協調作物生產與實現環(huán)境雙贏的氮肥管理策略

化學氮肥的施用是我國農田土壤氮素的主要來源，也是農田土壤活性氮損失的主要排放源。采取合理的氮肥管理措施來提高氮肥的利用率是解決農業(yè)發(fā)展所面臨的三大挑戰(zhàn)（糧食安全、氣候變化和環(huán)境退化）的重要策略。2015?年，我國農業(yè)部印發(fā)了《到?2020?年化肥使用量零增長行動方案》，要求在確保糧食安全的前提下，到?2020?年實現我國化肥用量的零增長。“化學肥料零增長”目標的提出，對肥料的高效合理利用提出了更高的要求。無疑，氮肥的高效利用成了重中之重。目前，可通過以下途徑實現氮肥的高效利用。

優(yōu)化氮肥供給類型，推廣高效氮肥的施用

協調作物生長氮素需求與土壤氮素供應的關系是提高氮肥利用率的關鍵。與傳統的化學氮肥（如尿素）相比，高效氮肥例如控（緩）釋氮肥能夠根據作物不同生長階段的氮素需求逐漸釋放養(yǎng)分，可以最大限度提高作物對氮素的吸收，從而提高氮肥的利用率并降低各種活性氮的損失。與尿素等傳統氮肥相比較，同等用量的控（緩）釋氮肥的施用能夠顯著地提高我國三大主糧作物——水稻、小麥和玉米的氮素吸收量（提高?10.5%—11.4%）、氮肥利用率（提高?30.0%—37.2%）及其作物產量（提高?6.4%—9.2%）。與此同時，控（緩）釋氮肥的施用還能夠大幅度降低活性氮的排放，可以顯著地將?NH₃揮發(fā)、N₂O?排放、N?淋溶和徑流分別降低?34.8%—70.1%、25.3%—50.4%、3.4%—47.3%和2.7%—44.0%。

除了控（緩）釋氮肥的施用，向普通尿素中添加商品硝化抑制劑（如雙氰胺，簡稱?DCD；3,4-二甲基吡唑磷酸鹽，簡稱?DMPP）或者脲酶抑制劑（如氫醌，簡稱HQ；正丁基硫代磷酰三胺，簡稱?NBPT）也能夠顯著提高氮肥利用率（26.5%—31.3%）和作物產量（7.1%—10.0%），同時能夠顯著降低各種活性氮的損失。據統計，2005—2015?年，我國控（緩）釋氮肥的總生產量達到了?2?100?萬噸，總推廣施用面積達到了?3?300?萬公頃。到?2015?年止，混合硝化抑制劑和脲酶抑制劑的氮肥生產量達到了?140?萬噸，其應用面積也達到了?200?萬公頃。進一步推廣高效氮肥的施用是提高我國氮肥利用率并減少活性氮損失的關鍵策略。

優(yōu)化氮肥施用方式，科學合理施肥

除了高效肥料的施用以外，科學合理的氮肥施用措施也是提高氮肥利用率減少活性氮排放的關鍵。科學合理的氮肥施用措施主要是指根據作物不同生長階段的氮素需求特性，選取合適的氮肥類型（right source）、合適的氮肥用量（right rate）、合適的氮肥施用時間（right time）以及合適的施肥位置（right place）進行氮肥施用。

合適的氮肥類型指的是根據作物的需肥喜好進行施肥。例如，水稻喜好銨態(tài)氮肥而小麥等旱地作物則喜好硝態(tài)氮肥。前面提到的高效氮肥也屬于“合適的氮肥類型”的范疇。

合適的氮肥用量則主要指的是要通過測土配方的方法確定氮肥的用量。考慮到我國氮肥過量施用所帶來的一系列環(huán)境問題，2005?年，我國農業(yè)部下發(fā)了在全國范圍內開展測土配方施肥的通知。據統計，截至?2015?年，我國各省（自治區(qū)、直轄市）測土配方施肥技術推廣應用面積超?15?億畝。對于測土配方施用氮肥的效果，研究發(fā)現，配方施用氮肥能夠將我國三大主糧作物的產量平均提高?1.3%，將氮肥的利用率大幅度提高?48.2%；與此同時，還能夠將?4?種活性氮損失（NH₃揮發(fā)、N₂O?排放、N?淋溶和徑流）降低?27.6%—35.3%。將氮的測土配方與磷、鉀的測土配方一并進行，能夠更大程度地提高作物的產量和肥料利用率。因此，進一步推廣測土配方施肥是實現我國肥料用量零增長目標的重要措施。

合適的氮肥施用時間則主要指的是要減少農作物生長前期基肥的施用比例，增大后期（如開花、灌漿等關鍵生長期）的氮肥施用比例，即“前氮后移”。作物生長初期根系發(fā)育不完全，對氮素的吸收能力有限，因此前期大量的氮肥投入會加劇活性氮的損失。筆者團隊研究發(fā)現，適當減少氮肥基肥的施用比例能夠將我國三大主糧作物的產量平均提高?4.1%，并能夠將氮肥利用率提高?8.0%。除此之外，適當增加作物生長后期的氮肥施用次數也是實現“前氮后移”的有效措施。增加氮肥的施用次數可以顯著提高我國主要糧食作物的產量（5.9%）和氮肥利用率（30%），并有效地降低各種活性氮的損失（5.4%—36.5%）。

加快施肥機械研制，推動機械化施肥

合適的施肥位置則主要是指把氮肥施用在易于被作物根系吸收利用的位置，例如氮肥深施技術。研究發(fā)現，氮肥深施是提高氮肥利用率簡單有效的措施之一。與當前農民普遍采用的氮肥表面撒施的方法相比較，氮肥深施能夠顯著地將我國三大主糧作物的產量平均提高16.9%，將氮肥利用率提高?28.5%，并能夠降低?NH₃揮發(fā)損失?34.6%。但是，據統計截至?2013?年，化肥的機械化深施在我國農田的推廣面積只有約?110?萬公頃。我國耕地以小面積田塊占主導，以及缺乏經濟可行的工具，限制了機械化施肥的大面積推廣。因此，研制和推廣適應于小面積田塊肥料深施的機械設備是我國農業(yè)發(fā)展的一個重要方向。除此之外，因地制宜推進氮肥的機械追肥、種肥同播等也是利用機械化提高氮肥利用率和增加作物產量的重要措施。

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