氮肥有效率的概念及意义——兼论对传统氮肥利用率的理解误区

自氮肥发明和施用以来,人们一直想通过氮肥利用率来度量氮肥施用效果。传统氮肥利用率是指当季作物吸收肥料氮占施用肥料氮的百分率,而没有反映氮肥对土壤氮消耗的补偿效应。由于概念和算法本身缺陷,加之对结果解析和理解不够,在文献和日常交流中产生了许多误区。为此,国内外研究者尝试了许多改进算法,虽涉及到氮肥在后茬作物上的残效,但并未触及到残留肥料氮对土壤氮消耗补偿效应这一核心问题。本文根据土壤-作物体系氮素主要流动通量,及肥料氮-土壤氮-作物吸氮"三氮"之间关系,提出了氮肥有效率的概念和算法,其核心是将残留肥料氮作为补偿土壤氮消耗的有效部分。文章分析了国内15N示踪试验资料,认为我国现有农田管理水平的氮肥有效率在50%~60%,损失率在40%~50%之间,损失率很高。采取改进氮肥和农艺管理措施,我国未来将氮肥有效率提高至70%~90%,是完全有可能的。氮肥有效率拓展了氮肥效应理念,在解析氮肥对作物增产、维持土壤氮肥力的真实效果,对环境的实质影响方面具有重要意义。     

移栽叶龄对水稻氮素吸收利用及~(15)N-肥料去向影响

利用15N示踪技术研究了不同叶龄移栽对水稻产量、氮肥吸收利用及其氮素去向的差异。结果表明,随移栽叶龄推迟,水稻产量显著降低,籽粒与秸秆氮肥吸收量、肥料利用率及其残留量也降低,而氮素损失增加。水稻所吸收的氮素约2/3来源于土壤氮,1/3来源于当季肥料施的氮。肥料利用率为20.8%~25.7%,氮肥残留率为17.9%~32.2%,有42.1%~61.3%的肥料损失。无论哪种叶龄移栽条件下,肥料主要残留在0~20cm土层中。研究表明水稻早栽能增加产量、提高肥料利用率,减少肥料损失,降低氮素对环境的污染。     

氮素营养对旱地小麦群体生长特性的调控

以氮肥为变量,在旱作条件下研究了不同氮肥处理对小麦群体结构参数、产量及水分利用率的调控效应。结果表明,在一定范围内,小麦群体结构、分蘖、水分利用率和产量均随氮肥用量的增加而增加,但当氮肥用量增加到一定量时,反而不利于群体结构和功能的改善。因此,在旱作农业生产中,水肥之间具有明显的耦合关系,肥料的增产作用不仅在于肥料本身,更重要的还在于与土壤水分的互作。     

黑土区玉米施用新型肥料的效果和环境效应

为明确新型肥料在黑土区春玉米上的一次性施用效果及其环境效应,通过开展田间试验,测定了不同新型肥料施用与常规施肥条件下玉米的产量、氮素吸收利用、氨挥发状况、土壤无机氮残留量,并估算了氧化亚氮量。结果表明:施氮肥处理的产量明显高于对照处理,增产幅度在34.9%~46.7%之间,不同氮肥处理间产量差异不明显,其中硅酸盐肥料处理的产量相对较高,为14 140kg/hm~2,硫包衣肥料处理的氮肥利用率最高为50.8%。常规施肥处理(底肥+追肥)的氨挥发累积量最高,占氮肥施用量的9.38%。新型肥料中,肥包肥、硅酸盐包膜肥料和控释肥料的氨挥发累积量相对较小,分别为28.8,28.7,28.6kg/km~2,比掺混肥料氨挥发累积量低23.2%,23.8%和24.5%。与掺混肥料相比,高塔工艺肥料、控释肥料、脲甲醛肥料玉米收获后0—100cm土层的无机氮积累量较低,分别为31.4,52.8,46.1kg/km~2。经估算,高塔工艺肥料处理N_2O排放量最高,为1.49kg/hm~2,稳定态肥料和硫包衣肥料处理相对较低,分别为1.45,1.44kg/hm~2。几种新型肥料中,稳定性肥料、硫包衣肥料、硅酸盐包膜肥料能有效降低氨挥发和N_2O排放,从而提高氮肥利用率。     

太湖地区不同轮作模式下的稻田氮素平衡研究

采用田间微区15N示踪,研究了太湖地区稻田不同轮作模式(紫云英-水稻轮作、休闲-水稻轮作、小麦-水稻轮作)和施氮水平(0、120 kg·hm?2、240 kg·hm?2、300 kg·hm?2)下水稻对氮肥的吸收利用效率及土壤氮素残留特征。结果表明,水稻吸收的氮素来自肥料的比例为20.9%~49.6%,休闲-水稻轮作模式下水稻产量的获得更加依赖无机氮肥的大量投入。当季水稻对肥料氮的利用率为25.0%~41.5%,肥料氮的土壤残留率为13.4%~24.6%,其中90%以上的土壤残留肥料氮集中在0~20 cm土层,在土壤剖面中的残留率随土层深度增加而迅速降低,30~40 cm土层的肥料残留量仅占氮肥施用量的0.2%~0.7%。紫云英?水稻轮作和休闲?水稻轮作模式下氮肥利用率和土壤残留率均在施氮240 kg·hm?2时达到最大值,其氮肥利用率显著高于小麦?水稻轮作55.6%和66.0%。稻季施氮240 kg·hm?2时,小麦-水稻轮作模式下的氮肥利用率、土壤残留率以及总回收率显著最低,损失率显著最大;紫云英?水稻轮作模式下的氮肥损失率最小,分别小于休闲?水稻轮作和小麦-水稻轮作13.9%、39.2%。不同轮作模式下,水稻籽粒产量随施氮量的增加而增加,稻季施氮240 kg·hm?2时,紫云英?水稻轮作下水稻籽粒产量显著高于休闲?水稻轮作和小麦?水稻轮作,小麦?水稻轮作籽粒产量虽略高于休闲?水稻轮作,但没有达到显著水平。本研究认为,选择紫云英还田配施氮肥240 kg·hm?2,既可以保证水稻氮肥利用率而获得高产,又能减少氮肥损失而带来的环境风险,是一种值得在当地大力推广的耕作制度。     

氮钾肥配合对沿淮地区水稻产量和肥料利用率的影响

研究了氮、钾肥对沿淮地区水稻产量和肥料利用率的影响。结果表明,氮肥对水稻产量影响明显,比不施氮增产20.3%～29.0%,而钾肥增产效果不显著。适宜用量的氮、钾肥配合可提高肥料利用效率。通过数学模拟得到氮肥效应方程,并初步确定该区水稻适宜N用量为225～250 kg.hm-2。     

稻草还田的土壤肥力与产量效应研究

18年稻草还田定位试验和3年田间示范试验研究表明,稻草直接还田对改善土壤理化性状具有显著效果.长期定位试验化肥 稻草还田区水稻产量相对无肥区(CK)增产80.8%,但与等量NPK的纯化肥区差异不显著.示范试验结果表明,短期稻草还田具有显著增产作用,增产率达3.7%～6.8%.氮肥的增产作用显著,建议氮肥和习惯氮肥处理增产率分别为38.8%和47.4%,而氮肥的农学产量效益分别为每公斤纯氮增产谷粒13.7 kg和11.7 kg,肥料报酬率随施氮量增加而递减.经济效应分析表明,稻草还田配施减量氮肥可降低肥料成本,提高经济效益.     

旱地土壤中残留肥料氮的动向及作物有效性

氮素是作物生长最重要的必需元素之一。合理施用氮肥能促进作物生长并提高产量,但是,过多施用氮肥则抑制作物生长并导致大量的肥料氮残留在土壤中,这部分氮素不但会引起土壤养分不平衡,而且为生态环境带来潜在威胁,因此,研究残留氮的动向及作物有效性可为合理施用化肥氮、高效利用土壤残留氮素和减少残留氮素的损失提供依据。应用~(15)N示踪技术,通过4年定位试验,研究了黄土高原南部旱地冬小麦/夏玉米轮作过程中土壤残留肥料氮的变化及作物吸收利用。在冬小麦和夏玉米轮作的第一个周期,为了制造高肥料氮残留背景,于冬小麦播种前向微区施入240 kg hm~(-2)的~(15)N标记氮素;在夏玉米拔节期,为了研究氮肥施入对残留肥料氮的影响,设置0和120 kg hm~(-2)两个氮水平,以普通尿素施入微区。在第2至第4个轮作周期内,为了分析残留肥料氮的动向及其对作物的有效性,微区内不施任何肥料。结果发现,冬小麦播种前施用的~(15)N标记氮肥于收获期在0~200 cm土壤剖面中均有残留,但大部分累积在0~40 cm土层中,累积总量达到200.9 kg hm~(-2),占当季施入量的83.7%。在随后的夏玉米生长季残留的肥料氮迅速减少,之后随生长季的后移缓慢减少,然后保持相对稳定。经过4年的冬小麦/夏玉米轮作,0~300 cm土壤剖面仍残留大量的~(15)N肥料,后季不追施氮肥和追施氮肥处理的残留量分别为47.1 kg hm~(-2)和54.0 kg hm~(-2)。可见,有一部分肥料氮被固定在土壤有机质中。作物对残留氮的回收量逐年减少,且因后季追施氮肥与否而异,4年中作物对肥料氮的总利用率不追施氮肥和追施氮肥处理的分别为46.9%和50.4%,其中在第1个轮作周期中,小麦和玉米的总利用率分别41.6%和42.0%,后3年利用率分别仅有5.3%和8.4%;4年中残留~(15)N的损失率分别达38.1%和29.7%,其损失主要发生在第1个轮作周期的夏玉米生长季节。说明,在旱地土壤上,氮肥的残留是不可避免的,残留肥料氮的有效性较低,只有少量被作物逐年吸收,一部分以有机形态残留在土壤剖面中,另一部分发生了无效损失。后季追施氮肥可促进作物对土壤残留肥料氮的吸收且增加肥料氮在土壤中的保留,减少残留肥料氮的无效损失,但是以自身的大量损失为代价的。     

硝化抑制剂与硫磺对三种水稻土旱作条件下尿素肥料硝化作用的影响

本文对加入硝化抑制剂和硫磺的尿素肥料在我国三种水稻土旱作条件下的氮肥硝化作用过程进行研究。研究表明尿素中单加硝化抑制剂对三种供试水稻土旱作条件下的氮肥硝化作用均有抑制,但抑制的强度与土壤类型有较大关系;而尿素中同时加入硝化抑制剂与硫磺在pH为5. 16的红壤和pH 6. 05黄泥土上都表现出对氮肥硝化过程的抑制作用;硫磺对pH为7. 06的乌珊土上的硝化过程无抑制作用。本试验研究可为硝化抑制剂肥料和硫包尿素肥料的设计与使用提供一定的基础资料。     

缓控释氮素肥料的研究现状与展望

在前人有关缓控释肥料文献的基础上,介绍了缓控释氮肥的缓效途径和研究发展情况。重点阐述了缓控释氮肥的分类和缓控释机理。此外,对今后缓控释肥料研究发展提出了一些见解。     

施磷对花生积累氮素来源和产量的影响

利用盆栽试验和15N示踪技术,研究了不同施磷量对花生吸收土壤氮、肥料氮、大气固氮量及比例和产量的影响,并探讨其原因,可为花生生产中科学施肥提供理论依据和技术指导。结果表明,花生根系干物重和根系活力随着施磷量的增加而增大,根瘤数和根瘤鲜重均随着施磷量的增加而增多,植株各器官含氮量和15N丰度均随着施磷量的增加而增加,成熟期各器官氮素积累量和15N积累量均表现为随着施磷量的增加而增加。花生吸收肥料氮的比例在11.34%~12.69%之间,吸收土壤氮的比例在33.95%~47.75%之间,吸收大气氮的比例在40.90%~53.36%之间,增施磷肥减小了吸收土壤氮的比例,增加了吸收肥料氮和大气氮的比例。花生氮肥利用率在34.65%~47.53%之间,氮肥土壤残留率在31.42%~36.00%之间,氮肥损失率在21.05%~29.35%之间。氮肥利用率随着施磷量的增加而增大,而氮肥土壤残留率和损失率均随着施磷量的增加而减少。综上所述,增施磷肥由于显著提高了花生根系干物重、根系活力和根瘤数及根瘤鲜重,促进了花生植株对肥料氮的吸收和对大气氮的固定,进而提高了植株体氮素含量,促进植株生长发育,最终增加产量。     

氨水对土壤与作物的影响

液体氮肥近年来在苏联已开始应用。这种肥料的优越性在于:它生产比较简单和便宜,而用全部机械化可施于土壤内。液体氮肥的应用发展很迅速。氨的水溶液,或所谓氨水,在苏联和波兰人民共和国得到了优先的普及。     

水稻不同移栽密度的氮肥效应及氮素去向

利用15N示踪技术,研究不同移栽密度对水稻产量、氮肥吸收利用及其氮素去向的差异。结果表明,随移栽密度变大,水稻产量显著增加,穗粒数、结实率和千粒重降低,子粒与秸秆氮肥吸收量、肥料利用率及其残留量增加,而氮素损失降低。水稻所吸收的氮素约2/3来源于土壤氮,1/3来源于当季肥料施的氮。不同处理间,肥料利用率为16.69%～26.69%,氮肥残留率为17.12%～21.08%,有52.23%～66.19%的肥料损失。无论哪种密度下,肥料主要残留在0～20 cm土层中。密度为40 cm×40 cm时,0～20 cm土层氮素残留量高于50 cm×50 cm和30 cm×30 cm处理,为28.54 kg/hm2,占施肥量的12.97%;而在40～60 cm的土层的氮素残留量为7.34 kg/hm2,比50 cm×50 cm和30 cm×30 cm处理同层残留量降低了57.90～59.29%。     

灌溉方法对温室番茄栽培尿素氮利用影响的研究

用15N示踪技术研究了沟灌和滴灌对温室番茄栽培尿素氮的利用及其在土壤中残留的影响。结果表明,滴灌处理番茄对15N肥料利用率是11.5%(地上部分),沟灌处理15N肥料利用率是7.4%。滴灌处理番茄所吸收的15N肥料量比沟灌处理提高了56.3%,灌溉方式对肥料15N在果实、茎、叶中的分配比例没有明显影响。0~100cm土层中15N肥料残留量滴灌处理为143.1kg/hm2,占氮肥投入量的63.6%,沟灌处理残留量为133.0kg/hm2,占氮肥投入量的59.1%;其中在0~20cm表土层中残留的肥料氮最多,沟灌和滴灌分别达到了79.9kg/hm2和97.3kg/hm2,占0~100cm土层肥料氮残留总量60.1%和68.0%。沟灌处理肥料氮的损失量为75.5kg/hm2,占氮肥投入量的33.5%;滴灌处理肥料氮的损失量为56.0kg/hm2,占氮肥投入量的24.9%。     

不同氮肥种类和用量对川西蒙山茶品质的影响

利用盆栽试验研究了尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵和硝酸钙5种氮肥和用量对川西蒙山茶品质的影响。结果表明:肥料种类、肥料用量以及肥料种类与用量的交互作用对茶叶主要品质指标(可溶性糖除外)的影响极显著;不论施用何种氮肥,茶叶中的茶多酚、儿茶素和咖啡碱含量都有极显著的增加;各种氮肥用量为4g/盆时,茶多酚、儿茶素和咖啡碱含量较高;与施用其他种类的氮肥相比,尿素能极显著地提高茶叶中儿茶素和氨基酸的含量。施用硝态氮将能显著提高茶叶中硝酸盐和亚硝酸盐的含量,但随着硝态氮用量的增加,硝酸盐和亚硝酸盐的含量没有显著变化,而铵态氮和酰胺态氮对茶叶硝酸盐和亚硝酸盐含量基本没有影响。综合考虑春夏秋三季茶叶的品质,若单施一种氮肥,尿素最为合适,施用量为8g/盆左右。     

砂质潮土冬小麦对氮肥的利用与氮素平衡

分析了不同施肥时期对砂质潮土小麦产量、氮素吸收与利用、土壤残留与氮素损失的影响。结果表明 ,氮肥在一半做底肥的基础上 ,以拔节期追肥小麦产量最高。在返青期与孕穗期追肥之间 ,低氮肥用量情况下 ,以孕穗期追施小麦产量较高 ,而在高氮肥用量时二者没有差异。氮肥一半做追肥施用植株吸收氮量比氮肥全部做底肥显著提高 ,这种提高主要来自肥料氮。拔节期追肥利用率最高。小麦收获后土壤中肥料残留氮的 31 7%～ 66 8%分布在 0～ 40cm土层内 ,且随施肥时间的推迟 ,0～ 40cm土层内残留氮所占的比例增加 ,而底施和返青期追施的氮肥在下层残留的比例高于后期追肥 ,其在 80～ 1 0 0cm土层的累积量甚至超过了表层土壤残留量。但后期追肥氮素挥发损失严重。     

荔枝钾氮肥滴施比例及施肥方式对土壤pH和盐分的影响

灌溉施肥引起的土壤酸化和次生盐渍化问题是限制其可持续应用的重要因素。2013 ~ 2018年在海南省澄迈县进行了荔枝滴灌施肥试验,探讨在磷肥土施条件下以不同比例滴施钾氮肥（K₂O/N = 0.6、0.8、1.0和1.2）及在K₂O/N = 1.0条件下以不同方式施肥（磷肥土施而钾氮肥滴施、全部肥料滴施及全部肥料土施）对砖红壤荔枝园0 ~ 30和30 ~ 50 cm土层土壤pH和盐分的影响。结果表明,连续5年以不同比例滴施钾氮肥,土壤pH、盐分及盐分阳离子（K+、Ca2+和Mg2+）和阴离子（Cl?、NO₃?、SO₄2?和HCO₃?）含量变化与钾氮肥比例之间均缺乏密切关系。然而,在试验结束时,偏施氮肥（钾氮肥滴施比例为0.6）由于促进Ca2+在两个土层的淋失而降低土壤pH,而合理滴施钾氮肥（钾氮肥比例为1.0）则稍提高土壤pH,对盐分及盐分阴阳离子含量影响则未达显著水平。全部肥料土施比全部肥料滴施有利于盐分阳离子的保存,对盐分阴离子的影响则不大,从而也有利于维持土壤pH。在荔枝滴灌施肥中,可将钾氮肥以1∶1的比例滴施且将磷肥土施,即使在降雨丰沛的荔枝产区长期应用,也可避免土壤酸化及次生盐渍化。     

不同施氮水平条件下烤烟对氮素的利用研究

大田中设置盆栽试验，采用＾１５Ｎ示踪法对不同施氮水平条件下的烤烟的氮素吸收、肥料氮素的利用和土壤ＡＮ值进行研究。试验结果表明，烤烟全生育期吸收的氮素主要来自于土壤可利用性氮。随着氮肥用量的增加，烤烟对肥料氮的吸收量增加，对土壤氮的吸收量减少，土壤对肥料氮素的固定和氮肥损失量增加。ＡＮ值有随氮素用量的增加而逐渐减小的趋势，但以处理４的（６７．５ｋｇ氮素／ｈｎ＾２）最小。肥料中的氮素利用率以处理４最高     

不同秸秆还田方式下黑土玉米田肥料氮素去向

探究不同秸秆还田方式下肥料氮在连续两季作物系统中的去向，为黑土地保护下的氮肥管理提供重要依据。于2020—2021年在吉林梨树开展大田微区试验，设置无秸秆还田 (CK)、深翻还田 (DTS)、免耕覆盖还田 (NTS) 3种秸秆还田方式，每种方式下设置2个施氮水平：180 kg?hm-2(N1)和270 kg?hm-2(N2)。结果表明：当季和第二季玉米成熟期植株氮分别有38.0%~46.8%和12.9%~18.6%来源于15N标记氮肥。肥料氮当季平均利用、残留和损失率分别为32.4%~43.9%、32.8%~51.4%和13.2%~32.7%，秸秆覆盖配施适量氮肥 （180 kg?hm-2）处理下肥料氮当季利用率显著提高29.5%，而秸秆深翻还田则使肥料氮在土壤中的残留率显著增加18.2%。当季施用肥料氮仍有8.5%~14.9%被第二季玉米吸收利用，两季累积利用率达40.9%~58.8%，在高氮（270 kg?hm-2）下秸秆深翻还田显著提高肥料氮的第二季利用率及累积利用效率。综上，秸秆覆盖还田配施适量氮肥有利于提高肥料利用效率，而秸秆深翻还田更有利于高施氮量下土壤对肥料氮的保持，增加其被下季作物利用的机会，两者均能显著减少氮的损失。     

聚天门冬氨酸包裹尿素对冬小麦增产效果研究

<正>目前,氮肥利用率低,是施肥中存在的主要问题,过去主要通过施肥技术来提高氮肥利用率,而忽略了对肥料本身的增值提效开发。氮肥利用率的提高可以通过作物品种筛选、土壤改良、平衡施肥技术等来实现[1-6]。聚天门冬氨酸是一种水溶性仿生聚合物,在农业上作为植物养分吸收促进剂,可有效地促进植物对营养元素的吸收,降低农业生产成本,提高农作物的产量和品质,减少肥、药流失导致的地表水及地下水体污染;它可与农药、肥料