我国农田土壤氮素的投入和去向
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协调作物生产与实现环境双赢的氮肥管理策略
化学氮肥的施用是我国农田土壤氮素的主要来源，也是农田土壤活性氮损失的主要排放源。采取合理的氮肥管理措施来提高氮肥的利用率是解决农业发展所面临的三大挑战（粮食安全、气候变化和环境退化）的重要策略。2015 年，我国农业部印发了《到 2020 年化肥使用量零增长行动方案》，要求在确保粮食安全的前提下，到 2020 年实现我国化肥用量的零增长。“化学肥料零增长”目标的提出，对肥料的高效合理利用提出了更高的要求。无疑，氮肥的高效利用成了重中之重。目前，可通过以下途径实现氮肥的高效利用。
优化氮肥供给类型，推广高效氮肥的施用
协调作物生长氮素需求与土壤氮素供应的关系是提高氮肥利用率的关键。与传统的化学氮肥（如尿素）相比，高效氮肥例如控（缓）释氮肥能够根据作物不同生长阶段的氮素需求逐渐释放养分，可以最大限度提高作物对氮素的吸收，从而提高氮肥的利用率并降低各种活性氮的损失。与尿素等传统氮肥相比较，同等用量的控（缓）释氮肥的施用能够显著地提高我国三大主粮作物——水稻、小麦和玉米的氮素吸收量（提高 10.5%—11.4%）、氮肥利用率（提高 30.0%—37.2%）及其作物产量（提高 6.4%—9.2%）。与此同时，控（缓）释氮肥的施用还能够大幅度降低活性氮的排放，可以显著地将 NH3挥发、N2O 排放、N 淋溶和径流分别降低 34.8%—70.1%、25.3%—50.4%、3.4%—47.3%和2.7%—44.0%。
除了控（缓）释氮肥的施用，向普通尿素中添加商品硝化抑制剂（如双氰胺，简称 DCD；3,4-二甲基吡唑磷酸盐，简称 DMPP）或者脲酶抑制剂（如氢醌，简称HQ；正丁基硫代磷酰三胺，简称 NBPT）也能够显著提高氮肥利用率（26.5%—31.3%）和作物产量（7.1%—10.0%），同时能够显著降低各种活性氮的损失。据统计，2005—2015 年，我国控（缓）释氮肥的总生产量达到了 2 100 万吨，总推广施用面积达到了 3 300 万公顷。到 2015 年止，混合硝化抑制剂和脲酶抑制剂的氮肥生产量达到了 140 万吨，其应用面积也达到了 200 万公顷。进一步推广高效氮肥的施用是提高我国氮肥利用率并减少活性氮损失的关键策略。
优化氮肥施用方式，科学合理施肥
除了高效肥料的施用以外，科学合理的氮肥施用措施也是提高氮肥利用率减少活性氮排放的关键。科学合理的氮肥施用措施主要是指根据作物不同生长阶段的氮素需求特性，选取合适的氮肥类型（right source）、合适的氮肥用量（right rate）、合适的氮肥施用时间（right time）以及合适的施肥位置（right place）进行氮肥施用。
合适的氮肥类型指的是根据作物的需肥喜好进行施肥。例如，水稻喜好铵态氮肥而小麦等旱地作物则喜好硝态氮肥。前面提到的高效氮肥也属于“合适的氮肥类型”的范畴。
合适的氮肥用量则主要指的是要通过测土配方的方法确定氮肥的用量。考虑到我国氮肥过量施用所带来的一系列环境问题，2005 年，我国农业部下发了在全国范围内开展测土配方施肥的通知。据统计，截至 2015 年，我国各省（自治区、直辖市）测土配方施肥技术推广应用面积超 15 亿亩。对于测土配方施用氮肥的效果，研究发现，配方施用氮肥能够将我国三大主粮作物的产量平均提高 1.3%，将氮肥的利用率大幅度提高 48.2%；与此同时，还能够将 4 种活性氮损失（NH3挥发、N2O 排放、N 淋溶和径流）降低 27.6%—35.3%。将氮的测土配方与磷、钾的测土配方一并进行，能够更大程度地提高作物的产量和肥料利用率。因此，进一步推广测土配方施肥是实现我国肥料用量零增长目标的重要措施。
合适的氮肥施用时间则主要指的是要减少农作物生长前期基肥的施用比例，增大后期（如开花、灌浆等关键生长期）的氮肥施用比例，即“前氮后移”。作物生长初期根系发育不完全，对氮素的吸收能力有限，因此前期大量的氮肥投入会加剧活性氮的损失。笔者团队研究发现，适当减少氮肥基肥的施用比例能够将我国三大主粮作物的产量平均提高 4.1%，并能够将氮肥利用率提高 8.0%。除此之外，适当增加作物生长后期的氮肥施用次数也是实现“前氮后移”的有效措施。增加氮肥的施用次数可以显著提高我国主要粮食作物的产量（5.9%）和氮肥利用率（30%），并有效地降低各种活性氮的损失（5.4%—36.5%）。
加快施肥机械研制，推动机械化施肥
合适的施肥位置则主要是指把氮肥施用在易于被作物根系吸收利用的位置，例如氮肥深施技术。研究发现，氮肥深施是提高氮肥利用率简单有效的措施之一。与当前农民普遍采用的氮肥表面撒施的方法相比较，氮肥深施能够显著地将我国三大主粮作物的产量平均提高16.9%，将氮肥利用率提高 28.5%，并能够降低 NH3挥发损失 34.6%。但是，据统计截至 2013 年，化肥的机械化深施在我国农田的推广面积只有约 110 万公顷。我国耕地以小面积田块占主导，以及缺乏经济可行的工具，限制了机械化施肥的大面积推广。因此，研制和推广适应于小面积田块肥料深施的机械设备是我国农业发展的一个重要方向。除此之外，因地制宜推进氮肥的机械追肥、种肥同播等也是利用机械化提高氮肥利用率和增加作物产量的重要措施。