针对我国当前化肥过量和不合理施用带来的作物产量和肥料利用率低的问题,以及我国以小农户经营为主体一家一户测土施肥实现难等现状,研究基于大数据和模型的推荐施肥方法非常重要。本研究以全国多年多点的试验数据为基础,采用QUEFTS(Quantitative Evaluation of the Fertility of Tropical Soil)模型研究我国主产区大豆养分吸收特征参数,同时结合大田试验,分析我国大豆田间产量反应、土壤基础养分供应和农学效率等特征,在此基础上建立基于产量反应和农学效率以及QUEFTS模型的大豆推荐施肥原理与方法。同时采用计算机软件技术,把复杂的推荐施肥原理简化成使用方便的大豆养分专家系统[Nutrient Expert(NE)for Soybean],并通过田间试验验证其农学和环境效应。同时,对已构建完成的水稻养分专家系统通过三年多点的田间试验验证其实际应用效果。取得的主要研究结果如下:1.收集和汇总了 2000-2015年中国24个省(自治区)共计584个田间试验,采用QUEFTS模型分析了大豆产量与养分吸收之间的关系。模型分析结果显示,大豆的养分吸收呈直线增长,直到目标产量达到潜在产量的60-70%。大豆每生产1000 kg籽粒产量,地上部干物质养分需求分别为55.4 kg N、7.9 kg P和20.1kg K,而相应的养分内在效率分别为18.1 kg籽粒/kg N、126.6 kg籽粒/kg P和49.8 kg籽粒/kg K。线性部分 N:P:K 比例为 1:0.14:0.36。2.应用QUEFTS模型拟合不同目标产量下籽粒养分吸收。每生产1000 kg籽粒产量,大豆籽粒需要吸收48.3 kg N、5.9 kg P和12.2 kg K。当目标产量达到潜在产量的80%时,籽粒N、P和K养分吸收分别占地上部养分吸收的87.1%、74.1%和60.8%。3.收集汇总的田间试验优化处理的大豆可获得产量显著高于农民习惯处理,高出376 kg/ha,增幅为16.2%。N、P和K肥的平均产量反应分别为0.40、0.39和0.39 t/ha,相对产量分别为0.79、0.78和0.79,基础养分供应分别为126.0、20.5和47.8 kg/ha,农学效率分别为8.9、7.8和8.8 kg/kg。确定土壤养分供应等级低、中、高的相对产量参数N分别为0.73、0.84和0.91;P分别为0.72、0.84和0.92;K分别为0.71、0.84和0.91。产量反应与土壤基础养分供应呈显著负相关关系。产量反应与相对产量呈显著负相关关系,与农学效率呈显著正相关关系。4.构建了基于产量反应和农学效率以及QUEFTS模型的NE大豆养分专家系统。两年(2014-2015)田间试验结果表明,NE养分专家系统与农民习惯施肥(FP)和测土施肥(ST)相比,产量分别提高了 11.2%和3.2%,氮素回收率(REN)分别提高了 17.8和6.8个百分点,氮素农学效率(AEN)分别提高了 171.0%和32.1%。同时,NE处理较FP和ST处理优化了肥料养分比例和用量,平衡了土壤养分盈亏,使农民净收益分别增加10.1%和2.7%。5.2013-2015年在全国七个省水稻主产区开展的田间试验结果表明,与FP和ST相比,NE节约了 4.9-7.1%的氮肥和8.1-16.8%的钾肥,增加了 1.8%的磷肥;增加了3.5-6.3%的大豆产量、8.2-14.2%的N吸收、4.5-9.4%的P吸收和2.3-9.9%的K吸收。同时,NE处理的AEN、REN和氮素偏生产力(PFPN)分别增加了 15.6-23.6%、8.4-12.2 个百分点和 7.5-9.1%。综上所述,NE大豆和水稻养分专家系统是基于大量田间肥料试验而建立起来的,包括土壤基础养分供应以及产量反应和农学效率的关系等为理论依据。田间多年多点实践证明,该方法能够提高产量和肥料利用率,平衡养分用量,增加农民收益,是一种适合我国以小农户经营为主体、作物茬口紧和测土不及时的推荐施肥方法,具有广阔的应用前景。