一種農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法，屬農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】；農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法按照下面步驟進(jìn)行：對(duì)比種植，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；利用統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定農(nóng)田作物的產(chǎn)量氮素閾值和農(nóng)田的環(huán)境氮素投入閾值；根據(jù)作物的產(chǎn)量氮素閾值和區(qū)域農(nóng)田的環(huán)境投入氮素閾值，確定農(nóng)田土壤類型，劃分土壤肥力水平，對(duì)確定的氮投入閾值進(jìn)行修正；最后，計(jì)算農(nóng)田氮素投入閾值。本發(fā)明根據(jù)作物的產(chǎn)量氮素閾值和區(qū)域農(nóng)田的環(huán)境投入氮素閾值，計(jì)算農(nóng)田氮素投入閾值，做到既可以合理的使用氮肥達(dá)到增產(chǎn)的效果，同時(shí)，又避免浪費(fèi)，避免對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)一個(gè)供求平衡，促進(jìn)土壤的合理使用，解決了農(nóng)田的長期使用中肥力和污染的矛盾、增產(chǎn)和節(jié)能的矛盾，對(duì)引領(lǐng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)向可持續(xù)健康發(fā)展具有重要作用。
【專利說明】一種農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法，屬農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，由于人口壓力增加，使人類對(duì)農(nóng)產(chǎn)品需求越來 越大，從而加大了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的投入，特別是化肥的使用?；蕦?duì)農(nóng)業(yè)的貢獻(xiàn)眾所周知，現(xiàn)代 化農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要特征是使用化肥。氮肥是全世界施用量最大的一類肥料，據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1949 年到1998年的50年中，我國糧食年總產(chǎn)量與化肥氮年施用量呈顯著相關(guān)性?；使I(yè)產(chǎn) 生以前的數(shù)千年，人們以有機(jī)方式進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)用肥完全依靠有機(jī)物質(zhì)。這種生產(chǎn)方 式下肥料養(yǎng)分的循環(huán)屬內(nèi)部循環(huán)，肥料養(yǎng)分只有消耗而缺乏補(bǔ)充，久而久之，不可避免的造 成肥料養(yǎng)分損失，極大地影響了農(nóng)作物產(chǎn)量的增加。化肥問世并大量應(yīng)用后，農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)了植 物營養(yǎng)的外部投入，這種有目的的通過肥料增量改善土壤肥力的做法，改變了人類歷史上 對(duì)植物營養(yǎng)投入方式的傳統(tǒng)觀念，有力地支持了各種農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步，簡化了農(nóng)作方式，提高 了農(nóng)作物產(chǎn)量，保證了人口迅速增長對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求。
[0003] 實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)證明，每施用Ikg尿素可增產(chǎn)稻谷9. 1kg、小麥10. 3kg、玉米12. 7kg，在肥 料、種子和水等糧食增產(chǎn)三大可控制要素中，化肥的貢獻(xiàn)率達(dá)到32%。70年代以來，我國氮 肥施用量增長很快，近幾年的氮肥施用量已達(dá)2489萬噸純氮，居世界之首，占世界氮肥年 施用量1\4以上，每季作物平均約為120kgN/hm(平方），這對(duì)促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展發(fā)揮 了重要了作用。
[0004] 自1980年以來，我國化肥氮的用量增加迅速，至1998年，全國化肥氮的用量已達(dá) 2233.5萬噸。但是，氮素的利用率底（有些城郊蔬菜基地與高產(chǎn)地區(qū)的氮肥利用率降至 10% -20% )平均35%左右（發(fā)達(dá)國家為50% -60% )，而損失則高達(dá)45%以上，這意味著 每年約有100萬噸左右的氮通過不同的途徑流失。
[0005] 我國全年流失土壤達(dá)50億噸，帶走的氮相當(dāng)于全國一年的化肥使用量，化肥氮肥 施入土壤后，被作物吸收利用的只占其施入量的30 % -40 %，剩余氮肥經(jīng)各種途徑損失于 環(huán)境中，并對(duì)地表水（河流、湖泊、海洋等）和地下水（淺層地下水如水井和深層地下水） 的環(huán)境造成污染。
[0006] 化肥對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的污染、對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在：（1)引起土壤酸化和 板結(jié)，破壞土壤結(jié)構(gòu)，抑制土壤微生物活性，造成土壤硝酸鹽污染和土壤次生鹽漬化（2)施 用氮肥對(duì)水環(huán)境的污染：導(dǎo)致水體鹽富營養(yǎng)化，氮素淋溶污染地下水（3)施用氮肥對(duì)大氣 環(huán)境的影響：氮揮發(fā)污染大氣，NOx的排放形成酸雨，破壞臭氧層，導(dǎo)致溫室效應(yīng)（4)過量施 用氮肥對(duì)作物產(chǎn)品的污染和食物鏈的影響：污染作物產(chǎn)品，影響作物品質(zhì)，引發(fā)"環(huán)境激素" 問題。
[0007] 因此，如何合理的使用氮肥達(dá)到增產(chǎn)的效果，同時(shí)，又避免浪費(fèi)，避免對(duì)土壤生態(tài) 環(huán)境的影響是一個(gè)迫切需要解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出一種農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法，根據(jù)作物的產(chǎn)量 氮素閾值和區(qū)域農(nóng)田的環(huán)境投入氮素閾值，計(jì)算農(nóng)田氮素投入閾值，做到既可以合理的使 用氮肥達(dá)到增產(chǎn)的效果，同時(shí)，又避免浪費(fèi)，避免對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)一個(gè)供求平 衡，促進(jìn)土壤的合理使用，解決了農(nóng)田的長期使用中肥力和污染的矛盾、增產(chǎn)和節(jié)能的矛 盾，本方法改善了土壤環(huán)境，減少了對(duì)環(huán)境的污染，改善了農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，有利于農(nóng)田的生 態(tài)保護(hù)和發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)，對(duì)引領(lǐng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)向可持續(xù)健康發(fā)展具有重要作用，本發(fā)明方法 易操作、效益高、具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0009] 為解決技術(shù)問題采用的技術(shù)方案：農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法按照下面步驟進(jìn) 行：
[0010] 第一步：確定農(nóng)田土壤類型，劃分土壤肥力水平；首先，對(duì)待種土壤進(jìn)行分析，確 定土壤類型，劃分肥力水平，并根據(jù)土壤類型、肥力不同，劃分等級(jí)；
[0011] 第二步：對(duì)比種植，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；用同一種作物，在相同肥力的土壤上進(jìn)行對(duì)比種 植，對(duì)比種植過程中，施加不同的氮肥；統(tǒng)計(jì)從開始種植到收獲不同時(shí)期的施氮量和作物產(chǎn) 量，同時(shí)，統(tǒng)計(jì)從開始種植到收獲的降雨量；
[0012] 第三步：確定農(nóng)田作物的產(chǎn)量氮素閾值；利用作物與施氮量的關(guān)系，推出各個(gè)生 長階段的施氮量的臨界閾值和作物的產(chǎn)量氮素閾值；
[0013] 第四步：確定農(nóng)田的環(huán)境氮素投入閾值；結(jié)合降雨量、廢水排放標(biāo)準(zhǔn)、區(qū)域的氮素 流失系數(shù)，確定區(qū)域農(nóng)田的環(huán)境投入氮素閾值；
[0014] 第五步：計(jì)算農(nóng)田氮素投入閾值；根據(jù)作物的產(chǎn)量氮素閾值和區(qū)域農(nóng)田的環(huán)境投 入氮素閾值，計(jì)算農(nóng)田氮素投入閾值。
[0015] 所述的第三步中作物的產(chǎn)量氮素閾值的計(jì)算方法為，
[0016] Y = ax'2+bx+c (1)
[0017] 式⑴中Y為作物的產(chǎn)量，X為氮素的施用量，a、b、C為常數(shù)
[0018] 求頂點(diǎn)坐標(biāo)公式為：（(_b/2a), (4ac_b~2)/4a)) (2)
[0019] 式（2)中，（_b/2a)計(jì)算所得結(jié)果為作物最高產(chǎn)量時(shí)的施肥量，（4ac_b~2)/4a)計(jì) 算所得結(jié)果為作物的最高產(chǎn)量。
[0020] 95%產(chǎn)量規(guī)則：根據(jù)式（2)求算的最高產(chǎn)量前移，達(dá)到最高產(chǎn)量點(diǎn)95%的產(chǎn)量時(shí)， 對(duì)應(yīng)的氮素施用量即為作物氮素施用的閾值點(diǎn)，令95產(chǎn)量點(diǎn)為T
[0021] 95 %產(chǎn)量計(jì)算方法為：
[0022] T = 95% *((4ac-b~2)/4a)) (3)
[0023] 氮素產(chǎn)量閾值點(diǎn)（X)的計(jì)算方法為：

【權(quán)利要求】
1. 一種農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法，其特征在于：農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法按 照下面步驟進(jìn)行： 第一步：確定農(nóng)田土壤類型，劃分土壤肥力水平；首先，對(duì)待種土壤進(jìn)行分析，確定土 壤類型，劃分肥力水平，并根據(jù)土壤類型、肥力不同，劃分等級(jí)； 第二步：對(duì)比種植，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；用同一種作物，在相同肥力的土壤上進(jìn)行對(duì)比種植，對(duì) 比種植過程中，施加不同的氮肥；統(tǒng)計(jì)從開始種植到收獲不同時(shí)期的施氮量和作物產(chǎn)量，同 時(shí)，統(tǒng)計(jì)從開始種植到收獲的降雨量； 第三步：確定農(nóng)田作物的產(chǎn)量氮素閾值；利用作物與施氮量的關(guān)系，推出各個(gè)生長階 段的施氮量的臨界閾值和作物的產(chǎn)量氮素閾值； 第四步：確定農(nóng)田的環(huán)境氮素投入閾值；結(jié)合降雨量、廢水排放標(biāo)準(zhǔn)、區(qū)域的氮素流失 系數(shù)，確定區(qū)域農(nóng)田的環(huán)境投入氮素閾值； 第五步：計(jì)算農(nóng)田氮素投入閾值；根據(jù)作物的產(chǎn)量氮素閾值和區(qū)域農(nóng)田的環(huán)境投入氮 素閾值，計(jì)算農(nóng)田氮素投入閾值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法，其特征在于：所述的第 三步中作物的產(chǎn)量氮素閾值的計(jì)算方法為， Y = ax'2+bx+c (1) 式（1)中Y為作物的產(chǎn)量，X為氮素的施用量，a、b、C為常數(shù) 求頂點(diǎn)坐標(biāo)公式為：（(_b/2a)，（4ac-b~2) /4a)) (2) 式（2)中，（_b/2a)計(jì)算所得結(jié)果為作物最高產(chǎn)量時(shí)的施肥量，（4ac_b~2)/4a)計(jì)算所 得結(jié)果為作物的最高產(chǎn)量。 95%產(chǎn)量規(guī)則：根據(jù)式（2)求算的最高產(chǎn)量前移，達(dá)到最高產(chǎn)量點(diǎn)95%的產(chǎn)量時(shí)，對(duì)應(yīng) 的氮素施用量即為作物氮素施用的閾值點(diǎn)，令95產(chǎn)量點(diǎn)為T 95 %產(chǎn)量計(jì)算方法為： T = 95% *((4ac-b~2)/4a)) (3) 氮素產(chǎn)量閾值點(diǎn)（X)的計(jì)算方法為： r _ - b -4b2 - ia(c - 0. 95Γ) ⑷ 2a
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法，其特征在于：所述的第 四步中區(qū)域農(nóng)田環(huán)境投入氮素閾值（M)的計(jì)算方法為。 M = (E*0. 35)/1. 5% 注：E為I級(jí)B廢水排放標(biāo)準(zhǔn)20mg N/1時(shí)的農(nóng)田氮流失臨界負(fù)荷，0. 35為將流失總氮 轉(zhuǎn)換為化肥氮流失量的系數(shù)，1. 5%是化肥氮的流失系數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法，其特征在于：所述的第 五步中根據(jù)作物的產(chǎn)量氮素閾值和區(qū)域農(nóng)田的環(huán)境投入氮素閾值，計(jì)算農(nóng)田氮素投入閾值 的計(jì)算方法為產(chǎn)量氮閾值與環(huán)境氮閾值二者的平均數(shù)即為農(nóng)田氮素投入閾值，計(jì)算公式如 下： D = (X+M) /2 (5) 式中D為農(nóng)田氮素投入閾值、X為氮素投入產(chǎn)量閾值、Μ為環(huán)境氮投入閾值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法，其特征在于：所述的第 五步中根據(jù)土壤類型、肥力不同，劃分等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)為粘土、壤土、沙土，對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)為 0· 8、1· 0、1· 2,即D*0. 8為粘土氮投入閾值，D*l. 2為沙土氮投入閾值；低肥力水平、中肥力 水平、高肥力水平對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)為1. 2、1· 0、0· 8。即D*l. 2為低肥力水平氮投入閾值， D*0. 8為高肥力水平氮投入閾值，壤土和中肥力水平修正系數(shù)為1，修正后也即D值本身。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法，其特征在于：所述的第 四步中生長階段的施氮量的臨界閾值為基肥施用1次，追肥施用2次，基肥追肥比例為4 : 3 :3,利用氮投入總閾值D，根據(jù)這一比例求得生長階段的施氮量的臨界閾值，即D*0. 4為基 肥投入閾值，D*0. 3為追肥投入閾值。
【文檔編號(hào)】A01C21/00GK104285574SQ201410442797
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】雷寶坤, 劉宏斌, 任天志, 陳安強(qiáng), 鄒國元, 翟麗梅, 范先鵬, 王洪媛, 彭暢, 毛妍婷, 魯耀, 朱紅業(yè), 王應(yīng)學(xué) 申請(qǐng)人:云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所, 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所