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1、10农资班植物营养学小组,关于我国氮肥施用中存在的问题及对提高氮肥利用率的思考,小组贡献：ppt制作：张喜定材料收集：张喜定、黄平芳、李雪梅、魏平、王锐、慕东东、高立宗、李成鹏、杨福军、郭汉伟演讲人：黄平芳,氮肥的重要性以及利用现状,现状：氮肥作为农业重要农用物资，在农业生产中发挥着极为极其重要的作用。我国氮肥的消费占世界30%，而单位面积的施用量已经远远超出世界平均水平。由于氮肥的大量施用导致生产成本降低、投入/产出比降低、氮肥利用率下降、环境污染越来越严重。问题：研究表明，我国氮肥施用问题主要体现在施用量大、氮肥利用率偏低、施用方法不当，进而造成对环境的污染。通过对现状分析和
3、化肥施用量迅速增加。目前已经成为世界上化肥消费第一大国，占世界化肥消费的30%。其中氮肥占化肥消费比重的60左右，随着每年农产品产量的不断提高，氮肥的施用量也不断增加。根据世界粮农组织(fao)的统计，全球自1961年起氮肥用量(以纯n计算)为116*106t，截止到上世纪90年代，全球氮肥用量达到855106t，氮肥用量增加了64倍，而我国同期的氮肥用量从占全球氮肥用量的5猛增至30，一跃成为世界第一消费大国。在高施氮量的同时，我国的氮肥利用率却一直较低，以水稻为例，我国稻田氮肥吸收利用率仅为30-35，明显低于世界平均水平。氮肥的低利用率，直接影响环境，严重制约着农业生产的可持
4、续发展。,氮肥在农业生产体系中发挥了重要作用，不仅为保障粮食安全做出了贡献，还为我国工业发展提供了有力的支持。因此氮肥的合理施用，是提高我国粮食产量及保证我国粮食安全的必由之路；合理施用氮肥，具有重要的经济、社会及生态效益。合理施用氮肥，可以提高我国的粮食产量，降低生产成本，增加农民的收入。合理施用氮肥，也可以提高氮肥的利用率，减少氮肥的浪费量，减少对环境的污染。因此，合理施用氮肥，对粮食安全、农业可持续发展有着非常重要的现实意义。,氮肥施用在农业生产中存在的问题,氮肥在农业生产施用中存在的问题，已有较多研究。正如李树军在浅谈氮肥在农业生产中的作用及当前存在的问题中叙述了氮肥在农业生产中的作用
5、，分析了我国在氮肥利用上存在的问题及氮肥利用率低的原因：一是我国氮肥行业起步较晚，起初生产力落后，从而造成全国氮肥供应的不足：二是施用量以及施用的时期不合理，这直接影响农作物对氮肥的利用率；第三是农民对施肥还存在着本质的误区，如“用肥越多，收成越好”的想法在农民中还广泛存在。,氮肥在农业生产中的起着十分重要的作用，我国人口占世界人口的22，耕地却仅占世界耕地的7，解决粮食安全问题的唯一途径就是提高单产，而施用氮肥则是众多提高粮食单产方法之一。据调查，氮肥的投入占整个农业生产成本的50以上，氮肥的科学施用，不仅可以提高粮食产量增加农民收入，也可以达到改善粮食品质、增加土地肥力、减少环境污染等，可
6、是由于我国氮肥施用的不合理，不仅造成了生产成品的提高，还引起了许多负面的影响。,生存与可持续发展的矛盾,对氮肥利用率低的思考,我国氮肥的施用方法和施用量不合理，直接导致氮肥利用率偏低，没有达到预期的增产效果；其次，氮肥品种单一，主要以速效肥料为主，而且整体浓度偏低，例如浓度较低的碳酸氢铵约占20，浓度较高的尿素约占60，效果较好的复合肥料约占15。这些速效氮肥在施入土壤过后，易与土壤溶液或土壤发生其他反应，由于化学氮释放的速度过快，虽然在作物生长前期可有效的提高土壤肥效，但是作物来不及吸收，养分就发生挥发、淋失、径流、硝化反硝化等现象，从而导致氮肥利用率难以提高。,氮素对农业环境的污染,氮素
7、对水体的污染,据研究，氮肥在施入土壤后，作物吸收量仅占施入量35左右，剩余氮肥则经过其他途径流入环境中，使大量氮素随降雨和灌溉尾水流入江河、湖泊、池塘、水库、海、洋，对水环境造成污染。在化学氮进入地表水和地下水过程中，始终伴随着一系列的物理化学和生物化学转化作用，导致地表水的富营养化、地下水硝酸盐含量过高等。调查显示，许多稻作区稻农饮用的地下水中能够检测出铵和硝酸盐。杨景辉指出我国的湖泊和长江下游水面富营养化作用的面积正在逐年增加，其原因之一就是化学氮素流失所致。,2氮素对土壤的污染,由于氮肥的过量施用，使得大量的nh4+与土壤所吸附的ca2+、mg2+等阳离子发生交换，造成土壤结构恶化、
8、板结，使土壤通气蓄水的能力降低；其次，过量施用氮肥造成土壤无机组分对酸的中和容量(anc)的下降，这种现象的形成是因为土壤中的h+循环脱节而引起的人为因素对氮循环的扰动，导致施氮区普遍土壤酸化的现象,土壤结构恶化、板结、透气性和蓄水性降低,氮肥的长期施用和大量施用，造成化学氮素以n03-的形式在土壤中进行累积，从而导致土壤严重酸化；其次会提高土壤中重金属含量的提高(主要为铝、铁等)；最后是过量施用化肥和偏施氮肥，造成土壤出现次生盐碱化问题，这种现象尤其是在干旱或半干旱地区地下水位较高、地下径流不畅、地下水中含有较多可溶性盐的冲积平原等地区尤为明显。研究指出，目前n03已成为土壤增加最多的盐
9、分离子，约占到阴离子总67-76，土壤次生盐碱化已成制约国内外农业生产发展的严重因素。,氮素对农产品的污染,氮肥的过量施用对人类赖以生存的环境以及食品安全构成了严重威胁。化肥对农产品的污染对水果、蔬菜最突出，而水果、蔬菜的污染主要为化学氮污染，施用氮肥虽然可以促进作物生长，提高产量，但是过量施用氮肥和施用氮肥的方法不得当则会使其品质下降，并对人、畜健康造成威胁，特别在干旱、半干旱地区过量施肥，极易造成农作物含有过量硝酸盐，人、畜食用过后会中毒等症状。研究表明，由于大量施用氮肥，导致土壤中硝态氮含量偏高，各种形态的化学氮素被转化为硝酸盐而被农作物吸收。除了黄瓜、西红柿等瓜果菜类的硝酸盐含量正
10、常以外，叶菜和块根菜类的硝酸盐含量均有可能偏高。,氮元素是构成植物体内蛋白质、核酸、代谢酶、生物膜等物质的主要元素。对植物体的生长发育必不可少。但是过量施用氮肥，会导致植物生长发育生殖发育，植株徒长而结构支撑物质发育不良，尤其细胞壁等支撑结构发育不完善，容易引起病虫害、倒伏等问题，严重影响着作物产量和产品品质。,氮素对大气的污染,氮肥在施入土壤之后，既可以通过挥发反应，直接以nh3的形式进入大气，也可在进入土壤之后，通过反硝化作用进行还原反应，以n20、n2等其他形式进入大气。这些气体在大气中与s02等发生反应，极易引起酸雨的形成，而n03就是酸雨中重要成分之一。根据研究，稻田反硝化作用释放
11、出的n20可能加快全球气候变暖过程，从全球范围来看，大气中n20的浓度正在以每年025的速度增加，而农业生产中释放的n20约占大气层总量的70，由此可见，1分子的n20导致气候变暖的效应与310分子的c02相当，因此，农田中化学氮的施用对大气的生态影响存在着至关重要的作用。,如何提高谷类作物的氮肥利用效率是一个全球性的课题。研究指出，世界范围内谷类作物的氮肥利用效率仅为33153451，肥料氮的损失途径主要包括硝态氮淋洗损失、氨挥发损失、反硝化损失、作物自身地上部的挥发损失和地表径流损失。优化氮肥管理、氮高效品种选育、种植制度的改革以及改善作物的生育条件均能在一定程度上提高氮肥利用效率，但是
12、，提高氮肥利用效率的综合配套方案目前很难实施。,我国氮肥利用率低的原因分析,我国氮肥利用率低的原因分析,一，施用过量：我国长期以来，影响氮肥利用效率最直接的原因就是过量施用氮肥。通过分析施氮量和氮肥利用率的关系，并根据我国实际情况可以得出，施氮量在不高于每公顷60公斤的情况下，水稻、小麦、玉米的氮肥利用率分别为490、554、402；施氮量在高于每公顷240公斤的情况下，水稻、小麦、玉米的氮肥利用率分别下降至150、113、144，因此可以证明，施氮量在超过一定量之后，如果继续增加，水稻、小麦和玉米的氮肥利用率均会出现下降的趋势。由于氮肥对农作物的影响最大，其效果也明显，一些农民为了使作物
13、提高产量，只顾眼前利益，不惜大量施用氮肥，盲目、过量施肥的现象相当普遍，而这种畸形的生产现象在经济发达地区尤为突出。上世纪末，山东省小麦氮肥用量就达到每公顷280公斤，本世纪初，张福锁等再次对山东惠民县做了为期五年的跟踪调查，370个农户的资料表明，在小麦玉米轮作体系下，氮肥的施用量为每公顷673公斤，较20世纪90年代相比有明显的增加。而当前，我国氮肥的施用量仍在不断增加。,二，忽视土壤养分资源的利用在通常情况下，土壤本身的氮素含量是决定氮肥利用效率的基本因素，即在土壤营养元素含量较高的地区，施入氮肥得到的利用率相对较低，例如我国东北地区等，反之在土壤本身营养元素贫瘠地区，施入氮肥得到的
14、利用率相对较高，例如我国西北地区等。近三十年来，随着化肥的在农田大量施用，我国土壤的质量得以改善，农作物生产量和品质得以提高，尤其是在部分土壤元素相对贫瘠地区，过量施用化肥和秸秆还田量的增加，使得我国土壤中的营养元素含量总体呈上升趋势，土壤中的氮、磷、钾含量明显增长，部分地区己呈现积累过量的态势。从第二次土壤普查的数据中可以看出，我国华东、华中、华北、西北地区耕地土壤的有机质含量和氮含量稳中上升，西南地区升降不定，东北地区有所下降。由于我国经济发达地区常年施氮量过高，对很多地区的土壤造成不同程度的影响，经检测我国土壤剖面中均呈现出较高含量的无机氮积累，这种现象在北方尤为突出。以华北地区小
17、程度上提高农作物的产量，但是也是化学氮素流失的重要途径。当前，我国耕地面积逐渐减少，耕地的质量越来越差，再加上粗放型经营和氮肥施用的不合理，从而导致我国农田养分损失量巨大。,氮肥的损失途径,氮肥的损失途径,一，氨挥发1.研究指出，在利于氨挥发的环境下，损失量可达施氮量的4050，这是氮肥损失的重要途径之一。2.氮肥肥种的不同，氨挥发也是各不相同。3.还有很多不明的影响氨挥发的因素。比如灌溉、气候、土壤特性等。二，硝化反硝化作用土壤硝化反硝化作用中产生的产物极易被水溶解，所形成的n2和n2o很容易溢出土壤，这是氮素损失的重要途径之一。这两种基本产物中，n2o占65%，n2占35%。
18、三，淋失和径流氮素淋失，即土壤中的氮元素伴随着水体移动至植物根系以下，不能被植物吸收所造成的氮素流失。氮素的淋失现象并不是单纯的物理迁移，其本质是介于植物吸收以及土壤转化等过程的结合。大量研究数据指出，我国北方和南方的农田里都存在着氮素淋失现象，水田现象较明显，旱田次之或不存在淋失现象。,影响氮肥利用率的因素分析,土壤氮素的矿化和供应,氮肥对土壤氮矿化的激发效应,土壤中的其他状况,碳酸氢铵(nh4hc03),尿素co(ch2)2,硫酸铵(nh4)2s04,硝酸铵(nh4n03),氯化铵,缓效(长效)肥料,影响氮肥利用率的因素分析,一.土壤对氮肥利用率的影响绝大多数的作物都是通过土壤来吸收
19、水分和养料的，所以说土壤是作物生长、生存的重要媒介。但是在绝大多数的农田中，土壤本身对作物的营养供给已经无法满足作物的需求，由于我国人多地少的现状，农作物的高产、优产迫使我们必须寻求一种有效的提高途径，那么施用氮肥就是众多途径中收益最大的一种。因此，影响氮肥利用率的因素则是我们分析的重点。1.土壤氮素的矿化和供应氮肥在土壤中的转化过程决定作物对氮肥吸收利用情况，这对作物的氮肥利用效率起着至关重要的影响。大量试验指出，无机氮可以在土壤中迅速发生转化，并具有多种转化途径；而微生物固定则是一种同化过程，降低氮素的流失。,研究表明，微生物固氮是一种极其温和的生化反应，相比于化学固氮有着无比的优越
20、性，而微生物固氮的本质将氮在于存在于活性的有机库内，活性库内的有机氮其化学性质相对不稳定，比非活性库内的有机氮更易发生分解矿化。因此这种转化更新过程从根本上影响土壤氮素的供应。研究发现，施入土壤中的无机氮通过化学反应，可以迅速转化成某种形态的氮，这种新形成的有机氮会附在土壤矿物或有机复合体的表面，同时具有较强的和循环功能，在适宜的条件下，附在土壤矿物或有机复合体的表面的有机氮又会释放出无机氮，因此说明其处于一种自我转化和循环的状态，这种特殊的有机氮成了土壤中有效氮的“贮存仓”，“贮存仓”对土壤中的氮循环和氮素供应起到了调用，从而影响了氮肥的利用效率。通过上述分析可以得出，土壤的功能直接影响
21、着氮肥利用率的高低，其原因土壤功能影响着土壤对氮素的调节能力。土壤中微生物的同化作用受土壤有效碳影响，在一定范围内，提高土壤中有效碳源的含量可以促进氮素的同化作用。大究结果表明，配施有机肥比单独施用氮肥的收益更大，原因在于有机肥使得土壤生物的活性增强，从而促使氮素的供应能力增强。,2.氮肥对土壤氮矿化的激发效应n由有机态转化为无机态nh4+或nh3的过程被定义为n的矿化作用。这种过程是利用有机物质作为能源的异养土壤微生物进行的，矿化作用在这种n的大循环中起着关键的作用，而且是造成植物残体中有机n转化为能被植物在其光合作用时吸收利用的原始的简单无机态n的基本转化过程，土壤生物，主要是微生物，
22、它们构成了执行n循环中异养生物相的有生命的作用，矿化作用则是其异养生物相的基本活动过程之一。另外，矿化作用对n的循环过程的作用以及其矿物质的终端产物(nh4+nh3)对自养生物相的增殖功能都具有极为重要的意义,3.土壤中的其他状况土壤中氮素的含量对作物的产量起着至关重要的影响，根据肥料效应方程式可以得出，当施氮量超过作物的需求量时，氮素的利用率会出现降低。虽然在理论上，施氮量的增加可以获得相同量的收益效果，但是在实际操作中不同氮肥的形态在不同土壤内的损失程度各不相同。例如，在旱地中，硝态氮的增加会导致淋溶作用的加剧；而在水田中，硝态氮的损失程度远高于铵态氮。另据研究得出，有机肥中氮素利用
24、进作用。而氯离子和一些重金属离子会使微生物的活性降低从而减缓氮素由无机转化成有机的速率，最终导致氮肥利用率的下降。土壤的通气状况对氮素的率用率同样会造成影响，因为硝化作用是在空气含量相对较高的条件下进行，反硝化作用则是在空气相对较少的条件下才能进行。另外土壤的其它因素也对氮肥利用率造成影响，例如土壤中ph值情况、有机质的含量、阴阳离子代换等等，都是我们在研究中需要综合恒定。,二，不同氮肥对利用率的影响,1.碳酸氢铵(nh4hc03)碳酸氢铵简称碳铵，俗称“气肥”。主要成分为铵和二氧化碳。含氮量17175。为白色粉沫或细粒结晶，有刺鼻熏眼的气味。易溶于水，水溶液呈碱性，易自行分解。施入土壤后溶
25、解速度快，易被作物吸收，不留任何杂质，不产生不良影响。碳酸氢铵化学性质不稳定，在一定温度和湿度条件下易分解为氨、二氧化碳和水，导致氮素的挥发损失。碳酸氢铵宜作底肥、追肥及种肥施用。作底肥应结合翻耕施入，深12厘米以上，每公顷525750公斤，要随施随翻耕。根据调查，碳铵施在地表，肥效要降低67，同时，由于氨的挥发，还会造成作物叶片的灼伤。因此，施用碳酸氢铵一定要深施覆土，并且要及时浇水，以保证肥效，减少伤害。2.尿素co(ch2)2尿素是化学合成的有机酰铵态氮肥，含氮最高可达46，是固体氮肥中含氮量最高的品种。为白色半透明小颗粒，易溶干水，不易吸湿结,块，物理性状隐定，由于其含氮量高、
27、(nh4)2s04硫酸铵，通常状态下呈白色柱状结晶，也有粉末状，其颜色也有所不同，常见颜色为灰色、浅绿色、棕黄色等，但不影响质量。其含氮量为20左右，易溶于水，不易吸湿。因此，硫酸铵贮藏和施用都十分方便。硫酸铵在施入土壤过后会解离为氨和硫酸根离子两部分，氨离子可以直接被作物吸收利用，而硫酸根离子会残留在土壤中，对酸性土壤易增加酸度，对碱性或中性土壤易形成硫酸钙，长期积累会造成土壤板结。硫酸铵作为常用氮肥，在施入水田后，一方面可以为作物提供有效的营养，而另一方面硫酸铵在淹水的情况下会产生硫化氢，其毒性导致水稻黑根，但只要经常排水晒田，则可避免这种现象的发生。硫酸铵适用性非常强，可配合各种
28、土壤、作物使用，适宜做追肥和种肥。水浇地结合灌溉水进行追肥，可以有效提高氮肥的利用效率。研究表明，追肥的70适宜是每公顷250300公斤。如果在碱性土壤施用的话，需要注意深施。做追肥时，每公顷的用量是5070公斤，施用时需要不易遇水，并需拌匀。水浇地施用时，切忌大水漫灌。,4.硝酸铵(nh4n03)硝酸铵为白色结晶状，含氮量约为35，在水中具有较强的溶解度，溶解时有强烈的吸热反应。另外硝酸铵还具有较强的吸湿性，在空气湿度大的地区，极易吸湿溶解为液体状。硝酸铵的化学性质不稳定，具有助燃性和爆炸性，因此，在贮存、运输方面要极为注意。硝酸铵属于速效性肥料，适用范围相对较广。由于硝酸铵施入土壤后分
29、解出的硝酸根不易被土壤吸附而造成流失，北方干旱地区常用硝酸铵作追肥使用。作为追肥时，每公顷用量为150220公斤。施用时应注意少量多次，可以提高氮肥的利用效率。作种肥时需控制用量，不可与种子直接接触，以防止烧种。在小麦拌种时，应做到去水干拌，并边拌边播，用量以每公顷3045公斤为适宜。硝酸铵是含氮量较高的肥料，由于其溶解性好、速度快，因此与干细土壤混合后可做到均匀施用。欧洲国家大部分采用硝酸铵作为追肥，因为其化学性质比尿素稳定，就作为追肥而言，其氮素利用率较高。此外，需要注意的是硝酸铵与有机肥料混合堆沤会引起反硝化作用，导致氮素的流失，所以不可以混合施用。,5.氯化铵(mh4c1)氯化铵呈
30、白色晶体粉末货颗粒状，也有黄色，含氮量在25左右。化学性质相对稳定，吸湿性较小，不易结块，水溶性好，施用方便，便于贮藏。氯化铵在农田你可作基肥和追肥。作基肥时，每公顷用施用500公斤左右为宜，需要深施，使其避免与种子接触。作追肥时，应该注意开沟施用，一次性施用量不可超过每公顷用量150公斤，掌握少量多次的追肥原则，防止氯离子过量积累，抑制幼苗的生长。氯化铵与硫化铵均属于生理酸性肥料。在施入土壤之后，铵离子会被土壤所吸附，氯离子与钙离子则会形成氯化钙。如果在排水系统较好的地区，氯离子可被灌溉水淋洗掉；如果在排水系统不好的地区，沉积下来的氯离子会使盐碱地或干旱地区土壤盐分增加，抑制作物的生长。
31、所以，盐碱地或干旱地区不适宜施用氯化铵。因为氯离子可增加土壤中的酸度，所以酸性土壤适宜施用氯化铵时应注意配施农家肥和石灰，可预防土壤的酸化，但石灰不可直接与氯化铵直接施用。此外，对作物而言烟草、胡麻、葡萄、马铃薯、西瓜等都属于忌氯作物，不易施用氯化铵。稻田里比较适合施用氯化铵，应注意排水，防止硫酸铵发生还原作用产生硫化氢危害庄稼。,6.缓效(长效)肥料缓效(长效)肥料是将粒状氮肥表面包裹一层薄膜，使其可溶性氮逐渐释放出来，供作物吸收利用，减少氮素损失和生物固定。蔡燕华在氮肥施用中的污染问题及防治对策中论述了发展控缓释肥料可以提高氮肥利用率，并且能减少氮素的损失。但由于其价格昂贵，施用对象主
32、要是经济作物。我国于世纪年代初期开始研究包膜控释肥料，早在1974年，中科院南京土壤研究所用钙镁磷肥包裹颗粒碳铵，农田试验效果较好，但未形成规模生产。直到上世纪80年代末期才再度重视包膜控释肥料的研究，其发展迅速，在国内已有多家研究单位具备试制包膜肥料的实验设备。华南农业大学肥料研究室生产的树脂包膜控释肥、异粒变速控释肥已获得国家专利。沈阳农业大学植物营养与新型肥料研究所已获得五项不同作物专用包膜控释肥料发明专利。目前我国已有多家研究单位正在开展不同类型的高分子聚合物包膜肥料的研究工作，但包膜缓腔释肥料的商品性生产还未形成。我国虽然起步比较晚，但发展很快，预计未来几年我国有可能在包膜缓腔释肥
33、料研制方面居于世界前列。,三，作物对氮肥利用率的影响,1.不同作物对氮肥利用率的差异作物在叶片解剖结构、光合速率、光呼吸、水分利用效率方面具有差异，而且两种作物对温度的要求也存在着很大的不同，c3作物生长在温度较低环境，主要分布在温带和寒带；c4作物生长在温度较高地区，主要分布在热带、亚热带。因此，两种植物的氮肥利用率也是存在着差异。2.同种作物内不同基因型间对氮肥利用率的差异已有较多关于不同基因型品种间氮肥利用率差异的研究通过作物基因的不同，分析作物基因型之间氮素利用效率的差异，筛选氮素高效利用基因和建立适宜的施用方法是提高氮肥利用率的一种有效途径。3.作物在不同的生长发育阶段需
34、氮量差异作物不同的生长发育阶段对氮素的需求量存在着差异。如苗期作物生长量小，需氮不多；在营养生长和生殖生长旺盛时期需吸收大量氮素；到了生长后期，作物主要通过体内养分再动员来满足器官对养分的需求，对外部施肥不敏感。因此，根据作物的需肥规律进行合理施肥，才能提高肥料的利用率。,四，氮肥的施用对氮素利用率的影响,1.氮肥的施用方法目前，我国氮肥的施用方法有以下几种：表面施撒、混施、深施。大量数据证明，不同施肥方法对氮素利用率有很大的影响，其中，深施的利用率最高，混施其次，表面撒施对低。氮肥深施是不仅可以减少氮肥损失，同时还可以提高氮肥利用率，在田间生产中收益最大。2.氮肥的施用量我国一直存在
35、施氮量过高的现状，不少农户认为氮肥施用的越多，产量则越高，其实不然。施氮量的增加有时也会对作物的产量及氮素利用率造成影响。3.氮肥的运筹由于农作物的生长可分为几个不同阶段，作物不同时期的氮肥需求量也存在着差异，因此氮肥的运筹对于农作物氮素利用率起着很大的影响。研究表明，基肥和追肥的施用比例不同，得到的氮素利用率和产量也是不相同的。,提高氮肥利用率的途径,提高氮肥利用率的途径,1.测土配方施肥在经济相对发达地区，氮肥的施用量常常高于作物的需要量，氮肥利用效率不高，投入产出比下降；而在经济落后地区，又普遍存在氮肥用量不足的问题，作物的产量潜力得不到充分发挥。从世界范围来看，这种用肥不均