合理利用化肥及研究施肥技术对中国农业发展有着非常积极的意义。变量施肥技术是精确农业的重要组成部分，它根据作物实际需要，基于科学施肥方法，确定对作物的变量投入，即按需投入。
对于变量施肥的效果，国内外学者们做了一些研究。C.Yang等人在1997、1998年对谷物高粱变量施用氮磷肥的研究表明：变量施肥可以增加产量，减少产量变异，提高经济回报。日本京都大学在2000年测试了稻谷变量施肥效果，认为变量施肥技术有效减少了氮肥投入，但其原因和效果很复杂。Wittry等对比了玉米和大豆轮作种植情况下变量施磷与传统施磷的试验结果，认为施肥方法不影响作物对磷的反应，变量施磷减少了12%～41%磷肥用量。美国科罗拉多州大学Koch等研究了变量施氮的经济可行性，研究表明变量施肥比传统施肥有更大的经济可行性。Mamo等研究了空间和时间上最经济的玉米施氮量，结果表明变量施氮比统一施氮肥料用量少，经济收益高。
在中国，薛绪掌等于2001年对冬小麦变量施氮的效果进行了研究，结果表明，变量施氮区产量略低于均匀施肥，且产量变异系数增加；变量区的肥料经济效益略低于对照区；但变量施氮降低了土壤硝态氮浓度；减小了污染地下水的可能性，生态效果明显。宋晓宇等通过变量施肥前后作物光谱信息的变化，建立了冬小麦拔节期与灌浆初期光谱特征值的变化量与变量施肥量之间的联系，对变量施肥的效果进行了初步的评价，结果表明变量施肥能够改善冬小麦长势状况。梁红霞等对冬小麦变量施肥效益也做了研究，结果显示通过变量施肥能够改善冬小麦的长势差异状况，显着提高了冬小麦籽粒产量。
本文采用自主开发设计的基于GPS和GIS技术的自动变量施肥系统，搭配新型的土壤肥料养分速测仪器，于2003、2004年间进行玉米种植条件下的变量施肥田间试验，分析了变量施肥对玉米产量及土壤养分的影响。
1 材料与方法
1.1 试验地块试验地位于吉林省榆树市弓棚镇春阳村，榆树市属中温带半湿润温和气候区，年平均气温4℃，年均降水量591mm,试验地块土壤类型为黑土，质地为壤土，平均有机质为30.8mg/kg。试验地块面积为835.56m×257m,约21.5hm2,操作单元网格面积为50.64m×64.32m。试验地块网格图如图1所示。其中A1～A16、B1～B16区域为变量施肥区，C1～C16、D1～D16为传统施肥区。
1.2 施肥决策
根据地块中土壤养分含量分布图，依据土壤养分平衡原理，按下式单独计算每种化肥的施肥量：
式中 y——施肥量，kg/hm2;x——目标产量，kg/hm2;H——每kg籽实需养分量；S——土壤中测定的养分；N——土壤养分利用率；U——肥料的养分含量；E——肥料当季利用率。
式中，2.25是换算系数，把土壤测定值换算成每公顷土壤养分含量（kg）。它是把1hm2土壤的20cm表层看成作物的营养层，其总量为22.5万kg土，养分测定值用mg/kg表示。
这里有3个重要的参数：目标产量x、土壤养分利用率N和肥料当季利用率E。它们不但与土壤的类别、肥力的级别紧密相关，还与作物品种、肥料投入量、肥料品质、气候、地区、坡度、土壤坚实度、施肥方式（含施肥时间、部位、用量等）等有关。在忽略后几种因素的情况下，以9735kg/hm2作为目标产量进行施肥决策，得出该地块变量施肥决策图（见图2）。
1.3 变量施肥作业根据上述施肥决策原理，分别于2003年4月14～16日、2004年4月17～18日使用基于GPS、GIS的自动变量施肥机进行田间变量施肥作业。
基于GPS和GIS技术的自动变量施肥系统按如下方法实现：首先用GPS接收机获得耕地边界的电子地图，经处理后导入地理信息系统GIS中，对耕作地块进行操作单元划分，建立土壤养分信息数据库，与施肥专家系统结合，得到施肥决策数据。然后，施肥决策数据输入控制系统中，当施肥机在田间进行施肥作业时，由施肥机上的GPS接收机接收来自卫星的定位信息，判断施肥机所在的操作单元，调用施肥决策信息去控制施肥机的排肥轴转速，以达到根据位置及其相应土壤条件进行自动变量施肥的目的。
1.4 采样与测定方法玉米产量采用标准水分估产的方法测定，在收获前1～2d进行抽样测产。标准水分估产公式如下式中 y——玉米产量kg/hm2;m——20㎡玉米质量kg;w——5穗玉米粒质量kg;t——玉米湿度%；m1——5穗玉米质量kg;t0——标准水分含量18%;㎡——5穗玉米晾干质量kg;t1——晾干后水分含量%;w1——5穗晾干粒质量kg。
土壤采样分别在玉米收获后进行，利用GPS导航定位，采样深度为20cm,样品质量约1kg。
土壤养分中碱解氮含量测定采用1mol/L NaOH碱解扩散法；速效磷含量的测定采用0.5mol/LNaHCO3浸提—钼锑钪比色法；速效钾含量的测定采用1mol/L NH4OAc浸提—火焰光度法。
2 结果与分析
2.1 产量与效益分析依据吉林省2003年和2004年春季肥料价格和国家玉米收购价格进行变量施肥经济效益分析（表1,2），表中数据均为相关操作单元投入底肥肥料和产量的平均值。收入一项是按国家玉米收购价格计算的售粮收入。
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