提高氮肥利用率問(wèn)題朱兆良課件

提高氮肥利用率問(wèn)題朱兆良

中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，南京，210008,zlzhu@

2013年10月10日·提高氮肥利用率問(wèn)題朱兆良課件1基本情況農(nóng)田土壤普遍缺氮，施用氮肥是保障我國(guó)糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)的關(guān)鍵措施人多地少，必須力爭(zhēng)高產(chǎn)更高產(chǎn)化肥（包括氮肥）發(fā)揮了重大作用，也出現(xiàn)了環(huán)境問(wèn)題提高氮肥利用率和增產(chǎn)效果，降低損失和對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響是當(dāng)務(wù)之急，也是一個(gè)世界性的問(wèn)題基本情況農(nóng)田土壤普遍缺氮，施用氮肥是保障我國(guó)糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品2

一、化肥對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的的貢獻(xiàn)1970年代以來(lái)，化肥N（包括氮肥和復(fù)合肥中N）的施用量快速增加，對(duì)保障糧食安全發(fā)揮了重要作用約在1998年以后二者的波動(dòng)大化肥氮施用量與糧食產(chǎn)量的關(guān)系

一、化肥對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的的貢獻(xiàn)1970年代以來(lái)，化肥N（31949～1998年的50年中，糧食總產(chǎn)～化肥N總施用量線性相關(guān)系數(shù)r=0.977（n=50,P<0.01）回歸系數(shù)b=14.51949～1998年的50年中，4糧食總產(chǎn)～化肥氮施用量：高度相關(guān)，但回歸系數(shù)逐年降低糧食總產(chǎn)～化肥氮施用量：高度相關(guān)，但回歸系數(shù)逐年降低5二、我國(guó)的氮素環(huán)境污染1、地表水體污染日益嚴(yán)重

1980-1989年，長(zhǎng)江、黃河和珠江輸出的溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮97.5萬(wàn)噸/年（Duan&Zhang,2000,NutrientCyclinginAgro-ecosystems,57(1)13-22)近海水體赤潮頻發(fā)，2004年全海域共發(fā)現(xiàn)赤潮96次，累計(jì)發(fā)生面積26630平方公里。

(國(guó)家環(huán)?？偩?2004，中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)摘要）湖泊富營(yíng)養(yǎng)化迅速上升。2000年，全國(guó)131個(gè)湖泊中，51％富營(yíng)養(yǎng)化

（范成新等，2010，CCICED中國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染控制對(duì)策，p72）二、我國(guó)的氮素環(huán)境污染1、地表水體污染日益嚴(yán)重6例如：北方5省20個(gè)縣800份地下水樣中，45%超過(guò)歐盟標(biāo)準(zhǔn)，20%超過(guò)中國(guó)二類飲用水標(biāo)準(zhǔn)，大棚蔬菜區(qū)超標(biāo)率顯著高于大田區(qū)

（巨曉棠等，2010，主要農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素行為與氮肥高效利用的基礎(chǔ)研究，p56）環(huán)渤海地區(qū)（7省市）地下水體硝酸鹽氮含量總體狀況：2005年調(diào)查結(jié)果，1139個(gè)地下水樣品，NO3-N的平均含量為11.9mg/L，其中約34.1％超過(guò)世界衛(wèi)生組織的飲用水標(biāo)準(zhǔn)(10mg/L)，以菜地的超標(biāo)率為最高（趙同科等，2007，環(huán)渤海七省(市)地下水硝酸鹽含量調(diào)查。農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，26(2)：779-783）2、地下水硝態(tài)氮含量升高例如：2、地下水硝態(tài)氮含量升高73、N2O的排放國(guó)際注目據(jù)IPCC估計(jì)，化肥氮的N2O排放系數(shù)：旱地為1％，水田0.3％。 我國(guó)是世界上最大的氮肥消費(fèi)國(guó)，N2O的排放國(guó)際注目亞洲地區(qū)農(nóng)田N2O排放強(qiáng)度3、N2O的排放國(guó)際注目據(jù)IPCC估計(jì)，化肥氮的N2O排放84、大氣濕沉降氮量增高

-農(nóng)田的環(huán)境來(lái)源氮量增加濕沉降N(kgN/ha.yr)年度太湖地區(qū)華北平原2003-0526271980年代，國(guó)內(nèi)部分結(jié)果：9～19.5kgN/ha.yr（朱兆良，1992）

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加之地表水含氮量的增高，當(dāng)前，太湖地區(qū)稻麥兩季中，由干濕沉降和灌溉水帶入的氮量已多達(dá)89kgN/ha，成為農(nóng)田自然供氮量中重要的組成部分（邢光熹，2010）。4、大氣濕沉降氮量增高

-農(nóng)田的環(huán)境來(lái)源9土壤有機(jī)N+固定態(tài)銨NH4+NO3-NH3作物N地下水地表水徑流淋洗固持固定殘留N2+N2O損失氨揮發(fā)硝化-反硝化作物吸收化肥N分為3個(gè)部分：作物吸收，土壤中殘留，損失三、我國(guó)農(nóng)田中化肥氮去向的定量評(píng)估土壤NH4+NH3作物N地下水地表水徑流淋洗固持N2+N2O101、當(dāng)季作物利用率差減法:(施氮區(qū)作物地上部分N–無(wú)氮區(qū)作物地上部分N)/施N量）%,評(píng)價(jià)農(nóng)學(xué)效應(yīng)的依據(jù)

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1990年以前國(guó)內(nèi)784個(gè)田間小區(qū)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果當(dāng)季作物（水稻、小麥、大麥、元麥）的氮肥表觀利用率平均：28～41%●

據(jù)此估計(jì)全國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥表觀利用率：

30～35%，高產(chǎn)地區(qū)<30%1、當(dāng)季作物利用率11近年來(lái)氮肥利用率的研究結(jié)果作物農(nóng)學(xué)效率(kg/kgN)氮肥利用率(%)水稻10.428.2小麥

8.028.3玉米

9.826.1●近些年在全國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行的1333個(gè)田間試驗(yàn)結(jié)果（張福鎖等,2008）●閆湘,2008（博士論文）：氮肥當(dāng)季利用率：小麥－43.8％，水稻和玉米－30％左右近年來(lái)氮肥利用率的研究結(jié)果作物農(nóng)學(xué)效率氮肥利用率水稻10.412

TJKrupniketal.,2004，SCOPE65，pp193-207.

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全球不同谷類作物系統(tǒng)中氮肥的當(dāng)季表觀利用率（籽實(shí)+秸稈）：47%

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如果該系統(tǒng)的氮素含量已處于穩(wěn)恒態(tài)，則其余的53%可以視為損失率。

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與此結(jié)果相比，我國(guó)氮肥的利用率偏低，損失率相近；近年來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)氮素平衡中氮的盈余量不斷增多，土壤含氮量尚未達(dá)穩(wěn)恒態(tài)我國(guó)農(nóng)田中氮肥利用率與世界的比較TJKrupniketal.,2004，SCOP1315N田間微區(qū)試驗(yàn)中的殘留：15～35％，但不是凈殘留

長(zhǎng)期過(guò)量施用氮肥，土壤中礦質(zhì)N、特別是旱作土壤中NO3--N明顯積累

例如，華北農(nóng)田土壤0-90cm土層中NO3--N積累量（kgN/ha）：小麥播前：變幅21－987，平均：198(n=535)

玉米播前：變幅25－663，平均：184(n=589)2、氮肥去向－土壤中殘留（陳新平，2007）15N田間微區(qū)試驗(yàn)中的殘留：15～35％，但不是凈殘留2143、氮肥去向－氨揮發(fā)田間微氣象學(xué)法測(cè)定結(jié)果：我國(guó)幾個(gè)主要農(nóng)作區(qū)的田間觀測(cè)：氨揮發(fā)損失約占施N量的1～40％（尿素和碳銨）在有利于氨揮發(fā)條件下，其量可占氮肥總損失的70％，成為主要損失途徑加權(quán)平均，初步估計(jì)氨揮發(fā)約為施氮量的11％3、氮肥去向－氨揮發(fā)田間微氣象學(xué)法測(cè)定結(jié)果：15氨揮發(fā)的最近估算結(jié)果●Yanetal.,GlobalChangeBiology,2003,9:1080-1096尿素：水田－23.5%；旱地－13.7%碳銨：水田－34.5%；旱地－20.5%加權(quán)平均：17.6%

●YSZhangetal.,JofEnvironmentalManagement，2011,92:480－4932005年中國(guó)氮肥的氨揮發(fā)：13.2%氨揮發(fā)的最近估算結(jié)果●Yanetal.,Global16硝化過(guò)程中產(chǎn)生微量N2O，主要是環(huán)境意義,從農(nóng)學(xué)效應(yīng)來(lái)看，主要是反硝化引起的氮素?fù)p失無(wú)滿意的測(cè)定方法；阻礙了田間定量研究表觀法：即差減法（15N微區(qū)試驗(yàn)中的氣態(tài)總損失%－氨揮發(fā)%）－－誤差大表觀硝化-反硝化損失：平均34%，其中N2O-N為1.1%，其余為N2（無(wú)環(huán)境影響）4、氮肥去向:硝化-反硝化損失NH4+NO3-N2硝化作用反硝化作用N2ON2O4、氮肥去向:硝化-反硝化損失NH4+NO3-N2硝化作用17●國(guó)內(nèi)觀測(cè)結(jié)果（1990年以前）：淋失量約占施N量的1～19%●全國(guó)化肥N的淋失量：暫定2％

（未包括土壤N、有機(jī)肥N的淋失量）依據(jù):（1）有較大面積的干旱、半干旱地區(qū)（2）全國(guó)有效灌溉面積僅約占1/3

（3）剖面中NO3--N下移時(shí)可發(fā)生反硝化5、氮肥去向－淋失損失●國(guó)內(nèi)觀測(cè)結(jié)果（1990年以前）：淋失量約占施N量的1～18資料很少

蘇南稻麥輪作區(qū)5點(diǎn)平均：占氮肥用量的約6％ （未扣除土壤及有機(jī)肥料來(lái)源的〕

暫且估計(jì)全國(guó)的徑流損失N為施氮量的5％（未計(jì)入土壤N的徑流損失）6、氮肥去向－徑流損失資料很少6、氮肥去向－徑流損失19●總損失52％，其中進(jìn)入環(huán)境的活性氮量為19％；未知項(xiàng)13%，可能包括土壤中殘留以及其他各項(xiàng)的誤差（國(guó)內(nèi)15N田間微區(qū)試驗(yàn)資料的匯總,存在著較大的不確定性

）我國(guó)農(nóng)田中化肥氮去向（Zhu&Chen,2002）●總損失52％，其中進(jìn)入環(huán)境的活性氮量為19％；（國(guó)內(nèi)1520當(dāng)季利用率低－－30～35％損失嚴(yán)重－－52％（關(guān)系到農(nóng)學(xué)效應(yīng)）

其中活性氮排放率19%（關(guān)系到環(huán)境效應(yīng)）既影響增產(chǎn)效果、又加重環(huán)境污染●提高氮肥利用率和農(nóng)學(xué)效應(yīng)的潛力主要在于減少損失●降低氮肥對(duì)環(huán)境的影響在于降低活性氮的排放和避免礦質(zhì)氮在土壤中的大量積累當(dāng)季利用率低－－30～35％21四、我國(guó)氮肥利用率低、損失大的原因分析1、糧食安全保障壓力大為保證糧食安全，很多高產(chǎn)地區(qū)追求“高產(chǎn)、再高產(chǎn)”，過(guò)量施用氮肥現(xiàn)象非常普遍，導(dǎo)致利用率低、產(chǎn)量達(dá)不到預(yù)期，且影響環(huán)境質(zhì)量四、我國(guó)氮肥利用率低、損失大的原因分析1、糧食安全保障壓力大22

2005年蔬菜和瓜類播種面積1992.8萬(wàn)公頃，占農(nóng)作物總播種面積的12.8%，總產(chǎn)6億多噸（中國(guó)農(nóng)業(yè)年鑒，2006）蔬菜生產(chǎn)中過(guò)量投入水肥的現(xiàn)象非常普遍，一般超過(guò)450kgN/ha，氮肥利用率很低，設(shè)施蔬菜地中不到15% （張福鎖等，2008，我國(guó)肥料產(chǎn)業(yè)與科學(xué)施肥戰(zhàn)略研究報(bào)告，p8，p34）

1994-2005年山東壽光，每季保護(hù)地蔬菜投入的化肥氮高達(dá)817-1829kgN/ha

（張福鎖等,2008,CCICED,中國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染控制對(duì)策,p47）

2、蔬菜種植面積大增,氮肥施用量高,利用率低2005年蔬菜和瓜類播種面積1992.8萬(wàn)公頃，占農(nóng)作23主要是：

片面追求高產(chǎn)，過(guò)量施用氮肥

過(guò)分強(qiáng)調(diào)促早發(fā)，作物生長(zhǎng)早期施氮量偏多，此時(shí)作物根系吸收能力弱，特別是表施，利用率低、損失大偏施氮肥，養(yǎng)分比例不協(xié)調(diào)存在水分脅迫：干旱或漬澇。等

3、施用量和施用方法不盡合理主要是：3、施用量和施用方法不盡合理24土壤有機(jī)N+固定態(tài)銨NH4+NO3-NH3作物N地下水地表水徑流淋洗固持固定殘留N2+N2O損失氨揮發(fā)硝化--反硝化作物吸收化肥N五、減少氮肥損失、提高利用率的原則和技術(shù)

原則：1．利用作物根系對(duì)礦質(zhì)氮的競(jìng)爭(zhēng)吸收作用2．盡量避免土壤中礦質(zhì)氮的過(guò)量積累3．針對(duì)具體條件下氮肥的主要損失途徑采取相應(yīng)的對(duì)策土壤NH4+NH3作物N地下水地表水徑流淋洗固持N2+N2O25減少氮肥損失、提高利用率的施用原則和技術(shù)1．利用和提高作物根系對(duì)礦質(zhì)氮的競(jìng)爭(zhēng)吸收作用

消除影響生長(zhǎng)的限制因素，在作物生長(zhǎng)旺盛時(shí)期施肥，以提高和利用作物對(duì)礦質(zhì)氮的競(jìng)爭(zhēng)吸收能力

培育壯苗、平衡施肥、水肥結(jié)合（滴灌等）、前氮后移，新品種2．盡量避免土壤中礦質(zhì)氮的過(guò)量積累確定適宜施氮量，分期施用，緩/控釋肥料等3．針對(duì)具體條件下氮肥的主要損失途徑采取相應(yīng)的對(duì)策

硝化抑制劑、脲酶抑制劑、深施、氮肥形態(tài)等應(yīng)考慮不同損失途徑之間的聯(lián)系減少氮肥損失、提高利用率的施用原則和技術(shù)26適宜最高傳統(tǒng)(2003－2006年25個(gè)試驗(yàn)的平均產(chǎn)量)1、確定適宜施氮量是達(dá)到高產(chǎn)高效環(huán)保的關(guān)鍵利用率產(chǎn)量損失率?隨著施氮量的增加，產(chǎn)量呈拋物線增高，氮肥的利用率和增產(chǎn)效果遞減，損失率則遞增?確定適宜施氮量的依據(jù)。達(dá)到高產(chǎn)高效和環(huán)保的目的施氮量與產(chǎn)量、氮肥利用率和損失率的關(guān)系

適宜最高傳統(tǒng)(2003－2006年25個(gè)試驗(yàn)的平均產(chǎn)量)1、27Xiaetal.,2012,SustainabilityScience氮肥適宜施用量：需要根據(jù)產(chǎn)量、肥料成本和環(huán)境成本，綜合權(quán)衡和確定

（以太湖地區(qū)水稻為例）

氮肥的產(chǎn)量收益扣除氮肥成本后的收益氮肥成本扣除氮肥和環(huán)境成本后的凈收益環(huán)境成本Xiaetal.,2012,Sustainabili28已提出的確定適宜施氮量的方法1）“區(qū)域總量控制與田塊微調(diào)相結(jié)合”的推薦方法2）土壤養(yǎng)分分區(qū)管理和分區(qū)平衡施肥技術(shù)：

將“區(qū)域控制與田塊微調(diào)相結(jié)合”的理念與國(guó)際上精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合，研究和發(fā)展適合我國(guó)國(guó)情的土壤養(yǎng)分分區(qū)管理和分區(qū)平衡施肥技術(shù)已提出的確定適宜施氮量的方法1）“區(qū)域總量控制與田塊微調(diào)相結(jié)292、施用時(shí)期栽培上：“前氮后移”

15N－尿素及硫銨水稻田間微區(qū)試驗(yàn)

利用率 損失率基肥表施或混施 22～52 24～53生長(zhǎng)盛期表施 55～69 20～30

利用率提高15～40個(gè)百分點(diǎn)損失率降低16～23個(gè)百分點(diǎn)2、施用時(shí)期303、深施：實(shí)踐中如何大面積實(shí)施、如何與作物早發(fā)相配合？

15N-尿素的水稻田間微區(qū)試驗(yàn)結(jié)果 利用率％損失率％表施及混施 22－45 39－53

粒肥深施 55－75 13－21

利用率提高23－37個(gè)百分點(diǎn) 損失率降低17－30個(gè)百分點(diǎn)，

損失越高的田塊，深施的效果越大，

r=0.86(n=11)3、深施：實(shí)踐中如何大面積實(shí)施、如何與作物早發(fā)相配合？31

研發(fā)氮素利用率高、損失少、環(huán)境友好的緩/控釋肥料，對(duì)節(jié)約資源、減少施肥次數(shù)、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展、節(jié)本增效和節(jié)能減排等方面，均具有重要的意義。

近年來(lái)，對(duì)控釋肥料的增產(chǎn)效果和降低氮素?fù)p失的作用開(kāi)展了許多研究。其中，肯定性的報(bào)道比較多，包括節(jié)氮/增產(chǎn)、降低氨揮發(fā)、淋洗和徑流損失，但在有的研究中效果不太穩(wěn)定。可能是受到氣候、土壤、作物種類、栽培條件，以及施氮水平和方法等的影響，對(duì)此需要繼續(xù)研究。

4、緩/控釋肥料研發(fā)氮素利用率高、損失少、環(huán)境友好的緩/控釋肥32我國(guó)緩控釋肥料發(fā)展應(yīng)面向大田作物為此必須符合經(jīng)濟(jì)效益、農(nóng)學(xué)效應(yīng)和環(huán)境效益相統(tǒng)一的要求；1、肥料養(yǎng)分利用率高、損失率低，氮素供應(yīng)曲線與作物高產(chǎn)需求基本吻合2、添加物無(wú)污染，符合環(huán)保的要求3、成本低緩/控釋肥與速效氮肥應(yīng)是優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)我國(guó)緩控釋肥料發(fā)展應(yīng)面向大田作物335、硝化抑制劑硝化過(guò)程中有微量N2O逸出，所形成的硝態(tài)氮易于通過(guò)反硝化和/或淋洗而損失●Nitrapyrin(CP，N-Serve)，ASU，ATC等，近些年的DMPP；國(guó)內(nèi)多用DCD，近來(lái)又開(kāi)始推廣CP

研究表明，添加硝化抑制劑能減少N2O釋放通量，降低NO3-淋失的潛勢(shì)，提高氮肥的增產(chǎn)效果。但在抑制硝化作用的同時(shí)，可能促進(jìn)氨揮發(fā)，應(yīng)予關(guān)注。5、硝化抑制劑346、脲酶抑制劑

主要是PPD和NBPT，國(guó)內(nèi)采用氫醌脲酶抑制劑與硝化抑制劑的聯(lián)合使用稻田試驗(yàn)：脲酶抑制劑主要是減少氨揮發(fā)，氨揮發(fā)潛力越高時(shí)其效果越大

6、脲酶抑制劑35六、平衡施肥（測(cè)土配方施肥）平衡施肥：消除氮素以外的其他養(yǎng)分限制因素，以保證作物健康生長(zhǎng)，是提高肥料利用率和增產(chǎn)效果的基礎(chǔ)六、平衡施肥（測(cè)土配方施肥）平衡施肥：消除氮素以外的其他養(yǎng)分36據(jù)調(diào)查，過(guò)去十年間，復(fù)混（合）肥凈增量占化肥凈增量的68%現(xiàn)有配方3.2萬(wàn)個(gè)以上但與測(cè)土配方施肥推薦的配方相匹配的卻不足3%在某些情況下，不合理的復(fù)混肥配方不利于磷鉀肥的合理施用目前有的高產(chǎn)地區(qū)農(nóng)田土壤中，速效磷的含量明顯增高，有的已經(jīng)超過(guò)污染環(huán)境的閾值

（張福鎖等，2010）據(jù)調(diào)查，過(guò)去十年間，37目前在大面積上實(shí)現(xiàn)平衡配方施肥的技術(shù)關(guān)鍵：養(yǎng)分分區(qū)管理/大配方,小調(diào)整（消除其他養(yǎng)分限制因素）--符合我國(guó)農(nóng)村分散經(jīng)營(yíng)、農(nóng)技力量薄弱的實(shí)際，易于推廣使用，

--也有利于復(fù)混肥規(guī)模化生產(chǎn)的要求目前在大面積上38七、氮高效作物品種的利用有待研究●培育和采用具有更高增產(chǎn)潛力、更強(qiáng)吸氮能力的品種，是高產(chǎn)地區(qū)進(jìn)一步提高產(chǎn)量、達(dá)到高產(chǎn)高效環(huán)保的途徑之一七、氮高效作物品種的利用有待研究●培育和采用具有更39提高氮肥利用率問(wèn)題朱兆良

中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，南京，210008,zlzhu@

2013年10月10日·提高氮肥利用率問(wèn)題朱兆良課件40基本情況農(nóng)田土壤普遍缺氮，施用氮肥是保障我國(guó)糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)的關(guān)鍵措施人多地少，必須力爭(zhēng)高產(chǎn)更高產(chǎn)化肥（包括氮肥）發(fā)揮了重大作用，也出現(xiàn)了環(huán)境問(wèn)題提高氮肥利用率和增產(chǎn)效果，降低損失和對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響是當(dāng)務(wù)之急，也是一個(gè)世界性的問(wèn)題基本情況農(nóng)田土壤普遍缺氮，施用氮肥是保障我國(guó)糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品41

一、化肥對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的的貢獻(xiàn)1970年代以來(lái)，化肥N（包括氮肥和復(fù)合肥中N）的施用量快速增加，對(duì)保障糧食安全發(fā)揮了重要作用約在1998年以后二者的波動(dòng)大化肥氮施用量與糧食產(chǎn)量的關(guān)系

一、化肥對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的的貢獻(xiàn)1970年代以來(lái)，化肥N（421949～1998年的50年中，糧食總產(chǎn)～化肥N總施用量線性相關(guān)系數(shù)r=0.977（n=50,P<0.01）回歸系數(shù)b=14.51949～1998年的50年中，43糧食總產(chǎn)～化肥氮施用量：高度相關(guān)，但回歸系數(shù)逐年降低糧食總產(chǎn)～化肥氮施用量：高度相關(guān)，但回歸系數(shù)逐年降低44二、我國(guó)的氮素環(huán)境污染1、地表水體污染日益嚴(yán)重

1980-1989年，長(zhǎng)江、黃河和珠江輸出的溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮97.5萬(wàn)噸/年（Duan&Zhang,2000,NutrientCyclinginAgro-ecosystems,57(1)13-22)近海水體赤潮頻發(fā)，2004年全海域共發(fā)現(xiàn)赤潮96次，累計(jì)發(fā)生面積26630平方公里。

(國(guó)家環(huán)?？偩?2004，中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)摘要）湖泊富營(yíng)養(yǎng)化迅速上升。2000年，全國(guó)131個(gè)湖泊中，51％富營(yíng)養(yǎng)化

（范成新等，2010，CCICED中國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染控制對(duì)策，p72）二、我國(guó)的氮素環(huán)境污染1、地表水體污染日益嚴(yán)重45例如：北方5省20個(gè)縣800份地下水樣中，45%超過(guò)歐盟標(biāo)準(zhǔn)，20%超過(guò)中國(guó)二類飲用水標(biāo)準(zhǔn)，大棚蔬菜區(qū)超標(biāo)率顯著高于大田區(qū)

（巨曉棠等，2010，主要農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素行為與氮肥高效利用的基礎(chǔ)研究，p56）環(huán)渤海地區(qū)（7省市）地下水體硝酸鹽氮含量總體狀況：2005年調(diào)查結(jié)果，1139個(gè)地下水樣品，NO3-N的平均含量為11.9mg/L，其中約34.1％超過(guò)世界衛(wèi)生組織的飲用水標(biāo)準(zhǔn)(10mg/L)，以菜地的超標(biāo)率為最高（趙同科等，2007，環(huán)渤海七省(市)地下水硝酸鹽含量調(diào)查。農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，26(2)：779-783）2、地下水硝態(tài)氮含量升高例如：2、地下水硝態(tài)氮含量升高463、N2O的排放國(guó)際注目據(jù)IPCC估計(jì)，化肥氮的N2O排放系數(shù)：旱地為1％，水田0.3％。 我國(guó)是世界上最大的氮肥消費(fèi)國(guó)，N2O的排放國(guó)際注目亞洲地區(qū)農(nóng)田N2O排放強(qiáng)度3、N2O的排放國(guó)際注目據(jù)IPCC估計(jì)，化肥氮的N2O排放474、大氣濕沉降氮量增高

-農(nóng)田的環(huán)境來(lái)源氮量增加濕沉降N(kgN/ha.yr)年度太湖地區(qū)華北平原2003-0526271980年代，國(guó)內(nèi)部分結(jié)果：9～19.5kgN/ha.yr（朱兆良，1992）

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加之地表水含氮量的增高，當(dāng)前，太湖地區(qū)稻麥兩季中，由干濕沉降和灌溉水帶入的氮量已多達(dá)89kgN/ha，成為農(nóng)田自然供氮量中重要的組成部分（邢光熹，2010）。4、大氣濕沉降氮量增高

-農(nóng)田的環(huán)境來(lái)源48土壤有機(jī)N+固定態(tài)銨NH4+NO3-NH3作物N地下水地表水徑流淋洗固持固定殘留N2+N2O損失氨揮發(fā)硝化-反硝化作物吸收化肥N分為3個(gè)部分：作物吸收，土壤中殘留，損失三、我國(guó)農(nóng)田中化肥氮去向的定量評(píng)估土壤NH4+NH3作物N地下水地表水徑流淋洗固持N2+N2O491、當(dāng)季作物利用率差減法:(施氮區(qū)作物地上部分N–無(wú)氮區(qū)作物地上部分N)/施N量）%,評(píng)價(jià)農(nóng)學(xué)效應(yīng)的依據(jù)

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1990年以前國(guó)內(nèi)784個(gè)田間小區(qū)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果當(dāng)季作物（水稻、小麥、大麥、元麥）的氮肥表觀利用率平均：28～41%●

據(jù)此估計(jì)全國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥表觀利用率：

30～35%，高產(chǎn)地區(qū)<30%1、當(dāng)季作物利用率50近年來(lái)氮肥利用率的研究結(jié)果作物農(nóng)學(xué)效率(kg/kgN)氮肥利用率(%)水稻10.428.2小麥

8.028.3玉米

9.826.1●近些年在全國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行的1333個(gè)田間試驗(yàn)結(jié)果（張福鎖等,2008）●閆湘,2008（博士論文）：氮肥當(dāng)季利用率：小麥－43.8％，水稻和玉米－30％左右近年來(lái)氮肥利用率的研究結(jié)果作物農(nóng)學(xué)效率氮肥利用率水稻10.451

TJKrupniketal.,2004，SCOPE65，pp193-207.

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全球不同谷類作物系統(tǒng)中氮肥的當(dāng)季表觀利用率（籽實(shí)+秸稈）：47%

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如果該系統(tǒng)的氮素含量已處于穩(wěn)恒態(tài)，則其余的53%可以視為損失率。

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與此結(jié)果相比，我國(guó)氮肥的利用率偏低，損失率相近；近年來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)氮素平衡中氮的盈余量不斷增多，土壤含氮量尚未達(dá)穩(wěn)恒態(tài)我國(guó)農(nóng)田中氮肥利用率與世界的比較TJKrupniketal.,2004，SCOP5215N田間微區(qū)試驗(yàn)中的殘留：15～35％，但不是凈殘留

長(zhǎng)期過(guò)量施用氮肥，土壤中礦質(zhì)N、特別是旱作土壤中NO3--N明顯積累

例如，華北農(nóng)田土壤0-90cm土層中NO3--N積累量（kgN/ha）：小麥播前：變幅21－987，平均：198(n=535)

玉米播前：變幅25－663，平均：184(n=589)2、氮肥去向－土壤中殘留（陳新平，2007）15N田間微區(qū)試驗(yàn)中的殘留：15～35％，但不是凈殘留2533、氮肥去向－氨揮發(fā)田間微氣象學(xué)法測(cè)定結(jié)果：我國(guó)幾個(gè)主要農(nóng)作區(qū)的田間觀測(cè)：氨揮發(fā)損失約占施N量的1～40％（尿素和碳銨）在有利于氨揮發(fā)條件下，其量可占氮肥總損失的70％，成為主要損失途徑加權(quán)平均，初步估計(jì)氨揮發(fā)約為施氮量的11％3、氮肥去向－氨揮發(fā)田間微氣象學(xué)法測(cè)定結(jié)果：54氨揮發(fā)的最近估算結(jié)果●Yanetal.,GlobalChangeBiology,2003,9:1080-1096尿素：水田－23.5%；旱地－13.7%碳銨：水田－34.5%；旱地－20.5%加權(quán)平均：17.6%

●YSZhangetal.,JofEnvironmentalManagement，2011,92:480－4932005年中國(guó)氮肥的氨揮發(fā)：13.2%氨揮發(fā)的最近估算結(jié)果●Yanetal.,Global55硝化過(guò)程中產(chǎn)生微量N2O，主要是環(huán)境意義,從農(nóng)學(xué)效應(yīng)來(lái)看，主要是反硝化引起的氮素?fù)p失無(wú)滿意的測(cè)定方法；阻礙了田間定量研究表觀法：即差減法（15N微區(qū)試驗(yàn)中的氣態(tài)總損失%－氨揮發(fā)%）－－誤差大表觀硝化-反硝化損失：平均34%，其中N2O-N為1.1%，其余為N2（無(wú)環(huán)境影響）4、氮肥去向:硝化-反硝化損失NH4+NO3-N2硝化作用反硝化作用N2ON2O4、氮肥去向:硝化-反硝化損失NH4+NO3-N2硝化作用56●國(guó)內(nèi)觀測(cè)結(jié)果（1990年以前）：淋失量約占施N量的1～19%●全國(guó)化肥N的淋失量：暫定2％

（未包括土壤N、有機(jī)肥N的淋失量）依據(jù):（1）有較大面積的干旱、半干旱地區(qū)（2）全國(guó)有效灌溉面積僅約占1/3

（3）剖面中NO3--N下移時(shí)可發(fā)生反硝化5、氮肥去向－淋失損失●國(guó)內(nèi)觀測(cè)結(jié)果（1990年以前）：淋失量約占施N量的1～57資料很少

蘇南稻麥輪作區(qū)5點(diǎn)平均：占氮肥用量的約6％ （未扣除土壤及有機(jī)肥料來(lái)源的〕

暫且估計(jì)全國(guó)的徑流損失N為施氮量的5％（未計(jì)入土壤N的徑流損失）6、氮肥去向－徑流損失資料很少6、氮肥去向－徑流損失58●總損失52％，其中進(jìn)入環(huán)境的活性氮量為19％；未知項(xiàng)13%，可能包括土壤中殘留以及其他各項(xiàng)的誤差（國(guó)內(nèi)15N田間微區(qū)試驗(yàn)資料的匯總,存在著較大的不確定性

）我國(guó)農(nóng)田中化肥氮去向（Zhu&Chen,2002）●總損失52％，其中進(jìn)入環(huán)境的活性氮量為19％；（國(guó)內(nèi)1559當(dāng)季利用率低－－30～35％損失嚴(yán)重－－52％（關(guān)系到農(nóng)學(xué)效應(yīng)）

其中活性氮排放率19%（關(guān)系到環(huán)境效應(yīng)）既影響增產(chǎn)效果、又加重環(huán)境污染●提高氮肥利用率和農(nóng)學(xué)效應(yīng)的潛力主要在于減少損失●降低氮肥對(duì)環(huán)境的影響在于降低活性氮的排放和避免礦質(zhì)氮在土壤中的大量積累當(dāng)季利用率低－－30～35％60四、我國(guó)氮肥利用率低、損失大的原因分析1、糧食安全保障壓力大為保證糧食安全，很多高產(chǎn)地區(qū)追求“高產(chǎn)、再高產(chǎn)”，過(guò)量施用氮肥現(xiàn)象非常普遍，導(dǎo)致利用率低、產(chǎn)量達(dá)不到預(yù)期，且影響環(huán)境質(zhì)量四、我國(guó)氮肥利用率低、損失大的原因分析1、糧食安全保障壓力大61

2005年蔬菜和瓜類播種面積1992.8萬(wàn)公頃，占農(nóng)作物總播種面積的12.8%，總產(chǎn)6億多噸（中國(guó)農(nóng)業(yè)年鑒，2006）蔬菜生產(chǎn)中過(guò)量投入水肥的現(xiàn)象非常普遍，一般超過(guò)450kgN/ha，氮肥利用率很低，設(shè)施蔬菜地中不到15% （張福鎖等，2008，我國(guó)肥料產(chǎn)業(yè)與科學(xué)施肥戰(zhàn)略研究報(bào)告，p8，p34）

1994-2005年山東壽光，每季保護(hù)地蔬菜投入的化肥氮高達(dá)817-1829kgN/ha

（張福鎖等,2008,CCICED,中國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染控制對(duì)策,p47）

2、蔬菜種植面積大增,氮肥施用量高,利用率低2005年蔬菜和瓜類播種面積1992.8萬(wàn)公頃，占農(nóng)作62主要是：

片面追求高產(chǎn)，過(guò)量施用氮肥

過(guò)分強(qiáng)調(diào)促早發(fā)，作物生長(zhǎng)早期施氮量偏多，此時(shí)作物根系吸收能力弱，特別是表施，利用率低、損失大偏施氮肥，養(yǎng)分比例不協(xié)調(diào)存在水分脅迫：干旱或漬澇。等

3、施用量和施用方法不盡合理主要是：3、施用量和施用方法不盡合理63土壤有機(jī)N+固定態(tài)銨NH4+NO3-NH3作物N地下水地表水徑流淋洗固持固定殘留N2+N2O損失氨揮發(fā)硝化--反硝化作物吸收化肥N五、減少氮肥損失、提高利用率的原則和技術(shù)

原則：1．利用作物根系對(duì)礦質(zhì)氮的競(jìng)爭(zhēng)吸收作用2．盡量避免土壤中礦質(zhì)氮的過(guò)量積累3．針對(duì)具體條件下氮肥的主要損失途徑采取相應(yīng)的對(duì)策土壤NH4+NH3作物N地下水地表水徑流淋洗固持N2+N2O64減少氮肥損失、提高利用率的施用原則和技術(shù)1．利用和提高作物根系對(duì)礦質(zhì)氮的競(jìng)爭(zhēng)吸收作用

消除影響生長(zhǎng)的限制因素，在作物生長(zhǎng)旺盛時(shí)期施肥，以提高和利用作物對(duì)礦質(zhì)氮的競(jìng)爭(zhēng)吸收能力

培育壯苗、平衡施肥、水肥結(jié)合（滴灌等）、前氮后移，新品種2．盡量避免土壤中礦質(zhì)氮的過(guò)量積累確定適宜施氮量，分期施用，緩/控釋肥料等3．針對(duì)具體條件下氮肥的主要損失途徑采取相應(yīng)的對(duì)策

硝化抑制劑、脲酶抑制劑、深施、氮肥形態(tài)等應(yīng)考慮不同損失途徑之間的聯(lián)系減少氮肥損失、提高利用率的施用原則和技術(shù)65適宜最高傳統(tǒng)(2003－2006年25個(gè)試驗(yàn)的平均產(chǎn)量)1、確定適宜施氮量是達(dá)到高產(chǎn)高效環(huán)保的關(guān)鍵利用率產(chǎn)量損失率?隨著施氮量的增加，產(chǎn)量呈拋物線增高，氮肥的利用率和增產(chǎn)效果遞減，損失率則遞增?確定適宜施氮量的依據(jù)。達(dá)到高產(chǎn)高效和環(huán)保的目的施氮量與產(chǎn)量、氮肥利用率和損失率的關(guān)系

適宜最高傳統(tǒng)(2003－2006年25個(gè)試驗(yàn)的平均產(chǎn)量)1、66Xiaetal.,2012,SustainabilityScience氮肥適宜施用量：需要根據(jù)產(chǎn)量、肥料成本和環(huán)境成本，綜合權(quán)衡和確定

（以太湖地區(qū)水稻為例）

氮肥的產(chǎn)量收益扣除氮肥成本后的收益氮肥成本扣除氮肥和環(huán)境成本后的凈收益環(huán)境成本Xiaetal.,2012,Sustainabili67已提出的確定適宜施氮量的方法1）“區(qū)域總量控制與田塊微調(diào)相結(jié)合”的推薦方法2）土壤養(yǎng)分分區(qū)管理和分區(qū)平衡施肥技術(shù)：

將“區(qū)域控制與田塊微調(diào)相結(jié)合”的理念與國(guó)際上精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合，研究和發(fā)展適合我國(guó)國(guó)情的土壤養(yǎng)分分區(qū)管理和分區(qū)平衡施肥技術(shù)已提出的確定適宜施氮量的方法1）“區(qū)域總量控制與田塊微調(diào)相結(jié)682、施用時(shí)期栽培上：“前氮后移”

15N－尿素及硫銨水稻田間微區(qū)試驗(yàn)

利用率 損失率基肥表施或混施 22～52 24～53生長(zhǎng)盛期表施 55～69 20～30

利用率提高15～40個(gè)百分點(diǎn)損失率降低16～23個(gè)百分點(diǎn)2、施用時(shí)期693、深施：實(shí)踐中如何大面積實(shí)施、如何與作物早發(fā)相配合？

15N-尿素的水稻田間微區(qū)試驗(yàn)結(jié)果