬小麦、夏玉米P肥用量指标 间可 当年不施 P肥 ，但 隔
Tab．3 Index of applied phosphorus before growing winter wheat or
maize in high yield region of Taihang Piedmont
1～2年 必 需 补 施 P肥。
太行山山前平原高产生
态类 型区冬 小麦一夏玉 米
轮作 的平 均 产 量 分 别 为
6000kg／hm。和 6500 ～
7500kg／hm2，土壤 速效 磷
含量为 7．6～14．5mg／kg。
根据 养 分平 衡 及 土壤 测
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 2期 杨莉琳等 ：太行山山前平原高产区精准施肥指标体系研究 73
试结果提出作物播前土壤 P素诊断及精准施用 P量的参考指标(见表 3)。P在不 同土壤 中分布及有效性差
异 很 大 ，在石灰性 土壤 中主要 以Ca—P形态存在 ，平均 占无机磷 的60％～80％，酸性土壤 中以Fe—P和AI—P为
主。Ca—P又可根 据其有效 性进一 步划
分为 Ca2-P、Ca8-P和 Ca10-P 3级 ，研究证
明 Ca，一P、Ca 一P和 AI—P是作 物 的有效
磷源 ，与 土壤 Olsen—P有极 显著 相关关
系(见 表 4)。而 土 壤 中 Fe—P、O—P 和
Ca10-P都是作物 的潜 在 P源 ，在土壤严
重缺 P时 它们 可 向有效 态 转化 而 被作
表 4 土壤无机磷 形态与有效 磷的相 关关 系
Tab．4 Relationship between the inorganic phosphorus forms
and its availabilities in∞il
物吸收。根据不同 P组分的有效性 ，Ca2-P是石灰性 土壤的 l级有效磷源 ，是玉米吸收 的主要形态 ；Ca8-P和
AI—P是 2级有效磷源，AI—P是小麦吸收的主要形态 。笔者认为，它们完全可以作为判断石灰性土壤 P素
有效性的辅助指标。
1．3 K肥精准施用的指标体系
表 l所示的交换性钾含量基本代表了我国南北方有效钾的丰缺指标，在北方土壤有效钾含量相对偏高，
一 般在 80～100mg／kg以上，华北太行山前平原土壤速效钾含量为 59～85mg／kg，当前冬小麦一夏玉米轮作体
系中已绝大部分实行秸秆还 田，基本保证了粮食作物不减产 ，但在秸秆不还 田地 区特别需要补施 K肥 ，根据
太行 山前平原 区的试验分析 ，K肥 施用量参 见表5。尽管 长期 以来 土壤交换性 钾 (速效钾 )被 用来表 示当季
表5 太行山山前平原高产区o～20cm土壤 土壤供 K能力的指标，但许多研究报告认为
冬小麦、夏玉米KlIP．I1]量指标 它与作物相对产量的相关性并不太好，尤其
Tab．5 Index of applied K before growing winter wheat of
maize in high yield region of Taihang Piedmont
对水稻土更 为明显 ，这是 由于水稻利 用缓 效
钾的能力较 强。其次受 成 土母 质和 风化 条
件的影响，土壤缓效钾含量相对稳定，基本
反映了土类 的特点 ，而土壤交换性钾 含量则
属易变动 的数值 ，尽管 当季 土壤 K素养分供
应是否充足决定于交换性钾的水平 ，但要评
定较长一段时期内土壤供 K能力，则要根据缓效钾的储量及其转化速率，故土壤缓效钾含量反映了土壤供
K潜力和需要 K肥前景 ，可作为精准施用 K肥 的重要辅助参考指标之一。
2 基于植株营养状况的施肥指标
一 般P、K常作基肥施用，但对 N素而言，由于其在土壤中具有多条损失途径和植株吸收特性，还需在植
株关键生育期适时适量追施。故确定土壤的有效养分含量或施肥总量或基肥用量后，还必须清楚植株生长
期间特别是需肥临界期体 内某种养分元素的具体含量 ，才能做到适时 、定量 、精准施肥 。其次 ，由于植株测试
采集的植物自身组织直接反映了该养分对植株满足程度和土壤中该元素的供应水平，值得注意的是有些情
星
邑0
捌
Z
蠼
叶脉的 NO；浓度最高且最灵敏 ，用于田问快速测试 可行性强 。 0 200 400 60 80 100 1 20
笔者运用该法对华北太行 山山前平 原夏玉米测试结 果发现 ，玉 N0 浓度／mg‘L
米 叶脉的 NO；浓度与施 N量和产量有显著相关关系 (见 图 1)。 图l 夏玉米叶脉No 测定值与
根据 中国农业 大学 的研究 结果 。。植 株硝 酸盐测试 结果 可用 施N量及相对产量的关系
于作物相一致期追施 N肥的可靠指标(见表 6)。 Fig．1 Relations betwen the NO,-in maize leaveS
笔者认为 ，根据 目标产量或肥料效应函数 ，在确定 土壤供肥 and the applied N and its relative yields
维普资讯 http://www.cqvip.com
74 中 国 生 态 农 业 学 报 第 lO卷
能力 和作物需肥特性的基础上借助该法可适 时 、动态 、快速 、准确地进行植株营养诊断和指导精准施肥。
表 6 植株诊 断与追 施 N肥量
Tab．6 Diagnosing the plant nutrition and amount of added N
* 引 自中国农业 大学 资料(张福锁 ，2001)c
3 基于作物养分需要量的施肥指标
作物对养分的需要量或作物的养分消耗量(即作物从土壤中带走的养分数量)是推荐施肥必不可少的依
据，它随土壤、作物甚至品种不同差异很大。根据国内外研究的主要作物对养分的需要量，即可按下式粗略
计算某种作物的施肥量卫 ：
F = (1)
式中，F为施肥量(kg／hm )，y为目标产量(t／hm )，R、，为与养分水平对应的相对产量(％)，N 为每生产 lt
经济产量的养分消耗量(kg)，E 为肥料利用率(％)。
4 基于水分条件的施肥指标
随着国际水资源 日益紧缺，土壤肥料科学将面临更加严峻的挑战 ，植物营养已不再是单纯 的营养平衡或
提高产量的问题，而是如何在水分受限制的条件下合理施用肥料 ，达到环境保护和资源高效利用高度结合的
目的。”N示踪技术研究表明，冬小麦对肥料的利用率随土壤水分提高而提高；土壤水分较低时(田间持水量
的45％～5O％)，植株吸收的N来自肥料 N的比例最高，肥料 N素的有效性高于土壤 N素；当土壤水分达到
或超过土壤田间持水量的6O％时，冬小麦吸收的 N源来 自肥料 N和土壤 N的比例几乎相等，说明土壤 N素
有效性对土壤水分存在一个阈值。只有 当土壤水分不低于田间持水量的 6O％，才有利于提高肥料利用
率 ¨。在降雨量仅为 350mm的冀西北干旱地区施 N 120kg／hm 和 P 90kg／hm 时，水分利用效率最高；降低
N肥用量至 60kg／hm 时，N肥利用率最高；降低 P用量至 45kg／hm 时，P肥利用率最高 。盆栽试验研究
结果表明，冬小麦产量及对 N、P的吸收随土壤含水量增加而增加，相对含水量为 54％～67％时，肥水交互作
用属李 比希协同作用类型 ；相对含水 量达 8O％时肥水交互作用则转变 为顺 序加和性类 型 卜 。笔者在华
北太行山山前平原的初步研究结果是小麦灌浆期土壤含水量低于6O％时产量受到影响，在 150～200mm的
降雨年型下冬小麦灌溉 2次(拔节期和孕穗期)灌水总量 120mm，施 N270kg／hm 、P78kg／hm2和 K32．5
kg／hm2时冬小麦产量达到 6600kg／hm ，水分利用效率为 14．4kg／hm mm，但 N肥利用率仅有 16．9％，需要
进一步进行水肥耦合试验研究 ，以确定最佳水肥配比关系。
5 基于植株可见症状的施肥指标
已确定的 16种植物必需营养元素各有其生理功能 ，若这些营养元素供应不足或过多时则表现出各种病
态，产生特有的不正常外部症状。长期以来太行山山前平原高产区施肥为重 N、轻 P、不施 K，造成土壤 N素
过剩而 P、K不足且 K素处于逐年递减的趋势，近年来由于普遍实行秸秆还田措施，在很大程度上缓解了土
壤养分亏缺，但部分田块仍表现出可见缺素或过剩症状。N素过多症状为小麦叶片深绿 ，呈猪耳状下垂，贪
青 晚熟 ，易倒伏 ；玉米营养生长旺盛 ，贪青晚熟 ；棉花植株高大 ，疯权多 ，叶色浓绿 ，叶片大而厚 ，不易吐絮。缺
P症状为小麦叶片紫绿色，植株细小，分蘖少，抽穗成熟延迟 ；玉米苗期生长很慢，5叶后叶片呈紫红色，叶尖
紫色叶缘卷曲，茎基呈紫色，果穗短小弯曲，秃顶，籽粒不饱满；棉花叶色暗绿，植株矮小，结铃成熟期延迟 ，棉
籽不饱满。缺 K症状为小麦老叶尖及边缘黄焦，茎秆细，叶柄短而软弱，易倒伏；玉米老叶从叶尖开始沿叶
边向叶鞘处逐渐变褐后焦枯 ，至整个叶片枯死，果穗秃顶；棉花叶片有黄白斑块，叶尖及边缘有棕色斑点，向
下卷曲 ，棉铃小 ，吐絮差 。
6 施肥方式
根据太行山山前平原高产区多年的耕作习惯提出该区科学的施肥方式，P、K肥常用作基肥，在冬小麦
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 2期 杨莉琳等：太行山山前平原高产区精准施肥指标体系研究 75
种植前结合深耕施足 2季作物的需用量，同时施入基肥 N素。追肥时期一般在肥料最大效率期，即冬小麦
起身拔节期，夏玉米为大喇叭口至抽雄初期。随着喷灌、滴灌等节水措施的逐步推广和应用，随水施肥将是
今后亟待解决的重要课题。要做到精准施肥，除掌握上述因素外，还需要考虑气候 、地域、温度、环境等因素
的综合作用，并经过不同地区的大量试验校正，才能取得更为满意的结果。
参 考 文 献
1 林 葆 中国肥料[M] 上海：上海科学技术出版社，1994 455～456
2 鲁如坤．土壤一植物营养学原理和施肥[M] 北京：化学工业出版社 ，1998 384
3 杨卓亚 ，毛达如，邵则瑶 剖面硝态氮在冬小麦综合肥料效应函数中的应用 仲凯农业技术学院学报，1996，9(1)：26～31
4 陈新平 ，周金池，王兴仁等 应用土壤无机氮测试进行冬小麦氮肥推荐的研究 土壤肥料，1997(5)：19～21
5 杨莉琳．磷肥在潮褐土中的动态转化及其影响因素的研究[J] 中国生态农业学报，2001，9(3)：73～74
6 赵 同科 ，曹云者 ，张国印 测定 土壤剖面无 机氮和拔节期 植株茎基部 NO3进 行氮肥推荐研究 旱地 农业理论 与实践 ，2000．131～134
7 张树兰，同延安，赵护兵等．冬小麦一夏玉米轮作氮肥施量及氮营养诊断 西北农业学报，2000，9(2)：104～107
8 李志宏，王兴仁，张福锁．植株硝酸盐快速诊断方法的研究．植物营养与肥料学报，1997，3(3)：268～274
9 王兴仁，张福锁 冬小麦一夏玉米轮作制度下氮素诊断及追肥推荐的研究 ．植物营养与肥料学报，1997，3(4)：357～362
10李志宏，王兴仁，张福锁．几种主要作物氮磷施用量的研究．植物营养与肥料学报，1997，3(3)：263～267
11王百群，张 卫，余存祖 用”N示踪法研究不同土壤水分条件下小麦对氮的吸收利用．核农学报，1999，13(6)：362～367
12王殿武，文宏达，褚达华 栗钙土水肥耦合效应的田间研究．植物营养与肥料学报，1999，5(3)：227～234
13金 柯，汪德水，蔡典雄等 水肥耦合效应研究～I．不同降雨年型对 N、P、水配合效应的影响 植物营养与肥料学报，1999，5(1)：1～7
14李法云，宋 丽，官春云等 辽西半干旱区水肥耦合作用对春小麦产量的影响．应用生态学报，2000，11(4)：535～539
15 Binford G．D ，Lackmer A．M．，Meese B G Optimal concentrations of nitrate cornstalks at maturity Agron J ，1992，84：881～887
16 Blackermer A M ．，Webb J Correlations between soil nitrate concentrations in late spring and corn yields in Iowa J．Prod Agric ，1989，
2：103～ 109
17 Gardener B R ，Roth R L Midrib nitrate concentration as a means for determining nitrogen needs of broccoili[J]．J．Plant Nutr．，1989，
12(1)：111～125
18 Benthgen W E ，Aley M．M．Optimizing soil and fertilizer nitrogen use by intensively managed winter wheat I Crop nitrogen uptake[J]
Agron J ，1989，81：116～ 120
维普资讯 http://www.cqvip.com