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精准农业之测土配方施肥

T107283

2019/08/21
华测检测认证集团

其他消费品检测

文 /吴平平华测检测
目前世界各国农业发展，都正在或已经经历从传统农业到机械化农业、信息化农业再到物联网、云计算、大数据平台等以人工智能为基础的全产业链精准农业发展转变，农业即将迎来或已经部分进入4.0时代。我国作为传统的农业大国，也正在积极的推进精准农业和智慧农业发展，以数字化、信息化、精细化发展，以提升农业生产效率，降低农产品生产成本，寻求更高的产量、最佳的经济效益。
我国智慧农业当前正处于探索期，新技术、新理念发展迅速。采摘、分拣、植保等农业机器人的出现，在很大程度上改变来农业生产力成本的问题，土壤、农药、肥料等生产资料上的新技术、新思路也在快速发展中。
精准农业发展，核心就在于精细准确的对土壤、农药、肥料、种子等重要的农业生产资源和资料进行调整和管理，最大限度的减少或优化农业生产力和生产资料的投入，以获得更高的经济效益。而肥料作为重要的农业投入品，在种植业生产中占有举足轻重的地位，对于更科学的施肥理念和方法的研究与探索，是种植业实现精细化管理中必不可少的一部分。
1. 粗放式施肥方式存在的问题
目前我国的肥料总产量和总用量都位于世界前列，过量施肥严重。这种粗放式的用肥理念和技术，容易带来一系列的资源浪费及环境污染问题，亟待转变和提升。例如，部分农村在使用肥料时常常由于对土壤肥力和作物需求等情况不甚了解，肥料的使用仅凭经验，存在重化肥、轻有机肥、重氮磷肥、轻钾肥、重大量元素肥、轻中微量元素肥、盲目或过量施肥等情况。
这些不合理用肥的行为对耕作土壤的影响最为突出，且难以修复。具体表现为①重金属超标，有毒物质增加，导致土壤污染。以磷肥为例，目前中国使用的化肥中，磷肥占了约20%，从磷肥原料的开采到最终产品的加工生产的全部过程中都存在重金属元素或有毒物质的带入风险。磷肥的生产原料主要是磷矿石，大部分原料中存在有害元素F和As，同时磷矿石的加工过程还会带进其它重金属Cd、Cr、Hg、As、F，特别是Cd。过量使用后，这些有害元素在土壤中累积，最终导致土壤污染物超标，可耕作性降低。②土壤酸化、板结，有机质下降，影响土壤微生物生存，土壤贫瘠肥效低。土壤是微生物的大本营，而微生物作为土壤有机质转化的执行者及植物营养元素的活化库，具有分解转化有机质以及降解有毒物质的重要作用。科学试验数据表明，施用不同的肥料对微生物的活性有很大的影响，使用有机肥比使用无机肥更有利于土壤微生物的生长。而我们目前粗放型施肥方式施用的肥料中有机肥的用量低，化肥的用量大，对微生物的生长繁殖影响较大，难以发挥微生物对土壤修复和养护的重要作用。
其次，容易对水造成影响。具体为①氮磷肥径流流失，加大地表水体富营养化。②氮肥渗漏流失，增加硝态氮含量，引起地下水硝态氮污染。③氮肥挥发，进入大气经氧化水解转化为硝酸，成为酸雨的成分之一，降落入土加剧土壤酸化。
第三，严重时也会对间接对农产品的产量和品质产生影响。土壤酸化、板结导致土壤贫瘠、肥效降低，影响农作物生长发育，限制农产品产量的提升。土壤元素失衡，使农作物对有效元素吸收不均衡，氮、磷、钾及微量元素含量的过多或不足会不同程度影响到作物外观、果实大小、耐储存性、营养成分含量和食用价值等，降低农产品的品质。此外，污染的土壤中锰、铜、铬、镍、铅等重金属会危害作物的生长，镉、汞、砷等重金属会产生有害农产品。作物抗性下降，致使农药用量增多，间接增加农产品农药污染，降低农产品竞争力。
第四，粗放式施肥方式对经济效益的影响。施肥过量导致肥料有效利用率低至35%，造成极大浪费，投入成本增加。施肥不足又会导致农产品产量受限、品质不佳，竞争力不足，直接影响收入。
2. 测土配方施肥的概念及意义
最近几年国家1号文件多次提出农业供给侧改革，重点减少农药和化肥的使用，保证土地环境的不受污染。在生产上，如何减少化肥和农药的使用已经成为各路专家研究的重点。如何使肥料在农业生产中的正面作用最大化，同时又使负面效应最小化？解决这一问题的根本途径是在农业生产中建立一套科学的施肥体系，而测土配方施肥正是现阶段建立科学施肥体系的核心技术。
具体来说，测土配方施肥是运用现代农业科技成果，以土壤测试和肥料田间试验为基础，根据作物需肥规律、土壤供肥性能、肥料施用效应，在合理施用有机肥料的基础上，提出氮、磷、钾及中、微量元素等肥料的施用品种、数量、施肥时期和施用方法。测土配方施肥就像医生给生病的人把脉、开方下药一样，先是针对土地的问题进行测量，然后根据粮食所需肥料与土壤中实际养分进行对比，在技术人员的指导下科学施肥。平衡土壤中氮磷钾、有机养分和无机养分的含量，满足作物生长对营养的需求，保证土壤的肥力。最大限度地发挥肥料在农作物生产中的积极作用。
具体优势表现为以下6个方面。（1）增加土壤肥力：科学合理施肥，在用地的同时达到养地的效果，长期施用可改良土壤的结构，培肥地力。（2）减少肥料浪费，降低投入成本：根据农作物对营养元素的需求进行施肥，能有效提高肥料利用率，减少浪费。优化肥料配比，减少肥料浪费，降低投入成本。（3）减小环境污染：科学配比，合理利用肥料资源，减少肥料的流失，降低对土壤、水和空气的污染。（4）改变施肥观念：逐步改变农民盲目的施肥观念，提高农民学习科学施肥的积极性。（5）品质、产量双升：使作物在不同的生长时期都能够得到充分的养分供应，提高作物的抗旱和抗寒能力，减少倒伏和病虫害现象。同时，提高作物品质和产量，从而提升市场竞争力，增长收入。（6）优化作物布局：在测土配方施肥过程中对于土壤的分析测定可以确定作物适宜种植的区域，同时进行合理的施肥控制，有利于区域性优势农产品的发展。
3. 测土配方施肥六大理论依据
3.1养分归还学说
此学说最早由利比希提出。他指出作物在生长过程中会摄取土壤中的养分，连续种植的过程中，土壤养分会日趋贫瘠，作物产量也会越来越低。为了保持土壤的肥力，需要把作物带走的养分以合适的方式归还给土壤，以恢复和维持土壤肥力。现在的学者认为，归还应该以“补缺”为主，需要根据田间试验、土壤分析测试等结果定向归还。
3.2最小养分律
最小养分律是指土壤中相对含量最少的养分制约着作物产量的维持与提高。如果不查明并补充该因子，即使其他养分投入再多也无法提高作物产量。例如，当作物氮元素供给不充足时，即使多施磷肥等其他肥料，作物产量仍不会增加。
3.3同等重要律
不论大量元素或微量元素，都是同样重要缺一不可的。作物的必需营养元素，无论是大量元素（C、H、O、N、P、S）还是微量元素（Fe、Mn、 Zn 、Cu 、B、 Mo）需求量虽然悬殊，但是对于作物的生长起着同等重要的作用。如C、H、O等组成碳水化合物、脂肪、蛋白质的基本元素，也是构成植物体的基本物质。铁，镁，锰，铜，钼，硼等元素是构成各种酶的成分。这些元素在植物生长发育中是同等重要的。
3.4不可替代律
作物需要的各营养元素，相互之间不能替代。例如，在植物必不可缺的营养元素中，K和Na在化学性质上有一定的相似性，离子大小差异不大，一般在化学反应上时常可以互相取代，但是在植物营养中各种元素有其特殊的作用不能相互代替，缺一不可。
3.5报酬递减律
报酬递减律简单来说是指在肥料效应限制因子未克服的条件下，不要盲目增加施肥量。该定律是E．A．Mitscherlich（1909）提出来作为最小养分律的补充说明的。即当植物所需要的养分供应充足时，继续增加该营养，在一定的范围内可以使该植物的产量继续增加，但是到达最高产量后，即使继续施肥，产量也不会再增加了。
3.6因子综合作用律
因子综合作用律是指作物的产量，是由水分、营养、光照条件、温湿度、品种特性以及栽培条件等多方面因素综合作用的结果。而不是单一的生态因子所决定。
4. 测土配方施肥遵循的原则
测土配方施肥应遵循有机无机结合，大量、中量、微量元素互相配合，用地与养地相结合等3大原则。有机与无机相结合原则是指在测土配方施肥过程中应遵循以有机肥为主，无机肥为辅的原则。增加有机肥的使用量，以提高土壤有机质含量，增强土壤微生物活性，促进化肥利用率提升。大量、中量、微量元素配合使用是测土配方施肥体系的重要构成部分，随着作物产量的不断提高，在可耕作土壤高度利用的情况下，各元素配合使用，才能获得高产稳产。坚持用地与养地相结合元素，促进物质和能量良性循环、维持土壤肥力、保持土壤再生产能力的重要举措。此外，还应该关注所施的肥料的品质，应注意使用符合国家行业标准的肥料产品。
5.测土配方施肥的九大内容
5.1田间试验
测土配方施肥的田间试验一般按照“3414”方案进行设计，农业技术人员在优势作物的主要推广品种上展开试验，以了解作物的肥料需求规律、获取肥料效应参数，以此来确定各个施肥单元不同作物的最优化的施肥量，以及基肥与追肥分配比例，最佳施肥时期和施肥方式，构建出作物施肥的模型。同时也是筛选、验证土壤养分测试技术、建立施肥指标体系的基本环节。
5.2土壤测试
测土配方施肥涉及到的土壤测试包含对土壤样品进行采集，并针对土壤氮、磷、钾及其它中、微量元素测试，了解土壤营养元素情况及其供肥能力状况。为了确保测试结果准确可靠，取样应具有代表性。一般应按照“随机”、“等量”、“多点混合”的原则取样，点数要达到应取的数量。此外，不能在地头、沟边、动过土、堆过肥的地方取样。
5.3配方设计
肥料配方设计是测土配方施肥工作的核心。通过总结田间试验、土壤取样测试等养分数据，根据不同的区域气候、地貌、土壤理化性质、耕作制度的相似性和差异性等因素再结合植物的目标产量提出不同地区、不同作物的施肥配方，确保“对症下药”。
5.4校正试验
配方设计不会一蹴而就的过程，必须通过不断的田间试验来校正施肥参数，验证并完善肥料配方。每一次校正都是对配方的优化升级。
5.5配方加工
目前不同地区有不同的模式，其中最主要的也是最具有市场前景的运作模式就是市场化运作、工厂化加工、网络化经营。这种模式适应我国农村土地经营规模小、种植模式差异化大的现状。
5.6效果评价
在测土配方施肥项目区进行动态调查并随机调查农民，征求农民的意见，检验其实际效果，以完善管理体系、技术体系和服务体系。检验测土配方施肥的实际效果，及时获得农民的反馈信息，不断完善管理体系、技术体系和服务体系。
6.小结
我国测土配方施肥从2004年发展至今已有十几年的历史，相关技术已经日趋成熟，发展成了集测土、配方、配肥、供应、施肥指导为一体的完整技术服务与产业链。在田间试验、土壤测试、配方设计、配方加工、技术创新等环节都取得了不俗的成绩。

但是，由于我国地域广阔，南北气候差异大，土壤环境复杂，种植习惯各异，市场供需关系对种植业的影响等多方面的原因，“一村一站、一户一卡”的测土配方施肥方案仍然难以针对性的惠及所有种植工作者，精准施肥之路道阻且长。目前，无论是从土壤样品采集与测试、肥料质量分析、测土配方施肥建议、植物样品测试、还是对产品品质测定等诸多方面都需要不断的进行分析和探索，以建立更科学的施肥方案与方法，实现产品产量与质量同时提升，助力精准农业发展。

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