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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810220677.4 (22)申请日 2018.03.16 (71)申请人 中国农业科学院农业资源与农业区 划研究所 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街 12号 (72)发明人 周卫 何萍 串丽敏 徐新朋 梁国庆 艾超 雷秋良 (74)专利代理机构 北京君尚知识产权代理事务 所(普通合伙) 11200 代理人 司立彬 (51)Int.Cl. A01C 21/00(2006.01) (54)发明名称 一种冬小麦施肥方法 (57)摘要 本发明公开了一种冬小麦施肥方法。
2、， 其方法 为： 收集目标区域的土壤数据、 气象数据和管理 措施数据； 将收集到的数据输入到适用性过程模 型中进行模拟， 并用实测产量对模型进行率定和 验证； 利用率定后的模型确定该目标区域的冬小 麦的最大潜在目标产量； 进而确定该目标区域推 荐施肥的目标产量； 根据该目标产量计算该目标 区域冬小麦作物的氮农学效率； 再根据该氮农学 效率推测该目标区域的氮肥用量； 根据该目标区 域的氮肥用量确定该目标区域有机肥和化肥的 用量及种类； 根据所述适用性过程模型模拟的冬 小麦养分吸收曲线， 并根据肥料分配结果， 确定 基施氮肥和追施氮肥的比例分配及氮肥种类。 本 发明兼顾农学效应、 产量效益和环境效。
3、益， 改善 了土壤质量。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 108633424 A 2018.10.12 CN 108633424 A 1.一种冬小麦施肥方法， 其步骤包括： 1)收集目标区域的土壤数据、 气象数据和管理措施数据； 2)将步骤1)收集到的数据输入到适用性过程模型中进行模拟， 并用实测产量对所述适 用性过程模型进行率定和验证； 3)利用率定后的所述适用性过程模型确定该目标区域的冬小麦的最大潜在目标产量； 然后根据该最大潜在目标产量确定该目标区域推荐施肥的目标产量； 4)根据该目标产量计算该目标区域冬小麦作物的氮农学效率； 再根据该氮农学效率推 测该目标区域的氮肥用量； 。
4、5)根据该目标区域的氮肥用量确定该目标区域有机肥和化肥的用量及种类； 6)根据所述适用性过程模型模拟的冬小麦养分吸收曲线， 并根据步骤5)的肥料分配结 果， 确定基施氮肥和追施氮肥的比例分配及氮肥种类。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 推测该目标区域的氮肥用量的方法为： 所述 氮农学效率(目标产量-减氮小区产量)/施氮量； 然后通过公式Yt0.0117X2+0.0652X- 0.492计算为氮肥产量反应Yt， X为氮农学效率； 然后通过公式Fert77.012*ln(Yt)+ 122.94计算该目标区域的单位面积氮肥用量Fert； 然后根据该目标区域的单位面积氮肥用 量Fert推测。
5、该目标区域的氮肥用量。 3.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 该目标区域有机肥和化肥的用量及种类为： 氮肥总量按照速效氮50、 缓释氮肥20和有机肥氮30分配。 4.如权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述基施氮肥和所述追施氮肥按70和30 的比例分配； 所述基施氮肥占氮肥总量的比例分配为： 30有机肥氮、 20缓释肥基施、 20速效氮肥； 将30的速效氮肥作为所述追施氮肥， 分别在冬小麦的返青期和孕穗期进 行追肥， 其比例为1:1。 5.如权利要求3所述的方法， 其特征在于， 将所述基肥肥料播前旋耕翻入土壤。 6.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述适用性过程模型为APSI。
6、M模型。 7.如权利要求6所述的方法， 其特征在于， 对该目标区域补充磷肥， 其方法为： 采用 APSIM模型得到该目标区域的冬小麦潜在产量， 再根据APSIM模型得到该目标区域达到所述 目标产量对应的磷肥施肥量， 确定该目标区域需补充的磷肥并将其作为基肥一次性施入。 8.如权利要求6所述的方法， 其特征在于， 对该目标区域补充钾肥， 其方法为： 根据该目 标产量计算对应的钾肥施用量， 确定出该目标区域需补充的钾肥并将其作为基肥一次性施 入。 9.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 对该目标区域采用50玉米秸秆切碎加上秸 秆腐熟菌剂还田， 翻埋10-20cm。 10.如权利要求1所述的方法。
7、， 其特征在于， 所述土壤数据包括不同土壤层次土壤饱和 水含量、 萎焉含水量、 硝态氮铵态氮、 有机碳、 速效磷、 pH值； 所述气象数据包括近若干年的 逐日降雨量、 最高气温、 最低气温、 太阳辐射数据； 所述管理措施数据包括冬小麦的播种收 获信息、 施肥信息。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 108633424 A 2 一种冬小麦施肥方法 技术领域 0001 本发明属于农业技术领域， 具体涉及一种减少环境风险的冬小麦施肥方法。 背景技术 0002 小麦是我国重要粮食作物之一， 广大居民也有着对小麦食用的青睐。 资料显示， 2010年全国小麦播种面积达到2350万公顷， 约占世界小。
8、麦播种面积的10.6(中国农业年 鉴， 2010)， 这对于保障全球粮食安全起着举足轻重的作用。 0003 传统小麦施肥为了获得高产和效益， 农民大量施用化学肥料， 盲目过量以及不平 衡施肥几乎成为普遍现象， 尤其是在一些经济比较发达地区这一现象较为普遍。 来自2000 2002年对小麦主产区近万个农户的综合调查表明， 小麦和玉米的氮肥平均施用量分别为 达到了210kg/ha(Chen et al.,2014,Nature)， 这一数据已经远远高于朱兆良等提出的我 国主要粮食作物适宜氮肥用量应为150180kg/ha的水平。 目前肥料投入过量现象仍然存 在， 不但氮磷施用严重超量， 而且氮磷钾。
9、肥料投入量严重不平衡， 如山东地区小麦玉米轮 作体系氮磷钾投入量分别为673、 244和98kg/ha， 显然， 这一结果又比20世纪90年代的施肥 量上升了一个较高水平。 肥料过量与不合理施用不仅不能进一步提高产量， 还造成肥料资 源浪费， 并影响到生态环境安全。 0004 传统的小麦推荐施肥方法多从目标产量角度考虑， 目标产量推荐施肥方法又包含 养分平衡法和地力差减法， 养分平衡法的缺点是不能直接计算出 “土壤供肥量” ， 通常要通 过试验， 取得 “校正系数” 加以调整， 而地力差减法空白田产量不能预先获得， 给推广带来了 困难， 这些传统的目标产量法一般仅考虑肥料的投入而很少考虑其对环。
10、境风险的影响。 但 随着信息技术及模型技术的进步， 一系列作物模型不断应用到农业研究中， 通过提供相应 的气象、 土壤和作物参数， 适用性的过程模型(如APSIM、 EPIC等)可模拟预测点位或区域上 不同农田管理模式下的作物生长过程、 土壤供肥能力和作物养分吸收能力， 从而避免单一 或少量数据点获得养分吸收数据指导施肥的滞后或偏差。 然而， 受到数据来源和模型适用 性的限制， 当前利用模型模拟技术优化作物全生育期合理施肥的方法仍不常见。 0005 因此， 如何利用模型模拟技术按照小麦不同生育时期科学合理地分配氮肥， 是本 领域当前希望解决的实际问题， 急需按照基于模型的估算， 考虑土壤、 气。
11、象条件， 兼顾农学 效益与环境效益， 提出合理的施肥模式。 发明内容 0006 本发明的目的在于提供一种冬小麦合理施肥方法。 该方法在考虑土壤和气象条件 的基础上， 兼顾农学效应、 产量效益和环境效益， 结合APSIM模型模拟作物养分吸收参数， 估 算最大潜在产量， 配以化学肥料、 缓控释肥料与有机肥的施用以及秸秆还田， 从而不但确保 冬小麦高产， 而且还能降低养分淋失风险、 减少温室气体排放、 改善土壤质量等。 0007 本发明的技术方案为： 0008 一种冬小麦施肥方法， 其步骤包括： 说 明 书 1/6 页 3 CN 108633424 A 3 0009 1)收集目标区域的土壤、 气象、。
12、 管理措施数据。 土壤数据主要包括不同土壤层次土 壤饱和水含量、 萎焉含水量、 硝态氮铵态氮、 有机碳、 速效磷、 pH值， 气象数据需要近10年的 逐日降雨量、 最高气温、 最低气温、 太阳辐射数据， 管理措施数据包括小麦的播种收获信息、 施肥信息等。 0010 2)将收集到的数据输入到APSIM模型中进行模拟， 并用小麦近5年的实测产量进行 模型的率定和验证， 获取模型参数。 0011 3)在上一步的基础上， 进行情景模拟， 确定最大潜在目标产量， 将最大潜在目标产 量的80作为目标区域推荐施肥的目标产量。 若不能获取目标区域的土壤、 气象信息， 可以 采用田间试验数据， 取试验中产量最高。
13、的处理， 通常为NPK全施小区产量， 作为目标产量。 0012 4)根据上一步模型确定的目标区域的目标产量， 计算目标区域冬小麦作物的氮农 学效率； 再根据氮农学效率推测该目标区域的氮肥用量； 0013 5)根据该目标区域的氮肥用量确定该目标区域有机肥和化肥的用量及种类； 0014 6)根据步骤3)情景模拟结果， 即保证充分的水分和养分供应条件下的APSIM模型 模拟结果， 再根据逐日的作物吸氮量， 绘制小麦全生育期的氮素吸收曲线， 并结合小麦的生 育时期计算不同生育阶段的需氮量， 并根据步骤5)的分配结果， 通过设置不同的基追肥比 例采用APSIM模型进行情景模拟， 确定最佳的基施氮肥和追施。
14、氮肥的比例分配及氮肥种类。 0015 进一步的， 推测该目标区域的氮肥用量的方法为： 所述氮农学效率(目标产量- 减氮小区产量)/施氮量； 然后通过公式Yt0.0117X2+0.0652X-0.492计算为氮肥产量反应 Yt， X为氮农学效率， 然后通过公式Fert77.012*ln(Yt)+122.94计算该目标区域的单位面 积氮肥用量Fert； 然后根据该目标区域的单位面积氮肥用量Fert推测该目标区域的氮肥用 量。 0016 进一步的， 所述步骤5)中， 确定的该目标区域有机肥和化肥的用量及种类为： 氮肥 总量按照速效氮50、 缓释氮肥20和有机肥氮30分配； 比例浮动范围不超过5。 0。
15、017 进一步的， 基施氮肥和追施氮肥按70和30的比例分配。 0018 进一步的， 所述基施氮肥占氮肥总量的比例分配为30有机肥氮、 20缓释肥基 施、 20速效氮肥。 0019 进一步的， 根据APSIM模型模拟的作物需肥规律， 确定最佳追肥施肥期， 并所述追 施氮肥分别在返青期和孕穗期进行追肥， 其比例为1:1。 0020 进一步的， 所述步骤5)中， 有机肥氮占氮肥总量的比例为30。 0021 进一步的， 对该目标区域补充磷肥， 其方法为： 采用APSIM模型得到该目标区域的 冬小麦潜在产量， 再根据APSIM模型得到该目标区域达到所述目标产量对应的磷肥施肥量， 确定该目标区域需补充的。
16、磷肥并将其作为基肥一次性施入。 0022 进一步的， 对该目标区域补充钾肥， 其方法为： 根据APSIM模型计算的目标产量对 应的钾肥施用量， 确定出该目标区域需补充的钾肥并将其作为基肥一次性施入。 0023 进一步的， 对该目标区域50玉米秸秆切碎加上秸秆腐熟菌剂还田， 翻埋10- 20cm。 0024 进一步的， 所述基肥肥料播前旋耕翻入土壤。 0025 与现有技术相比， 本发明的积极效果为： 0026 1)与作物模型的结合。 本方法应用了作物模型， 考虑了土壤和气象条件， 兼顾了农 说 明 书 2/6 页 4 CN 108633424 A 4 学效应、 产量效益和环境效益， 利用APSI。
17、M确定目标产量， 根据养分吸收曲线， 确定基肥、 追 肥的比例， 以及最佳追肥期； 0027 2)氮肥的施用考虑了农学利用效率和产量反应， 并根据大量田间试验提出了计算 公式； 0028 3)配以缓控释肥和有机肥的施用， 从而根据小麦对养分的吸收规律进行养分的释 放， 不仅确保冬小麦高产， 而且还能降低养分淋失风险、 减少温室气体排放、 改善土壤质量、 提高微生物活性； 0029 4)为方便操作， 磷肥和钾肥的推荐采用了五等级的推荐施肥方法。 附图说明 0030 图1为本发明的方法流程图。 具体实施方式 0031 现通过以下具体实施示例对本发明做进一步的说明， 但并不是据此对本发明保护 范围加。
18、以限制。 0032 本发明提供的具体方法如图1所示， 其包括步骤为： 0033 1)收集目标区域的土壤、 气象、 作物品种、 管理措施数据。 土壤数据主要包括不同 土壤层次土壤饱和水含量、 萎焉含水量、 硝态氮铵态氮、 有机碳、 速效磷、 pH值， 气象数据需 要近10年的逐日降雨量、 最高气温、 最低气温、 太阳辐射数据， 管理措施数据包括小麦的播 种收获信息、 施肥信息等。 0034 2)将收集到的数据输入到APSIM模型中进行模拟， 并用实际产量进行率定和验证 模型， 获取模型参数。 0035 3)在上一步的基础上， 进行情景模拟， 确定最大潜在目标产量， 将最大潜在目标产 量的80作为。
19、目标区域推荐施肥的目标产量。 若不能获取目标区域的土壤、 气象信息， 可以 采用田间试验数据， 取试验中产量最高的处理， 通常为NPK全施小区产量， 作为目标产量。 0036 4)在考虑产量反应和农学效率原理的基础上， 推测该目标区域的氮肥使用量。 首 先计算该目标区域冬小麦作物的农学效率， 氮(N)的农学效率(目标产量-减氮小区产 量)/施氮量， 农学效率来自于田间试验数据； 其次再依据农学效率估算该目标区域的氮肥 产量反应； 最后基于产量反应估算氮肥使用量。 基于大量试验数据推导出氮肥产量反应与 农学效率的公式如下： 0037 Yt0.0117*X2+0.0652*X-0.492 (公式1。
20、) 0038 其中Yt为氮肥产量反应(单位为： t/ha)， X为氮素农学效率(单位为： kg/kg)， 农学 效率是单位养分吸收作物产量的增量； 0039 在氮素产量反应的基础上， 推测氮肥施肥量， 公式如下： 0040 Fert77.012*ln(Yt)+122.94 (公式2) 0041 其中Fert为单位面积氮肥推荐量(单位： 公斤/公顷)， Yt为氮肥产量反应。 0042 例如： 冬小麦确定目标产量10000kg/ha下的农学效率为16kg/kg， 通过公式1计算 出产量反应为3.5464， 将产量反应代入公式2中， 估算出氮肥推荐量为220kg/ha。 0043 5)在确定推荐养分。
21、用量下， 对氮肥用量按照有机肥和化肥进行分配。 说 明 书 3/6 页 5 CN 108633424 A 5 0044 基于大量的有机肥替代化学氮素对作物产量影响的试验结果见表1， 有机肥替代 化肥最佳比例为30， 即有机肥氮30， 化肥氮70。 对有机肥种类， 为避免抗生素、 重金属 引起的二次污染， 尽量不使用畜禽粪肥而采用合格的商品有机肥； 若采用畜禽粪肥， 需要检 测合格后方可施用。 有机替代有利于增加微生物的活性， 改善土壤物理结构， 提高土壤肥力 水平。 0045 采用氮肥有机替代技术， 比习惯施肥增产16.7， 可减施化学氮肥44， 氮肥利用 率提高26.2个百分点。 0046 。
22、表1华北冬小麦氮肥有机替代技术效果 0047 0048 如： 第一步中估算出的氮肥用量为220kg/ha， 则有机肥氮折合纯氮66kg/ha， 化肥 氮折合纯氮154kg/ha。 0049 6)氮肥类型及其基追肥比例分配 0050 氮肥总量按照速效氮肥50、 缓释氮肥(90d)20、 有机肥30进行分配， 基施氮 肥和追施氮肥按70和30的比例分配， 基肥播前撒施并旋耕。 0051 基施氮肥： 30有机肥氮、 20缓控释肥料(90d)基施、 20的速效氮肥作为基肥 施入， 总计比例为70。 0052 追施氮肥： 30速效氮肥作为追肥， 分别在返青期和孕穗期进行追肥， 其比例为1: 1。 005。
23、3 施用缓释氮肥会使土壤脲酶活性降低， 对土壤中微生物数量增加也有促进作用， 有利于土壤微生物活性提高， 并能够促进种群数量增加。 缓释氮肥处理土壤细菌shannon指 数显著大于尿素施肥处理。 如表2， 基于试验结果显示， 冬小麦采用根区缓控释肥技术， 比习 惯施肥增产17.2， 可减施化学氮肥30， 氮肥利用率提高8个百分点。 0054 表2根区施氮/缓控释肥试验结果 说 明 书 4/6 页 6 CN 108633424 A 6 0055 0056 例如： 根据上一步计算出的氮肥总用量为220kg/ha， 其中速效氮肥用量110kg/ha， 缓释氮肥44kg/ha， 有机肥66kg/ha。。
24、 基施氮肥量为： 速效氮肥用量44kg/ha， 缓释氮肥44kg/ ha， 有机肥66kg/ha； 追施氮肥量为： 两次速效氮肥用量分别为33kg/ha， 分别在苗期和拔节 期进行追肥。 0057 7)补充磷肥 0058 为便于操作， 根据土壤速效磷(P2O5)含量将土壤肥力水平划分5个等级， 分别为高 肥力(40mg/kg)、 较高肥力(20-40mg/kg)、 中肥力(10-20mg/kg)、 较低肥力(5-10mg/kg)、 低 肥力( 0.065)、 较高肥力(0.065-0.089)、 中肥力(0.089-0.113)、 较低肥力(0.113-0.141mg/kg)、 低肥力(200。
25、mg/kg)、 较高肥力(150-200mg/kg)、 中肥力(100-150mg/kg)、 较低肥力(50-100mg/ kg)、 低肥力(0.051)、 较高肥力(0.051-0.070)、 中肥力(0.070-0.089)、 较低肥力 (0.089-0.117mg/kg)、 低肥力(0.144)。 用户根据不同钾素肥力水平下的不同的目标产量， 选取冬小麦的施钾量即可。 钾肥作为基肥一次性施入。 施肥量详细见表4： 0064 表4不同肥力水平的不同目标产量推荐施钾量 说 明 书 5/6 页 7 CN 108633424 A 7 0065 0066 0067 例如： 目标产量为10t/ha，。
26、 在较高肥力水平下， 在秸秆还田量在60以上条件下， 钾肥用量不超过53kg/ha。 钾肥作为基肥一次性施入。 0068 9)秸秆还田 0069 使用方法为： 50玉米秸秆切碎加上秸秆腐熟菌剂还田， 翻埋10-20cm。 0070 基于试验结果显示， 冬小麦采用秸秆还田调氮技术， 比习惯施肥增产22.4， 可减 施化学氮肥20， 氮肥利用率提高10个百分点(表5)。 0071 表5秸秆还田调氮示范结果 0072 0073 以上实施仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制， 本领域的普通技术人 员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离本发明的精神和范围， 本发 明的保护范围应以权利要求书所述为准。 说 明 书 6/6 页 8 CN 108633424 A 8 图1 说 明 书 附 图 1/1 页 9 CN 108633424 A 9 。