精准养分管理
土壤养分综合评价法和平衡施肥技术及其产业化
杨俐苹，金继运，白由路，黄绍文
（中国农业科学院土壤肥料研究所，北京 100081）
随着我国加入WTO日期的逐渐临近，我国农业以及化肥生产企业将面临越来越严峻的挑战。我国是一个农业大国，农业是我国重点发展的基础产业，如何利用新技术改造我国的传统农业，提高农业的生产效益、改善农产品品质，使其在国际市场上具有一定的竟争能力，已成为农业科学研究的重点。土壤是农业生产的基础，化肥是作物的“粮食”，这一点已成为共识，化肥又是农业生产中投入最多的生产资料，它对土壤肥力、作物产量、产品品质和生态环境都有重要的影响。但是，我国目前化肥施用中还存在着诸多的问题需要解决，面对我国土壤高强度开发、农业生产高度分散、农民素质尚待提高的局面，应用先进的科学技术集成于产品中，形成产业化的发展道路，不仅可以跨跃我国农民质素较低的现实，又可使先进的科学技术在农业生产中充分发挥作用。
本文仅对中国农业科学院土壤肥料研究所的科研成果“土壤养分综合评价法和平衡施肥技术”在产业化中的应用进行一些探讨，旨在促进平衡施肥技术在农业生产中的应用，为我国合理利用肥料资源、提高农业生产效益服务；同时，为化肥生产企业特别是复合（混）肥生产企业生产出满足农业生产需要的产品，联合生产、销售、推广部门，建立有效的农化服务体系，深入开展农化服务，使化肥生产与农业生产相结合，促进科学施肥，创造更多的经济效益和社会效益提供思路。
1 平衡施肥的必要性与土壤养分综合评价法
在农业生产的各项物质投入中，肥料是费用最高的一项。据估计，化肥的投入一般占我国粮食生产中各项物资、能量总投入的30%~40%，在个别高产地区甚至高达50%。据统计，在过去的40年间，化肥总用量与粮、棉总产量，以及化肥单位面积施用量与粮、棉产量均成显著或极显著正相关。我国粮食增产的30%~50%来自化肥的应用。化肥的增产作用是明显的，但是肥料的施用上也存在较大的问题。传统的施肥观念和习惯及我国化肥生产结构的严重不平衡，导致国内氮磷钾施用结构长期失衡，肥料的使用效率和边际效益下降很快。据全国化肥试验网统计资料分析，1962年每千克氮素增产稻谷15.5~18.0kg，到80年代每千克氮素增产稻谷下降到7.3kg，仅为60年代初的45%左右，化肥的利用率呈明显下滑趋势。由于肥料的不平衡施用，引起土壤中其它养分耗竭，施肥效益下降，影响作物产量和品质，甚至带来一系列环境污染问题。所以，推荐施肥时必须考虑土壤中营养元素的综合平衡和均衡供应。此外，大量偏施一种或几种营养元素肥料带来的环境问题也不容忽视。城市郊区常由于过量的氮肥施用导致地下水污染、硝酸盐含量严重超标等环境问题日趋严重。这些问题都是由于缺少合理施肥知识，违背平衡施肥原则造成的。
我国是世界上最大的化肥消费国。到1998年，化肥年总投入量已达4085.4万吨。但我国的化肥利用率低于世界发达国家10~15个百分点，肥料的不合理施用使得每年有四百多万吨化肥白白浪费掉。只有依靠和推广平衡施肥技术，才能实现农业生产的可持续发展，在保证作物持续高产稳产和农产品质量的同时，提高土壤肥力，保持良好的生态环境。
了解土壤养分状况，根据不同作物的需要进行科学合理的施肥，对于提高作物产量和品质以及保证环境质量，都具有重要意义。“土壤养分综合评价法和平衡施肥技术” 是中国农科院土壤肥料研究所科研人员经过多年研究、示范、推广
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工作的技术成果，该项成果1996年获农业部科学技术进步二等奖，1999年获国家科学技术进步三等奖。它是在引进国外先进测土施肥技术“土壤养分状况系统研究法”基础上发展起来的，通过从全国28个省、市、自治区采取了上万个土壤样品，经过大量的实验室、温网室和田间试验示范研究工作，形成了一套适合我国土壤条件和种植制度的土壤养分综合系统评价法和平衡施肥技术。多年来我们为促进该技术在生产中的运用进行了一些探索和尝试。
土壤养分状况综合评价法特点
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：（1）全面考虑土壤中大、中、微量元素状况及平衡。通过对土壤中11种营
养元素有效含量及pH、有机质、活性酸的测定，可以全面评价土壤肥力状况，找出土壤养分限制因子，从而提出合理的推荐施肥建议。（2）采用联合浸提剂，提高了工作效率。土壤养分状况综合评价法养分化学分析利用的联合浸提剂主要包括：ASI溶液（0.25 mol/L NaHCO3-0.01 mol/L EDTA-0.01-mol/L NH4F）- 同时浸提P、K、Cu、Fe、Mn、Zn 六种营养元素、0.08 mol/L Ca(H2PO4)2？H2O溶液? 同时浸提S、B两种营养元素、1 mol/L KCl溶液-NH4-N、活性酸（AA）、Ca、Mg、Na联合浸提。用该方法测定的土壤有效养分，在多数土壤上与作物生长反应具有良好的相关性。（3）高效、快速的分析测试过程，使测土推荐施肥能真正实施。采用实验室系列化测试设备，使土壤样品的前处理及测定过程如取样、加液、浸提、稀释、洗涤、比色等实现系列化操作。同时，采用美国、加拿大等国测土施肥中已广泛流行的体积计量法，以容量为基础进行土壤养分的测定，大大提高了工作效率。（4）在全面考虑土壤中大、中、微量元素状况及平衡的同时，考虑主要营养元素如P、K、S、B、Cu、Mn、Zn在土壤中的吸附固定特点。正确了解土壤对养分的吸附固定能力对可靠地评价土壤养分状况、确定合适的施肥量非常重要。
十几年来，在全国各省（市）农业科研技术人员的合作研究支持下，应用土壤养分综合评价法和平衡施肥技术，对了解我国主要农业土壤的养分状况，促进平衡施肥技术的应用推广起了有效的积极的作用。自中加实验室建立以来，我们应用土壤养分综合评价法对取自我国20多个省（市、自治区）的13000多个土壤样品进行了测定，其中7000多个样品进行了上述14个项目（11种元素有效含量及pH、有机质、活性酸项目）的基本分析，其余6500多个土壤样品（主要取自我国北方各省）进行了有效P、K、Cu、Mn、Zn含量的测定。表1汇总了所测土壤样品的11种营养元素速效含量的分析结果。根据该方法临界值指标进行分析，92.1%土壤铵态氮含量低于临界值，42.7%、61.3%、64.8%的土壤速效P、K、Zn含量低于临界值，可见土壤中这些元素普遍缺乏。此外，23.1%的土壤速效Fe、27.7%的土壤速效S、37.1%的土壤速效B、24%的土壤速效Mg、17.5%的土壤速效Mn、5.1%的土壤速效Cu、10.4%的土壤速效Ca低于临界值。
可见，除了氮、磷、钾大量营养元素外，中、微量元素的耗竭和缺乏问题也相当普遍，有的已经成为主要的产量限制因子。因此，推荐施肥工作中必须综合考虑土壤中各营养元素的均衡供应，才能达到预期的效果。
(表：表1 11种营养元素速效成份含量的测定结果(mg/L) ) 元素 土样总数 变幅 N 6280 平均值 临界值 低于临界值土样所占(%) 92.1 42.7 61.3 0.4-662 26.8 50 P 13300 0.1-639 22.0 12 K 13300 7.8-414.5 78.0 78 Ca 6280 Mg 6280 S 6280 Fe 6550 B 5730 0.0-13687 2453.6 400 10.4 1.2-4468.9 333.3 121 24.0 0.0-272.2 34.4 12 0.7-1296 72.7 10 27.7 23.1 0.00-14.80 0.76 0.2 37.1 5.1 17.5 Cu 13300 0.1-131.5 3.0 1 Mn 13300 0.4-1098.0 24.6 5 Zn 13300 0.1-138.0 2.5 2
2 分区土壤养分管理、实现配方施肥产业化
64.8 在国家“八五”、“九五”攻关计划期间，我所科研人员在黄淮海平原示范区（河北省玉田县、山东省陵县等）及吉林玉米高产区、新疆棉区对试区土壤养分状况及其限制因子进行了一系列研究，通过土壤测试、田间试验、示范，成功地指导了这些地区的平衡施肥，为作物高产稳产奠定了坚实的基础。同时，协助一些复合肥厂生产出适合当地作物生长的专用肥。通过配方肥这种测土施肥技术的物化载体，为平衡施肥技术产业化提供了技术基础。由于专用肥的肥料配方是根据土壤养分状况和不同作物营养特性而作，故应用这种技术载体推广新技术，在提高作物产量和品质的同时提高了肥料利用率，而且简化了农化服务程序，更易为广大农民群众接受和欢迎。
1991年以来，我所科研人员在河北玉田县7.3×10ha耕地上全面开展了应用土壤养分状况系统研究法进行高产优化施肥的研究推广工作，先后在小麦、玉米、水稻、蔬菜以及果树等作物上开展了大规模的试验、示范和技术推广工作。通过土壤测试，结果表明，玉田县所有土壤缺氮，34%土壤极缺磷，47%土壤极缺钾，30%土壤极缺锌，15%土壤极缺锰，11%土壤极缺硫。土壤测试结果还显示该县缺磷土壤分布不均，其中部高产乡镇地区，从十几年前已经开始重视对磷的补充，所以，极缺磷和不缺磷的土壤各占25%；而该县南部地区，极缺磷的土样占一半以上，不缺磷的仅占10%，表明在南部地区尤其应重视对磷肥的施用。极缺钾的土样分布在中部高产乡镇地区，故应增加钾肥的施用。缺锌在玉田全县已比较普遍，不缺锌土样仅占10%。一些村镇如小定府、虹桥等锰的缺乏也应引起重视。林南仓镇玉米田间试验结果表明，不施磷肥、钾肥、锌肥的小区，玉米产量只能达到平衡施肥最佳产量的89.6%、67.9%、90.1%；虹桥镇小麦田间试验结果表明，不施磷肥、钾肥、锌肥、锰肥的小区，小麦产量只能达到平衡施肥最佳产量的56.2%、92.4%、84.8%、82.3%。图1显示了玉田县部分营养元素（P、K、Mn、Zn）空间分布图，根据该图层提出其主要粮食作物--小麦、玉米的分区推荐施肥建议。这些空间变异图为指导该区土壤养分管理和肥料的合理施用起了重要作用。
根据土壤测试和田间试验示范结果，提出不同乡镇的分区土壤养分管理措施，并协助复合肥厂生产出适合不同乡镇作物生产的复合肥料，为复合肥厂家提供了强有力的技术支持。分区平衡施肥技术的应用使小麦、玉米分别增产11.2%和16.8%，；使氮肥利用率在小麦、玉米上分别提高了12.7和13.1个百分点。
此外，我们先后与多家化肥生产企业如北京雪黎佳运化工有限公司化肥厂、黑龙江双城化肥厂、内蒙古奈曼旗化肥厂、天津嘉吉化肥有限公司等合作，提供适合不同地区、不同作物的复合肥配方。这些肥料配方中不仅根据土壤肥力状况和作物需肥特征配有氮磷钾大量元素，而且根据各地土壤养分限制因子配有作物需要的各种微量元素，充分把宏观控制和微观调节有机地结合起来，使生产出的肥料能适合不同地区、不同作物需要。使农民群众在买到这些厂家生产的满足当地需要的高质量的复合肥的同时，得到了平衡施肥的技术。在不增加甚至减少投入的情况下，通过调整肥料配比，实现高产高效平衡施肥，提高肥料利用率，同时防止了过量施肥对产品质量和环境造成的不良影响。由于作物产量和品质的提高，为农民带来了良好的经济效益。通过我们科研单位和复合肥厂家的密切合作提供的完善的售前、售后农化服务，提高了这些化肥厂家的信誉度，也为化肥厂家开拓了市场，创造了良好的经济效益。
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(图：图1 玉田县部分营养元素空间分布图)
(图：图1-1 玉田县部分营养元素空间分布图)
近十年来，通过中加农学合作项目，应用“土壤养分综合评价法”在全国各地区对不同土壤、作物上土壤养分限制因子开展了广泛的试验研究和示范推广工作，成功地指导了各地的平衡施肥技术推广工作。尤其在经济作物上获得了显著效益。 例如广东省，他们利用“土壤养分综合评价法”找出不同地区一些热带经济果树作物如香蕉、荔枝、芒果等以及蔬菜作物的
土壤养分限制因子，通过平衡施肥克服土壤养分供应的不足，同时生产出适合不同地区的果树、蔬菜专用肥，具有良好的增产效果，很受农民群众欢迎。
3 平衡施肥中的高效土壤养分分析系列设备及推荐施肥系统
在长期的测土推荐施肥实践中，我们深刻感受到土壤养分综合评价法在土壤养分状况评价和测土推荐施肥中的高效性和先进性。经过我们研究人员多年的努力，我们成功地研制、开发了这套高效土壤养分分析系列设备。全套设备包括土壤样品风干设备、土样粉碎机、土样量样器、样品盘、样品车、加液稀释器、土样搅拌器、样品盘冲洗器、泵吸式分光光度计、原子吸收分光光度计、搅拌式酸度计、纯水制备装置及附件等。这些设备可成套使用，也可单独用于一般土壤测试实验室的常规分析，以大大提高分析速度。
该方法显著优于目前国内土壤养分的常规分析法，在土壤样品分析过程中，采用一系列先进的操作技术：土壤风干盘避免了常规土样风干占地大、易污染的缺点；专用土壤样品粉碎机采用锤片式结构，不会破坏土壤的微团聚性能；体积量样，使得分析结果的重现性更好，批量加液稀释器的使用，能完成批量加液，同时还能使加液和稀释一次完成，大大简化了土壤分析过程中移液、稀释、显色、定容等手续；样品盘冲洗器可一次冲洗十一个容器，并能一次完成自来水和去离子水的冲洗。在分析过程中，土壤搅拌器代替了传统的振荡机，避免了样品易溢出和容器易碎的缺点；在比色分析中，采用了泵吸流动进样，使比色分析的效率大为提高；土壤酸度测定中，采用了自动搅拌冲洗技术，使搅拌和测定同时进行，大大简化了测定程序。同时通过电磁开关实现了土样测定之间的自动冲洗。该套高效土壤养分分析系列设备的高效性、快速性、准确性在国内堪称一流。
在开发高效土壤养分分析系列设备的同时，我们结合十多年的科研成果，研制了适合不同地区、不同作物的计算机推荐施肥软件。只要在计算机中输入用土壤养分综合评价法进行分析的土壤测试结果、施肥作物、目标产量、土壤类型等，就能实现计算机数据自动处理并直接打出推荐施肥建议。同时，在我所的Internet网站上正在筹建测土推荐施肥网页，网址为：http://cclab.caas.ac.cn/recommendations/index.htm。用户如果用该方法测定土样，就可以在网上输入自己的测试结果，并取得相应的施肥推荐意见。目前这些推荐施肥程序已经开始在一些地区应用并将根据各地的生产实践进一步完善和修改。
平衡施肥是一项复杂的系统工程，它不仅要考虑土壤的特性、作物的需要，同时还要考虑环境的承载能力、作物的品质以及施肥方法和施用人员的知识层次。在平衡施肥中，不仅需要有高效的土壤养分测试设备，更需要有与之相适应的肥料产品，几者缺一不可。在我国农业高度分散的现实情况下，我国农民不可能以家庭为单位建立自己的土壤养分测定系统，更不可能生产适应自己需要的肥料，这种局面可能要持续较长的时间，这就决定了在我国必须建立社会化的平衡施肥体系。土壤养分综合评价法和平衡施肥技术在产业化中的应用，已经取得了有效的成果，它的进一步推广应用，必将产生更加显著的经济效益、社会效益和生态效益。
主要参考文献
[1]Dowdle S and. Portch S. Proceedings of the international symposium on balanced fertilization., Beijing, 1988.
[2]加拿大钾磷研究所北京办事处. 土壤养分状况系统研究法. 北京：中国农业科技出版社，1992.
[3]金继运等. 土壤养分状况系统研究法学术讨论会论文集. 北京：中国农业科技出版社，1995.
[4]. 金继运，吴荣贵. 施肥与耕地资源的合理利用和保护. 施肥与环境学术讨论会论文集.北京：中国农业科技出版社, 1994.
[5]张维理，田哲旭，张宁等. 我国北方农用氮肥造成地下水硝酸盐污染的调查. 植物营养与肥料学报, 1995，1(2):
27精准养分管理-土壤养分综合评价法和平衡施肥技术及其产业化
