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我国典型种植制度下氮肥利用与气态氮损失及调控策略探究

一、引言

1.1研究背景与意义

我国作为农业大国，农业生产在国民经济中占据着举足轻重的地位。经过多年的发展，我国已形成了多种特色鲜明的种植制度，以适应不同地区的自然条件和社会经济需求。从地域上看，东北地力保育区通过机械化节本增效、“秸秆还田+交替休闲耕作”等模式，为粮食持续增产提供技术支撑，其玉米田改垄耕作技术与传统耕作相比，有机质3年提高了2.46g/kg，产量提高了10.2%-13.8%，节约成本17-30元/亩；西北旱作农区利用抗蚀减灾农作制模式与技术，有效减少风蚀对农田生产的危害，如林农间作综合防控技术体系使风蚀量与常规耕作相比降低了28.32%，产量较常规耕作提高了27.28%。此外，还有西北绿洲灌区将保护性耕作与高效节水技术集成的制种玉米多熟高效农作制模式、西南丘陵旱地新三熟“小麦/玉米/大豆”模式、黄淮海麦玉两熟区小麦-玉米两熟超高产农艺与农机配套模式等。这些多样化的种植制度，在保障粮食安全、促进农业经济发展方面发挥了关键作用。

在各类种植制度中，氮肥作为重要的农业投入品，对农作物的生长和产量有着不可或缺的影响。合理施用氮肥能够显著提高作物的产量和品质，为保障粮食供应奠定基础。美国科学家R.G.Hoeft认为，如果立即停止施用氮肥，全世界的农作物产量将减少40%-50%。然而，当前我国氮肥利用现状却不容乐观。我国氮肥生产量和消费量均居世界首位，据资料统计，在1990-2000年的10年间，我国氮肥施用量增长了40.8%，消耗量已达2500万吨/年（纯氮），占全世界氮肥施用总量的30%左右，且仍呈增加趋势。但氮肥的当季利用率却很低，上世纪70年代为50%-60%，80年代为40%，90年代后的表观利用率只有30%-35%，高产地区甚至在30%以下，这不仅造成了巨大的经济和资源浪费，还带来了一系列严重的环境问题。

气态氮损失是氮肥损失的重要途径之一，对环境产生多方面的负面影响。土壤中的氮素通过氨挥发、硝化-反硝化等过程转化为氨气（NH_3）、氧化亚氮（N_2O）和一氧化氮（NO）等气态氮进入大气。NH_3挥发不仅降低了氮肥的利用效率，还会导致大气污染，形成细颗粒物（PM_{2.5}）等，危害人体健康；N_2O是一种强效的温室气体，其全球增温潜势是二氧化碳的265-298倍，对全球气候变化产生重要影响；NO则会参与大气光化学反应，形成臭氧等污染物，破坏大气环境。我国果园、菜地和茶园的NH_3、N_2O和NO排放研究表明，无论施肥与否，中国果园NH_3和N_2O排放量及菜地的N_2O和NO排放量均高于全球其他地区，这些经济作物种植区已成为农业源活性氮排放的热点地区。气态氮损失还会导致土壤氮素的贫瘠化，影响土壤的肥力和可持续性，进一步威胁农业生产的长期稳定。

氮肥利用效率低下和气态氮损失带来的环境问题，已成为制约我国农业可持续发展的瓶颈。提高氮肥利用效率，减少气态氮损失，对于保障农业生产的可持续性、保护环境以及实现农业绿色发展目标具有重要意义。从农业生产角度看，提高氮肥利用效率可以降低生产成本，增加农民收入，提高农业生产的经济效益；从环境保护角度看，减少气态氮损失能够降低对大气、土壤和水体的污染，保护生态环境，维护生态平衡；从社会发展角度看，这有助于实现农业的可持续发展，保障粮食安全，促进社会的稳定与繁荣。深入研究我国典型种植制度下的氮肥利用效率与气态氮损失情况，并探索有效的调控措施，已成为当前农业领域亟待解决的重要课题。

1.2国内外研究现状

在氮肥利用效率的研究方面，国内外学者开展了大量的工作。国外早在20世纪中叶就开始关注氮肥利用问题，美国、欧洲等国家和地区通过长期定位试验，研究不同施肥方式、作物品种对氮肥利用效率的影响。如美国学者通过对玉米-大豆轮作系统的研究发现，合理调整氮肥施用时期和用量，可使氮肥利用率提高10%-20%。国内对氮肥利用效率的研究起步相对较晚，但近年来发展迅速。许多研究聚焦于我国主要种植制度下的氮肥利用状况，通过田间试验和数据分析，揭示了氮肥利用效率的影响因素。例如，在小麦-玉米两熟制中，研究发现氮肥的运筹方式对氮肥利用效率影响显著，采用基肥与追肥相结合，并根据作物生长阶段精准施肥，可有效提高氮肥利用率。

关于气态氮损失，国外研究主要集中在其发生机制和影响因素上。欧洲一些国家利用先进的监测技术，对农田NH_3、N_2O和NO等气态氮排放进行长期监测，明确了土壤温度、水分、pH值以及氮肥类型等对气态氮损失的影响规律。国内对气态氮损失的研究也取得了一定进展，尤其是在不同种植制度下的气态氮排放特