养分资源管理课程讲义：第三章氮素资源特征与氮素管理 第三节氯素资源优化管理之策略一一一优化施肥量的确定 一、肥料效应函数法 在氨肥合理用量的确定中，肥料效应函数法是经常采用的一种方法。国内在六五”、“七 五”期间采用肥料效应函数法开展了大量工作。由于这一时期我国农田养分限制因子主要是 氨和磷，因此二因素肥料试验设计应用得非常普遍。 中国农业大学在河北曲周采用FAO倡导的3(NO,N1,N2)X3(PO,P1,P2)设计 (9个处理，NOPO,NOPL,NOP2,NIPO,NIP1,NIP2,N2PO,N2P1,N2P2)在冬小麦 和夏玉米上连续多年进行了多点的试验，采用二元二次模型进行拟合： y=bo+bix+b2x2+b32+b42+bsxz 方程满足三个条件后可用于计算经济最佳施肥量：(1)拟合性检验：(2)可用性判别： (3)外推结论判别。通过上述检验和判别后的数据经过动态聚类，得到若干类方程，下面 是在冬小麦上得到的4类方程： (1)低产类y=82.7+4.89x-0.215x2+12.57z-0.916z+0.079xz (2)中产类y=158.3+8.87x-0.372x2+28.12z-1.883z240.137z (3)中高产类y=235.6+11.12x-0.483x2+19.8z-1.472+0.155xz (4)高产类y-280.4+16.17x-0.716x2+14.94z-0.911z2+0.064x2 以此计算不同类型的最佳施肥量。 与此同时，国内其它单位采用其它试验设计如氨磷二因素五水平13处理回归均匀布点 设计、氮磷二因素四水平16处理正交多项式回归设计等开展了大量工作。这些工作对推动 当时我国推荐施肥技术的发展起到了极大的作用。 二十世纪九十年代，农业部UNDP(联合国开发计划署)项目在7个省进行了6O0多 个田间试验，试验主要采用“3414”设计，即三因素（氨、磷、钾）四水平14处理设计，采 用三元二次肥料效应模型进行拟合，这些试验结果的获得对我国推荐施肥和养分资源优化管 理工作起到了推动作用。 上述工作绝大多数都采用二次模型进行氮肥效应的拟合。据统计，19871990年间，国 内两种专业刊物发表的72篇肥料效应函数论文中，二次模型占82%，少数为平方根模型。 二十世纪九十年代以来，氮肥模型的选择得到了重视。目前国内外对施肥模型的选择问题己 经进行过许多研究，美国IOa州立大学研究人员经过多年研究发现，线性加平台、二次型 加平台、二次多项式和平方根等模型都能够很好地拟合玉米产量和施肥量的关系，其中以线 性加平台和二次型加平台为最优
养分资源管理课程讲义： 第三章 氮素资源特征与氮素管理 41 第三节 氮素资源优化管理之策略一 ――优化施肥量的确定 一、肥料效应函数法 在氮肥合理用量的确定中，肥料效应函数法是经常采用的一种方法。国内在“六五”、“七 五”期间采用肥料效应函数法开展了大量工作。由于这一时期我国农田养分限制因子主要是 氮和磷，因此二因素肥料试验设计应用得非常普遍。 中国农业大学在河北曲周采用 FAO 倡导的 3（N0，N1，N2）X3（P0，P1，P2）设计 （9 个处理，N0P0，N0P1，N0P2，N1P0，N1P1，N1P2，N2P0，N2P1，N2P2）在冬小麦 和夏玉米上连续多年进行了多点的试验，采用二元二次模型进行拟合： y=b0+b1x+b2x 2+b3z+b4z 2+b5xz 方程满足三个条件后可用于计算经济最佳施肥量：（1）拟合性检验；（2）可用性判别； （3）外推结论判别。通过上述检验和判别后的数据经过动态聚类，得到若干类方程，下面 是在冬小麦上得到的 4 类方程： （1）低产类 y=82.7+4.89x-0.215x2+12.57z-0.916z2+0.079xz （2）中产类 y=158.3+8.87x-0.372x2+28.12z-1.883z2+0.137xz （3）中高产类 y=235.6+11.12x-0.483x2+19.8z-1.47z2+0.155xz （4）高产类 y=280.4+16.17x-0.716x2+14.94z-0.911z2+0.064xz 以此计算不同类型的最佳施肥量。 与此同时，国内其它单位采用其它试验设计如氮磷二因素五水平 13 处理回归均匀布点 设计、氮磷二因素四水平 16 处理正交多项式回归设计等开展了大量工作。这些工作对推动 当时我国推荐施肥技术的发展起到了极大的作用。 二十世纪九十年代，农业部 UNDP（联合国开发计划署）项目在 7 个省进行了 600 多 个田间试验，试验主要采用“3414”设计，即三因素（氮、磷、钾）四水平 14 处理设计，采 用三元二次肥料效应模型进行拟合，这些试验结果的获得对我国推荐施肥和养分资源优化管 理工作起到了推动作用。 上述工作绝大多数都采用二次模型进行氮肥效应的拟合。据统计，1987-1990 年间，国 内两种专业刊物发表的 72 篇肥料效应函数论文中，二次模型占 82%，少数为平方根模型。 二十世纪九十年代以来，氮肥模型的选择得到了重视。目前国内外对施肥模型的选择问题已 经进行过许多研究，美国 Iowa 州立大学研究人员经过多年研究发现，线性加平台、二次型 加平台、二次多项式和平方根等模型都能够很好地拟合玉米产量和施肥量的关系，其中以线 性加平台和二次型加平台为最优
养分资源管理课程讲义：第三章氮素资源特征与氮素管理 中国农业大学植物营养系从“九五”开始对此进行了系列研究，采用单因素（氮）多水平 (6水平或以上)试验，用线性加平台、二次型加平台、二次多项式和平方根等模型进行数 据拟合，根据模型统计检验的拟合程度和推荐施肥量的节省程度来进行模型选优并进一步计 算最佳施肥量。研究中还发现，不同地块优化施氯量差异很大，采用平均施氮量指导施肥会 造成施肥经济效益的下降和部分田块过量施氮引发环境风险，因此应根据具体田块的士壤肥 力状况指导氮肥的合理施用。 二、土裹测试确定氮肥优化用量 土壤氨素供应主要依赖于有机氨的矿化，而有机氨的矿化受植物、温度、水分.多种 因素的影响，这使得土壤氮素测试方法的选择非常困难。 一般有几类方法：一为生物方法（培养矿化法），一为化学方法（全氮法，碱解氨，初 始无机氨)。培养矿化法指取一定量的士壤样品，在实验室中调至适当水分（好气培养或嫌气 培养)，在适宜温度下(20一40℃不等)，人工培养一段时间(6天至数周不等，2周较多)，测 土桌所释放的矿质氮量。其原理是正确的，相关研究的结果证明了它的基本可靠性。问题是 实验室矿化条件与田间很不一致。 土塞全氮与土壤的供氨能力之间相关并不密切。50年代开始，土壤水解氨被作为士壤有 效氨的测定目标。水解氮可应用酸解和碱解两种浸提剂，由原苏联学者丘林创建的酸解法因 为其操作繁琐而使其应用受限。朱兆良(1962)提出的诚解氮法在周鸣铮等(1976)运用扩 散代替蒸馏后，广泛地运用到了农业生产实践中，李西开等在对碱解法进行了系统的研究后 将该方法运用到了北方的早地上，八十年代进行的第二次全国土壤普查将碱解氨作为士壤有 效氮测定的指定方法，直到现在很多研究部门特别是农技推广部门仍然使用这一方法。但是， 研究表明，在盆栽试验中，碱解氨与士壤供氨量的相关性较好，而在田间试验中碱解氨不能 准确表征土壤供氮能力（朱兆良，1992），即使在南方水稻土上，碱解氨与士壤全氮和土壤 供氨量之间的相关性也并不理想。因此，0-20cm土层的碱解氨不足以反映作物根层的士壤 供氮能力，原因在于：土壤来源部分氨包括起始的无机氮量和作物生长期间土壤氮素的矿化 量，碱解法已将起始NH-N包括了，如采用包括NO,-N的扩散法，则也包括了起始 NO-N，但该方法忽略了环境条件和耕作施肥对氮素刊矿化所产生的强烈影响，忽略了耕层 以下土壤供氮的差异，另外，非土壤来源部分氮如生物固氮、种子、降水、灌溉等的差异也 造成一定的影响
养分资源管理课程讲义： 第三章 氮素资源特征与氮素管理 42 中国农业大学植物营养系从“九五”开始对此进行了系列研究，采用单因素（氮）多水平 （6 水平或以上）试验，用线性加平台、二次型加平台、二次多项式和平方根等模型进行数 据拟合，根据模型统计检验的拟合程度和推荐施肥量的节省程度来进行模型选优并进一步计 算最佳施肥量。研究中还发现，不同地块优化施氮量差异很大，采用平均施氮量指导施肥会 造成施肥经济效益的下降和部分田块过量施氮引发环境风险，因此应根据具体田块的土壤肥 力状况指导氮肥的合理施用。 二、土壤测试确定氮肥优化用量 土壤氮素供应主要依赖于有机氮的矿化，而有机氮的矿化受植物、温度、水分.多种 因素的影响，这使得土壤氮素测试方法的选择非常困难。 一般有几类方法：一为生物方法（培养矿化法），一为化学方法（全氮法，碱解氮，初 始无机氮）。培养矿化法指取一定量的土壤样品，在实验室中调至适当水分(好气培养或嫌气 培养)，在适宜温度下(20—40℃不等)，人工培养一段时间(6 天至数周不等，2 周较多)，测 土壤所释放的矿质氮量。其原理是正确的，相关研究的结果证明了它的基本可靠性。问题是 实验室矿化条件与田间很不一致。 土壤全氮与土壤的供氮能力之间相关并不密切。50年代开始，土壤水解氮被作为土壤有 效氮的测定目标。水解氮可应用酸解和碱解两种浸提剂，由原苏联学者丘林创建的酸解法因 为其操作繁琐而使其应用受限。朱兆良（1962）提出的碱解氮法在周鸣铮等（1976）运用扩 散代替蒸馏后，广泛地运用到了农业生产实践中，李酉开等在对碱解法进行了系统的研究后 将该方法运用到了北方的旱地上，八十年代进行的第二次全国土壤普查将碱解氮作为土壤有 效氮测定的指定方法，直到现在很多研究部门特别是农技推广部门仍然使用这一方法。但是， 研究表明，在盆栽试验中，碱解氮与土壤供氮量的相关性较好，而在田间试验中碱解氮不能 准确表征土壤供氮能力（朱兆良，1992），即使在南方水稻土上，碱解氮与土壤全氮和土壤 供氮量之间的相关性也并不理想。因此，0-20cm 土层的碱解氮不足以反映作物根层的土壤 供氮能力，原因在于: 土壤来源部分氮包括起始的无机氮量和作物生长期间土壤氮素的矿化 量，碱解法已将起始ＮＨ4 + -Ｎ包括了，如采用包括NO3 - -N的扩散法，则也包括了起始 NO3 - -N ，但该方法忽略了环境条件和耕作施肥对氮素矿化所产生的强烈影响，忽略了耕层 以下土壤供氮的差异，另外，非土壤来源部分氮如生物固氮、种子、降水、灌溉等的差异也 造成一定的影响