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一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法

阅读：317发布：2021-03-01

IPRDB可以提供一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于土壤肥料技术领域，本发明公开了一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法，包括步骤：S1、选取pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾作为评价指标，利用S型隶属度函数分别计算有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾的隶属度值，根据抛物线型隶属度函数计算pH值的隶属度值，基于相关系数分析法确定每个评价指标的权重系数，根据每个评价指标的权重系数和对应的隶属度值，采用指数和法计算出土壤肥力综合指标值；S2、建立土壤肥力综合指标值与水稻产量的函数模型，根据养分平衡法施肥。本发明的方法可靠、准确度较高。，下面是一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法，其特征在于：包括步骤：S1、选取pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾作为评价指标，利用S型隶属度函数分别计算有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾的隶属度值，根据抛物线型隶属度函数计算pH值的隶属度值，基于相关系数分析法确定每个评价指标的权重系数，根据每个评价指标的权重系数和对应的隶属度值，采用指数和法计算出土壤肥力综合指标值；

S2、建立土壤肥力综合指标值与水稻产量的函数模型，根据养分平衡法施肥。

2.根据权利要求1所述的一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法，其特征在于：所述步骤S1中有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾对应的S型隶属度函数转折点的取值：有机质为8、35，全氮为0.65、1.75，全磷为0.3、1.0，全钾为7.5、23，碱解氮为

50、135，有效磷为4、30和速效钾为40、175；所述pH值对应的抛物线隶属度函数转折点的取值为5.5、6.5、7.5、8.5。

3.根据权利要求2所述的一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法，其特征在于：所述步骤S1中每个评价指标的权重系数是通过以下方式确定的：计算各个评价指标之间的相关系数，计算单项评价指标之间相关系数的平均值，以该平均值的绝对值占所有评价指标相关系数平均值绝对值总和的比重，作为该评价指标的权重系数。

4.根据权利要求3所述的一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法，其特征在于：所述步骤S1中各评价指标的权重系数分别为pH为0.219、有机质为0.142、全氮为0.172、全磷为0.154、全钾为0.050、碱解氮为0.121、有效磷为0.139和速效钾为0.003。

5.根据权利要求4所述的一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法，其特征在于：所述步骤S1中的每个评价指标的权重系数乘以其对应的隶属度值的总和值为土壤肥力综合指标值，具体计算公式为：式中，IFI表示土壤肥力综合指标值，n表示土壤指标的总数，Wi和Ni分别表示第i种土壤指标的权重系数和隶属度值。

6.根据权利要求5所述的一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法，其特征在于：所述步骤S2中的土壤肥力综合指标值与水稻产量的函数模型为：y＝11476.10x-60.36 (2)

式中，x表示土壤肥力综合指标值，y表示水稻产量，kg/hm2。

7.根据权利要求6所述的一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法，其特征在于：所述步骤S2中氮肥推荐量的具体公式如下：所述步骤S2中磷肥推荐量的具体公式如下：

y＝-28.53lnx+147.89 (4)

式中，x表示土壤有效磷含量，mg/kg；y表示推荐施肥量，kg/hm2；

所述步骤S2中钾肥推荐量的具体公式如下：

y＝-48.78lnx+306.96 (5)

式中，x表示土壤速效钾含量，mg/kg；y表示推荐施肥量，kg/hm2。

8.根据权利要求7所述的一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法，其特征在于：所述公式(3)中土壤有效养分校正系数和肥料利用率为紫色土稻田土壤有效养分校正系数和肥料利用率，土壤碱解氮养分校正系数为0.273-0.665，氮肥利用率为32.17-

36.41％。

说明书全文

一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法

技术领域

[0001] 本发明属于土壤肥料技术领域，具体涉及一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法。

背景技术

[0002] 紫色土是我国一种特有的土壤资源，广泛分布于中国的四川、重庆、云南、贵州等省份，这些区域也是我国长江上游水稻-小麦或水稻-油菜水旱轮作区。土壤是农业发展的基础，对土壤质量进行评价是提高土壤肥力、合理施肥和保障粮食安全的重要组成部分。土壤质量的评价已由原来的定性描述阶段发展到现在的定量评价阶段，越来越多的定量数学评价方法被应用于土壤质量评价中，如专家打分法、Fuzzy综合评判法、土壤质量动态法、内梅罗指数法和主成分-聚类分析法等。施肥是确保作物高产的重要措施，由于化肥的不合理使用，我国很多地区出现了增肥不增产、肥料利用率偏低、农业生态污染等一系列问题，极大阻碍了农业可持续发展；发展适合中国农业生产特点的科学合理的养分管理和施肥方法十分重要。国内外提出了很多推荐施肥方法，例如：①基于土壤为基础的测土配方施肥方法、养分专家系统推荐施肥法、地力分级法、目标产量法等；②通过地上作物为基础的推荐施肥方法，像光谱诊断法、肥料效应函数法、作物营养诊断法等。其中，测土配方推荐施肥是通过建立土壤养分分级指标，根据作物目标产量的养分需求和田块土壤的有效养分测试值来确定施肥量的一种推荐施肥方法；而养分专家系统推荐施肥是利用QUEFTS模型明确作物的养分内在效率，基于作物产量反应和农学效率之间的关系，综合肥料种类、施肥量、施肥时期和施肥位置的原则进行推荐施肥的方法。目前，以上两种推荐施肥在我国大田作物上均有较广泛的应用，对优化区域施肥措施、促进节肥增效发挥了重要的作用。但是各地开发的施肥专家系统设计过于专业片面化，参数设置过于复杂，不便于使用者操作查询难于推广。鉴于这些情况，目前急需一种便捷、快速、准确、普及性较好的稻田土壤肥力评价与推荐施肥的方法。

发明内容

[0003] 为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法。

[0004] 本发明所采用的技术方案为：

[0005] 一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法，包括步骤：

[0006] S1、选取pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾作为评价指标，利用S型隶属度函数分别计算有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾的隶属度值，根据抛物线型隶属度函数计算pH值的隶属度值，基于相关系数分析法确定每个评价指标的权重系数，根据每个评价指标的权重系数和对应的隶属度值，采用指数和法计算出土壤肥力综合指标值；

[0007] S2、建立土壤肥力综合指标值与水稻产量的函数模型，根据养分平衡法施肥。

[0008] 进一步的，所述步骤S1中有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾对应的S型隶属度函数转折点的取值：有机质为8、35，全氮为0.65、1.75，全磷为0.3、1.0，全钾为7.5、23，碱解氮为50、135，有效磷为4、30和速效钾为40、175；所述pH值对应的抛物线隶属度函数转折点的取值为5.5、6.5、7.5、8.5。

[0009] 进一步的，所述步骤S1中每个评价指标的权重系数是通过以下方式确定的：计算各个评价指标之间的相关系数，计算单项评价指标之间相关系数的平均值，以该平均值的绝对值占所有评价指标相关系数平均值绝对值总和的比重，作为该评价指标的权重系数。

[0010] 进一步的，所述步骤S1中各评价指标的权重系数分别为pH为0.219、有机质为0.142、全氮为0.172、全磷为0.154、全钾为0.050、碱解氮为0.121、有效磷为0.139和速效钾为0.003。

[0011] 进一步的，所述步骤S1中的每个评价指标的权重系数乘以其对应的隶属度值的总和值为土壤肥力综合指标值，具体计算公式为：

[0012]

[0013] 式中，IFI表示土壤肥力综合指标值，n表示土壤指标的总数，Wi和Ni分别表示第i种土壤指标的权重系数和隶属度值。

[0014] 进一步的，所述步骤S2中的土壤肥力综合指标值与水稻产量的函数模型为：

[0015] y＝11476.10x-60.36 (2)

[0016] 式中，x表示土壤肥力综合指标值，y表示水稻产量，kg/hm2。

[0017] 进一步的，所述步骤S2中氮肥推荐量的具体公式如下：

[0018]

[0019] 所述步骤S2中磷肥推荐量的具体公式如下：

[0020] y＝-28.53lnx+147.89 (4)

[0021] 式中，x表示土壤有效磷含量，mg/kg；y表示推荐施肥量，kg/hm2；

[0022] 所述步骤S2中钾肥推荐量的具体公式如下：

[0023] y＝-48.78lnx+306.96 (5)

[0024] 式中，x表示土壤速效钾含量，mg/kg；y表示推荐施肥量，kg/hm2。

[0025] 进一步的，所述公式(3)中土壤有效养分校正系数和肥料利用率为紫色土稻田土壤有效养分校正系数和肥料利用率，土壤碱解氮养分校正系数为0.273-0.665，氮肥利用率为32.17-36.41％。

[0026] 本发明的有益效果为：本发明的一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法，通过选取pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾8项指标，采用Fuzzy综合评判法计算出土壤肥力综合指标值，并建立土壤肥力综合指标值与水稻产量的函数模型，根据养分平衡法原理计算推荐施肥量和施肥方式，从而实现了精准施肥的目的。

[0027] 本发明的方法可靠、准确性较高；依据稻田土壤肥力评价结果来确定目标产量，根据本发明推荐的施肥量种植水稻，其预测产量与实际产量水平非常接近，说明本发明的方法可靠、准确性较高，能有效指导实际生产。

附图说明

[0028] 图1是水稻实际产量与预测产量的关系图。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

[0030] 一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法，包括步骤：

[0031] S1、选取pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾作为评价指标，利用S型隶属度函数分别计算有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾的隶属度值，根据抛物线型隶属度函数计算pH值的隶属度值，基于相关系数分析法确定每个评价指标的权重系数，根据每个评价指标的权重系数和对应的隶属度值，采用指数和法计算出土壤肥力综合指标值；

[0032] S2、建立土壤肥力综合指标值与水稻产量的函数模型，根据养分平衡法施肥。

[0033] 进一步的，所述步骤S1中有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾对应的S型隶属度函数转折点的取值：有机质为8、35，全氮为0.65、1.75，全磷为0.3、1.0，全钾为7.5、23，碱解氮为50、135，有效磷为4、30和速效钾为40、175；所述pH值对应的抛物线隶属度函数转折点的取值为5.5、6.5、7.5、8.5。

[0034] 进一步的，所述步骤S1中每个评价指标的权重系数是通过以下方式确定的：计算各个评价指标之间的相关系数，计算单项评价指标之间相关系数的平均值，以该平均值的绝对值占所有评价指标相关系数平均值绝对值总和的比重，作为该评价指标的权重系数。

[0035] 进一步的，所述步骤S1中各评价指标的权重系数分别为pH为0.219、有机质为0.142、全氮为0.172、全磷为0.154、全钾为0.050、碱解氮为0.121、有效磷为0.139和速效钾为0.003。

[0036] 进一步的，所述步骤S1中的每个评价指标的权重系数乘以其对应的隶属度值的总和值为土壤肥力综合指标值，具体计算公式为：

[0037]

[0038] 式中，IFI表示土壤肥力综合指标值，n表示土壤指标的总数，Wi和Ni分别表示第i种土壤指标的权重系数和隶属度值。

[0039] 进一步的，所述步骤S2中的土壤肥力综合指标值与水稻产量的函数模型为：

[0040] y＝11476.10x-60.36 (2)

[0041] 式中，x表示土壤肥力综合指标值，y表示水稻产量，kg/hm2。

[0042] 进一步的，所述步骤S2中氮肥推荐量的具体公式如下：

[0043]

[0044] 所述步骤S2中磷肥推荐量的具体公式如下：

[0045] y＝-28.53lnx+147.89 (4)

[0046] 式中，x表示土壤有效磷含量，mg/kg；y表示推荐施肥量，kg/hm2；

[0047] 所述步骤S2中钾肥推荐量的具体公式如下：

[0048] y＝-48.78lnx+306.96 (5)

[0049] 式中，x表示土壤速效钾含量，mg/kg；y表示推荐施肥量，kg/hm2。

[0050] 进一步的，所述公式(3)中土壤有效养分校正系数和肥料利用率为紫色土稻田土壤有效养分校正系数和肥料利用率，土壤碱解氮养分校正系数为0.273-0.665，氮肥利用率为32.17-36.41％。

[0051] 实施例

[0052] 本发明的目的在于解决土壤肥力评价的复杂性，提出一种快速、准确、普及性较好的稻田土壤肥力评价方法，并根据土壤肥力评价结果提出一种推荐施肥的方法。

[0053] 水稻土肥力评价

[0054] 主要包括评价指标的选取、隶属度值的确定、评价指标权重系数的确定和土壤肥力综合指标值的计算4个步骤。其具体内容为：

[0055] 1)评价指标的选取

[0056] 土壤质量指标是从土壤生产潜力与环境管理的角度进行监测和评价土壤健康状况的性状、功能或条件。评价指标的选取应遵循综合分析与主导因素相结合原则，稳定性原则，考虑现有资料的科学性、现势性和完整性以及当前的技术条件。本发明选取pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾八个常规项目作为评价指标。

[0057] 2)隶属度值的确定

[0058] ①隶属函数的确定

[0059] 目前，用于土壤肥力评价的隶属度函数主要有S型(半梯形)和抛物线型(梯形)隶属度函数。S型隶属度函数评价的指标如有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾，这些肥力指标与作物产量呈“S”型曲线关系，即在一定的范围内评价指标值与作物产量呈正相关，而低于或高于此范围评价指标值的变化对作物产量影响很小。

[0060] 其隶属度函数表达式为：

[0061]

[0062] 式中，x1和x2表示隶属度函数曲线转折点处的取值。

[0063] 抛物线型(梯形)隶属度函数的评价指标如pH值，这类评价指标对作物生长发育有一个最佳适宜范围，超过此范围，随着偏离程度的增大，对作物生长发育的影响越不利，直至达某一值时作物不能生长发育。

[0064] 其隶属度函数表达为：

[0065]

[0066] 式中，x1、x2、x3和x4表示pH值的隶属度函数曲线转折点处的取值。

[0067] ②隶属函数曲线中转折点的取值

[0068] 根据上述隶属度函数计算单项肥力指标的隶属度值，必须先确定各评价指标的转折点值，参考全国第二次土壤普查和四川土壤种志中的分级标准，土壤肥力各项指标转折点取值见表1。根据相应的隶属度函数和转折点取值，可计算各项土壤肥力指标的隶属度值，这些值介于0.1-1.0之间。

[0069] 表1土壤肥力各项指标隶属函数曲线中转折点的取值

[0070]

[0071]

[0072] 3)评价指标权重系数的确定

[0073] 基于相关系数分析法来确定单项肥力指标的权重系数。首先应用统计软件计算出各养分指标之间的相关系数，其次计算单项指标之间相关系数的平均值，最后以该平均值的绝对值占所有评价指标相关系数平均值的绝对值总和的比重，作为该单项评价指标的权重系数。本发明基于四川省遂宁市34年的水稻土长期肥料定位试验，计算出的各肥力指标权重系数如表2：

[0074] 表2各评价指标的相关系数平均值和权重系数

[0075]

[0076] 4)土壤肥力综合指标值的计算

[0077] 土壤肥力综合指标值IFI(Integrated Fertility Index)的计算采用指数和法，即根据各指标的隶属度值和权重系数计算土壤肥力综合指标值，公式为：

[0078]

[0079] 式中，n表示所有参评指标；Wi和Ni分别表示第i种养分指标的权重系数和隶属度值。

[0080] 评价综合指标值构成了总的土壤肥力水平得分值，它综合反映了土壤肥力状况，IFI取值为0～1之间，其值越大，表明土壤越肥沃。

[0081] 推荐施肥

[0082] 1)土壤肥力综合指标值与作物产量的关系

[0083] 应用数学模型构建土壤肥力综合指标值与水稻产量的关系，土壤肥力综合指标值与水稻产量呈极显著正相关关系，其数学表达式为：

[0084] y＝11476.10x-60.36 (2)

[0085] (R2＝0.799，p<0.01)，说明通过土壤肥力综合指标值能很好的预测该土壤上水稻的产量。

[0086] 2)推荐施肥的方法

[0087] ①施肥量的确定

[0088] 采用养分平衡法确定水稻氮肥的推荐施肥量。其具体内容为：

[0089] 养分平衡法是根据作物目标产量需肥量与土壤供肥量之差估算施肥量，计算公式为：

[0090]

[0091] 作物单位产量养分吸收量，每生产100kg稻谷需要1.846～1.873kg N；目标产量根2
据y＝11476.10x-60.36计算，x表示土壤肥力综合指标值，y表示水稻产量(kg/hm)；土壤测试值指拟评价田块土壤碱解氮的实际测定值；紫色土稻田土壤碱解氮养分校正系数为
0.273～0.665；紫色土稻田水稻氮肥料利用率为32.17～36.41％；肥料中养分含量与施用种类有关，如施用尿素，肥料中N含量为46％。

[0092] 采用公式y＝-28.53lnx+147.89计算磷肥推荐量，x表示土壤有效磷含量(mg/kg)，y表示推荐施肥量(kg/hm2)；采用公式y＝-48.78lnx+306.96计算钾肥推荐量，x表示土壤速效钾含量(mg/kg)，y表示推荐施肥量(kg/hm2)；如施用过磷酸钙和氯化钾种类肥料，肥料中P2O5和K2O含量分别为12％、60％。

[0093] ②推荐施肥方法

[0094] 肥料施用方法为，100％的磷肥、50％的氮肥和50％的钾肥作为基肥施入，35％的氮肥和50％的钾肥作为分蘖肥施入，15％的氮肥作为穗肥施入。

[0095] 本发明具有以下优点：

[0096] 1、评价指标权重系数的确定有所创新。本发明基于四川省遂宁市持续了34年的紫色水稻土肥料定位试验，计算出单项肥力指标的权重系数，所确定的土壤评价指标权重系数值更准确可靠。

[0097] 2、本发明方法可靠、准确性高。依据稻田土壤肥力评价结果来确定目标产量，根据本发明推荐的施肥量种植水稻，其预测产量与实际产量水平非常接近，说明本发明方法可靠、准确性较高，能有效指导实际生产。

[0098] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

[0099] 2017年在四川省遂宁市永兴镇元宝村开展验证试验，所选田块土壤养分状况如表3。

[0100] 表3供试田块土壤养分状况

[0101]

[0102] 1、水稻土肥力评价

[0103] 1)评价指标的选取

[0104] 选取pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾作为评价指标。

[0105] 2)隶属度的确定

[0106] ①隶属函数的确定

[0107] 利用S型(半梯形)隶属度函数(公式4)计算有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾隶属度值，利用抛物线型(梯形)隶属度函数(公式5)计算pH隶属度值。

[0108] ②隶属函数曲线中转折点的取值

[0109] 根据相应的隶属度函数和转折点取值(表1)，计算不同田块各项土壤指标的隶属度值，结果见表4。

[0110] 表4不同田块各项指标隶属度值

[0111]

[0112] 3)评价指标权重系数的确定

[0113] 利用上述表2中各评价指标的权重系数。

[0114] 4)土壤肥力综合指标值的计算

[0115] 根据上述公式(1)中的描述，计算出田块1、2和3的土壤肥力综合指标值分别为0.68、0.73和0.63。

[0116] 2、推荐施肥量

[0117] 利用上述公式(3)中的描述，确定不同田块氮肥的推荐施肥量。作物单位产量养分吸收量，每生产100kg稻谷田块1、2和4需要1.846kg N(土壤碱解氮含量在50到150mg/kg之间)、田块3需要1.854kg N(土壤碱解氮含量>150mg/kg)；应用土壤肥力综合指标值与水稻产量的关系式公式2计算的水稻目标产量田块1为7750.55kg/hm2、田块2为8344.47kg/hm2、田块3为7153.43kg/hm2和田块4为5130.82kg/hm2；土壤碱解氮、有效磷和速效钾的实际测定值见表3；土壤碱解氮养分校正系数为0.436(田块1、2、4)和0.273(田块3)；氮肥料利用率为32.41％(田块1、2、4)、3217％(田块3)；利用上述公式(4)和(5)中的描述，确定不同田块磷肥和钾肥的推荐施肥量；肥料中养分含量与施用种类有关，如施用尿素、过磷酸钙、氯化钾种类肥料，肥料中N、P2O5、K2O含量分别为46％、12％、60％。

[0118] 3、推荐施肥方法

[0119] 肥料施用方法为，100％的磷肥、50％的氮肥和50％的钾肥作为基肥施入，35％的氮肥和50％的钾肥作为分蘖肥施入，15％的氮肥作为穗肥施入。

[0120] 表5不同田块肥料施用量

[0121]

[0122] 4、应用的效益

[0123] 如图1所示，不同田块实际水稻产量与预测产量(目标产量)呈极显著正相关关系，说明采用本发明的方法进行土壤肥力评价后，并进行推荐施肥，实际水稻产量与预测的目标产量吻合度极高。

[0124] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

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土壤采样器-专利编号CN203881567U	2020-05-13	223

一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法

一种基于土壤肥力评价进行稻田推荐施肥的方法

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