山東省馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)氮肥利用率比較分析

一、氮肥利用率的計(jì)算

兩種計(jì)算氮素利用率的方法：差減法和IN示蹤法。該公式是：

差減法N的利用率=[施氮區(qū)的施氮量-不施氮區(qū)的作物吸收量]X100%

IN示蹤法（%）=（施氮區(qū)的作物對氮素的吸收）X100%

總體而言，不管是以地上積累的氮還是以整株積累的N為基準(zhǔn)，采用示蹤方法的N利用率都要低于差減法。顯而易見，這是因?yàn)椴顪p法也包含了通過施用N的作物所吸收的更多的氮。此外，若以全株總氮為基準(zhǔn)，則用差減法和示蹤法進(jìn)行比較，其結(jié)果與土壤中尿素殘留量基本相近。即差減氮肥利用率包括兩個(gè)方面，一是作物在施用氮肥時(shí)的氮（示蹤法的利用率），另一種是由于施用氮肥而被作物吸收的土壤氮（也就是表面積極的激勵(lì)作用）。換句話說，差減法氮肥利用的數(shù)量大致等于示蹤法的氮肥使用與土壤中化肥氮的殘留量之和。后者僅僅是由于氮肥和氮素之間的生物交換。需要注意的是，在沒有使用有機(jī)肥料的情況下，這個(gè)數(shù)量的關(guān)系。如氮肥和秸稈等有機(jī)物質(zhì)結(jié)合使用，會增加氮素的生物固存效應(yīng)，從而導(dǎo)致肥料氮的凈殘留量。

從農(nóng)業(yè)的觀點(diǎn)來看，氮的作用評估應(yīng)該是差減的。這是因?yàn)樗从沉嗽谑褂冒狈柿现螅魑锏牡B(yǎng)分增加的實(shí)際水平，無論有沒有明顯的或真正的激勵(lì)作用。在肥料氮的轉(zhuǎn)化與流向的研究中，最好使用一種示蹤法，以便了解肥料氮利用、殘留及損失的真正狀況。我們通常所說的氮素利用率是用差減方法得到的，這是由于它更易于獲取。在大田條件下，通過設(shè)定不同施肥水平和不施用氮肥區(qū)，通過測量不同的施肥方式，可以得到氮肥的真正利用率。

二、調(diào)查方法

1、研究背景

根據(jù)國際馬鈴薯研究中心的預(yù)計(jì)，在未來20年內(nèi)，全球?qū)⑿枰僭黾右粌|噸的糧食，以滿足世界人口的糧食需求和社會發(fā)展需要，而其中50%的糧食產(chǎn)量要靠馬鈴薯的產(chǎn)量來完成。馬鈴薯是一種高產(chǎn)、適應(yīng)性強(qiáng)、耐干旱的好品種，在高海拔、耕地質(zhì)量較低的地方都能夠種植，不會與其它主要糧食作物競爭。目前，“減肥減藥”已成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重大戰(zhàn)略，馬鈴薯的減重增效勢在必行。通過問卷調(diào)查、文獻(xiàn)檢索等方法，對我國6個(gè)主要地區(qū)的氮肥施用情況進(jìn)行了分析，以期為我國馬鈴薯減施化肥、節(jié)本增效提供科學(xué)依據(jù)。

2、分析計(jì)算方法

國際上公認(rèn)的N是指每次施氮后的產(chǎn)量，即PFPN=YIF，Y表示施肥后的產(chǎn)量，F(xiàn)表示肥料使用的數(shù)量：不需空白對照，也不需要測定養(yǎng)分吸收量。

3、樣晶采集與分析

馬鈴薯品按GB/T8855-2008《新鮮水果和蔬菜取樣方法》（Oskarsson A，Widell A，OIsson I M，2004），采收當(dāng)年秋季取主要馬鈴薯生產(chǎn)基地。布點(diǎn)采用對角線法，選5個(gè)樣點(diǎn)，取2～3kg馬鈴薯，樣品經(jīng)4分法縮堿至0.5kg，初步粉碎后裝于聚乙烯塑料食品袋包罐中于-20C冰箱冷藏，寄送至實(shí)驗(yàn)室。有機(jī)氯和除蟲菊酯的檢測依據(jù)NY/T761-2008（蔬菜和水果中有機(jī)磷、有機(jī)氯、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯類農(nóng)藥多殘留的測定）；有機(jī)磷類農(nóng)藥檢測依據(jù)：NY/T761-2008（Alexander P D，Alloway B J，Dourado A M，2006）。

4、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS11.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。當(dāng)對觀測值是否服從正態(tài)分布存在疑問時(shí)，應(yīng)使用偏離正態(tài)分布的檢驗(yàn)（Chojnacha K，hojnackiA，Gorecka H，Gorecka H，2005），本研究以樣本數(shù)據(jù)的特征采用直方圖檢驗(yàn)法、概率-概率散點(diǎn)圖（p-p plot）檢驗(yàn)法和偏度豐度法進(jìn)行驗(yàn)證。

5、異常數(shù)值的剔除

樣本由于采集、運(yùn)輸、制備、存儲和分析過程中的不適當(dāng)?shù)男袨橥饳z測結(jié)果異常，從而難以滿足統(tǒng)計(jì)要求，因此，需對異常值進(jìn)行甄別。剔除異常數(shù)據(jù)的方法有多種，常見的有準(zhǔn)則、Q檢驗(yàn)法和格拉布斯準(zhǔn)則等。其中準(zhǔn)則是建立在測量值的偏差超過的概率已小于1%的統(tǒng)計(jì)理論之上的，而準(zhǔn)則比較適用于大容量樣本的異常值判斷（王冬群，吳華新，沈群超，2012）。因此，本文采用準(zhǔn)則。

三、結(jié)果與分析

1、山東省馬鈴薯化肥的施用現(xiàn)狀

由表1可知的，山東省2022年馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)666.7m2（以下面積均同）化肥的平均投入量：N：26.02kg；P2O5：17.48kg；K2O：31.80kg，總的化肥投入量為75.30kg。其中，化肥施用量最少的是膠州產(chǎn)區(qū)，平均61.32kg，肥料投人較大的地區(qū)是安丘、肥城、平度，均在70kg以上，滕州的投入量最大，在85kg以上。各產(chǎn)區(qū)肥料的投入占比，N：33.19%～35.68%；P2O5：17.42%～30.04%；K2O：36.07%～46.90%。

2、馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)有機(jī)肥占比與基肥、追肥的施用比較

由表 2 可知，膠州、平度及肥城的有機(jī)肥施用量，占總施肥量的21%以上，滕州在34%以上，安丘最多在40%以上；基肥占比最少的是平度占78.37%，其次為肥城、膠州，均在85%以上，最多的是安丘與滕州，均在90%以上。從追肥的次數(shù)上來看，各產(chǎn)區(qū)的追肥次數(shù)均為0-3次，由此可知，山東省在種植馬鈴薯的過程當(dāng)中，肥料是復(fù)合肥的施用為主，有機(jī)肥的用量偏少，施用的方法是基肥，追肥量及次數(shù)均比較少。

3、馬鈴薯的氮肥偏生產(chǎn)力（PFPN）分析

通過計(jì)算得出，5 個(gè)馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)的氮肥偏生產(chǎn)力，不同產(chǎn)區(qū)的氮肥偏生產(chǎn)力，有著較大的差異，由高到低為：膠州＞安丘＞平度＞肥城＞滕州。膠州氮肥偏生產(chǎn)力最高是164.25 kg/kg，是滕州的1.64 倍。根據(jù)國家“雙減”計(jì)劃的要求，在相同的產(chǎn)量條件下，通過降低17%的氮素投資，可以使PFPN的質(zhì)量得到改善。PFPN提高后，PFPNgt;250kg.kg2的農(nóng)戶增加了18.0個(gè)百分點(diǎn)，PFPNgt;150kg/kg2之間的農(nóng)戶增加了12.8個(gè)百分點(diǎn)，PFPNgt;250kg/kg2的農(nóng)戶增加了5.3個(gè)百分點(diǎn)。

4、氮肥施用量對氮肥偏生產(chǎn)力的影響

PFPN與施氮量呈顯著的正相關(guān)；在低氮條件下，PFPN的變化具有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，不同農(nóng)戶的高、低PFPN差異可達(dá)到2～3倍；在施N量大的情況下，農(nóng)戶的PFPN仍處于低位。因此，當(dāng)前我國馬鈴薯PFPN水平偏低的主要原因是氮肥施用過量。

四、結(jié)論與討論

目前，土壤養(yǎng)分利用率、農(nóng)藝?yán)寐省⑸砝寐省⑵厣a(chǎn)率等指標(biāo)均有較大的變化。無肥區(qū)是衡量養(yǎng)分利用率和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素，但在實(shí)踐中仍有一些限制。由于在生產(chǎn)中不能設(shè)置無肥區(qū)，即在調(diào)查數(shù)據(jù)中不存在空白對照，因此采用氮肥偏生產(chǎn)（PFPN）對肥料的影響進(jìn)行評估。

綜上所述，目前山東省肥料利用率普遍不高，尤其是氮肥利用率，原因主要是施肥過量，施肥方法不合理，NPK 比例失調(diào)等，造成了生產(chǎn)成本高、品質(zhì)下降、環(huán)境污染嚴(yán)重。通過對三大主要糧食作物——小麥、玉米、水稻進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明：過量施用化肥是導(dǎo)致我國肥料利用率較低的主要原因。通過氮肥示蹤法在山東馬鈴薯田里的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)尿素的利用率僅為20.5%，僅為美國主要糧食作物的1/2。因此，合理施氮是目前馬鈴薯生產(chǎn)中的重要課題。

復(fù)合肥是我國馬鈴薯生產(chǎn)中的重要組成部分，在化肥消費(fèi)中占有50%左右，目前注冊的化肥品種有30，000多種，但是復(fù)混肥中有很大一部分是不適應(yīng)土壤和作物需要的，主要是一次基施。復(fù)肥的使用使化肥的用量和費(fèi)用都有所提高，但是其產(chǎn)量并不顯著，從而使化肥的利用率降低。針對不同的氣候、栽培條件、地形、土壤條件等不同的地區(qū)，可以采取相應(yīng)的“小調(diào)整”措施，以達(dá)到準(zhǔn)確的控制。通過“大配方小調(diào)整”，可以降低地區(qū)范圍內(nèi)的氮肥浪費(fèi)，提高化肥的使用效率。結(jié)果顯示，追施氮能降低化肥的損耗，增加氨的利用率。但在華北區(qū)，追肥次數(shù)多的地區(qū)，其產(chǎn)量偏低，這是因?yàn)樽肥㎞量與作物對氮的需求不相適應(yīng)所致。因此，建立科學(xué)的施肥次數(shù)和施肥時(shí)間是降低氮肥施用量、增加氮肥利用率的重要手段，而決定氮肥施用的時(shí)機(jī)與數(shù)量取決于對土壤的基本狀況和對作物生長發(fā)育的實(shí)時(shí)監(jiān)控。土壤檢測與植物營養(yǎng)診斷的有機(jī)結(jié)合是必須的。傳統(tǒng)的土樣試驗(yàn)方法至今仍是一種行之有效的方法，此外，還有多種快速、高效率的快速測定方法，為掌握土壤的基本條件提供了保證。植物養(yǎng)分的快速測定是必需的，目前有很多檢測方法，例如葉綠素測定SPAD-502、綠色作物光譜儀葉柄硝酸鹽測定法等，都已經(jīng)成功地應(yīng)用于馬鈴薯的氮營養(yǎng)診斷和施肥。因此，將土壤試驗(yàn)和植物養(yǎng)分診斷結(jié)合起來，是馬鈴薯在田間規(guī)模上實(shí)現(xiàn)氮素增產(chǎn)的一個(gè)重要手段。

雖然沒有研究新肥料的種類和使用情況，但近年來，許多新型肥料如緩釋肥、微生物肥、水溶性肥、商品有機(jī)肥等對降低氮素的作用不可忽視。采用緩釋肥，使氮肥的投入量降低20%，增產(chǎn)5.6%。適當(dāng)施用微生物肥還能減少馬鈴薯的施氮量，增加產(chǎn)量，增加氮的利用率，并能提高塊莖的質(zhì)量。另外，采用有機(jī)肥代替單肥、復(fù)合肥的方法，既可以加速干物質(zhì)向馬鈴薯的轉(zhuǎn)化，又能使土壤中的微生物含量和酶活力得到改善。要達(dá)到提高馬鈴薯的氮肥利用率，就必須拋棄傳統(tǒng)的施肥理念，采用新的化肥與化肥配合施用的方法。

增加農(nóng)作物的產(chǎn)量是提高土壤氮產(chǎn)量的一個(gè)主要方法。通過對山東馬鈴薯的增產(chǎn)潛力進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，該地區(qū)的馬鈴薯產(chǎn)量不足30%。由此可見，在目前的生態(tài)環(huán)境下，馬鈴薯的增產(chǎn)潛力很大。在未來很長一段時(shí)期，將高效氮肥品種養(yǎng)分管理、土壤管理、栽培方法、植保措施等有機(jī)結(jié)合起來，將成為促進(jìn)馬鈴薯增產(chǎn)、提高N肥生產(chǎn)水平的重要手段。

五、提高氮肥利用率的技術(shù)措施

1、確定適宜的氮肥施用量

為滿足日益增長的人口對食品的需要，我國今后將會繼續(xù)擴(kuò)大使用氮肥，最基本的問題就是如何提高化肥的氮素利用率。總體而言，在氮肥條件下，作物的產(chǎn)量表現(xiàn)出不同的響應(yīng)，從農(nóng)民的觀點(diǎn)來看，在產(chǎn)量效果曲線上應(yīng)尋找最優(yōu)的施肥量。所以，從各地塊的施氮量看，要在適宜的經(jīng)濟(jì)施肥量范圍內(nèi)，尤其不能高于最高施肥量。氮肥的管理要兼顧經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。

2、氮肥深施

在各種降低氮肥損失、提高氮肥利用率的技術(shù)中，深施氮肥是最有效、最穩(wěn)定的一種。必須承認(rèn)，由于氮肥品種、施肥技術(shù)等因素，導(dǎo)致了我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中出現(xiàn)了大量的追肥流失。歐洲多數(shù)國家使用的是硝酸銨，而國內(nèi)則是以尿素和碳酸氫銨為主。結(jié)果顯示，表施尿素的氮損耗要大于表施硝酸鹽。此外，在施肥技術(shù)上，目前國內(nèi)農(nóng)民難以實(shí)現(xiàn)深施或施完后及時(shí)澆水的問題。比如在使用基礎(chǔ)肥料的時(shí)候。將碳酸氫銨或尿素灑到地面上，要花幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間，然后再進(jìn)行施肥，這樣可以在灌溉之前保留下來；當(dāng)化肥停留在地面幾個(gè)小時(shí)后，就會導(dǎo)致大量的氮流失。

本研究表明，在北方通風(fēng)條件好的旱地土壤中，施用銨態(tài)氮或尿素態(tài)氮肥在14天內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮，而在高pH值的北方石灰土中，銨態(tài)氮在未轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮之前，會發(fā)生氨氣揮發(fā)土。結(jié)果顯示，表面施用碳酸氫銨和尿素，其氨氣揮發(fā)損失可達(dá)到50%以上，而在深施時(shí)，其揮發(fā)損失率會低于10%。試驗(yàn)結(jié)果顯示，施氮肥時(shí)，土壤流失約占施氮量的45%～73%，而施肥結(jié)合灌溉則是2%～8%，而施肥或施肥后，則只損失5%。試驗(yàn)表明，在8-10厘米的深度施用碳酸氫銨和尿素，其效果比表施提高1倍。所以，施用氮肥是實(shí)現(xiàn)碳酸氫銨、尿素等氮肥生產(chǎn)中最重要的一項(xiàng)技術(shù)措施。但在目前的生產(chǎn)情況下，該技術(shù)的應(yīng)用受到了很大的限制，比如華北地區(qū)流行的冬小麥/夏玉米輪作，在播種之前，要將化肥和土壤結(jié)合起來，可以進(jìn)行深施，但在春天，就很難進(jìn)行深施了。在夏玉米上，普遍實(shí)行的免耕播種法，使得氨肥的使用必須采取撒施的方法：三葉期追肥可以采取開溝施，但條施的質(zhì)量很難保證，依靠人工條施作業(yè)非常艱苦：在十葉期追肥由于玉米已基本封行，不得不采用雨前撒施或撒施后灌水的方式，氮肥的深施得不到保障，特別是高量施氮情況下的損失嚴(yán)重。如何在生產(chǎn)中實(shí)施深施氮肥，需要耕作、農(nóng)機(jī)、施肥等方面的專家共同努力，才能真正落實(shí)到生產(chǎn)中去。

3、平衡施肥

磷、鉀和中微量養(yǎng)分的供給是高效利用N的關(guān)鍵。我國化肥的發(fā)展歷程是以氮肥為主，過去由于磷、鉀肥的缺乏，制約了N肥的利用。在不同的土壤條件下，合理搭配N、P、K、中微量元素是提高產(chǎn)量、保證品質(zhì)、發(fā)揮各種肥料的重要手段。

4、其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施

農(nóng)作物的生產(chǎn)受諸多因素的影響，因此，要使一項(xiàng)投資的效益不受其它因素的制約，必須進(jìn)行合理的分配。氮僅僅是制約作物產(chǎn)量的一個(gè)重要因素，其它因素會使氮的利用受到影響，從而導(dǎo)致氮流失的問題在我國的農(nóng)業(yè)中日益突出。以華北平原為例，土壤水分、營養(yǎng)缺乏是制約農(nóng)作物生產(chǎn)的主要原因。氮和水的管理要配合好，氮與水的相互作用非常強(qiáng)，不但施氮不能充分利用作物的產(chǎn)量，而且供水不平衡也會造成N資源的浪費(fèi)。

（作者單位：273303 山東省臨沂市平邑縣保太鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心）