基于土壤肥力指标的设施有机农业全周期动态施肥管理方法及系统

本发明涉及施肥调控，尤其涉及一种基于土壤肥力指标的设施有机农业全周期动态施肥管理方法及系统。

背景技术：

1、有机农业作为可持续农业生产方式，在保障农产品安全、提升品质和保护生态环境等方面展现出显著优势。设施农业通过人工控制环境条件实现作物周年生产，但其种植环境相对封闭，长期连续种植和不合理施肥容易引起土壤有机质下降、养分比例失衡、土壤ec值升高、次生盐渍化以及土传病害频发等问题，因此，面向设施有机农业建立与土壤肥力状态和作物需肥规律相匹配的培肥施肥方法，是提升设施土壤持续生产能力的重要技术方向。现有有机农业土壤培肥技术主要包括有机肥施用、绿肥种植、生物菌肥施用等方式，在施肥决策上主要采用经验施肥或基于土壤养分测试的推荐施肥方法。同时也有一些方案分别涉及设施蔬菜有机肥或堆肥施用、基于土壤养分测试的推荐施肥、水肥一体化追肥控制、微生物菌肥改土控病以及绿肥翻压还田等内容。例如，部分技术侧重于依据产量目标和土壤肥力水平确定氮磷钾施用总量，部分技术侧重于通过堆肥、秸秆或生物质炭提高土壤有机碳，部分技术侧重于利用水肥一体化设备实现施肥执行控制，另有技术通过绿肥或微生物菌剂改善土壤生态环境。尽管现有技术在一定程度上改善了施肥管理水平，但现有技术通常将作物全生育期粗略划分为苗期、花期、果期等两三个大阶段。然而，上述技术通常针对单一肥源、单一作物阶段或单一执行环节进行改进，难以在同一技术方案中同时解决基肥碳氮比调控、追肥阶段化动态校正、菌肥定向补充和绿肥下茬衔接之间的协同问题。设施蔬菜特别是设施番茄、黄瓜等多具有连续开花结果、多次采收的特性，不同批次果实的发育时间跨度大，对养分的需求强度和比例存在显著差异，粗放的阶段划分无法匹配各阶段的实际需肥节点。若仍采用定植前一次确定追肥方案并按固定时期、固定用量执行，容易出现土壤供肥充足时继续施肥造成浪费，或土壤供肥不足时未及时补肥造成脱肥的情况。此外，现有施肥管理往往将当季作物和下茬作物分开处理，当季收获后的土壤养分盈亏、碳氮比变化和微生物活性变化未能有效反馈到下茬基肥配施或空闲期绿肥选择中，导致培肥效果难以累积。全生育期往往采用同一种追肥方式，未根据前期促根、盛期促果、后期防衰等不同阶段的根系分布和吸收特征选择差异化施肥方式，限制了各阶段的供肥效率。同时现有技术还普遍重视土壤速效养分，较少同时利用土壤物理、化学和生物指标识别限制因子并形成优先调控顺序，因而难以适应设施有机农业长期连作条件下的复杂土壤障碍。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于土壤肥力指标的设施有机农业全周期动态施肥管理方法及系统，用以解决现有技术无法实现同时匹配土壤肥力状态、追肥方案与作物各阶段需肥规律的实时匹配以及下茬培肥需求的问题。

2、本发明提供一种基于土壤肥力指标的设施有机农业全周期动态施肥管理方法，包括：

3、在作物定植前采集设施内耕层土壤样品，检测土壤物理指标、化学指标和生物指标，根据检测结果识别土壤限制因子；根据所述土壤限制因子和土壤碳氮比，确定包括基肥物料种类、配施比例和施用量的基肥施用方案；根据作物的生物学特性和果实发育规律，将设施有机农业作物的全生育期划分为若干个追肥调控阶段，每个追肥调控阶段对应的果实发育批次或生育节点；

4、在各所述追肥调控阶段内，根据当前阶段作物的需肥强度确定基础追肥量，并结合土壤供肥能力动态检测值对所述基础追肥量进行实时校正，确定所述当前阶段的实际追肥量；

5、根据不同追肥调控阶段的根系分布特征和养分需求特点，选择与当前阶段相匹配的差异化追肥方式执行追肥操作；

6、在各所述追肥调控阶段执行追肥后，对土壤养分指标和/或作物生长指标进行监测，根据监测结果对后续追肥调控阶段的追肥方案进行动态修正；

7、当季作物收获后，根据当季土壤养分检测结果和下茬作物的需肥特性，制定下茬作物的基肥施用方案和/或空闲期绿肥种植方案。

8、根据本发明提供的基于土壤肥力指标的设施有机农业全周期动态施肥管理方法，所述土壤物理指标包括土壤容重和/或土壤含水量，所述化学指标包括土壤有机质含量、全氮含量、碱解氮含量、速效磷含量、速效钾含量、土壤ph值和土壤ec值中的至少一种，所述生物指标包括土壤微生物生物量碳含量、土壤微生物生物量氮含量和土壤酶活性中的至少一种；将各检测指标与对应的适宜范围阈值进行比较，当某一指标偏离适宜范围时，判定该指标对应的土壤属性为限制因子；当存在多个限制因子时，按照各指标偏离适宜范围的程度进行优先级排序，优先调控偏离程度最大的限制因子。

9、根据本发明提供的基于土壤肥力指标的设施有机农业全周期动态施肥管理方法，所述基肥包括有机肥、秸秆和矿物肥料中的至少一种；所述基肥施用方案包括检测土壤初始碳氮比，根据所述土壤初始碳氮比与目标碳氮比之间的差值，确定高碳氮比有机物料与低碳氮比有机物料的配施比例，并通过配施不同碳氮比的有机肥和/或秸秆将土壤碳氮比调控至目标范围，其中所述高碳氮比有机物料的碳氮比高于所述低碳氮比有机物料的碳氮比。

10、根据本发明提供的基于土壤肥力指标的设施有机农业全周期动态施肥管理方法，每个所述追肥调控阶段对应一个果实发育批次或一个生育节点，所述追肥调控阶段的数量不少于作物果实采收批次数；在各追肥调控阶段内，将该阶段果实发育需肥量与植株营养生长需肥量相加得到当前阶段作物需肥强度，并根据土壤速效养分含量、土壤ec值和/或作物长势对基础追肥量进行增减校正，得到当前阶段的实际追肥量。

11、根据本发明提供的基于土壤肥力指标的设施有机农业全周期动态施肥管理方法，所述追肥方式包括在作物生长前期采用穴施或近根施用方式，在作物生长盛期采用滴灌随水施肥方式，在作物生长后期减少追肥量并降低追肥中氮素比例；监测设置于相邻两个追肥调控阶段之间，监测结果包括追肥后土壤速效养分的提升幅度和作物对该阶段追肥的响应程度，并据此调整后续追肥调控阶段的追肥量和/或追肥方式。

12、根据本发明提供的基于土壤肥力指标的设施有机农业全周期动态施肥管理方法，还包括：在作物定植和/或追肥过程中，根据土壤微生物检测结果和/或作物生长状况，在定植期和/或追肥期施用复合微生物菌肥，所述复合微生物菌肥中含有固氮菌、解磷菌、解钾菌、枯草芽孢杆菌和木霉菌中的至少一种有益菌群；

13、当土壤微生物生物量碳和/或土壤微生物生物量氮低于预设阈值时，在作物定植时穴施所述复合微生物菌肥，并在作物开花坐果期或盛果期结合追肥补充施用所述复合微生物菌肥。

14、根据本发明提供的基于土壤肥力指标的设施有机农业全周期动态施肥管理方法，还包括：在设施农业的种植空闲期或倒茬期，种植豆科绿肥或十字花科绿肥，绿肥生长至盛花期或初荚期时翻压还田，翻压后灌水促进腐熟分解；

15、根据设施内的空闲期长度选择绿肥品种，空闲期较长时选择豆科绿肥，空闲期较短时选择十字花科绿肥；

16、绿肥翻压量根据当季土壤有机质提升需求确定。

17、根据本发明提供的基于土壤肥力指标的设施有机农业全周期动态施肥管理方法，当当季土壤氮素含量高于适宜范围上限时选择碳氮比较高的禾本科绿肥，当当季土壤氮素含量低于适宜范围下限时选择豆科绿肥；绿肥翻压后检测翻压层土壤有机质含量和碱解氮含量，并将检测结果作为下茬作物基肥碳氮比调控和基肥施用量确定的依据。

18、本发明还提供一种基于土壤肥力指标的设施有机农业全周期动态施肥管理系统，包括：

19、土壤诊断模块，用于采集并评价设施内耕层土壤物理指标、化学指标和生物指标，识别土壤限制因子；

20、基肥决策模块，用于根据土壤限制因子和土壤碳氮比确定基肥物料种类、配施比例和施用量；追肥量校正模块，用于根据作物生物学特性、果实发育规律、当前阶段作物需肥强度和土壤供肥能力动态检测值确定实际追肥量；

21、施肥方式选择模块，用于根据不同追肥调控阶段的根系分布特征和养分需求特点，选择与当前阶段相匹配的差异化追肥方式执行追肥操作；

22、菌肥调控模块，用于根据土壤微生物检测结果和/或作物生长状况确定复合微生物菌肥的施用时期和用量；

23、反馈修正模块，用于在各所述追肥调控阶段执行追肥后，对土壤养分指标和/或作物生长指标进行监测，根据监测结果对后续追肥调控阶段的追肥方案进行动态修正；

24、倒茬衔接模块，用于当季作物收获后，根据当季土壤养分检测结果和下茬作物的需肥特性，制定下茬作物的基肥施用方案和/或空闲期绿肥种植方案。

25、根据本发明提供的基于土壤肥力指标的设施有机农业全周期动态施肥管理系统，所述反馈修正模块与所述基肥决策模块、追肥量校正模块、菌肥调控模块和轮作衔接模块数据连接，使当季作物生育期内的监测结果以及收获后的土壤检测结果分别反馈至后续追肥调控阶段和下一茬作物施肥决策中，形成基肥、追肥、菌肥和绿肥的闭环协同的全周期动态调控。

26、本发明提供的基于土壤肥力指标的设施有机农业全周期动态施肥管理方法及系统，通过根据作物的生物学特性和果实发育规律，将设施有机农业作物的全生育期划分为若干个追肥调控阶段，每个追肥调控阶段对应的果实发育批次或生育节点；在各所述追肥调控阶段内，根据当前阶段作物的需肥强度确定基础追肥量，并结合土壤供肥能力动态检测值对所述基础追肥量进行实时校正，确定所述当前阶段的实际追肥量；根据不同追肥调控阶段的根系分布特征和养分需求特点，选择与当前阶段相匹配的差异化追肥方式执行追肥操作；在各所述追肥调控阶段执行追肥后，对土壤养分指标和/或作物生长指标进行监测，根据监测结果对后续追肥调控阶段的追肥方案进行动态修正；当季作物收获后，根据当季土壤养分检测结果和下茬作物的需肥特性，制定下茬作物的基肥施用方案和/或空闲期绿肥种植方案，本发明通过构建覆盖全生育期的动态追肥调控机制，在保障作物关键生育节点养分供给的同时，有效避免了有机肥盲目施用。