专利名称：：土壤养分均衡的评判方法
技术领域：
：本发明涉及农业科技领域，具体涉及一种土壤养分均衡的评判方法。
背景技术：
：目前国外的测土施肥已经进入了以产量、品质和生态环境为目标的科学施肥时期。人们已经认识到肥料施用的正反两方面的作用肥料既是作物高产优质的物质基础，又是潜在的环境污染因子，不合理施肥就会污染环境。测土施肥既需要考虑各种养分的资源特征，又要考虑多种养分资源的综合管理、养分供应和需求的时空拟合以及施肥与其他技术的结合。在此背景下，欧美等发达国家的测土施肥进入了新的发展阶段，测土施肥正逐渐向养分资源综合管理方向发展。土壤养分失衡是近年来土壤养分资源管理中表现突出的新情况，主要指土壤养分元素含量过多、过少以及不同养分元素之间不平衡。与土壤养分失衡相对的是土壤养分均衡，其通常的含义为在常规的农田生产管理条件下，某一土壤既能够保证作物的良好生长，又不造成养分的过度损失或环境风险，这种土壤养分状况称为“土壤养分均衡”。土壤养分的均衡程度是反映土壤质量优劣的一个重要指标。土壤养分严重失衡会导致作物产量及品质的下降，同时也会引发众多的环境问题，，如氮、磷的流失造成水体的富营养化等。我国过去二三十年的不甚科学的施肥习惯是“土壤养分失衡”情况出现的重要原因之一。二十世纪八九十年代，在农业生产实践中，农民大多以“立竿见影”指导思想来进行施肥。因当时土壤氮、磷等大量养分为限制性养分，所以高强度、高剂量的“炮轰式”的施入氮、磷肥可以迅猛的提高单产，增产效果表现特别明显。这在当时为解决温饱问题作出了重要的贡献；然而随着年复一年地将大量的化肥施用于土壤，人们逐渐发现，虽然每年施用的化肥量在不断增加，但是每年的作物产量却再也没有显著的提高了，甚至还呈现下降的趋势。理论上，每年都向土壤中施入大量的各种肥料，土壤肥力应该会逐渐升高；而目前一些区域土壤肥力调查结果与第二次土壤普查结果比较也表明，土壤肥力确实也在提高。这就让人难以理解，既然继续施入肥料后土壤肥力升高了，作物产量为什么有时反而会降低呢？可能的原因在于土壤质量下降了。而肥力质量是土壤质量的重要组成部分，土壤养分是土壤肥力的重要基础，但很多人误认为土壤养分含量越高，其土壤肥力也自然就高。事实上，有些养分含量过高反而会对植物造成伤害，如一些金属离子；有些养分过高还会造成环境污染，如氮、磷及一些微量元素等；养分过高和过低所导致的不同养分元素之间的不平衡、不协调也会影响作物的生长。上述情况均属土壤养分失衡的范畴。除碳、氢、氧外，作物必需的矿质养分元素目前公认的包括氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、锰、铜、锌、钼、硼、氯十三种。虽然作物对不同养分的需要量差别很大，但是不同营养元素对于植物而言是同等重要且不可替代的。以往的施肥主要放在氮、磷肥上，而对钾和一些中、微量元素肥料的施用重视程度不够，当前农业科学家们已认识到这些问题的存在，国内正在开展的测土配方施肥以及一些复合肥技术就是依据“作物需要什么，土壤缺什么，就补什么”的思路来实施的。这些技术强调的是“作物需要”和“土壤供给”之间的平衡，侧重于“需要”与“供给”的平衡，即作物需要多少，就给土壤增加多少。平衡施肥和测土配方施肥技术在降低作物施肥量、提高养分利用效率、减少养分的环境负效应上已取得一些成效。针对这些方面的研究较多，这方面的专利申请数量也较多。然而，需要指出的是，现有的平衡施肥或测土配方施肥技术没有过多关注土壤养分均衡的情况。举例来讲，在土壤有效氮为100mg/kg时，土壤有效磷30mg/kg对植物是适合的，但是如果土壤有效氮提高到200mg/kg时，土壤有效磷30mg/kg可能已经不能满足植物的要求，要想达到高产，土壤有效磷应该增加到50mg/kg甚至更高才能满足植物的要求，即“水涨时坝也需要升高”的道理。土壤养分的过多或过少或比例不平衡均不能称为土壤养分均衡。目前关于土壤养分均衡方面的研究仍然很少，公知的一些土壤质量和土壤养分评价方法应用于土壤养分均衡的评价时存在着很多问题。已有一些数理统计和模型的方法已被应用于土壤质量、土壤肥力、土壤养分等评价上，采用这些方法获得的评价结果对于指导一些区域的农业生产具有一定的积极意义，但是这些方法仍存在一些不足之处①这些数理统计方法和模型比较复杂，计算繁琐，一般的农业技术员理解起来困难，甚至一些科研人员应用起来也比较吃力，因而难以进行广泛的推广应用；②这些方法经常将土壤质量、土壤肥力、土壤养分的概念混淆，虽然三者之间有联系，但是它们之间是有区别的，例如，有些土壤养分评价报道中将土壤有机质、PH、活性酸等指标也作为养分进行了评价〔多种模型集成的方法在土壤养分评价中的应用.东北师大学报(自然科学版)，2005，37(1):109-112;基于物元模型的区域土壤养分评价.水土保持学报，2008，28(3)101-106；数理统计分析在土壤养分评价中的应用.西南农业学报，2006,19(5)=847-852.〕，虽然这些指标会影响到养分的有效性，但是它们毕竟不是养分；③这些研究大都赋予了不同养分指标不同权重值，权重的值受人为因素和数学计算方法的影响很大，权重的大小会严重影响到评价结果的公正与否；然而，因为植物矿质营养学说的一条重要理论是不同养分的同等重要性和不可替代性，所以这些养分的权重应该是一样的，只是在某种元素过低时，这种养分才显得最为重要，即植物矿质营养学说的另一条重要理论-最小养分限制率。王建国等(模糊数学在土壤质量评价中的应用研究.土壤学报，2001，38(2)176-183.)以模糊数学为工具建立了土壤质量评价模型，其中包含一部分土壤养分指标。该方法充分考虑了多种土壤性状及理化指标(土壤不同养分、有效层厚度、PH、质地、全盐量、障碍层出现深度、地下水位、地面坡度等)对作物产量的影响规律，并赋予了这些指标不同权重，方法较为简单，得出的评价结果也较为客观可靠，但此方法应用于土壤养分均衡性评判中有很大的局限性①在土壤养分均衡的评判中，根据不同养分对植物是同等重要的理论，不同养分指标应该赋予相同权重，而在王建国等的研究中对不同养分指标赋予了不同的权重；②王建国等的研究中，当土壤养分含量大于或等于土壤养分临界值时，其评价值都认为是1，这就存在一个问题，没有考虑土壤养分含量过高的问题，如上所述，如果土壤一些养分含量过高的话，土壤质量也会降低，但是如果采用王建国等的方法，这些情况就会掩盖，这显然和实际情况是不相符的。实际上，土壤养分的过高和过低都会降低土壤养分的均衡程度，进而导致土壤质量的降低。可喜的是，很多土壤、植物营养和环境方面的科学家已经认识到土壤养分均衡的重要性，如国家973项目“土壤质量演变规律与持续利用”和国家十一五科技支撑课题“东南集约化农田养分均衡调控技术模式研究与示范”中均提出了土壤养分均衡的问题，可见土壤养分均衡研究的重要性和迫切性。如何克服以上提出的一系列问题，建立土壤养分均衡的科学、简便评判方法显得尤为紧迫。
发明内容本发明的目的在于解决目前土壤养分均衡评判方法缺乏的技术难题，提供一种简便可行的评判土壤养分均衡程度的方法，采用本方法可以客观、准确评价不同土壤样品养分均衡的程度，并判别出导致土壤养分不均衡的限制因子。为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案①选取或确定待评判田地的土壤有效养分元素种类，元素种类数记为n，3彡n彡13；②分别选取或确定待评判田地的n种有效养分亏缺的临界值，记为XnQ；③按常规方法从待评判田地中采集土壤样品，并分别以常规方法测定所选取的n种有效养分的含量，记为Xn;④分别计算出待评田地的n种有效养分的隶属度值权利要求一种土壤养分均衡的评判方法，其特征在于，包括如下步骤①选取或确定待评判田地的土壤有效养分元素种类，元素种类数记为n，3≤n≤13；②分别选取或确定待评判田地的n种有效养分亏缺临界值，记为Xn0③按常规方法从待评判田地中采集土壤样品，并分别以常规方法测定所选取的n种有效养分的含量，记为Xn；④分别计算出待评田地的n种有效养分的隶属度值<mrow><mi>R</mi><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>X</mi><mi>n</mi></msub><mo>/</mo><msub><mi>Xn</mi><mn>0</mn></msub><mo>,</mo></mtd><mtd><msub><mi>X</mi><mi>n</mi></msub><mo>≥</mo><msub><mi>Xn</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>-</mo><msub><mi>Xn</mi><mn>0</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>X</mi><mi>n</mi></msub><mo>,</mo></mtd><mtd><msub><mi>X</mi><mi>n</mi></msub><mo><</mo><msub><mi>Xn</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>其中R(n)代表第n种有效养分的隶属度值；⑤将同一待评判田地的n种有效养分的隶属度值进行比较，隶属度值最大和最小的有效养分即为限制该田地中土壤养分均衡的主要限制因子；⑥计算待评判田地n种有效养分的均衡值V＝|R(1)×R(2)×R(3)×……R(n)|其中V为评判田地n种土壤养分均衡值，|…|表示n种有效养分的隶属度值乘积的绝对值；⑦将不同田地的土壤养分均衡值按照大小进行排序，值越小，表明该田地中的土壤养分越均衡，值越大代表该田地中的土壤养分越不均衡。2.根据权利要求1所述的土壤养分均衡的评判方法，其特征在于，在所述步骤②中，所述土壤有效养分亏缺临界值根据其所应用区域的土壤养分分级指标或土壤养分丰缺指标来确定，即将适宜/偏低之间的分界值确定为土壤有效养分亏缺临界值。3.根据权利要求1所述的土壤养分均衡的评判方法，其特征在于，在所述步骤②中，所述土壤有效养分亏缺临界值通过以下方法确定a.根据所述亏缺临界值的应用区域的土壤养分特点，选择代表该区域养分供应能力的两个或两个以上的农田试验点进行肥效试验，按常规方法设置不同施肥水平的处理；b.试验结束后，计算各个农田试验点的产量及相对产量，该相对产量为各施肥处理下的产量与施肥处理中最高产量的比值；c.相对产量为75%所对应的土壤有效养分含量即为所述亏缺临界值。4.根据权利要求3所述的土壤养分均衡的评判方法，其特征在于，在所述步骤a中，各施肥处理设置三次重复，其处理试验结果取平均值。5.根据权利要求1所述的土壤养分均衡的评判方法，其特征在于，在所述步骤③中，对所选取的n种有效养分的含量重复/平行测定三次，取其平均值。全文摘要本发明涉及一种土壤养分均衡的评判方法。该方法包括有效养分种类确定、有效养分亏缺临界值确定、各种有效养分含量的测定、有效养分的隶属度值计算、限制因子筛选、待评判田地土壤养分的均衡值计算及大小比较等步骤，根据上述评判结果，即可有针对性地拟定出调控土壤养分均衡性的措施。本发明方法可同时实现对土壤多种养分的均衡关系进行全面、客观的综合评价，反映出土壤质量的优劣；还可横向比较不同田地的养分均衡情况；本评判方法遵循了养分的同等重要和不可替代性、最小因子限制律等定律，其原理简单，计算方便，适合于不同知识层次的农技人员及科研人员进行土壤均衡性评判，且可同时进行养分均衡程度的评价和限制因子的判别。文档编号G01N33/24GK101949917SQ201010254209公开日2011年1月19日申请日期2010年8月16日优先权日2010年8月16日发明者梁林洲,沈仁芳,赵学强申请人:中国科学院南京土壤研究所