我国粮食作物氮肥利用率及其影响因素分析

王引荣，禇彦朝，李晋陵

（1.山西省农业规划设计研究院，山西太原030001；2.运城农业职业技术学院，山西运城044000；3.山西省农业科学院农业资源与经济研究所，山西太原030006）

氮肥利用率是衡量农作物氮肥吸收利用状况的一个重要指标，作物要获得高产，在氮磷施肥比例合理的情况下也必须有较高的氮肥利用率，否则很难取得高产高效的施肥效果。20世纪80年代以来，我国粮食作物单位面积产量随着施肥量的增加而不断增加[1]，单位面积施肥量2011年较1980年增加135.7 kg/hm2，粮食作物单产较1980年增加了2 431.5 kg/hm2，表明我国粮食作物的氮肥利用率较20世纪80年代有较大提高。但一些学者认为，我国粮食作物的氮肥利用率仍为35%左右[2]，显然该说法不符合目前的生产实际。如果我国目前粮食作物的氮肥利用率仍为35%，2011年粮食作物单位面积产量就不可能较1980年增加2 431.5 kg/hm2。

面对我国粮食作物氮肥利用率在认识上的差异，十分有必要应用现有研究资料，对氮肥利用率及其影响因素进行深入分析，从而了解我国粮食作物单产持续增加下氮肥利用率的增减变化。

1 氮肥利用率的田间试验与计算方法

差减法和同位素示踪法是农作物氮肥利用率田间试验常用的2种方法。在试验设计相同的情况下，2种方法的研究结果并无多大差异，但在农作物氮肥利用率试验中，氮肥单施的利用率和氮磷、氮磷钾配合施用的氮肥利用率具有很大差异。

1.1 田间试验方法

农作物氮肥利用率差减法田间试验通常设不施肥（对照）、单施氮、氮磷、氮磷钾、氮二倍磷钾配合等处理[3]，氮肥可选用尿素、碳铵或硫酸铵等普通氮肥品种。同位素示踪法[4]可不设对照，试验氮肥用同位素标记，但差减法必须设置不施氮对照。田间试验获得的氮肥利用率则为农作物单施氮的氮肥利用率和氮磷、氮磷钾配合下的氮肥利用率。

1.2 氮肥利用率计算方法

差减法氮肥利用率试验，首先需对试验作物植株进行全量分析，即分别测定各施氮处理和对照（不施氮）植株的氮含量，然后根据各处理小区的生物产量和氮素测定值计算不同处理作物单位面积氮素吸收量，依公式A＝（X－x）÷y计算试验作物的氮肥利用率（A为氮肥利用率，X为施氮区作物吸收的氮量，x为不施氮区作物吸收的氮量，y为施氮量）。

同位素示踪法试验法则用测定的植株同位素氮含量计算单位面积氮素肥料吸收量，依公式R＝（NF÷Na）×100%（R为氮肥利用率，NF为作物吸收自标记肥料中的氮量，Na为施用的标记肥料氮量）计算试验作物的氮肥利用率[5]。

2 影响农作物氮肥利用率的主要因素

施氮量、氮磷钾施肥比例、种植密度、施肥次数及施肥方法均影响农作物的氮肥利用率，但施氮量和氮磷施肥比例是影响农作物氮肥利用率的重要因素（表 1）[6]。

表1 2005年忻州氮磷等比与以磷定氮试验方法下不同处理玉米氮素利用率计算结果

从表1可以看出，在氮磷为最佳施肥比例1∶1的情况下，施氮量为30 kg/hm2，玉米的氮肥利用率仅为54.6%，施肥量增加到60 kg/hm2，玉米氮肥利用率达到最大值81.5%，施氮量大于60 kg/hm2，氮肥利用率基本保持在54%左右，说明氮肥利用率受施氮量的影响；在以磷定氮试验方法下，处理7施氮量稍大于处理3，施氮量为75 kg/hm2，处理7的玉米氮肥利用率为61.5%，玉米氮肥利用率低于处理3，但高于处理2，说明氮磷施用比例也影响玉米氮肥利用率的高低；当施氮量增加到处理8的150 kg/hm2时，玉米氮肥利用率可达到70.7%，玉米的氮肥利用率显著高于处理7，施氮量大于150 kg/hm2时，随施氮量的增加，玉米氮肥利用率呈逐渐降低趋势；在最佳氮磷比例条件下，用相交直线法求得的玉米最大施肥量为120 kg/hm2；在以磷定氮条件下，在最大施肥量范围内，玉米的氮肥利用率随施氮量的增加而增加，玉米氮肥利用率最大时的施肥量为150 kg/hm2左右，而在最佳施肥比例试验条件下，玉米氮肥利用率最大时的最大施肥量低于150 kg/hm2。

从表1还可以看出，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响；氮磷最佳施肥比例试验不同处理玉米氮肥的生理利用率，均显著高于以磷定氮试验不同处理的生理利用率，表明氮磷施肥比例对玉米氮生理利用率的影响大于对玉米氮肥利用率的影响。有关施氮量对玉米氮肥利用率的影响，还可以用表2[2]的数据进一步说明。

表2 小麦、玉米氮肥用量和氮肥利用率

从表2可看出，小麦施氮量在60～383 kg/hm2的范围内时，小麦氮肥利用率在0.3%～88.9%之间变化，小麦平均施氮量130 kg/hm2条件下的氮肥利用率为40.5%，大于这一施氮量之后，随施氮量的增加，小麦氮肥利用率呈逐渐降低趋势。而玉米施氮量在37～363 kg/hm2的范围内时，玉米氮肥利用率在1.7%～81.6%之间变化，玉米平均施氮量171 kg/hm2条件下的氮肥利用率为26.3%。分析表明，在最大施氮量范围内，小麦、玉米氮肥利用率随施氮量的增加而增加，最大施肥量之后氮肥利用率逐渐降低，而小麦、玉米最大施氮量下的氮肥利用率分别达到88.9%和81.6%。

3 我国粮食单产持续增加下的氮肥利用率

已有研究表明，同一作物用差减法和同位素法试验的氮肥利用率并无显著差异，因此，我国粮食单产持续增加条件下的氮肥利用率，用阶段施氮量增量依作物每形成100 kg经济产量吸收的氮素量估算[7]，较目前用个别地区少数试验点作物氮肥利用率的平均试验结果代替我国粮食作物的氮肥利用率更接近实际，我国粮食产量持续增加[8-9]条件下的氮肥利用率估算结果如表3所示。

从表3可以看出，我国1996—1999年粮食作物单位面积施氮量平均为193 kg/hm2，粮食作物的氮肥利用率为78.9%，大于这一施氮量之后，随施氮量的增加，粮食作物的氮肥利用率明显降低，这与小麦、玉米平均施氮量为150 kg/hm2左右时氮肥利用率最高，同一试验中大于这一施氮量之后，随施氮量的增加，氮肥利用率呈减少趋势具有一致的规律。而表3结果显示，2008—2011年单位面积施氮量达到214.8 kg/hm2，但氮肥利用率还能达到71.6%，主要原因可能与近年来农作物种植密度普遍较过去有较大提高有关[10-14]。分析表明，我国粮食作物不同阶段氮肥平均利用率为62.5%，粮食作物氮肥利用率较20世纪80年代氮肥利用率研究结果35%有较大幅度提高。

表3 我国粮食产量持续增加下的氮肥利用率估算结果[6]

4 结论与讨论

作物单位面积施肥量、氮磷施肥比例及其种植密度是影响氮肥利用率大小的主要因素，而施氮量是影响作物氮肥利用率的重要因素。粮食作物的氮肥利用率通常随着施氮量的增加而逐渐增加，最大施氮量时粮食作物的氮肥利用率达到最大值，超过最大施氮量之后，随着施氮量的增加，粮食作物的氮肥利用率降低并稳定在某一水平。

1980年以来，我国粮食作物的氮肥施用量逐年增大，粮食作物产量也呈阶段式显著增加规律[15]，1996—1999年、2000—2003 年、2004—2007年、2008—2011年4个阶段氮肥施用量平均较1990—1995年增加44.9 kg/hm2，粮食作物单位面积产量平均增加1 073.3 kg/hm2，氮肥利用率平均达到62.5%，显著高于20世纪粮食作物氮肥利用率为35%的研究结果。但一些研究者认为，我国主要粮食作物的氮肥利用率并未较20世纪80年代显著增加，显然不符合我国粮食作物随着氮肥施用量的增加而持续增加的实际。如果我国目前农作物氮肥利用率还保持在35%的水平，显然，粮食作物阶段施氮量平均增加44.9 kg/hm2，单产就不可能增加1 073.3 kg/hm2。

粮食作物35%的氮肥利用率是在20世纪80年代低密度[10]、施氮量较小和氮磷比例不合理的情况下得出的结论。近年来，有关我国主要粮食作物氮肥利用率的试验研究虽然也得出相同的结果，但把为数较少地区有限试验点的结果作为我国粮食作物的氮肥利用率，显然不可能与生产实际相符，其重要原因是：试验不同作物采用的种植密度、施肥量和氮磷施用比例与我国粮食作物生产实际不一致，同样存在着施氮量较小和种植密度较低的问题。

氮磷施肥比例对粮食作物生理利用率的影响大于对氮肥利用率的影响，因此，在氮磷施肥比例不合理的情况下，氮肥利用率高产量并不一定就高，但要获得高产，必须提高作物对氮肥的生理利用率。目前，我国粮食作物的氮肥利用率虽然较高，但生理利用率还比较低，因此，提高我国粮食作物单位面积产量的关键就是因土因作物合理确定氮磷的施肥比例。

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