巨曉棠，張 翀

（1. 海南大學熱帶作物學院，?？?570228；2. 中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京 100193）

我國農業(yè)每年大約使用3 000 萬t（純氮）氮肥，約占全球農業(yè)氮肥使用量的30%[1]。但我國也用大約9%的世界耕地，生產了25%的世界糧食總產，并為20%的全球人口提供了食物，基本滿足了14 億人口的農產品需求[1]。當前，我國是谷物、棉花、水果、蔬菜、肉、家禽、蛋和漁業(yè)產品的最大生產國[2]，其中，氮肥對糧食生產的貢獻占45%左右[3]。近二十年來，普遍認為我國化肥使用量過高、增產效果下降、環(huán)境污染加重[4-7]。近幾年來，“減肥”特別是“減氮”的行動在我國廣泛開展，如政府制定了2020年化肥“零增長”計劃等[8]。但需要清楚，過量施氮在什么區(qū)域存在？在什么作物上存在？發(fā)生的根本原因是什么？同時也要認識到，這些“減氮”行動，是在什么基礎上減？減多少？“減氮”的原則和指標是什么？如果不弄清楚上述問題，矯枉過正，影響了作物生產和土壤肥力，對滿足農產品供應是十分不利的。

1 施用氮肥的目的

施用氮肥的主要目的是獲得較高的目標產量、相應品質和經濟效益并維持或提高土壤肥力，所引起的環(huán)境污染是附帶的。減施肥料（減肥）不能顧此失彼，需要綜合考慮生產目標（產量、品質和效益）、環(huán)境影響及土壤肥力（可用土壤有機碳指示）的協(xié)調（圖1）。如果實現(xiàn)合理施肥，環(huán)境效應是能夠控制在可接受的范圍的[9-12]。雖然我國氮肥總使用量較高，但集約化生產水平也高，產量也處于相對偏高的水平[9，13]。在農戶實際田塊，施氮量千差萬別。依據(jù)農戶調查數(shù)據(jù)，與田間試驗合理施氮量范圍比較，過量施氮田塊占總調查田塊大約33%[10]。依據(jù)單位播種面積平均施氮量，與作物合理施氮量對比，全國過量施氮面積大約占播種面積20%、合理面積占70%、不足面積占10%[10]。總體而言，過量施氮主要發(fā)生在蔬菜和果樹等經濟作物上[10，14]，而且還表現(xiàn)在氮、磷、鉀與中微量元素不平衡施肥上。如果不根據(jù)各個地區(qū)和作物的實際情況，片面或一刀切“減肥”，必然會降低農作物產量、品質及效益，影響可持續(xù)集約化作物生產目標。

近幾年來，我國過度強調了施肥的環(huán)境效應，而放松了施肥的生產目標和土壤培肥的本源需求，使這種無原則的“減氮”現(xiàn)象相當普遍。筆者看到，在各種會議和文獻上，許多資料利用短期田間試驗（1～3 季或1～3 年）的結果得出：在農戶常規(guī)（習慣）施氮的基礎上，“減氮”30%不減產；有的“減氮”50%不減產；有的甚至“減氮”80%不減產；最不可思議的是，不施氮也不減產[15-16]。值得注意的是，這些試驗存在下列問題：（1）是在什么樣的土壤肥力基礎上做試驗?（2）將農戶常規(guī)施氮降低到什么程度？“減氮”的原則和標準是什么？（3）是否在消耗以前過量施氮土壤累積的殘留肥料氮？能持續(xù)多久？（4）“減氮”是否降低了谷類作物的籽粒粗蛋白含量（由籽粒含氮量乘5.7 折算而得）？筆者發(fā)現(xiàn)，上述試驗大部分是在原來過量施氮的田塊進行，由于殘留肥料氮較高，當季少施肥或不施肥未減產，有時還可能維持1～3 季甚至1～3 年（英文稱“carry over”效應[17-18]），但一直在消耗土壤氮；而且大部分試驗均降低了籽粒粗蛋白含量[19-21]，有的甚至達不到品質要求。這種“減氮”方式，短期內對作物生產的影響可能顯現(xiàn)不出來；但長期下去，必然消耗地力，影響農作物產量和品質，是難以持續(xù)的；對指導生產意義不大，甚至誤導。例如，小麥籽粒粗蛋白含量相比其他谷物（如玉米和水稻）要高，在過度“減氮”的條件下追求高產（“以少產多Producing more with less”），會降低小麥的籽粒粗蛋白含量，從而影響其食用和加工品質[13，22-23]。為此，農業(yè)農村部種植業(yè)司印發(fā)了關于《全國水稻產區(qū)氮肥定額用量（試行）》的函[24]，為不同稻區(qū)氮肥施用量設置了最低和最高限額（表1，前3 列），相應小麥和玉米的限額也于最近發(fā)表[25]。

2 合理施氮的原則

那么，合理施氮的原則是什么？筆者認為，針對特定的氣候-土壤-作物體系，在一定的經營管理措施下（輪作與耕作、品種、灌溉等），能夠實現(xiàn)可獲得的目標產量、相應品質和經濟效益并維持或提高土壤肥力，同時將環(huán)境效應降低至可接受的范圍內的合理施氮量區(qū)間，即將施氮量控制在一個目標產量、作物品質和效益、環(huán)境效應與土壤肥力均可接受的范圍內（圖2），實現(xiàn)多目標共贏。這種合理施氮量范圍在文獻中已有清楚描述[10，26-27，29]，但在實際生產上人們通常忘記或忽略了這些原則和標準，以至于從一個片面走向另一個片面。

在一個給定的作物生產條件下，隨著施氮量的增加，產量和經濟效益會相應增加（圖2）。用肥料效應函數(shù)會求得兩個拐點：一是經濟最佳施氮量（Economic Optimum N Rate，EONR），二是最高產量施氮量（Maximum Yield N Rate，MYNR）。谷類作物的籽粒粗蛋白含量也隨施氮量的增加而提高，一般會在最高產量施氮量后達到峰值（圖2）。隨著施氮量的增加，相應的氮素損失（氨揮發(fā)、反硝化、氧化亞氮（N2O）排放、淋洗或徑流）也隨之增加，但在施氮方法和時期、肥料品種均趨于合理的條件下，氮素各種損失在最高產量施氮量前保持較低水平[30-31]，因為作物對氮素的高效吸收會降低相應損失；但當施氮量超過最高產量施氮量后，氮素各種損失一般會呈指數(shù)增長[32-33]。在施氮量-產量和品質-凈經濟效益的合理范圍內，施氮引起的環(huán)境代價較??；環(huán)境代價僅是在效益達到最大值以后，才開始顯著增加。因此，從產量、品質和氮素損失對施氮量的效應曲線看，合理施氮量范圍就是經濟最佳施氮量和最高產量施氮量的區(qū)間。不合理施氮會造成三種情況：（1）氮素供應不足，產量、品質和經濟效益均低；（2）過分“減氮”后產量下降不明顯，但達不到品質要求，經濟效益不高，土壤肥力下降；（3）過量施氮，產量不提高甚至下降，籽粒和秸稈含氮量提高，氮素損失增加，環(huán)境代價增大，氮素浪費，經濟效益下降。在合理施氮范圍，產量、品質和效益均高，環(huán)境代價最低，土壤肥力得以維持或提高。

表1 全國水稻產區(qū)氮肥定額用量Table 1 Maximum N application rate for rice in China

有些研究試圖將環(huán)境成本考慮在內，計算扣除環(huán)境成本后的施氮量[15，34-37]，其計算值應該是低于最佳經濟施氮量，必然導致作物產量、品質和經濟效益損失；也會導致整個土壤-作物體系氮素輸入小于氮素輸出[26]，長期下去，會造成土壤肥力下降。由于環(huán)境成本是人為賦值，不同研究者的賦值差異，也會導致計算的施氮量具有較大變異。從氮肥施用的兩個主要目標考慮（生產目標和補充土壤氮素消耗以維持地力），合理施氮量不應該把環(huán)境成本考慮進去。另一方面，如果考慮環(huán)境成本確定施氮量，達不到集約化作物生產目標，需要擴張更多耕地進行作物生產，由此造成的溫室氣體排放和生物多樣性喪失，對地球生態(tài)和環(huán)境將會造成更大的損失[38]。

值得注意的是，在給定的生產條件下，產量效應曲線需要通過在同類地區(qū)的長期試驗（大于或等于5 年）和多點試驗獲得。短期試驗的肥料效應曲線，受前期地塊肥力狀況和施氮水平的影響，對確定合理施氮量意義不大，甚至引起誤導[15，35，39-40]。因為，即使在同一田塊上做試驗，同一施氮量水平下重復之間的產量變異就較大，何況不同田塊或不同年際之間的變異了。由于產量、品質和氮素損失對施氮量效應，在田塊和年際間的變異，導致最佳經濟施氮量或最高產量施氮量不可能是一個確定的值，而是在這個值的左右變動（圖3）。因此，對這兩個拐點，必須接受一定程度的不確定性。在集約化高產田塊，氮肥正負15 kg·hm-2（以N 計，下同）的不確定性是可以接受的[26-27]。國際上許多推薦施氮法的目標就是將施氮量控制在一個較窄的范圍，而不在于給一個多么準確的推薦數(shù)值[41-43]。另一方面，合理施氮量的不確定性還來自于對產量、品質和氮素損失效應曲線，選擇什么樣的模型進行求解[44-45]，必然得到不同的模擬結果，因為同一效應曲線可用性質不同的函數(shù)來模擬。由于凈收益－施氮量曲線在兩個拐點附近已相當平緩，效應曲線在拐點附近的變化一般不是突變的，少量增加或者減少施氮量對凈收益影響很小。因此，用不同效應函數(shù)求解的最佳經濟施氮量或最高產量施氮量也存在較大的差異[44-45]。

圖3 為不同小麥品種在英國同一個試驗點籽粒產量對施氮量的效應曲線（引自 Roger.Sylvester-Bradley 和Susie Roques，個人通訊，經過允許）?？梢钥闯?，即使在同一試驗地點同一年份，由于重復之間的變異，求得的經濟最佳施氮量最低也有50 kg·hm-2左右的誤差，更不用說不同年際之間的差異了。2018 年（圖3 右圖）由于早期夏季干旱，導致產量較2017 年（圖3 左圖）顯著降低。但不可思議的是，2018 年大多數(shù)品種求得的經濟最佳施氮反而較2017 年高（圖3 中的紅線和黑線）。在產量高而推薦施氮量低時，會導致土壤氮的消耗；而在產量低推薦施氮量高，會加大土壤氮素殘留或損失。因此，這種產量效應曲線，在理論上能夠清楚地展示產量對施氮量的響應；但要在實際生產中用于確定合理施氮量，尚存在著諸多難以解決的問題。

歐美大型農場采用精準農業(yè)的變量施肥技術，一般是在地形有起伏、土壤性質的變異足以引起施氮量變異的情況下進行[10，46]，與我國許多會議和文獻上所提的“精準施肥”是不同的概念。由于氣候和農田管理措施的不可預見性和隨機性，即使在一個較均勻的田塊上，施肥也無法“精準”，也不需要所謂的“精準”，僅需要將施氮量控制在合理范圍就可以了。如從田間土壤采集到室內測定，再到計算出施肥量可帶來30 kg·hm-2以上的誤差，該誤差足以掩蓋田塊之間施氮量的差異。另一方面，因為土壤對氮肥的緩沖和持留能力[47-49]，在長期合理施氮量范圍內，本季施氮量的較小偏差，也不會顯著影響產量、品質和經濟效益、氮素損失和土壤肥力。研究者更應該注重培育土壤自身的保氮-供氮能力（Mineralization-immobilization Turnover，MIT），發(fā)揮土壤對肥料氮和作物吸氮的調控作用，將施肥的損失降下來，使肥料氮保持在土壤氮庫中，在作物需要時能充分供應[50-51]。

3 確定合理施氮量的方法

確定合理施氮量范圍的方法是氮肥發(fā)明和施用以來的難題，特別是氮肥在作物生產中大量使用以來。其主要方法可歸納為：（1）基于田間試驗作物產量對施氮量響應的肥料效應函數(shù)法；（2）基于土壤或植株測試的測試類方法。但是，這兩類方法在實際應用中均有較大缺陷[26]，實用性較差?；谖覈∞r戶土地分散經營的特點，朱兆良院士[52]提出了區(qū)域平均適宜施氮量（Regional Mean Optimal N，RMON）的概念和方法，認為在一定區(qū)域內，氣候-土壤和生產條件、農藝管理和產量水平相對一致，可采用平均施氮量來代替每個田塊的經濟最佳施氮量。對于同類區(qū)域，通過平均施氮量獲得的總產量與總施氮量，與通過對各個田塊的經濟最佳施氮量獲得的總產量與總施氮量相比，兩者差異較小。區(qū)域平均適宜施氮量，能夠將絕大多數(shù)地塊施氮量控制在合理范圍，便于推廣技術員和農戶在實際生產中應用。但也需要在同類地區(qū)的不同田塊，開展多年多點的田間試驗，獲得經濟最佳施氮量的平均值；而且田間試驗需要在不同生產條件和歷史階段進行更新[53]，應歸于第一類方法。

為了應用已經獲得的大量田間試驗資料，通過少量容易獲取且相對可靠和穩(wěn)定參數(shù)，在實際生產中簡單快捷地確定出合理施氮量，增強方法的實用性和合理性?；趯Ψ柿系?、土壤氮、作物吸氮等物理量之間數(shù)量關系的詳細解析，Ju 和Christie[27]?提出了理論施氮量（Theoretical Nitrogen Rate，TNR的概念和方法。在考慮了包括生物固氮、干濕沉降等其他來源氮之后，發(fā)現(xiàn)了“合理施氮量約等于作）物地上部吸氮量”的普遍規(guī)律[26-27]。在引入百千克收獲物需氮量（N100，kg）參數(shù)后，合理施氮量是目標產量（Y）的唯一函數(shù)，即理論施氮量Nfert≈Y/100×N100。可以看出，目標產量和百千克收獲物需氮量是該方法的兩個關鍵參數(shù)。

筆者應用大量文獻報道的田間試驗結果，對理論施氮量和經濟最佳施氮量進行了比較，在絕大多數(shù)情況下，兩者非常接近；僅東北的玉米和水稻的理論施氮量遠高于經濟最佳施氮量。筆者后來發(fā)現(xiàn)，這是由于東北地區(qū)作物的百千克收獲物需氮量遠低于其他溫帶地區(qū)所造成的。例如：計算黑龍江寒地水稻理論施氮量時，如果采用百千克收獲物需氮量2.4 kg 的全國平均參數(shù)，目標產量7 500 kg·hm-2的理論施氮量為180 kg·hm-2。但是，彭顯龍等[28]近20年的試驗結果表明，寒地水稻籽粒的含氮量僅有1%左右，而莖稈的含氮量約為0.55%，均顯著低于全國平均水平；百千克收獲物需氮量僅1.4 kg 左右，用這一參數(shù)計算的同樣目標產量的理論施氮量為105 kg·hm-2，完全符合東北寒地水稻的田間試驗結果。東北寒地水稻在地上部吸氮量較低的條件下，形成了較高的籽粒產量，氮素的生理利用率顯著高于其他地區(qū)。由此可見，百千克收獲物需氮量在不同區(qū)域的同一作物上差異較大，其值應取決于該地區(qū)的氣候-土壤和生產條件，需要根據(jù)全國不同種植區(qū)的產量和籽粒氮含量等參數(shù)重新率定。表1 右欄是計算的理論施氮量，黑龍江寒地和吉林、遼寧、內蒙古單季稻區(qū)百千克收獲物需氮量采用1.4 kg，其他稻區(qū)采用2.0 kg?？梢钥闯?，理論施氮量普遍稍高于氮肥定額用量，但已經十分接近。如果用不同種植區(qū)的百千克收獲物需氮量計算，結果會更符合實際。

由于目標產量綜合反映了該地區(qū)的氣候-土壤和生產條件、土壤肥力狀況及農藝管理水平；農戶對自己田塊的目標產量最為熟悉，成為氮肥推薦最容易獲得和相對可靠的參數(shù)。因此，通過目標產量確定田塊施氮量的方法最簡便易行。目標產量不是憑空想象的，取決于某段時期給定地區(qū)的生產條件，可根據(jù)過去三年平均產量或當?shù)啬軌颢@得的比較高的產量來確定。當然，如果要追求進一步將產量提高至更高臺階，就需要改進生產條件和栽培管理措施，相應的施氮量也應根據(jù)新設定的目標產量增加。

在我國目前的生產技術水平和農村實際情況下，對于大田作物，依據(jù)現(xiàn)在相對較高的目標產量，從長遠看，每季作物的施氮量如果低于150 kg·hm-2，就會達不到目標產量或者消耗土壤氮素；如果高于250 kg·hm-2，增產的幅度也很小，氮素損失會增加，環(huán)境代價增大。合理的施氮量范圍大多數(shù)在150～250 kg·hm-2之間，施氮量的調節(jié)范圍大多在100 kg·hm-2左右，可調節(jié)的余地不大。在一個長期耕作的達到穩(wěn)態(tài)的農田生態(tài)系統(tǒng)中，僅需將每季作物施氮量控制在合理范圍，就可維持土壤-作物體系的氮素平衡。除非生產條件（如灌溉措施、作物品種和農藝管理等）發(fā)生大的改變而導致目標產量發(fā)生顯著變化，施氮量才應做相應的調整。理論施氮量從長期維持高產穩(wěn)產、土壤氮素平衡和低環(huán)境代價考慮，推廣技術員和農戶能夠根據(jù)自己地塊的目標產量用口算確定出施氮量，提供了一種簡便實用的方法[26-27]。

4 合理施氮的評判指標

用什么標準判斷農田氮素管理的合理性，即管理水平或優(yōu)劣，是改善氮素管理的關鍵，其中一個重要的方面是建立氮素管理指標（indicator）。評判氮素管理的指標有氮素利用率（NUE）、氮素盈余（surplus）等（圖1）。NUE 一直被廣泛使用，但該指標并不能反映產量水平和氮素損失量，片面追求較高的氮素利用率還可能造成土壤氮素消耗[6，54]。歐洲國家一直強調NUE 必須和其他指標，如氮素盈余和作物收獲氮等結合，來判斷氮素管理水平[55]。氮素盈余指“向土壤-作物體系輸入的氮素與作物收獲輸出氮素的差值”[56]。大量研究表明，氮素盈余是衡量氮素輸入的生產力、環(huán)境影響和土壤肥力變化的最有效指標[57]。隨著氮素投入量增加，氮素盈余量從負值、為零到正值的變化過程中，能夠反映出消耗土壤氮、合理施氮和過量施氮的狀況。當?shù)赜嗵幱谪撝禃r，盡管氮素損失很低，但作物供氮不足，作物產量低，還會消耗土壤氮素；當?shù)卮罅坑鄷r，作物產量和品質不會增加或增加幅度較小，甚至還會降低，但氮素損失會大量增加，引起較大的環(huán)境代價。因此，優(yōu)良氮素管理應該將土壤-作物體系的氮素盈余和氮素利用率控制在指標范圍內，最大限度降低氮素在環(huán)境中的損失。

基于在我國不同區(qū)域多年多點的田間試驗，筆者建立了13 種作物體系的氮素盈余指標，同時建立了與NUE 和作物收獲氮之間的關系。一年一熟作物體系的氮素盈余標準為40～100 kg·hm-2·a-1（平均為73 kg·hm-2·a-1），而一年兩熟作物體系的氮素盈余標準為110～190 kg·hm-2·a-1（平均為160 kg·hm-2·a-1），約為一年一熟作物體系的兩倍[56]。最近的研究結果（玉米、小麥和水稻的氮素盈余標準分別為75、40和70 kg·hm-2），也印證了該標準的合理性[25]。在嚴格實施“4R”（合理的施肥量（Right amount）、正確的肥料品種（Right type）、正確的施肥時期（Right time）和正確的施肥方法（Right place））施肥理念或技術[58-59]并改進其他農藝管理措施的條件下，氮素沉降和活性氮的損失可進一步降低，氮素盈余標準也可進一步降低。上述指標可對現(xiàn)有管理水平和措施進行評判，同時作為基準，對未來改進措施設置目標?；谏鲜鲋笜?，政策制定者、科研人員及農戶能夠客觀地評估和提高不同田塊的氮素管理水平，實現(xiàn)目標產量、高品質和低氮素損失[56]。

5 “減氮”的關鍵是減少損失

施入農田的氮肥主要有三種去向：作物吸收、土壤殘留和損失[17，26-27，47]。如何使施用的氮肥最大限度地被作物吸收利用，殘留肥料氮能夠補償作物對土壤氮吸收的消耗，而最大限度地降低氮素通過各種途徑的損失，是合理施氮的根本問題。筆者將作物吸收肥料氮、肥料氮在主要根區(qū)內的殘留（被微生物、土壤有機質或黏土礦物固定）全部作為有效肥料氮考慮，將通過氣體損失（氨揮發(fā)、反硝化、N2O 排放）或淋洗與徑流等脫離出作物主要根區(qū)的肥料氮，才視為無效[11]。在合理施氮條件下，肥料氮在主要根區(qū)的遷移轉化屬于內循環(huán)過程，環(huán)境散失量并不會很高。僅在過量施氮或施氮方法不合理（如在石灰性土壤上撒施銨態(tài)或尿素態(tài)氮肥等）情況下，氮肥的環(huán)境損失量才會很高[12，60-61]。

除了確定合理的施肥量（Right amount）外，合理施肥還包括其他三個方面，即正確的肥料品種（Right type）、正確的施肥時期（Right time）和正確的施肥方法（Right place），國際上稱為“4R”理念或技術[58-59]。這四個方面不是孤立的，而是緊密聯(lián)系的。施肥量首先取決于目標產量，但又決定于肥料品種、施肥時期和方法。如果后三者均合理，則施入農田的氮肥能夠被作物充分吸收利用，而不需要加大施氮量以彌補肥料氮損失[10]。如果任一方面被忽視，均會導致較高的氮素損失，使確定的合理施氮量無法滿足高產作物需求，這也是為什么農戶現(xiàn)有施肥技術不得不加大施氮量的主要原因。我國許多農戶普遍采用的撒施氮肥，或撒施后灌水，導致肥料氮不能深施，是氮肥大量損失的主要原因[10，62]。如在我國目前大面積生產中，小麥（產量水平在5.5～7.5 t·hm-2）、玉米（6.5～9.5 t·hm-2）、水稻（6.5～8.5 t·hm-2）的合理施氮量范圍在150～250 kg·hm-2之間[10，63-64]，但許多田塊氮肥施用量達到了250～350 kg·hm-2，實際上，在施肥過程已有100 kg·hm-2左右的氮素發(fā)生了損失，起作用的還是150～200 kg·hm-2[10]?？梢钥闯?，由于施肥方法的粗放，導致農戶為了使損失后的氮素能夠達到較高目標產量的需求，不得不施入過量的氮肥，打出點“余頭”。筆者稱這種粗放的施肥技術為“既給作物施肥，又給環(huán)境施肥”。

在當前農戶常規(guī)氮素管理基礎上“減氮”，實質上是要減少氮素損失。例如：在華北平原的玉米生產中，對于目標產量為10 t·hm-2的田塊，按照理論施氮量，需要施用230 kg·hm-2的氮肥；如果其他“3R”（氮肥品種、施氮方式和時期）均處于合理狀況，這時的氮肥損失率為 22%左右，損失量為50 kg·hm-2[9]；氮肥被作物吸收或補充土壤氮素消耗為180 kg·hm-2，氮肥有效率為78%左右[11]（圖4 右欄）。但在當前農戶傳統(tǒng)氮素管理下，施氮量普遍在300 kg·hm-2以上[65]；如果需要保持氮肥被作物吸收或補充土壤氮素消耗仍然為180 kg·hm-2，以達到相同的目標產量和維持土壤氮素消耗，其損失量達到了120 kg·hm-2，氮肥損失率達40%左右，較上述合理氮素管理多損失70 kg·hm-2，這就是農戶傳統(tǒng)施肥的環(huán)境代價（圖4 左欄）。但在未采取合理施肥技術減少氮素損失的情形下，盲目減少施氮量（就像現(xiàn)在的許多“減氮”行動），勢必會降低作物產量和吸氮量。如上面的例子，將施氮量減少至230 kg·hm-2，如果氮肥損失率還是40%，則損失量為92 kg·hm-2：這時，用于被作物吸收或補充土壤氮素消耗的氮僅有138 kg·hm-2；按照理論施氮量推算，這樣的供氮量僅能獲得6～7 t·hm-2的產量，或者消耗地力；這樣“減氮”而不“減氮損失”的施肥措施是不可取的（圖4 中欄）。

“減氮”應該對大田作物、蔬菜和果樹體系區(qū)別對待。目前，我國大田作物單位播種面積施氮量已基本趨于合理范圍，“減氮”的余地并不大[10]；科學施肥的主要目標是通過改進施肥技術進一步減少氮素損失。在諸多谷類作物“減氮”試驗中，如果未采取合理施肥技術減少損失而一味“減氮”（施氮量低于經濟最佳施氮量），籽粒粗蛋白含量會降低，或者達不到品質要求[22-23]?，F(xiàn)階段，我國蔬菜和果樹單位播種面積施氮量遠高于作物需求量，全國平均每季作物施氮量分別為388 kg·hm-2和555 kg·hm-2[66]；在一些施氮量較高的農戶田塊，每季作物可分別高達847 kg·hm-2和782 kg·hm-2[67-68]，因此，減氮的空間很大。我國蔬菜和果樹不合理施肥技術，如過量灌水造成的氮素淋溶出根區(qū)以下，為了滿足淺根系蔬菜的氮素供應強度，農戶需要不停地施肥[69]。因此，對于蔬菜和果樹這種效益較高的經濟作物，施肥需要與供水措施配合，才能實現(xiàn)“減氮”。諸多試驗結果表明，與傳統(tǒng)粗放水肥管理模式相比，通過水肥一體化或滴灌施肥等技術，可將施氮量控制在合理范圍內，還能夠提高果蔬的品質（如可溶性糖、維生素C 含量和糖酸比等）[70-71]，實現(xiàn)真正意義上的高產優(yōu)質和環(huán)境保護。根據(jù)我國已經發(fā)表的大量研究資料[63]，蔬菜每季作物氮肥推薦量范圍大致在150～300 kg·hm-2之間，果樹大致在 150～250 kg·hm-2之間。

除了上述“4R”施肥技術外，合理施氮還包括與有機肥和秸稈還田的結合、與磷鉀肥和中微量元素的平衡施肥以及與其他農藝措施（輪作與耕作、品種、灌溉等）的配合與協(xié)調[72-74]。有機無機配合是合理施肥的首要原則，這種措施可提高作物對氮素的吸收和利用效率，減少氮素損失[75-76]；可保證持續(xù)高產與穩(wěn)產，提高土壤肥力[10]。過去人們僅注意了有機肥提供的養(yǎng)分，而對有機肥或秸稈提供的碳源在調節(jié)土壤肥力因子方面的作用重視不夠。有機無機配合，為微生物提供了碳源，既可維持土壤相對較大的有機碳、氮庫，增加土壤的緩沖性能，又可維持土壤較好的無機氮供應[73-74，77-78]，提高土壤保水保肥性能。當土壤維持一個較大的有機氮庫時，在水熱條件較好的作物快速生長期，土壤有機氮可通過礦化作用持續(xù)不斷地供應作物對氮素的需求，僅需在關鍵生育期施用氮肥就可以了。當土壤有機氮庫較小時，土壤失去了這種保持和供應養(yǎng)分的緩沖性能，即使多次施肥，也很難保證對作物養(yǎng)分的持續(xù)供應，因為根系接觸土壤氮的幾率較肥料氮大得多，作物對土壤氮的依賴和吸收始終是主要的[11，17]。

6 結論與建議

如果全球停止施肥，特別是氮肥，估計僅能生產目前世界糧食總產量的1/2，也僅能養(yǎng)活目前全球1/2左右的人口[79]。至2050 年，預計世界人口將超過90億，且人們的飲食結構逐漸向畜牧產品轉變[80-81]，合理施肥仍然在未來可持續(xù)集約化作物生產中發(fā)揮關鍵作用[3，6]。筆者在此提出進一步開展合理施氮的四點建議：（1）將全國劃分為不同的氣候-土壤區(qū)或亞區(qū)，在這些區(qū)域的代表作物上，同時開展產量、品質、效益以及氨揮發(fā)、硝酸鹽淋洗、N2O 排放和土壤肥力的長期試驗；（2）在設置田間小區(qū)試驗或大面積推廣示范試驗時，優(yōu)化施氮處理應該遵循上述原則和指標，而不是設計成在農戶常規(guī)施氮基礎上減少多少，如此缺乏優(yōu)化的依據(jù)；（3）利用上述試驗資料，研究給定氣候-土壤-作物體系肥料氮-土壤氮-作物吸氮之間的關系，應用氮素輸入、輸出、盈余、氮素利用率、損失以及土壤有機碳變化等指標，綜合評判生產目標、環(huán)境效應和土壤肥力狀況；（4）根據(jù)各區(qū)域的氣候-土壤和生產條件，研究切實可行的施肥技術，降低氮素損失，使施用的氮肥能夠被作物充分吸收利用；形成同類地區(qū)能夠機械操作的規(guī)范化種植模式與合理施肥措施。

由于“減氮”的含義并不明確，這樣的用詞并不科學，還可能引起誤導；今后應避免再用這樣的概念和詞匯，而應該用“合理施氮”的概念。隨著我國耕地規(guī)?；洜I、標準化操作、機械化施肥的普及應用，通過實施“4R”理念或技術，施氮的損失會降低。如果將田塊尺度施氮量控制在合理范圍，全國總氮肥需求量應該在2 100 萬t 左右[10]。由此，我國在保證農產品供應的同時，氮肥引起的環(huán)境問題將會降低，已經污染的大氣和水體將會逐漸恢復生機。