我國農田氮肥施用現狀、 問題及趨勢

巨曉棠， 谷保靜

(1 中國農業大學資源與環境學院， 北京 100193； 2 浙江大學政策仿真實驗室， 浙江杭州 310058)

在排除了其他影響產量的主要限制因素后(如土壤障礙因子、 水分、 磷鉀等)，氮素在作物產量和品質形成中起著關鍵作用。合理施用氮肥是當今世界作物生產中獲得較高目標產量的關鍵措施。不合理施用氮肥會導致兩種結果： 一是氮肥投入量低于經濟最佳施氮量或最高產量施氮量，導致產量較低，沒有發揮品種、 灌溉等其他農藝措施的增產效果；二是氮肥投入量超過了經濟最佳施氮量或最高產量施氮量，導致產量不再增加或有所下降(倒伏或病蟲害增加)，但氮肥在土壤中殘留量或損失到環境(指大氣和水體)中的量會顯著增加[1]，污染環境。

對某個地區的某種作物(區域尺度)或具體農戶田塊(田塊尺度)來說，合理施用氮肥主要應包括施肥量、 施肥時期、 施肥方法和肥料品種，也應包括與有機肥和秸稈還田措施的配合，還應包括與灌溉、 耕作、 品種等其他農藝措施的配合。合理施肥措施主要受區域內土壤狀況、 氣候條件、 作物特征(包括不同作物和同一作物不同品種)和其他生產條件(如灌溉等)的影響。根據區域內施肥田塊變異程度或者說相似程度，合理施肥措施可以在同一地區同一作物上大約一致(或者說一個很窄的范圍)，如區域平均適宜施氮量的概念和做法[2]。或者根據田塊之間和田塊內的土壤變異，確定微域尺度上氮肥用量，如北美的精準施肥或變量施肥概念和措施。這些看似簡單的道理，或者說在理論、 科研層次上已基本解決的問題，在我國生產實踐中卻成為一個持久的、 重大的和難以解決的實際問題，并且直接影響到我國農產品生產和環境保護等重大問題。

對于什么是合理施氮？如何合理施氮？在農戶、 推廣部門、 甚至科技工作者層面都有不同認識，導致在生產實踐中盲目施氮現象相當普遍。目前生產上的具體問題是如何確定某一地區、 某種作物獲得較高目標產量和品質指標的合理施氮量，如何在生產實踐中實現合理施氮方法和施氮時期。

我們認為，現階段我國盲目施肥或不合理施肥當然存在一些技術方面的問題，但更重要的是一個廣泛的社會經濟問題，其中涉及到土地經營規模、 肥料和農產品價格及補貼體系、 勞動力市場和價格、 農業推廣服務體系、 農戶傳統施肥理念等問題[1,3]。如果不澄清這些問題，將會對我國未來農產品生產和環境保護帶來影響。本文就我國氮肥施用現狀、 存在問題和原因及未來發展趨勢提出了以下看法。

1 何謂合理施用氮肥

合理施用氮肥主要包括四個方面，即施肥量、 施肥時期、 施肥方法和肥料品種(國際上稱為“4R”技術，即right amount, right time, right place, right type)。這四個方面不是孤立的，而是相互聯系和影響的。如施肥量首先決定于目標產量，但又決定于施肥方法、 時期和肥料品種。如果后三者不合理，導致施肥過程和施肥后大量氮素損失，氮素沒有充分被作物吸收利用，為了獲得較高目標產量，農戶就要加大施氮量，以保證作物吸收足夠氮素。如果后三者都趨于合理，那么施入的氮肥能夠被作物充分吸收利用，就不需要增加額外氮肥去“滿足損失”。

1.1 確定合理施氮量

確定合理施氮量是施肥的關鍵。我們認為，合理施氮量始終決定于目標產量和目標籽粒蛋白質含量。在我國主要取決于目標產量，在西方國家小麥生產中，還要求一定的籽粒蛋白質含量，主要是出于烘烤面包需要，這時施氮量要稍高，應該在經濟最佳施氮量之上，但一般不會超過最高產量施氮量[4]。目標產量不是憑空想象的，取決于某一時期某一地區的生產條件，主要包括土壤條件、氣候條件，農藝管理措施如品種、 灌溉、 耕作等。在某個地區某種作物上，可以根據過去三年平均產量或當地能夠獲得的比較高的產量來確定。當然，如果要追求進一步把產量提高到更高臺階，那就需要改進生產條件和栽培管理措施，相應的施氮量也應該根據新設定的目標產量確定。西方發達國家一般把目標產量定義到經濟最佳施氮量能夠達到的水平上，從經濟學角度，這時肥料的投入產出比最高，獲得的經濟效益也最大[5]。我國因對農產品需求量大，一般將目標產量定義到最高產量施氮量能達到的水平上，最高產量施氮量比經濟最佳施氮量要高，引起的氮肥損失會稍大，但環境代價還不是太大。如果超過了最高產量施氮量，不但對增產沒有好處，氮肥損失卻會顯著增加[5]。

如何確定田塊尺度的合理施氮量？傳統方法是利用田間肥料試驗或土壤與植株測試，這兩類方法在實際應用中都有較大缺陷。前者以田間試驗及生物統計理論為基礎，基于“投入-產出”關系，視土壤為“黑箱”，推薦量來源于前些年的試驗結果，且不可能每塊地上去做田間試驗，沒有解決“空間變異”問題。后者以土壤和植株測試為基礎，其一是很難找到可靠的土壤有效氮測試指標，如在水田還沒有找到滿意的指標；盡管旱地根層貯存硝態氮可以反映土壤的供氮能力，但也存在諸多局限性，如硝態氮易移動、 空間和時間變異大，從采樣到分析結果可引起N 30 kg/hm2以上的誤差，該誤差足以掩蓋田塊之間施氮量的差異；其二是將測試值轉換為推薦量需要大量參數，有時計算的結果不如有經驗的人“拍腦袋”。兩類方法的共同局限性還在于，需要花費大量資金和時間進行田間試驗和土壤與植物樣品測試。由于我國田塊小、數量大，測試工作量大；復種指數高、 茬口緊，測試工作難以做到不誤農時；測試設備不足，技術人員少；因此，即使土壤供氮能力的測試指標得以解決，也不能廣泛采用測試路線[2]。

在以上分析中，沒有考慮經過一季作物種植后，土壤氮素的變化情況。我們認為，在長期耕作田塊，應該維持土壤氮素基本平衡。如果施氮不足導致土壤氮肥力下降，則后季需要補充土壤消耗氮素，而且很難實現持續穩定和較高的目標產量。如果施氮過量，則會導致土壤氮素累積和隨后大量損失。因此，在長期耕作田塊，合理施氮量應該是獲得目標產量的同時，維持土壤氮素平衡。根據我們對肥料氮、 土壤氮、 作物吸氮三者關系的大量研究結果，在秸稈還田條件下，禾谷類作物的合理施氮量大致相當于作物地上部的氮素攜出量。可以根據這個規律和以往本地區試驗參數，很方便確定出獲得一定目標產量時的合理施氮量[7-8]。該方法花費最少、 簡便易行，值得大面積推廣。

1.2 施肥方法和時期

根據我們撒施肥料的經驗，人工表面撒施肥料不僅會造成嚴重的氨揮發損失，而且在施氮量上難以控制，經常撒多，況且也很難撒勻。這是我國目前肥料施用過量、 損失嚴重的直接原因。如本文所考慮的幾個關鍵施氮量點N 150、 225、 250和300 kg/hm2，相當于在整個一季作物的數次施肥中，每畝地施用一袋50公斤尿素的44%、 65%、 72% 和87%。如果人工撒施尿素，很容易在一畝地上一次就將半袋尿素撒完，不知不覺就過量了。所以要控制施氮量，減少氮肥損失，機械化均勻施肥是必由之路。機械化施肥既可以做到氮肥深施，也可以很好的控制施用量。在目前土地分散經營的情況下，應該推廣小型簡單的機械實施氮肥深施。

1.3 氮肥施用的主要問題

由于我國科學普及水平較低，這一看似簡單的問題，在生產實踐中變得極其復雜。手工撒施氮肥或撒施后灌水仍是我國小農戶土地分散經營的主要施肥方式，“一炮轟”施肥也相當普遍[3]，導致大量的氮素損失。這些看似施肥技術方面的問題，實際背后隱藏著復雜的社會經濟問題，如單個農戶土地分散經營、 土地規模小，農戶不計較肥料投入成本和糧食收入；農業生產比較經濟效益低，農業收入在家庭收入中不如外出務工高；省時省工，不愿意投入勞力；缺乏適當的施肥機械，擔心追肥成本高等[1,3]。未來土地規?；洜I有望解決上述主要問題。當今西方發達國家在每個田塊上未必都實現了合理施氮，但對氮肥用量控制是嚴格的，主要出于對環境問題的考慮。由于施肥方法和施肥時期的合理性，如大面積機械化施肥或精準變量施肥，使施肥過程和施肥后的氮素損失降到很低，環境污染控制到最低限度，這得益于有關施肥技術在生產實踐中的普及應用。

綜上所述，我國作物生產中氮肥施用的主要問題是損失嚴重，這既是經濟損失，又是環境污染。降低氮肥施用過程和施用后的氮素損失，成為田塊、 區域和國家尺度控制氮肥用量、 提高氮肥有效率和降低環境污染的關鍵[8,13]。

2 我國氮肥施用現狀及趨勢

我國自上世紀八十年代以來，氮肥總使用量上升很快。要判斷氮肥施用量是否合理，我們認為，需要從三個尺度上進行分析，即農戶田塊、 區域和國家尺度。

2.1 農戶田塊尺度

在田塊尺度，可以應用田塊實際作物產量、 田間試驗合理施氮量，農戶實際施氮量判斷農戶的施氮屬于什么水平，分析農戶施氮是否過量及原因。過去三十多年間，我國做了大量田間肥料試驗和農戶施肥量調查，為這種判斷提供了豐富資料。

不同于下發問卷調查或訪問農戶的形式，我們于2005年在山東惠民采用定點農戶跟蹤記錄方式，對農戶實際施肥情況進行了跟蹤研究[14]。跟蹤記錄的47塊冬小麥-夏玉米輪作田塊，56塊日光溫室蔬菜田塊，34塊蘋果園的化肥氮施用量分別為N 553、 1358和661 kg/(hm2·a)；有機肥氮施用量分別為N 50、 1881、 181 kg/(hm2·a)，兩者之和分別為N 603、 3239和842 kg/(hm2·a)，農戶實際施氮量遠遠超過了每種作物的推薦施氮量[11]，導致大量氮素盈余和地下水硝酸鹽污染[14]。這種跟蹤記錄，雖費時多、 花費大，但準確度高，可以獲得農戶田塊可靠的實際施氮量，但跟蹤記錄的農戶數量很有限。

2.2 區域尺度

以上是采取自下而上農戶調查方法，根據調查田塊數，每個田塊施氮量，從文獻資料上獲得依據田間試驗確定的推薦施氮量范圍，進行對比分析，求出低于、 合理或高于推薦施氮量范圍的樣本數占總調查樣本數的比率，以評價農戶施氮量處于什么水平。但這種抽樣調查方法很難判斷區域尺度的施氮狀況。

英國倫敦帝國大學的David Norse教授曾經問過筆者一個問題，即“中國過量施氮的面積有多少？”，引起了筆者長時間思考。對于這個區域尺度的問題，我們認為應該采用從上到下的方法，目前只能依據國家統計資料、 國際糧農組織(FAO)和國際肥料工業協會(IFA)的數據庫。我們定義的過量施氮面積是指“over-fertilized area”，該播種面積的實際平均施氮量超過了平均推薦施氮量，其計算公式如下：

其中，As是一個地區的總播種面積；As,i是第i種農作物的播種面積；Ni是第i種農作物的推薦施氮量范圍；Nt是一個地區的總施氮量?；谶@一判斷，可以用省級或縣級統計資料，計算出某一地區單位播種面積的平均施氮量(Nt/As)。由于在省或縣級尺度上有多種作物，每個作物都有平均推薦施氮量范圍(Ni)，可以根據主要作物的平均推薦施氮量和相應播種面積的權重，進行加權平均，計算出該區域所有作物的平均推薦施氮量。如果該播種面積的實際平均施氮量小于、 等于或大于平均推薦施氮量，則認為是不足、 合理、 過量氮肥施用面積。

圖1 我國2010年單位農田面積(a)和單位播種面積(b)的氮肥施用量空間分布(數據來源： 國家統計局[16])Fig.1 The spatial distribution of N fertilizer rate per agricultural area (a) and per sowing area (b) in China in 2010 (Data source： National Bureau of Statistics of China[16])

由于我國各地復種指數不同，單位農田面積和單位播種面積的施氮量差異很大。我們認為，前者是每年施氮量，或者稱為施氮強度，可以反映向某個地區投入肥料氮的強度，如果投入氮強度過高，就會使下季作物利用上季殘留肥料氮的機會減小，導致氮素嚴重損失，引起區域內大氣和水環境的氮濃度增高，作為區域內環境污染風險評價指標；后者反映每季作物的施氮量，可以作為區域內是否合理施氮的評判指標。

由圖1可以看出，我國單位農田面積施氮量高于N 350 kg/hm2的地區主要分布在中東部和東南部地區，包括北京、 河南、 江蘇、 湖北、 福建、 廣東等地。這些地區單位農田面積肥料氮投入強度大，環境污染嚴重。我國單位播種面積大于N 250 kg/hm2的地區也主要分布在上述地區，而大于N 225 kg/hm2的地區更加廣泛的分布于中東部和東南部的絕大部分地區。

2.3 國家尺度氮肥施用現狀及預測

我國需要多少氮肥，既能保證農產品生產需求，又不引起環境污染，一直是大家關心的重要問題。要判斷全國氮肥使用量處于什么水平，需要用合理方法。理論上講，國家氮肥需求量，應該等于各個田塊合理施氮量之和，但這是很難估算出來的。我們在這里提出一種估算國家尺度氮肥需求量的方法，即根據某種作物的播種面積和這種作物的推薦施氮量范圍，獲得該種作物的需氮量，將全國不同作物需氮量相加，即可大致估算出全國的合理需氮量范圍，稱之為氮肥需求量估算法。

根據我們的研究，田塊尺度上作物合理施氮量基本上相當于作物地上部(籽粒和秸稈)氮素攜出量[7-8]。如果能夠求出全國尺度上所有作物的地上部氮素攜出量，則可粗略的認為是全國的合理需氮總量。實際上，西方發達國家田塊尺度上氮肥施用量相當于籽粒移走的氮量，因為秸稈一般能夠全部還田，人畜禽糞尿也能大部分回到農田補充部分土壤氮素消耗，國家尺度上總的氮肥需求量大致相當于全國籽粒攜出總氮量。由于我國氮肥損失較為嚴重，損失的氮素大致相當于秸稈還田的氮量，加之我國人畜禽糞尿的循環利用率較低，為了彌補這部分損失，我們推算的田塊尺度氮肥施用量相當于作物地上部分氮素攜出量(籽粒和秸稈)。國家尺度的氮肥需求量相當于全國作物地上部氮素攜出總量，以此作為我國氮肥需求量的最低下限。

圖2 19802010年我國農田實際氮肥使用量、 合理氮肥使用量的范圍及作物攜出氮量(數據來源： 國家統計局2013[16])Fig.2 The actual N fertilizer consumption, range of rational N fertilizer demand and total aboveground N uptake by crops in agricultural area in China from 1980 to 2010(Data source, National Bureau of Statistics of China[16])

圖3 20112050年我國糧食需求量、 氮肥需求量及作物攜出氮量預測 Fig.3 The prediction of grain demand, N fertilizer demand and total aboveground N uptake by crops in agricultural area in China from 2011 to 2050

根據作物合理推薦施氮量估算我國農田對氮肥需求量范圍具有重要意義。政府主管部門可以依此來安排氮肥生產，避免過量生產氮肥，因為生產氮肥需要消耗大量的化石能，化肥企業產能過剩必然影響到全國能源消費結構，生產過程也會造成一定程度的環境污染和溫室氣體排放[3]。

根據本文提出的氮肥需求量估算方法，可以估算出各省和全國的合理氮肥使用量范圍，對省和全國尺度氮肥總使用量進行宏觀調節和控制，可以在保證農產品生產的條件下，避免盲目使用氮肥而引起的環境污染問題。遺憾的是，我國仍然缺乏在省級和全國尺度上控制氮肥總使用量的相關政策。

2.4 與美國和西歐施氮狀況的比較

表1 20062010年中國、 美國及西歐氮肥施用與糧食生產對比(數據來源： FAO[26])

從這3個國家或地區與全球的氮肥使用與糧食產出歷史變化來看(圖4)，美國和西歐的氮肥總使用量在八十年代達到最高后，基本平穩或者有下降的趨勢，而中國的氮肥使用量自八十年代以來一直在快速上升，直接拉動了全球氮肥的增長。從單位播種面積施氮量來看，西歐自八十年代以來顯著下降，美國基本平穩或略有增加，而中國迅速增加，2005年以后已經超過了西歐。從糧食總產量看，西歐基本不變，美國有所增長，中國播種面積大，糧食總產也遠遠高于美國和西歐，與全球糧食增長同步。從糧食單產來看，西歐最高，中國和美國在持續上升，但1995年以后，美國持續上升，中國增長緩慢，特別是2005年以后，在復種指數約1.4的條件下，單位農田面積的糧食產量低于美國，而且差距有拉大的趨勢。以上情況都說明，我國氮肥投入的效率在持續下降。

圖4 19612010年全球、 中國、 美國和西歐氮肥使用及糧食產量(數據來源： FAO [26]) Fig.4 N fertilizer rate and grain yield in the world, China, US and Western European from 1961 to 2010( Data source： FAO[26])

從以上分析可以得出一個基本判斷，我國用比較高的氮肥投入，獲得了糧食、 蔬菜、 水果和肉奶蛋的基本自給，但氮肥的損失量很高。如果現在的粗放施肥方式得不到實質性改善，那么再增加農產品，還需要增加氮肥投入，不僅已經污染的環境得不到恢復，而且還會不斷加重。因此，我們更應該考慮在不大量增加氮肥總使用量的情況下，將氮肥在區域間進行合理調配，使田塊尺度的施氮量更趨合理，減少氮素損失，恢復生態環境。

3 關于有機肥和碳投入

按照李書田和金繼運[27]根據我國2008年畜牧業和作物生產的估算，有機肥資源量約為49.5×108t，其中人畜禽糞尿40.2×108t，占81.2%；秸稈8.1×108t，占16.4%； 餅肥 26.3×106t，占0.5%；綠肥93.4×106t，占1.9%[28]。有機肥資源每年可提供N 30.5×106t, 比每年氮肥總使用量還高。但是，我國有機肥還田率只有39%，不到資源量的一半。值得注意的是，上述全國糧食、 蔬菜、 水果的總產出中，包括了這部分有機肥提供的氮量。眾所周知，有機肥施用對土壤培肥至關重要，有機無機配合是獲得持續高產和穩產的重要農藝措施。在當今我國以化肥當家的現實狀況下，有些田塊長期得不到有機肥施用，對土壤的碳源補充不足，土壤碳氮比下降，土壤有機碳氮庫變??；土壤物理、 化學和生物性狀變差，土壤水、 肥、 氣、 熱四大肥力因子失調；土壤對短期干旱或養分缺乏的緩沖能力變弱，迫使農戶不得不頻繁地大量灌水和多次施肥以維持產量，使水分和養分的利用率降低，農田管理成本增大。過去我們只注意了有機肥提供的養分，而對有機肥或秸稈提供的碳源重視不夠，事實上，這些碳源在調節土壤肥力因子中起著重要作用。

Drinkwater和Snapp[29]認為，現在養分管理策略只注重向作物提供可溶性的無機養分，而忽略了碳氮磷循環在時間和空間上的匹配，使農田生態系統處于一個滲漏的無機營養飽和狀態。改進的管理措施應注重無機庫和有機庫的協調，使無機養分能夠較長時間地持留在有機庫中，作物通過微生物或植物介導的過程獲取養分，而不是僅注意可溶性無機養分庫。發揮生物學過程使碳氮配合，將養分持留在土壤中，將會極大地降低對高無機養分投入的需求?？梢?，培育土壤有機碳氮庫對改善土壤肥力、 增產和降低環境污染的重要作用。我們的研究[30,31]表明，單純施用無機氮肥，土壤會有一個相對大的無機氮庫，而相對小的有機碳氮庫，減小了土壤的緩沖能力，增加了環境污染風險(圖5)。有機無機配合，為微生物提供了碳源，既可以維持土壤相對較大的有機碳氮庫，增加土壤的緩沖性能，又可以維持土壤較好的無機氮供應能力，提高土壤保水保肥性能。

圖5 不同碳氮管理旱作農田土壤有機-無機氮庫轉化概念模型Fig.5 The concept model of soil organic-inorganic nitrogen transformation in different carbon and nitrogen management in upland

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，土壤有機氮可以通過礦化作用持續不斷地供應作物對氮素的需求，只需要在關鍵生育期施用氮肥。這些氮肥除了被作物吸收外，還可轉化成微生物氮和土壤有機氮暫時保存，降低了損失風險。當土壤有機氮庫較小時，土壤失去了這種保持和供應養分的緩沖性能，即使多次施肥，也很難保證對作物養分的持續供應，因為根系接觸的土壤氮比肥料氮的幾率大得多，作物對土壤氮的吸收始終是主要的[8]。如果施入的肥料氮不能及時被土壤有機碳固定，就容易流失。在生產實踐中農戶經常抱怨“化肥越施地越饞”[32]，就是有機肥和碳投入量不足，土壤有機碳氮庫變小的原因。

我國在有機肥利用方面存在很多問題，大量有機肥資源沒有充分利用，而是變成了環境污染物的來源。對人畜禽糞尿的堆放和處理不當是我國有機肥管理中的突出問題，有機肥不能耕翻進土壤或施肥時期不當導致氨揮發、 淋洗損失和N2O排放增加[33]。農戶和集約化養殖場對畜禽糞便的不當處理是這些問題的開始，尤其是有大約600百萬噸(鮮重)露天堆積在土地或水道上，成為重要的點源污染，占排放到地表水中的 90% 的COD，38% 的氮和56% 的磷[34]，是湖泊、 河流和入?？谒w富營養化化的主要來源[22]。

我們認為，這不是一個簡單的技術問題，而主要原因還是社會經濟問題。例如，在上世紀八十年代化肥沒有普遍大量使用以前，我國農戶非常重視農家肥的收集和利用。但到了近十幾年，由于化肥很容易購買和相對較低的價格，運輸施用方便；勞動力價格上升使農戶認為收集和施用有機肥費時費工不衛生等，導致有機肥的回田率下降，占養分的比例下降[35]，直接影響到全國土壤肥力演變和農產品生產能力與穩定性。如果能將有機肥的回田率從現在的大約40%提高到國外的大約80%，還可以向農田再增加約N 12×106t 有機氮投入，就可以替代相當的化肥氮投入量，而且對提升土壤肥力具有極其重要的作用。

如何培育土壤有機碳氮庫是我國提升土壤肥力的關鍵問題。對于Kong等[36]提出“高氮才能固碳”的觀點，筆者[30-31]和國外的研究[37]都證實，長期合理氮肥投入加上秸稈還田能夠顯著增加土壤有機碳氮含量，氮肥與有機肥和秸稈配合效果更好，單純大量施用氮肥不僅沒有好處，有時還加速了土壤原有有機碳氮的分解，還會引起嚴重的氮素損失。事實上，對于冬小麥和夏玉米一年兩季作物來說，黃淮海平原年平均施氮量N 430 kg/(hm2·a)[36]基本相當于本文論述的合理施氮量上限，加之該地區普遍采用的撒施肥料，氮肥的損失在30%以上，實際上發揮作用的氮肥投入量在本文的合理施氮量范圍，而不是Kong等[36]論述的“投入無機肥越高、 產量越高、 有機質就會越高”。另外，文章[36]最后提出的該地區提高肥料利用率和降低損失的措施，如精準農業、 土壤測試、 微量元素和葉面施肥更不是解決問題的關鍵。

在上世紀八十年代以前，我國化肥使用量不高，科技工作者提出以“無機促有機“的觀點，即通過增施無機肥，獲得較高的籽粒產量和秸稈產量，秸稈可以作為牲畜飼料生產更多有機肥，再回到農田供應作物養分。過去三十年大量的化肥投入，人糞尿、 牲畜糞便和秸稈等有機肥資源迅速增加，但還田率在下降，因有機肥造成的水體和大氣污染在加重，但通過有機肥回到農田的總養分量還是增加的。讀者會擔心，在某些過量施氮地區如果減少了化肥氮的施用，會不會降低有機肥的產出量。我們認為，通過合理施氮減少氮肥施用量，并不會引起作物籽粒和秸稈產量的降低，甚至會增加產量，有機肥的產出量也不會減少。如果能提高有機肥的回田率，通過有機肥供應的作物養分量還會增加。我們的研究還表明，過量施氮會引起作物秸稈碳氮比下降，還田后不利于增加土壤有機質，而合理施氮可以提高作物秸稈的碳氮比，回田后有利于土壤有機質的累積[31]。

4 值得商榷的幾個問題

4.1 氮肥是否過量

4.2 未來氮肥需求量

圖6 19612010年我國氮肥總使用量與糧食總產的關系(數據來源： FAO [26])Fig.6 The relationship between total N fertilizer consumption and total grain production from 1961 to 2010 in China (Data source： FAO [26])

我國未來需要多少氮肥，首先取決于中國未來需要生產多少糧食、 蔬菜、 水果和肉奶蛋。其次決定于將施氮過程和施氮后的氮素損失程度降低到什么程度，我們需要逐步從粗放的施肥方式中走出來。盡管未來的農產品需求會增長，但如果將現在的粗放施氮損失降低30%，中國將來的氮肥需求增長量并不大，這是值得進一步研究的重要問題。

4.3 降低氮污染

蔡祖聰等[38]進一步提出了“必須加強高投入條件下解決氮污染問題的研究，建立相應的理論體系，政策措施和技術方法”。根據本文的分析，如果這種高投入是建立在高損失的條件下，其造成的氮污染是難以解決的。我們知道，氮肥的損失途徑包括氨揮發、 淋洗和徑流以及反硝化損失，損失的這些活性氮都有強烈的生態環境效應，即使反硝化損失以氮氣為主，也會引起很高的經濟和能量損失。我們認為，氮污染的控制應該遵循“源頭控制的原則”，“末端治理”會付出更大的環境和經濟代價。問題的焦點還是如何界定這種“高投入”，如果這種高氮投入是在合理施氮量范圍內，這種“理論體系和技術措施”業已存在，只是在具體生產實踐中落實不到位的問題；如果這種“高投入”是為了維持那種不高的產量，而放任施氮過程和施氮后的大量損失，那么這種“解決氮污染”的方法很難找到，也許根本就不存在。從本文的分析看，未來降低氮污染的關鍵是通過施肥技術和政策法規實質性地從源頭降低氮肥大量損失。要進一步提高我國的農產品產出量，主要依賴于將氮肥在區域間的合理調配。在過量施氮地區，通過增加氮肥投入不僅不會增產，還會加重污染，進一步增產依賴于對整個作物生產過程優化農藝措施的落實[39]；在投入不足地區，依賴于進一步改善生產條件和土壤肥力，發揮增施氮肥的增產作用。

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