中国农业科学院植物营养与肥料研究60年

白由路

（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与肥料重点实验室，北京 100081）

中国农业科学院植物营养与肥料研究60年

白由路

（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与肥料重点实验室，北京 100081）

中国农业科学院植物营养与肥料研究经历了60年的发展历程。按照研究的重点，可大致可分为四个阶段，第一阶段为1980年之前的单一肥料肥效研究阶段，该阶段主要研究单一养分的肥料效应，为我国化学肥料工业发展提供了依据；第二个阶段是1980年至1990年，该阶段主要研究了氮磷钾营养元素的配合肥效与主要配合方式，为我国复合肥料的引进和发展提供了理论基础；第三阶段是1990年至2000年，该阶段主要进行平衡施肥技术研究，同时研究了中微量元素的肥料效应；2000年以后是第四阶段，该阶段可称为养分综合管理阶段，该阶段重点研究了精准施肥技术、测土配方施肥支撑技术、施肥与环境、新型肥料及节肥增效关键技术等，这些研究为保证我国粮食安全作出了重大贡献。

化学肥料；施肥技术；肥料效应；精准施肥；新型肥料；节肥增效

2017年8月27日是中国农业科学院土壤肥料研究所 (2003年4月更名为中国农业科学院农业资源与农业区划研究所) 建所60周年。60年来，该研究所围绕我国农业发展需求，依据我国农田养分特征和经济基础，组织开展了具有时代特征、涵盖所有肥料产品类型、施用技术以及肥料安全方面的研究。作为植物营养与施肥技术的国家级专业研究所，其取得的研究成果为保证我国粮食安全作出了巨大贡献，也代表着我国植物营养与肥料研究的高端水平。在60年后的今天，回顾中国农业科学院植物营养与肥料研究艰辛的历程与取得的成就，追寻老一辈科学家对植物营养与肥料研究的足迹，传承老一辈科学家的奉献精神，将我国植物营养与肥料事业在新的时代推向新的高度。

纵观60年，中国农业科学院植物营养与肥料研究大致分为四个阶段：单一营养元素的肥效阶段；两种或两种以上化肥、化肥与有机肥组合营养阶段；兼顾中、微量元素的平衡施肥阶段；经济效益和生态可持续发展的养分综合管理研究阶段。

1 单一肥效研究阶段 (1957～1980)

中国农业科学院土壤肥料研究所成立之初(1957年8月)，中国农业科学院召开了全国肥料试验工作会议，同年11月，农业部发文建立全国化学肥料试验网 (以下简称化肥网)，化肥网由中国农业科学院土壤肥料研究所具体负责组织，各省 (市、自治区) 农业研究院所都基本上参加了这项工作[1]。在此期间，先后组织了三次全国或区域性化肥协作试验。1958～1962年，组织了全国氮磷钾化肥肥效试验，70年代组织了氮肥深施技术试验和南方氮肥钾肥肥效协作试验[2]。可以认为，20世纪80年代之前，全国的肥料试验基本上都是围绕化学肥料开展的。

50年代末，化肥网的试验结果基本上肯定了氮肥的肥效，氮肥在我国各种土壤和作物上施用一般都能增产，同时也明确了不同氮肥品种适宜的土壤条件以及主要作物的需肥规律和适宜的氮肥施用时期[3]，氮肥施用得到迅速推广。氮肥的推广极大地推进了我国氮肥的生产，我国氮肥从1957年的13万t，发展到了1980年的934.2万t，氮肥品种也由单一的硫酸铵，发展到了碳酸氢铵、氨水、氯化铵和尿素等[4]。此时期主要作物的产量得以大幅度提高。

60年代开始，全国化肥网在磷肥特别是低浓度磷肥施用技术和效果方面的研究取得了很大成就。在此期间，由于氮肥的大量施用和作物产量的提高，一些地区土壤缺磷开始显现。首先是在我国南方的一些低产稻田发现了单施氮肥稻苗容易“坐秋”。所谓“坐秋”是指南方水田，特别是低产田土壤经过一冬脱水变为冬干田后，翌年水稻插秧后长期不返青，稻根变黑腐烂，不长新根，秧苗枯萎，叶片发黄，分蘖很少，呈“半死不活”状态，生长停滞达20～40天之久，水稻成熟期极不一致，产量锐减，一般减产30%～50%。试验表明，用过磷酸钙900 kg/hm2作基肥撒施，每亩可增加稻谷137.8 kg，增产115%。1963年，湖南省在400万亩的冬干田上推广施用磷肥，增产粮食约1.8亿kg[5]。同时，研究得出土壤速效磷 (Olsen法) 含量 ＜ 5 mg/kg为缺磷，施磷肥增产显著；5～10 mg/kg为中度缺磷，配合施用氮肥也有增产效果；＞ 10 mg/kg，施磷一般不增产或增产不显著[1]。并研究了北方石灰性土壤施磷指标为：土壤速效磷 (Olsen法，P2O5) 含量 ＜ 10 mg/kg，施磷极为有效；10～20 mg/kg一般有效；＞ 20 mg/kg 一般无效[6]。

70年代以后，全国化肥网在磷矿粉的施肥技术上也进行了深入研究，明确磷矿粉的效果首先与磷矿粉中枸溶性磷的含量有关，枸溶性磷含量低的磷矿粉直接施用当季效果不明显；其次与土壤酸碱度有关，土壤pH值越低，磷矿粉的效果越好，石灰性土壤上施磷矿粉的肥效不稳定；最后是与作物的吸磷能力有关，肥田萝卜、荞麦、油菜、豌豆的吸肥能力强，施用磷矿粉的效果较好，紫云英、花生、大豆次之，小麦、水稻、谷子的吸磷能力较弱，不适宜施用磷矿粉[7]。

70年代中期后，化肥网试验结果明确了我国南方钾肥在16种作物上不仅有增产效果，还可以增加作物的抗病、抗逆能力，提高作物品质。明确了南方各省主要土壤钾素含量和钾肥肥效的关系，指出土壤速效钾 ＜ 40 mg/kg时，属于极度缺钾水平，施用钾肥在水稻上的增产效果极显著；当土壤速效钾为40～80 mg/kg时，属于缺钾水平，施用钾肥可增产10%～20%以上；当土壤速效钾在80～120 mg/kg时，属于中等水平，施用钾肥有一定肥效，可增产10%左右；当土壤速效钾 ＞ 120 mg/kg时，土壤属于不缺钾水平，施用钾肥一般不增产[1]。同时在北方也针对不同作物和土壤速效钾含量，研究了钾肥的肥效与土壤速效钾的关系[8]。

20世纪80年代之前，我国化肥工业基础十分薄弱，为了保证我国粮食安全，除合理施用化学肥料外，中国农业科学院对其他肥料也进行了广泛的研究，先后进行了麦田绿肥翻压研究[10]，北方玉米田豌豆翻压的应用及其对产量的影响研究[11–12]等，同时对农区绿肥饲料兼用也有较深入的研究[13]。由于化肥较少，微生物肥料研究与应用也较多，特别是对根瘤菌的研究与推广[14]、5406放线菌的研究与应用[15–18]等，以及其他微生物肥料也都有研究[19]。该时期也进行了沼气[20]、堆肥[21]及土壤肥料养分测试技术的研究[22]。

对肥料的研究和应用极大地推动了我国的化肥生产。至1980年，我国化肥施用量由1957年的37.3万t增加到了1269.4万t，1957年仅有氮肥生产，到1980年氮肥施用量达到934.2万t、磷肥施用量达到273.3万t，钾肥用量34.6万t。由于该时期对复合肥研究较少，至1980年，我国复合肥用量仅27.2万t[23]，有机肥料所提供的养分占比由80%以上下降至50%[24]。

2 组合肥效研究阶段 (1980～1990)

进入20世纪80年代以后，中国农业科学院进行全国规模的氮、磷、钾肥料效应试验，明确了不同地区的肥料适宜用量和养分比例[1]。70年代以后，由于我国化肥生产和进口数量的增加，一些地区表现出氮、磷、钾肥比例失衡，肥效下降，为此，中国农业科学院在1981～1983年有组织地完成了5000多个试验点的氮、磷、钾用量和比例试验，结果表明每公斤氮增产稻谷9.1 kg、玉米13.4 kg、棉花 (皮棉) 1.2 kg、小麦10 kg、油菜籽4 kg。同时，明确水稻的适宜用量为183 kg/hm2，氮、磷、钾的适宜比例为1∶0.34∶0.35。并对我国化肥使用情况进行了区域划分，把全国划分为8个一级区、31个二级区[25]，为指导我国化学肥料的合理施用提供了重要依据。该期的研究也为我国复合肥料的引进和生产奠定了基础，推动了我国复合肥料的生产和引进[26–27]，我国复合肥用量从1980年的27.2万t增加到了1990年的341.6万t[23]。

在这个时期，中国农业科学院对豆科牧草根瘤菌的选育和应用也取得很大进展，选育出了沙打旺、三叶草、红豆草等27种根瘤菌菌种，研究了接种剂的生产工艺及种子丸衣化接种技术，一些有价值的根瘤菌已投入商品化菌剂生产，并在飞播牧草中得到应用，增产效果显著，累计接种面积达30万hm2[28]。

3 平衡施肥研究阶段 (1990～2000)

进入20世纪90年代后，我国化肥用量逐渐增大，养分不平衡现象发生。部分地区化肥用量过高，出现了养分报酬递减现象，平衡施肥迫在眉睫[29]。1989年，中国农业科学院引进了高效测试土壤养分的分析设备与方法[30]，全面分析土壤中的氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、铜、锰、锌、硼等11种营养元素。中国农业科学院土壤肥料研究所利用该设备在全国范围内进行了13000个土壤样品的测试，得出92.1%的土壤铵态氮含量低于临界值，42.7%、61.3%、64.8%土壤的速效磷、钾、锌含量低于临界值[31]。1995年至1996年，该方法列入农业部丰收计划推广项目，两年累计推广应用44.45万亩，新增纯收入3266.05 万元[32]。

在中、微量元素研究方面，中国农业科学院的研究涵盖了钙、镁、硫、硅、锌、锰、硼、钼等元素，施用技术包括了微量元素之间配合、微量元素与大量元素配合，以及微量元素与中量元素、有益元素配合的多项研究[33–39]。研究了硝酸钙对花生生长和钙吸收的影响，指出硝酸钙作为钙元素的来源，可显著提高花生产量和品质，增加花生各部位特别是荚果的含钙量，显著增加花生叶片中水溶性钙组分，促进花生对钙的均衡吸收和分配[33]。研究了小麦氮、磷与锌的配合施用问题，指出氮与锌配合施肥效果均优于单施氮和单施锌，磷与锌配合施肥优于单施磷和单施锌[34]。同时，在营养液培养时，当锌浓度达到26.2 mg/L，盆栽和大田施锌量达到750 kg/亩时也不会产生锌中毒，所以，在石灰性土壤上植物锌中毒较为困难[38]。也研究了大剂量锰对小麦生长的影响，与锌不同的是当小麦缺锰时，施锰肥的效果良好，但当土壤锰含量过高时，小麦就会锰中毒，在潮土中如果施锰大于250 mg/kg土，会影响小麦生长[39]。

1990年，针对我国含氯化肥增多的情况，中国农业科学院探讨了我国适宜施用含氯化肥的地区、土壤和作物以及安全高效施用技术，将33种作物按耐氯临界浓度划分为强耐氯作物 (＞ 600 mg/kg)、中等耐氯作物 (300～600 mg/kg) 和弱耐氯作物 (＜ 300 mg/kg)[40]。

该时期中国农业科学院还研究了作物施肥模型和计算机技术在施肥上的应用等，应用田间试验数据，建立了小麦、玉米、水稻的施肥模型，并利用当时的PC机建立了土壤肥料试验和农业统计程序包[41]，利用计算机建立了区域小麦、玉米、棉花施肥咨询系统[42]，为以后计算机在植物营养与肥料中的应用奠定了基础。

同时，在这个时期，中国农业科学院也注意到了施肥与环境的问题，指出北方一些地区由于农田氮肥的大量施用引起的地下水、饮用水硝酸盐污染问题十分严重，并提出了加强氮肥合理施用、提高群众环境意识和国家应考虑制定有关法规等建议[43]。

4 养分综合管理阶段 (2000年以后)

2000年以后，植物营养与肥料学科的研究逐渐复杂化，一方面要适应国际先进科学技术对植物营养与肥料学科的影响，另一方面要满足日益增长的人口对粮食的需求，同时生态环境和食品安全也越来越受到重视，所以，2000年以后的植物营养与肥料研究进入了多元化阶段，纵观中国农业科学院在植物营养与肥料方面的研究，可分为五个方面。

4.1 精准施肥

随着信息技术的发展，中国农业科学院从1999年开始进行精准施肥技术研究[44]，先后在北京郊区和上海长江农场进行了大量精准施肥技术研究，该研究包含三部分内容，一是土壤养分空间变异与土壤施肥精准管理，主要是根据我国农业发展高度分散的实际情况，开展了农田土壤养分变异与施肥研究[45]，基于分区的土壤养分管理模型[46]、精准施肥技术[47]，探讨了我国农业高度分散与高度集约化条件下的精准施肥技术体系[48]，研制了变量施肥机械等[49]，这些研究对我国在精准施肥方面的技术贮备有重要意义。

4.2 测土配方施肥技术支撑

2005年，我国开始了大规模的测土配方施肥工作[50]，中国农业科学院作为有重要技术支撑的科研机构，进行了大量的基于我国实际的测土配方施肥研究，这方面主要包括高效土壤测试技术的应用和施肥技术研究[51]。同时开展了基于光谱诊断技术的研究，包括基于高光谱的土壤有机质含量预测[52]，植物体内养分含量的高光谱响应[53]。在施肥模型方面，深入研究了基于作物产量和农学效率的推荐施肥模型[54]，该模型还做成了计算机软件得到了广泛的应用。

4.3 施肥与环境

20世纪70年代以后，施肥所引发的环境问题已被人们所关注[55]。中国农业科学院在20世纪末也深入研究了施肥与环境及食品安全问题[43]，研究认为，北京地区冬小麦夏玉米轮作粮田浅层地下水硝态氮平均含量为18.02 mg/L，超标率为55.4%，43个保护地菜田浅层地下水样本平均含量为72.42 mg/L，超标率达100%。北京市平原农区地下水中的硝态氮主要来源于地表淋溶，过量施用氮肥是地下水硝态氮污染的主要原因[56]。通过对山东地下水硝态氮的分析表明，地下水硝态氮含量较高的区域主要分布在农业较发达的种植区[57]。同时，中国农业科学院在防控肥料污染方面也做了大量的工作，研究表明，在镉污染土壤上，施用不同的磷酸盐对土壤镉的有效性影响不同，磷酸二氢铵可使污染褐土有效态镉含量降低2.4%～13.4%[58]。在中低剂量的Cd污染条件下，外源添加Zn 0.05 mg/L是降低水稻Cd吸收迁移及增加水稻产量的有效方法[59]。

4.4 新型肥料

为了保障粮食安全和生态安全、提高肥料效益、减少肥料损失，近年来，人们把希望寄托在新型肥料上，目前，将新型肥料分为缓/控释肥料、生物肥料、商品有机肥料、水溶性肥料和功能性肥料等[60]。中国农业科学院研究了纳米级材料胶结包膜型缓/控释肥料对提高氮素利用率和减少硝态氮淋溶损失的影响，采用不同的纳米级材料可提高小麦对氮素的利用率2.20～23.38个百分点，提高玉米对氮素的利用率1.01～21.36个百分点[61]。在早稻上控释掺混尿素的氮肥利用率较常规分次施肥提高7.61个百分点[62]。使用不同的肥料添加剂对肥效有很大影响，在低磷条件下添加腐植酸和海藻酸小麦产量较普通磷酸一铵增产9.74%～33.54%，高磷条件下增产26.81%～30.65%，磷肥表观利用率提高6.13～10.19个百分点[63]。采用15N标记方法研究不同尿素添加物对肥效的影响，结果表明，尿素中添加海藻酸、腐殖酸和谷氨酸可分别提高小麦产量7.12%、13.63%和3.65%，氮肥表观利用率分别提高7.64、9.52和2.19个百分点[64]。

4.5 节肥增效技术

2007年以来，中国农业科学院承担了国家“973”项目“肥料减施增效与农田可持续利用基础研究”，全面深入研究了肥际微域养分转化与调控、根际养分转化与调控、作物吸收转运与养分高效利用、有机无机肥料协同效应与机理、环境要素影响养分利用的机制与调控、农田养分时空变异特征与调控、不同区域养分循环特征与驱动机制、典型区域节肥增效途径与模式等[65]，为集约化农田减施化肥20%～30%提供了理论基础与技术支撑。

60多年来，中国农业科学院土壤肥料研究团队虽然经历多次重大调整，但是，植物营养与肥料的研究一刻也没有停止，即使在艰苦的条件下，仍然坚持植物营养与肥料的试验与研究。目前我国化肥用量已突破6000万t，保证粮食安全的同时，也给环境造成了巨大的压力，特别是由于肥料的不合理施用，造成了土壤质量退化、农产品品质下降、环境污染等一系列问题，针对这些问题，中国农业科学院植物营养与肥料团队将一如既往、不忘初心、牢记使命，为创造一个环境优良、富足粮丰的美丽家园再上新的征程。

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History of plant nutrition and fertilizer research in China

BAI You-lu
( Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Plant nutrition, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China )

The researches of plant nutrition and fertilizer have gone through 60 years' development, with fruitful achievements since the foundation of Soil and Fertilizer Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences. The researches could be divided into four periods, according to the research focus. Before 1980 was the period of mono-nutrient effects. During that period, the effects of N, P and K fertilizers were tested individually, which laid a foundation for the fertilizer industry in China. From 1980 to 1990, it came into the second period, when the combined application of N, P and K fertilizers and the combining ways had been concerned in most researches.The achievements provided important support for the importing and introducing of compound fertilizers in China.From 1990 to 2000 belonged to the third period, when was characterized by balanced fertilization researches, and the effects of micronutrients in the main crops as well. Since 2000, the researches come into the forth or present period, which could be named comprehensive nutrient managements. The typical researches include precession agriculture, soil testing and nutrient recommendation, fertilization and environmental safety, new type fertilizers and the key techniques for value-added fertilizers. All the researches played important roles for guarantee of the grain supply safety of China.

chemical fertilizer; fertilizer application technique; nutrient efficiency; precise fertilization;new type fertilizer; fertilizer saving and value-addition

2017–11–01 接受日期：2017–11–15

白由路（1961—），男，河南温县人，博士，研究员，长期从事植物营养与施肥技术研究。E-mail:baiyoulu@caas.cn