浅谈我国氮肥利用问题*

郭 伟 ，樊存虎

（山西运城农业职业技术学院，山西 运城 044000）

氮素是促进作物生长和形成产量的大量营养元素之一，作物对土壤中有效氮的吸收量是反映其生长状况的重要指标，也是影响土壤贫瘠地区作物生长发育的主要环境因素[1]。氮肥在增加作物产量、发展农业生产方面起到重要作用。我国是世界上人口众多的农业大国，以占世界7%的耕地养活了占世界22%的人口，这是一个了不起的功绩，但是作物增产的主要原因是化学肥料的大量施用。从1970年开始，我国农业生产中氮肥的施用量逐年增加，在一些高产地区尤为明显[1]。然而，我国氮肥利用率比发达国家低10%～20%[2]。随着氮肥过量施用，给生态环境也带来严重的负面影响，如地表水、地下水中NO3-N含量增高、江湖泊的水体富营养化和土壤酸化等。据统计，2019年我国氮肥（纯氮）年施用量为1 930万t，2010—2019年氮肥施用量在逐年递减；欧洲就氮素与植物生长相关研究进展的相关数据显示，世界氮肥投入量在逐年递增，世界各地氮肥消耗量在过去几十年里增加了许多倍，过量施用氮肥给环境带来了严重影响。现在氮肥的施用问题及如何提高氮肥利用，减少氮肥过量施用对生态环境的影响仍是世界亟待解决的问题[3]。在农业技术推广中，若对氮肥利用的理解不深入，将得到不大符合实际的结果[4]。

1 对氮肥利用率的认识

1.1 传统氮肥利用率的定义及表示方法

张福锁等认为氮肥利用率反映了作物对施入土壤中的氮肥的回收效率[2]；刘学军等对氮肥利用率的定义是指施入的肥料氮被当季作物吸收利用的百分率[5]；中国农业科学院土壤肥料研究所主编的《中国肥料》中把作物对施用氮素的回收率常称作氮肥利用率或利用系数，指施入农田的氮肥中，其氮素被当季作物吸收到体内的比例，不包括氮肥的损失和残留在土壤中的部分，通常以氮素量作为计算标准[6]。

上述概念表述的氮肥利用率是施肥作物吸收的氮素占施氮量的比例，是现在人们普遍认可的。肥料施入土壤后转变成土壤养分，其实作物吸收的养分都是直接来源于土壤，但只是一部分来自于原有土壤，另一部分来源于肥料。

传统氮肥利用率通常表示当季作物吸收肥料氮占施入肥料氮的百分比，描述的是作物吸收的氮有多少来源于肥料。用这种方法表示氮肥利用率，可以用差减法或示踪法计算，算法如下：

差减法：氮肥利用率（%）=[（施氮肥作物氮素吸收量-不施氮肥作物氮素吸收量）/氮肥施用量]*100%

示踪法：氮肥利用率（%）=（施氮肥作物氮素吸收量/氮肥施用量）*100%

由于差减法计算过程中包含了因施用氮肥而激发作物多吸收的土壤氮，所以差减法的计算结果比示踪法高。

1.2 对氮肥利用率认识

传统对氮肥利用率的认识，只反映了当季作物对肥料氮的利用情况，并未考虑到氮肥的后效和对土壤中氮素消耗的补充问题。单纯地追求传统氮肥利用率的高低是没有实际意义的。通过减少氮肥施用量，可以提高传统氮肥利用率，但不能达到高产的目标，这样的高氮肥利用率对实际生产没有任何意义。

巨晓棠通过研究分析肥料氮-土壤氮-作物吸氮“三氮”之间的关系，提出了氮肥有效率概念，即氮肥被作物吸收量和在主要根区土壤中残留量之和占施入氮肥的百分率[4]。氮肥有效率清楚地说明了氮肥的施用效果、对土壤氮素肥力和环境的影响，反映了氮肥被作物吸收、在土壤中残留和向环境中损失的实际情况，使氮肥施用效果与产量水平、土壤氮素肥力维持和环境影响程度紧密联系起来[4]。

1.3 传统氮肥利用率忽视的环节

传统氮肥利用率概念中仅提到施氮量、作物吸收肥料氮量和不施肥作物吸收氮素量，没有考虑到氮肥残留在土壤中对土壤氮库消耗的补偿效应，对土壤消耗氮的补充也是施用氮肥来维持或提高土壤氮素肥力的一个重要目的；它没有真实地反映施氮过程和氮肥施用后的损失情况，对通过技术改进来降低氮肥损失参考价值不大[4]。

另外，在计算氮肥利用率时要充分考虑当地土壤基础肥力、气候条件、施肥技术和作物生长周期等因素，确保土壤肥力状况稳定，才能保证结果的可靠性。施入土壤中的肥料在土壤中转化为作物可以吸收利用的土壤养分，若不考虑土壤养分库的增减，单纯计算养分利用率，就像工厂不考虑原料库存的多少，单从购买原料与生产成品计算产投比一样，是没有意义的[4]。

还有，由于人类活动引起的过量氮沉降现在也是全球土壤环境变化的重大问题。

2 我国氮肥的施用现状

2.1 近年我国氮肥产量变化状况

化学肥料是重要的农业生产资料，是作物的“粮食”。化肥在促进粮食和农业生产发展中起了不可替代的作用。我国从1970年开始，化肥在农业生产中的用量逐年增加，其中氮肥比例相对较高。据国家统计局数据，近20年来，在国家没有干预化肥使用量前，化学肥料（氮磷钾肥）的年产量逐年增加。2015年国家农业部印发关于《到2020年化肥使用量零增长行动方案》后，化肥年产量出现高峰后，开始减量生产。

2.2 我国农用氮肥施用情况

国家统计局数据显示，我国农用氮肥（纯氮）用量从1980年的934万t增加到2019年的1 930万t，其中在2012年用量达到2 399万t。由于化肥在施用中存在过量施用、盲目施用等问题，带来了成本的增加和环境污染。农用氮肥用量从2012年起逐年减少，但并没有影响粮食产量。

由于我国多数耕地田块小，主要以小农户土地分散经营，大部分农户施肥都是效仿他人，见别人用什么肥料、施多少量，就跟着效仿，没有考虑自己土地的肥力状况，这样很可能导致不合理施肥。许多高产田地块的氮肥施用量达到了250 kg/hm2～350 kg/hm2。在华北平原和长江中下游平原种植小麦、玉米和水稻地块中，以现在达到的产量计算，每亩地的平均适宜施氮量约为12.7 kg～13.3 kg（小麦）、10 kg～12 kg（玉米）和11.3 kg～12.7 kg（水稻）。Zhang等在全国27个省2 346个村，对4 218块水稻田、4 554块小麦地、4 522块玉米地、6 863个果园和3 889块蔬菜田块进行了调查，统计出氮肥施用量分别为（平均值±标准值）水稻田N 209±140 kg/hm2、小麦地N 197±134 kg/hm2、玉米地N 231±142 kg/hm2、果园N 550±381 kg/hm2、蔬菜地N 383±263 kg/hm2。巨晓棠通过分析国内15N示踪试验研究资料，认为我国现有农田管理水平下农田氮肥有效率在50%～60%之间，通过采用改进氮肥和农艺管理措施，未来我国氮肥有效率有可能提高到70%～90%[4]。

3 氮肥过量使用带来的问题

3.1 对作物生长及人畜的影响

氮肥施用过多会造成作物徒长，茎秆强度变弱，导致头重脚轻，作物易倒伏。同时，会造成作物贪青晚熟，更易遭受病害和虫害的威胁。氮素过量还会导致作物品质降低，如水果香味、色泽变差，以及一些蔬菜的营养成分降低，块根块茎作物糖分合成差。对于叶菜类蔬菜或饲草，氮素过量会导致其中硝酸盐在叶片中大量积累以至于对人体健康或牲畜造成危害。人们通过饮食摄入到体内的硝酸盐，80%可以经过排泄途径排出体外，剩余的20%被留在体内。人体内的硝酸盐经过硝化系统被转化成亚硝酸盐，亚硝酸盐可与血液中的血红蛋白结合，使血液运输氧气的能力降低，严重时会使人呼吸困难或死亡。硝酸盐是致癌物质亚硝酸盐化合物（亚硝胺）合成的物质基础。畜牧业发展需要的饲草作物吸收了大量的硝酸盐，在一定条件下释放出的NO2等气体达到一定浓度，会对牲畜产生毒害；牲畜食用了硝酸盐含量超过1%的饲草，会引发牲畜急性中毒，严重时会死亡。朱济成在关于地下水硝酸盐污染原因探讨的文章中提到，硝酸盐对猪、牛、羊、狗、兔等家畜的致死量为70 mg/kg~140 mg/kg（动物体重）。

3.2 对土壤的影响

氮素在土壤中以无机氮和有机氮形态存在。通常所说的土壤无机氮是指铵态氮和硝态氮，其含量一般只占土壤全氮的1%～2%，由于外界干扰其含量波动大；有机氮占土壤全氮的绝大部分，为98%以上。土壤中不同形态的氮素在土壤中可以相互转化，铵态氮在土壤可以被土壤颗粒吸附固定、被土壤微生物转化成有机态氮、经硝化作用氧化成硝态氮，若在碱性或中性条件下，铵态氮还会转化成氨挥发损失；硝态氮在土壤中经微生物的反硝化作用（嫌气条件下）转变成N2、NO、N2O，或被微生物利用形成有机氮；有机氮经微生物矿化分解形成氨。土壤中硝态氮比铵态氮的移动性大，极易流失。

长期过量施用氮肥，会引起土壤酸化现象发生，主要是由于铵态氮在土壤中经硝化作用转变成硝酸盐，在这个过程中会释放H+，导致土壤酸化；土壤的酸化还会导致土壤贫瘠、离子毒害、土壤板结等问题。在灌溉高产农业区和城镇地区，由于大量施用氮肥和工业废物与有机废物的影响，在0～4 m土层中，尤其是在2 m～4 m土层中NO3-N已有大量积累，地下水和地表水受到不同程度的污染（吕殿青，1996）。在沙质黄绵土（陕西榆林市米脂县）、重壤质缕土（陕西咸阳区杨陵）和黏质水稻土（陕西汉中市）中作物当季生长期间土壤NO3-N分别向下移动至200 cm以下、100 cm以下和60 cm左右；NO3-N从0～40 cm土层中的淋失量分别占施入氮量的41%、31%和15%。肥料氮的淋失中，NO3-N淋失是导致水体面源污染的主要原因。在对我国北方以地下水为主要水源的地区进行的抽样调查中发现，半数以上的饮用水硝酸盐含量严重超标（＞50 ml/L），其中最高达到300 ml/L，对人类健康构成了严重威胁（尹海峰，2012）。

在中性或碱性条件的土壤中，铵态氮容易转化成NH3而挥发损失。其挥发速率受土壤pH、土壤温度、施肥深度等因素影响，同时其他影响这些因素的条件也都会影响到氨的损失。富含黏土类矿物和腐殖质的土壤能够吸附氨气，因此，在土壤胶体含量很低或氨与土壤接触不紧密的情况下氨的挥发损失较大。有试验研究，将尿素施在粉砂壤土中，尿素从空气或土壤中吸收水分，水解生成氨；当土壤pH大于7及土温超过16 ℃时，这种类型的氨气损失尤为剧烈。

3.3 对大气环境的影响

N2O属于温室气体，其产生的温室效应约占整体温室效应的7.9%。土壤中的铵态氮或氮肥进入土壤转变成的铵态氮转变成NH3、N2O等气体，挥发到空气中，造成氮素损失，肥料浪费，经济效益低。在氮素生物地球化学循环研究中，农业生产释放到大气中的N2O及其影响因素成为一个研究方向。在农业生产中，N2O气体主要是土壤中硝态氮的反硝化作用产生的。当土壤中存在大量新鲜有机质体、氮含量在5%～10%、pH在5～8、室温达到30 ℃～35 ℃时，反硝化作用会特别强烈。研究表明，在我国水稻田中反硝化作用造成的氮损失量占到化肥损失量的35%。稻田在排水落干、中期烤田及收获前，会出现N2O释放高峰。

4 结束语

经过不同研究，研究者对氮肥利用率有不同的见解，但在实际运用过程中，应注意使用的参数的实际表示内容，以避免在不同基础上进行相互参照，产生误差。对氮肥利用率的理解，不能简单地对比数字大小，应考虑这些数据获得的方法与条件，对其结果和意义做出正确的分析。巨晓棠提出的氮肥有效率，不仅反映作物对施入氮肥的吸收，而且阐述了施入氮肥对维持土壤氮肥肥力的补偿效应，全面分析了氮肥施用对作物产量、土壤氮素盈亏和向环境中损失的综合效应，对今后氮素研究有一定指导意义。

现在国家深入推进农业绿色发展，持续改善农业生态环境，继续推进化肥农药减量化，优化实施果菜茶有机肥替代化肥试点，研究制定大田作物有机肥施用政策，构建有机肥施用长效机制，意在遏制化肥农药对生态环境的影响。从国家统计数据来看，按照目前化肥减量施用情况，粮食产量没有减少，没有对粮食安全造成威胁。可以推进有机肥替代化肥，结合科学种植管理技术，进一步促进农业绿色发展。