山東省馬鈴薯主產區氮肥利用率比較分析

一、氮肥利用率的計算

兩種計算氮素利用率的方法：差減法和IN示蹤法。該公式是：

差減法N的利用率=[施氮區的施氮量-不施氮區的作物吸收量]X100%

IN示蹤法（%）=（施氮區的作物對氮素的吸收）X100%

總體而言，不管是以地上積累的氮還是以整株積累的N為基準，采用示蹤方法的N利用率都要低于差減法。顯而易見，這是因為差減法也包含了通過施用N的作物所吸收的更多的氮。此外，若以全株總氮為基準，則用差減法和示蹤法進行比較，其結果與土壤中尿素殘留量基本相近。即差減氮肥利用率包括兩個方面，一是作物在施用氮肥時的氮（示蹤法的利用率），另一種是由于施用氮肥而被作物吸收的土壤氮（也就是表面積極的激勵作用）。換句話說，差減法氮肥利用的數量大致等于示蹤法的氮肥使用與土壤中化肥氮的殘留量之和。后者僅僅是由于氮肥和氮素之間的生物交換。需要注意的是，在沒有使用有機肥料的情況下，這個數量的關系。如氮肥和秸稈等有機物質結合使用，會增加氮素的生物固存效應，從而導致肥料氮的凈殘留量。

從農業的觀點來看，氮的作用評估應該是差減的。這是因為它反映了在使用氨肥料之后，作物的氮養分增加的實際水平，無論有沒有明顯的或真正的激勵作用。在肥料氮的轉化與流向的研究中，最好使用一種示蹤法，以便了解肥料氮利用、殘留及損失的真正狀況。我們通常所說的氮素利用率是用差減方法得到的，這是由于它更易于獲取。在大田條件下，通過設定不同施肥水平和不施用氮肥區，通過測量不同的施肥方式，可以得到氮肥的真正利用率。

二、調查方法

1、研究背景

根據國際馬鈴薯研究中心的預計，在未來20年內，全球將需要再增加一億噸的糧食，以滿足世界人口的糧食需求和社會發展需要，而其中50%的糧食產量要靠馬鈴薯的產量來完成。馬鈴薯是一種高產、適應性強、耐干旱的好品種，在高海拔、耕地質量較低的地方都能夠種植，不會與其它主要糧食作物競爭。目前，“減肥減藥”已成為我國農業發展的重大戰略，馬鈴薯的減重增效勢在必行。通過問卷調查、文獻檢索等方法，對我國6個主要地區的氮肥施用情況進行了分析，以期為我國馬鈴薯減施化肥、節本增效提供科學依據。

2、分析計算方法

國際上公認的N是指每次施氮后的產量，即PFPN=YIF，Y表示施肥后的產量，F表示肥料使用的數量：不需空白對照，也不需要測定養分吸收量。

3、樣晶采集與分析

馬鈴薯品按GB/T8855-2008《新鮮水果和蔬菜取樣方法》（Oskarsson A，Widell A，OIsson I M，2004），采收當年秋季取主要馬鈴薯生產基地。布點采用對角線法，選5個樣點，取2～3kg馬鈴薯，樣品經4分法縮堿至0.5kg，初步粉碎后裝于聚乙烯塑料食品袋包罐中于-20C冰箱冷藏，寄送至實驗室。有機氯和除蟲菊酯的檢測依據NY/T761-2008（蔬菜和水果中有機磷、有機氯、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯類農藥多殘留的測定）；有機磷類農藥檢測依據：NY/T761-2008（Alexander P D，Alloway B J，Dourado A M，2006）。

4、數據統計分析

采用SPSS11.0軟件進行數據分析和處理。當對觀測值是否服從正態分布存在疑問時，應使用偏離正態分布的檢驗（Chojnacha K，hojnackiA，Gorecka H，Gorecka H，2005），本研究以樣本數據的特征采用直方圖檢驗法、概率-概率散點圖（p-p plot）檢驗法和偏度豐度法進行驗證。

5、異常數值的剔除

樣本由于采集、運輸、制備、存儲和分析過程中的不適當的行為往往引起檢測結果異常，從而難以滿足統計要求，因此，需對異常值進行甄別。剔除異常數據的方法有多種，常見的有準則、Q檢驗法和格拉布斯準則等。其中準則是建立在測量值的偏差超過的概率已小于1%的統計理論之上的，而準則比較適用于大容量樣本的異常值判斷（王冬群，吳華新，沈群超，2012）。因此，本文采用準則。

三、結果與分析

1、山東省馬鈴薯化肥的施用現狀

由表1可知的，山東省2022年馬鈴薯主產區666.7m2（以下面積均同）化肥的平均投入量：N：26.02kg；P2O5：17.48kg；K2O：31.80kg，總的化肥投入量為75.30kg。其中，化肥施用量最少的是膠州產區，平均61.32kg，肥料投人較大的地區是安丘、肥城、平度，均在70kg以上，滕州的投入量最大，在85kg以上。各產區肥料的投入占比，N：33.19%～35.68%；P2O5：17.42%～30.04%；K2O：36.07%～46.90%。

2、馬鈴薯主產區有機肥占比與基肥、追肥的施用比較

由表 2 可知，膠州、平度及肥城的有機肥施用量，占總施肥量的21%以上，滕州在34%以上，安丘最多在40%以上；基肥占比最少的是平度占78.37%，其次為肥城、膠州，均在85%以上，最多的是安丘與滕州，均在90%以上。從追肥的次數上來看，各產區的追肥次數均為0-3次，由此可知，山東省在種植馬鈴薯的過程當中，肥料是復合肥的施用為主，有機肥的用量偏少，施用的方法是基肥，追肥量及次數均比較少。

3、馬鈴薯的氮肥偏生產力（PFPN）分析

通過計算得出，5 個馬鈴薯主產區的氮肥偏生產力，不同產區的氮肥偏生產力，有著較大的差異，由高到低為：膠州＞安丘＞平度＞肥城＞滕州。膠州氮肥偏生產力最高是164.25 kg/kg，是滕州的1.64 倍。根據國家“雙減”計劃的要求，在相同的產量條件下，通過降低17%的氮素投資，可以使PFPN的質量得到改善。PFPN提高后，PFPNgt;250kg.kg2的農戶增加了18.0個百分點，PFPNgt;150kg/kg2之間的農戶增加了12.8個百分點，PFPNgt;250kg/kg2的農戶增加了5.3個百分點。

4、氮肥施用量對氮肥偏生產力的影響

PFPN與施氮量呈顯著的正相關；在低氮條件下，PFPN的變化具有明顯的統計學意義，不同農戶的高、低PFPN差異可達到2～3倍；在施N量大的情況下，農戶的PFPN仍處于低位。因此，當前我國馬鈴薯PFPN水平偏低的主要原因是氮肥施用過量。

四、結論與討論

目前，土壤養分利用率、農藝利用率、生理利用率、偏重生產率等指標均有較大的變化。無肥區是衡量養分利用率和農業生產效率的關鍵因素，但在實踐中仍有一些限制。由于在生產中不能設置無肥區，即在調查數據中不存在空白對照，因此采用氮肥偏生產（PFPN）對肥料的影響進行評估。

綜上所述，目前山東省肥料利用率普遍不高，尤其是氮肥利用率，原因主要是施肥過量，施肥方法不合理，NPK 比例失調等，造成了生產成本高、品質下降、環境污染嚴重。通過對三大主要糧食作物——小麥、玉米、水稻進行了調查，結果表明：過量施用化肥是導致我國肥料利用率較低的主要原因。通過氮肥示蹤法在山東馬鈴薯田里的應用，發現尿素的利用率僅為20.5%，僅為美國主要糧食作物的1/2。因此，合理施氮是目前馬鈴薯生產中的重要課題。

復合肥是我國馬鈴薯生產中的重要組成部分，在化肥消費中占有50%左右，目前注冊的化肥品種有30，000多種，但是復混肥中有很大一部分是不適應土壤和作物需要的，主要是一次基施。復肥的使用使化肥的用量和費用都有所提高，但是其產量并不顯著，從而使化肥的利用率降低。針對不同的氣候、栽培條件、地形、土壤條件等不同的地區，可以采取相應的“小調整”措施，以達到準確的控制。通過“大配方小調整”，可以降低地區范圍內的氮肥浪費，提高化肥的使用效率。結果顯示，追施氮能降低化肥的損耗，增加氨的利用率。但在華北區，追肥次數多的地區，其產量偏低，這是因為追施N量與作物對氮的需求不相適應所致。因此，建立科學的施肥次數和施肥時間是降低氮肥施用量、增加氮肥利用率的重要手段，而決定氮肥施用的時機與數量取決于對土壤的基本狀況和對作物生長發育的實時監控。土壤檢測與植物營養診斷的有機結合是必須的。傳統的土樣試驗方法至今仍是一種行之有效的方法，此外，還有多種快速、高效率的快速測定方法，為掌握土壤的基本條件提供了保證。植物養分的快速測定是必需的，目前有很多檢測方法，例如葉綠素測定SPAD-502、綠色作物光譜儀葉柄硝酸鹽測定法等，都已經成功地應用于馬鈴薯的氮營養診斷和施肥。因此，將土壤試驗和植物養分診斷結合起來，是馬鈴薯在田間規模上實現氮素增產的一個重要手段。

雖然沒有研究新肥料的種類和使用情況，但近年來，許多新型肥料如緩釋肥、微生物肥、水溶性肥、商品有機肥等對降低氮素的作用不可忽視。采用緩釋肥，使氮肥的投入量降低20%，增產5.6%。適當施用微生物肥還能減少馬鈴薯的施氮量，增加產量，增加氮的利用率，并能提高塊莖的質量。另外，采用有機肥代替單肥、復合肥的方法，既可以加速干物質向馬鈴薯的轉化，又能使土壤中的微生物含量和酶活力得到改善。要達到提高馬鈴薯的氮肥利用率，就必須拋棄傳統的施肥理念，采用新的化肥與化肥配合施用的方法。

增加農作物的產量是提高土壤氮產量的一個主要方法。通過對山東馬鈴薯的增產潛力進行了分析，結果表明，該地區的馬鈴薯產量不足30%。由此可見，在目前的生態環境下，馬鈴薯的增產潛力很大。在未來很長一段時期，將高效氮肥品種養分管理、土壤管理、栽培方法、植保措施等有機結合起來，將成為促進馬鈴薯增產、提高N肥生產水平的重要手段。

五、提高氮肥利用率的技術措施

1、確定適宜的氮肥施用量

為滿足日益增長的人口對食品的需要，我國今后將會繼續擴大使用氮肥，最基本的問題就是如何提高化肥的氮素利用率。總體而言，在氮肥條件下，作物的產量表現出不同的響應，從農民的觀點來看，在產量效果曲線上應尋找最優的施肥量。所以，從各地塊的施氮量看，要在適宜的經濟施肥量范圍內，尤其不能高于最高施肥量。氮肥的管理要兼顧經濟效益與環境效益。

2、氮肥深施

在各種降低氮肥損失、提高氮肥利用率的技術中，深施氮肥是最有效、最穩定的一種。必須承認，由于氮肥品種、施肥技術等因素，導致了我國的農業生產系統中出現了大量的追肥流失。歐洲多數國家使用的是硝酸銨，而國內則是以尿素和碳酸氫銨為主。結果顯示，表施尿素的氮損耗要大于表施硝酸鹽。此外，在施肥技術上，目前國內農民難以實現深施或施完后及時澆水的問題。比如在使用基礎肥料的時候。將碳酸氫銨或尿素灑到地面上，要花幾個小時的時間，然后再進行施肥，這樣可以在灌溉之前保留下來；當化肥停留在地面幾個小時后，就會導致大量的氮流失。

本研究表明，在北方通風條件好的旱地土壤中，施用銨態氮或尿素態氮肥在14天內可轉變為硝態氮，而在高pH值的北方石灰土中，銨態氮在未轉變為硝態氮之前，會發生氨氣揮發土。結果顯示，表面施用碳酸氫銨和尿素，其氨氣揮發損失可達到50%以上，而在深施時，其揮發損失率會低于10%。試驗結果顯示，施氮肥時，土壤流失約占施氮量的45%～73%，而施肥結合灌溉則是2%～8%，而施肥或施肥后，則只損失5%。試驗表明，在8-10厘米的深度施用碳酸氫銨和尿素，其效果比表施提高1倍。所以，施用氮肥是實現碳酸氫銨、尿素等氮肥生產中最重要的一項技術措施。但在目前的生產情況下，該技術的應用受到了很大的限制，比如華北地區流行的冬小麥/夏玉米輪作，在播種之前，要將化肥和土壤結合起來，可以進行深施，但在春天，就很難進行深施了。在夏玉米上，普遍實行的免耕播種法，使得氨肥的使用必須采取撒施的方法：三葉期追肥可以采取開溝施，但條施的質量很難保證，依靠人工條施作業非常艱苦：在十葉期追肥由于玉米已基本封行，不得不采用雨前撒施或撒施后灌水的方式，氮肥的深施得不到保障，特別是高量施氮情況下的損失嚴重。如何在生產中實施深施氮肥，需要耕作、農機、施肥等方面的專家共同努力，才能真正落實到生產中去。

3、平衡施肥

磷、鉀和中微量養分的供給是高效利用N的關鍵。我國化肥的發展歷程是以氮肥為主，過去由于磷、鉀肥的缺乏，制約了N肥的利用。在不同的土壤條件下，合理搭配N、P、K、中微量元素是提高產量、保證品質、發揮各種肥料的重要手段。

4、其他農業生產管理措施

農作物的生產受諸多因素的影響，因此，要使一項投資的效益不受其它因素的制約，必須進行合理的分配。氮僅僅是制約作物產量的一個重要因素，其它因素會使氮的利用受到影響，從而導致氮流失的問題在我國的農業中日益突出。以華北平原為例，土壤水分、營養缺乏是制約農作物生產的主要原因。氮和水的管理要配合好，氮與水的相互作用非常強，不但施氮不能充分利用作物的產量，而且供水不平衡也會造成N資源的浪費。

（作者單位：273303 山東省臨沂市平邑縣保太鎮農業綜合服務中心）