[发明专利]一种基于土壤地力和冠层光谱的水稻高产诊断施氮肥方法

摘要

本发明公开了一种基于土壤地力和冠层光谱的水稻高产诊断施氮肥方法，它涉及农业高产施肥与面源污染控制技术领域。它包括基于土壤地力和目标产量的水稻合理施氮量确定、基于土壤地力的高产水稻氮素适宜前后期分配比例、基于土壤地力的基肥和蘖肥分配比例确定、基于水稻冠层光谱的氮素营养实时诊断方法以及相关参数的校准方法、基于水稻冠层NDVI的追肥用量计算方法以及穗肥的配套施用方法。本发明能够提高水稻氮肥利用率，提高水稻产量，减少氮素损失造成的环境风险，达到精确施氮、提高肥料利用率、减少氮素损失、确保水稻高产稳产的目的。

主权项

一种基于土壤地力和冠层光谱的水稻高产诊断施氮肥方法，其特征在于，包括基于土壤地力和目标产量的水稻合理施氮量确定、基于土壤地力的高产水稻氮素适宜前后期分配比例、基于土壤地力的基肥和蘖肥分配比例确定、基于水稻冠层光谱的氮素营养实时诊断方法以及相关参数的校准方法、基于水稻冠层NDVI的追肥用量计算方法以及穗肥的配套施用方法：其中，第一步，首先公开了基于土壤地力和目标产量的水稻合理施氮量确定：即根据水稻高产目标产量(Y)和百公斤稻谷吸氮量(N100)计算出水稻需氮量(GNU)(公式1)，其中目标产量(Y)可设定为该区域同类品种的最高产量或者在平均产量的基础上增加5％，百公斤稻谷吸氮量(N100)，常规粳稻取值为2.1，常规籼稻为1.8，杂交稻为1.7；第二步，公开了基于土壤地力的高产水稻氮素适宜前后期分配比例：太湖流域一季中稻地区，对于低地力土壤，前期(基肥与蘖肥)与后期(促花肥、穗肥和粒肥等)分配比例为6：4，中地力和高地力土壤，分配比例为5：5；双季稻区前期与后期的适宜用肥比例以7：3为宜，其中，低地力土壤是指不施氮肥时水稻基础产量低于正常施肥水稻产量的70％，或者土壤全氮含量低于1.5％，且有机质含量低于2.0％；第三步，公开了基于土壤地力的基肥和蘖肥分配比例的确定以及基蘖肥的施用方法：太湖流域一季中稻地区，对于低地力土壤，基肥的比例以占前期用肥的30‑40％为宜，在田块翻耕时深施下去，60‑70％的前期用肥要在插秧后10‑12天施用，以促进分蘖，为高产搭好丰产架子；对于中高地力土壤，基肥与蘖肥的分配比例对产量无显著影响， 不做具体限制；对于双季稻区，基蘖肥的运筹比例统一按照3：7进行分配，即基肥占30％，蘖肥占70％；低地力土壤的定义如前所述；基肥施用在土地翻耕前均匀撒施，然后深耕(10‑15厘米)，使肥料深埋入地下，基肥推荐施用三元复合配方肥，氮磷钾比例以1：0.4：1为宜；蘖肥推荐施用尿素，采用以水带氮的方法，即水稻水层落干后，将肥料均匀撒施到田里，然后缓慢灌水，小水细流，使肥料随水溶解后逐渐渗透到土壤里，肥料用量等于施氮量(F)除以肥料的含氮量；第四步，公开了基于水稻冠层光谱的氮素营养实时诊断方法以及相关参数的校准方法：采用目前市场上常用的冠层光谱仪(Greenseeker)或植被指数监测仪如NDVI仪，要求必须含有可见光区域(VIS：500‑680nm)和近红外光区域(NIR：710‑1500nm)中的两个波段，最好带有主动光源；每块稻田选择5个能代表整个田块长势的点，离水稻冠层顶部1米高，垂直向下测定冠层反射光谱，每点测定5次，求平均值作为该点的光谱测定值，计算冠层NDVI(公式2)；然后求多点平均的NDVI值作为该田块的NDVI测定值；如果5个点测定值的变异系数超过10％，则需要增测3个点；其中RNIR为近红外波段的反射率，RVIS为可见光波段的反射率；如果可见光区域和近红外区域有多个波段，则取整个区域的平均反射率；然后，利用冠层NDVI，用公式(3)计算水稻目前氮积累量(PNU)；PNU＝a+b×exp(c×NDVI)(3)其中，a，b，c主要受水稻种植区以及品种特性的影响；对于太 湖流域一季中稻，建议取值为28.11，1.82E‑05和16.94；对于江西双季稻区，早稻a，b，c建议取值为0，3.369和4.7891；如果有条件，可以对公式(3)中的参数进行校准后再进行诊断，以提高诊断精度；参数校准方法为选用当地水稻品种种植田块5块以上，分别测定冠层NDVI，并破坏性取样3‑5穴，烘干称干重后计算群体生物量(W＝每穴干重×密度，kg/ha)，然后磨碎测定水稻植株氮含量Nc(％)，计算水稻吸氮量(NU＝W×Nc/100，kg/ha)；在此基础，将冠层NDVI和水稻吸氮量的数据利用公式(2)的函数关系进行拟合，若拟合方程的R2在0.70以上，则表明校准成功，即可用新方程来进行水稻吸氮量的光谱诊断；如果拟合方程的R2小于0.70，则需要增加取样的田块数，直至拟合方程的R2大于0.70；第五步，公开了基于水稻冠层NDVI的追肥用量计算方法以及穗肥的配套施用方法：追肥用量(F，kg/ha)等于目标产量需氮量(GNU，kg/ha)减去当前作物需氮量(PNU，kg/ha)后除以肥料利用率(NUE)，具体计算公式如公式(4)；F＝(GNU‑PNU)/NUE(4)其中，氮肥利用率取值为0.65；具体施肥时仍需根据所采用的肥料种类折算成具体肥料用量，肥料用量等于需追氮量(F)除以肥料的含氮量，建议采用尿素，肥料含氮量为47％；穗肥的施用采用以水带氮的方法，即水稻搁田期结束后，将肥料均匀撒施到田里，然后缓慢灌水，小水细流，使肥料随水进入搁田产生的土壤细纹里，从而达到肥料深施的目的。