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摘 要：矿质养分是作物生长发育所必须的条件，作物获得高产和较好的品质必须有合适的营养作为基础，但是土壤中所含有的大量营养元素（N、P、K）的量对于满足作物获得高产的需求是不够的。有研究显示，中国农业生产土壤中缺氮现象非常普遍，而在生产中表现为缺P的土壤占到74%，表现为缺K的土壤为23%。因而，农业上产上把化肥的施用作为作物产量增加的重要的途径之一。本文对中国农田生态系统的氮肥应用现状进行了阐述。
关键词：农田生态系统；氮肥；应用现状
中图分类号：S143.1文献标识码：A
为获得产量上的进一步提升，大量的化学肥料往往被应用，同时，目前化学肥料氮比较便宜，也进一步促進了氮素的大量应用。来自FAO的统计数据显示，从1995～1997年，我国每年平均人工栽培水稻面积达到了3.17×106hm2，全世界20%的水稻种植面积在中国，然而，在水稻栽培过程中所使用的氮肥接近世界总氮肥用量的40%，同时产出了占全世界水稻总产35%的稻谷。我国水稻栽培过程中单季氮素在土壤中的用量接近180kg/hm2，这样的氮素用量与世界的水稻田间氮肥使用量相比高出75%。而我国单位土地面积的水稻产量为6.18t/hm2，比全球水稻的单位面积产量高出60%。同时，我国在水稻栽培过程中使用氮肥的量接近农业生产总氮投入量的25%。2007年，中国水稻重要生产地区之一的太湖地区水稻生产过程中氮肥用量更高。
1 氮肥应用所产生的问题
当农业生产中氮肥投入量不断增大的同时，大量的化学肥料氮被施入农业生态系统中产生越来越多的问题，这已经被人们观察到并不断重视。表现为投入的化学肥料的利用效率逐年降低，主要从以下几个方面得以体现。
1.1 植物营养学中的肥料递减率在当前农业生产中得以明显的体现 首先是养分的利用效率逐年下降，主要从以下三方面可以看出：一是肥料的增产效果呈现十分明显的报酬递减规律。20世纪50年代的早期，15kg的粮食产量增加可以通过施用1kg的纯量养分而获得，20世纪70年代1kg纯量养分仅能得到9kg的粮食产量，20世纪末期仅能得到7kg的粮食产量，联合国的一个组织叫做工业发展组织（UNDIO），这个组织认为1kg存量养分生产处5～10kg为粮食生产的的下限[2]。有资料表明，361.6×106t的水稻产量能够在1991年的水稻生产中实现，预计到2025年，亚洲水稻生产国家产量将增加至591.9×106t，而在这一过程中，氮肥的投入量将增加180%，这些国家的水稻产量仅能估计增加不超过70%。根据这些数据来估算，施入水稻生产系统中的化学肥料中氮素的单位面积生产能力将下降接近40%。有研究指出，当向玉米生产中投入纯量氮素100kg时，60kg玉米籽粒产量可以由1kg纯氮的投入获得，在华北地区所记载的玉米产量纪录中，玉米生产中纯氮的投入量可达到每公顷接近900kg，这样仅仅24kg的籽粒产量能够通过1kg纯氮投入而获得。
1.2 农业生产系统中投入的肥料氮素的利用效率不高
有研究显示，我国碳铵在水稻土壤中施用时表现出的利用效率不超过30%，尿素态氮施用时的利用效率也不超过40%。还有研究指出，我国水稻土壤中肥料氮素的吸收利用效率不超过35%。还有报道认为我国华中地区的水田土壤中氮的吸收利用效率更低，不超过20%。
1.3 由于化学肥料氮素的投入引起的农业生态系统破坏及环境污染等一系列问题逐年加重 田间生产的作物和土壤中的微生物可以将施入土壤中的肥料氮素中的一半左右吸收，土壤可能固定肥料中氮素的20%左右，土壤中的淋溶损失可能达到5%～8%，铵态氮以挥发的形式损失为20%左右，农业生产过程中施入的肥料氮素通过径流进入地表水域，使地表水的富营养化程度加剧。有调查研究显示，太湖地区是中国水稻重要产区，其地表水中硝态氮存在严重的污染问题，硝态氮在河水中的残留也严重超出国家标准。施入农田土壤中的肥料氮通过淋溶的方式进入地下水也是非常严重的一个问题。化学肥料氮素在北京郊区农业生产中被大量的施用，接近十年的时间使用量接近翻一番，而对地下水中NO3-的调查发现其浓度增加了接近两倍，与世界卫生组织关于饮用水中硝态氮含量的规定标准相比，严重超标。江河水体的养分富集也就是富营养化也与氮素的大量投入有关，这使得水中藻类植物的大量生长繁殖，从而导致对水中溶解氧的过分掠夺，致使水中其他生物灭绝。几年的时间里，中国大面积水体藻类大量繁殖的现象时有发生，进一步表明了水体富营养化这一严重的生态环境问题。NO3-盐类可以在栽培作物植株体内发生富集作用，这些硝酸盐类通过食物链的传导进入人体环境，再经过还原过程后转变成NO2-盐类，亚硝酸盐类可以以较快的速度进入人体的血液循环系统，血液血红蛋白中的铁成分，可以被其氧化为高价态的铁离子，形成高Fe血红蛋白，进而失去携带氧进行循环的能力。同时，N2O作为消化作用和反硝化作用的中间产物，与CO2在温室效应中的作用相同，同时也会对臭氧层结构产生严重的破坏作用，对大气结构产生不良作用等。
2 大量氮肥使用的影响
大量化学肥料氮的施入使得农业生产的成本极大提高的同时，也使农业生产产品的原有市场竞争力下降，表现为产量不断增加但收入却增加不明显的现象，使农业生产者的生产积极性受到极大的打击，也产生了许多生产资料和能源的浪费现象，对农业生产的可持续发展造成威胁。联合国粮农组织（FAO）的调查研究显示，化肥在农业生产中的施用使得发展中国家单位面积产量增加55%以上，超过30%的总粮食产量的增加也被观察到[6]，所以，在农业生产生产资料的投入中化学肥料的投入占有非常大的比例，与生产中种子、农药投入支出相比，化肥超过在种子上的支出，正是因为大量的化学肥料在生产中的施用，使得农业生产成本极大地提高。同时，生产者长期以来对化学肥料产生了较大的依赖性，对有机肥料的投入形成了忽视的现象，致使农田土壤中营养元素的片面消耗，有机质含量表现为逐年下降，土壤保水保肥能力也逐渐降低。化学肥料进入农田土壤环境后部分被栽培的作物吸收利用，部分残留在农田土壤生态系统中，其余的施入化学肥料通过各种途径而损失掉，有研究显示，农业生产中化学肥料的支出比例占到全部生产资料投入资金的一半以上。按照化学肥料施入2.0×107t/a计算，同时农田土壤中N的损失率45%比例来计算，那么在农田土壤中化学肥料氮素损失量为9.0×106t/a，相当于损失人民币近400亿元。化学肥料的大量投入将导致可利用的农业养分资源逐渐匮乏，对生态环境的健康带来许多负面的影响。
关键词：农田生态系统；氮肥；应用现状
中图分类号：S143.1文献标识码：A
为获得产量上的进一步提升，大量的化学肥料往往被应用，同时，目前化学肥料氮比较便宜，也进一步促進了氮素的大量应用。来自FAO的统计数据显示，从1995～1997年，我国每年平均人工栽培水稻面积达到了3.17×106hm2，全世界20%的水稻种植面积在中国，然而，在水稻栽培过程中所使用的氮肥接近世界总氮肥用量的40%，同时产出了占全世界水稻总产35%的稻谷。我国水稻栽培过程中单季氮素在土壤中的用量接近180kg/hm2，这样的氮素用量与世界的水稻田间氮肥使用量相比高出75%。而我国单位土地面积的水稻产量为6.18t/hm2，比全球水稻的单位面积产量高出60%。同时，我国在水稻栽培过程中使用氮肥的量接近农业生产总氮投入量的25%。2007年，中国水稻重要生产地区之一的太湖地区水稻生产过程中氮肥用量更高。
1 氮肥应用所产生的问题
当农业生产中氮肥投入量不断增大的同时，大量的化学肥料氮被施入农业生态系统中产生越来越多的问题，这已经被人们观察到并不断重视。表现为投入的化学肥料的利用效率逐年降低，主要从以下几个方面得以体现。
1.1 植物营养学中的肥料递减率在当前农业生产中得以明显的体现 首先是养分的利用效率逐年下降，主要从以下三方面可以看出：一是肥料的增产效果呈现十分明显的报酬递减规律。20世纪50年代的早期，15kg的粮食产量增加可以通过施用1kg的纯量养分而获得，20世纪70年代1kg纯量养分仅能得到9kg的粮食产量，20世纪末期仅能得到7kg的粮食产量，联合国的一个组织叫做工业发展组织（UNDIO），这个组织认为1kg存量养分生产处5～10kg为粮食生产的的下限[2]。有资料表明，361.6×106t的水稻产量能够在1991年的水稻生产中实现，预计到2025年，亚洲水稻生产国家产量将增加至591.9×106t，而在这一过程中，氮肥的投入量将增加180%，这些国家的水稻产量仅能估计增加不超过70%。根据这些数据来估算，施入水稻生产系统中的化学肥料中氮素的单位面积生产能力将下降接近40%。有研究指出，当向玉米生产中投入纯量氮素100kg时，60kg玉米籽粒产量可以由1kg纯氮的投入获得，在华北地区所记载的玉米产量纪录中，玉米生产中纯氮的投入量可达到每公顷接近900kg，这样仅仅24kg的籽粒产量能够通过1kg纯氮投入而获得。
1.2 农业生产系统中投入的肥料氮素的利用效率不高
有研究显示，我国碳铵在水稻土壤中施用时表现出的利用效率不超过30%，尿素态氮施用时的利用效率也不超过40%。还有研究指出，我国水稻土壤中肥料氮素的吸收利用效率不超过35%。还有报道认为我国华中地区的水田土壤中氮的吸收利用效率更低，不超过20%。
1.3 由于化学肥料氮素的投入引起的农业生态系统破坏及环境污染等一系列问题逐年加重 田间生产的作物和土壤中的微生物可以将施入土壤中的肥料氮素中的一半左右吸收，土壤可能固定肥料中氮素的20%左右，土壤中的淋溶损失可能达到5%～8%，铵态氮以挥发的形式损失为20%左右，农业生产过程中施入的肥料氮素通过径流进入地表水域，使地表水的富营养化程度加剧。有调查研究显示，太湖地区是中国水稻重要产区，其地表水中硝态氮存在严重的污染问题，硝态氮在河水中的残留也严重超出国家标准。施入农田土壤中的肥料氮通过淋溶的方式进入地下水也是非常严重的一个问题。化学肥料氮素在北京郊区农业生产中被大量的施用，接近十年的时间使用量接近翻一番，而对地下水中NO3-的调查发现其浓度增加了接近两倍，与世界卫生组织关于饮用水中硝态氮含量的规定标准相比，严重超标。江河水体的养分富集也就是富营养化也与氮素的大量投入有关，这使得水中藻类植物的大量生长繁殖，从而导致对水中溶解氧的过分掠夺，致使水中其他生物灭绝。几年的时间里，中国大面积水体藻类大量繁殖的现象时有发生，进一步表明了水体富营养化这一严重的生态环境问题。NO3-盐类可以在栽培作物植株体内发生富集作用，这些硝酸盐类通过食物链的传导进入人体环境，再经过还原过程后转变成NO2-盐类，亚硝酸盐类可以以较快的速度进入人体的血液循环系统，血液血红蛋白中的铁成分，可以被其氧化为高价态的铁离子，形成高Fe血红蛋白，进而失去携带氧进行循环的能力。同时，N2O作为消化作用和反硝化作用的中间产物，与CO2在温室效应中的作用相同，同时也会对臭氧层结构产生严重的破坏作用，对大气结构产生不良作用等。
2 大量氮肥使用的影响
大量化学肥料氮的施入使得农业生产的成本极大提高的同时，也使农业生产产品的原有市场竞争力下降，表现为产量不断增加但收入却增加不明显的现象，使农业生产者的生产积极性受到极大的打击，也产生了许多生产资料和能源的浪费现象，对农业生产的可持续发展造成威胁。联合国粮农组织（FAO）的调查研究显示，化肥在农业生产中的施用使得发展中国家单位面积产量增加55%以上，超过30%的总粮食产量的增加也被观察到[6]，所以，在农业生产生产资料的投入中化学肥料的投入占有非常大的比例，与生产中种子、农药投入支出相比，化肥超过在种子上的支出，正是因为大量的化学肥料在生产中的施用，使得农业生产成本极大地提高。同时，生产者长期以来对化学肥料产生了较大的依赖性，对有机肥料的投入形成了忽视的现象，致使农田土壤中营养元素的片面消耗，有机质含量表现为逐年下降，土壤保水保肥能力也逐渐降低。化学肥料进入农田土壤环境后部分被栽培的作物吸收利用，部分残留在农田土壤生态系统中，其余的施入化学肥料通过各种途径而损失掉，有研究显示，农业生产中化学肥料的支出比例占到全部生产资料投入资金的一半以上。按照化学肥料施入2.0×107t/a计算，同时农田土壤中N的损失率45%比例来计算，那么在农田土壤中化学肥料氮素损失量为9.0×106t/a，相当于损失人民币近400亿元。化学肥料的大量投入将导致可利用的农业养分资源逐渐匮乏，对生态环境的健康带来许多负面的影响。