国家土壤肥力与肥料效益监测站网
新闻公告
长期定位土壤肥力数据库建立及典型土壤合理施肥措施
作者: 肥力网 更新时间: 2016-06-23

一、服务的需求

1.1背景概况

科学合理施肥是提高作物产量和肥料利用率的重要途径。但是最佳施肥量的确定、土壤养分阈值、长期施肥土壤肥力演变规律及面源污染环境风险阈值等问题不甚清楚。这些问题不仅涉及到土壤培肥和作物增产,还涉及到资源高效利用和环境安全。总结国家土壤肥力和肥料效应监测站网的长期监测数据,结合我国其他长期试验结果,对不同施肥条件下不同轮作制度中氮磷演变规律和作物养分需求规律的分析基础上,开发不同作物轮作氮磷肥料管理系统并进行推广,是提高土壤和肥料资源利用率的重要途径,也是减少面源污染的重要措施。

在过去监测数据的分析中,土壤肥力变化趋势研究较多而阐明演变规律较少,土壤肥力的影响因素研究较多而真正建立其间量化关系和预测模型并得到实际应用的不多。我国土壤种类多,性质差异大,不同气候带水热资源差异大,耕作制度不同,很难归一化建立统一的量化关系预测模型,短期农业田间也很难阐明土壤养分演变规律。最近几年环境污染问题引起社会普遍关注,土壤氮磷元素变化趋势、演变规律以及氮磷肥运筹等是各大土壤养分管理项目的核心内容之一,农业部门设立大面积农田土壤质量监测项目,建立联网研究,大范围大数据集深度挖掘,为我国土壤肥力提升、粮食高产、环境安全提供基础资料、理论依据和研究平台。

土壤肥力和肥料效益长期定位试验和监测是农业非常宝贵和重要基础性科研工作。国家土壤肥力与肥料效益监测站网(简称:肥力网)是国家创新体系的重要组成部分,是开展农业资源环境领域研究重要基础平台。肥力网建有总站样品库、数据库、信息共享服务网站和8个长期定位试验监测站点。“肥力网”8个田间长期定位试验设计遵循“五个统一原则”,即统一试验处理,统一采样方法,统一测定方法,统一长期保存样品,统一数据管理。监测内容包括我国不同区域、不同类型土壤、不同施肥处理下的肥料效应和肥料利用率,土壤肥力演变,肥料对环境的影响。“肥力网”共积累作物产量、土壤养分含量、植株养分含量、气象资料数据等272000多个,数据资料系统、完整。这些数据资源急需挖掘和整编、利用联网进行养分循环和土壤质量演变研究,从而开发不同作物轮作氮磷肥料管理系统并进行推广是本专题服务的重点内容。

1.2面向需求   

本项专题服务主要面向农业科学研究项目和生产实际管理以及科普教育宣传。科研项目包括土壤学、植物营养学、肥料学和土壤环境科学研究方面,具体内容包括土壤氮磷素含量、变化趋势、演变规律、氮磷肥运筹等;土壤氮素高产阈值和环境风险阈值;土壤磷素积累规律及预测模型,包括土壤磷素高产阈值和环境风险阈值。生产实际方面一方面是面对肥料生产运筹需求,包括不同种类肥料产量及比例,复合肥养分配比方案等理论依据需求;再一方面面对农田氮磷养分管理需求,农田养分管理需要施肥与土壤养分之间的量化关系,需要土壤氮磷高产阈值和环境风险阈值制定施肥方案。面对科普教育宣传方面,主要是为农业管理部门、农业科技推广人员和农民等高产高效条件下不同轮作制度下肥料管理知识,以及管理系统的应用与示范推广。

1.3服务对象

本项专题服务对象主要是农业科研单位、农业大专院校农业科研工作者和大学生、基层农业技术人员、农民、及料生产者以及农化服务技术人员等。为其提供科学的土壤氮磷养分预测模型及高产、环境安全阈值;为基层农业技术人员、农民、及料生产者以及农化服务技术人员等提供预测土壤氮磷养分含量、计算科学合理施肥量的方法和计算工具。

“肥力网”还在田间科学施肥管理系统应用的试验基础上开展推广示范活动。同时,也为农业部农业科技推广中心提供培训,技术咨询和报告等。


二、专题服务拟利用的资源和形成的资源产品库

本项专题服务拟利用国家土壤肥力与肥料效益监测站网八个不同类型土壤不同气候条件不同耕作制度下长期定位试验的历史土壤样品、植物样品和监测数据集资源,利用肥力网8个土壤肥力长期定位田间试验,利用肥力网实验室以及相关设备。数据集主要包括:1.土壤pH数据集,2.土壤有机质含量数据集,3.土壤全氮含量数据集,4.土壤全磷含量数据集,5.土壤全钾含量数据集,6.土壤速效氮含量数据集,7.土壤速效磷含量数据集,8.土壤速效钾含量数据集,9.土壤CEC数据集,10.土壤粘粒含量数据集,11.土壤水分含量数据集,12.其他养分含量数据集;13.作物产量数据集,14.作物秸秆氮含量数据集,15.作物籽粒氮含量数据集,16.作物秸秆磷含量数据集,17.作物籽粒磷含量数据集;18.氮肥利用率数据集,19.磷肥利用率数据集,20,各试验基地氮肥投入数据集(包括肥料种类、养分含量、施肥量、施肥方式、施肥日期、年施肥次数等等);21.灌溉水数据集(包括:灌水量、灌水时间、年灌溉次数、灌溉水氮磷钾等其他养分含量等);22.各试验基地气候数据集;23.各试验基地作物品种数据集;24.其他管理及极端情况数据集;25.肥力网科学研究数据集(包括研究成果、著作、学生论文、发表的学术论文、专利等等)。

除国家土壤肥力与肥料效益监测站网的数据资源外,拟利用生态站网络中有关农业野外台站的土壤养分、施肥和作物产量的数据资源,以及文献中发表的有关数据结果。


三、服务内容和服务方式

服务内容:开发不同作物轮作氮磷肥料管理系统并提供服务。管理系统方面包括:(1)在线不同作物轮作氮磷肥料管理系统;(2)离线不同作物轮作氮磷肥料管理系统;(3)不同作物轮作氮磷肥料管理系统-手机版。管理系统包括管理软件和说明书。主要内容包括:(1)不同土壤和轮作制度下土壤磷积累和动态施肥模型;(2)利用氮肥累积利用率和作物产量确定施氮量的新方法;(3)结合土壤中磷素研究结果,提出了农田氮磷肥料施用量确定的快速简单的新方法。目前已经在小麦-玉米轮作施肥管理系统软件的网络版和客户端方面取得一定的进展。

服务方式:(1)在线不同作物轮作氮磷肥料管理系统与咨询服务;(2)离线不同作物轮作氮磷肥料管理系统与咨询服务;(3)不同作物轮作氮磷肥料管理系统-手机版与咨询服务;(4)农业部农业技术推广人员培训;(5)农业部农业技术推广资料与资讯报告撰写等;(6)不同省份站点试验示范与推广等。


四、主要工作任务与进度

4.1任务分工

本项专题服务由肥力网和8个长期定位试验站共同参加。人员具体分工:马义兵研究员全面负责肥力网管理工作,服务策划、技术咨询、技术指导和监督工作。李菊梅研究员负责具体实施工作,收集从8个长期定位试验基地寄来的土壤样品并加工整理入库保存,收集有8个长期定位试验基地传输来的各项数据,分类、归类整理、审核、制作数据集、数据入库、上报国家野外台站。马义兵和李菊梅共同负责分析研究不同类型土壤、不同气候带、不同耕作制度、不同施肥方式下土壤氮、磷养分变化趋势、演变规律、影响因素、建立预测模型,明确土壤氮、磷养分高产阈值和环境风险阈值。制作土壤氮磷农田管理软件。8个基地的具体分工是黄绍敏研究员负责郑州潮土基地,杨学云研究员负责杨凌黄土基地,刘宏斌研究员负责北京昌平褐土基地,王伯仁副研究员负责祁阳红壤基地,石孝君研究员负责重庆北碚紫色土基地,陈义研究员负责杭州水稻土基地,刘骅研究员负责乌鲁木齐灰漠土基地,朱平研究员负责公主岭黑土基地。各基地科研人员和技术人员主要任务是负责不同作物轮作氮磷肥料管理系统在当地的应用、示范和推广。

4.2实施步骤

(1)数据整编和数据库建立

首先利用文献数据结果,“肥力网”的长期定位试验数据,以及生态站(农业站)有关数据结果,归类整理、审核、建立数据库。难点是数据准确性审核,由于数据在不同的基地由不同的仪器、不同批次试剂、器皿、操作人员分析,难免会出现数据准确度问题。解决办法,在数据审核过程中发现问题,用原来样品再次测定,以标样控制,以检验数据准确性。

(2)土壤养分演变预测模型与高产阈值及环境风险阈值建立

以覆盖我国8个典型土壤类型、不同气候带、不同施肥方式的大宗耕作制度:小麦-玉米轮作、稻稻轮作、稻麦轮作为对象,以长期定位试验资料为依据研究土壤氮磷养分变化的主控因素,其间的量化关系,揭示土壤氮磷养分含量长期演变规律,建立预测模型,并进行验证。前期研究结果证明:在玉米-冬小麦轮作系统中,不施肥土壤中Olsen-P的含量随栽培时间而下降,直到土壤中Olsen-P的含量下降到约3 mg/kg时,随后,Olsen-P的含量保持不变。在不施肥土壤中Olsen-P含量随试验时间而下降的趋势能被指数函数所描述。在年施磷量为29.2~82.2 kgP/ha的土壤中,土壤Olsen-P将发生累积。通过土壤Olsen-P初始含量、施磷量、作物产量和土壤pH建立预测模型。在长期的玉米-冬小麦轮作系统中磷的平均年累积率是1.21 mg/kg。土壤Olsen-P累积模型得到了独立数据的验证,可预测玉米-冬小麦轮作系统中土壤Olsen-P的累积率。高产阈值及环境风险阈值的确定是本项专题服务关键所在,也是最难的一步。最难点是建立较为准确的预测模型,很难归一化模型参数,因为土壤性质、作物种类、轮作制度、肥料性质对模型有显著性影响。解决办法是对大数据分类研究,分为小麦-玉米轮作系统、稻稻轮作系统、稻麦轮作系统,施有机肥和无机肥两种,建模时考虑土壤性质各因素的显著影响。

(3)养分累积利用率及与产量的关系

通过数据库分析,研究养分的输入输出平衡,以及与产量的量化关系,以便为建立不同作物轮作氮磷肥料管理系统提供支撑。

(4)不同作物轮作氮磷肥料管理系统开发与推广

制作服务工具提供服务于广大农业科研工作者、农民和肥料工作者、农化服务人员。以研究的农田氮磷养分预测模型为基础制作犹如肥料田间管理科学计算器类软件,并制作网络版、APP版等,简易操作方便,免费提供施用。其难点是宣传问题,怎样让服务对象认识到,怎样让大家有兴趣施用。解决办法是反复对模型、软件应用的准确性进行验证,发表论文提高知名度,办学习班介绍服务功能推广应用。

4.3进度安排

2014年1月1日-3月31日,工作任务是汇总样品和数据,目标是原始资源汇总。

2014年4月-6月,工作任务是数据审核、个别样品纠错分析,制作数据集、建档、数据入库管理。目标是原始资源入库管理。

2014年7月-9月,工作任务是土壤氮磷养分演变规律研究,建立预测模型,主要是水田模型性建立和验证,模型计算软件制作。目标是建立预测模型,明确高产阈值和环境风险阈值。

2014年10月-12月,工作任务是农田氮磷养分管理软件制作及应用。编制网络软件和APP软件,免费提供服务。目标是提供服务软件并指导应用。


五、预期效果和考核指标

预期效果:

(1)揭示农田土壤氮磷含量长期演变规律,明确影响土壤氮磷变化的主控因素,建立土壤氮磷含量变化预测模型;

(2)确定土壤氮磷含量高产阈值和环境风险阈值。

考核指标:

(1)建立不同土壤类型、不同施肥、不同耕作制度下土壤氮磷含量预测模型3个;

(2)制作农田土壤氮磷养分管理软件1套。

 

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