农作物秸秆还田时一种最佳氮素施入量确定技术

摘要

本发明属于农业施肥领域。具体涉及到在耕种过程中采用农作物秸秆还田时氮肥最佳施入量的确定技术。长期以来秸秆直接还田氮素肥料施用数量，一直成为困惑农民和农业科技工作者实施作物秸秆还田时施用氮肥的难题。本发明依据不同农作物秸秆类型和秸秆还田量来确定氮素施入量，指导农民施肥和农业科学研究工作。适用于科学研究中秸秆还田量与氮素施入量的确定技术：作物施肥秸秆还田氮素增减量(N

说明书

技术领域

本发明专利属于农业施肥领域，专利代码为A01C。具体涉及到在耕种过程中采用农作物秸秆还田 时氮肥施入量的确定技术。

背景技术

氮肥中氮元素对植物生长起着非常重要的作用，它是植物体内氨基酸的组成部分、是构成蛋白质的 成分，也是植物进行光合作用的叶绿素组成部分。施用氮肥不仅能提高农作物的产量，还能提高农作物产 品的质量。为了生产出优质农产品，减少氮素造成的农业面源污染，根据农作物的需肥规律和土壤供肥性 能，确定氮肥的最佳施用数量。

农作物秸秆中富含大量的氮素，每季还田300-600kg秸秆，相当于向土壤中施入纯氮1.2-4.8kg。连 续几年的秸秆还田，能使土壤的保肥保水能力明显提高，更有利于农业耕作。秸秆还田能提高农作物产量、 降低化肥用量、减少环境污染。土壤的改良和地力的提高，势必促使农作物健壮生长，抗病虫害性能大大 加强，农作物生长过程中农药的施用量必然降低。这样，就更有利于绿色农产品的生产，提高农产品的产 量和质量。

农作物秸秆还田后经过土壤微生物进行分解转化，在整个转化过程中产生大量的微生物，消耗土壤 中的氮素等速效养分，势必会造成土壤微生物(即秸秆转化的微生物)与作物幼苗争夺氮素养分的矛盾。氮 素不足影响出苗或幼苗的生长，出现黄苗、死苗、导致作物减产，不利于秸秆的腐烂；氮素过多则造成浪 费，出现旺苗而导致减产，同时增加了氮素对环境的污染风险。因此秸秆还田时，氮素肥料的施入数量 非常重要。

目前许多资料包括教科书上都只是说秸秆直接还田后适当增加氮素肥料施用量，增多增少概念模糊， 致使农民在农作物秸秆直接还田后氮肥施用上无可适从。由于不同秸秆中的氮素含量差异，因此不同农作 物秸秆和不同的秸秆还田量对氮素的需求差异较大。随着国家对环境污染的治理力度不断加大，农业生产 中秸秆直接还田数量越来越多，秸秆还田后氮素肥料施入量的不确定性，成为困惑农民进行秸秆直接还田 后施用氮肥数量的难题。

本专利借鉴微生物分解有机物质的碳氮比基本理论，将作物施肥中秸秆还田量与氮肥施入量引入数 学模式中，以此建立秸秆还田量与氮肥施入量的关系式，解决秸秆还田过程中确定氮素施肥量的问题。该 技术经多年的实践检验，能准确指导作物秸秆还田量施肥中氮肥的施入量。经检索国内外相关文献：未发 现有与“农作物秸秆还田时一种最佳氮素施入量确定技术”相同内容的报道。

发明内容

适用于科学研究中秸秆还田量与氮素施入精确量的确定技术

7.1.收获秸秆全部还田时秸秆还田量与氮素增减量确定技术

秸秆还田时作物施肥氮素增减量(N_R)＝A×(根总量+秸秆量)×(C％÷25-N％)-0.15×速效N。

7.2.在不考虑根系和土壤中的氮素时秸秆还田量与氮素增减量确定技术

氮素增减量(N_R)＝A×还田秸秆量×(C％÷25-N％)。

7.3.秸秆还田当季的分解转化只占30％时还田量与氮素增减量确定技术

作物施肥秸秆还田时氮素增减量(N_R)＝0.3×(根总量+秸秆量)×(C％÷25-N％)-0.15×速效N。

大田生产中秸秆还田量与氮素施入总量的简易确定技术

8.1.秸秆还田与氮素增减量简易确定技术

为适应大田生产，在不考虑根系和土壤中的氮素，秸秆还田当季的分解转化只占30％，秸秆还田量与与氮 素施用增减量的简易确定技术：氮素增减量(N_R)＝0.3×还入秸秆量×(C％÷25-N％)。

8.2.大田生产中秸秆还田量与氮素施入总量的简易确定技术：作物施肥秸秆还田时氮素施入总量(N_T)＝作物 正常需氮量(N_C)+0.3×还入秸秆量×(C％÷25-N％)。

具体实施方式

在不施用氮肥、不进行秸秆还田的自然状态下，土壤中氮素能满足作物残留根系分解所需

9.1收获作物后土壤中的根系总量

正常情况下，玉米、水稻、油菜根系占全株总量的15-18％，分布在耕层中的不超过80％；小麦根系分布 较少，据山东省农科院1975年测定，小麦亩产量500kg时，0-30cm土层中的根干物质量为85.8kg；马铃 薯分布在耕层土壤中的根系更加少。因此，以上四种作物，就是将地上部分的根茬确定在内，耕作层干物 质量也不足全株生物产量的20％。以农作物产量、秸秆产出量之和的20％确定根系总量。作物产量与秸秆 产、根系产出量见表1。

表1  作物产量与秸秆产、根系产出量(单位：kg/667平方米)

秸秆类型 籽粒产量 秸秆产出量系数 秸秆产出量 根总量 小麦 500 1.2 600 220 水稻 650 1.06 689 267.8 玉米 650 1.34 871 304.2 油菜 150 3.0 450 120

9.2自然状态下不进行秸秆还田时，土壤中的碳素、氮素总量与碳氮比 在中等肥力的土壤中，土壤中存在的氮素(速效氮)大约在100mg/kg，耕作层的土壤为15万kg。耕作层总氮 量为速效氮4.5kg与耕作层根系氮素之和。表2为自然状态下土壤耕层的碳、氮比情况。

表2  土壤耕层根系的碳、氮素总量(单位：kg/667平方米)与碳、氮比

秸秆类型 根总量 秸秆C％ 碳素量 秸秆N％ 氮素量 C∶N 小麦 220 38.9 85.6 0.41 5.4 15.8∶1 水稻 267.8 38.6 103.4 0.525 5.9 17.5∶1 玉米 304.2 39.6 120.5 0.53 6.1 19.7∶1 油菜 120 38.5 46.2 0.81 5.5 8.4∶1

从上表中可以看出：在中等肥力的土壤，在不进行秸秆还田，不施用氮肥的自然条件下，土壤中的碳氮比 小于25∶1。土壤中氮素能满足植物残留的根系分解所需。

作物施肥中秸秆还田量与氮素施入增减量确定技术

微生物分解有机物质的最佳碳氮比为25∶1，这个结论早已成为土壤肥料工作者所认同。因此我们设定：在 不同的土壤、不同的耕作模式、不同的气候条件、不同的微生物分解秸秆过程中都遵循最佳碳氮比规律25∶ 1。正常情况下还入土壤的秸秆在当季不能完全分解，各地因为不同的土壤、不同的气候条件、不同的耕 作模式、不同的微生物种类，必然影响到还入土壤的秸秆当季的分解率，因此我们在此增加一个秸秆当季 的分解率系数(A)。

10.1秸秆还田后参与微生物分解有机物质过程的碳素和氮素总量

C总量＝A×(根系总量+还田秸秆量)×C％(秸秆含碳量)；

N总量＝土壤速效N×150000÷1000000+A×(根总量+还田秸秆量)×N％(秸秆含氮量)+氮素增减量(N_R)；

N总量＝0.15×土壤速效N+A×(根总量+秸秆还田量)×N％+氮素增减量(N_R)。

10.2按碳氮比理论建立确定秸秆还田量与纯氮施入量的技术

微生物分解有机物质的碳氮比理论关系式：

C总量∶N总量＝25∶1；

C总量＝25×N总量；

A×[根总量+秸秆还田量]×C％＝25×{[0.15土壤速效N+A×(根总量+秸秆还田量)]×N％+氮素增减量 (N_R)}；

25×氮素增减量(N_R)＝A×(根总量+秸秆还田量)×C％-25×[0.15速效N+A×(根系总量+秸秆还田量)× N％]；

25×氮素增减量(N_R)＝A×(根总量+秸秆量)×(C％-25N％)-25×0.15×速效N；

氮素增减量(N_R)＝{A×[(根总量+秸秆量)×(C％-25N％)-25×0.15×速效N]}÷25；

作物施肥秸秆还田时氮素增减量(N_R)＝A×(根总量+秸秆量)×(C％÷25-N％)-0.15×速效N。

作物施肥中秸秆还田量与氮素施入量的简易确定技术

11.1氮素施入总量简易确定技术

在科学研究方面必须要求方法准确、数据精确，但在大田生产中就要求简便易行，便于操作。在目前的社 会经济条件下，大田生产中很难每个田块测定土壤的速效氮，把残留在土壤中的所有根系和土壤腐殖质中 需要分解的有机碳元素与土壤中存在的速效氮以及作物残留在土壤中的所有根系的氮不考虑在内，认为它 们已经达到了碳氮平衡。而真正考虑的是还入的秸秆量和氮素施入总量的关系。在正常情况下，最佳碳氮比 为25∶1，秸秆还田后当季分解转化率一般为30％，简易确定技术如下：

作物施肥秸秆还田时氮素施入总量(N_T)＝作物需氮量+氮素增减量(N_R)；

作物施肥秸秆还田时氮素施入总量(N_T)＝作物需氮量(N_C)+0.3×还入秸秆量×(C％÷25-N％)。

11.2秸秆还田量与氮素增减量的确定技术

在不进行秸秆还田，不施用氮肥的自然条件下，土壤中的碳氮比小于25∶1。土壤中氮素能满足植物残留 的根系分解，在此前提下可以不考虑土壤中的氮素和植物根系残留。作物施肥中秸秆还田量与氮素增减量的 确定技术如下：

氮素增减量(N_R)＝A×还田秸秆量×(C％÷25-N％)。

11.3秸秆还田量与氮素增减量的简易确定技术

在作物施肥的大田生产中，所有程序都要求简便易行便于操作。一般情况下，秸秆还田当季分解转化率为 30％。因此以30％的秸秆当季分解转化率为基础，作物施肥中秸秆还田量与氮素增减量的简易确定技术如 下：

作物施肥秸秆还田时氮素增减量(N_R)＝0.3×还入秸秆量×(C％÷25-N％)；

作物施肥秸秆还田时氮素施入总量(N_T)＝作物需氮量(N_C)+0.3×还入秸秆量×(C％÷25-N％)。

几点说明

12.1使用单位

还田面积：单位为公顷、667平方米任选；

秸秆和肥料：单位为kg；

12.2几个代表符号

N_T：指作物施肥中秸秆还田后当季作物需要施入的氮素总量，单位为kg；

N_R：指在不考虑作物生长所需的情况下，秸秆还田后当季作物需要增减氮素的施入量，单位为kg；

N_C：作物在生长过程中的需氮量，单位为kg；

N％：指秸秆含氮量。以百分率表示，在表2及相关资料中都能查到；

C％：指秸秆含碳量。以百分率表示，在表2及相关资料中都能查到；

速效N：作物施肥中速效氮测定值，单位为每kg(kg)土壤中氮毫克(mg)数；

A：秸秆还田后当季分解比率，如当季分解率为30％时确定过程中取值为0.3。

12.3最佳碳氮比25∶1

正常情况下微生物分解有机物质的最佳碳氮比为25∶1。但对于精细度要求高的农业科研，不同土壤，不同气 候条件，不同微生物类群分解秸秆时所需的碳氮比有差异，可以当地的情况确定最佳碳氮比比值。

12.4秸秆当季分解比率A

12.4.1由于环境条件不同，耕种方法不同，各地的秸秆当季分解比率不同。正常情况下中等肥力的土壤秸秆还 田后当季分解转化率一般为30％，本专利中作物施肥秸秆还田量与氮素施入总量的简易确定技术用30％确 定，以便简化操作程序。

12.4.2各地可以按本地情况确定秸秆当季分解比率，也可以30％为基数增加换算系数。

12.5秸秆还田量与氮肥施入量的简易确定技术

秸秆还田量与氮肥施入量的简易确定技术有利于大田生产，但不一定适用于科学研究，如果进行科学研究，建 议最好采用本专利中详细的氮肥施入量确定技术。