我国农田氮肥施用现状、 问题及趋势

巨晓棠， 谷保静

(1 中国农业大学资源与环境学院， 北京 100193； 2 浙江大学政策仿真实验室， 浙江杭州 310058)

在排除了其他影响产量的主要限制因素后(如土壤障碍因子、 水分、 磷钾等)，氮素在作物产量和品质形成中起着关键作用。合理施用氮肥是当今世界作物生产中获得较高目标产量的关键措施。不合理施用氮肥会导致两种结果： 一是氮肥投入量低于经济最佳施氮量或最高产量施氮量，导致产量较低，没有发挥品种、 灌溉等其他农艺措施的增产效果；二是氮肥投入量超过了经济最佳施氮量或最高产量施氮量，导致产量不再增加或有所下降(倒伏或病虫害增加)，但氮肥在土壤中残留量或损失到环境(指大气和水体)中的量会显著增加[1]，污染环境。

对某个地区的某种作物(区域尺度)或具体农户田块(田块尺度)来说，合理施用氮肥主要应包括施肥量、 施肥时期、 施肥方法和肥料品种，也应包括与有机肥和秸秆还田措施的配合，还应包括与灌溉、 耕作、 品种等其他农艺措施的配合。合理施肥措施主要受区域内土壤状况、 气候条件、 作物特征(包括不同作物和同一作物不同品种)和其他生产条件(如灌溉等)的影响。根据区域内施肥田块变异程度或者说相似程度，合理施肥措施可以在同一地区同一作物上大约一致(或者说一个很窄的范围)，如区域平均适宜施氮量的概念和做法[2]。或者根据田块之间和田块内的土壤变异，确定微域尺度上氮肥用量，如北美的精准施肥或变量施肥概念和措施。这些看似简单的道理，或者说在理论、 科研层次上已基本解决的问题，在我国生产实践中却成为一个持久的、 重大的和难以解决的实际问题，并且直接影响到我国农产品生产和环境保护等重大问题。

对于什么是合理施氮？如何合理施氮？在农户、 推广部门、 甚至科技工作者层面都有不同认识，导致在生产实践中盲目施氮现象相当普遍。目前生产上的具体问题是如何确定某一地区、 某种作物获得较高目标产量和品质指标的合理施氮量，如何在生产实践中实现合理施氮方法和施氮时期。

我们认为，现阶段我国盲目施肥或不合理施肥当然存在一些技术方面的问题，但更重要的是一个广泛的社会经济问题，其中涉及到土地经营规模、 肥料和农产品价格及补贴体系、 劳动力市场和价格、 农业推广服务体系、 农户传统施肥理念等问题[1,3]。如果不澄清这些问题，将会对我国未来农产品生产和环境保护带来影响。本文就我国氮肥施用现状、 存在问题和原因及未来发展趋势提出了以下看法。

1 何谓合理施用氮肥

合理施用氮肥主要包括四个方面，即施肥量、 施肥时期、 施肥方法和肥料品种(国际上称为“4R”技术，即right amount, right time, right place, right type)。这四个方面不是孤立的，而是相互联系和影响的。如施肥量首先决定于目标产量，但又决定于施肥方法、 时期和肥料品种。如果后三者不合理，导致施肥过程和施肥后大量氮素损失，氮素没有充分被作物吸收利用，为了获得较高目标产量，农户就要加大施氮量，以保证作物吸收足够氮素。如果后三者都趋于合理，那么施入的氮肥能够被作物充分吸收利用，就不需要增加额外氮肥去“满足损失”。

1.1 确定合理施氮量

确定合理施氮量是施肥的关键。我们认为，合理施氮量始终决定于目标产量和目标籽粒蛋白质含量。在我国主要取决于目标产量，在西方国家小麦生产中，还要求一定的籽粒蛋白质含量，主要是出于烘烤面包需要，这时施氮量要稍高，应该在经济最佳施氮量之上，但一般不会超过最高产量施氮量[4]。目标产量不是凭空想象的，取决于某一时期某一地区的生产条件，主要包括土壤条件、气候条件，农艺管理措施如品种、 灌溉、 耕作等。在某个地区某种作物上，可以根据过去三年平均产量或当地能够获得的比较高的产量来确定。当然，如果要追求进一步把产量提高到更高台阶，那就需要改进生产条件和栽培管理措施，相应的施氮量也应该根据新设定的目标产量确定。西方发达国家一般把目标产量定义到经济最佳施氮量能够达到的水平上，从经济学角度，这时肥料的投入产出比最高，获得的经济效益也最大[5]。我国因对农产品需求量大，一般将目标产量定义到最高产量施氮量能达到的水平上，最高产量施氮量比经济最佳施氮量要高，引起的氮肥损失会稍大，但环境代价还不是太大。如果超过了最高产量施氮量，不但对增产没有好处，氮肥损失却会显著增加[5]。

如何确定田块尺度的合理施氮量？传统方法是利用田间肥料试验或土壤与植株测试，这两类方法在实际应用中都有较大缺陷。前者以田间试验及生物统计理论为基础，基于“投入-产出”关系，视土壤为“黑箱”，推荐量来源于前些年的试验结果，且不可能每块地上去做田间试验，没有解决“空间变异”问题。后者以土壤和植株测试为基础，其一是很难找到可靠的土壤有效氮测试指标，如在水田还没有找到满意的指标；尽管旱地根层贮存硝态氮可以反映土壤的供氮能力，但也存在诸多局限性，如硝态氮易移动、 空间和时间变异大，从采样到分析结果可引起N 30 kg/hm2以上的误差，该误差足以掩盖田块之间施氮量的差异；其二是将测试值转换为推荐量需要大量参数，有时计算的结果不如有经验的人“拍脑袋”。两类方法的共同局限性还在于，需要花费大量资金和时间进行田间试验和土壤与植物样品测试。由于我国田块小、数量大，测试工作量大；复种指数高、 茬口紧，测试工作难以做到不误农时；测试设备不足，技术人员少；因此，即使土壤供氮能力的测试指标得以解决，也不能广泛采用测试路线[2]。

在以上分析中，没有考虑经过一季作物种植后，土壤氮素的变化情况。我们认为，在长期耕作田块，应该维持土壤氮素基本平衡。如果施氮不足导致土壤氮肥力下降，则后季需要补充土壤消耗氮素，而且很难实现持续稳定和较高的目标产量。如果施氮过量，则会导致土壤氮素累积和随后大量损失。因此，在长期耕作田块，合理施氮量应该是获得目标产量的同时，维持土壤氮素平衡。根据我们对肥料氮、 土壤氮、 作物吸氮三者关系的大量研究结果，在秸秆还田条件下，禾谷类作物的合理施氮量大致相当于作物地上部的氮素携出量。可以根据这个规律和以往本地区试验参数，很方便确定出获得一定目标产量时的合理施氮量[7-8]。该方法花费最少、 简便易行，值得大面积推广。

1.2 施肥方法和时期

根据我们撒施肥料的经验，人工表面撒施肥料不仅会造成严重的氨挥发损失，而且在施氮量上难以控制，经常撒多，况且也很难撒匀。这是我国目前肥料施用过量、 损失严重的直接原因。如本文所考虑的几个关键施氮量点N 150、 225、 250和300 kg/hm2，相当于在整个一季作物的数次施肥中，每亩地施用一袋50公斤尿素的44%、 65%、 72% 和87%。如果人工撒施尿素，很容易在一亩地上一次就将半袋尿素撒完，不知不觉就过量了。所以要控制施氮量，减少氮肥损失，机械化均匀施肥是必由之路。机械化施肥既可以做到氮肥深施，也可以很好的控制施用量。在目前土地分散经营的情况下，应该推广小型简单的机械实施氮肥深施。

1.3 氮肥施用的主要问题

由于我国科学普及水平较低，这一看似简单的问题，在生产实践中变得极其复杂。手工撒施氮肥或撒施后灌水仍是我国小农户土地分散经营的主要施肥方式，“一炮轰”施肥也相当普遍[3]，导致大量的氮素损失。这些看似施肥技术方面的问题，实际背后隐藏着复杂的社会经济问题，如单个农户土地分散经营、 土地规模小，农户不计较肥料投入成本和粮食收入；农业生产比较经济效益低，农业收入在家庭收入中不如外出务工高；省时省工，不愿意投入劳力；缺乏适当的施肥机械，担心追肥成本高等[1,3]。未来土地规模化经营有望解决上述主要问题。当今西方发达国家在每个田块上未必都实现了合理施氮，但对氮肥用量控制是严格的，主要出于对环境问题的考虑。由于施肥方法和施肥时期的合理性，如大面积机械化施肥或精准变量施肥，使施肥过程和施肥后的氮素损失降到很低，环境污染控制到最低限度，这得益于有关施肥技术在生产实践中的普及应用。

综上所述，我国作物生产中氮肥施用的主要问题是损失严重，这既是经济损失，又是环境污染。降低氮肥施用过程和施用后的氮素损失，成为田块、 区域和国家尺度控制氮肥用量、 提高氮肥有效率和降低环境污染的关键[8,13]。

2 我国氮肥施用现状及趋势

我国自上世纪八十年代以来，氮肥总使用量上升很快。要判断氮肥施用量是否合理，我们认为，需要从三个尺度上进行分析，即农户田块、 区域和国家尺度。

2.1 农户田块尺度

在田块尺度，可以应用田块实际作物产量、 田间试验合理施氮量，农户实际施氮量判断农户的施氮属于什么水平，分析农户施氮是否过量及原因。过去三十多年间，我国做了大量田间肥料试验和农户施肥量调查，为这种判断提供了丰富资料。

不同于下发问卷调查或访问农户的形式，我们于2005年在山东惠民采用定点农户跟踪记录方式，对农户实际施肥情况进行了跟踪研究[14]。跟踪记录的47块冬小麦-夏玉米轮作田块，56块日光温室蔬菜田块，34块苹果园的化肥氮施用量分别为N 553、 1358和661 kg/(hm2·a)；有机肥氮施用量分别为N 50、 1881、 181 kg/(hm2·a)，两者之和分别为N 603、 3239和842 kg/(hm2·a)，农户实际施氮量远远超过了每种作物的推荐施氮量[11]，导致大量氮素盈余和地下水硝酸盐污染[14]。这种跟踪记录，虽费时多、 花费大，但准确度高，可以获得农户田块可靠的实际施氮量，但跟踪记录的农户数量很有限。

2.2 区域尺度

以上是采取自下而上农户调查方法，根据调查田块数，每个田块施氮量，从文献资料上获得依据田间试验确定的推荐施氮量范围，进行对比分析，求出低于、 合理或高于推荐施氮量范围的样本数占总调查样本数的比率，以评价农户施氮量处于什么水平。但这种抽样调查方法很难判断区域尺度的施氮状况。

英国伦敦帝国大学的David Norse教授曾经问过笔者一个问题，即“中国过量施氮的面积有多少？”，引起了笔者长时间思考。对于这个区域尺度的问题，我们认为应该采用从上到下的方法，目前只能依据国家统计资料、 国际粮农组织(FAO)和国际肥料工业协会(IFA)的数据库。我们定义的过量施氮面积是指“over-fertilized area”，该播种面积的实际平均施氮量超过了平均推荐施氮量，其计算公式如下：

其中，As是一个地区的总播种面积；As,i是第i种农作物的播种面积；Ni是第i种农作物的推荐施氮量范围；Nt是一个地区的总施氮量。基于这一判断，可以用省级或县级统计资料，计算出某一地区单位播种面积的平均施氮量(Nt/As)。由于在省或县级尺度上有多种作物，每个作物都有平均推荐施氮量范围(Ni)，可以根据主要作物的平均推荐施氮量和相应播种面积的权重，进行加权平均，计算出该区域所有作物的平均推荐施氮量。如果该播种面积的实际平均施氮量小于、 等于或大于平均推荐施氮量，则认为是不足、 合理、 过量氮肥施用面积。

图1 我国2010年单位农田面积(a)和单位播种面积(b)的氮肥施用量空间分布(数据来源： 国家统计局[16])Fig.1 The spatial distribution of N fertilizer rate per agricultural area (a) and per sowing area (b) in China in 2010 (Data source： National Bureau of Statistics of China[16])

由于我国各地复种指数不同，单位农田面积和单位播种面积的施氮量差异很大。我们认为，前者是每年施氮量，或者称为施氮强度，可以反映向某个地区投入肥料氮的强度，如果投入氮强度过高，就会使下季作物利用上季残留肥料氮的机会减小，导致氮素严重损失，引起区域内大气和水环境的氮浓度增高，作为区域内环境污染风险评价指标；后者反映每季作物的施氮量，可以作为区域内是否合理施氮的评判指标。

由图1可以看出，我国单位农田面积施氮量高于N 350 kg/hm2的地区主要分布在中东部和东南部地区，包括北京、 河南、 江苏、 湖北、 福建、 广东等地。这些地区单位农田面积肥料氮投入强度大，环境污染严重。我国单位播种面积大于N 250 kg/hm2的地区也主要分布在上述地区，而大于N 225 kg/hm2的地区更加广泛的分布于中东部和东南部的绝大部分地区。

2.3 国家尺度氮肥施用现状及预测

我国需要多少氮肥，既能保证农产品生产需求，又不引起环境污染，一直是大家关心的重要问题。要判断全国氮肥使用量处于什么水平，需要用合理方法。理论上讲，国家氮肥需求量，应该等于各个田块合理施氮量之和，但这是很难估算出来的。我们在这里提出一种估算国家尺度氮肥需求量的方法，即根据某种作物的播种面积和这种作物的推荐施氮量范围，获得该种作物的需氮量，将全国不同作物需氮量相加，即可大致估算出全国的合理需氮量范围，称之为氮肥需求量估算法。

根据我们的研究，田块尺度上作物合理施氮量基本上相当于作物地上部(籽粒和秸秆)氮素携出量[7-8]。如果能够求出全国尺度上所有作物的地上部氮素携出量，则可粗略的认为是全国的合理需氮总量。实际上，西方发达国家田块尺度上氮肥施用量相当于籽粒移走的氮量，因为秸秆一般能够全部还田，人畜禽粪尿也能大部分回到农田补充部分土壤氮素消耗，国家尺度上总的氮肥需求量大致相当于全国籽粒携出总氮量。由于我国氮肥损失较为严重，损失的氮素大致相当于秸秆还田的氮量，加之我国人畜禽粪尿的循环利用率较低，为了弥补这部分损失，我们推算的田块尺度氮肥施用量相当于作物地上部分氮素携出量(籽粒和秸秆)。国家尺度的氮肥需求量相当于全国作物地上部氮素携出总量，以此作为我国氮肥需求量的最低下限。

图2 19802010年我国农田实际氮肥使用量、 合理氮肥使用量的范围及作物携出氮量(数据来源： 国家统计局2013[16])Fig.2 The actual N fertilizer consumption, range of rational N fertilizer demand and total aboveground N uptake by crops in agricultural area in China from 1980 to 2010(Data source, National Bureau of Statistics of China[16])

图3 20112050年我国粮食需求量、 氮肥需求量及作物携出氮量预测 Fig.3 The prediction of grain demand, N fertilizer demand and total aboveground N uptake by crops in agricultural area in China from 2011 to 2050

根据作物合理推荐施氮量估算我国农田对氮肥需求量范围具有重要意义。政府主管部门可以依此来安排氮肥生产，避免过量生产氮肥，因为生产氮肥需要消耗大量的化石能，化肥企业产能过剩必然影响到全国能源消费结构，生产过程也会造成一定程度的环境污染和温室气体排放[3]。

根据本文提出的氮肥需求量估算方法，可以估算出各省和全国的合理氮肥使用量范围，对省和全国尺度氮肥总使用量进行宏观调节和控制，可以在保证农产品生产的条件下，避免盲目使用氮肥而引起的环境污染问题。遗憾的是，我国仍然缺乏在省级和全国尺度上控制氮肥总使用量的相关政策。

2.4 与美国和西欧施氮状况的比较

表1 20062010年中国、 美国及西欧氮肥施用与粮食生产对比(数据来源： FAO[26])

从这3个国家或地区与全球的氮肥使用与粮食产出历史变化来看(图4)，美国和西欧的氮肥总使用量在八十年代达到最高后，基本平稳或者有下降的趋势，而中国的氮肥使用量自八十年代以来一直在快速上升，直接拉动了全球氮肥的增长。从单位播种面积施氮量来看，西欧自八十年代以来显著下降，美国基本平稳或略有增加，而中国迅速增加，2005年以后已经超过了西欧。从粮食总产量看，西欧基本不变，美国有所增长，中国播种面积大，粮食总产也远远高于美国和西欧，与全球粮食增长同步。从粮食单产来看，西欧最高，中国和美国在持续上升，但1995年以后，美国持续上升，中国增长缓慢，特别是2005年以后，在复种指数约1.4的条件下，单位农田面积的粮食产量低于美国，而且差距有拉大的趋势。以上情况都说明，我国氮肥投入的效率在持续下降。

图4 19612010年全球、 中国、 美国和西欧氮肥使用及粮食产量(数据来源： FAO [26]) Fig.4 N fertilizer rate and grain yield in the world, China, US and Western European from 1961 to 2010( Data source： FAO[26])

从以上分析可以得出一个基本判断，我国用比较高的氮肥投入，获得了粮食、 蔬菜、 水果和肉奶蛋的基本自给，但氮肥的损失量很高。如果现在的粗放施肥方式得不到实质性改善，那么再增加农产品，还需要增加氮肥投入，不仅已经污染的环境得不到恢复，而且还会不断加重。因此，我们更应该考虑在不大量增加氮肥总使用量的情况下，将氮肥在区域间进行合理调配，使田块尺度的施氮量更趋合理，减少氮素损失，恢复生态环境。

3 关于有机肥和碳投入

按照李书田和金继运[27]根据我国2008年畜牧业和作物生产的估算，有机肥资源量约为49.5×108t，其中人畜禽粪尿40.2×108t，占81.2%；秸秆8.1×108t，占16.4%； 饼肥 26.3×106t，占0.5%；绿肥93.4×106t，占1.9%[28]。有机肥资源每年可提供N 30.5×106t, 比每年氮肥总使用量还高。但是，我国有机肥还田率只有39%，不到资源量的一半。值得注意的是，上述全国粮食、 蔬菜、 水果的总产出中，包括了这部分有机肥提供的氮量。众所周知，有机肥施用对土壤培肥至关重要，有机无机配合是获得持续高产和稳产的重要农艺措施。在当今我国以化肥当家的现实状况下，有些田块长期得不到有机肥施用，对土壤的碳源补充不足，土壤碳氮比下降，土壤有机碳氮库变小；土壤物理、 化学和生物性状变差，土壤水、 肥、 气、 热四大肥力因子失调；土壤对短期干旱或养分缺乏的缓冲能力变弱，迫使农户不得不频繁地大量灌水和多次施肥以维持产量，使水分和养分的利用率降低，农田管理成本增大。过去我们只注意了有机肥提供的养分，而对有机肥或秸秆提供的碳源重视不够，事实上，这些碳源在调节土壤肥力因子中起着重要作用。

Drinkwater和Snapp[29]认为，现在养分管理策略只注重向作物提供可溶性的无机养分，而忽略了碳氮磷循环在时间和空间上的匹配，使农田生态系统处于一个渗漏的无机营养饱和状态。改进的管理措施应注重无机库和有机库的协调，使无机养分能够较长时间地持留在有机库中，作物通过微生物或植物介导的过程获取养分，而不是仅注意可溶性无机养分库。发挥生物学过程使碳氮配合，将养分持留在土壤中，将会极大地降低对高无机养分投入的需求。可见，培育土壤有机碳氮库对改善土壤肥力、 增产和降低环境污染的重要作用。我们的研究[30,31]表明，单纯施用无机氮肥，土壤会有一个相对大的无机氮库，而相对小的有机碳氮库，减小了土壤的缓冲能力，增加了环境污染风险(图5)。有机无机配合，为微生物提供了碳源，既可以维持土壤相对较大的有机碳氮库，增加土壤的缓冲性能，又可以维持土壤较好的无机氮供应能力，提高土壤保水保肥性能。

图5 不同碳氮管理旱作农田土壤有机-无机氮库转化概念模型Fig.5 The concept model of soil organic-inorganic nitrogen transformation in different carbon and nitrogen management in upland

当土壤维持一个较大的有机氮库时，在水热条件较好的作物快速生长期，土壤有机氮可以通过矿化作用持续不断地供应作物对氮素的需求，只需要在关键生育期施用氮肥。这些氮肥除了被作物吸收外，还可转化成微生物氮和土壤有机氮暂时保存，降低了损失风险。当土壤有机氮库较小时，土壤失去了这种保持和供应养分的缓冲性能，即使多次施肥，也很难保证对作物养分的持续供应，因为根系接触的土壤氮比肥料氮的几率大得多，作物对土壤氮的吸收始终是主要的[8]。如果施入的肥料氮不能及时被土壤有机碳固定，就容易流失。在生产实践中农户经常抱怨“化肥越施地越馋”[32]，就是有机肥和碳投入量不足，土壤有机碳氮库变小的原因。

我国在有机肥利用方面存在很多问题，大量有机肥资源没有充分利用，而是变成了环境污染物的来源。对人畜禽粪尿的堆放和处理不当是我国有机肥管理中的突出问题，有机肥不能耕翻进土壤或施肥时期不当导致氨挥发、 淋洗损失和N2O排放增加[33]。农户和集约化养殖场对畜禽粪便的不当处理是这些问题的开始，尤其是有大约600百万吨(鲜重)露天堆积在土地或水道上，成为重要的点源污染，占排放到地表水中的 90% 的COD，38% 的氮和56% 的磷[34]，是湖泊、 河流和入海口水体富营养化化的主要来源[22]。

我们认为，这不是一个简单的技术问题，而主要原因还是社会经济问题。例如，在上世纪八十年代化肥没有普遍大量使用以前，我国农户非常重视农家肥的收集和利用。但到了近十几年，由于化肥很容易购买和相对较低的价格，运输施用方便；劳动力价格上升使农户认为收集和施用有机肥费时费工不卫生等，导致有机肥的回田率下降，占养分的比例下降[35]，直接影响到全国土壤肥力演变和农产品生产能力与稳定性。如果能将有机肥的回田率从现在的大约40%提高到国外的大约80%，还可以向农田再增加约N 12×106t 有机氮投入，就可以替代相当的化肥氮投入量，而且对提升土壤肥力具有极其重要的作用。

如何培育土壤有机碳氮库是我国提升土壤肥力的关键问题。对于Kong等[36]提出“高氮才能固碳”的观点，笔者[30-31]和国外的研究[37]都证实，长期合理氮肥投入加上秸秆还田能够显著增加土壤有机碳氮含量，氮肥与有机肥和秸秆配合效果更好，单纯大量施用氮肥不仅没有好处，有时还加速了土壤原有有机碳氮的分解，还会引起严重的氮素损失。事实上，对于冬小麦和夏玉米一年两季作物来说，黄淮海平原年平均施氮量N 430 kg/(hm2·a)[36]基本相当于本文论述的合理施氮量上限，加之该地区普遍采用的撒施肥料，氮肥的损失在30%以上，实际上发挥作用的氮肥投入量在本文的合理施氮量范围，而不是Kong等[36]论述的“投入无机肥越高、 产量越高、 有机质就会越高”。另外，文章[36]最后提出的该地区提高肥料利用率和降低损失的措施，如精准农业、 土壤测试、 微量元素和叶面施肥更不是解决问题的关键。

在上世纪八十年代以前，我国化肥使用量不高，科技工作者提出以“无机促有机“的观点，即通过增施无机肥，获得较高的籽粒产量和秸秆产量，秸秆可以作为牲畜饲料生产更多有机肥，再回到农田供应作物养分。过去三十年大量的化肥投入，人粪尿、 牲畜粪便和秸秆等有机肥资源迅速增加，但还田率在下降，因有机肥造成的水体和大气污染在加重，但通过有机肥回到农田的总养分量还是增加的。读者会担心，在某些过量施氮地区如果减少了化肥氮的施用，会不会降低有机肥的产出量。我们认为，通过合理施氮减少氮肥施用量，并不会引起作物籽粒和秸秆产量的降低，甚至会增加产量，有机肥的产出量也不会减少。如果能提高有机肥的回田率，通过有机肥供应的作物养分量还会增加。我们的研究还表明，过量施氮会引起作物秸秆碳氮比下降，还田后不利于增加土壤有机质，而合理施氮可以提高作物秸秆的碳氮比，回田后有利于土壤有机质的累积[31]。

4 值得商榷的几个问题

4.1 氮肥是否过量

4.2 未来氮肥需求量

图6 19612010年我国氮肥总使用量与粮食总产的关系(数据来源： FAO [26])Fig.6 The relationship between total N fertilizer consumption and total grain production from 1961 to 2010 in China (Data source： FAO [26])

我国未来需要多少氮肥，首先取决于中国未来需要生产多少粮食、 蔬菜、 水果和肉奶蛋。其次决定于将施氮过程和施氮后的氮素损失程度降低到什么程度，我们需要逐步从粗放的施肥方式中走出来。尽管未来的农产品需求会增长，但如果将现在的粗放施氮损失降低30%，中国将来的氮肥需求增长量并不大，这是值得进一步研究的重要问题。

4.3 降低氮污染

蔡祖聪等[38]进一步提出了“必须加强高投入条件下解决氮污染问题的研究，建立相应的理论体系，政策措施和技术方法”。根据本文的分析，如果这种高投入是建立在高损失的条件下，其造成的氮污染是难以解决的。我们知道，氮肥的损失途径包括氨挥发、 淋洗和径流以及反硝化损失，损失的这些活性氮都有强烈的生态环境效应，即使反硝化损失以氮气为主，也会引起很高的经济和能量损失。我们认为，氮污染的控制应该遵循“源头控制的原则”，“末端治理”会付出更大的环境和经济代价。问题的焦点还是如何界定这种“高投入”，如果这种高氮投入是在合理施氮量范围内，这种“理论体系和技术措施”业已存在，只是在具体生产实践中落实不到位的问题；如果这种“高投入”是为了维持那种不高的产量，而放任施氮过程和施氮后的大量损失，那么这种“解决氮污染”的方法很难找到，也许根本就不存在。从本文的分析看，未来降低氮污染的关键是通过施肥技术和政策法规实质性地从源头降低氮肥大量损失。要进一步提高我国的农产品产出量，主要依赖于将氮肥在区域间的合理调配。在过量施氮地区，通过增加氮肥投入不仅不会增产，还会加重污染，进一步增产依赖于对整个作物生产过程优化农艺措施的落实[39]；在投入不足地区，依赖于进一步改善生产条件和土壤肥力，发挥增施氮肥的增产作用。

参考文献:

[1] Ju X T, Xing G X, Chen X Petal. Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of USA, 2009, 106： 3041-3046.

[2] 朱兆良. 推荐氮肥适宜施用量的方法论诌议[J]. 植物营养与肥料学报, 2006, 12(1)： 1-4.

Zhu Z L. On the methodology of recommendation for the application rate of chemical fertilizer nitrogen to crops[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2006, 12(1)： 1-4.

[3] Zhang W F, Dou Z X, He Petal. New technologies reduce greenhouse gas emissions from nitrogenous fertilizer in China[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of USA, 2013, 110： 8375-8380.

[4] Johnston A E, Poulton P R. Nitrogen in agriculture： An overview and definitions of nitrogen use efficiency[J]. Proceedings of the International Fertiliser Society, 2009, 651.

[5] Jensen L S, Schjoerring J K, van der Hoek Ketal. Benefits of nitrogen for food, fiber and industrial production[A]. Sutton M A, Howard C M, Erisman J Wetal. The European nitrogen assessment[C]. New York: Cambridge University Press, 2011. 32-61.

[6] 朱兆良, 张福锁. 主要农田生态系统氮素行为与氮肥高效利用的基础研究[M]. 北京： 科学出版社, 2010. 1-27.

Zhu Z L, Zhang F S. Basic research on nitrogen behaviors and high nitrogen fertilizer use efficiency in Chinese main intensive agricultural ecosystems[M]. Beijing： Science Press, 2010. 1-27.

[7] Ju X T, Christie P. Calculation of theoretical nitrogen rate for simple nitrogen recommendations in intensive cropping systems： A case study on the North China Plain[J]. Field Crops Research, 2011, 124： 450-458.

[8] 巨晓棠. 氮肥有效率的概念和意义[J]. 土壤学报, 2014, 51(5), doi:10.11766/trxb201405130230.

Ju X T. The concept and mean of nitrogen fertilizer availability ratio[J]. Acta Pedologica Sinica, 2014, 51(5), doi:10.11766/trxb201405130230.

[9] Department for environment food and rural affairs (Defra). Fertilizer manual (RB 209)(8thedition)[M]. Norwich： TSO (The Stationery Office). 2010.

[10] 张福锁, 陈清, 张晓晟, 等. 中国蔬菜养分管理环境评价[A]. 朱兆良, Norse D, 孙波, 等.中国农业面源污染控制对策[M]. 北京 ： 中国环境科学出版社, 2006.135-299.

Zhang F S, Chen Q, Zhang X Setal. Environmental assessment of nutrient management in vegetable production in China[A]. Zhu Z L, Norse D, Sun Betal. Policy for reducing non-point pollution from crop production in China[C]. Beijing： China Environmental Science Press, 2006.

[11] 张福锁, 陈新平, 陈清, 等. 中国主要作物施肥指南[M]. 北京： 中国农业大学出版社, 2009.

Zhang F S, Chen X P, Chen Qetal. Fertilizer application guideline for main crops of China[M]. Beijing： Chinese Agricultural University Press, 2009.

[12] Zhang F S, Cui Z L, Chen X Petal. Integrated nutrient management for food security and environmental quality in China[J]. Advance in Agronomy, 2012, 116： 1-40.

[13] Zhu Z L, Chen D L. Nitrogen fertilizer use in China-Contributions to food production, impacts on the environment and best management strategies[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2002, 63： 117-127.

[14] Ju X T, Kou C L, Zhang F Setal. Nitrogen balance and groundwater nitrate contamination： comparison among three intensive cropping systems on the North China Plain[J]. Environmental Pollution, 2006, 43： 117-125.

[15] 樊兆博. 滴灌施肥对设施番茄产量和资源利用效率的影响[D]. 北京： 中国农业大学博士学位论文, 2014.

Fan Z B. Effect of fertigation on tomato yield and resource use efficiencies in greenhouse[D]. Beijing： PhD thesis, China Agricultural University, 2014.

[16] 国家统计局. 国家数据[DB/OL]. http： //data.stats.gov.cn/workspace/index?m=hgnd. 2013-00-00.

National Bureau of Statistics of China. National data[DB/OL]. http： //data.stats.gov.cn/workspace/index?m =hgnd. 2013-00-00.

[17] Li Y J, Kahrl F, Pan J, Roland-Holst Detal. Fertilizer use patterns in Yunnan Province, China： Implications for agricultural and environmental policy[J]. Agricultural Systems, 2012, 110： 78-89.

[18] 同延安, Ove Emteryd, 张树兰,等. 陕西省氮肥过量施用现状评价[J]. 中国农业科学, 2004, 37 (8)： 239-244.

Tong Y A, Ove E, Zhang S Letal. Evaluation of over-application of nitrogen fertilizer in China’s Shaanxi Province[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2004, 37 (8)： 239-244.

[19] Goulding K. Nitrate leaching from arable and horticultural land[J]. Soil Use Management, 2000, 16： 145-151.

[20] Cui Z L, Yue S C, Wang G Letal. In-season root-zone N management for mitigating greenhouse gas emission and reactive N losses in intensive wheat production[J]. Environmental Science and Technology, 2013, 47(11)： 6015-6022.

[21] Zhou M H, Butterbach-Bahl K. Assessment of nitrate leaching loss on a yield-scaled basis from maize and wheat cropping systems[J]. Plant and Soil, 2014, 374： 977-991.

[22] 朱兆良, Norse D, 孙波,等. 中国农业面源污染控制对策[M]. 北京 ： 中国环境科学出版社, 2006. 135-299.

Zhu Z L, Norse D, Sun Betal. In policy for reducing non-point source pollution from crop production in China[M]. Beijing： China Environmental Sciences Press, 2006. 135-299.

[23] Snyder C S, Bruulsema T W, Jensen T Letal. Review of greenhouse gas emissions from crop production systems and fertilizer management effects[J]. Agriculture Ecosystems and Environment,2009,133： 247-266.

[24] Van Groenigen J W, Velthof G L, Oenema Oetal. Towards an agronomic assessment of N2O emissions： a case study for arable crops[J]. European Journal of Soil Science, 2010, 61： 903-913.

Xiang J, Zhong B N. Impact of demographic transition on food demand in China： 2010-2050[J]. China Population Resources and Environment, 2013, 23(6)： 117-121.

[26] FAO. FAOSTAT： FAO Statistical Databases[DB/OL]. Rome, Italy, 2014. http： //faostat3.fao.org/faostat-gateway/go/to/home/E

[27] 李书田, 金继运. 中国不同区域农田养分输入、 输出与平衡[J]. 中国农业科学, 2011, 44(20)： 4207-4229.

Li S T, Jin J Y. Characteristics of nutrient input/output and nutrient balance in different regions of China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2011, 44(20)： 4207-4229.

[28] 朱兆良, 金继运. 保障我国粮食安全的肥料问题[J]. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(2)： 259-273.

Zhu Z L, Jin J Y. Fertilizer use and food security in China[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2013, 19(2)： 259-273.

[29] Drinkwater L E, Snapp S S. Nutrients in agroecosystems： Rethinking the management paradigm[J]. Advance Agronomy, 2007, 92(92)： 163.

[30] Qiu S J, Ju X T, Ingwersen Jetal. Role of carbon substrates added in the transformation of surplus nitrate to organic nitrogen in a calcareous soil[J]. Pedosphere, 2013, 23(2)： 205-213.

[31] 黄涛. 长期碳氮投入对土壤碳氮库及环境影响的机制[D]. 北京： 中国农业大学博士论文, 2014.

Huang T. The mechanisms of a long time carbon and nitrogen input on soil carbon and nitrogen pools and environmental impact[D]. Beijing： PhD thesis, China Agricultural University, 2014.

[32] 中央电视台. 被化肥“喂瘦”的耕地[Z]. 焦点访谈, 2014-05-25.

CCTV. Fertilizer thins the arable land[Z]. Focus interview, 2014-05-25.

[33] Novak S M, Fiorelli J L. Greenhouse gases and ammonia emissions from organic mixed crop-dairy systems： a critical review of mitigation options[J]. Agronomy for Sustainable De-velopment, 2010, 30： 215-236.

[34] 国家环保部. 中国第一次污染普查[EB/OL]. http： //cpsc.mep.gov.cn/gwgg/201002/W020100225545523639910.pdf. 2010-00-00

MEP. Bulletin on the first national census on pollution sources[EB/OL]. http： //cpsc.mep.gov.cn/gwgg/201002/W020100 225545523639910.pdf. 2010-00-00

[35] Ju X T, Zhang F S, Bao X Metal. Utilization and management of organic wastes from agricultural origin in China： Past, present and perspectives[J]. Science Chinese Series C： Life Science, 2005, 48： 965-979.

[36] Kong X B, Lal R, Li B Getal. Fertilizer intensification and its impacts in China’s HHH Plains[J]. Advance Agronomy, 2014, 125： 135-169.

[37] Brown K H, Bach E A, Drijber R Aetal. A long-term N fertilizer gradient has little effect on soil organic matter in a high-intensity maize production system[J]. Global Change Biology, 2014, 20： 1339-1350.

[38] 蔡祖聪, 颜晓元, 朱兆良. 立足于解决高投入条件下的氮污染问题[J]. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(1)： 1-6.

Cai Z C, Yan X Y, Zhu Z L. A great challenge to solve nitrogen pollution from intensive agriculture[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2014, 20(1)： 1-6.

[39] Chen X P, Cui Z L, Vitousek P Metal. Integrated soil-crop system management for food security[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of USA, 2011, 108： 6399-6404.