本发明属于农学林业技术领域，提出一种基于集约经营模式下，快速估算高产笋用雷竹林生长阶段对于肥料中氮素需求量的预测模型。
背景技术：
雷竹(phyllostachyspraecox)是禾本科竹亚科刚竹属植物，主要分布在中国江南山地丘陵地带，自20世纪80年代开始大量种植，由于效益高，尤其是晚秋、初冬有机物料覆盖促成栽培后，在12月底，1月出笋，极大提高了市场价格，经济效益显著，每亩纯收益达到1.5—2.5万元，在目前其种植面积在浙江、安徽、江苏、江西等地得到推广，特别是浙江湖州市、杭州市、宁波市种植面积更是迅猛，是当地主要经济竹种。由于其生长快速，更新速度快，更是由于雷竹笋品质鲜美，营养价值好，是优质笋用竹种，市场前景看好。
目前，雷竹是浙江、安徽、江苏、福建等省的优质笋用竹种资源。2015年全年初步统计表明，浙江省年产量达到2.2-2.3万吨，产值达到3.3亿元人民币，具有较高的经济社会效益，是区域林业主导林特产品。
雷竹鞭根系统生长分布在地下，竹鞭上着生鞭芽，笋芽分化需要足够的营养和适宜水分满足其生长分化的需要，氮、磷、钾和微量元素是促进竹子生长发育的基本营养元素，营养元素缺乏导致生长受阻，产量下降，而施肥过量又会造成肥料利用率降低，造成肥料过剩引发环境污染。目前，关于雷竹林施肥增产的报道文献较多，主要围绕有机肥和化肥配合施用下，达到增产的相关报道，主要是肥料总量配合条件下，运用适当的施肥方式如一年中不同生长时期施用所产生的竹笋增产效果，然而，至今针对具体养分元素种类的增产效用报道极少。由于雷竹林经营条件相差较大，表现在林地本身的土壤养分状况存在差异，另外，林分株数密度不同也对养分消耗和肥料消耗产生影响。
氮素(n)养分作为雷竹生长发育需求量最多的营养元素，目前，基于采挖竹笋目标经营的氮素养分管理运筹研究成果较少，氮素从有机肥、复合肥等无机肥中获得，高产雷竹林氮素的精确需求量需要全年总量平衡计量，并且通过不同年份的对比得出雷竹氮素肥料的施用效果，通过田间施肥设计和雷笋产量的实际累加测量，运用回归统计模型得出高产雷笋林氮素需求模型。综上所述，现有技术存在的问题是：雷竹林针对具体养分元素的需求规律，以及施肥增产效应报道较少，从最小养分律得出某一种养分对于产量的作用规律，因为养分元素之间存在协同作用，单一养分的增产作用需要在其他环境因子的综合作用下发挥作用，这是解决养分元素增产效果定量判定的难点所在。作为连续经营的雷竹林，分析在集约化经营技术措施下，雷笋产量对于氮素供给量之间的相关关系是本发明的出发点，也是计量模型构建的关键所在。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种估算雷竹林氮肥需求量的预测模型。
本发明实现方法是的：运用肥料运筹模式下，根据不同的肥料种类及其用量，根据肥料中氮素养分含量状态，以雷竹林分为施肥和竹笋产量测量依据，林分面积大小设定为20×20m，即试验地为0.60亩。根据2年以来，每年施肥量折算氮素总投入量，以及当年竹笋采收前期氮素投入数量，计算总投入氮素养分数量，同时测定土壤耕作层0-20cm土壤速效性氮素养分含量，以及土壤肥力主要来源的土壤有机质含量，设置施肥样地和对照样地(ck)，本发明是基于50块样地的调查统计得出数据，根据竹笋亩产高低的产量序列与对应土壤氮素含量，运用灰色关联分析得出相关模型。
估算高产雷竹林氮肥需求量的预测模型为：
n/667m2＝[1-0.14×n1/667m2-0.32×n2/667m2+1.53×(avail)n3-7.5×som]+22.5。
式中：n/667m2：每亩高产雷竹林施氮量：单位公斤；
n1/667m2：前一年每亩雷竹林平均施氮量：单位公斤；
n2/667m2：当年前期施氮总量：
n3：林地土壤耕作层0-20cm平均速效氮含量mg/kg；
som：土壤有机质含量％。
本发明旨在提供一种应用公式，用于快速计算不同雷竹林经营状况下，高产林所对应氮肥的需求量，能用于快速估算雷竹林生长对于氮素需求。
本发明的另一目的在于提供估算雷竹林氮肥需求量的预测模型，适合植物是禾本科竹亚科刚竹属植物-雷竹，重点是林分竹笋生长量对于氮素需求评估。
本发明的优点及效果为：雷竹林施肥主要是根据其不同生长阶段对于养分需求规律，开展针对性施肥，从肥料种类选择、肥料用量和施肥模式等方面开展，以实现提高竹笋产量和林地养分平衡的目标，而目前雷竹林施肥存在经验性施肥，带有不确定性。
雷竹林土壤施肥中氮肥的用量是最多的，氮素又是雷竹的笋芽分化和竹笋形成所需营养最多的元素，为了达到节约、合理和高效施用氮肥，提高肥料利用率，减少由于不确定性施肥所造成的肥料损失，达到节肥增效目的，开展施肥计量。根据具体雷竹林分条件，肥料投入，土壤养分状况等，通过监测土壤氮素养分和竹笋产量，运用样地调查开展统计分析结果，得出不同雷竹林生长特点，得出高产雷竹林对于氮素养分的需求计量，根据计量有效提高了氮素肥料利用率，减少了氮素肥料的施用量，氮素肥料节省用量15—20％，而产量不减，节省了肥料投入成本。通过氮素需求量计算，可以有效进行肥料的配合设计，保证氮素供应平衡，提高肥效和雷竹生长效益。
运用本发明模型可以计算出雷竹林分生长、发笋、成竹过程中，阶段性生长过程对于氮素的需求量，基于林分竹笋高产水平的雷竹林氮肥施用量估算；基于林分尺度和集约化栽培模式下，雷竹林氮素肥料用量的周年需求量预测和运筹配方施肥。
本发明可以定量计算雷竹生长阶段对于肥料氮素的需求量，据此测算不同氮肥用量，有助于完成测土配方施肥。一方面提高了氮素肥料的利用率，另一方面减少了氮素肥料的损失或分解，通过模型计算每年每亩可以减少15—20％肥料用量，有助于提高经济效益，提高林地经营管理水平；能根据雷竹林生长阶段、林地肥力现况和高产出笋所需，提出最佳氮素投入用量的推荐方案。
根据5年统计，节省氮素投入施肥模式，竹笋产量不但没有减少，单位面就的亩产量反而增产16-24％，同时能有效平衡土壤氮素养分状况，改善林地土壤结构，增加土壤肥力。因此，能实现节肥增效和丰产经营目标。氮素的精准补充，是实现雷竹林生长按需施肥，提高氮素肥料利用率的关键目标。发明模型的优点是能依据林地实际养分水平，尤其是前期氮素养分投入状况和雷竹林产量需求，完成推荐施肥，包括氮素肥料选择，肥料用量和施用方法等具体环节，从而较好地满足雷竹笋用林生长发育，节本增效和改良环境的多重目标。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的估算雷竹林氮肥需求量的预测模型为：
n/667m2＝[1-0.14×n1/667m2-0.32×n2/667m2+1.53×(avail)n-7.5×som]+22.5。
式中：n/667m2：每亩高产雷竹林施氮量：单位公斤(kg)，n1/667m2：前一年每亩雷竹林平均施氮量：单位公斤(kg)，n2/667m2：当年前期施氮总量，(avail)n3：林地土壤耕作层0-20cm平均速效氮含量(mg/kg)，som：土壤有机质含量％。
本发明实施案例提供的雷竹林氮素补充量和效果是基于以下完成的：
(1)对雷竹林的含氮肥料的施肥投入统计，原始林地资料，计量模型中参数设定、权重系数的确定由林地统计资料获取；
(2)土壤养分指标，肥料投入量等严格精确统计；运用氮素计量模型推算肥料用量，按照计算量完成施肥。
(3)雷竹林施肥实际效果数据经过比较获得，运用氮素计量模型推荐施肥，与经验性施肥存在的差异及实际效果对照开展比较；
(4)雷竹林生长阶段(周年)需氮计量模型参数设计和权重赋予是基于40块标准地获得；可以根据实际施肥效果分析，并及时对模型校正和参数调整，以保证模型精度。
下面结合具体实施案例对本发明的应用效果作详细的描述。
施肥试验区分布在浙江省宁波奉化市溪口镇的岩头村、俞张杨村、任宋村、班溪村、亭下湖村、康岭村、畸山村、电白村、湖山村等9个雷竹生产基地，施肥林分是冬季林地覆盖雷竹林，运用砻糠覆盖地表，砻糠厚度35-40cm，鸭粪作为酿热有机肥料，采用上述需氮计量模型开展氮肥施用运筹设计。林地氮肥主要施用种类是：尿素co(nh2)2、碳酸氢铵nh4hco3，复合肥等，把上述肥料上年、当年投入量折算成实际氮素含量，于2010年至2014年进行试验施肥，单块林地面积是20m×20m，即0.60亩，设置40块标准地，并且设置对照10块(ck)进行比较，连续观测5年，获取竹笋全年产量数据和采收竹笋当季土壤氮素养分状况。
施肥试验的结果表明，上述氮素需求计量模型的运用效果显著，能比以往经验性施肥节约氮素26.3—31.5％，氮素肥料节省用量15—20％，平均每亩施肥成本减少125.5-178.8元，每公顷减少1882.5-2682.0元人民币，整个试验区按照目前生产规模，林地7000亩，每年能节省肥料成本120余万元，经济、社会效益十分显著。氮肥需求量的预测模型具有较好的重现性，运用模型能较好实现林地氮素肥料精准补充，推广应用前景看好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例子而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
模型验证案例1-3的验证过程(2013—2015年)：
n/667m2＝[1-0.14×n1/667m2-0.32×n2/667m2+1.53×(avail)n3-7.5×som]+22.5。
式中：n/667m2：每亩高产雷竹林施氮量：单位公斤(kg)，n1/667m2：前一年每亩雷竹林平均施氮量：单位公斤(kg)，n2/667m2：当年前期施氮总量，(avail)n：林地土壤耕作层0-20cm平均速效氮含量(mg/kg)，som：土壤有机质含量％。
案例1：2013年宁波奉化康岭村雷竹林地1：
n1/667m2，2012年平均每亩施氮量60kg，n2/667m2：当年前期施氮总量28kg，林地土壤耕作层0—20cm平均速效氮(avail)n含量55mg/kg，土壤有机质含量4.2％，则据公式计算2012年施氮量是：1-0.14×60-0.32×28+1.53×55-7.5×4.2％+22.5＝1-8.4-8.96+84.15-0.315+22.5＝89.975kg
案例2：2014年康岭村雷竹林地1：
n1/667m2，2013年平均每亩施氮量89.975kg，n2/667m2：当年前期施氮总量15kg，林地土壤耕作层0—20cm平均速效氮(avail)n含量60mg/kg，土壤有机质含量3.9％，则据公式计算2013年施氮量是：1-0.14×89.975-0.32×15+1.53×60-7.5×3.9％+22.5＝1-12.5965-4.8+91.8-0.2925+22.5＝97.611kg
案例3：2015年康岭村雷竹林地1：
n1/667m2，2013年平均每亩施氮量97.611kg，n2/667m2：当年前期施氮总量26kg，林地土壤耕作层0—20cm平均速效氮(avail)n含量58mg/kg，土壤有机质含量4.5％，则据公式计算2014年施氮量是：89.917kg。
通过连续跟踪记录和统计观测同一块雷竹林地，依据模型得出的施氮量重现性好，能反映实际肥料施用的氮素投入水平。