提高肥料利用率技术研究进展.doc

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1、提高肥料利用率技术研究进展摘要：如何提高肥料利用率、减少由于肥料损失带来的环境污染是长期以来全球共同关注的课题。针对我国肥料利用率低、氮肥损失严重的现状，本文综述了除传统提高肥料利用率技术以外的几项其它技术的最新研究进展，主要包括应用实时、实地氮肥管理技术快速、无损检测作物氮素营养状况，进行作物推荐施肥；研发新型缓/控释肥料，调控肥料养分的供应；运用农田养分精准管理技术，因地制宜、精细准确地施用肥料；通过脲酶抑制剂或硝化抑制剂，有效地抑制NH3挥发和NO3-N淋溶损失等。并对今后提高肥料利用率技术进行了展望。关键词：肥料利用率；实时、实地氮肥管理；缓/控释肥料；农田养分精准管理技术；脲酶/硝化

2、抑制剂Recent Advances in Technology of Increasing Fertilizer Use EfficiencyAbstract: To increase fertilizer use efficiency (FUE) and to minimize its negative impact on environment has been a focal point in the world for a long time. It is very important to increase fertilizer use efficiency (FUE) in Ch

3、ina for its relatively low FUE and serious losses of nutrient. Recent advances in technologies of increasing FUE are reviewed in this article. The technologies include site-specific and real-time nitrogen management, non-destructive quick test of nitrogen status of plants, new types of slowly releas

4、e and controlled release fertilizers, site specific nutrient management, and use of urease inhibitor and nitrification inhibitor to decrease nitrogen losses. Future outlook in technologies related to FUE improvement is also discussed. Key words: Fertilizer use efficiency; Site-specific/real-time nit

5、rogen management; Slowly release/controlled release fertilizer; Site specific nutrient management; Urease/nitrification inhibitor化肥是农业持续发展的物质保证，是粮食增产的基础。世界农业发展的实践证明，施用化肥是最快、最有效、最重要的增产措施。从1980年起，中国化肥施用量以年均4%的速度增长，目前，中国已成为世界上最大的化肥生产国和消费国。尽管耕地面积只占世界耕地面积总量的7%，但中国的化肥施用量却接近世界总量的1/3。由于化肥利用率较低，氮肥通过挥发、淋溶和径流等

6、途径损失数量巨大。以中国目前每年施用纯氮约2 100万吨，以平均损失45%1计算，每年损失的氮素高达945万吨，相当于2 050多万吨尿素。化肥的大量损失已经引起一系列环境问题，在北方某些农业高度集约化的地区氮肥的不合理施用导致地下水硝酸盐超标时有报道，有些地区竟达到100%的严重超标程度。中国南方经济发达地区，氮、磷肥过度施用导致地表水富营养化，湖泊严重污染。此外，蔬菜中硝酸盐超标、大气中氧化亚氮排放量增加、沿海城市赤潮现象的发生等环境问题也与肥料的不合理施用有关。因此如何提高肥料利用率、充分发挥化肥的作用，对中国农业可持续发展具有极其重要的意义。1 中国肥料利用率现状肥料利用率是衡量肥料施

7、用是否合理的一项重要指标。大范围肥料利用率的结果一般通过两个渠道获得：一是从宏观的角度估算而来。具体做法是根据各地区化肥施用量和粮食产量的数据，从不同年份单位播种面积粮食产量和施肥量的变化，求出相应不施肥产量和通过施肥可以达到的最高产量，以上述结果为基础计算出化肥利用率2。这种方法计算出的肥料利用率与田间实际测定结果往往有一定出入。二是汇总大量的田间试验结果。目前，多数研究都是根据田间试验的结果汇总而来的。由于田间试验受土壤、水分、气候等多种条件的影响，因此，不同地区、不同作物肥料利用率大田试验结果相差较大，需要汇总大量试验结果。 朱兆良3总结了中国782个田间试验得出，中国小麦、水稻和玉米对

8、氮肥的利用率在28%41%之间。磷肥的当季利用率与氮、钾肥比起来低得多，这是由于磷肥施入土壤后，易与土壤中的铁、铝离子（南方）或钙离子发生化学反应，形成沉淀，累积在土壤中。中国大田试验、盆栽试验包括同位素示踪试验的结果统计表明4，磷肥的当季利用率大体在10%25%左右。根据中国科学院南京土壤研究所对全国849个大田试验的统计，水稻的磷肥利用率为8%20%，平均为14%，小麦为6%26%。中国钾肥当季利用率高于磷、钾肥，在50%左右1,3。笔者通过对20022005年全国20个省、50个养分监测村开展的165个田间试验统计得出，中国小麦、水稻和玉米的氮肥当季利用率在8.9%78.0%之间，平均2

9、8.7%，磷肥当季利用率在3.0%49.3%之间，平均13.1%；钾肥当季利用率在4.5%82.8%之间，平均27.3%。显然，中国化肥当季利用率较低。2 传统提高肥料利用率的方法传统的、在农业生产中较为普及的提高肥料利用率的方法可概括如下：（1）适宜的氮肥施用量。在较低的施氮水平时，随氮肥用量的增加，产量逐渐增加，超过一定用量时，产量不再增加反而下降。而且随施氮量的增加，氮肥通过各种途径损失的量也不断增加，氮肥利用率也会下降。因此，氮肥施用量要控制在经济最佳施氮量以内。（2）肥水调控技术。肥水是土壤中氮运转及作物氮吸收过程中的关键因子，生产上把握适宜的施氮量和供水量，并根据不同作物不同生长阶

10、段的需求特点进行综合运筹有利于提高肥料利用率。在水稻田中“无水层混施法”和“以水带氮法”等基、追肥施用法，均是通过肥水调控技术达到提高肥料利用率的目的。（3）氮肥深施及分次施肥。氮肥深施是各项提高氮肥利用率技术中效果最好且较稳定的一种措施，试验结果表明5,6，碳铵或尿素深施增产效果比表施高2.7%11.6%左右，氮肥利用率也可提高7.2%12.8%。不同时期分次进行施肥较一次性施肥，能够有效减少一次施肥造成的损失，提高氮肥利用率。（4）平衡施肥。平衡施用氮、磷、钾肥和中、微量元素，保证作物生长期间所需的各种营养成分，避免因缺乏某种养分而限制其他养分作用的发挥。平衡施肥技术要点在于不同种类营养元

11、素的种类和比例的调节及作物不同生长时期肥料供应的强度与作物需求的平衡。随着科学技术的进步，一些新技术、新观念、新思想不断发展应用，提高肥料利用率技术已不仅仅局限于这些传统的技术，实时、实地氮肥管理，缓/控释肥料，农田养分精准管理技术及脲酶抑制剂和硝化抑制剂等技术已经或正在逐步应用到农业生产中来，并为减少肥料损失，提高肥料利用率发挥着重要的作用。虽然目前有些技术因为种种原因还没有在中国农业生产中广泛应用，但其潜力无穷，正如扈立家7对精准农业的评述中指出，精准农业所引发的思维方式和农业生产经营理念的变革将具有长远而深刻的意义，它成为合理利用农业资源、改善生态环境和农业可持续发展的技术基础。3 提高

12、肥料利用率技术研究新进展3.1 实时、实地氮肥管理传统的推荐施肥方法通常包括样品采集、处理、分析测试、数据处理等一系列过程，不但耗费大量人力、物力，而且周期长、时效性差。许多大田作物在氮胁迫下会表现出一些明显可见的症状，如，缺氮会导致老叶失绿；相反，供氮过量，叶片颜色深绿并且延迟衰老。通过叶片颜色变化来评价作物氮营养状况就是利用作物这一生理特点发展起来的一种方法，迄今为止，已很好地用于生产实践。这种方法是20世纪90年代发展起来的，它运用叶绿素仪（SPAD）进行作物营养诊断并进行推荐施肥，可以在田间条件下无损伤检测植物叶片叶绿素相对含量。叶绿素仪工作原理是利用叶片中叶绿素含量和叶片含氮量的关系

13、来确定作物的氮素营养状况。具体方法是将植物叶片插入叶绿素仪测定部位感光后读出叶绿素值（叶色值），根据与植株含氮量的关系确定氮素诊断的叶色值，从而推断出作物氮素含量，比传统的氮肥推荐方法简化了许多繁琐的过程。实时氮肥管理（RTNM）和实地氮肥管理（SSNM）是应用SPAD指导施肥而发展起来的一种新的氮肥管理模式。实时氮肥管理最早运用在水稻的推荐施肥上，根据水稻不同生育期叶色的变化所测定的SPAD值，与预先设定的推荐施肥量阈值进行比较，以决定施肥与否及施肥量的多少8。这种方法最大的优点在于施肥时间和施氮量与作物对氮肥的需求相吻合。彭少兵等8,9应用SPAD指导水稻氮肥管理研究表明，SPAD施氮模式

14、比定时施氮处理的氮肥农学利用率显著提高，在稻农田块，采用SPAD施氮模式的产量和氮肥农学利用率均高于稻农习惯施肥法。SSNM是根据土壤氮、磷、钾的有效供给量、作物产量、秸秆带走的养分量和气候特征等有关参数，通过施肥决策系统综合分析后确定不同生育期的最佳施肥量作为阈值，然后根据叶片SPAD测定值决定施肥量的多少9,10。SPAD阈值的确定非常重要，彭少兵8研究认为，SPAD阈值为35时适用于大多数热带籼稻品种。贺帆等11研究结果表明，实时实地氮肥管理能较好地协调水稻产量和品质的关系，但关键是要依据不同的水稻品种特性确定适宜的预设SPAD阈值。在其试验条件下，实时实地氮肥管理模式推荐阈值两优培九品

15、种以SPAD 3839、汕优63品种以SPAD 3537为宜。在田间条件下，应用叶绿素仪进行作物氮营养状况诊断时，不同测定时期和不同测定部位测定的结果不同，因此，要选择作物的最佳测定时期和最佳测定部位，否则会影响测定结果。对于玉米，有学者研究认为12， 最佳测定时期是9至10叶期，最佳测定部位是玉米最上部完全展开的叶片中部。最新展开叶的叶绿素仪测定值与植株全氮、氮肥施用量及玉米产量之间有很好的相关性，可以作为玉米氮营养诊断的工具。但不同试验点叶绿素仪测定结果有一定差异，需要建立独立的诊断指标或采用叶片的相对叶绿素仪读数来表示玉米氮营养状况更为合适。采用相对叶绿素仪测定值校正该方法后，叶绿素仪对

16、夏玉米追肥推荐中氮营养状况的预测精度为66.7%。SPAD具有便捷、快速、时效性好、无损的特点，最重要的是可以减少氮肥施用量并提高肥料利用率。目前，SPAD已经在水稻13、小麦14、油菜15和玉米12等作物上广泛应用。研究显示10，SSNM法的施氮量较农民习惯施肥降低38.7%41.3%，产量提高2.5%3.5%，氮肥利用率和生理氮转化率分别提高34.0%39.5%和46.1%61.6%。虽然叶绿素仪相比传统测定方法具有诸多优点，但也有其局限性，由于它每次只能检测约6 mm2的小区域，而且它所测试的样本只是有限的点，因此在整块田间，含氮量只能靠这些测试点做粗略的估算。而光谱分析技术在这方面显示

17、了其特有的优点，它根据作物缺肥会引起叶片颜色、厚度以及形态结构等发生一系列变化，从而引起光谱反射特性的变化，建立能准确反映植物营养状况的检测模型，实现对植物营养成分光谱分析技术的信息获取量更大且快速、省时省力，是精确农作中进行变量施肥和灌溉不可或缺的基础技术，与SPAD相比，它更适于监控整块地作物的氮含量。3.2 缓/控释肥料肥料释放养分的时间和强度与作物需求之间的不平衡是导致化肥利用率低的原因之一。缓/控释肥料是采用各种机制对常规肥料水溶性进行控制，通过对肥料本身进行改性，有效地延缓或控制了肥料养分的释放，使肥料养分释放时间和强度与作物养分吸收规律相吻合（或基本吻合）16。它在一定程度上能够

18、协调植物养分需求、保障养分供给和提高作物产量，因此被认为是最为快捷方便的减少肥料损失、提高肥料利用率的有效措施（表）。缓释肥料主要是起到延缓释放、延长肥效的作用。控释肥料集促释和缓释为一体，能够调控养分供应速度。脲醛肥料是世界上最早的缓释肥料，发明于1924年，随着缓释肥料的发展，之后又发明出控释肥料。中国最早的缓释肥出现在20世纪60年代末至70年代初，中国科学院南京土壤研究所先后研制成功碳酸氢铵粒肥和用钙镁磷肥包裹的长效碳铵及长效尿素。随后，中国又相继研制出各种缓释肥料和控释肥料。1985年，北京市园林科研所与北京市化工研究院开发了酚醛树脂包膜复合肥料；1987年，中国科学院石家庄农业现代

19、化研究所开发出涂层尿素；近几年郑州大学工学院开发成功包裹型缓释/控释肥料；中国石油化工股份有限公司和国家杂交水稻工程技术研究中心共同研制出新型杂交水稻专用缓/控释复合肥。缓/控释肥料有多种，大体可分为以下三大类：一是包膜缓/控释肥料。包膜缓/控释肥料又分两种，无机物包膜肥料。无机物包膜材料主要有硫磺、硅酸表 缓/控释肥料与常规肥料肥效对照部分试验结果统计Table Comparison of crop yield and fertilizer use efficiency between controlled/slowly release fertilizer and common ferti

20、lizer试验地点Site供试作物Crop肥料Fertilizer比对照(常规肥料)产量增加Yield increase compareswith control (%)比对照(常规肥料)提高养分利用率FUE increase compares with control (%)山东龙口市17Longkou city, Shandong 玉米Maize高聚物包膜控释氮肥Polymers coated controlled-release nitrogen fertilizer36.246.612.525.2长沙18Changsha city水稻Rice15标记控释氮肥15 labled cont

21、rolled-release nitrogen fertilizer25.534.9陕西三原县19Sanyuan county, shaanxi冬小麦Winter wheat钙镁磷肥复式包膜尿素FMP coating urea9151516盐、石膏和磷酸等；有机聚合物包膜肥料。包括天然高分子材料（如淀粉、纤维素、天然橡胶等）、合成高分子材料（包括聚乙烯、聚氯乙烯等）和半合成高分子材料（如乙基纤维素等）。二是包裹材料缓/控释肥料。它是以一种或多种营养物质包裹另一种肥料而形成的复合体。常见的包裹材料有尿素、腐殖酸、硫酸钾、硅藻土等。三是具有有限水溶性的合成型微溶态缓/控释肥料。如脲醛肥料、异丁叉二

22、脲、熔融含镁磷肥（FMP）等。缓/控释肥料的养分释放特性是评价其质量的重要依据，不少学者在这方面进行了大量田间和室内模拟研究2022，但目前尚没有统一的缓/控释肥料产品质量标准和检测方法。缓/控释肥料的释放特性受作物营养特性、土壤性质、肥料性质、水分、温度等环境因素的影响，不同控释肥料养分释放特性会有很大不同，有机氮控释肥释放曲线的特征是：开始释放很快，而最后1/41/3释放很慢，与“S”型有明显不同；而聚合物包膜控释肥，其释放模型是抛物线型、直线型或“S”型，适于短季作物、多年生植物和树木从休眠期向生长期的转变期，可使养分供应与植物需求同步。有人认为，理想的溶出曲线应该是直线型和“S”型的结

23、合型，这样的释放模式可避免前期的“爆裂式释放”和后期的“拖尾作用”。缓/控释肥料的养分释放特性通常采用水中（或溶液）溶出率法和土壤淋（溶）出率法。前者是用水或一定浓度的盐溶液浸提缓/控释肥料，计算一定时间内养分的溶出率，是最常用方法，该法简单、快速，由于与实际情况有区别，因而测定方法与实际有一定差异。后者是模拟“肥料-土壤”体系，测定肥料中释放的养分离子的含量。水中溶出率法与土壤淋（溶）出率法比较，后者反映了肥料养分在土壤溶液中的释放特性，较为接近实际。近10多年来，许多发达国家日益重视过量施肥对环境的危害，加之发达国家劳动力价格高，因而既能节省人力，又可减少环境污染的缓/控释肥料一直保持较快

24、的发展速度，从1983年至2005年的22年间，美国缓/控释肥料平均年增长率为4.2%，西欧发达国家的年平均增长率为2.8%。美国是世界缓/控释肥料的最大消费国，2005年世界缓/控释肥料的产量约为728万吨，美国消费量495万吨，约占世界总用量的68%。由于价格较高，多数国家缓/控释肥料主要用于非农业市场，如花卉、草坪、高尔夫球场、苗圃及高附加值的经济作物，只有很小的比例用于大田农业生产。因此，缓/控释肥虽然能够提高肥料利用率，但还没有真正在农业生产中发挥其作用。中国缓/控释肥料的研究和开发还处在刚刚起步的阶段，虽然部分技术已经达到国际先进水平，但整体水平远没有达到国外的同等水平23。配套设

25、备开发上相对薄弱，目前的研究存在着技术互相保密，包膜技术都自成体系从零开始，低水平重复，进展缓慢的现象。中国目前生产的缓释肥料还不能很好地解决释放与作物需求相吻合的难题，达不到自控缓释的指标，技术含量较低，加之缓/控释肥料价格远远高于常规肥料，难以为农民接受，所以很难在生产中推广24。虽然从目前来看，缓/控释肥占化肥总量的比例很低，而且缓/控释肥在农业上使用的比重很小，即在目前情况下，无法达到全面提高肥料利用率，大幅减少氮肥损失的目标。但随着中国化肥施用量的不断增加，在满足农产品产量要求的同时，既要保证产品质量的提高，又要满足环境友好、节约能源、保持经济的可持续发展的要求，缓/控释肥料无疑是实

26、现这一要求的重要保证。关键是要解决缓/控释肥料发展中遇到的几个急需解决的问题：一是要努力降低缓/控释肥料价格，减少农民化肥投入成本。二是要尽快制定并颁布包括缓/控释肥料释放性能在内的一系列相关规范和标准，保证缓/控释肥产品的质量。三是要建立公益体系（公共拨款、研究单位和推广机构参与）和企业体系（企业投资、研发中心、生产流通和消费者农民参与）共同参与的国家级研发平台，围绕国家目标、企业目标和农民利益来解决生产中存在许多急需解决的关键技术问题23。3.3 农田养分精准管理技术精准农业是现代空间信息技术与农艺技术相结合而产生的一次农业技术革命。它根据每一操作单元的具体情况，精细准确地确定田间物资投入

27、量并进行田间管理，将传统的高耗、低效型的生产结构方式转变为低耗、高效的生产结构方式，节约了大量的物质资源，同时保护了生态环境7。精准施肥根据作物生长的土壤状况和需肥规律，适时、适量地进行投肥，满足作物不同时期的肥料需求，以最少的肥料投入达到较高的经济效益，从而提高化肥利用率，改善农业生态环境。精准农业技术按实施过程来分可分为4个部分：农田信息获取、农田信息管理、决策分析、决策的田间实施25。农田信息获取的方式通常有传统采样法、GPS采样和通过遥感方式获取信息。GPS采样的精度目前可达亚米级和厘米级，亚米级可用于采样，厘米级适于播种、施肥，但厘米级精度GPS价格较为昂贵。通过遥感的方式获取农田信

28、息较以上两种方式更为快速，且获取的数据是连续性数据，而不是点数据，具有更大的优势，逐渐成为精准农业获取信息的主要手段。GIS主要是对获取的土壤和作物等信息进行加工、分析和整理，建立农田管理信息系统。目前GIS在农业应用中还处在农田边界图管理、土壤肥力管理、产量分布图管理等阶段，相关管理软件还有待于进一步开发26。精准施肥是精准农业决策分析中应用的最广泛的技术之一，也是发展最为成熟的技术。首先进行土壤养分数据（N、P、K、pH、有机质等）和作物生长状况数据的采集，运用GIS作出农田空间属性的差异性，再根据变量施肥决策分析系统结合作物生长模型和养分需求规律得到施肥决策，最后通过差分式全球定位系统和

29、变量施肥控制技术使精确施肥得以实现。研究结果表明，水稻和玉米精准施肥与农民习惯施肥相比，氮肥利用率平均提高7.8个百分点27。分区平衡施肥法也是在精准农业的基础上发展起来的施肥技术，是根据种植方式、土壤养分状况、肥料施用情况、土壤类型、土壤质地等对某一区域进行分区划片，以片为管理单元进行推荐施肥的方法。其具有宏观控制和具体指导的功能，是普及推荐施肥技术、培肥地力、提高肥料利用率和增加产量的一条有效途径28。具体做法是采用地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）技术与地统计学相结合的方法，对某一区域土壤养分的空间变异结构和空间分布进行分析，形成土壤养分分区图，在此基础上，根据作物推荐施肥系

30、统，对不同养分区域进行分区平衡施肥。从目前研究来看，分区平衡施肥技术目前在农场29，乡（镇）30乃至县31一级区域的研究都已见报道。对于较大空间尺度范围（乡（镇）以上），确定合理的取样点空间尺度是关键，不同的尺度会得到不同的土壤养分图，因而会影响到研究结果。在中国目前一家一户的种植模式下，平衡施肥技术还不能够真正实现。因此，分区平衡施肥技术是解决较大范围内平衡施肥问题的一个较好的方法。精准农业经过二十几年的发展之后，在欧美等发达国家应用已经非常普遍，据一项对美国447个农场调查研究结果显示，2004年美国有70%左右的农业生产采用了精准农业有关技术，主要包括精准施肥、精准播种、精准使用农药及进

31、行产量监测等32。虽然如此，赵春江等26指出，精准农业技术体系还处于“婴儿期”，许多技术还需要不断发展和完善；目前国际上精准农业的研究的瓶颈在于农田高密度信息的获取和怎样根据这些信息建立一套具有可实施性的决策支持系统26。这两方面是今后精准农业进一步发展研究的关键。中国自20世纪90年代开始探索自己的精准农业发展道路，并在北京、上海、新疆等省（自治区）建立起一些精准农业试验示范区。中国农业基础薄弱，农村贫困，在相当长的时期内仍然是小农经济占主导成分，这种特点决定了国外现有的技术在中国不适用，必须要探索适合中国的精准农田养分管理模式。目前中国精准农业还存在着以下几方面亟待解决的问题：一是农田高密

32、度信息（主要是土壤养分信息）的获取。由于中国采用一家一户的分散经营，农田养分差异较大，大面积高密度快速准确地进行土壤性状信息的采集及分析测试的技术还没有解决，目前多采用传统的取样和实验室分析测试方法，成本高、时效性差。二是施肥决策支持系统的建立。即怎样解决现有专家系统实用性、通用性和可实施性较差的问题。三是研发适合中国农田精准管理的小型变量施肥农机具，使精准变量施肥在小规模经营的中国农户中得以实现，并得以推广应用。3.4 脲酶抑制剂和硝化抑制剂尿素是中国施用最多的一种氮肥，每年施用量占中国化学氮肥的一半以上。然而，尿素施入土壤后，经土壤脲酶的作用，易被水解，造成NH3的挥发，带来巨大的经济损失

33、和环境污染。脲酶抑制剂通过延缓尿素的水解，延长施肥点处尿素的扩散时间，从而降低了土壤溶液中NH4+和NH3的浓度，能够减少氨的挥发损失。经过30多年的研究开发，目前脲酶抑制剂的种类已经有一百多种，包括醌类、酰胺类、多元酸、多元酚、腐殖酸、甲醛等。其中应用较为广泛的是n-丁基硫代磷酰三胺（NBPT）和氢醌（HQ），NBPT在碱性土壤、通气性较好的条件下对NH3的挥发损失抑制较好。HQ不仅能够延缓尿素的水解进而减少NH3 的挥发，更重要的是影响了尿素水解产物的进一步转 化33，由于HQ与其它脲酶抑制剂相比具有比较低廉的价格优势而受到广泛的关注3436。重金属Hg和Ag的碘盐被证实也是比较有效的脲酶

34、抑制剂，但由于重金属对农田会造成污染，因而不适宜在农业生产上使用。腐植酸类脲酶抑制剂是一种环保的尿素增效剂，早期对它的研究报道主要集中在对土壤脲酶抑制剂的抑制效果和增产作用上3739。近些年，一些学者开展了腐植酸类物质对作物生理代谢方面的研究，程扶玖等40研究认为在低温胁迫条件下，黄腐酸可增强油菜幼苗超氧物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性提高抗坏血酸含量，抑制丙二醛（MDA）的产生减轻叶绿素的破坏，维护细胞的生理功能，光合速率和根系活力增加，呼吸速率明显降低。刘子江41、李兆君42等研究表明腐植酸类物质可以改善作物品质。煤炭类腐植酸除了具有很好的抑制效果，能够促进作物的生长发育，促进

35、氮素的吸收，提高尿素氮的利用率外42,43，由于具有价格低廉，来源丰富，对植株和土壤安全、无污染的特点，具有很好的开发应用前景。氮肥施入土壤后，在土壤微生物的作用下会进行硝化反应，NH4+在氨氧化细菌的作用下先氧化为NO2-，进而在亚硝化细菌的作用下氧化为NO3-。硝化抑制剂可以抑制NH4+向NO2-和NO3-的转化，减少NO3-的淋溶损失，也可抑制由于硝化作用和反硝化作用所产生的N2O气体的产生，减少氮的淋溶和挥发损失，提高氮肥利用率。最常见的硝化抑制剂有双氰胺（Cyanamide的二聚物，简称DCD）和2-氯-6-（三氯甲基）吡啶（简称nitrapyrin）。由于2-氯-6-（三氯甲基）吡

36、啶不稳定，因而美国DOW公司将其开发为一种产品N-serve。大量研究表明，硝化抑制剂与氮肥结合使用可以降低氮素损失，提高氮肥利用率。商照聪等44报道DCD与碳酸氢铵混合在小麦上施用，能够抑制铵态氮硝化产生硝态氮的同时对氨挥发也有一定的抑制作用。Owens45对nitrapyrin研究发现，施用硝化抑制剂nitrapyrin与对照（不施用）相比，NO3-的淋溶损失由48%降低到35%。王改玲等46研究了不同土壤水分条件下，N-serve及N-serve与沙子配合对N2O排放的影响。结果显示，在低水分（14.2%）时，施用N-serve，N2O总排放量可以减少65%；在高水分（28.5%）时，N

37、-serve与沙子配合N2O总排放量可以减少62.1%。单独的脲酶抑制剂或硝化抑制剂只能对尿素氮转化的某一过程起到抑制作用，它们协同作用则可以对全过程进行控制，从而更加有效地减少NH3的挥发和NO3-N的淋溶损失，提高肥料利用率，不少研究结果已经证实了这一点。焦晓光47、陈振华48、陈利军49研究指出，HQ+DCD组合与单独使用HQ、DCD、ECC（硝化抑制剂包被碳化钙）或NBPT（N-丁基硫代磷酰三胺）相比，HQ+DCD组合能更有效地降低土壤脲酶活性，抑制尿素水解产物的氧化，使其以交换态NH4+的形式在土壤中更长时间持留。氧化作用的抑制不仅减少了氧化产物NO3-的积累，也降低了NO3-的淋溶

38、潜势，使其淋入下层土壤的深度仅限在510 cm范围内。还能够增加土壤总有效氮，增加作物吸氮量。还有学者报道，HQ+DCD组合应用于稻田生态系统，N2O和CH4排放量比分别使用HQ和DCD减少1/3和1/250。理想的脲酶抑制剂或硝化抑制剂，不仅要有效地抑制NH3的挥发和NO3-N的淋溶损失，还应对作物的生长发育无不良影响，才能保证作物充分吸收养分并获得最大的增产效应，这也应是筛选脲酶抑制剂或硝化抑制剂的重要原则。虽然现有的一些抑制剂在农业上的应用取得了一定的效果，但它们的推广应用还不十分普遍，多数国家还处于试验研究阶段。由于它们的施用效果受到抑制剂量、肥料用量、环境温度、pH值和土壤性质等影响

39、，增产效果不稳定，加之绝大多数抑制剂成本较高，有些对作物还具有一定的毒性，容易造成一定的环境污染，在农业上难以大面积推广使用。因此，筛选高效、稳定、廉价、无毒的新型脲酶抑制剂是农业科技工作者今后致力的方向。4 展望20世纪下半叶，中国以占世界7%的耕地养活了占世界22%的人口，取得了举世瞩目的成就，化肥对粮食生产做出了巨大的贡献。21世纪，中国面临着人口不断增长、耕地日益减少和粮食需求不断增加的严峻现实，尽快开发既能获得高产又能最大限度地提高肥料利用率并减轻对环境的压力的肥料利用新技术，对于保障粮食安全、保护生态环境具有极其重要的意义。为此，建议加强以下几方面工作：（1）加快新型肥料研制及常规

40、肥料升级，研制低成本、高性能包膜材料和高效缓/控释作物专用肥料，制定缓/控释肥料环境评价和质量标准；开展有机肥高温、快速发酵与除臭复合菌群筛选和组合研究；进行高效造粒黏结剂工艺研发，进行有机和有机、无机复合肥生产关键技术研究；加快新型液体肥料生产关键技术研究51。（2）研究作物养分高效利用的生态和生理学机理，研发作物高产、高效施肥新技术，集成和提升作物高产、高效、优质和环保的养分资源管理技术体系。（3）研究作物基因型营养元素效率差异的生理和遗传机制，应用生物技术改良作物营养遗传性状，筛选和培育具有养分高效利用基因型的农作物优良新品种，实现植物营养性状改良，从而提高作物养分利用效率。（4）应用信

41、息技术和网络技术，构建全国和不同地区养分资源高效利用信息化管理系统和监测平台，实时掌握全国和各主要农区主要作物对各种肥料的效应和土壤养分状况；建立不同地区、不同作物科学施肥决策系统和环境评估预警系统，实现肥料资源在全国和区域范围内的合理配置与高效利用。References1李庆逵, 朱兆良, 于天仁. 中国农业持续发展中的肥料问题. 江西: 江西科学技术出版社, 1998: 3-5. Li Q K, Zhu Z L, Yu T R. Fertilizer Questions in Sustainable Development of Agriculture in China. Jiangxi:

42、 Jiangxi Science and Technology Press, 1998: 3-5. (in Chinese)2陈同斌, 曾希柏, 胡清秀. 中国化肥利用率的区域分异. 地理学报, 2002, 57(5): 531-538. Chen T B, Zeng X B, Hu Q X. Utilization efficiency of chemical fertilizers among different counties in China. Acta Geographica Sinica, 2002, 57(5): 531-538. (in Chinese)3朱兆良, 文启孝.

43、中国土壤氮素. 江苏: 江苏科技出版社, 1992: 228-231. Zhu Z L, Wen Q X. Soil Nitrogen in China. Jiangsu: Jiangsu Science and Technology Press, 1992: 228-231. (in Chinese)4熊 毅, 李庆逵. 中国土壤, 北京: 科学出版社, 1990: 492-495. Xiong Y, Li Q K. China Soil. Beijing: Science Press, 1990: 492-495. (in Chinese)5高凤菊, 吕金岭. 尿素深施对小麦产量及氮肥利用

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45、rice. Soil and Fertilizer, 2006, (1): 60-61. (in Chinese)7扈立家, 李天来. 我国发展精准农业的问题及对策. 沈阳农业大学学报(社会科学版), 2005, 7(4): 400-402. Hu L J, Li T L. Questions and countermeasures in the development of precision agriculture. Journal of Shenyang Agricultural University (Social Sciences Edition), 2005, 7(4): 400-

46、402. (in Chinese)8Peng S B, Garcia F V, Laza R C, Sanico A L, Visperas R M, Cassman K G. Increased N-use efficiency using a chlorophyll meter on high yielding irrigated rice. Field Crops Research, 1996, 47: 243-252. 9彭少兵, 黄见良, 钟旭华, 杨建昌, 王光火, 邹应斌, 张福锁, 朱庆森, Roland Bureshl, Christian Wittl. 提高中国稻田氮肥利用

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48、 10刘立军, 徐 伟, 桑大志, 刘翠莲, 周家麟, 杨建昌. 实地氮肥管理提高水稻氮肥利用效率. 作物学报, 2006, 32(7): 987-994. Liu L J, Xu W, Sang D Z, Liu C L, Zhou J L, Yang J C. Site specific nitrogen management increases fertilizer nitrogen use efficiency in rice. Acta Agronomica Sinica, 2006, 32(7): 987-994. (in Chinese)11贺 帆, 黄见良, 崔克辉, 曾建敏, 徐 波, 彭少兵, R J Buresh. 实时实地氮肥管理对水稻产量和稻米品质的影响. 中国农业科学, 2007, 40(1): 123-132. He F, Huang J L, Cui K H. Zeng J M, Xu B, Peng S B, Buresh R J. Effect of real time and si