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科學(xué)施用氮肥 “雙輸”變“雙贏”
土壤作為地球重要的皮膚，地球上所有的生命都依賴于她的存在。她為植物的根系提供固定場所，為植物生長提供營養(yǎng)，是維持人類生活的主要支撐系統(tǒng)。植物除了從土壤中吸收水分以外，還要從中吸收各種礦質(zhì)元素和氮素以維持正常的生理活動(dòng)，其中氮素是植物需求量最大的礦質(zhì)營養(yǎng)元素。“莊稼一枝花，全靠肥當(dāng)家”，所以，農(nóng)田土壤施用氮肥是一項(xiàng)基本的農(nóng)業(yè)措施，氮肥對(duì)于增加作物產(chǎn)量、提高作物品質(zhì)具有重要的作用，也是需要量最大的化肥品種。雖然氮肥有助于農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的提高，但過量施肥會(huì)對(duì)植物生長造成副作用，還會(huì)給全球生態(tài)環(huán)境帶來壓力，造成環(huán)境污染。
氮肥對(duì)于植物——過猶不及
氮是植物體最重要的營養(yǎng)元素之一，是植物體內(nèi)氨基酸、蛋白質(zhì)及進(jìn)行光合作用的葉綠素的重要組成部分，可以促進(jìn)植物的葉面生長，使植物葉色更綠、枝葉茂盛，在很大程度上決定了作物的產(chǎn)量的質(zhì)量。氮不足時(shí)，農(nóng)作物會(huì)表現(xiàn)為植株矮小，細(xì)弱；葉呈黃綠、黃橙等非正常綠色，基部葉片逐漸干燥枯萎；根系分枝少；禾谷類作物的分蘗顯著減少，甚至不分蘗，幼穗分化差，分枝少，穗形小，作物早衰并早熟，產(chǎn)量降低。然而，氮過量同樣會(huì)對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生消極的影響。氮營養(yǎng)過量的一般表現(xiàn)是：生長過于繁茂，腋芽不斷出生，分蘗往往過多，妨礙生殖器官的正常發(fā)育，以至推遲成熟，葉呈濃綠色，莖葉柔嫩多汁，體內(nèi)可溶性非蛋白態(tài)氮含量過高，易遭病蟲為害，容易倒伏。禾谷類作物的谷粒不飽滿(千粒重低)，秕粒多；棉花爛鈴增加，鈴殼厚，棉纖維品質(zhì)降低；甘蔗含糖率降低；薯類薯塊變小，豆科作物枝葉繁茂，結(jié)莢少，作物產(chǎn)量降低。
我國氮肥消費(fèi)——雙輸局面
土壤中其他營養(yǎng)元素匱乏有地域性，氮素的匱乏卻有普遍性，全世界大部分土壤缺氮。因此，補(bǔ)充作物可利用的活性氮素就成了農(nóng)業(yè)高產(chǎn)的一條重要途徑。建國初期，中國氮肥產(chǎn)量只有0.6萬噸，而半個(gè)世紀(jì)后，從1999年到2013年，我國氮肥產(chǎn)量從2497.91萬噸增長到4927.46萬噸，中國已經(jīng)是世界上氮肥生產(chǎn)和消費(fèi)第一大國。氮肥生產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的1/3，占世界7%的耕地上消耗了全球35%的氮肥。隨著氮肥產(chǎn)量和施用量不斷增加，中國小麥、玉米和水稻等主要糧食作物的總產(chǎn)量一度增產(chǎn)近十倍。然而，氮肥的過量施用超過了經(jīng)濟(jì)最佳施氮量，導(dǎo)致肥效迅速下降，產(chǎn)量增加幅度降低，同時(shí)氮肥在土壤中的殘留量及損失到環(huán)境中的量顯著增加。我國每公頃農(nóng)地氮肥使用量達(dá)到400公斤以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了發(fā)達(dá)國家225公斤的安全上限。過度使用氮肥，其對(duì)環(huán)境造成的損失已經(jīng)大于糧食產(chǎn)量增加的收益。過量施用氮肥造成“雙輸”的后果已經(jīng)持續(xù)了近20 年。
氮肥的不合理施用已經(jīng)對(duì)大氣、土壤和水體產(chǎn)生了污染。氮素化肥的損失率達(dá)到45%，相當(dāng)于年損失200多億元。過量施用的氮肥不僅其肥效沒有得到充分發(fā)揮，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，提高了農(nóng)產(chǎn)品的成本，而且還引起了環(huán)境污染。大量的氮肥在被作物吸收之前就以氣體形態(tài)逸散高大氣中，或通過土壤排水溝渠以及淋溶作用進(jìn)入地下水或者河流。氮對(duì)環(huán)境的危害具體表現(xiàn)在溫室氣體不斷增多，造成臭氧層空洞；重金屬、硝態(tài)氮在土壤中累積，土壤板結(jié)，肥力下降；地表水出現(xiàn)富營養(yǎng)化，地下水則受到硝酸鹽、亞硝酸鹽污染。
氮肥污染解決之道——提高利用率
氮肥利用率是導(dǎo)致農(nóng)民依賴與大量施肥的主要原因，有報(bào)道稱我國水稻單產(chǎn)與日本相當(dāng)，氮肥用量卻是日本三倍，可見，提高氮肥利用率是解決氮肥過量施用的根本途徑。
那么農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中如何提高氮肥利用率呢？主要的方法有以下幾點(diǎn)：①因作物施用氮肥：作物習(xí)性不同，對(duì)氮肥的要求也不同。小麥、玉米等禾谷類作物，需氮肥較多，應(yīng)適當(dāng)多施，而豆類作物，一般只需在根瘤菌未起作用之前的生長初期施用少量氮肥。同一作物的不同生育期對(duì)氮的需要量也有差別；②因土施肥：施用氮肥必須充分考慮土壤的供肥保肥特性以及土壤的實(shí)際需求量。土層深厚，保肥力強(qiáng)的土頭地，以基肥為主，一次追肥；保肥力差的沙壤土、漏沙土，應(yīng)堅(jiān)持少吃多餐的原則，采取分次施肥；③深施覆土：深施結(jié)合覆土可以增加土壤對(duì)銨離子的吸附，減少揮發(fā)，對(duì)銨態(tài)氮肥有顯著的增產(chǎn)效果，施肥深度應(yīng)結(jié)合作物品種特性與施肥量靈活掌握；④氮磷化肥與有機(jī)肥配合施用：作物正常生長發(fā)育，要求氮磷鉀等多種營養(yǎng)元素的協(xié)調(diào)供應(yīng)，而有機(jī)肥營養(yǎng)元素豐富，釋放周期較長；⑤施用緩釋肥：對(duì)肥料顆粒進(jìn)行包裹，控制肥料養(yǎng)分的釋放速度，使養(yǎng)分供應(yīng)與作物各生育期需肥規(guī)律相吻合；⑥使用氮肥增效劑：又稱硝化抑制劑，即使用化學(xué)制劑來抑制肥料的快速轉(zhuǎn)化，減少氮素的損失。
如今，采用科學(xué)管理，實(shí)現(xiàn)降低氮肥用量同時(shí)保證糧食產(chǎn)量，變農(nóng)業(yè)與環(huán)境“雙輸”為“雙贏”，已成為國際農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域所共同面臨的重大科學(xué)問題。
氮肥對(duì)于植物——過猶不及
氮是植物體最重要的營養(yǎng)元素之一，是植物體內(nèi)氨基酸、蛋白質(zhì)及進(jìn)行光合作用的葉綠素的重要組成部分，可以促進(jìn)植物的葉面生長，使植物葉色更綠、枝葉茂盛，在很大程度上決定了作物的產(chǎn)量的質(zhì)量。氮不足時(shí)，農(nóng)作物會(huì)表現(xiàn)為植株矮小，細(xì)弱；葉呈黃綠、黃橙等非正常綠色，基部葉片逐漸干燥枯萎；根系分枝少；禾谷類作物的分蘗顯著減少，甚至不分蘗，幼穗分化差，分枝少，穗形小，作物早衰并早熟，產(chǎn)量降低。然而，氮過量同樣會(huì)對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生消極的影響。氮營養(yǎng)過量的一般表現(xiàn)是：生長過于繁茂，腋芽不斷出生，分蘗往往過多，妨礙生殖器官的正常發(fā)育，以至推遲成熟，葉呈濃綠色，莖葉柔嫩多汁，體內(nèi)可溶性非蛋白態(tài)氮含量過高，易遭病蟲為害，容易倒伏。禾谷類作物的谷粒不飽滿(千粒重低)，秕粒多；棉花爛鈴增加，鈴殼厚，棉纖維品質(zhì)降低；甘蔗含糖率降低；薯類薯塊變小，豆科作物枝葉繁茂，結(jié)莢少，作物產(chǎn)量降低。
我國氮肥消費(fèi)——雙輸局面
土壤中其他營養(yǎng)元素匱乏有地域性，氮素的匱乏卻有普遍性，全世界大部分土壤缺氮。因此，補(bǔ)充作物可利用的活性氮素就成了農(nóng)業(yè)高產(chǎn)的一條重要途徑。建國初期，中國氮肥產(chǎn)量只有0.6萬噸，而半個(gè)世紀(jì)后，從1999年到2013年，我國氮肥產(chǎn)量從2497.91萬噸增長到4927.46萬噸，中國已經(jīng)是世界上氮肥生產(chǎn)和消費(fèi)第一大國。氮肥生產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的1/3，占世界7%的耕地上消耗了全球35%的氮肥。隨著氮肥產(chǎn)量和施用量不斷增加，中國小麥、玉米和水稻等主要糧食作物的總產(chǎn)量一度增產(chǎn)近十倍。然而，氮肥的過量施用超過了經(jīng)濟(jì)最佳施氮量，導(dǎo)致肥效迅速下降，產(chǎn)量增加幅度降低，同時(shí)氮肥在土壤中的殘留量及損失到環(huán)境中的量顯著增加。我國每公頃農(nóng)地氮肥使用量達(dá)到400公斤以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了發(fā)達(dá)國家225公斤的安全上限。過度使用氮肥，其對(duì)環(huán)境造成的損失已經(jīng)大于糧食產(chǎn)量增加的收益。過量施用氮肥造成“雙輸”的后果已經(jīng)持續(xù)了近20 年。
氮肥的不合理施用已經(jīng)對(duì)大氣、土壤和水體產(chǎn)生了污染。氮素化肥的損失率達(dá)到45%，相當(dāng)于年損失200多億元。過量施用的氮肥不僅其肥效沒有得到充分發(fā)揮，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，提高了農(nóng)產(chǎn)品的成本，而且還引起了環(huán)境污染。大量的氮肥在被作物吸收之前就以氣體形態(tài)逸散高大氣中，或通過土壤排水溝渠以及淋溶作用進(jìn)入地下水或者河流。氮對(duì)環(huán)境的危害具體表現(xiàn)在溫室氣體不斷增多，造成臭氧層空洞；重金屬、硝態(tài)氮在土壤中累積，土壤板結(jié)，肥力下降；地表水出現(xiàn)富營養(yǎng)化，地下水則受到硝酸鹽、亞硝酸鹽污染。
氮肥污染解決之道——提高利用率
氮肥利用率是導(dǎo)致農(nóng)民依賴與大量施肥的主要原因，有報(bào)道稱我國水稻單產(chǎn)與日本相當(dāng)，氮肥用量卻是日本三倍，可見，提高氮肥利用率是解決氮肥過量施用的根本途徑。
那么農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中如何提高氮肥利用率呢？主要的方法有以下幾點(diǎn)：①因作物施用氮肥：作物習(xí)性不同，對(duì)氮肥的要求也不同。小麥、玉米等禾谷類作物，需氮肥較多，應(yīng)適當(dāng)多施，而豆類作物，一般只需在根瘤菌未起作用之前的生長初期施用少量氮肥。同一作物的不同生育期對(duì)氮的需要量也有差別；②因土施肥：施用氮肥必須充分考慮土壤的供肥保肥特性以及土壤的實(shí)際需求量。土層深厚，保肥力強(qiáng)的土頭地，以基肥為主，一次追肥；保肥力差的沙壤土、漏沙土，應(yīng)堅(jiān)持少吃多餐的原則，采取分次施肥；③深施覆土：深施結(jié)合覆土可以增加土壤對(duì)銨離子的吸附，減少揮發(fā)，對(duì)銨態(tài)氮肥有顯著的增產(chǎn)效果，施肥深度應(yīng)結(jié)合作物品種特性與施肥量靈活掌握；④氮磷化肥與有機(jī)肥配合施用：作物正常生長發(fā)育，要求氮磷鉀等多種營養(yǎng)元素的協(xié)調(diào)供應(yīng)，而有機(jī)肥營養(yǎng)元素豐富，釋放周期較長；⑤施用緩釋肥：對(duì)肥料顆粒進(jìn)行包裹，控制肥料養(yǎng)分的釋放速度，使養(yǎng)分供應(yīng)與作物各生育期需肥規(guī)律相吻合；⑥使用氮肥增效劑：又稱硝化抑制劑，即使用化學(xué)制劑來抑制肥料的快速轉(zhuǎn)化，減少氮素的損失。
如今，采用科學(xué)管理，實(shí)現(xiàn)降低氮肥用量同時(shí)保證糧食產(chǎn)量，變農(nóng)業(yè)與環(huán)境“雙輸”為“雙贏”，已成為國際農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域所共同面臨的重大科學(xué)問題。
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