生态平衡施肥理论与通用测土配方施肥专家系统开发应用 侯彦...

1、 生态平衡施肥理论生态平衡施肥理论与通用测土配方施肥专家系统开发应用与通用测土配方施肥专家系统开发应用 侯彦林侯彦林 手机手QQ757296852 中国科学院研究生院中国科学院研究生院 2002008 8年年1 11 1月月1313日日 内容内容一、一、 概述概述二、二、 施肥模型综述施肥模型综述三、三、 生态平衡施肥理论和专家系统生态平衡施肥理论和专家系统 （重点介绍（重点介绍“通用施肥模型通用施肥模型”）一、一、 概述概述 我们的研究结果表明：在中国，平衡施肥技术推我们的研究结果表明：在中国，平衡施肥技术推广主要受除经费外的三方面因素的制约：广主要受除经费外的三方

2、面因素的制约：精确施肥至少取决于五方面因素：精确施肥至少取决于五方面因素：一：是施肥模型的科学性：一：是施肥模型的科学性：至少理论上应该比较严谨和系统；至少理论上应该比较严谨和系统；二：是施肥参数的易得性和稳定性：二：是施肥参数的易得性和稳定性：至少在县级尺度上容易通过简单的田至少在县级尺度上容易通过简单的田 间试验和测土而获得，并在时间和空间上具有相对稳定性、样本数量间试验和测土而获得，并在时间和空间上具有相对稳定性、样本数量 具有可统计性；具有可统计性；三：是施肥参数尺度转换方法：三：是施肥参数尺度转换方法：即大量的地块测定数据如何通过空间插值即大量的地块测定数据如何通过空间插值 而形成土

3、壤养分空间分布图（形成面上数据）；大量的田间试验可以而形成土壤养分空间分布图（形成面上数据）；大量的田间试验可以 通过统计而获得区域施肥量参数；通过统计而获得区域施肥量参数；四：是土壤有效养分测定方法：四：是土壤有效养分测定方法：国内外经验表明，任何化学方法测定的土国内外经验表明，任何化学方法测定的土 壤养分数据都是相对值，只要指标与产量具有一定的相关关系，只要壤养分数据都是相对值，只要指标与产量具有一定的相关关系，只要 长期积累数据和具有长期定位试验的多年多点数据，都可以建立适合长期积累数据和具有长期定位试验的多年多点数据，都可以建立适合 当地的经验土壤养分指标体系；当地的经验土壤养分指标体

4、系；五：是田间具体施肥技术：五：是田间具体施肥技术：3S3S技术等应用在精确施肥上是目前国内外研究技术等应用在精确施肥上是目前国内外研究 之重点，但是关于施肥理论研究不够，限制了精确施肥技术的应用；之重点，但是关于施肥理论研究不够，限制了精确施肥技术的应用； 同时，肥效的发挥与基种追肥比例分配、施肥具体方法（条施、穴施同时，肥效的发挥与基种追肥比例分配、施肥具体方法（条施、穴施 、全层施；深浅；与水分管理的关系；人工或机械施；肥料形态；追、全层施；深浅；与水分管理的关系；人工或机械施；肥料形态；追 肥时天气和作物长势等）等有关。肥时天气和作物长势等）等有关。 施肥专家系统软件是当前全国测土配方

5、施肥工作中的核施肥专家系统软件是当前全国测土配方施肥工作中的核心技术之一。心技术之一。 测土配方施肥工作主要取得三方面信息或数据：一是肥测土配方施肥工作主要取得三方面信息或数据：一是肥料田间试验数据，二是大量的测土数据，三是专家经验的总料田间试验数据，二是大量的测土数据，三是专家经验的总结和访问、调查数据。结和访问、调查数据。 如何利用这三部分数据为三类用户服务是关键。第一类如何利用这三部分数据为三类用户服务是关键。第一类用户是测土地块的农户，一定要交给他们施肥建议卡；第二用户是测土地块的农户，一定要交给他们施肥建议卡；第二类用户是复（混）合肥厂，他们需要区域性的配方；第三类类用户是复（混）合

6、肥厂，他们需要区域性的配方；第三类用户是直接销售给农户肥料的销售商，他们是将技术传递给用户是直接销售给农户肥料的销售商，他们是将技术传递给农户的桥梁，并将成为今后技术推广的主角。农户的桥梁，并将成为今后技术推广的主角。 这中间就出现一个难题，即如何利用三类数据为三类用这中间就出现一个难题，即如何利用三类数据为三类用户有效地准确无误地及时地服务？其核心技术是施肥模型的户有效地准确无误地及时地服务？其核心技术是施肥模型的选择和施肥指标体系的确定，由于到目前为止所有的施肥理选择和施肥指标体系的确定，由于到目前为止所有的施肥理论和方法都或多或少地存在问题，使这一转化至尽都做得不论和方法都或多或少地存在

7、问题，使这一转化至尽都做得不是那么令人满意，造成至尽全国也没有通用性的施肥软件，是那么令人满意，造成至尽全国也没有通用性的施肥软件，给用户带来了困惑和不便。我们的研究表明，以生态平衡施给用户带来了困惑和不便。我们的研究表明，以生态平衡施肥模型（通用施肥模型）及其特征参数为基础研制的施肥专肥模型（通用施肥模型）及其特征参数为基础研制的施肥专家系统软件能够有效地解决这一难题。家系统软件能够有效地解决这一难题。 生态平衡施肥体系生态平衡施肥体系 生态平衡施肥体系：生态平衡施肥体系：6 6部分是个有机的整体部分是个有机的整体3 3 我理解的测土配方施肥我理解的测土配方施肥 （俗了点但很科普）（俗了点但

8、很科普） 就象做裤子的商人一样本想就象做裤子的商人一样本想“量体裁衣量体裁衣”的，可的，可是社会上的人太多（地块太多了），都定做是不可是社会上的人太多（地块太多了），都定做是不可能的，只能有一部分人定做（测土的），一部分人能的，只能有一部分人定做（测土的），一部分人买成品裤（区域配方或不测土配方）。买成品裤（区域配方或不测土配方）。 销售量最多的裤子是中等身材（中等产量的地块销售量最多的裤子是中等身材（中等产量的地块占多数）的，然后是矮个平均身材（低产平均产量占多数）的，然后是矮个平均身材（低产平均产量）的和高个平均身材（高产平均产量）的，配方施）的和高个平均身材（高产平均产量）的，配方施肥在

9、县级的主要服务对象是这肥在县级的主要服务对象是这3 3类肥力的地块。类肥力的地块。如何满足每一个人对裤子的需求那（如何配方）？如何满足每一个人对裤子的需求那（如何配方）？4 4 测土配方施肥工作总括（测土配方施肥工作总括（4 4个个3 3） （第（第1 1个个3 3）3 3项基本任务：项基本任务：1 1上上2 2下。下。（1 1）按规范上交工作汇报和各种数据（）按规范上交工作汇报和各种数据（ 电子的和纸质的）；电子的和纸质的）；（2 2）对农户测土和不测土都必须打卡；）对农户测土和不测土都必须打卡；（3 3）对农户广泛进行宣传包括样板田展）对农户广泛进行宣传包括样板田展 示。示。真正的广告是写

10、在大地上的广告！真正的广告是写在大地上的广告！-样板田样板田真正的施肥卡也是写在大地上的！真正的施肥卡也是写在大地上的！-用户口碑用户口碑 （第（第2 2个个3 3）3 3类数据：类数据：2 2硬硬1 1软。软。（1 1）田间试验数据：配方的主要依据；）田间试验数据：配方的主要依据； （2 2）测土数据：配方的辅助数据，前）测土数据：配方的辅助数据，前2 2 类数据属于硬数据；类数据属于硬数据；（3 3）软数据：专家经验、调查数据和访）软数据：专家经验、调查数据和访 问农户的数据，这类数据同等重要问农户的数据，这类数据同等重要 。不容忽视！。不容忽视！ 专家经验是人脑的总结、提高、升华后专家经

11、验是人脑的总结、提高、升华后的宏观数据，代表性强！的宏观数据，代表性强！ （第（第3 3个个3 3）3 3类用户：类用户：2 2微微1 1宏。宏。（1 1）农户：按地块微观指导；）农户：按地块微观指导； （2 2）售肥门市部：未来是主角；）售肥门市部：未来是主角；（3 3）区域配方：复合肥厂、）区域配方：复合肥厂、BBBB肥，宏观肥，宏观 配方指导。配方指导。 （第（第4 4个个3 3）3 3类软件：类软件：2 2免免1 1选。选。（1 1）1111个表的数据录入软件：单机免费；个表的数据录入软件：单机免费； （2 2）GISGIS耕地质量评价软件：免费；耕地质量评价软件：免费； （3 3）推

12、荐施肥软件：自主研制、购买，不统）推荐施肥软件：自主研制、购买，不统 一规定和不免费提供一规定和不免费提供 以大量的试验为主以大量的试验为主 * * 以大量的测土为辅以大量的测土为辅区域的区域的/ /地块的配方地块的配方 单质的单质的/ /复合肥配方复合肥配方 常见施肥模型的综合评述常见施肥模型的综合评述 3 3类类6 6法法+ +经验法经验法+ +综合法综合法+ +通用法通用法= 9= 9种方法种方法测土法：基本方法测土法：基本方法 （测土法（测土法+ +函数法）函数法） 典型的典型的6 6种方法种方法+ +综合法综合法函数法：基本方法函数法：基本方法 经验法经验法+ +通用法通用法诊断法：

13、辅助方法诊断法：辅助方法二、二、 施肥模型综述施肥模型综述1 1 地力分区（或级）配方法地力分区（或级）配方法 该方法在当前具有大量数据基础上，应该使用该方法在当前具有大量数据基础上，应该使用区域多点土壤养分测试数据进行分析和分区，也可区域多点土壤养分测试数据进行分析和分区，也可利用利用GISGIS方法形成养分分区图，然后按区提供配方或方法形成养分分区图，然后按区提供配方或提供给配肥厂配方，提供给配肥厂配方，该方法作为确定区域施肥量的该方法作为确定区域施肥量的方法可继续使用方法可继续使用，并给原来半定量或定性的描述赋，并给原来半定量或定性的描述赋予了定量化的内涵，其应用前提是具有大量区域性予了

14、定量化的内涵，其应用前提是具有大量区域性土壤测试值。土壤测试值。2 2 目标产量法目标产量法 该方法主要根据作物产量带走的养分量和土壤该方法主要根据作物产量带走的养分量和土壤养分供应量之差来求算施肥量，主要施肥参数为土养分供应量之差来求算施肥量，主要施肥参数为土壤养分表观利用率和肥料利用率。它与地力差减法壤养分表观利用率和肥料利用率。它与地力差减法属一类，模型正确，属一类，模型正确，参数不稳定或假设错误，现在参数不稳定或假设错误，现在实际工作中基本被抛弃或很少使用。实际工作中基本被抛弃或很少使用。 目标产量配方法：是根据作物产量的构成，由土壤和肥料二个方面供给目标产量配方法：是根据作物产量的构

15、成，由土壤和肥料二个方面供给养分的原理来计算肥料的施用量。目前已经发展成为两种方法。养分的原理来计算肥料的施用量。目前已经发展成为两种方法。 养分平衡法：以土壤养分测定值来计算土壤供肥量，肥料需要量计算公养分平衡法：以土壤养分测定值来计算土壤供肥量，肥料需要量计算公式为，肥料需要量（式为，肥料需要量（kg/kg/亩）亩）=（作物单位产量养分吸收量（作物单位产量养分吸收量kg/kgkg/kg目标产量目标产量kg/kg/亩亩 ）- -（土壤有效养分的测定值（土壤有效养分的测定值mg/kgmg/kg0.150.15土壤养分利用率土壤养分利用率% %（校正（校正系数系数% %） 肥料中养分含量肥料中养

16、分含量% %肥料当季利用率肥料当季利用率% %。0.150.15是取每亩地是取每亩地0-200-20cmcm土壤平均重量为土壤平均重量为1515万公斤而求得的换算系数。万公斤而求得的换算系数。 这一方法的优点是概念清晰，容易掌握。缺点是由于土壤具有缓冲性能，这一方法的优点是概念清晰，容易掌握。缺点是由于土壤具有缓冲性能，土壤养分处于动态平衡，因此，测定值是一个相对量，不能直接计算出土壤养分处于动态平衡，因此，测定值是一个相对量，不能直接计算出“土土壤供应量壤供应量”，通常要通过田间试验，取得，通常要通过田间试验，取得“校正系数校正系数”加以调整，而校正系加以调整，而校正系数变异大，难搞准确。数

17、变异大，难搞准确。3 3 地力差减法地力差减法 该方法利用空白区试验或缺素区试验估算土壤该方法利用空白区试验或缺素区试验估算土壤养分供应量，再利用肥料利用率求算施肥量，是目养分供应量，再利用肥料利用率求算施肥量，是目标产量法的一种变换表示方式，以空白区产量或缺标产量法的一种变换表示方式，以空白区产量或缺素区产量代替土壤养分供应量。实际上素区产量代替土壤养分供应量。实际上使用空白区使用空白区或缺素区土壤养分提供量去代替正常施肥区的土壤或缺素区土壤养分提供量去代替正常施肥区的土壤养分提供量，仅此一点，就足以使该方法在理论上养分提供量，仅此一点，就足以使该方法在理论上被否定。被否定。 地力差减法：不

18、施肥的产量为空白产量，它所吸收的养地力差减法：不施肥的产量为空白产量，它所吸收的养分全部来自土壤，因此，肥料需要量（分全部来自土壤，因此，肥料需要量（kg/kg/亩）亩）=（作物单位（作物单位产量养分吸收量产量养分吸收量kg/kgkg/kg（目标产量目标产量kg/kg/亩亩 空白产量空白产量kg/kg/亩亩） 肥料中养分含量肥料中养分含量% %肥料当季利用率肥料当季利用率% %。 该方法的优点是不需要进行土壤测试，避免了养分平衡法该方法的优点是不需要进行土壤测试，避免了养分平衡法的缺点。但空白产量不能预先获得，给推广带来困难；同时的缺点。但空白产量不能预先获得，给推广带来困难；同时空白产量是构

19、成产量诸多、因素的综合反映，无法表达若干空白产量是构成产量诸多、因素的综合反映，无法表达若干营养元素的丰缺状况，只能以作物吸收量来计算施肥量；不营养元素的丰缺状况，只能以作物吸收量来计算施肥量；不施肥时土壤供肥量和施肥时土壤供肥量不是一回事，至少有施肥时土壤供肥量和施肥时土壤供肥量不是一回事，至少有5%-8%5%-8%的误差。的误差。 目标产量施肥模型弊端分析：目标产量施肥模型弊端分析： input=（output-2.25Tnksoil）kfer 1但，但， ksoil= f ( 施肥量施肥量, 土壤养分含量土壤养分含量, ) 2 kfer= f ( 施肥量施肥量, 土壤养分含量土壤养分含量

20、, ) 3 土壤有效养分和肥料养分利用率是相互影土壤有效养分和肥料养分利用率是相互影 响的变量；响的变量； 参数的求得建立在缺素区土壤有效养分供参数的求得建立在缺素区土壤有效养分供 应量基础上，而应量基础上，而 缺素区和施肥区土壤有效缺素区和施肥区土壤有效 养分供应量明显有别（养分供应量明显有别（5%-8%）；）； 没有考虑到土壤有效养分平衡或变化；没有考虑到土壤有效养分平衡或变化； 如：空白试验春季土壤有效磷含量如：空白试验春季土壤有效磷含量1010ppmppm, , 秋季剩余秋季剩余5 5个个ppmppm, , 玉米产量玉米产量300300公斤，公斤， 百公斤玉米子粒需要磷百公斤玉米子粒需

21、要磷1 1公斤，公斤， 则玉米带走则玉米带走3 3公斤公斤/ /亩五氧化二磷，亩五氧化二磷， 表层土壤提供表层土壤提供0.150.15* *(10-5)=0.75(10-5)=0.75公斤公斤/ /亩亩，则，则3-0.75=2.253-0.75=2.25公斤公斤/ /亩来自于表层无效磷的亩来自于表层无效磷的释放和表层以下有效磷的提供。释放和表层以下有效磷的提供。 但按表层计算但按表层计算P%=200%P%=200%。（3 / 1 .5 = 2 3 / 1 .5 = 2 ）4 4 效应函数法效应函数法 该方法主要用于描述肥料田间试验结果所反映该方法主要用于描述肥料田间试验结果所反映的施肥量与产量

22、之间的规律并用函数表示，主要用的施肥量与产量之间的规律并用函数表示，主要用于筛选于筛选最佳产量和最佳施肥量最佳产量和最佳施肥量。它是描述试验结果。它是描述试验结果的统计模型，永远不能被抛弃，但测土后的数值无的统计模型，永远不能被抛弃，但测土后的数值无法纳入模型中，所以法纳入模型中，所以不能按地块推荐施肥不能按地块推荐施肥。 output =a+binput+c(input )2 4 非典型函数关系占非典型函数关系占50%左右，存在试验周期长左右，存在试验周期长, 年份间重复性差年份间重复性差, 试验工作量大，预测施肥量误差偏试验工作量大，预测施肥量误差偏大等弊端。大等弊端。没有直接的土壤和肥料

23、因素；没有直接的土壤和肥料因素；5 5 丰缺指标法丰缺指标法 该方法也是建立在生物统计基础上，一旦确立该方法也是建立在生物统计基础上，一旦确立了区域性的土壤养分丰缺指标，就可以根据土壤测了区域性的土壤养分丰缺指标，就可以根据土壤测试结果按地块判断养分的丰缺进而给出施肥建议。试结果按地块判断养分的丰缺进而给出施肥建议。它是目前它是目前最安全的半定量方法最安全的半定量方法，目前多使用。丰缺，目前多使用。丰缺指标法指标法应该按作物和产量划分应该按作物和产量划分，使其成为动态的指，使其成为动态的指标将更为科学。标将更为科学。6 6 氮、磷、钾比例法氮、磷、钾比例法 由于土壤氮供应量不易测准，这个方法是

24、根据由于土壤氮供应量不易测准，这个方法是根据作物体内磷或钾的含量而间接推断氮或其他养分的作物体内磷或钾的含量而间接推断氮或其他养分的需要量，这在需要量，这在道理上都很勉强道理上都很勉强。 7 7 经验模型经验模型 经验模型是根据施肥区多年积累的各方面数据经验模型是根据施肥区多年积累的各方面数据而建立起的经验模型，而建立起的经验模型，其他地区难以直接引用方法其他地区难以直接引用方法和参数和参数。如：如：* * 长期试验的经验公式：可用（国外比较多）长期试验的经验公式：可用（国外比较多） * * 样地的例子：当地可用的方法样地的例子：当地可用的方法* * 以产定肥：以产定肥：Y=AY=A* *K

25、K（K=1.05 K=1.05 或或 0.95 0.95） （错误的方法）（错误的方法）8 8 目标产量法与效应函数法结合的综合方法目标产量法与效应函数法结合的综合方法 该方法利用大量田间试验，通过统计分析建立目标产量该方法利用大量田间试验，通过统计分析建立目标产量、施肥量、土壤养分含量、土壤养分表观利用率、肥料利用、施肥量、土壤养分含量、土壤养分表观利用率、肥料利用率这五个变量之间的统计关系，使目标产量法微观指导功能率这五个变量之间的统计关系，使目标产量法微观指导功能与效应函数法宏观指导功能相结合，在模型中包含土壤养分与效应函数法宏观指导功能相结合，在模型中包含土壤养分项，因此可作为测土配方

26、施肥模型使用，其中肥料利用率和项，因此可作为测土配方施肥模型使用，其中肥料利用率和土壤养分表观利用率参数也是通过缺素区或空白区求得的，土壤养分表观利用率参数也是通过缺素区或空白区求得的，没有摆脱目标产量法的实质缺欠没有摆脱目标产量法的实质缺欠。或，或， log(optimal-output -output) = log(optimal-output)- ksoilTnkferinput 5 仍然使用目标产量模型参数。仍然使用目标产量模型参数。9 9 通用施肥模型通用施肥模型（优雅施软件的理论和方法基础）：（优雅施软件的理论和方法基础）： input=input=outputoutput- -

27、-（TnTn - -Tn+mTn+m）* *0.150.15该方法包含了：该方法包含了：“目标产量法目标产量法”（根据质量守恒推倒得出）；（根据质量守恒推倒得出）；“效应函数法效应函数法”（两个特征参数是根据肥料田间试验（两个特征参数是根据肥料田间试验和和 测土数据获得的，没有试验参数时可利用专家测土数据获得的，没有试验参数时可利用专家 提供的经验参数获得）；提供的经验参数获得）；丰缺指标法丰缺指标法”（丰缺指标随目标产量而变动，是函数）；（丰缺指标随目标产量而变动，是函数）；“地力分区（或级）配方法地力分区（或级）配方法”：当模型中使用区域当模型中使用区域土土 壤养分平均含量时又转变成壤养分

28、平均含量时又转变成“地力分区（或级地力分区（或级） 配方法配方法”，在具体确定参数时非常简易；，在具体确定参数时非常简易；“经验参数的定量模型经验参数的定量模型”：在缺少试验和土壤参数：在缺少试验和土壤参数条条 件下还可以使用专家经验参数或访问、调查数件下还可以使用专家经验参数或访问、调查数 据，从而简化成为据，从而简化成为“经验参数的定量模型经验参数的定量模型”。input=input=outputoutput- - -（TnTn - -Tn+mTn+m）* *0.150.15（1 1）综合考虑了）综合考虑了作物、土壤、肥料和环境四类因素作物、土壤、肥料和环境四类因素（综合的（综合的 观点、

29、生态的观点）观点、生态的观点）（2 2）原始指标充分利用）原始指标充分利用三类数据三类数据提供的信息（试验；测土；提供的信息（试验；测土； 经验、调查、访问数据）（经验、调查、访问数据）（数据挖掘方法）数据挖掘方法）（3 3）原始指标在基层）原始指标在基层极易获得和相对稳定极易获得和相对稳定（实用性原则）（实用性原则） （4 4）所有指标都通过）所有指标都通过模型模型方法统一连接起来方法统一连接起来（定量化）（定量化）（5 5）提供了施肥参数的）提供了施肥参数的统计方法或计算方法统计方法或计算方法（大概率）（大概率）（6 6）模型方法不能囊括的知识通过专家）模型方法不能囊括的知识通过专家知识库

30、知识库补充补充（复杂系（复杂系 统求解方法之一）统求解方法之一）（7 7）通过统计方法找出施肥模型的）通过统计方法找出施肥模型的特征参数特征参数（抓本质特征）（抓本质特征） 理论理论 方法方法 参数参数 结果结果 评价评价 问题问题三、三、 生态平衡施肥理论和专家系统生态平衡施肥理论和专家系统 （重点介绍（重点介绍“通用施肥模型通用施肥模型”）1 1 通用施肥模型理论和方法简介通用施肥模型理论和方法简介（1 1）模型推导）模型推导 （2 2）特征参数）特征参数（3 3）参数获得方法）参数获得方法 （4 4）模型功能）模型功能2 2 通用施肥模型指标体系简介通用施肥模型指标体系简介（1 1）施肥

31、指标体系的定义）施肥指标体系的定义 （2 2）通用施肥指标体系的内容）通用施肥指标体系的内容 （2-12-1）施肥参数的区划）施肥参数的区划 （2-22-2）施肥模式的命名）施肥模式的命名 （2-32-3）施肥指标体系所包括的参数）施肥指标体系所包括的参数3 3 通用施肥专家系统介绍（分别见通用施肥专家系统介绍（分别见3 3个培训教材）个培训教材） （1 1）网络软件）网络软件 （2 2）触屏软件）触屏软件 （3 3）手机软件）手机软件 生态平衡施肥模型基础生态平衡施肥模型基础 通用施肥模型是在没有假设条件下获得的，它建通用施肥模型是在没有假设条件下获得的，它建立在物质守恒定律基础上的，包括了

32、全部施肥变量立在物质守恒定律基础上的，包括了全部施肥变量的通用、定量、机理施肥模型，它不是经验模型而的通用、定量、机理施肥模型，它不是经验模型而是施肥系统客观存在的是施肥系统客观存在的“模型模型”，它可用于定量描，它可用于定量描述任何施肥系统中任何条件下有效养分转化规律，述任何施肥系统中任何条件下有效养分转化规律，在函数表达方式上是通用的，但不同区域、不同作在函数表达方式上是通用的，但不同区域、不同作物、不同施肥量的施肥参数不同。物、不同施肥量的施肥参数不同。1 1 通用施肥模型理论和方法简介通用施肥模型理论和方法简介 将耕层作为施肥系统将耕层作为施肥系统, 设：设：tn时刻（季前）有效养分含

33、量（时刻（季前）有效养分含量（kg.ha-1）为：）为：1在在(tn -tn+m)时间里，时间里， 施肥系统非有效养分转化为有效养分数量为：施肥系统非有效养分转化为有效养分数量为： 2 耕层以下被作物吸收的养分数量为：耕层以下被作物吸收的养分数量为： 3 施肥总量为：施肥总量为： 4 降水、灌溉和干尘降携带的有效养分数量为：降水、灌溉和干尘降携带的有效养分数量为： 5 生物从空气中固定的养分（生物从空气中固定的养分（N）数量为：数量为： 6 种子携带养分数量为：种子携带养分数量为： 7 （1 1）模型推导：）模型推导： tn+m时刻（季后）有效养分含量为：时刻（季后）有效养分含量为： 8 在在

34、(tn-tn+m)时间里，时间里， 有效养分无效化数量（固定）为：有效养分无效化数量（固定）为： 9 有效养分交换到耕层下的数量为：有效养分交换到耕层下的数量为： 10 作物（生物）产量养分含量为：作物（生物）产量养分含量为： 11 有效养分挥发数量为：有效养分挥发数量为： 12 施肥系统有效养分来源与去向转移矩阵施肥系统有效养分来源与去向转移矩阵 8 9 10 11 12 1 1-8 1-9 1-10 1-11 1-12 2 2-8 2-9 2-10 2-11 2-12 3 3-8 3-9 3-10 3-11 3-12 4 4-8 4-9 4-10 4-11 4-12 5 5-8 5-9 5

35、-10 5-11 5-12 6 6-8 6-9 6-10 6-11 6-12 7 7-8 7-9 7-10 7-11 7-12 根据有效养分转化关系和质量守恒定律获得方程根据有效养分转化关系和质量守恒定律获得方程6，即，即“通用施肥模型通用施肥模型”。 1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 =8 +9+10 +11 +12 6 设：设：1=n , 8=n+m ，4 =input, 11=output, =2+3+5+6+7-9-10-12 即，即，=矿化或释放的矿化或释放的+下层参与养分循环的下层参与养分循环的+水分携的水分携的+生物从空气中固定的生物从空气中固定的+ 种子携带的种子携带的-

36、固定的固定的-渗漏的渗漏的-挥发的（挥发的（有效养分）有效养分） 则，则， input=output - -（n -n+m） 7 即，施肥量即，施肥量=作物产量需要的养分量作物产量需要的养分量-季节性有效养分平季节性有效养分平 衡特征参数衡特征参数-（季前耕层土壤有效养分含量（季前耕层土壤有效养分含量 -季后耕层土壤有效养分含量）季后耕层土壤有效养分含量） 8 如：如： 400公斤小麦，公斤小麦，2.5N公斤公斤/100公斤公斤宁夏小麦：宁夏小麦：14=10-14=10-，=10-14=-4=10-14=-4 如：如： 500公斤玉米，公斤玉米，2.0N公斤公斤/100公斤公斤黑土玉米：黑土玉

37、米：0=10-0=10-，=10-0=10=10-0=10 input=output-（Tn -Tn+m）*0.15 input=output-（Tn -Tn+m）*0.15 input=output-（Tn -Tn+m）*0.15 input=output-（Tn -Tn+m）*0.15 试验试验1 1：最佳产量最佳产量 最佳施最佳施N N、P P、K K 试验前土壤试验前土壤N N、P P、K K试验试验2 2：最佳产量最佳产量 最佳施最佳施N N、P P、K K 试验前土壤试验前土壤N N、P P、K K试验试验3 3：最佳产量最佳产量 最佳施最佳施N N、P P、K K 试验前土壤试验

38、前土壤N N、P P、K K试验试验n n：最佳产量最佳产量 最佳施最佳施N N、P P、K K 试验前土壤试验前土壤N N、P P、K K 模型表达方式：模型表达方式：简化式：简化式：input=output-（Tn -Tn+m）*0.15 ，便于应用，便于应用，复杂式：复杂式：如：如：input=output- （T Tn n -T -Tn+mn+m）* *0.150.15 和和 =2+3+5+6+7-9-10-12， 便于深入的理论研究。便于深入的理论研究。特征参数：特征参数： 难测变量总和，物理学意义明确，土壤净提供值；难测变量总和，物理学意义明确，土壤净提供值； 信息丰富，变异小，容

39、易获得，是绝对数值；信息丰富，变异小，容易获得，是绝对数值； 土壤养分供应量明确包括耕层非有效态养分矿化或释放量土壤养分供应量明确包括耕层非有效态养分矿化或释放量 和来自耕下层的有效养分量，而不涉及耕下层控制土层的和来自耕下层的有效养分量，而不涉及耕下层控制土层的 厚度。厚度。 Tn+m（n+m.15（亩）或（亩）或2.25（公顷）（公顷）* Tn+m ）:含义含义1：是季后或一年一季下季前土壤有效养分：是季后或一年一季下季前土壤有效养分含义含义2：在区域施肥模型中，：在区域施肥模型中，Tn+m是要想达到作物最是要想达到作物最 佳产量需要的养分含量佳产量需要的养分含量output的土壤有效养的

40、土壤有效养 分适宜含量下限值，可理解为低于此数值后分适宜含量下限值，可理解为低于此数值后，该养分将成为养分限制因素。，该养分将成为养分限制因素。 如产如产700公斤公斤/亩需要土壤有效磷亩需要土壤有效磷15ppm。 在施肥前，在施肥前， 如果当季耕层土壤有效养分含量如果当季耕层土壤有效养分含量TnTn+m，意味意味着土壤养分肥力超出了适宜含量着土壤养分肥力超出了适宜含量Tn+m下限状态，可以下限状态，可以减少或不施肥料，如许多地区不需施钾肥；减少或不施肥料，如许多地区不需施钾肥； 当当TnTn+m时，土壤需要培肥；时，土壤需要培肥； 当当Tn=Tn+m时，土壤养分肥力保持平衡，施肥只时，土壤养

41、分肥力保持平衡，施肥只需补充需补充output- 之差即可。之差即可。 input=output-（TnTn+m）*0.15 Tn+m是通过设置肥料田间试验，在取得某种作物是通过设置肥料田间试验，在取得某种作物最佳产量对应的试验区内，在收获后测土，并通过最佳产量对应的试验区内，在收获后测土，并通过多个试验结果统计获得。多个试验结果统计获得。 土壤肥力越高，作物产量也随之越高，所要求的土壤肥力越高，作物产量也随之越高，所要求的Tn+m值也相应提高。值也相应提高。 如将如将Tn 提高到超过提高到超过Tn+m水平后，将水平后，将增加肥料投入增加肥料投入成本，成本，增加面源污染可能性，增加面源污染可能

42、性，同时也增加元素间含同时也增加元素间含量不平衡所造成拮抗作用的可能性量不平衡所造成拮抗作用的可能性（如磷钙）。（如磷钙）。科学施肥首先是确定作物的科学施肥量，即施科学施肥首先是确定作物的科学施肥量，即施肥量（肥量（input）要有标准，它与要有标准，它与W有直接关系；有直接关系；同时土壤培肥也要有标准（同时土壤培肥也要有标准（Tn+m），），土壤养分肥土壤养分肥力的培肥标准并不是越高越好，而是不同养分之间力的培肥标准并不是越高越好，而是不同养分之间相互协调是重要的培肥标准。相互协调是重要的培肥标准。 参数获得方法：参数获得方法： 特征参数可以通过以往施肥试验特征参数可以通过以往施肥试验数据计

43、算获得，数据计算获得， 或或, 通过基于生态平衡施肥模型的通过基于生态平衡施肥模型的新的肥料田间试验数据获得（可不设新的肥料田间试验数据获得（可不设空白和测定收获后的空白和测定收获后的Tn+m）。）。 区域施肥模型能够描述一定区域某作物施肥特征区域施肥模型能够描述一定区域某作物施肥特征参数变化范围和共性，它忽略了地块的差异性；区参数变化范围和共性，它忽略了地块的差异性；区域施肥模型可以满足复合肥生产企业的需求。域施肥模型可以满足复合肥生产企业的需求。 地块施肥模型是针对每一地块的模型。它能够根地块施肥模型是针对每一地块的模型。它能够根据地块具体的土壤肥力状况据地块具体的土壤肥力状况(养分含量养

44、分含量)、当前施肥水当前施肥水平、产量潜力、生产条件、管理水平和不同年景等平、产量潜力、生产条件、管理水平和不同年景等调整特征参数。调整特征参数。模型功能：模型功能： 当把区域施肥模型的概念和参数引入到理论模型当把区域施肥模型的概念和参数引入到理论模型中，施肥参数便具有了统计学意义，于是施肥模型中，施肥参数便具有了统计学意义，于是施肥模型又具有了经验性，又具有了经验性，Tn+m相当于土壤养分丰缺指标，相当于土壤养分丰缺指标，input=output-（Tn -Tn+m）*0.15 因此，它具有肥料效应函数模型和测土施肥模型因此，它具有肥料效应函数模型和测土施肥模型的双重功能，也有效地实现了施肥

45、参数的微观和宏的双重功能，也有效地实现了施肥参数的微观和宏观的尺度转换。观的尺度转换。 生态平衡（通用）施肥模型生态平衡（通用）施肥模型= = 测土施肥模型的合理内核（遵循质量守恒定律）测土施肥模型的合理内核（遵循质量守恒定律） + +肥料效应函数模型的合理外壳（遵循生物统计学肥料效应函数模型的合理外壳（遵循生物统计学 规律和肥料报酬递减规律）规律和肥料报酬递减规律） + +土壤养分平衡土壤养分平衡( (可持续土地利用方式可持续土地利用方式) ) input=output-（TnTn+m）*0.15 不测土半定量施肥模型：不测土半定量施肥模型： input=output-（Tn -Tn+m）*

46、0.15如：公斤亩与如：公斤亩与n相对应，相对应， 则设则设Tn+mTn（ppm） 则只有将则只有将Tn+m定高情况，不可能定低，因为可能比定高情况，不可能定低，因为可能比n 低的含量也可能实现低的含量也可能实现Toutput，因此，这样的指标不可能造成，因此，这样的指标不可能造成减产。减产。 生态平衡施肥的模型转换关系生态平衡施肥的模型转换关系 （最大、经济、生态）（最大、经济、生态） 生态平衡施肥体系创新：生态平衡施肥体系创新：建立了生态平衡施肥体系，将农业施肥和建立了生态平衡施肥体系，将农业施肥和 肥料面源污染环境问题纳入统一系统考虑肥料面源污染环境问题纳入统一系统考虑发现通用施肥模型，

47、建立区域和地块施肥发现通用施肥模型，建立区域和地块施肥 模型的转换方法模型的转换方法首次研制出生态平衡施肥专家系统软件首次研制出生态平衡施肥专家系统软件 具体具体：模型具有微观和宏观双重功能模型具有微观和宏观双重功能 建立了区域和地块模型及其转换方法建立了区域和地块模型及其转换方法提出不测土半定量施肥的理论依据提出不测土半定量施肥的理论依据 阐明特征参数的生态学和经济学意义阐明特征参数的生态学和经济学意义以往试验原始数字多数均可使用以往试验原始数字多数均可使用 建立生态平衡施肥田间试验方法建立生态平衡施肥田间试验方法提出土壤培肥也要有标准提出土壤培肥也要有标准 提出制定施肥法的观点提出制定施肥

48、法的观点 （2 2）通用施肥指标体系的内容）通用施肥指标体系的内容 使用什么样的施肥模型就会有什么使用什么样的施肥模型就会有什么样的施肥指标体系。以下以一个县生态样的施肥指标体系。以下以一个县生态平衡施肥指标体系为例进行说明。平衡施肥指标体系为例进行说明。 通用施肥模型表达式通用施肥模型表达式 inputinput= =outputoutput- -2.25-2.25* *( (T Tn n-T-Tn+mn+m) ) （2-12-1） 施肥参数区划施肥参数区划 总原则：总原则：根据县的气候条件、地貌类型、土壤根据县的气候条件、地貌类型、土壤类型、地下水类型及其埋深以及其他任何可以将施类型、地下

49、水类型及其埋深以及其他任何可以将施肥参数划区的因素来划分施肥参数区。肥参数划区的因素来划分施肥参数区。 如：如：某县划分为三个施肥区，某县划分为三个施肥区，再确定每个区需要推荐施肥的对象再确定每个区需要推荐施肥的对象, ,第一施肥区：第一施肥区：玉米、水稻、大豆玉米、水稻、大豆第二施肥区：第二施肥区：玉米、水稻、大豆、马铃薯玉米、水稻、大豆、马铃薯第三施肥区：第三施肥区：玉米、甜菜、苹果、保护地黄瓜玉米、甜菜、苹果、保护地黄瓜实际应用时，一般以乡镇为区划单元也兼行政单位实际应用时，一般以乡镇为区划单元也兼行政单位（2-22-2）施肥模式的命名）施肥模式的命名 在一个施肥区内还可以再根据地貌类型

50、或土壤类型命名在一个施肥区内还可以再根据地貌类型或土壤类型命名施肥模式，也可以根据作物及其品种续分，还可以与土壤养施肥模式，也可以根据作物及其品种续分，还可以与土壤养分测试方法相配套，完整的命名如：分测试方法相配套，完整的命名如： 太阳县第一区太阳县第一区 区域区域 平地平地 地貌类型地貌类型 黑土黑土 土壤类型土壤类型 玉玉米米 作物类作物类209209品种品种AA传统的土壤有效和速效养分测试方法传统的土壤有效和速效养分测试方法 。太阳县第一区平地黑土玉米209A 第一区平地黑土玉米A 第一区平地黑土玉米 第一区黑土玉米 第一区玉米施肥模式施肥模式: : 能够给出完整施肥参数的施肥对象。能够

51、给出完整施肥参数的施肥对象。 具体命名时可以简化，只要有必要区分出具体命名时可以简化，只要有必要区分出“施施肥模式肥模式”的并且能提供出施肥参数的就可以命名新的并且能提供出施肥参数的就可以命名新的的“施肥模式施肥模式”。 将将“施肥模式施肥模式”的概念扩大，即任何与其他的概念扩大，即任何与其他“施肥模式施肥模式”参数不同的（只要有参数不同的（只要有1 1个参数不同），都个参数不同），都可以命名为新的可以命名为新的“施肥模式施肥模式”，它包含空间和定位，它包含空间和定位的含义。的含义。下面以一个施肥模式说明其生态平衡施肥下面以一个施肥模式说明其生态平衡施肥指标体系。指标体系。（2-32-3）施肥

52、指标体系所包括的参数）施肥指标体系所包括的参数施肥指标体系施肥指标体系= =特征参数特征参数+ +其他参数。其他参数。特征参数：特征参数：描述一个系统的主要特征的统计参数。描述一个系统的主要特征的统计参数。（有了特征参数，从统计学意义上讲，施肥量控制就（有了特征参数，从统计学意义上讲，施肥量控制就“八九八九不离十不离十”了）了）基本特征参数：基本特征参数：2121个个 5 5个特征产量：个特征产量：最低产量最低产量； 低产平均值；低产平均值； 中产平均值；中产平均值； 高产平均值；高产平均值； 最高产量最高产量。 要想对一个个体进行评价，要想对一个个体进行评价， 首先必须知道个体所在首先必须知

53、道个体所在的群体的特征参数。的群体的特征参数。170170身高的一个男人：身高的一个男人：9 9个特征施肥量参数：个特征施肥量参数： 低产平均产量下的最佳施低产平均产量下的最佳施N N、P P2 2O O5 5、K K2 2O O量；量； 中产平均产量下的最佳施中产平均产量下的最佳施N N、P P2 2O O5 5、K K2 2O O量；量； 高产平均产量下的最佳施高产平均产量下的最佳施N N、P P2 2O O5 5、K K2 2O O量；量； 9 9个特征土壤有效养分含量丰缺参数：个特征土壤有效养分含量丰缺参数： 低产平均产量要求的丰缺指标低产平均产量要求的丰缺指标T T （n+mn+m）

54、NN、TT（n+mn+m）P P2 2O O5 5 、TT（n+mn+m）K K2 2OO； 中中产平均产量要求的丰缺指标产平均产量要求的丰缺指标T T （n+mn+m）NN、TT（n+mn+m）P P2 2O O5 5 、TT（n+mn+m）K K2 2OO； 高高产平均产量要求的丰缺指标产平均产量要求的丰缺指标T T （n+mn+m）NN、 TT（n+mn+m）P P2 2O O5 5 、TT（n+mn+m）K K2 2OO； 土壤养分土壤养分T T（n+mn+m）特征参数）特征参数是指为保证某一目标是指为保证某一目标产量所必须的土壤有限养分含量下限值。产量所必须的土壤有限养分含量下限值。

55、 其他参数：其他参数： N N、P P、K K基、种肥和各次追肥比例参数。百公斤养分需要数基、种肥和各次追肥比例参数。百公斤养分需要数量。中、微量元素土壤有效含量临界值和施肥量参数。量。中、微量元素土壤有效含量临界值和施肥量参数。 其他参数：其他参数：保证蔬菜和水果品质的保证蔬菜和水果品质的生态施肥量参数生态施肥量参数；前茬前茬作物影响参数；不同降水年型下作物影响参数；不同降水年型下追肥量变异参数追肥量变异参数；土壤；土壤质地质地差异参数；差异参数；土壤水分条件土壤水分条件如旱地、水浇地、水田参数；如旱地、水浇地、水田参数；有机有机肥肥养分提供量参数；养分提供量参数；不测土地块施肥参数不测土地

56、块施肥参数；肥料参数肥料参数如生理如生理酸酸/ /碱性、辅助养分、忌肥情况等参数；碱性、辅助养分、忌肥情况等参数；土壤养分测试方法土壤养分测试方法参参数；数；施肥时期施肥时期参数；参数；施肥方法施肥方法参数；参数；注意事项注意事项参数参数。县级施肥参数指标体系汇总：县级施肥参数指标体系汇总：分区：一般按乡镇分区：一般按乡镇 每个区确定施肥模式每个区确定施肥模式 每个施肥模式确定施肥参数体系每个施肥模式确定施肥参数体系 特征参数特征参数+ +其他参数其他参数 举一反三举一反三特征参数的确定方法：特征参数的确定方法： 经验法：经验法：在基本没有可用试验和测土数据情况下在基本没有可用试验和测土数据情况下，以专家经验参数为主；，以专家经验参数为主； 模型法：模型法：在具有相当的试验和测土数据情况下，在具有相当的试验和测土数据情况下，建立参数模型，以其为主，其中在具有大量田间试建立参数模型，以其为主，其中在具有大量田间试验结果的条件下建议采用二次优化方法实现由点到验结果的条件下建议采用二次优化方法实现由点到面的参数尺度转换；面的参数尺度转换； 模型模型经验法：经验法：综合上述两类方法之优点，先模综合上述两类方法之优点，先模型确定统计参数再由专家经验确认。型确定统计参数再由专家经验确认。经验法：经验法：作物作物 产量产量