作物生物節氮技術研究進展

摘要:綜述了作物氮肥肥料利用率現狀，從平衡施肥、采用緩釋/控釋肥料、氮肥深施及分次施用、控制施用量、根據土質不同選擇施用時間、利用儀器診斷施肥、加入增效劑、精確施肥等方面總結了生物節氮的方法，并對今后生物節氮技術進行了展望。

關鍵詞:作物;肥料利用率;生物節氮方法

中圖分類號:S147.2文獻標識碼:A DOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.02.001

Research Development Trends of Nitrogenous fertilizer Use Efficiency in Crop

NIU Li-ya， YU Liang，FU Jing， LU Li， ZHANG Huan-ying， WANG Feng-zhi， ZHAO Song-shan

(Cangzhou Agriculture and Forestry Sciences Academy， Cangzhou， HeBei 06001， China)

Abstract:Nitrogenous fertilizer use efficiency status biology and the methods of nitrogenous fertilizer use efficiency was summarized in this text.From the balanced fertilization， using slow / controlled release fertilizer， nitrogen fertilizer deep application and spilt application rate， application time， soil application of different options according to the time， using fertilizer diagnostic equipment， adding synergist， precision fertilizer etc aspect.Summarized the biological nitrogen methods，and future outlooking in biological section of the prospect of nitrogen technology.

Key words: crop; fertilizer use efficiency; methods of fertilizer use efficiency

近年來，由于化肥用量增長過快，肥料應用及其它相關技術研究滯后，化肥施用不合理，導致化肥利用率明顯下降。化肥利用率的偏低，帶來了一系列問題，如資源浪費、農業生產成本增加、環境和農產品污染、農產品品質下降。面對有限的耕地資源和沉重的人口壓力，今后相當長的時間內，中國農業持續發展仍需大量施用化肥。在作物營養需求中，氮肥占據最重要的地位。目前，中國氮肥的利用率僅為30%~50% ，磷肥10%~25%，鉀肥40%~50%，低于發達國家15%~20%。每年通過淋溶、揮發等途徑損失的化學氮素約900~1 500萬t，價值約350~600億元，造成大量資源浪費的同時帶來嚴重的生態環境的破壞，提高氮肥利用率己經成為關系到國計民生的大事。因此，提高肥料利用率、充分發揮化肥的作用，對中國農業可持續發展具有極其重要的意義。

1氮肥利用率的現狀

目前，多數研究都是根據田間試驗的結果匯總而來的。由于田間試驗受土壤、水分、氣候等多種條件的影響，因此，不同地區、不同作物肥料利用率大田試驗結果相差較大，需要匯總大量試驗結果。朱兆良總結了中國 782 個田間試驗后得出，中國小麥、水稻和玉米對氮肥的利用率在 28%～41%之間，化肥利用率較低[1]。

2生物節氮的方法

2.1平衡施肥

平衡施肥物化集成技術是以養分平衡法為理論依據，以配方肥料為載體，實觀技術與實物相結合的科學施肥方法。原理是以實現目標產量所需養分量與土壤供應養分量之差作為配肥的依據，從而達到養分收支平衡之目的。簡而言之，就是 “缺什么補什么，缺多少補多少”，通過施用配方肥料解決農作物的施肥問題[2]，避免因缺乏某種養分而限制其他養分作用的發揮。平衡施肥技術要點在于不同種類營養元素的種類和比例的調節及作物不同生長時期肥料供應的強度與作物需求的平衡。

一般認為，中國土壤有普遍缺氮的總趨勢，但若缺磷，氮肥的利用率也很低。所以氮與磷、鉀及微量元素肥料配合施用及氮肥與有機肥料配合施用效果更好。氮肥對小麥株高、成穗數及穗型大小、粒質量直至最后的產量都有十分重要的影響。不施氮肥，即使施用等量的磷鉀肥，其株高要比施氮肥的矮8.91 cm，成穗數減少41%，每穗實粒數減少14.4粒，基部小穗的退化率達19.7%，盡管千粒質量有所提高，但最終的理論產量和實際產量分別下降48.2% 和46%[3]。

2.2緩釋/控釋肥料

肥料釋放養分的時間和強度與作物需求之間的不平衡是導致化肥利用率低的原因之一。緩/控釋肥料是采用各種機制對常規肥料水溶性進行控制，通過對肥料本身進行改性，有效地延緩或控制了肥料養分的釋放，使肥料養分釋放時間和強度與作物養分吸收規律相吻合(或基本吻合)[4]。

包膜控釋肥是通過包膜，預先設定肥料在作物生長季節的釋放模式，使其養分釋放規律與作物養分吸收相同步，從而達到提高肥效(肥料利用率)的一類肥料。它能延緩最初養分的釋放，延長植物對肥料有效養分吸收利用的有效期和設定養分持續有效釋放時間。包膜控釋肥的特點:(1)肥料利用率高，包膜控釋肥通過外層包膜材料的控制，避免了常規肥料的養分因為空氣蒸發、地下滲透以及地表水沖洗等原因引起的養分流失，可使肥料利用率達到80%以上;(2)通過包膜控制養分釋放，使作物養分供應平穩有規律，避免作物脫肥與徒長，增產效果明顯。

包膜控釋肥的施用量，要根據作物的目標產量、土壤的肥力水平和肥料的養分含量綜合考慮后確定。目前，大田作物上大面積應用的通常是包膜肥料與速效肥料的摻混肥，其施用量要充分考慮到包膜肥料的養分種類、含量及其所占的比例。包膜控釋肥的施用，需針對不同作物的種植和生長發育特點進行。對于水稻、小麥等根系密集且分布均勻的作物，可以在播種時按照推薦的專用包膜控釋肥施用量一次性均勻撒于地表，耕翻后種植。

緩釋/控釋肥料的研制成功，大幅提高了肥料的利用率，為解決資源利用、降低農業生產成本、提高農產品質量、減少環境污染等方面，做出了有益的探索。

2.3 氮肥深施及分次施肥

氮肥深施是各項提高氮肥利用率技術中效果最好的一種措施。試驗結果表明，碳銨或尿素深施增產效果比表施高 2.7%～11.6%左右，氮肥利用率也可提高 7.2%～12.8%[5，6]。不同時期分次進行施肥能夠有效減少一次施肥造成的損失，提高氮肥利用率。

2.4適宜的氮肥施用量

資料顯示，中國糧食產量隨著氮化肥用量的增加大幅增長，但單位化肥的糧食增產量卻明顯遞減[7]。20世紀60年代每公斤化肥增產糧食 21.0 kg，70年代8.8 kg， 80—90年代中期降到6.3 kg， 其增產作用降低的主要原因在于其利用率低[8]。在較低的施氮水平時，隨氮肥用量的增加，產量逐漸增加，超過一定用量時，產量不再增加反而下降。而且隨施氮量的增加，氮肥通過各種途徑損失的量也不斷增加，氮肥利用率也會下降。因此，氮肥施用量要控制在經濟最佳施氮量以內。

2.5 適時、適地施氮肥

土壤的質地、有機質含量都對氮肥施用有影響。一般認為，沙質土有機質礦化快，保肥性差，宜量少多次施用;黏質土有機質礦化較慢，施用的氨肥易被土壤膠體吸附和由于脫氮作用造成氮肥損失。壤質土供肥保肥性能優良，可根據植物的生長時期決定施肥方法[9]。

一般認為，在高產或超高產條件下，春季追氮時期適當后移可延緩旗葉和根系的衰老，提高粒質量而增加籽粒產量[10，11]。在超高產條件下，隨地力水平的提高，追施氮肥的時期對穗數的影響極小。

王明友[12]關于追氮時期對籽粒產量和品質的影響的研究表明，從優質高產的角度看，春季追肥可適當推遲至拔節或挑旗期，由于追氮時期對不同基因型品種的調控效果存在差異，生產上應注意根據品種類型和特性確定適宜的追氮時期。武際等[13]采用盆栽試驗方法研究表明，合理運籌氮肥能夠顯著提高強筋小麥籽粒產量。拔節期葉面噴施氮肥顯著提高了強筋小麥的株高、穗長、穗數、穗粒數和千粒質量， 從而促進小麥獲得了最高產量; 適當增加中、后期氮肥施用比例有利于改善強筋小麥品質，拔節期和抽穗期分2次追施氮肥效果最佳。綜合產量和品質效應， 拔節期噴施氮肥為最佳氮肥運籌方法。

2.6作物診斷施肥

20 世紀90 年代開始運用葉綠素儀(SPAD)進行作物營養診斷并進行推薦施肥，可以在田間條件下無損傷檢測植物葉片葉綠素相對含量。葉綠素儀工作原理是利用葉片中葉綠素含量和葉片含氮量的關系來確定作物的氮素營養狀況。具體方法是將植物葉片插入葉綠素儀測定部位感光后讀出葉綠素值(葉色值)，根據與植株含氮量的關系確定氮素診斷的葉色值，從而推斷出作物氮素含量，比傳統的氮肥推薦方法簡化了許多繁瑣的過程。在田間應用葉綠素儀進行作物氮營養狀況診斷時，不同測定時期和不同測定部位測定的結果不同，因此，要選擇作物的最佳測定時期和最佳測定部位，否則會影響測定結果[14]。SPAD 具有便捷、快速、時效性好、無損的特點，最重要的是可以減少氮肥施用量并提高肥料利用率。目前，SPAD 已經在水稻[15]、小麥[16]等作物上應用。

2.7氮肥中加入增效劑

氮素化肥中加入增效劑，與氮肥混合使用，能抑制土壤硝化作用的進行，還可以減少氮肥由于脫氮作用所造成的損失， 保肥性能就強，可次少量大。

尿素作為中國施用最多的一種氮肥，每年施用量占中國化學氮肥的一半以上。然而，尿素施入土壤后，經土壤脲酶的作用，易被水解，造成 NH3的揮發，帶來巨大的經濟損失和環境污染。脲酶抑制劑通過延緩尿素的水解，延長施肥點處尿素的擴散時間，從而降低了土壤溶液中 NH4 和 NH3 的濃度，能夠減少NO3揮發損失。

利用木質素作為尿素控釋材料，小麥盆栽試驗結果表明:在等氮量條件下與純尿素處理比較，添加木質素，不僅加速營養生長，促進結實率，粒數膨大，進而達到增產效果，而且能較大幅度地提高氮肥利用率，減少氮素的損失對生態環境污染，從而顯示出造紙工業木質素作為肥料控釋材料開發的廣闊前景[17]。

2.8精確定量施肥

緩釋肥養分釋放慢， 其揮發、淋溶等損失途徑也被抑制。氮素養分供應量前期較少，后期充足，與作物的養分需求曲線較接近，較好的達到動態平衡，還可以大大減少污染[18]。有試驗表明， SCU(緩釋尿素)能顯著提高氮素利用率，氮肥生理利用率比普通尿素提高了7.1%，氮肥農學利用率提高了5.8%[19]。可見， SCU(緩釋尿素) 肥料有更好的節氮增效效果。

3結論

目前，關于生物節氮的理論與技術研究工作已經取得了長足的進展，但是還不能滿足節氮農業的需求，還存在許多問題急需解決。在今后的研究中，要根據小麥的生命需氮信號和環境信息大力開發符合作物需氮特點的作物高效用氮技術，這對于保障糧食安全、保護生態環境都有極其重要的意義。

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