測土配方施肥的意義、內(nèi)容與技術(shù)問題

測土配方施肥的意義、內(nèi)容與技術(shù)問題

自1840年德國哲學(xué)家李比西提出“礦質(zhì)平等理論”以來，化肥已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)不可或缺的一部分?；实氖┯靡环矫嫣岣吡俗魑锏漠a(chǎn)量,保證了日益增長的人類對糧食的需求,另一方面也給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境造成了一定的負面影響。所以,如何使化肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的正面作用最大化,同時又使化肥對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的負面效應(yīng)最小化,這是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)不可回避的問題。解決這一問題的根本途徑是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中建立一套科學(xué)的施肥體系,但是,科學(xué)施肥體系的建立離不開一個個的單項技術(shù),測土配方施肥正是現(xiàn)階段建立科學(xué)施肥體系核心技術(shù)。本文根據(jù)筆者多年的實踐來介紹測土配方施肥的意義、內(nèi)容、方法和技術(shù)問題,旨在使我國測土配方施肥工作被更多的人了解和推進。1土壤測試和配肥的重要性1.1對作物產(chǎn)量的測定是確定化肥用量和用量的重要依據(jù)自1850年到1950年的100年間,在世界范圍內(nèi),糧食增產(chǎn)的50%來源于化學(xué)肥料。在化肥短缺的時代,化肥施用量滿足不了作物的需要,只要施肥就能增產(chǎn),不存在“合理”的問題。隨著化肥產(chǎn)量的增加,如何選擇,如何施用,就成了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個重要問題。只有通過土壤養(yǎng)分測定,才能根據(jù)作物需要,正確確定施用化肥的種類和用量,才能持續(xù)穩(wěn)定的增產(chǎn)。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院近年在全國進行的實驗示范結(jié)果表明:通過測土配方施肥,水稻平均增產(chǎn)15.0%、小麥12.6%、玉米11.4%、大豆11.2%、蔬菜15.3%、水果16.2%。同時通過測土配方施肥,可以有效地診斷出當(dāng)?shù)叵拗谱魑锂a(chǎn)量的養(yǎng)分因子。例如,2002年10月至2003年5月,通過中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院對上海佘山農(nóng)場的土壤養(yǎng)分測定結(jié)果表明土壤缺鋅嚴重,僅補施鋅肥一項,小麥增產(chǎn)18.3%、大麥增產(chǎn)22.2%。1.2化肥的用量肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的投入中約占50%,但是施入土壤的化學(xué)肥料大部分不能被作物吸收,一般情況下,氮肥的當(dāng)季利用率為30%～50%,磷肥為20%～30%,鉀肥為50%左右。未被作物吸收利用的肥料,在土壤中會發(fā)生揮發(fā)、淋溶和固定。肥料的損失很大程度上與不合理施肥有關(guān),所以,如何減少肥料的浪費,對提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益至關(guān)重要。2004年全國化肥施用總量達4637萬t(折純,下同),約占全世界化肥用量的三分之一。每年用于化肥的投入約為2000億元,所以,化肥問題不僅是單純的技術(shù)問題,也是影響農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的社會問題。1.3肥料利用及利用率高肥料是資源依賴型產(chǎn)品,每生產(chǎn)一噸合成氨約需要1000m3的天然氣或1.5t的原煤,氮肥的生產(chǎn)是以消耗大量的能源為代價的;磷肥的生產(chǎn)需要有磷礦,據(jù)中國磷肥工業(yè)協(xié)會的估計,我國高品位磷礦資源僅可利用至2012年;目前我國鉀肥約70%依賴于進口。所以,采用測土配方施肥技術(shù),提高肥料的利用率也是構(gòu)建節(jié)約型社會的具體體現(xiàn)。據(jù)測算,如果氮肥利用率提高10%,則可以節(jié)約2.5億m3的天然氣或節(jié)約375萬t的原煤。在能源和資源極其緊缺的時代,進行測土配方施肥具有非常重要的現(xiàn)實意義。1.4減少水土流失,生物多樣性原則不合理的施肥會造成肥料的大量浪費,浪費的肥料必然進入環(huán)境中,它不僅造成了大量原料和能源的浪費,也破壞了生態(tài)環(huán)境,如氮、磷的大量流失可造成水體的富營養(yǎng)化。所以,使施入土壤中的化學(xué)肥料盡可能多地被植物吸收,盡可能減少在環(huán)境中的滯留,對保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境也是有益的。黨中央國務(wù)院對測土配方施肥工作十分重視,2005年劃撥財政專項資金,用于全國測土配方施肥的試點建設(shè)工作。可見,測土配方施肥已不是一個單項的技術(shù)措施,而是一個國家政策措施。2配方施肥的內(nèi)容測土配方施肥來源于測土施肥和配方施肥。測土施肥是根據(jù)土壤中不同的養(yǎng)分含量和作物吸收量來確定施肥量的一種方法,測土施肥本身包括有配方施肥的內(nèi)容,并且得到的“配方”更確切,更客觀;配方施肥除了也進行土壤養(yǎng)分測定外,還要根據(jù)大量的田間試驗,獲得肥料效應(yīng)函數(shù)等,這是測土施肥所沒有的內(nèi)容。配方施肥和測土施肥具有共同的目的,只是側(cè)重面有所差異,所以也概括稱為測土配方施肥?！皽y土配方施肥”包括土壤養(yǎng)分測定、施肥方案的制訂和正確施用肥料三大部分,具體可分為土壤測試、配方設(shè)計、肥料生產(chǎn)、正確施用等環(huán)節(jié)。2.1測定項目的用量和測定頻次。對于一般資料,土壤正確的施肥方案是根據(jù)作物對養(yǎng)分的需要特點和土壤中養(yǎng)分貯量來確定的,其中作物對養(yǎng)分的需要量一般比較穩(wěn)定,從有關(guān)資料中可以查到,不需要年年測定。而土壤中的養(yǎng)分貯量由于受多種因素的影響,變化幅度相當(dāng)大,需要經(jīng)常測定,必要時,一個作物生長期中需要測定數(shù)次,才能正確判斷土壤中養(yǎng)分的含量。所以,土壤測定是測土施肥工作中的重要環(huán)節(jié)之一。2.2施肥量和施肥方式施肥方案的制訂包括兩個內(nèi)容:一是確定作物整個生育期中各種肥料的施用總量;二是根據(jù)作物生長發(fā)育中對養(yǎng)分的需要規(guī)律,安排各種肥料的分配或施用時期。施肥總量的確定是要根據(jù)作物的生育特點和從土壤中吸收養(yǎng)分的數(shù)量,參考土壤養(yǎng)分測定的數(shù)據(jù)進行計算的,不同的作物對養(yǎng)分的需要量是不同的,不同的土壤其養(yǎng)分含量也有差異,因此,不同作物或同一作物不同地塊的施肥量都不相同。它只有在土壤養(yǎng)分測定的基礎(chǔ)上,根據(jù)作物需要才能確定。施肥量確定以后,肥料如何施用要根據(jù)作物的生長特點和土壤肥力狀況來確定,不同作物對養(yǎng)分吸收的特點不同,應(yīng)區(qū)別對待。如一般作物需磷較多的時期在生育前期,所以磷肥一般宜在前期施用,作基肥或種肥;肥料如何施用還要考慮肥料的特性,如有的肥料宜作基肥,有的宜作種肥,還有的宜于葉面噴施。在社會化的服務(wù)過程中,為了解決測土配方施肥過程中肥料配比的問題,一些廠家根據(jù)土壤養(yǎng)分測定的結(jié)果,提出較為合理的養(yǎng)分配比,然后生產(chǎn)出適合一定區(qū)域的復(fù)(混)合肥料。2.3施器量不正確施肥方案確定后,應(yīng)制訂實施方案。在肥料的損失中,約有60%源于不正確的施肥方法。不同肥料的施用技術(shù)差異很大,要根據(jù)肥料的性質(zhì)和土壤的理化性狀來確定。還必須指出,田間試驗、技術(shù)推廣以及技術(shù)創(chuàng)新等研究都是測土配方施肥工作中的必要內(nèi)容。3土壤樣品研究目前還有許多有關(guān)測土配方施肥的科學(xué)問題和政策問題有待于進一步的研究和解決。3.1土壤養(yǎng)分檢測方法土壤養(yǎng)分的測試是測土配方施肥的基礎(chǔ)。只有快速、準(zhǔn)確地測定出土壤養(yǎng)分的含量,才能進行正確的施肥指導(dǎo)。然而,目前我國使用的土壤養(yǎng)分測定方法為全國第二次土壤普查時規(guī)定的方法。該方法的缺點,一是分析速度慢,時效性差,不能滿足大批量土樣的要求;二是該方法的指標(biāo)體系都是在上世紀80年代的產(chǎn)量基礎(chǔ)上制定的,評價指標(biāo)明顯偏低,已經(jīng)不適合農(nóng)業(yè)的要求;三是該方法操作程序復(fù)雜,試劑消耗大。所以,在目前測土配方施肥中如何采用現(xiàn)代新的分析方法,提高分析效率是必須解決的關(guān)鍵問題。目前在國內(nèi)用于測土配方施肥的土壤養(yǎng)分測試方法還有如下幾種:一是ASI法,它是由美國佛羅里達的國際農(nóng)化服務(wù)中心(AgroServicesInternationalInc.)的A.H.Hunter在總結(jié)了前人土壤測試工作的基礎(chǔ)上,吸收了美國北卡羅萊那州立大學(xué)的D.Waugh、R.B.Cate和L.Nelson的研究結(jié)果,于1980年提出了一套用于土壤養(yǎng)分狀況評價的實驗室分析和盆栽實驗方法。1989年該方法引入我國,1990年由加拿大政府資助,在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院建立了“中國-加拿大(CAAS-PPIC)合作土壤-植物測試實驗室”。同時,將該方法稱為“土壤養(yǎng)分狀況系統(tǒng)研究法”。十幾年來,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院和有關(guān)單位合作,通過在全國的試驗網(wǎng)絡(luò),在31個省(市、自治區(qū))進行了大量深入系統(tǒng)的研究,到目前,共分析土壤樣品30000多個,進行了7000多個田間試驗。在田間試驗的基礎(chǔ)上,針對我國主要土壤類型和作物,研究形成了一整套測土推薦施肥的方法與技術(shù)體系。目前可對我國主要土壤類型和130多種作物進行測土推薦施肥。二是M3浸提劑,該浸提劑是1982年美國北卡羅萊那州立大學(xué)Mehlich根據(jù)美國的具體實際,提出的一種適合于中性和酸性土壤的聯(lián)合浸提劑,可分析土壤中的P、K、Ca、Mg、Na、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Cr、Cd等,我國于1984年開始研究,但至今沒有在我國形成一套用于測土配方施肥的完整方法,尚缺N素測試和推薦方法。由于缺乏大量田間試驗的基礎(chǔ),也沒有一套完整的推薦施肥指標(biāo)體系。若用于測土配方施肥,還需要完善其方法體系、指標(biāo)體系和測試體系。該浸提劑在石灰性土壤上的適用性有較大的爭議,也有待進一步研究。三是AB-DTPA浸提劑,該方法適合于堿性、中性、石灰性土壤,但在我國很少研究。此外,上世紀70年代以后,特別是90年代以后,由于光電比色技術(shù)的提高,我國出現(xiàn)許多以光電比色為主要分析方法的小型土壤養(yǎng)分測試儀器,有些采用0.7molNaHCO3作聯(lián)合浸提劑,也有用0.5molNaHCO3作聯(lián)合浸提劑,但應(yīng)用范圍較小。國際上還有許多方法如Morgan浸提劑、歐洲的酸性乳酸銨浸提劑等在我國都很少研究。3.2對樣品測定的影響目前所測定的土壤養(yǎng)分,特別是土壤速效養(yǎng)分都是用化學(xué)的方法模擬植物根系的吸收作用而進行測定的,測定的土壤速效養(yǎng)分只是一個相對值,所以不同的化學(xué)方法,特別是不同的浸提劑對土壤速效養(yǎng)分的測定值影響很大。加之土壤速效養(yǎng)分與遲效養(yǎng)分的不斷轉(zhuǎn)化,目前還沒有一種化學(xué)的方法可以完全準(zhǔn)確地區(qū)分土壤的速效養(yǎng)分和遲效養(yǎng)分,這給測土配方施肥工作帶來了很大的難度。這就要求不同的測定方法必須有一個相應(yīng)的評價指標(biāo)和施肥推薦指標(biāo),這就需要有大量的田間試驗。同時不同土壤養(yǎng)分含量水平、不同作物產(chǎn)量水平、不同氣候條件、不同土壤條件都影響施肥推薦指標(biāo)的準(zhǔn)確度。所以,在全國范圍建立一種土壤養(yǎng)分的測試方法的評價指標(biāo)和施肥推薦指標(biāo)體系,也是測土配方施肥工作中不可回避的問題,同時也是關(guān)系測土配方施肥工作成敗的關(guān)鍵問題。3.3測土配方施肥成本與效益的管理單元不對等,導(dǎo)致經(jīng)濟效益低下土壤養(yǎng)分的空間變異給測土配方施肥的準(zhǔn)確性帶來了一定的難度。關(guān)于多大范圍內(nèi)取一個土樣來代表該土壤的養(yǎng)分狀況進行推薦施肥,國際上也沒有定論。管理單元的劃分在很大程度上決定測土配方施肥的成本和效益,管理單元過小,準(zhǔn)確度提高,但測土配方施肥的成本相對加大,反之,測土配方施肥的成本變小,但測土配方施肥的效果則會受到一定的影響。考慮到我國目前大部分地區(qū)是以家庭承包的形式經(jīng)營土地,所以以農(nóng)戶為管理單元在理論上是較為適合的,但這需要有十分驚人的投入,如果將管理單元放大,放大到什么程度,還需要認真地研究。3.4科學(xué)施肥,提高農(nóng)民對植物營養(yǎng)的認識目前很多人錯誤地將“配方施肥”等同于“施配方肥”。不可否認,在我國農(nóng)民素質(zhì)普遍偏低的情況下,施用配方肥可在一定程度上做到合理施肥。但是,測土配方施肥不是簡單地施用配方肥,也不是在一定程度上的合理施肥,而是根據(jù)土壤養(yǎng)分測定結(jié)果,最大程度上的合理施肥。施用配方肥只是測土配方施肥的一部分。測土配方施肥工作的一個重要方面是教育農(nóng)民對測土配方施肥的內(nèi)涵有一個清楚的了解,并認真培訓(xùn)農(nóng)民,使之了解植物營養(yǎng)的基本原理,掌握科學(xué)用肥,真正作到缺什么、補什么、缺多少、補多少。合理施用單質(zhì)肥料反而能更加靈活地進行養(yǎng)分配方,而不應(yīng)過度宣傳和推廣所謂的“配方肥”。3.5重視培育農(nóng)村植株的養(yǎng)分目前進行的推薦施肥只能是解決作物生育期內(nèi)養(yǎng)分總量。作物生育期內(nèi)的肥料如何合理分配,要根據(jù)已有的植物營養(yǎng)學(xué)原理和作物栽培理論確定。特別是對糧食作物而言,我國目前還不宜進行生育期內(nèi)的植株營養(yǎng)和土壤養(yǎng)分跟蹤,一是費用太高,影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。二是以化學(xué)方法進行的土壤和植株養(yǎng)分測試周期較長,土壤植株的養(yǎng)分測試數(shù)據(jù)很難應(yīng)用于追肥。但對經(jīng)濟價值極高的作物則另當(dāng)別論。在全國性的測土配方施肥工作中,除科學(xué)問題外,還有一系列的政策問題也亟待解決,如長效機制建設(shè)、方法規(guī)范、數(shù)據(jù)共享、企業(yè)參與、體系建設(shè)、農(nóng)民互動和技術(shù)支撐體系建設(shè)問題等。4高效土壤分析方法及設(shè)備為了提高土壤養(yǎng)分測試的效率,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院原土壤肥料研究所在引進設(shè)備的基礎(chǔ)上,經(jīng)過十幾年的消化吸收和國產(chǎn)化改造,研制形成了適合我國大部分地區(qū)使用的高效土壤養(yǎng)分系列分析方法及設(shè)備,提高了分析效率。形成了四大技術(shù)體系,即批量化的前處理技術(shù)、專業(yè)化的測試技術(shù)、自動化的數(shù)據(jù)采集技術(shù)和程序化的推薦施肥技術(shù)。4.1與現(xiàn)有設(shè)備的配套前處理過程包括土壤樣品的風(fēng)干、處理、量樣、浸提、稀釋、顯色等。在常規(guī)分析中,前處理是最繁瑣的工作,也是影響土壤養(yǎng)分測定效率的關(guān)鍵步驟。在高效土壤養(yǎng)分的測定過程中,采用專用的土壤樣品風(fēng)干設(shè)備、土樣粉碎機、土樣量樣器、樣品盤、樣品車、專用加液器、多聯(lián)攪拌器、樣品盤沖洗器等設(shè)備,配以專用的純水器,使部分工作實現(xiàn)了批量化和半自動化,每批樣品30個,所有設(shè)備均與之配套。土壤風(fēng)干盤避免了常規(guī)土樣風(fēng)干占地大、易污染的缺點;專用土壤樣品粉碎機采用錘片式結(jié)構(gòu),不會破壞土壤的微團聚性能;批量加液稀釋器的使用,能完成批量加液,同時還能使加液和稀釋一次完成,大大節(jié)約了土壤分析過程中移液、稀釋、顯色、定容等繁瑣的手續(xù);樣品盤沖洗器可一次沖洗11個容器,并能一次完成自來水和去離子水的沖洗。在分析過程中,土壤攪拌器代替了傳統(tǒng)的振蕩機,避免了樣品易溢出和容器易碎的缺點。4.2進樣時間的確定在高效土壤養(yǎng)分測定過程中,所有的比色分析均配以可自動進