中國(guó)主要糧食氮磷鉀肥產(chǎn)量和肥料利用率分析

中國(guó)主要糧食氮磷鉀肥產(chǎn)量和肥料利用率分析

隨著人口的增加和耕地的減少，我國(guó)糧食安全與資源消耗和環(huán)境保護(hù)的矛盾日益尖銳。化肥作為糧食增產(chǎn)的決定因子在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了舉足輕重的作用,但近20多年來(lái),我國(guó)化肥用量持續(xù)高速增長(zhǎng),糧食產(chǎn)量卻始終增加緩慢。相對(duì)于20世紀(jì)90年代初大量田間試驗(yàn)結(jié)果的總結(jié),當(dāng)前我國(guó)肥料利用效率到底有多高?近20年來(lái)是如何變化的?造成這種變化的影響因素是什么?進(jìn)一步提高的途徑有哪些?本文通過(guò)對(duì)近年來(lái)我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)大量田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)分析,探討目前我國(guó)三大糧食作物水稻、小麥和玉米的肥料利用效率,并對(duì)肥料利用效率的主要影響因素及其提高途徑進(jìn)行了分析討論。1材料和方法1.1“978”項(xiàng)目的肥效試驗(yàn)結(jié)果為了分析目前試驗(yàn)條件下水稻、小麥和玉米的肥料利用效率,本文收集了從2003年至2005年中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物營(yíng)養(yǎng)系承擔(dān)的農(nóng)業(yè)部“948”項(xiàng)目在全國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行的肥效試驗(yàn)數(shù)據(jù),試驗(yàn)樣本數(shù)共計(jì)586個(gè);另外也收集了2001年至2005年中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物營(yíng)養(yǎng)系和農(nóng)業(yè)部全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心及其他合作單位進(jìn)行的肥效試驗(yàn)數(shù)據(jù),試驗(yàn)樣本數(shù)共計(jì)747個(gè),5年的試驗(yàn)樣本數(shù)總計(jì)為1333個(gè),涉及全國(guó)11個(gè)省(市、區(qū)),所有試驗(yàn)點(diǎn)樣本基本情況匯總?cè)绫?所示。1.2化肥資源效率的表征國(guó)內(nèi)外有許多表征肥料利用效率的參數(shù),如作物的生產(chǎn)系數(shù)(PI)或邊際產(chǎn)量、作物的偏生產(chǎn)率、作物的生產(chǎn)效率等,由于這些參數(shù)是為不同目的設(shè)定的,因此很難統(tǒng)一。目前國(guó)內(nèi)比較通用的是肥料利用率,即肥料養(yǎng)分回收率,如氮肥利用率(ApparentrecoveryefficiencyofappliedN,REN),其反映了作物對(duì)施入土壤中的肥料氮的回收效率,即REN=(U-U0)/F,其中U為施肥后作物收獲時(shí)地上部的吸氮總量,U0為未施肥時(shí)作物收獲期地上部的吸氮總量,F代表化肥氮的投入量。除肥料利用率之外,國(guó)際上常用以下三個(gè)參數(shù)來(lái)表征農(nóng)田氮肥的利用效率:氮肥偏生產(chǎn)力(PartialfactorproductivityfromappliedN,PFPN),它是指單位投入的肥料氮所能生產(chǎn)的作物籽粒產(chǎn)量,即PFPN=Y/F,Y為施肥后所獲得的作物產(chǎn)量;F代表化肥的投入量。氮肥農(nóng)學(xué)效率(AgronomicefficiencyofappliedN,AEN),它是指單位施氮量所增加的作物籽粒產(chǎn)量,即AEN=(Y-Y0)/F,Y為施肥后所獲得的作物產(chǎn)量;Y0為不施肥條件下作物的產(chǎn)量;F代表化肥的投入量。氮肥生理利用率(PhysiologicalefficiencyofappliedN,PEN),是作物地上部每吸收單位肥料中的氮所獲得的籽粒產(chǎn)量的增加量;PEN=(Y-Y0)/(U-U0)。以上四個(gè)參數(shù)是從不同的角度描述作物對(duì)肥料養(yǎng)分的利用效率,其內(nèi)涵及應(yīng)用對(duì)象常常不同。例如,我國(guó)習(xí)慣用RE,一方面是由于過(guò)去我國(guó)化肥資源緊缺,節(jié)約化肥非常重要,另一方面由于我國(guó)土壤肥力普遍低下,土壤和環(huán)境來(lái)源養(yǎng)分少,化肥的增產(chǎn)效應(yīng)很顯著,RE能很好地反映作物對(duì)化肥養(yǎng)分的吸收狀況。而今天上述兩方面的情況均發(fā)生了很大的變化,單純應(yīng)用RE就值得商榷。國(guó)際農(nóng)學(xué)界常用PFP,原因是它不需要空白區(qū)產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量的測(cè)定,簡(jiǎn)單明了、易為農(nóng)民所掌握。我們也認(rèn)為這是比較適合我國(guó)目前土壤和環(huán)境養(yǎng)分供應(yīng)量大、化肥增產(chǎn)效益下降的現(xiàn)實(shí),是評(píng)價(jià)肥料效應(yīng)的適宜指標(biāo)。AE是評(píng)價(jià)肥料增產(chǎn)效應(yīng)較為準(zhǔn)確的指標(biāo),但由于必須測(cè)無(wú)肥區(qū)產(chǎn)量,應(yīng)用起來(lái)較為不便。PE說(shuō)明的是植物體內(nèi)養(yǎng)分的利用效率,而不是肥料的增產(chǎn)效應(yīng),因此,其應(yīng)用范圍相對(duì)有限。本文根據(jù)需要借助不同的參數(shù)對(duì)我國(guó)主要糧食作物的氮磷鉀肥料的利用效率進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)。2分析與討論的結(jié)果2.1化肥的生產(chǎn)力與學(xué)效率2001～2005年1333個(gè)試驗(yàn)中我國(guó)水稻、小麥和玉米氮磷鉀肥的肥料偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)效率、肥料利用率和生理利用率匯總結(jié)果見表2。從表中可以看出,水稻、小麥和玉米的氮肥偏生產(chǎn)力分別為54.2kgkg-1、43.0kgkg-1和51.6kgkg-1;氮肥農(nóng)學(xué)效率分別為10.4kgkg-1、8.0kgkg-1和9.8kgkg-1;氮肥利用率分別為28.3%、28.2%和26.1%;氮肥生理利用率分別為36.7kgkg-1、28.3kgkg-1和37.5kgkg-1。2.2中國(guó)肥料利用率的現(xiàn)狀和歷史變化2.2.1我國(guó)主要農(nóng)作物和地區(qū)化肥利用率的現(xiàn)狀肥料利用率(RE)一直是我國(guó)學(xué)術(shù)界和政府關(guān)注的焦點(diǎn)。從表3中的數(shù)據(jù)可以看出,目前我國(guó)水稻、小麥和玉米不同地區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)的氮肥利用率差異很大,其中氮肥利用率最低值為0.3%,最高值為88.9%;水稻、小麥和玉米不同地區(qū)間的變異范圍分別為27.1%～35.6%、10.8%～40.5%和25.6%～26.3%。將氮肥利用率劃分為7個(gè)等級(jí),計(jì)算每個(gè)等級(jí)下氮肥利用率的樣本百分比,進(jìn)一步了解目前水稻、小麥和玉米不同氮肥利用率的樣本分布頻率(圖1)。從分布頻率圖來(lái)看,水稻和玉米在氮肥利用率處于20%～30%之間最高,其中水稻樣本分布頻率為29%,玉米為27%;小麥在氮肥利用率處于10%～20%之間最高,分布頻率為25%,而其他氮肥利用率區(qū)間的樣本數(shù)明顯減少。另外從圖1中也可以看出,無(wú)論是水稻、小麥,還是玉米,氮肥利用率小于30%的樣本均占到了總樣本的60%以上,這進(jìn)一步說(shuō)明目前條件下我國(guó)主要糧食作物的氮肥利用率是較低的。從表4的數(shù)值可以看出,與氮肥利用率類似,在各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)上水稻、小麥和玉米的磷肥利用率變異范圍非常大,最高值可達(dá)59.3%,最低值僅為1.7%;同時(shí)從表4中的數(shù)據(jù)可以看出,目前中國(guó)水稻、小麥和玉米的磷肥利用率地區(qū)間變異范圍分別為11.6%～13.7%、7.3%～20.1%和9.7%～12.6%。表5列出了我國(guó)水稻、小麥和玉米目前鉀肥利用率(REK)的數(shù)值,與氮肥和磷肥的變化情況相似,在各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)上水稻、小麥和玉米的鉀肥利用率變異范圍也非常大,最高的可達(dá)88.2%,最低的僅為0.7%;同時(shí)從表中的數(shù)據(jù)可以看出,目前試驗(yàn)條件下中國(guó)水稻、小麥和玉米的鉀肥利用率地區(qū)間的變異范圍分別為29.0%～33.8%、21.2%～35.9%和28.7%～32.4%。2.2.2主要農(nóng)作物和多種栽培地的化肥利用率1992年朱兆良等總結(jié)了782個(gè)田間試驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)果表明當(dāng)時(shí)的氮肥利用率在不同作物和不同地區(qū)的變異很大,變幅達(dá)9%～72%,而主要糧食作物的氮肥利用率變化在28%～41%之間,平均為35%。1998年朱兆良進(jìn)一步指出當(dāng)時(shí)的主要糧食作物氮肥利用率為30%～35%,磷肥利用率為15%～20%,鉀肥利用率為35%～50%。我們對(duì)2000～2005年不同作物和不同區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn),目前主要糧食作物的氮肥利用率在不同地區(qū)間的變異也很大,變幅在10.8%～40.5%,平均為27.5%;主要糧食作物的磷肥利用率不同地區(qū)的變幅在7.3%～20.1%,平均為11.6%;主要糧食作物鉀肥利用率不同地區(qū)的變幅在21.2%～35.9%,平均為31.3%。可見無(wú)論是氮肥、磷肥,還是鉀肥,從歷史變化來(lái)看,我國(guó)主要糧食作物的肥料利用率均呈逐漸下降趨勢(shì)。2.3我國(guó)肥料利用的現(xiàn)狀與我國(guó)情況相似,國(guó)際范圍內(nèi)的肥料利用效率變化很大。全球氮肥偏生產(chǎn)力在1961～1965年間可達(dá)N245kgkg-1,而1981～1985年間降至52kgkg-1。發(fā)展中國(guó)家由于綠色革命推動(dòng)了化肥施用和耐肥作物品種的推廣使氮肥效率從20世紀(jì)60年代開始大幅度下降,這種下降在開始階段是合理的,但在氮肥消費(fèi)大國(guó)如中國(guó)、印度等國(guó)的大幅度下降使作物增產(chǎn)與資源環(huán)境的矛盾日益尖銳。發(fā)達(dá)國(guó)家,包括東歐和中亞,作物產(chǎn)量在施肥量增加的條件下持續(xù)增長(zhǎng),氮肥偏生產(chǎn)力從20世紀(jì)80年代一直保持在49kgkg-1以上,西歐和北亞肥料利用效率甚至與作物產(chǎn)量同步增加。Dobermann曾就糧食作物的養(yǎng)分利用效率做過(guò)詳盡的綜述,認(rèn)為糧食作物氮肥效率目標(biāo)值在下述范圍內(nèi)比較適宜,即氮肥偏生產(chǎn)力為40～70kgkg-1,氮肥農(nóng)學(xué)效率為10～30kgkg-1,氮肥利用率為30%～50%,氮肥生理利用率為30～60kgkg-1。從氮肥農(nóng)學(xué)效率和氮肥利用率這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)看,我國(guó)試驗(yàn)條件下的水稻、小麥和玉米氮肥利用率與世界三大作物主產(chǎn)區(qū)農(nóng)戶常規(guī)施肥和管理?xiàng)l件下的氮肥利用率平均水平相當(dāng),卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他一些國(guó)家和地區(qū)在試驗(yàn)條件下所得到的20～25kgkg-1的氮肥農(nóng)學(xué)效率和40%～60%的氮肥利用率?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外研究可以看出,改進(jìn)施肥和管理措施是提高肥料利用效率最直接最有效的措施,比如水稻在良好的管理?xiàng)l件下的氮肥利用率可高達(dá)50%～80%。本研究的肥料利用率(RE)是在試驗(yàn)條件下得到的,理論上要高于農(nóng)民的實(shí)際利用率。由于農(nóng)戶各方面條件差別甚大,施肥技術(shù)和管理水平參差不齊,農(nóng)戶條件的肥料利用率較試驗(yàn)條件下低10個(gè)百分點(diǎn)1。國(guó)際水稻研究所的研究結(jié)果也表明,25個(gè)農(nóng)戶早稻的氮肥利用率為29%,而試驗(yàn)站的為41%;馬文奇2在山東省通過(guò)農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)估算農(nóng)戶的氮肥利用率也僅為10%;趙榮芳3對(duì)華北平原小麥-玉米輪作體系氮肥管理研究的結(jié)果表明,冬小麥在農(nóng)戶傳統(tǒng)施肥條件下的氮肥利用率僅有20%,而夏玉米的農(nóng)戶傳統(tǒng)施肥條件下的氮肥利用率僅為10%。因此就目前的施肥和管理水平來(lái)看,農(nóng)戶條件下的肥料利用率和田間試驗(yàn)條件相比還要低,在進(jìn)行農(nóng)戶肥料利用率的分析與評(píng)價(jià)時(shí)必須加以注意。2.4中國(guó)低效率原因的分析2.4.1化肥用量、糧食及糧食產(chǎn)施肥過(guò)量是我國(guó)肥料利用效率低的最主要原因。通過(guò)分析施氮量和氮肥利用率(REN)的關(guān)系可以得出,在氮肥用量小于60kghm-2時(shí),水稻、小麥和玉米的氮肥利用率分別為49.0%、55.4%和40.2%,當(dāng)?shù)视昧看笥?40kghm-2時(shí),水稻、小麥和玉米的氮肥利用率分別降至15.0%、11.3%和14.4%,所以隨著氮肥用量的增加,水稻、小麥和玉米的氮肥利用率均在逐漸下降(表6)。受“高投入高產(chǎn)出”等的政策引導(dǎo),同時(shí)也受“施肥越多,產(chǎn)量就越高”、“要高產(chǎn)就必須多施肥”等傳統(tǒng)觀念的影響,政府和農(nóng)民為了獲得作物高產(chǎn),大量施用化肥,不合理甚至盲目過(guò)量施肥現(xiàn)象相當(dāng)普遍,尤其在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)尤為突出。我們?cè)?0世紀(jì)末對(duì)山東省的系統(tǒng)研究結(jié)果2表明,山東省當(dāng)時(shí)的小麥平均化肥(純養(yǎng)分,以下同)用量為447kghm-2,其中氮肥用量就達(dá)到280kghm-2,玉米的化肥用量為248kghm-2。21世紀(jì)初我們又對(duì)山東惠民縣做了5年的跟蹤研究,370個(gè)農(nóng)戶的資料表明,小麥-玉米輪作體系氮磷鉀投入量分別為673kghm-2、244kghm-2和98kghm-24,較20世紀(jì)90年代明顯增加。如果以60%的化肥消費(fèi)用于糧食作物,按照《中國(guó)農(nóng)業(yè)年鑒》的資料,從20世紀(jì)90年代至今,經(jīng)過(guò)了15年的時(shí)間,糧食產(chǎn)量?jī)H從4.0thm-2增至4.6thm-2,而化肥施用量則從2590萬(wàn)t增至4766萬(wàn)t,化肥用量的大幅度增加伴隨的是糧食作物產(chǎn)量的徘徊。2000～2002年中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)與農(nóng)業(yè)部全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心對(duì)全國(guó)2萬(wàn)多個(gè)農(nóng)戶進(jìn)行的調(diào)查發(fā)現(xiàn),水稻、小麥和玉米的氮肥平均施用量分別為215kghm-2、187kghm-2和209kghm-21,已大大高于朱兆良等(1998)總結(jié)大量田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出的主要糧食作物最佳氮肥用量150～180kghm-2的水平。隨著我國(guó)耕地的日益減少、人口的不斷增加,未來(lái)我國(guó)糧食的需求還會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng),因而只有持續(xù)增產(chǎn)才能滿足國(guó)家糧食安全的需求。因此,化肥用量的增減必須以同時(shí)大幅度增加作物產(chǎn)量和提高養(yǎng)分效率為目標(biāo)。2.4.2農(nóng)田土壤速效磷含量現(xiàn)狀一般而言,土壤肥力水平是決定肥料利用效率高低的基本因素,即在土壤肥力水平較低時(shí),得到高的肥料利用率和農(nóng)學(xué)效率的幾率較大,反之在高肥力土壤上得到高的肥料利用率和農(nóng)學(xué)效率的幾率較小。近20年來(lái),隨著化肥的施用、土壤質(zhì)量的改善和作物生產(chǎn)水平的提高,特別是部分地區(qū)過(guò)量施肥與作物根茬還田量的增加,我國(guó)土壤肥力總體上在普遍提高,耕地土壤全量養(yǎng)分穩(wěn)中上升,氮、磷等速效養(yǎng)分明顯增加,部分農(nóng)田已表現(xiàn)為過(guò)量累積。與第二次土壤普查結(jié)果相比,當(dāng)前我國(guó)華北、華東、華中和西北地區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量穩(wěn)中上升,西南地區(qū)有升有降,東北地區(qū)有所下降。受經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)常年過(guò)量施氮的影響,我國(guó)很多地區(qū)土壤剖面中出現(xiàn)高量的無(wú)機(jī)氮(主要是硝態(tài)氮)累積,這種現(xiàn)象在北方旱地土壤中表現(xiàn)特別突出。我們對(duì)華北平原小麥-玉米輪作體系多年多點(diǎn)(n>500)的調(diào)查表明,作物生育期內(nèi)0～90cm土壤剖面硝態(tài)氮含量平均高于200kghm-2,遠(yuǎn)高于歐盟國(guó)家規(guī)定的大田作物收獲后0～90cm土層硝態(tài)氮?dú)埩袅坎桓哂?0kghm-2的規(guī)定。與此相比,山東惠民縣大棚蔬菜0～90cm和90～180cm土層硝態(tài)氮累積量分別高達(dá)N1165和1028kghm-2,果園0～90cm和90～180cm土層硝態(tài)氮累積量也高達(dá)N613和976kghm-2,糧食作物收獲后0～90cm土層硝態(tài)氮累積量還算低的,但也超過(guò)N200kghm-2。北京市保護(hù)地蔬菜田0～400cm土壤剖面硝態(tài)氮累積量平均達(dá)1230kghm-2,果園平均為1148kghm-2,糧田平均為459kghm-2。對(duì)土壤硝態(tài)氮含量、農(nóng)民習(xí)慣施肥量、作物產(chǎn)量、氮肥利用效率和氮素?fù)p失量進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn),土壤高量硝態(tài)氮?dú)埩羰窃斐僧?dāng)前作物基礎(chǔ)產(chǎn)量高、施氮增產(chǎn)效應(yīng)不明顯的主要原因;而農(nóng)民施肥卻未考慮土壤剖面高量硝態(tài)氮積累這一因素,這是造成農(nóng)民習(xí)慣施肥條件下氮素?fù)p失量大和氮肥利用效率降低的重要原因。20多年來(lái),我國(guó)各區(qū)耕地土壤速效磷含量呈顯著增加趨勢(shì),部分耕層土壤速效磷含量表現(xiàn)為過(guò)量累積。我們最近對(duì)全國(guó)幾個(gè)有代表性的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果分析表明,土壤磷盈余是我國(guó)土壤有效磷變化的主要特征,根據(jù)土壤收支平衡和有效磷消長(zhǎng)關(guān)系預(yù)測(cè),從1980年至2003年我國(guó)農(nóng)田土壤有效磷增長(zhǎng)約為19mgkg-15。土壤有效磷含量的增加不僅會(huì)影響磷肥的利用率,而且給我們提出了協(xié)調(diào)資源利用與環(huán)境保護(hù)關(guān)系的新問(wèn)題。2.4.3生態(tài)養(yǎng)分輸入隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)、畜牧業(yè)的發(fā)展以及化學(xué)肥料施用量的增加,通過(guò)大氣干濕沉降、灌溉水等途徑進(jìn)入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境養(yǎng)分?jǐn)?shù)量越來(lái)越大,在實(shí)際生產(chǎn)中卻很少有人注意這部分養(yǎng)分資源對(duì)土壤養(yǎng)分和作物營(yíng)養(yǎng)的貢獻(xiàn)。我們從1998年起率先開始在中德國(guó)際合作項(xiàng)目和隨后啟動(dòng)的國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目中設(shè)立了專門的課題對(duì)此進(jìn)行深入研究,發(fā)現(xiàn)大氣氮素干濕沉降已成為作物營(yíng)養(yǎng)的重要來(lái)源,如華北平原的多年多點(diǎn)研究結(jié)果表明,大氣氮素年沉降總量可達(dá)80～90kghm-2,其中年均濕沉降輸入的無(wú)機(jī)態(tài)氮為27kghm-2、有機(jī)態(tài)氮為8kghm-2,而干沉降的貢獻(xiàn)甚至高于濕沉降(6)。全國(guó)稻田生態(tài)系統(tǒng)7個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的測(cè)定結(jié)果表明,大氣濕沉降輸入氮量為12～42kghm-2。同樣灌溉水中蘊(yùn)藏著大量的氮、磷、鉀和微量元素,成為糧食作物農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要補(bǔ)充部分,全國(guó)稻田生態(tài)系統(tǒng)7個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的測(cè)定結(jié)果表明灌溉水輸入的氮量為7～32kghm-2,而華北地區(qū)小麥-玉米輪作體系中,灌溉輸入的氮量平均為13kghm-2。目前在水稻、小麥和玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境養(yǎng)分輸入中,雖然生物固氮量是最不清楚的一項(xiàng),但生物固氮對(duì)糧食作物農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分輸入仍是不可忽視的,如魯如坤指出稻田的生物固氮量為30kghm-2,朱兆良等估計(jì)我國(guó)小麥、玉米等旱作作物的非共生固氮量為15kghm-2。這些環(huán)境來(lái)源的養(yǎng)分是影響我國(guó)肥料利用效率的重要方面,必須引起足夠的重視。2.4.4糧食產(chǎn)出能力提高作物產(chǎn)量是提高肥料利用效率的重要途徑。長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一直以精耕細(xì)作著稱于世,糧食單產(chǎn)水平還是較高的,以2005年為例,我國(guó)水稻、小麥和玉米的平均產(chǎn)量分別為6.3thm-2、4.3thm-2和5.1thm-2,分別為世界平均水平的1.62倍、1.46倍和1.09倍,目前在試驗(yàn)條件下不同地區(qū)的產(chǎn)量水平分別是水稻6～8thm-2,小麥4～6thm-2,玉米5～8thm-2(表3～表5)。對(duì)比我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家糧食單產(chǎn)水平可以發(fā)現(xiàn),我國(guó)主要糧食作物單產(chǎn)水平還有待提高,如2005年法國(guó)小麥的平均單產(chǎn)可達(dá)7.0thm-2,美國(guó)玉米的平均單產(chǎn)可達(dá)9.3thm-2。而在高產(chǎn)栽培試驗(yàn)中,水稻、小麥和玉米的單產(chǎn)可達(dá)13thm-2、10thm-2、15thm-2,甚至更高,可見實(shí)際產(chǎn)量?jī)H發(fā)揮了高產(chǎn)潛力的50%左右,所以中國(guó)目前糧食作物產(chǎn)量潛力仍未充分挖掘。大量的研究證明,養(yǎng)分高效作物品種在同樣的投入下可以較常規(guī)品種增產(chǎn)10%～20%,按10%保守估算,如果全國(guó)三大糧食作物均采用這類品種,在不增加肥料養(yǎng)分投入和不改變播種面積的情況下,可以實(shí)現(xiàn)糧食增產(chǎn)4000萬(wàn)t。因此,為實(shí)現(xiàn)我國(guó)糧食作物肥料利用效率的提高,仍需要加強(qiáng)這方面的研究。2.4.5農(nóng)田養(yǎng)分損失提高肥料利用效率不僅可通過(guò)提高作物產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量來(lái)實(shí)現(xiàn),而且也要有效地阻控農(nóng)田養(yǎng)分損失。分析表6的結(jié)果可以說(shuō)明,在肥料施用量為180～240kghm-2的條件下,水稻、小麥和玉米可以達(dá)到最高產(chǎn)量,而肥料利用率只有22%～24%,表明高投入雖能在一定程度上提高糧食作物的產(chǎn)量,但也大大地增加了養(yǎng)分損失的可能性。我國(guó)耕地質(zhì)量差、生產(chǎn)管理粗放、施肥技術(shù)不配套等導(dǎo)致農(nóng)田養(yǎng)分損失量很大。如華北平原小麥(n=121)、玉米季(n=148)農(nóng)民習(xí)慣氮肥管理的氮肥損失分別高達(dá)159和151kghm-2,占總氮肥用量的50%和59%。2.5提高肥料利用率的主要途徑2.5.1化肥用量差異較在我國(guó),部分地區(qū)和農(nóng)田過(guò)量施肥導(dǎo)致了主要糧食作物肥料利用效率的下降,還帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題,而部分地區(qū)和農(nóng)田施肥不足造成產(chǎn)量潛力無(wú)法發(fā)揮也導(dǎo)致肥料利用效率下降。我國(guó)不同地區(qū)如東部和西部、南方和北方的施肥量差異均很大,甚至相鄰的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)戶也是超量施肥和施肥不足同時(shí)存在。在目前的栽培技術(shù)和產(chǎn)量水平下,150～200kghm-2是專家們推薦的總量,即使在高產(chǎn)條件下推薦量也不會(huì)超過(guò)250kghm-2。因此,如果將氮肥施用量分成3級(jí),150～250kghm-2為適中,小于150kghm-2為不足,大于250kghm-2為超量。對(duì)全國(guó)2萬(wàn)多個(gè)農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)有1/3的農(nóng)戶氮肥施用超量,1/3的農(nóng)戶氮肥施用不足,而只有1/3的農(nóng)戶施氮量落在合理用量的范圍內(nèi)。因此在中國(guó)必須同時(shí)解決過(guò)量施肥和施肥不足的問(wèn)題,僅僅節(jié)肥增效是不夠的,更重要的是要高產(chǎn)高效。2.5.2養(yǎng)分吸收量與相對(duì)產(chǎn)量土壤養(yǎng)分作為作物生長(zhǎng)重要的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源,是養(yǎng)分管理的重點(diǎn)之一;環(huán)境中的一些養(yǎng)分能通過(guò)大氣干濕沉降、灌溉水、生物固氮等途徑進(jìn)入作物生產(chǎn)系統(tǒng),它們也是作物生長(zhǎng)需要的養(yǎng)分資源的重要組成部分。相對(duì)產(chǎn)量(無(wú)肥區(qū)作物養(yǎng)分吸收量/施肥區(qū)作物養(yǎng)分吸收量×100%)這個(gè)指標(biāo)很好地反映了作物對(duì)來(lái)自土壤和環(huán)境養(yǎng)分的依存程度,根據(jù)我們對(duì)收集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析表明,水稻、小麥和玉米成熟期,氮的相對(duì)產(chǎn)量均達(dá)到了70%以上,磷和鉀的相對(duì)產(chǎn)量也達(dá)到了70%～80%。因此農(nóng)戶必須在充分利用土壤養(yǎng)分和環(huán)境養(yǎng)分基礎(chǔ)上,合理施用化肥,減少化肥的損失和向環(huán)境的排放,這才是提高肥料利用效率的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo),在當(dāng)前的生產(chǎn)條件下,肥料用量的選擇也必須在綜合考慮土壤肥力和環(huán)境養(yǎng)分來(lái)源的基礎(chǔ)上,重新制定推薦指標(biāo)。2.5.3化肥施用的原則。在冬小麥對(duì)于有效阻控化肥養(yǎng)分的損失、降低其環(huán)境影響的氮肥施用原理和技術(shù),國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行了大量的研究,主要包括(1)充分利用作物對(duì)土壤中礦質(zhì)氮的競(jìng)爭(zhēng)吸收能力,以提高利用率并削弱導(dǎo)致氮肥損失的各個(gè)轉(zhuǎn)化和遷移過(guò)程的強(qiáng)度;(2)避免土壤中過(guò)量礦質(zhì)氮的積累,以減少進(jìn)行各個(gè)轉(zhuǎn)化和遷移過(guò)程的礦質(zhì)氮的濃度;(3)根據(jù)不同土壤和氣象條件下氮肥的主要損失機(jī)制和途徑,確定相應(yīng)的施用技術(shù)、方法、時(shí)期及氮肥種類;(4)消除影響作物生長(zhǎng)的限制因素,如干旱或