苏州市吴中区土壤地力评估及适宜氮肥投入量估算.docx

eeeeeeee 苏州市吴中区土壤地力评估及适宜氮肥投入量估算 韩雪梅 张蓉蓉 俞映倞摘要：确定稻田的适宜氮肥投入量是保障耕地持续生产力和减少农业面源污染的关键，而土壤地力直接影响着作物产量与氮投入关系以江苏省苏州市吴中区稻田系统为对象，调查了当前水稻的氮肥投入现状及产量水平，并对土壤地力进行了定量评估在此基础上，因地制宜地设定针对不同土壤地力的生产目标，给出了不同土壤地力下的适宜氮肥推荐用量及氮肥施用类型，并估算出吴中区现有土壤条件下，高地力田块推荐产量为7.50～9.00 t/hm2，对应适宜氮肥投入量为140～240 kg/hm2;中地力田块推荐产量为6.00～8.25 t/hm2，对应适宜氮肥投入量为130～230 kg/hm2;低地力田块推荐产量为5.25～7.50 t/hm2，对应适宜氮肥投入量为130～200 kg/hm2关键词：稻田;土壤地力;水稻产量;氮肥投入量;估算： 文献标志码： A ：1002-1302（2019）07-0256-05氮肥施用带来了新中国成立后农业生产效率的飞增，1949—1998年我国粮食年总产量与化肥氮年使用量呈显著相关性然而，将近30年的肥料投入数据以10年为1个计算单位进行比对，发现生产效率边际递减现象显著，即粮食总增产比例明显下落而化肥用量却依旧增长迅速[1]。

统计数据显示，2010年我国化肥氮平均施用量高达346.1 kg/hm2，远超过发达国家设置的安全上限225 kg/hm2[2];而氮肥的当季表观利用率不足40%[3]，与发达国家高达60%的化肥利用率相差甚远过量的化肥投入在增加农业生产成本、造成资源浪费的同时，也带来了面源污染等环境问题[4]研究数据表明，十一五期间，长江、黄河和珠江水体中无机氮输入量达到97.5万t，其中90%来自农业，而氮肥贡献占了50%[5]由此可见，农田氮肥的过量投入是造成水体富营养化的主要原因之一江苏省苏州市吴中区陆地面积近750 km2，是闻名遐迩的“鱼米之乡”，农业生产历史可上溯千年现该区域多数稻田为国家永久性保护耕地，因此，稻田土壤生产力的持续性对该区域粮食生产有着极为重要的意义吴中区位于长江三角洲平原水网区，境内河道湖泊众多，水网密布，纵横交错，位于东太湖之出口吴中区的农业生产与河网以及太湖水环境息息相关对此，吴中区将农业面源污染治理写进了“十三五”农业发展规划当中，推进“两减六治三提升”专项行动方案，从“种-养-生”多个途径实施农业面源污染治理据2018年统计数据显示，吴中区现有水稻种植涉及9大镇、43个行政村，面积达1 493 hm2，占吴中区农业生产土地面积的一半以上。

因此，确定稻田的适宜氮肥投入量成为落地“两减”工作的关键由于吴中区水稻种植面积大，土壤地力均一性较差，仅用一个氮肥建议投入量容易出现减产或者面源污染削减不到位的风险，如氮肥建议量偏高，则高地力田块可能依然氮流失严重，如氮肥建议量偏低，则低地力地块水稻产量潜力不能发挥，影响产量按照《测土配方施肥技术规范》中“3414”实验对每个地块进行实测、估算[6-7]，由于工作量大，实际操作起来比较困难而农业生产者最想得知的信息是，依据田块的现阶段条件施用多少氮肥是适宜的针对这一问题，本研究以因地制宜、一域一策为导向，通过对吴中区典型稻田系统土壤养分含量以及作物地上部分养分吸收量的测定，划分土壤地力等级，并由此确定不同地力等级条件下作物对当季氮肥的利用情况，针对不同目标（产量及环境目标），在考虑到不同肥料品种有效性的前提下，估算适宜氮肥投入量，从而切实解决“以什么为标准去估算氮肥需求”“现状条件下，各生产目标分别能减多少氮肥”等问题1 材料与方法1.1 研究对象本研究以江苏省苏州市吴中区为研究区域，该区域地处长江三角洲腹地太湖流域，拥有60%的太湖水域面积（约 1 459 hm2），降水充沛（年降水量超过1 100 mm以上），四季分明。

该区域稻田土壤多为湖积土，耕作层厚15～20 cm研究主要以2018年水稻收获后土壤样品的相关指标为数据依据，为下一季的氮肥投入提供理论支持1.2 样品的采集与分析1.2.1 样品采集区域的选择 本研究选取吴中区具有较大水稻种植面积的5个镇2个街道（车坊镇、甪直镇、金庭镇、胥口镇、临湖镇、横泾街道、越溪街道），对其下属的32个行政村进行代表性稻田系统土壤样品及作物样品的采集采样涉及区域2018年水稻种植面积超过28 350亩，涵盖吴中区水稻种植面积的95.6%，能够全面反映吴中区的稻田现况共采集土壤样品73个，其中车坊镇19个（1个无氮处理）、甪直镇19个、金庭镇3个、胥口镇3个、临湖镇5个（1个无氮处理）、越溪街道13个、横泾街道11个（1个无氮处理）;采集植株样品26个，其中车坊镇8个（1个无氮处理）、甪直镇10个、临湖镇5个（1个无氮处理）、横泾街道2个（1个无氮处理），南粳46樣品22个，苏香粳100样品1个，武运粳样品2个，嘉33样品1个1.2.2 代表性稻田氮肥投入数据的统计 分别向生产者询问每个涉样田块2018年稻季氮肥的施用情况，包括投入肥料的种类以及投入量对于养分含量不确定的肥料进行现场取样、带回，烘干并记录含水量后，用凯氏定氮法[8]测定其氮含量，以便用于氮投入总量的计算。

1.2.3 土壤样品的采集与分析 样品采集于2018年水稻收获季节10月下旬至11月上旬土壤样品采集按照梅花形采样方法，在典型地块选择5个点位采集耕作层（表层15～20 cm）土壤，形成大于1 kg混合土壤样品1个所有土壤样品分为2份：一份自然风干至恒质量后，过100目筛（0.149 mm 孔径），用于土壤pH值、总氮含量、有机质含量的测定[8];一份4 ℃冷藏，以备后续验证1.2.4 植株样品的采集与分析 为保证样品的对应性，植株样品与土壤样品同时采集在对应田块选取1 m2样方，收割后脱粒用于计算产量将籽粒和秸秆分开，80 ℃烘干至恒质量，分别称质量计算其各部分生物量与含水量，再研磨过100目筛，用凯氏定氮法测定各部分氮素含量1.3 数据计算与处理1.3.1 植株氮肥利用效率的计算NUE=NplantNinput100%式中：NUE为植株氮肥利用效率，Nplant为植株样品氮吸收量（kg/hm2），Ninput为氮肥投入量（kg/hm2）1.3.2 产量吸收关系的计算RNP=NplantY;RNI=NinputY式中：RNP为单位水稻产量所需作物养分吸收量（kg/t）;Y为每公顷水稻产量（t/hm2）;RNI为单位水稻产量所需氮肥投入量（kg/t）。

1.3.3 适宜氮肥投入量的计算 以推荐产量为计算基准，以纯氮投入为计算考量采用养分平衡法，即将作物目标产量与地力产量间差量部分的需肥量视为需求量，通过施肥来填补土壤养分供应不足的问题计算公式为：Napp=（Ya-Ys）R′NPNUE′式中：Napp为适宜氮肥投入量（kg/hm2）;Ya为推荐产量（t/hm2）;Ys为无氮地块产量（t/hm2）;R′NP为某种土壤地力条件下的单位水稻产量所需作物养分吸收量范围;NUE′为某种土壤地力条件下的植株氮肥利用效率范围1.3.6 数据处理 研究中土壤及植株相关数据采用Microsoft Excel软件进行统计、制图分级后原为标定的影像图片采用ArcGIS Pro进行绘制2 结果与分析2.1 土壤地力的评估土壤地力评估以土壤大量养分含量为数据基础，选取土壤有机质、总氮以及pH值作为评估因素按照第二次土壤普查养分标准等级，分别对土壤样品的有机质、总氮以及pH值进行等级划分并赋分在此基础上，根据累计得分进行土壤养分属性的综合等级划分，确定土壤地力等级，并以此分析各行政镇乃至全区养分不同等级分布情况2.1.1 土壤有机质、总氮含量及pH值 土壤有机质是土壤的重要组成部分，能直接提供作物所需的大量元素和微量元素等多种养分，并对土壤水、热、气等因素起着重要的调节作用，提高土壤缓冲以及保肥、保水能力，是评估地力的重要指标。

如图1所示，吴中区土壤样品的有机质平均含量为22.30 g/kg，分布在6.90～49.17 g/kg之间，变异系数为42%各行政镇间土壤有机质含量差异较大其中，车坊镇、甪直镇及横泾街道土壤有机质含量平均值超过20 g/kg，金庭镇则不足15 g/kg土壤有机质含量达到Ⅰ和Ⅱ级的样品数量占总采样样本的42%，Ⅳ级和Ⅴ级的占44%（表1）氮素作为作物生长最为重要的营养元素，主要来源于土壤和肥料的供给虽然土壤中氮形态多变，但土壤氮库容量反映了土壤的供养能力，是衡量土壤地力的重要指标如图1所示，本次所取土壤样品总氮平均含量1.33 g/kg，分布在0.49～2.65 g/kg之间，变异系数为39%本研究涉及行政镇中总氮平均值均低于2 g/kg，其中车坊镇、甪直镇及横泾街道土壤有机质含量平均值超过1.5 g/kg，金庭镇则不足 1 g/kg土壤总氮含量达到Ⅰ级和Ⅱ级的样本数量占总采样样本的40%，Ⅳ级和Ⅴ级的占52%（表1）土壤总氮基本和有机质含量趋势保持一致土壤pH值是土壤环境酸碱度的直接体现，它的高低影响土壤中微生物的种群、养分的转运与贮存以及大量元素形态间的转化过程如图1所示，本次所取土壤样品平均pH值6.07，分布在4.89～7.87之间，变异系数为12%。

行政镇间差异并不大，车坊镇及横泾街道土壤出现了一定程度的酸化2.1.2 土壤地力等级的划分 在土壤有机质、总氮及pH值分级的基础上，对每个样品对应等级进行赋分，并根据综合得分重新划分等级，实现土壤养分等级的综合评估结果如图2所示，本次所取土壤样品中76%分布在Ⅱ级和Ⅲ级上，整体农田土壤养分状况良好由行政镇区来看，多个镇区土壤地力等级跨度在3个以上，表明土壤地力空间差异较大其中，车坊镇、甪直镇、越溪街道及临湖镇均发现少量Ⅰ级较高地力土壤（共占7%），甪直镇、胥口镇和金庭镇则存在少量Ⅳ级低地力土壤2.2 现有氮肥投入现状本次研究发现，生产者对肥期肥料施用量均有详细记录，但生产者习惯性在打药除草时不定期增加肥料量，却并不把这部分肥料记录在案（表2部分数据可能存在偏低现象），存在一定盲目性其次，由于生产者对当前农田土壤地力情况不了解，对肥料种类的选择较为随意，对不同肥料所对应的氮投入情况并不清楚如，施用有机肥的农户并未考虑有机肥本身氮含量较低的情况，仅自我判定投入量已经近千斤了;而施用全化肥（尿素或配方肥）的生产者则从量上认为自己的肥料投入量是不够的，时常进行不定期补用在管理大力提倡减投减排的大环境下， 部分以高產为目的的生产者与管理部门在肥料施用问题上存在矛盾，全区在肥料投入管理方面尚存很大改善空间。

2.3 产量及植株养分利用情况2.3.1 产量及氮肥利用效率 水稻产量与当季肥料投入情况无显著关系（数据未展现），但与地力情况密切相关，高地力条件更容易产生较高的水稻产量如表3所示，Ⅰ级地力条件下的平均产量较Ⅱ、Ⅲ级提高了10%以上临湖镇、横泾街道以及车坊镇的无氮处理数据分别体现了低地力（临湖镇）、中地力（横泾街道）以及高地力（车坊镇）条件下的基础地力产量，数值分别为2.85、3.35、3.90 t/hm2可见地力情况对产量起到了决定性作用另一方面，植株样品地上部分对当季氮肥的利用效率在42%～54%区间，且Ⅰ级地力条件下的当季氮肥利用率最低，Ⅳ级地力条件下其次（表3）2.3.2 产量吸收关系 单位产量氮肥投入量随着地力的降低而降低， 说明氮肥投入在地力低时较地力高对产量的促进作用更显著（图3）另一方面，单位产量作物氮吸收量数值虽然也有随着地力降低而降低的趋势，但总体相对稳定，这与本次所取水稻样品80%以上为同一品种有关2.4 适宜氮肥投入量的估算调查。