基于养分平衡施肥法的配方施肥系统设计

2021-01-18王囡囡张春峰孟庆英朱宝国李于张洪权宋英博樊伟民李灿东靳晓春

农学学报 2021年7期

王囡囡张春峰孟庆英朱宝国李于张洪权宋英博樊伟民李灿东靳晓春

摘要：为解决化肥的过量使用，减少环境污染，提倡精准施肥。本研究利用养分平衡施肥法与计算机Visual Basic语言相结合，编制配方施肥系统。通过作物需肥量参数的计算、土壤供肥量参数的计算、肥料利用率参数的计算、目标产量参数的计算和有效养分含量参数的计算5部分，输入系统计算各肥料施肥量。达到了产量不变的前提下，提供最科学与最小的施肥量。本系统可以准确、高效、科学的完成配方施肥工作。

关键词：配方施肥；需肥量；养分平衡法；VB语言

中图分类号：S24文献标志码：A论文编号：cjas2020-0100

Design of Formula Fertilization System Based on Nutrient Balance Fertilization Method

Wang Nannan， Zhang Chunfeng， Meng Qingying， Zhu Baoguo， Li Yu， Zhang Hongquan， Song Yingbo， Fan Weimin， Li Candong， Jin Xiaochun

（Jiamusi Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Jiamusi 154007， Heilongjiang， China）

Abstract： To solve the excessive use of chemical fertilizer and reduce environmental pollution， we promote precise fertilization. In this study， a formula fertilization system was developed by using Visual Basic language and nutrient balance fertilization method， fertilizer application was calculated by five parameters： fertilizer demand， soil fertilizer supply， fertilizer utilization， target yield and available nutrient content in fertilizer. Under the premise of constant yield， it provided the most scientific and minimum fertilizer application. This system could accurately， efficiently and scientifically complete the work of formula fertilization.

Keywords： Formulated Fertilization； Fertilizer Requirement； Nutrient Balance Method； Visual Basic

0引言

目前，中國化肥生产和消费均为世界第一，化肥的过量使用，不仅引起资源浪费，导致空气和水体污染[1]。在作物种植生产中，化肥的使用不但提高农产品产量，还能保证农产品连年保持高产[2]。化肥的广泛应用一方面促进了农作物的生长，另一方面盲目的过量施肥又对农作物品质及环境造成了威胁[3]。近年来，测土配方施肥有效地解决了不减少农产品产量的前提下，提供最合理的施肥量。目前很多研究人员在做这方面工作，并开发测土配方施肥专家系统推广应用。荆旭全等[4]采用大数据和Web GIS技术，开发应用平台施肥数据可视化系统，并在广东省展开应用示范。张怀志[5]利用土壤养分系统平衡原理、应用移动通信技术和数据存储等现代科学技术，研发蔬菜简便快速推荐施肥系统APP。王囡囡等[6]编制测土配方施肥TRPF系统并对软件系统进行测试，验证系统在大豆施肥中的应用效果。本研究利用Visual Basic语言开发作物配方施肥系统，采用养分平衡法的原理进行设计，系统通过Visual Basic语言编辑调配分别计算作物土壤供肥量参数、目标产量参数、肥料利用率参数、所用肥料有效养分含量参数和作物需肥量参数，最终计算作物各施肥量，以期保证植物正常生长发育需要，减少肥料的用量，节本增效。

1基本原理

配方施肥系统以作物养分需肥量与土壤养分供给量之差为基础，利用作物土壤供肥量、目标产量、肥料利用率、作物需肥量和肥料中有效养分含量等参数计算作物施肥量。其计算公式如（1）所示。

1.1作物目标产量

作物目标产量的确定是根据种植土地在近3年作物产量的平均值与合理的理想递增产量的和。递增产量等于递增率与作物3年平均产量的积。大田作物的递增率大约在10%～15%，室内大棚蔬菜递增率大约30%左右，田间应季蔬菜递增率大约20%左右[8]。

1.2每千克经济产量的养分消耗量

在作物成熟后将全株收获，经过化学分析测得作物各养分含量，测定某一作物每千克经济产量的养分消耗量与作物目标产量的积，即作物需肥量。

1.3土壤中养分可供给量

方法是采用土壤缺素区产量法计算。在施充足的磷肥与钾肥时，求出土壤供氮量，在施充足的氮肥与钾肥时，求出土壤供磷量，在施充足的磷肥与氮肥时，求出土壤供钾量，利用缺素区产量乘以单位产量养分吸收量等于土壤养分供应量[9]。

1.4肥料的养分含量

在购买化肥时，产品包装上均注明有效成分含量，而且有详细说明。如大庆牌尿素含氮量在46%以上。

1.5各肥料利用率

当化肥施入土壤后，不能完全被作物吸收和利用，有些肥料被土壤固定，不能被作物吸收，有些肥料挥发了，有些肥料附着在水里一起随着转移了，各种肥料的利用率各不相同[10-11]。其计算公式如（2）所示。

2系统构成

2.1 Visual Basic语言

Visual Basic是一种具有科学性和高效性的计算机编程语言，近年来被广泛应用于农业领域[13-15]。在实际的工作中，我们经常遇到复杂的运算过程和过多的重复步骤，这增加了误差的概率。Visual Basic语言可以将复杂的运算和重复步骤按顺序统一运行，大大降低了误差，提高了工作效率。本系统利用VB语言编写配方施肥系统（TRPF），基于养分平衡法原理可分为5部分，作物土壤供肥量参数的计算、目标产量参数的计算、当年肥料利用率参数的计算、作物需肥量参数的计算和所施肥料中有效养分含量参数的计算，将各参数输入系统程序[16]。可计算作物施肥量提交报告（如图1）。

2.2配方施肥

本系统中配方施肥的作物有玉米、马铃薯及大豆等，以马铃薯为例，根据马铃薯的需肥特点及当地施肥习惯等因素。种植马铃薯一公顷。已知该地块前3年种植马铃薯的平均基础产量15000 kg/hm2，目标产量在基礎产量上增加10%，目标产量为16500 kg/hm2。根据马铃薯产量所需养分量计算，每公顷16500 kg马铃薯需吸收N 82.5 kg，需P2O5 66 kg，需K2O 181.5 kg。种植前对地块取土样化验，测得土壤中每公顷可提供N 28.5 kg，P2O5 40 kg，K2O 105 kg。根据养分平衡法马铃薯生产16500 kg/hm2产量，肥料需要提供缺N 54 kg、P2O5 26 kg、K2O 76.5 kg。以当地常施用的化肥磷酸二铵、大庆尿素和硫酸钾为例，磷酸二铵中P2O5含量46%、N含量18%，硫酸钾中K2O含量50%，大庆尿素中N含量46%。马铃薯需补充硫酸钾数量等于需补充纯钾量除以硫酸钾含量除以硫酸钾当年利用率。马铃薯需补充磷酸二铵数量等于需补充纯磷量除以磷酸二铵含量除以磷酸二铵当年利用率。同时磷酸二铵补充了一部分纯氮，马铃薯需尿素数量等于剩余后纯氮量除以尿素含量除以尿素当年利用率。根据配方施肥系统TRPF推荐需要硫酸钾306 kg，磷酸二铵282.6 kg，尿素85.1 kg。

3配方施肥系统实现

配方施肥系统是根据各类作物的需肥特征及养分平衡原理，按照作物所种植地块土壤供肥量、合理的目标产量、所用肥料当年的利用率、作物需肥量和所施用肥料有效养分含量五大参数，并利用Visual Basic语言编制开发的一款配方施肥系统。根据种植作物目标产量及土壤供肥量等，自动计算并施肥量。配方施肥系统登录界面（图2）。在主界面中输入基础信息和五大参数信息，计算机计算施肥量生成配方，施肥报告以 Excel形式保存（图3）。

4结论

随着计算机技术的迅猛发展，计算机编程语言被广泛应用到配方施肥系统中。本研究基于养分平衡法原理，利用Visual Basic语言开发作物配方施肥系统，系统通过Visual Basic语言编辑调配分别计算作物土壤供肥量参数、目标产量参数、肥料利用率参数、所用肥料有效养分含量参数和作物需肥量参数，最终计算作物各施肥量。利用计算机处理数据的高效性和通用性，将复杂繁琐的过程按步骤统一计算。配方施肥系统提高了施肥配方生成的速度、准确性和工作效率。减少过量化肥对环境和作物品质的影响，为作物科学施肥提供重要保障。