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1我國氮肥應用的發(fā)展過程

我國的氮肥工業(yè)發(fā)展較晚,直到1935年才先后在大連和南京建成2座氮肥廠生產(chǎn)硫酸銨。1949年以前,全國累計生產(chǎn)的氮肥量僅為60萬t,主要用于沿海各省。新中國成立后,氮肥工業(yè)先于磷鉀肥獲得迅速發(fā)展。1953年我國年產(chǎn)氮肥以養(yǎng)分計算為5萬t。經(jīng)過第一和第二個國民經(jīng)濟發(fā)展五年計劃,至1965年,全國氮肥產(chǎn)量已達104萬t,比1953年增長近10倍。在這以后,經(jīng)過1969~1978年大、中、小型化肥廠并舉的大發(fā)展時期,全國新建了1000余座小氮肥廠和10余座年產(chǎn)30萬t合成氨的大氮肥廠。至1983年,全國氮肥產(chǎn)量猛增至1109萬t,我國成為僅次于前蘇聯(lián)的世界上第二大氮肥生產(chǎn)國。1991年全國氮肥產(chǎn)量達到1510萬t,躍居世界第一位[1]。2005年我國共生產(chǎn)合成氨4629.85萬t,生產(chǎn)氮肥3200.7萬t(折純氮),其中尿素4147.13萬t(實物量)。2006年全國農(nóng)用氮磷鉀化肥(折純)產(chǎn)量為5592.79萬t,比2005年同比增長8.0%;2007年1~11月全國農(nóng)用氮磷鉀化肥(折純)產(chǎn)量為5248.58萬t,比2006年同期相比增長13.1%。

2氮肥與農(nóng)作物產(chǎn)品品質(zhì)

氮素是農(nóng)作物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素,它是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、氨基酸的基本組成物質(zhì),所以氮素供應不足不僅影響作物的產(chǎn)量,而且也會使其品質(zhì)下降,但氮肥的施用不是越多越好。農(nóng)作物植株體內(nèi)碳水化合物與所施氮素之間應該有一定的比例,一般稱之為碳氮比。施氮不足,碳氮比過大,植株體內(nèi)蛋白質(zhì)合成減少,使許多谷類作物籽粒的品質(zhì)下降;氮素供應過多,植株體內(nèi)碳氮比過小,蔗糖、葡萄糖等碳水化合物的含量就會降低,許多瓜果類作物的果實就不甜。另外,過量施用氮肥對農(nóng)作物品質(zhì)的影響最明顯的是增加了植株體內(nèi)的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮含量。下面列舉幾個氮肥用量與農(nóng)作物品質(zhì)變化關系的例子:天津市農(nóng)科院土肥所周藝敏1994年對幾種蔬菜作物進行的氮肥用量試驗說明:春菠菜施氮量從0增加到675kg•hm-2時,硝態(tài)氮含量從1.37g•kg-1增加到2.15g•kg-1,亞硝態(tài)氮從0.4mg•kg-1增加到0•5mg•kg-1。這一結(jié)果證明硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮含量隨著蔬菜施氮量增加而增加。山東農(nóng)業(yè)大學園藝系徐坤在1996~1998年通過施氮量對生姜品質(zhì)的影響試驗研究發(fā)現(xiàn):適宜的氮素用量,可提高產(chǎn)品的外觀性狀,氮素增加,根莖蛋白質(zhì)含量升高,纖維素減少,不同氮素水平下淀粉含量無明顯差別,揮發(fā)油隨著施氮量的增加而增加,但過多的氮肥也會使揮發(fā)油含量下降。西北農(nóng)林科技大學資環(huán)學院李生秀、翟丙年在1998~1999年開展了水氮配合施用對冬水麥產(chǎn)量和品質(zhì)影響試驗研究表明:施用氮肥可以明顯提高小麥籽粒中氨基酸的含量,提高幅度為15.0%~91•7%,達到極顯著水平,而且隨著追氮時期的后延,籽粒中游離氨基酸含量有逐漸增大的趨勢,灌漿期與拔節(jié)期差異并不明顯;就施氮量來看,高氮要比低氮效果好,拔節(jié)期追施氮肥可明顯增加籽粒中游離氨基酸的含量。施用氮肥可以顯著提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量,可比對照增加26.3%~77.55%。但從施肥量和施肥時期來看,蛋白質(zhì)含量并不隨施氮時期的后延逐漸增加,而是出現(xiàn)由低到高,再降低的趨勢,以拔節(jié)期施氮的效果最佳;高氮并未比低氮增加,相反施氮量最高的處理蛋白質(zhì)含量明顯減少。云南農(nóng)業(yè)大學的何承剛等通過氮素水平對單作和間套作小麥品質(zhì)比較研究發(fā)現(xiàn):供氮水平對單作和間套作小麥品質(zhì)的影響是隨著施氮水平的提高,單作和間套作小麥玉米的蛋白質(zhì)含量、沉淀值、干面筋、濕面筋含量都相應的提高,但在施氮量為450kg•hm-2時,間套作小麥的蛋白質(zhì)含量、沉淀值、濕面筋含量有降低趨勢,而且所有處理間套作物小麥的蛋白質(zhì)含量、沉淀值、干面筋、濕面筋含量都明顯高于相應單作。

3氮肥施用量及其施用時期

氮在植物生活中具有極其重要的意義。氮在植物體內(nèi)的平均含量約占干重的1.5%,氮素在植物體內(nèi)的分布,一般集中于生命活動最活躍的部分(新葉、分生組織、繁殖器官)。因此,氮素供應是否充分和植物氮素營養(yǎng)的好壞,在很大程度上影響著植物的生長發(fā)育狀況。有些農(nóng)作物的生育階段對氮素需要較多,例如禾本科作物的分孽期、穗分化期,棉花的蕾鈴期,經(jīng)濟作物的大量生長及經(jīng)濟產(chǎn)品形成期等。在這些階段保證正常的氮營養(yǎng),就能促進生育,增加產(chǎn)量。在實際生產(chǎn)中,經(jīng)常會遇到農(nóng)作物氮營養(yǎng)不足或過量的情況,氮營養(yǎng)不足的一般表現(xiàn)是:植株矮小,細弱;葉呈黃綠、黃橙等非正常綠色,基部葉片逐漸干燥枯萎;根系分枝少;禾谷類作物的分蘗顯著減少,甚至不分蘗,幼穗分化差,分枝少,穗形小,作物顯著早衰并早熟,產(chǎn)量降低。缺氮的植株施用適量氮肥后,植株迅速生長和葉色變黑,因此在生產(chǎn)實踐中,氮肥的效果最易從植株的長相和葉色改變中觀察到。那么,是不是氮素越多越好呢?農(nóng)作物氮營養(yǎng)過量的一般表現(xiàn)是:生長過于繁茂,腋芽不斷出生,分蘗往往過多,妨礙生殖器官的正常發(fā)育,以至推遲成熟,葉呈濃綠色,莖葉柔嫩多汁,體內(nèi)可溶性非蛋白態(tài)氮含量過高,易遭病蟲為害,容易倒伏,禾谷類作物的谷粒不飽滿(千粒重低),秕粒多;棉花爛鈴增加,鈴殼厚,棉纖維品質(zhì)降低;甘蔗含糖率降低;薯類薯塊變小,豆科作物枝葉繁茂,結(jié)莢少,作物產(chǎn)量降低,不僅浪費肥料,還會污染地下水源,破壞土壤的團粒結(jié)構,導致土壤可耕性下降,造成病害的大面積發(fā)生。

4我國氮肥利用情況

在我國,氮肥的利用率表現(xiàn)為:碳銨:24%~31%;尿素:30%~35%;硫銨:30.3%~42.7%。與發(fā)達國家相比,氮肥利用率過低,不及發(fā)達國家的一半。我國是農(nóng)業(yè)大國,施肥不當造成化肥浪費驚人。施肥方法不合理,施肥機具不配套,氮肥施用技術沒有得到大面積推廣[2]。這在當前我國能源供應相對緊張的情況下,無異于巨大浪費。不能合理科學施肥主要表現(xiàn)為用肥過量,“用肥越多,收成越好”的想法在農(nóng)民中還廣泛存在?！艾F(xiàn)在農(nóng)民種地的實用科技還是太少,農(nóng)業(yè)實用科技難以真正下到田間地頭。有了好品種還要會種、會管理,才能有高產(chǎn)。”就拿施肥來說,農(nóng)民不知道如何合理科學施肥,比如播種小麥時施用750kg•hm-2底肥,超出科學使用量150~300kg•hm-2,第2年開春小麥返青時所需的追肥數(shù)量也會偏大。另外目前多數(shù)農(nóng)民施肥“一炮轟”,在開始栽種時就一次性把化肥下足,沒有根據(jù)苗情、長勢科學施肥,更沒有根據(jù)土壤氮磷鉀的含量配方施肥。明明知道用肥過量,但已經(jīng)習慣了,就怕肥上少了,莊稼不長。再者,農(nóng)民根本不知道氮肥該上多少,也不知道什么時候施肥效果最好。用肥過多,既降低了肥效,又增加了農(nóng)民種地成本,更為嚴重的是,用肥不當給資源造成了極大浪費。生產(chǎn)化肥對能源的消耗很大,以主要化肥品種尿素為例,我國在尿素產(chǎn)量中以煤為主要能源。目前,我國氮肥利用率僅為30%,而發(fā)達國家則為50%~60%,歐盟國家的氮肥利用率更是高達70%。如果氮肥利用率能夠從現(xiàn)在的30%提高到70%,我國1a就可以節(jié)省1/2的煤炭用量。由此可見,提高氮肥利用率可以帶來巨大效益。當然從我國當前的具體情況看,氮肥利用率目前不可能從30%提高到70%,但只要各方努力,提高到50%還是有可能的。如果能通過引導農(nóng)民合理使用化肥,大力推廣測土配方施肥,發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè),增加肥料產(chǎn)品技術含量,完全可以在短期內(nèi)大幅度提高我國化肥利用率,這樣不僅可以解決當前國內(nèi)化肥市場供應緊張、化肥價格不斷上漲的突出問題,從長遠看,還有利于節(jié)約能源,減少對環(huán)境的污染,實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

5氮肥利用率低的主要原因

氮肥利用率又叫氮素利用系數(shù),指作物對氮肥中氮素的吸收利用百分率。氮肥利用率的高低與土壤性質(zhì)、氣候條件、作物種類、栽培技術、氮肥品種和施肥方法有關。具體表現(xiàn)在:硝態(tài)氮肥在土壤中不被土壤吸附保存,容易被雨水或灌溉水淋失,或在土壤中進行反硝化作用而變成氣態(tài)氮揮發(fā)掉;銨態(tài)氮可以被土壤吸附,但它們施到石灰性或堿性土中,易分解出氨而揮發(fā),像碳銨這樣不穩(wěn)定的肥料,極易揮發(fā)損失,另外,銨態(tài)氮在土壤中由于細菌的作用而硝化變成硝態(tài)氮;尿素態(tài)氮變成銨態(tài)氮后重復銨態(tài)氮肥的老路。

6如何減少氮肥損失,提高利用效率

6.1減少氮肥損失的原則

盡量避免土壤中礦質(zhì)氮的過量積累;充分利用作物根系對礦質(zhì)氮的競爭吸收作用;針對氮肥的主要損失途徑采取相應的對策。

6.2減少氮肥損失的具體方法

6.2.1要混施、深施,加強水分管理大量田間試驗結(jié)果表明,與氮肥表施相比將氮肥混施于土壤耕層中,或施于土表以下幾厘米深處[3],能減少氮素損失。將氮肥做成1cm左右直徑的粒肥進行深施,其效果更佳。水稻田試驗表明,粒肥深施達到與粉肥表施同樣的產(chǎn)量水平,而氮肥用量卻可減少約1/3。然而,在降雨量高、土壤質(zhì)地輕、可能發(fā)生淋溶損失的地區(qū),要慎重采用深施措施?；焓┖蜕钍┒加袦p少氨揮發(fā)和反硝化損失的作用。適宜的水分管理,也能達到提高氮肥增產(chǎn)效果的目的。例如,稻田上施用基肥多采用有水層時混施,這種混施的效果很差,大部分氮素仍留在田面水中,混入土中的氮素只有一小部分。采用無水層時混施氮肥之后再灌水的辦法,可將較多氮素混入土中,減少田面水中的銨態(tài)及氨態(tài)氮總濃度,從而減少氮素損失。另外,將稻田落干,表施氮肥后繼之灌水,讓水把肥料帶入土層中,這種以水帶氮的方法也是一種減少氮素損失的措施。

6.2.2少量多次少量多次可使更多的氮素養(yǎng)分被農(nóng)作物吸收而減少損失。

6.2.3施用長效氮肥長效氮肥又叫涂層氮肥,是一種被涂層物質(zhì)包裹的氮肥。它的包膜是由少量氮、鉀、鎂、錳、鋅、鐵、硼等營養(yǎng)元素的溶液噴涂而成。經(jīng)過涂層的氮肥,不改變原有的性質(zhì)。與普通氮肥相比較,長效氮肥具有物理性能好、氮素釋放平緩、肥效長、氮素利用率高等特點。長效氮肥有緩釋作用,適合于農(nóng)作物由苗期到成長期整個生長過程對氮素的需要,不存在前期供應過量,后期量小不足的缺點。使用長效氮肥,不僅能節(jié)約能源和成本,而且可以提高氮肥的有效利用率,還能緩解氮肥供不應求的矛盾。因而大力推廣并合理使用長效氮肥,是提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的重要手段。長效氮肥適宜于各類農(nóng)作物和各類土壤條件。我國目前推廣使用的長效氮肥主要有2個品種:長效尿素和長效碳酸氫銨,其施用方法與尿素、碳酸氫銨基本相同。具體施用要點如下:長效氮肥的氮素釋放相對緩慢,釋放高峰期比尿素約遲5d,故應比尿素的常規(guī)施用期提前。一般早春提前5~6d,夏季提前3~4d為宜。長效氮肥在土壤中的保氮能力比較強,利用率也較高。因此,它的用量比一般氮肥要略少些。通常要比常量減少10%~15%。由于土質(zhì)不同,長效氮肥在土壤中的吸收保存能力也有明顯的差異。黏土的吸收保存能力較強,一次用量可多些;沙質(zhì)土應以少量多次施用為宜。要根據(jù)作物不同的吸氮特性,科學地施用長效氮肥。

6.2.4使用脲酶抑制劑脲酶抑制劑是抑制脲酶對尿素的水解,從而使尿素能擴散移動到較深的土層中,從而減少旱地表層土壤中或稻田水面中銨態(tài)氮及氨態(tài)氮總濃度,以減少氨揮發(fā)損失。目前研究較多的脲酶抑制劑有O—苯基磷酰二胺,N—丁基硫代磷酰三胺和氫醌[4]。

6.2.5使用硝化抑制劑硝化抑制劑的作用是抑制硝化菌使銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化,從而減少氮素的反硝化損失的硝酸鹽的淋溶損失。

6.3科學合理施用氮肥減少損失

6.3.1看天氣情況施肥尿素施入土壤經(jīng)過氨化過程隨著氣溫的升高而加快。因此,氣溫高時宜施用尿素,溫度低時宜施用氨水和碳銨。葉面噴氮肥,其肥效的高低與肥液在葉面上停留的時間長短有關。若在光照充足、溫度高時噴施,則水分蒸發(fā)快,氮元素很難進入葉子細胞;如噴后即降雨,會使氮肥淋失,這樣都會降低葉面噴肥的作用,所以最適宜時間是陰天無雨或16∶00以后噴施。

6.3.2根據(jù)土壤特性進行施用堿性土可以施酸性或生理酸性的氮肥如硫銨、氯化銨等,它們除了能中和土壤中的堿性外,還能形成容易被作物吸收的銨態(tài)氮;而在酸性土,可選施堿性或生理堿性氮肥,如尿素、硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸銨鈣或石灰氮等,它們一方面可降低土壤中的酸性,另一方面在酸性條件下形成容易被作物吸收的硝態(tài)氮。在鹽堿土中不宜施用含氯的氯化銨,以免增加鹽分,影響作物生長。肥沃的土壤,施氮量要少,保肥能力強的土壤施肥次數(shù)可少些;反之,施氮量應適當增加,而且要分次施用。

6.3.3視作物種類施肥眾所周知,氮長葉子磷長果,鉀肥多了長柴禾,葉菜類如白菜、青菜、莧菜、蕹菜等,追肥可以氮肥為主,但是果菜類,如瓜類、茄果類,除了幼苗期需氮較多外,其它時期更需磷、鉀等其他元素。氮肥過多不僅利用率低,還會造成結(jié)果開花延遲,產(chǎn)量反而低。另外,如大豆、花生等豆類植物的根瘤菌能固定空氣中的游離氮,可以少施用氮肥[5]。

6.3.4選擇不同的生育期施肥在植物的發(fā)芽期主要是利用種子中貯存的營養(yǎng),很少吸收土壤養(yǎng)分,幼苗期根系尚不發(fā)達,吸收土壤養(yǎng)分仍不太多,如果過量施用氮肥,多余的氮肥會在土壤中積累。營養(yǎng)生長期和結(jié)果期需要大量的養(yǎng)分,需充分供給肥料,但要講究各種肥料的搭配,不能偏施氮肥。生產(chǎn)上采取分期施肥、濃淡搭配、施肥與灌溉相結(jié)合等措施,以提高肥料利用效率。

6.3.5根據(jù)作物種類與生長情況進行施用各種作物對氮的要求不一樣,如甘蔗、葉菜類蔬菜等作物需氮較多,水稻、玉米、小麥等作物需氮中等,而豆科作物有根瘤菌固定空氣中的氮素,需氮較少。不同作物對氮肥品種的反應也不同,如水稻施用銨態(tài)氮肥,尤以氯化銨、碳銨和尿素效果好。馬鈴薯施用硫銨效果好,忌氯作物如煙草、淀粉類作物、葡萄等應少施或不施氯化銨。多數(shù)蔬菜施用硝態(tài)氮肥效果好。

6.3.6根據(jù)氮肥的性質(zhì)進行施用碳銨、氨水都要深施蓋土,防止揮發(fā)。由于它們都是速效肥,在土壤中又不易流失,故可作基肥和追肥,適宜水田、旱地施用;硝態(tài)氮肥在土壤中移動性大,肥效快,適宜作旱地追肥?？傊?要根據(jù)氮肥的特性來考慮它的施用時期。

6.3.7配合適量磷鉀肥施用在缺乏有效磷和有效鉀的土壤上,單施氮肥效果很差,增施氮肥還有可能減產(chǎn)。因為在缺磷、鉀的情況下,蛋白質(zhì)和許多重要含氮化合物都很難形成,嚴重影響作物生長。各地試驗已證明,氮肥與適量磷鉀肥配合施用,增產(chǎn)效果顯著[6]。