張云貴， 劉青麗， 李志宏*， 王樹會， 尚海麗， 夏 昊

(1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所, 北京 100081；2云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院, 昆明 650000； 3 云南云葉化肥股份有限公司， 昆明 650000)

分散經(jīng)營條件下烤煙精準(zhǔn)養(yǎng)分管理研究

張云貴1， 劉青麗1， 李志宏1*， 王樹會2， 尚海麗3， 夏 昊1

(1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所, 北京 100081；2云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院, 昆明 650000； 3 云南云葉化肥股份有限公司， 昆明 650000)

分散經(jīng)營； 土壤養(yǎng)分管理分區(qū)； 精準(zhǔn)施肥； 烤煙

分散經(jīng)營是我國種植業(yè)的主要生產(chǎn)組織模式，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是21世紀(jì)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究與應(yīng)用的熱點領(lǐng)域[1]。分散經(jīng)營、緩坡地、靈敏的氮素養(yǎng)分投入、滿足奢侈鉀吸收是我國烤煙種植的特點，分散經(jīng)營導(dǎo)致農(nóng)民缺乏對精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用的熱情[2]，農(nóng)戶間肥料投入差異化和復(fù)雜地形條件的土壤養(yǎng)分變異是否具備漸變特征?開展分散經(jīng)營典型地形條件下烤煙精準(zhǔn)施肥實證研究，對精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用具有重要意義。

前人已經(jīng)進行了大量研究，姜城[3]對比研究了北京長陽農(nóng)場經(jīng)營和河北省邯鄲市陳劉營村分散經(jīng)營土壤養(yǎng)分變異表明，土壤養(yǎng)分的空間分布與農(nóng)民的施肥習(xí)慣和管理水平有直接關(guān)系。黃紹文[4]研究了河北省玉田縣和山東省陵縣分散經(jīng)營條件下的土壤養(yǎng)分變異和分區(qū)管理表明，北方平原分散經(jīng)營農(nóng)田可以進行精準(zhǔn)養(yǎng)分管理。van Meirvenne[5]在法國弗蘭德斯平均面積為1.7 hm2的5個試驗農(nóng)田取樣分析表明，小地塊的土壤屬性變異也主要來源于結(jié)構(gòu)變異，能夠滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的空間變異分析要求。王新中[6]在河南省郟縣87 hm2的煙田進行100 m×100 m網(wǎng)格取樣分析土壤養(yǎng)分的空間變異表明，土壤堿解氮的變異不具有漸變特征，其他土壤屬性變異主要來源于結(jié)構(gòu)性因素。以上研究的農(nóng)田相對平坦，而我國烤煙種植主要在山地和丘陵，針對分散經(jīng)營緩坡地烤煙的精準(zhǔn)施肥的研究尚未見報道。

分散經(jīng)營條件下，分區(qū)策略是精準(zhǔn)施肥的技術(shù)核心。白由路等[7]應(yīng)用GIS對土壤養(yǎng)分進行插值，基于地塊統(tǒng)計土壤養(yǎng)分和施肥推薦。為了對研究區(qū)不同地塊進行分類管理，聚類分析被廣泛應(yīng)用于管理分區(qū)的建立[8-11]。而土壤的多元素測試需要信息提取，主成分分析在管理分區(qū)中得到應(yīng)用[6,12]。上述分區(qū)管理方法具有普適性，而緩坡地田埂分割導(dǎo)致地塊間養(yǎng)分存在差異，針對以自然地塊為管理中心，探討土壤養(yǎng)分插值和建立管理分區(qū)方法的研究尚未見報道。

在我國最大烤煙種植面積省份云南選擇常年種植烤煙、分散經(jīng)營、坡度為5°左右的緩坡地作為試驗場，研究分散經(jīng)營條件下烤煙精準(zhǔn)施肥的應(yīng)用效果檢驗烤煙種植典型地形和生產(chǎn)組織方式條件下農(nóng)田土壤養(yǎng)分變異是否滿足精準(zhǔn)養(yǎng)分管理的半方差分析，試圖建立基于自然地塊的變量施肥技術(shù)體系，探討分散經(jīng)營條件下作物精準(zhǔn)施肥的經(jīng)濟效益和應(yīng)用可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

1.2 土樣采集和測試

1.3 煙葉化學(xué)成分測試

煙葉中總糖、還原糖、總氮、煙堿、氯、鉀含量測試方法見文獻[14]，糖堿比為總糖和煙堿比值，氮堿比為總氮和煙堿比值。

1.4 施肥指標(biāo)體系

當(dāng)?shù)乜緹熒a(chǎn)管理部門根據(jù)烤煙養(yǎng)分需求特征，結(jié)合近年肥料試驗結(jié)果，確定的土壤養(yǎng)分對應(yīng)的施肥指標(biāo)體系見表1。

圖1 試驗地土壤網(wǎng)格樣點位和地塊邊界圖Fig.1 Grid soil samples and cropland boundary map in the experimental field

表1 土壤養(yǎng)分分級及肥料用量推薦Table 1 Classification of the soil nutrient status and fertilizer recommendation

1.5 地統(tǒng)計及制圖軟件

使用GS+ 9.0軟件進行地統(tǒng)計分析，使用ARCGIS 9.3進行養(yǎng)分插值和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)田管理分區(qū)概念模型

農(nóng)田管理分區(qū)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)核心，也是研究熱點之一。農(nóng)田管理分區(qū)需要考慮的關(guān)鍵因素是作物、數(shù)據(jù)源、分區(qū)方法、分區(qū)應(yīng)用方式、操作者。作物不同，養(yǎng)分管理的重點不同，用于分區(qū)的數(shù)據(jù)源選擇也不同。煙葉品質(zhì)對氮素用量反應(yīng)靈敏，氮磷鉀比例法被廣泛用于烤煙養(yǎng)分管理，其中，鉀素為奢侈吸收[15-17]。養(yǎng)分管理選擇的數(shù)據(jù)源主要為土壤速效氮、有效磷、速效鉀。文化素質(zhì)高的農(nóng)村勞動力外出就業(yè)，指導(dǎo)烤煙種植者養(yǎng)分管理以分類指導(dǎo)相對合理，自然地塊不宜再劃分操作單元，以保證施肥處方執(zhí)行到位。精準(zhǔn)施肥的本質(zhì)是解決施肥問題，施肥指標(biāo)體系是長期肥料試驗的總結(jié)，施肥習(xí)慣是農(nóng)戶常年生產(chǎn)經(jīng)驗的總結(jié)，肥料試驗、農(nóng)戶調(diào)查和文獻是建立施肥模型的依據(jù)。研究區(qū)的地塊邊界數(shù)字化和土壤取樣點位導(dǎo)航可使用DGPS完成。土壤測試點位數(shù)據(jù)插值可采用Kriging方法生產(chǎn)網(wǎng)格格點數(shù)據(jù)，自然地塊養(yǎng)分可使用網(wǎng)格土壤數(shù)據(jù)和自然地塊邊界疊加分析來實現(xiàn)，管理分區(qū)采用聚類分析方法完成，最終形成管理分區(qū)的基肥和追肥處方(圖2)。

圖2 土壤養(yǎng)分管理概念模型Fig.2 The concept model of soil nutrients management

2.2 土壤養(yǎng)分空間分析

有效變程是變量空間自相關(guān)距離的范圍，在有效變程內(nèi)，可以通過采樣點的測試值預(yù)測未采樣點的土壤養(yǎng)分含量，以預(yù)測值進行養(yǎng)分管理，從而實現(xiàn)養(yǎng)分的分區(qū)管理；采樣點間距離超過有效變程時，則不能進行土壤養(yǎng)分值的預(yù)測；有效變程是網(wǎng)格采樣的最大間距。根據(jù)表2，土壤pH、有機質(zhì)、無機氮、有效磷、速效鉀的有效變程分別是205.5 m、103.6 m、56.4 m、58.2 m、159.7 m。無機氮有效變程最小，決定網(wǎng)格采用間距，在本試驗地條件下，土壤網(wǎng)格采樣的間距應(yīng)該控制在50 m左右。

2.2.2 土壤養(yǎng)分和pH值的空間插值 試驗地土壤屬中等肥力水平，土壤有機質(zhì)平均含量24.1 g/kg，處于適宜含量水平[14]，土壤無機氮平均含量29.2 mg/kg，屬氮素供應(yīng)中等偏上水平，土壤有效磷平均含量18.8 mg/kg，屬磷素養(yǎng)分供應(yīng)中等偏上水平，速效鉀平均含量87.5 mg/kg，土壤鉀素養(yǎng)分供應(yīng)屬較低水平，pH值處于適宜水平。試驗地土壤養(yǎng)分存在區(qū)域分布特征，適合分區(qū)養(yǎng)分管理。根據(jù)施肥指標(biāo)體系的分級標(biāo)準(zhǔn)，采用重分級方法制作土壤養(yǎng)分的空間分布圖(圖3)。根據(jù)圖3，土壤無機氮含量在東北部低，東南和西北相對較高；有效磷含量在中部低，東部和西部高；速效鉀含量東北部低，西北和東南高。土壤養(yǎng)分這種區(qū)域含量差異的特征，是土壤分區(qū)管理的基礎(chǔ)。

圖3 土壤氮磷鉀空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of soil mineral N, avail.-P and avail.-K

2.2.3 基于地塊的肥料養(yǎng)分推薦 地塊肥料養(yǎng)分推薦是地塊土壤養(yǎng)分含量代入施肥模型(表1)計算的結(jié)果。本研究采用的地力分級方法為各國普遍采用，美國各州的作物施肥手冊、英國的農(nóng)業(yè)和園藝作物肥料推薦手冊、加拿大各農(nóng)業(yè)省的肥料指南、我國臺灣省的作物施肥手冊等肥料推薦均以肥力指數(shù)為推薦標(biāo)準(zhǔn)[18-22]。基肥和追肥的比例為7 ∶3，地塊肥料推薦結(jié)果如圖4，每個地塊中從前到后3個數(shù)字分別表示烤煙全生育期肥料中N、P2O5、K2O的肥料純養(yǎng)分量。

圖4 地塊氮、磷、鉀養(yǎng)分推薦圖Fig.4 Block nutrient recommendation of N, P and K

圖5 養(yǎng)分分區(qū)管理處方圖Fig.5 Regional nutrients management prescription map

2.2.4 聚類分析與養(yǎng)分管理分區(qū) 分散經(jīng)營沒有變量施肥機根據(jù)施肥處方自動執(zhí)行的情況下，建立管理分區(qū)是保證農(nóng)民人工施肥實施到位的有效手段。聚類分析是建立管理分區(qū)的典型方法，試驗采用k-均值聚類算法將圖4中111塊農(nóng)田的肥料養(yǎng)分推薦量共建立8個管理分區(qū)(圖5)。土壤養(yǎng)分和肥料純養(yǎng)分推薦量均可以作為聚類分析數(shù)據(jù)源，本研究使用地塊的純養(yǎng)分推薦量作為數(shù)據(jù)源，主要原因是養(yǎng)分推薦量只涉及氮、磷、鉀3個數(shù)據(jù)變量，邏輯關(guān)系清晰；如果以土壤養(yǎng)分作為數(shù)據(jù)源，往往測試指標(biāo)多，在聚類分析前需要提取數(shù)據(jù)特征的主成分，對主成分再進行聚類形成管理分區(qū)，有研究認為管理分區(qū)建立過程中有過度處理數(shù)據(jù)， Kutter等[23]對已經(jīng)采用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的農(nóng)場進行調(diào)查并分析其數(shù)據(jù)處理過程后，認為數(shù)據(jù)濫用、過度解析問題已經(jīng)凸顯。對照設(shè)在試驗區(qū)臨近的煙田，地力水平中等，農(nóng)戶管理水平中等偏上。

2.3 分散經(jīng)營條件精準(zhǔn)施肥的應(yīng)用效果

精準(zhǔn)養(yǎng)分管理能夠節(jié)約肥料成本、增產(chǎn)增收、扣除土壤采樣測試成本，可以增加農(nóng)民收益。肥料養(yǎng)分N、P2O5、K2O以尿素、普鈣和硫酸鉀為標(biāo)準(zhǔn)計算，分別為3.8 yuan/kg、4.2 yuan/kg、6.4 yuan/kg。精準(zhǔn)養(yǎng)分管理因減少氮、磷養(yǎng)分投入分別節(jié)約成本43.2 yuan/hm2、50.0 yuan/hm2，因增加鉀素養(yǎng)分投入增加成本6.9 yuan/hm2，累積節(jié)省肥料成本86.3 yuan/hm2。每公頃土壤取4個樣進行測試，每個樣品測試成本100元，土壤取樣分析增加成本400 yuan/hm2。精準(zhǔn)養(yǎng)分管理各分區(qū)平均產(chǎn)值44411.63 yuan/hm2，與對照相比，因產(chǎn)值增加收益5454.63 yuan/hm2。以上3項，精準(zhǔn)養(yǎng)分管理節(jié)本增效5140.9 yuan/hm2。

表3 不同管理分區(qū)的烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量Table 3 Yield and quality of flue-cured tobacco in different management zones

3 討論

3.1 精準(zhǔn)養(yǎng)分管理和測土施肥

基于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)概念的地塊養(yǎng)分管理不同于針對地塊的測土施肥方法。測土施肥方法對地塊的土壤養(yǎng)分含量進行測試、根據(jù)測試數(shù)據(jù)進行肥料推薦，但是，測土施肥不能對沒有測試數(shù)據(jù)的地塊進行養(yǎng)分含量預(yù)測，也不能對沒有測試數(shù)據(jù)的地塊進行施肥推薦。美國密歇根大學(xué)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)制造項目聯(lián)合會主席杰弗里·萊克教授認為，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是一種哲學(xué)思想，一種理念，一種思維方式。對精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的理解，不能僅僅停留在對工具和方法的認識。它不是一套可以硬性拷貝的工具，而是一種靈活管理策略?；诰珳?zhǔn)農(nóng)業(yè)概念的地塊養(yǎng)分管理，施肥推薦不僅僅局限在施肥模型規(guī)定的肥料養(yǎng)分投入，更有意義的是把整個區(qū)域作為一個整體，最大限度地調(diào)節(jié)研究區(qū)域不同操作單元，使所有操作單元的作物長勢趨同，更加整齊，從而提高整個區(qū)域作物的生產(chǎn)效率，系統(tǒng)論和運籌學(xué)思想得到充分的體現(xiàn)。分散經(jīng)營條件下，應(yīng)用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)理念，對作物養(yǎng)分管理具有理論研究和實踐應(yīng)用的意義。

3.2 分散經(jīng)營條件下精準(zhǔn)養(yǎng)分管理

目前，我國農(nóng)民家庭承包的耕地面積小，從公平角度，不同肥力農(nóng)田搭配分配，往往同一農(nóng)戶的地塊分散在同一自然村的不同位置，地塊零碎?？緹熮r(nóng)機近幾年發(fā)展速度快，但是，市場缺乏烤煙變量施肥機的產(chǎn)品供應(yīng)，施肥主要靠人工完成。農(nóng)民能夠讀懂的施肥處方只能以地塊為操作單元，最終實現(xiàn)基于地塊的分類指導(dǎo)方式的精準(zhǔn)養(yǎng)分管理(field-specific nutrient management)，而非把每個格點代表面積作為操作單元的精準(zhǔn)養(yǎng)分管理(site-specific nutrient management)。針對分散經(jīng)營的精準(zhǔn)養(yǎng)分管理，需要對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法，關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)如樣品采集、半方差分析、插值、地塊養(yǎng)分統(tǒng)計、建立分區(qū)等，要做到切合分散經(jīng)營的特征，做到和實施作物的養(yǎng)分需求特征相匹配，才能使精準(zhǔn)養(yǎng)分管理發(fā)揮節(jié)約物資投入、改善產(chǎn)品的品質(zhì)和增加單位面積收益的作用。

3.3 工具革新是精準(zhǔn)施肥應(yīng)用的前提

分散經(jīng)營條件下，用于精準(zhǔn)施肥的工具是技術(shù)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)，先進工具使精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用的門檻降低。從信息獲取角度，具有位置信息的土壤樣品采集、作物營養(yǎng)狀態(tài)判斷的小型工具，尤其是小型傳感器得到廣泛應(yīng)用，如Roberts等[24]和Cao等[25]采用手持GreenSeeker通過光學(xué)反射測量反演冬小麥氮肥營養(yǎng)。從信息加工角度， Kutter等[23]認為歐美發(fā)達國家在最近10年會出現(xiàn)針對精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的數(shù)據(jù)處理公司，他們以精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)處理工具軟件為平臺。從施肥處方實施角度，需要具有自主知識產(chǎn)權(quán)的變量施肥機，和國外的變量施肥機相比，具有足夠讓普通農(nóng)民用得起的價格優(yōu)勢。

4 結(jié)論

1) 試驗條件分散經(jīng)營的植煙土壤，土壤養(yǎng)分變異主要來源于結(jié)構(gòu)因素，可進行半方差分析和土壤養(yǎng)分插值分析，適合精準(zhǔn)養(yǎng)分管理。土壤養(yǎng)分和pH值的變異系數(shù)由大到小的順序為無機氮 > 速效鉀 > 有效磷 > 有機質(zhì) > pH值，無機氮和速效鉀的變異系數(shù)最大，pH值的變異系數(shù)最小。半方差分析表明：土壤pH值、有機質(zhì)、無機氮、有效磷、速效鉀的有效變程分別是205.5 m、103.6 m、56.4 m、58.2 m、159.7 m，最小有效變程控制采樣密度，精準(zhǔn)養(yǎng)分管理的網(wǎng)格采樣間距在50m左右。

2) 分散經(jīng)營且沒有變量機具支持的情況下，土壤管理分區(qū)的基本步驟是：土壤養(yǎng)分插值、以地塊為單元統(tǒng)計土壤養(yǎng)分、依據(jù)施肥模型針對地塊進行肥料養(yǎng)分推薦、聚類分析肥料養(yǎng)分形成養(yǎng)分管理分區(qū)。

3) 根據(jù)土壤養(yǎng)分變異和烤煙營養(yǎng)規(guī)律進行精準(zhǔn)養(yǎng)分管理，可以節(jié)約氮、磷肥料分別為10.7%、10.3%，增產(chǎn)增收5454.63 yuan/hm2，扣除因增加鉀肥和土壤測試成本，精準(zhǔn)養(yǎng)分管理節(jié)本增效5140.9 yuan/hm2。

[1] 趙春江. 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究與實踐[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2009. Zhao C J. Research and practice of precision agriculture[M]. Beijing: Science Press, 2009.

[2] Pau Aragó Galindo, Granell C, Molin P G, Guijarro J H. Participative site-specific agriculture analysis for smallholders[J]. Precision Agriculture, 2012, 13(5): 594-610.

[3] 姜城. 不同經(jīng)營體制下土壤養(yǎng)分空間變異規(guī)律及管理技術(shù)研究[D]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 2000. Jiang C. Study on spatial variability of soil nutrient status and its management under different land management systems[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2000.

[4] 黃紹文. 土壤養(yǎng)分空間變異與分區(qū)管理技術(shù)研究[D]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 2001. Huang S W. Study on spatial variablity and regionalized management of soil nutrients[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2001.

[5] van Meirvenne M. Is the soil variability within the small fields of flanders structured enough to allow precision agriculture?[J]. Precision Agriculture, 2003, 4(2): 193-201.

[6] 王新中. GIS支持下豫中典型煙田土壤養(yǎng)分空間變異及精準(zhǔn)管理[D]. 鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文, 2009. Wang X Z. GIS-based spatial variability and site-specific management of soil nutrients for tobacco field in central Henan Province[D]. Zhengzhou： PhD Dissertation of Henan Agricultrual Univercity, 2009.

[7] 白由路, 金繼運, 楊俐蘋, 等. 基于GIS的土壤養(yǎng)分分區(qū)管理模型研究[A]. 金繼運, 白由路. 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與土壤養(yǎng)分管理[C]. 北京: 中國大地出版社, 2001. Bai Y L, Jin J Y, Yang L Petal. Reseach on soil nutrient management zones model based on GIS[A]. Jin J Y, Bai Y L. Precision agriculture and soil nutrient management[C]. Beijing: China Land Press, 2001.

[8] 李翔, 潘瑜春, 趙春江, 等. 基于空間連續(xù)性聚類算法的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理分區(qū)研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2005, 21(8): 78-82. Li X, Pan Y C, Zhao C Jetal. Delineating precision agriculture management zones based on spatial contiguous clustering algorithm[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2005, 21(8): 78-82.

[9] 李艷, 史舟, 吳次芳, 等. 基于模糊聚類分析的田間精準(zhǔn)管理分區(qū)研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2007, 40(1): 114-122. Li Y, Shi Z, Wu C Fetal. Definition of management zones based on fuzzy clustering analysis in coastal saline land[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2007, 40(1): 114-122.

[10] Mazloumzadeh S M, Shamsi M, Nezamabadi-pour H. Fuzzy logic to classify date palm trees based on some physical properties related to precision agriculture[J]. Precision Agriculture, 2010, 11(3): 258-273.

[11] 陳桂芬, 于合龍, 曹麗英, 等. 數(shù)據(jù)挖掘與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)智能決策系統(tǒng)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2011. Chen G F, Yu H L, Cao L Yetal. Data mining and agricultural intelligent decision system[M]. Beijing: Science Press, 2011.

[12] Córdoba M, Bruno C, Costa J, Balzarini M. Subfield management class delineation using cluster analysis from spatial principal components of soil variables[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2013, 97(9): 6-14.

[13] 鮑士旦．土壤農(nóng)化分析(第三版)[M]．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000. Bao S D. Soil and agricultural chemistry analysis(Third edition)[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000.

[14] 王瑞新. 煙草化學(xué)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社, 2003. Wang R X. Tobacco chemistry[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2003.

[15] 陳江華, 劉建利, 李志宏. 中國植煙土壤及煙草養(yǎng)分綜合管理[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2008. Cheng J H, Liu J L, Li Z H. China tobacco planting soil and tobacco integrated nutrient management[M]. Beijing: Science Press, 2008.

[16] 胡國松. 烤煙營養(yǎng)原理[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2000. Hu G S. Principles of nutrition of flue-cured tobacco[M]. Beijing: Science Press, 2000.

[17] 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所. 中國煙草栽培學(xué)[M]. 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2005. Tobacco Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences. Chinese tobacco cultivation[M]. Shanghai: Shanghai Science and Technology Press, 2005.

[18] Christensen D R, Warncke D, Dahl Jetal. Nutrient recommendations for field crops in Michigan[M]. East lansing: Coop. Ext. Serv. Michigan State University, 1992.

[19] Gerwing J, Geldermen R. South Dakota fertilizer recommendation guide(EC750)[M]. Brookings, S D: South Dakota State University, South Dakota Cooperative Extension Service, United States Department of Agriculture, 2005.

[20] Ministry of Agriculture, Fisheries and Food. Fertiliser recommendations for agricultural and horticultural crops(RB209)[M]. London: HM Stationary Office, 2000.

[21] Jacobsen J, Jackson G, Jones C. Fertilizer guidelines for Montana crops (EB161)[M]. Bozeman: Montana State University, 2003.

[22] 黃鎮(zhèn)海, 郭福成, 張淑賢, 等. 作物施肥手冊[M]. 行政院農(nóng)業(yè)委員會, 臺灣省政府農(nóng)林廳, 1996. Huang Z H, Guo F C, Zhang S Xetal. Handbook of crop fertilization[M]. The Council of Agriculture, Executive Yuan, Department of Agriculture and Forestry of the Government of Taiwan Province, 1996.

[23] Kutter T, Tiemann S, Siebert R, Fountas S. The role of communication and co-operation in the adoption of precision farming[J]. Precision Agriculture, 2011,12(1): 2-17.

[24] Roberts D C, Brorsen B W, Solie J B, Raun W R. Is data needed from every field to determine in-season precision nitrogen recommendations in winter wheat?[J]. Precision Agriculture, 2013, 14(3): 245-269.

[25] Cao Q, Cui Z L, Chen X Petal. Quantifying spatial variability of indigenous nitrogen supply for precision nitrogen management in small scale farming[J]. Precision Agriculture, 2012,13(1): 45-61.

Research on the field-specific nutrient management of flue-cured tobacco in condition of decentralized operation

ZHANG Yun-gui1, LIU Qing-li1, LI Zhi-hong1*, WANG Shu-hui2, SHANG Hai-li3, XIA Hao1

(1InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081，China;2YunnanAcademyofTobaccoAgriculturalSciences,Kunming650000,China;3YunnanYunyeFertilizerCo.,Ltd,Kunming650217,China)

【Objectives】The study aimed to research the method of soil nutrient interpolation and management zone based on soil nutrient variability and nature operation unit, which is on condition of decentralized operations and hilly-sloppy lands for planting tobacco in southwest China. 【Methods】 Soil nutrient interpolation and management zone was established by the empirical study. On condition of diversified management, the basic steps of soil nutrient precise management and partition were put forward without the support of variable machine equipment, which included soil nutrition interpolation, soil nutrient statistics taking the separate plot as a unit, fertilizer formula recommended according to the fertilizer model, and plot nutrient management based on cluster analysis of fertilizer nutrient. In Yiliang county of Yunnan Province, soil samples were collected every 50×50 m on farmland with typical production organization and topography. Data were analyzed by geographic statistics for spatial variability of soil nutrients and by Kriging for spatial interpolation and by spatial overlay analysis statistics for fertilization and by clustering analysis method for nutrient management zone establishment. Effect of regionalized nutrient management method was verified through the field trial. 【Results】 The experimental field belongs to medium fertility, and soil nutrients have regional distribution characteristics and suitable for the partition of nutrient management. Soil nutrient variations are mainly from the structural factors, which can carry out statistical analysis and spatial interpolation to meet the requirements of precision nutrient management. The effective range of inorganic nitrogen is the minimum, which controls the sampling density, and the grid sampling spacing is about 50 m of precision nutrient management under the condition of slope farmland and decentralized management. According to the spatial analysis results, combined with the index system for fertilization, the fertilization rates of the 111 fields are proposed, and the fields are divided into 8 management areas through the method of clustering analysis. The application steps in gentle slope fields show that compares with the farmers’ conventional fertilization, the application amounts of N and P fertilizers through the precise nutrient management could be decreased by 10.7%, 10.3%, and the fertilization costs of nitrogen, phosphorus and potassium nutrients are saved by 43.2 yuan/hm2, 50 yuan/hm2and -6.9 yuan/hm2, with the total saved cost of 86.3 yuan/hm2. The yield, output value, average price and high class leaf proportion are increased. The yield is increased by 6.7%-14.5% with an average increase of 10.6%, the proportion of superior leaves is increased by 4.2% to 13% with an average increase of 7.3%, the price is increased by 0.13-0.54 yuan/kg with an average increase of 0.48 yuan/kg, and the output value is increased by 7.50%-18.3%, with an average increase of 14%. The production is increased by 5454.63 yuan/hm2, and the net benefit is increased by 5140.9 yuan/hm2. 【Conclusions】 The method of nutrient management zones established by the operation unit can not only save fertilizer and increase farm income, but also is conducive to the spread of farmers organization, which has theoretical and practical significance to the application of precision fertilization technology.

decentralized operation; soil nutrient management zone; precision fertilization; flue-cured tobacco

2014-06-17 接受日期： 2014-10-24 網(wǎng)絡(luò)出版日期： 2015-06-01

中國煙草總公司科技重點項目煙草精準(zhǔn)施肥關(guān)鍵技術(shù)研究與示范(110200902062)；貴州省煙草公司遵義市公司科技項目遵義市煙草精準(zhǔn)施肥關(guān)鍵技術(shù)研究與示范(2011-02)資助。

張云貴(1967—)，男，博士，副研究員，主要從事作物養(yǎng)分管理研究。 E-mail: zhangyungui@caas.cn， Tel: 010-82106199 * 通信作者 E-mail: lizhihong01@caas.cn, Tel: 010-82106198

S572; S506.2

A

1008-505X(2015)04-1066-09