我國糧食作物氮肥利用率及其影響因素分析

王引榮，禇彥朝，李晉陵

（1.山西省農業規劃設計研究院，山西太原030001；2.運城農業職業技術學院，山西運城044000；3.山西省農業科學院農業資源與經濟研究所，山西太原030006）

氮肥利用率是衡量農作物氮肥吸收利用狀況的一個重要指標，作物要獲得高產，在氮磷施肥比例合理的情況下也必須有較高的氮肥利用率，否則很難取得高產高效的施肥效果。20世紀80年代以來，我國糧食作物單位面積產量隨著施肥量的增加而不斷增加[1]，單位面積施肥量2011年較1980年增加135.7 kg/hm2，糧食作物單產較1980年增加了2 431.5 kg/hm2，表明我國糧食作物的氮肥利用率較20世紀80年代有較大提高。但一些學者認為，我國糧食作物的氮肥利用率仍為35%左右[2]，顯然該說法不符合目前的生產實際。如果我國目前糧食作物的氮肥利用率仍為35%，2011年糧食作物單位面積產量就不可能較1980年增加2 431.5 kg/hm2。

面對我國糧食作物氮肥利用率在認識上的差異，十分有必要應用現有研究資料，對氮肥利用率及其影響因素進行深入分析，從而了解我國糧食作物單產持續增加下氮肥利用率的增減變化。

1 氮肥利用率的田間試驗與計算方法

差減法和同位素示蹤法是農作物氮肥利用率田間試驗常用的2種方法。在試驗設計相同的情況下，2種方法的研究結果并無多大差異，但在農作物氮肥利用率試驗中，氮肥單施的利用率和氮磷、氮磷鉀配合施用的氮肥利用率具有很大差異。

1.1 田間試驗方法

農作物氮肥利用率差減法田間試驗通常設不施肥（對照）、單施氮、氮磷、氮磷鉀、氮二倍磷鉀配合等處理[3]，氮肥可選用尿素、碳銨或硫酸銨等普通氮肥品種。同位素示蹤法[4]可不設對照，試驗氮肥用同位素標記，但差減法必須設置不施氮對照。田間試驗獲得的氮肥利用率則為農作物單施氮的氮肥利用率和氮磷、氮磷鉀配合下的氮肥利用率。

1.2 氮肥利用率計算方法

差減法氮肥利用率試驗，首先需對試驗作物植株進行全量分析，即分別測定各施氮處理和對照（不施氮）植株的氮含量，然后根據各處理小區的生物產量和氮素測定值計算不同處理作物單位面積氮素吸收量，依公式A＝（X－x）÷y計算試驗作物的氮肥利用率（A為氮肥利用率，X為施氮區作物吸收的氮量，x為不施氮區作物吸收的氮量，y為施氮量）。

同位素示蹤法試驗法則用測定的植株同位素氮含量計算單位面積氮素肥料吸收量，依公式R＝（NF÷Na）×100%（R為氮肥利用率，NF為作物吸收自標記肥料中的氮量，Na為施用的標記肥料氮量）計算試驗作物的氮肥利用率[5]。

2 影響農作物氮肥利用率的主要因素

施氮量、氮磷鉀施肥比例、種植密度、施肥次數及施肥方法均影響農作物的氮肥利用率，但施氮量和氮磷施肥比例是影響農作物氮肥利用率的重要因素（表 1）[6]。

表1 2005年忻州氮磷等比與以磷定氮試驗方法下不同處理玉米氮素利用率計算結果

從表1可以看出，在氮磷為最佳施肥比例1∶1的情況下，施氮量為30 kg/hm2，玉米的氮肥利用率僅為54.6%，施肥量增加到60 kg/hm2，玉米氮肥利用率達到最大值81.5%，施氮量大于60 kg/hm2，氮肥利用率基本保持在54%左右，說明氮肥利用率受施氮量的影響；在以磷定氮試驗方法下，處理7施氮量稍大于處理3，施氮量為75 kg/hm2，處理7的玉米氮肥利用率為61.5%，玉米氮肥利用率低于處理3，但高于處理2，說明氮磷施用比例也影響玉米氮肥利用率的高低；當施氮量增加到處理8的150 kg/hm2時，玉米氮肥利用率可達到70.7%，玉米的氮肥利用率顯著高于處理7，施氮量大于150 kg/hm2時，隨施氮量的增加，玉米氮肥利用率呈逐漸降低趨勢；在最佳氮磷比例條件下，用相交直線法求得的玉米最大施肥量為120 kg/hm2；在以磷定氮條件下，在最大施肥量范圍內，玉米的氮肥利用率隨施氮量的增加而增加，玉米氮肥利用率最大時的施肥量為150 kg/hm2左右，而在最佳施肥比例試驗條件下，玉米氮肥利用率最大時的最大施肥量低于150 kg/hm2。

從表1還可以看出，玉米氮肥利用率高并不一定生理利用率也必然高，而玉米氮肥的生理利用率主要受施肥比例的影響；氮磷最佳施肥比例試驗不同處理玉米氮肥的生理利用率，均顯著高于以磷定氮試驗不同處理的生理利用率，表明氮磷施肥比例對玉米氮生理利用率的影響大于對玉米氮肥利用率的影響。有關施氮量對玉米氮肥利用率的影響，還可以用表2[2]的數據進一步說明。

表2 小麥、玉米氮肥用量和氮肥利用率

從表2可看出，小麥施氮量在60～383 kg/hm2的范圍內時，小麥氮肥利用率在0.3%～88.9%之間變化，小麥平均施氮量130 kg/hm2條件下的氮肥利用率為40.5%，大于這一施氮量之后，隨施氮量的增加，小麥氮肥利用率呈逐漸降低趨勢。而玉米施氮量在37～363 kg/hm2的范圍內時，玉米氮肥利用率在1.7%～81.6%之間變化，玉米平均施氮量171 kg/hm2條件下的氮肥利用率為26.3%。分析表明，在最大施氮量范圍內，小麥、玉米氮肥利用率隨施氮量的增加而增加，最大施肥量之后氮肥利用率逐漸降低，而小麥、玉米最大施氮量下的氮肥利用率分別達到88.9%和81.6%。

3 我國糧食單產持續增加下的氮肥利用率

已有研究表明，同一作物用差減法和同位素法試驗的氮肥利用率并無顯著差異，因此，我國糧食單產持續增加條件下的氮肥利用率，用階段施氮量增量依作物每形成100 kg經濟產量吸收的氮素量估算[7]，較目前用個別地區少數試驗點作物氮肥利用率的平均試驗結果代替我國糧食作物的氮肥利用率更接近實際，我國糧食產量持續增加[8-9]條件下的氮肥利用率估算結果如表3所示。

從表3可以看出，我國1996—1999年糧食作物單位面積施氮量平均為193 kg/hm2，糧食作物的氮肥利用率為78.9%，大于這一施氮量之后，隨施氮量的增加，糧食作物的氮肥利用率明顯降低，這與小麥、玉米平均施氮量為150 kg/hm2左右時氮肥利用率最高，同一試驗中大于這一施氮量之后，隨施氮量的增加，氮肥利用率呈減少趨勢具有一致的規律。而表3結果顯示，2008—2011年單位面積施氮量達到214.8 kg/hm2，但氮肥利用率還能達到71.6%，主要原因可能與近年來農作物種植密度普遍較過去有較大提高有關[10-14]。分析表明，我國糧食作物不同階段氮肥平均利用率為62.5%，糧食作物氮肥利用率較20世紀80年代氮肥利用率研究結果35%有較大幅度提高。

表3 我國糧食產量持續增加下的氮肥利用率估算結果[6]

4 結論與討論

作物單位面積施肥量、氮磷施肥比例及其種植密度是影響氮肥利用率大小的主要因素，而施氮量是影響作物氮肥利用率的重要因素。糧食作物的氮肥利用率通常隨著施氮量的增加而逐漸增加，最大施氮量時糧食作物的氮肥利用率達到最大值，超過最大施氮量之后，隨著施氮量的增加，糧食作物的氮肥利用率降低并穩定在某一水平。

1980年以來，我國糧食作物的氮肥施用量逐年增大，糧食作物產量也呈階段式顯著增加規律[15]，1996—1999年、2000—2003 年、2004—2007年、2008—2011年4個階段氮肥施用量平均較1990—1995年增加44.9 kg/hm2，糧食作物單位面積產量平均增加1 073.3 kg/hm2，氮肥利用率平均達到62.5%，顯著高于20世紀糧食作物氮肥利用率為35%的研究結果。但一些研究者認為，我國主要糧食作物的氮肥利用率并未較20世紀80年代顯著增加，顯然不符合我國糧食作物隨著氮肥施用量的增加而持續增加的實際。如果我國目前農作物氮肥利用率還保持在35%的水平，顯然，糧食作物階段施氮量平均增加44.9 kg/hm2，單產就不可能增加1 073.3 kg/hm2。

糧食作物35%的氮肥利用率是在20世紀80年代低密度[10]、施氮量較小和氮磷比例不合理的情況下得出的結論。近年來，有關我國主要糧食作物氮肥利用率的試驗研究雖然也得出相同的結果，但把為數較少地區有限試驗點的結果作為我國糧食作物的氮肥利用率，顯然不可能與生產實際相符，其重要原因是：試驗不同作物采用的種植密度、施肥量和氮磷施用比例與我國糧食作物生產實際不一致，同樣存在著施氮量較小和種植密度較低的問題。

氮磷施肥比例對糧食作物生理利用率的影響大于對氮肥利用率的影響，因此，在氮磷施肥比例不合理的情況下，氮肥利用率高產量并不一定就高，但要獲得高產，必須提高作物對氮肥的生理利用率。目前，我國糧食作物的氮肥利用率雖然較高，但生理利用率還比較低，因此，提高我國糧食作物單位面積產量的關鍵就是因土因作物合理確定氮磷的施肥比例。

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