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针对当前中国农业生产中肥料不合理施用带来肥料利用率低的现状,以及我国小农户经营、作物种植茬口紧,测土施肥实现困难等问题,迫切需要建立基于产量反应和农学效率的作物推荐施肥方法。本研究以多年多点的试验数据为基础,采用QUEFTS(Quantitative Evaluation of the Fertility of Tropical Soil)模型研究我国不同种植季节类型水稻养分吸收特征参数,同时结合田间试验,分析不同种植类型水稻产量反应、农学效率和土壤基础养分供应特征及不同管理措施下的产量差,在此基础上建立基于产量反应和农学效率的水稻推荐施肥方法。同时采用计算机软件技术,把复杂的推荐施肥模型简化成用户方便使用的水稻养分专家系统(Nutrient Expert,简称NE),并通过田间验证,对水稻养分专家系统参数进行校正和改进。同时,对已建立的玉米养分专家系统进行校正,通过多年多点的田间试验研究其农学效应、经济效应和环境效应。取得的主要研究进展如下:(1)收集和汇总了2000-2013年中国水稻主产区2218个水稻试验,应用QUEFTS模型分析了不同种植类型水稻产量与养分吸收之间的关系。在潜在产量的60%-70%范围内水稻养分吸收随产量增长呈直线增长。一季稻生产1000 kg籽粒地上部干物质养分需求分别为14.8 kg N、3.8kg P和15.0 kg K,而相应的养分内在效率分别为67.6 kg籽粒/kg N、263.2 kg籽粒/kg P和66.7 kg籽粒/kg K。早/中/晚稻生产1000 kg籽粒地上部干物质养分需求分别为17.1 kg N、3.4kg P和18.4 kg K,而相应的养分内在效率分别为58.5 kg籽粒/kg N、294.1 kg籽粒/kg P和54.3 kg籽粒/kg K。一季稻N:P:K比例为3.89:1:3.95,而早/中/晚稻N:P:K比例为5.03:1:5.41(2)应用QUEFTS模型拟合不同目标产量下籽粒养分吸收。一季稻和早/中/晚稻两组数据的N、P和K籽粒养分吸收非常相近。每生产1000 kg籽粒产量,一季稻籽粒需要吸收10.6 kg N、2.6 kg P和3.2 kg K,早/中/晚稻籽粒需要吸收10.6 kg N、2.7 kg P和3.1 kg K。当目标产量达到潜在产量的80%时,一季稻籽粒N、P和K养分吸收分别占地上部养分吸收的72%、69%和22%,早/中/晚稻分别为62%、80%和17%。(3)水稻N、P和K肥的平均产量反应分别为2.4、0.9和1.0 t/ha,平均基础养分供应分别为91.3、27.5和139.1 kg/ha,平均农学效率分别为13.0、12.7和8.4 kg/kg,平均相对产量分别为0.71、0.89和0.89。确定土壤养分供应等级低、中、高的相对产量参数N的分别为0.63、0.71和0.81;P的分别为0.84、0.91和0.96;K的分别为0.85、0.91和0.95。产量反应与相对产量关系呈显著线性负相关,与农学效率呈显著二次曲线关系。(4)构建了基于产量反应和农学效率的水稻推荐施肥模型和养分专家系统。田间试验结果表明,与农民习惯施肥(Farmer’s practice,简称FP)和测土施肥(Soil testing,简称OPTS)相比,应用养分专家系统产量分别提高了4.2%和2.6%,而经济效益分别增加了859和585元/ha。氮素回收率(REN)分别提高了9.2和6.2个百分点,氮素农学效率(AEN)分别提高了2.8和1.8 kg/kg,而氮素偏生产力(PFPN)分别提高了4.8和3.0 kg/kg。(5)校正了玉米养分专家系统中的可获得产量、产量反应和相对产量等参数。判定土壤基础养分供应低、中和高的相对产量参数N分别为0.70、0.82和0.90;P分别为0.86、0.91和0.96;K分别为0.83、0.89和0.95。(6)在华北和东北七省开展的玉米田间验证试验结果表明,与FP相比,NE节约了30.4%的氮肥和11.3%的磷肥,增加了钾肥施用,NE最高可提高产量6.1%,增加了经济效益137-1711元/ha。NE处理的AEN、REN和PFPN分别提高了3.9 kg/kg、10.2个百分点和17.2 kg/kg,当季氮素表观损失平均降低了35.6 kg N/ha;三年玉米定位试验显示,NE处理比FP处理减少氮肥投入66 kg N/ha,但产量提高了0.6 t/ha,经济效益增加了1421元/ha,其中由增产而增加的效益占总效益的91.3%。NE处理的氮、磷和钾的回收率分别提高了11.3、7.6和7.7个百分点,农学效率分别提高了5.4、9.3和4.8 kg/kg,并显著地降低了氮素残留和表观损失;田间验证结果表明,与OPTS处理相比,NE处理在保障玉米产量的同时,其N、P2O5和K2O的施用量分别降低了21.2%、6.9%和7.9%,净效益增加了328元/ha,REN、AEN和PFPN分别增加了6.0个百分点、2.5 kg/kg和12.9 kg/kg。综上所述,基于产量反应和农学效率的推荐施肥方法具有可靠的理论基础,在实践上可行,可以用于我国水稻和玉米的施肥推荐。