趙亞南，徐霞，黃玉芳，孫笑梅，葉優(yōu)良

（1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450002；2河南省土壤肥料站，鄭州 450002）

0 引言

【研究意義】化肥，尤其是氮肥，對于提高糧食產(chǎn)量、保障我國糧食安全具有不可替代的作用。我國農(nóng)業(yè)氮肥投入量持續(xù)快速增加，目前已經(jīng)成為世界上最大的氮肥生產(chǎn)國和消費(fèi)國[1]。然而，我國氮肥施用普遍存在著施用量偏高的問題。由于長期過量施用，氮肥對糧食的增產(chǎn)彈性減小，進(jìn)一步增加投入對糧食的增產(chǎn)效果已不明顯，導(dǎo)致氮肥利用率不高，不僅造成資源浪費(fèi)，也給農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境帶來危害[2-3]。因此，明確作物氮肥需求及減氮潛力對于實(shí)現(xiàn)合理施肥、我國化肥零增長目標(biāo)具有重要指導(dǎo)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來，關(guān)于作物優(yōu)化施肥理論與技術(shù)有大量的研究，這些研究表明，合理施肥可以在不降低作物產(chǎn)量甚至提高產(chǎn)量的情況下，大幅度提高肥料利用率，降低養(yǎng)分環(huán)境損失[4-5]。以往，針對農(nóng)戶施肥情況，在田塊尺度上分析減量潛力的研究較多[6]。隨著我國化肥零增長目標(biāo)的提出，針對不同區(qū)域不同作物化肥減量潛力的研究也增多。曹寒冰等[7]基于小麥產(chǎn)量確定的養(yǎng)分需求量，在田塊尺度上評價(jià)了農(nóng)戶施肥情況，分析了其減肥潛力。張燦強(qiáng)等[8]在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和區(qū)域大配方施肥數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，估算出我國小麥、玉米、水稻三大糧食作物主產(chǎn)區(qū)化肥投入減量潛力為814.1萬t，占主產(chǎn)區(qū)三大糧食化肥用量的27.6%，3種作物可分別削減36.9%、28.1%和16.7%。焉莉等[9]估算吉林省西部、中部、東部水稻節(jié)氮潛力為4 378、7 064和604 t。巨曉棠等[10]提出了一種氮肥需求量估算法，估算了國家尺度氮肥需求量?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】河南省是我國農(nóng)業(yè)大省，冬小麥、夏玉米輪作是河南省糧食作物的主要種植方式，河南省小麥種植面積、單產(chǎn)、總產(chǎn)和提供商品糧總量均居全國領(lǐng)先地位，玉米生產(chǎn)在全國亦具有非常重要的地位[11-12]。有研究表明，河南省化肥總用量持續(xù)增加，農(nóng)戶過量施肥現(xiàn)象比較普遍[13-14]。然而，河南省區(qū)域上小麥-玉米氮素需求及節(jié)氮潛力尚不明確?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對河南省小麥和玉米生產(chǎn)、實(shí)際氮肥消費(fèi)量的歷史發(fā)展趨勢進(jìn)行分析；根據(jù)多年多點(diǎn)大田試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析小麥和玉米的施氮效果、氮肥需求量和區(qū)域氮肥推薦用量，在此基礎(chǔ)上研究河南省小麥、玉米氮肥需求總量，并進(jìn)一步估算河南省小麥、玉米節(jié)氮潛力，為河南省糧食生產(chǎn)、合理施肥乃至我國化肥零增長目標(biāo)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所采用的數(shù)據(jù)主要來源于兩個(gè)方面，一是國家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，二是國家測土配方施肥項(xiàng)目“3414”田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)。其中，河南省小麥和玉米種植面積、總產(chǎn)、單產(chǎn)數(shù)據(jù)及農(nóng)用化肥消費(fèi)量來源于國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)資料[15]。河南省小麥和玉米單位面積施肥量數(shù)據(jù)來源于國家發(fā)展和改革委員會(huì)價(jià)格司發(fā)布的全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編[16]。河南省小麥和玉米推薦施氮量、氮素累積量、單位籽粒養(yǎng)分吸收量等指標(biāo)的計(jì)算，數(shù)據(jù)來源于 2005—2010年國家測土配方施肥項(xiàng)目在河南省開展的“3414”田間試驗(yàn)，小麥試驗(yàn)樣本 748個(gè)，玉米624個(gè)。分別選取“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的N0P2K2處理、N1P2K2處理、N2P2K2處理、N3P2K2處理進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[17]。4個(gè)處理中，N0表示不施氮肥，N2為當(dāng)?shù)剞r(nóng)技專家根據(jù)農(nóng)戶施肥情況確定的氮肥用量，因此不同試驗(yàn)點(diǎn)的氮肥施用量并不相同，N1為N2用量的0.5倍，N3為N2的1.5倍；磷、鉀施肥量均為當(dāng)?shù)剞r(nóng)技專家根據(jù)農(nóng)戶施肥情況確定。小麥氮、磷、鉀二水平（N2）施用量平均為170.0、90.9、89.9 kg·hm-2；玉米氮磷鉀二水平施用量平均為209.4、77.9、75.3 kg·hm-2。

1.2 實(shí)際氮肥消費(fèi)量計(jì)算

河南省農(nóng)用氮肥消費(fèi)量等于單質(zhì)氮肥消費(fèi)量與復(fù)合（混）肥含氮量之和；小麥和玉米氮肥消費(fèi)量根據(jù)播種面積與單位面積氮肥用量的乘積獲得。復(fù)合（混）肥含氮比例不一致，本研究根據(jù)河南省農(nóng)戶及肥料生產(chǎn)企業(yè)氮肥銷售及施用狀況調(diào)查結(jié)果（n=1266），以復(fù)合（混）肥平均含氮20%進(jìn)行計(jì)算（圖1）。

1.3 田塊尺度氮肥推薦用量計(jì)算

以測土配方施肥項(xiàng)目“3414”大田試驗(yàn)為對象，采用肥料效應(yīng)函數(shù)法計(jì)算田塊尺度的氮肥推薦用量。用一元二次方程對產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，即y=a+bx+cx2，其中y為籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2），x為肥料用量（kg·hm-2），a為截距，b為一次回歸系數(shù)，c為二次回歸系數(shù)。對于符合條件的樣本，計(jì)算其最高產(chǎn)量施氮量（NR1），即y最大時(shí)的施氮量；同時(shí)計(jì)算經(jīng)濟(jì)最佳施氮量（NR2），即邊際收益等于邊際成本時(shí)的施氮量[17]。

圖1 復(fù)合肥中氮百分含量的頻率分布Fig. 1 The frequency distribution of N content in compound fertilizer

此外，根據(jù)養(yǎng)分平衡原理，長期耕作的田塊在秸稈全部還田條件下，氮肥的施用應(yīng)該補(bǔ)充通過籽粒帶走的氮素。我國氮肥損失較為嚴(yán)重，氮素?fù)p失的量相當(dāng)于秸稈還田的氮量，因此，需要補(bǔ)充的氮肥大致相當(dāng)于作物地上部（包括籽粒和秸稈）的氮素吸收量[18-19]，根據(jù)這個(gè)原理計(jì)算田塊尺度上作物的氮肥推薦用量（NR3）。

1.4 區(qū)域尺度氮肥需求總量計(jì)算

河南省小麥或玉米氮肥需求總量（ND）通過小麥或玉米播種面積和區(qū)域平均適宜施氮量（RMONR）的乘積獲得[10]。其中，區(qū)域平均適宜施氮量是對某一地區(qū)多年多點(diǎn)試驗(yàn)獲得的田塊尺度的氮肥推薦用量進(jìn)行平均，進(jìn)而計(jì)算出針對該區(qū)域的推薦用量均值[20]?；谧罡弋a(chǎn)量施氮量（NR1）、經(jīng)濟(jì)最佳施氮量（NR2）、地上部氮素吸收量（NR3）分別計(jì)算河南省小麥或玉米平均適宜施氮量（RMONR1、RMONR2、RMONR3），并進(jìn)一步計(jì)算不同方法下的氮肥需求總量（ND1、ND2、ND3）。

此外，根據(jù)河南省小麥、玉米的總產(chǎn)量，以及生產(chǎn)單位籽粒的氮素需求量也可以估算出河南省小麥、玉米氮肥需求總量（ND4），即氮肥需求總量=作物籽?？偖a(chǎn)量×單位籽粒氮肥需求[19]。其中，單位（1000 kg）籽粒氮素需求（kg）=作物吸氮量/籽粒產(chǎn)量[21]，數(shù)據(jù)根據(jù)“3414”試驗(yàn)中的NPK平衡施肥處理計(jì)算。

1.5 河南省小麥和玉米節(jié)氮潛力計(jì)算

河南省小麥或玉米節(jié)氮潛力（NSP）=小麥或玉米實(shí)際氮肥消費(fèi)量-氮肥需求總量。河南省小麥和玉米實(shí)際氮肥消費(fèi)量計(jì)算方法見1.2，氮肥需求總量計(jì)算方法見1.4。根據(jù)氮素需求總量計(jì)算方法不同，可估算不同情景模式下的節(jié)氮潛力（NSP1、NSP2、NSP3、NSP4）。

2 結(jié)果

2.1 河南省小麥、玉米生產(chǎn)狀況

新中國成立以來，河南省小麥播種面積、總產(chǎn)和單產(chǎn)都呈增加趨勢（圖 2）。2015年，河南省小麥播種面積為5 426×103hm2，總產(chǎn)量為3 501×104t，單產(chǎn)為 6 453 kg·hm-2；玉米播種面積為 3 344×103hm2，總產(chǎn)量為 1 854×104t，單產(chǎn)為5 543 kg·hm-2。與1949年相比，小麥播種面積增加了 35.5%，而總產(chǎn)量提高到原來的13.8倍，單產(chǎn)提高到原來的10.2倍；玉米播種面積增加至原來的3.6倍，總產(chǎn)提高到27.9倍，單產(chǎn)是原來的7.7倍。從變化趨勢看，盡管河南小麥、玉米播種面積的增加對總產(chǎn)的提高有一定作用，但總產(chǎn)的增加高度依賴于單產(chǎn)的提高，而種植面積的貢獻(xiàn)相對而言比較小。

從1949—1961年，小麥和玉米種植面積波動(dòng)很大，而總產(chǎn)和單產(chǎn)緩慢增長，且增長幅度較小，在1958—1961年間甚至出現(xiàn)下降趨勢。1961—1984年，小麥和玉米產(chǎn)量迅速增長，小麥播種面積增加21.3%，總產(chǎn)和單產(chǎn)分別增加至原來的10.3倍和7.5倍；玉米播種面積增加了92.0%，總產(chǎn)和單產(chǎn)分別是原來的9.6和5.0倍。1985—2006年，河南小麥和玉米產(chǎn)量仍然處于持續(xù)增長趨勢，但產(chǎn)量波動(dòng)較大。2006年以后，小麥種植面積、單產(chǎn)、總產(chǎn)均穩(wěn)步提高，但增加幅度相對比較緩慢；而玉米總產(chǎn)量的提高主要是由于播種面積的增加，單產(chǎn)水平停滯不前甚至有下降現(xiàn)象。

2.2 河南省小麥、玉米氮肥消費(fèi)量

由圖3可以看出，河南省氮肥消費(fèi)總量持續(xù)增長，2015年農(nóng)業(yè)氮肥消費(fèi)量增加到370.4×104t，是1979年的5.6倍。其中，單質(zhì)氮肥消費(fèi)量從42.6×104t，增加到238.7×104t。但近年來，單質(zhì)氮肥消費(fèi)量變化

不大，2006年以來近10年，單質(zhì)氮肥消費(fèi)量維持在235×104—245×104t之間變化，2012年后消費(fèi)量甚至有所下降。單質(zhì)氮肥消費(fèi)量增加變緩主要與復(fù)合肥消費(fèi)用量的急劇增長有關(guān)，1980年復(fù)合肥消費(fèi)量僅1.4×104t，而2015年達(dá)到296.3×104t，通過復(fù)合肥消費(fèi)的氮大概占總氮肥消費(fèi)量的1/3。

圖2 河南省小麥和玉米種植面積、總產(chǎn)、單產(chǎn)變化Fig. 2 The area, production and yield of wheat and maize in Henan province from 1949 to 2015

圖3 河南省農(nóng)用、小麥、玉米單質(zhì)氮肥和復(fù)混氮肥消費(fèi)量Fig. 3 The single, compound and total N consumption for agriculture, wheat and maize in Henan province

根據(jù)河南省小麥和玉米播種面積及單位年均氮肥投入量，估算出河南省小麥、玉米氮肥消費(fèi)量。可以看出，從2004年到2015年，河南省小麥、玉米單質(zhì)氮肥消費(fèi)量雖有很大的波動(dòng)，但總體上呈下降趨勢，小麥從 73.4×104t下降到 56.2×104t，玉米從42.3×104t下降到24.8×104t。與單質(zhì)氮肥相反，通過復(fù)混肥投入的氮肥量呈明顯增加趨勢，小麥、玉米復(fù)混氮肥消費(fèi)量分別從9.1×104和4.5×104t增加到76.8×104和36.1×104t。因此，小麥、玉米氮肥消費(fèi)總量表現(xiàn)出增加趨勢，2015年分別消費(fèi)133.0×104和60.9×104t，兩種作物氮肥消費(fèi)193.9×104t，占河南省農(nóng)用氮肥消費(fèi)總量的52.3%。

2.3 河南省小麥、玉米氮肥推薦用量

圖4 河南省小麥和玉米氮肥推薦用量Fig. 4 The recommended N rate for wheat and maize in Henan province

從圖4可以看出，采用3種方法估算的河南省小麥、玉米氮肥推薦量之間存在著很大的差異。其中，采用一元二次函數(shù)效應(yīng)方程估算的小麥最高產(chǎn)量施氮量平均為（171.0±60.7）kg·hm-2，經(jīng)濟(jì)最佳施氮量平均值僅為（155.1±55.6）kg·hm-2。而小麥每年地上部氮素吸收量平均為（204.9±67.5）kg·hm-2，以此作為河南省小麥氮肥推薦用量平均值，則比通過肥料效應(yīng)函數(shù)法估算的最高產(chǎn)量施氮量和經(jīng)濟(jì)最佳施氮量平均值分別高33.9和49.8 kg·hm-2。玉米的肥料效應(yīng)函數(shù)法最高產(chǎn)量施肥量平均值為（202.5±66.6）kg·hm-2，經(jīng)濟(jì)最佳施肥量平均為（172.8±57.9）kg·hm-2，以玉米地上部氮素?cái)y出量作為氮肥推薦用量，則河南省玉米的平均適宜施氮量為（183.7±52.0）kg·hm-2。

圖5顯示，河南省生產(chǎn)1 000 kg小麥籽粒的氮素需求平均為（29.1±6.7）kg，39.8%集中在 25—30 kg之間；生產(chǎn) 1 000 kg玉米籽粒的氮素需求平均值（23.0±4.3）kg，48.8%集中在 20—25 kg之間。以 2015年河南省小麥、玉米平均單產(chǎn)6 453和5 543 kg·hm-2計(jì)算，則小麥平均氮肥需求量為187.8 kg·hm-2，玉米僅為 127.5 kg·hm-2。

2.4 河南省小麥、玉米氮肥需求變化趨勢

由播種面積和區(qū)域平均適宜施氮量估算的氮肥需求量（ND1、ND2、ND3），不同方法估算的值有所差異，其估算 2015年小麥氮肥需求量為 84.2×104—111.2×104t（圖6）。根據(jù)小麥總產(chǎn)和單位籽粒養(yǎng)分需求量估算的氮肥需求量（ND4）則與其他方法的差別比較大，在2005年之前低于ND2，2006年

圖5 小麥和玉米單位籽粒（1 000 kg）氮素需求量的頻率分布Fig. 5 The frequency distribution of N requirement for 1 000 kg grain of wheat and maize

圖6 1949-2015年河南省小麥和玉米氮肥需求量Fig. 6 The N fertilizer demand of wheat and maize in Henan province from 1949 to 2015

以后高于ND2，并逐漸增加。區(qū)域平均適宜施氮量估算的河南省玉米氮肥需求量均接近于推薦量為150 kg·hm-2時(shí)的需求量，2015年為 57.8×104—67.7×104t；但根據(jù)玉米總產(chǎn)和單位產(chǎn)量籽粒養(yǎng)分需求量參數(shù)估算的氮肥需求量明顯低于其他方法，2015年僅需42.6×104t。

2.5 河南省小麥、玉米節(jié)氮潛力

根據(jù)小麥、玉米氮肥實(shí)際消費(fèi)量和氮肥需求量的估算，可以計(jì)算河南省小麥、玉米節(jié)氮潛力，以2015年為例，小麥氮肥實(shí)際消費(fèi)量為133.0×104t，而估算的氮肥需求量為84.2×104—111.2×104t。因此，在播種面積不變的情況下，通過將全省平均施氮量控制在區(qū)域平均適宜施氮量水平，則節(jié)氮潛力為 21.8×104—48.8×104t（圖7）?？傮w上，當(dāng)前河南省玉米氮肥消費(fèi)量與區(qū)域平均適宜施氮量估算的氮肥需求量相當(dāng)，因此并沒有表現(xiàn)出節(jié)氮潛力；但通過玉米總產(chǎn)和單位籽粒氮素需求量方法估算的河南省玉米氮肥需求量較低，與當(dāng)前氮肥消費(fèi)量相比，其減量潛力為18.2×104t。

圖7 不同方法估算的河南省小麥、玉米節(jié)氮潛力Fig. 7 The N saving potential of wheat and maize in Henan province estimated by different methods

3 討論

3.1 河南省小麥、玉米節(jié)氮潛力

本研究表明，推薦施肥條件下河南省小麥節(jié)氮潛力為21.8×104—48.8×104t，玉米節(jié)氮潛力相對較小，最大為18.2×104t。焉莉等[9]估算表明，吉林省西部、中部和東部地區(qū)的玉米最佳施氮量分別為 114.9、128.9和134.1 kg·hm-2，在保證產(chǎn)量條件下，采用最佳施肥量，吉林省西部、中部和東部每年可減少氮投入量分別為4 378、7 064和604 t。鎢鋼等[22]估算安徽省玉米生產(chǎn)中氮肥可節(jié)約17 356 t，節(jié)氮潛力7.3%。王永亮等[23]研究表明山西省玉米節(jié)氮潛力為10.3×104t，節(jié)氮24.6%。可見，盡管同樣是省域水平，不同研究之間節(jié)氮潛力估算差異很大。除了玉米種植面積、氮素需求量不同外，導(dǎo)致研究之間差異的主要原因之一在于計(jì)算節(jié)肥潛力所采用的基準(zhǔn)不同。如焉莉等[9]估算節(jié)肥潛力采用的基準(zhǔn)值是測土配方施肥推薦用量，而本研究是針對當(dāng)前區(qū)域化肥實(shí)際消費(fèi)總量。此外，一般針對特定區(qū)域和作物的化肥消費(fèi)量很難統(tǒng)計(jì)，國家統(tǒng)計(jì)局對于實(shí)際氮肥消費(fèi)量以及單位面積化肥用量的統(tǒng)計(jì)分為兩個(gè)部分，單質(zhì)肥和復(fù)合（混）肥，計(jì)算氮肥消費(fèi)量及單位面積化肥用量時(shí)需要計(jì)算復(fù)合（混）肥的氮含量。國內(nèi)外學(xué)者一般按15-15-15等比例折算，在肥料市場通用性復(fù)合肥占主導(dǎo)的情況下，這樣折算具有很強(qiáng)的可行性[24-25]。但我國復(fù)合肥品種多且變化快，尤其復(fù)合（混）肥的消費(fèi)量越來越高，等比例折算會(huì)導(dǎo)致氮肥實(shí)際消費(fèi)量估算量存在誤差。本研究根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，河南省肥料市場中高氮復(fù)合肥占有很高的比例，采用等含量估算將低估實(shí)際氮肥消費(fèi)量，因此對比例進(jìn)行了調(diào)整，以提高估算準(zhǔn)確性。

本研究中，不同方法估算的節(jié)肥潛力差異很大，與估算采用的方法及參數(shù)有關(guān)。從方法上來看，無論是區(qū)域氮肥實(shí)際消費(fèi)量，還是合理的氮肥需求量，都是單個(gè)田塊氮肥實(shí)際消費(fèi)或者需求量的總和，但采用這種方法的可行性并不大，尤其在我國農(nóng)田分散經(jīng)營的情況下。本研究采用了一般研究使用的方法，即根據(jù)作物播種面積與單位面積施肥量平均值的乘積進(jìn)行計(jì)算[9,26]。在播種面積一定的情況下，節(jié)肥潛力僅取決于實(shí)際施肥量和推薦施肥量的平均值，后兩者的變化將影響節(jié)肥潛力的估算。在養(yǎng)分平衡的基礎(chǔ)上，本研究根據(jù)糧食總產(chǎn)量以及生產(chǎn)單位籽粒的氮素需求計(jì)算出河南省小麥和玉米氮素需求總量[19]，并與其他方法進(jìn)行對比，該方法對小麥節(jié)氮潛力的估算結(jié)果介于效應(yīng)函數(shù)法和養(yǎng)分平衡法之間，而對玉米節(jié)氮潛力的估算高于其他方法。在基于區(qū)域作物總產(chǎn)量和單位籽粒氮素需求量的方法估算區(qū)域氮肥需求總量時(shí)，一方面作物總產(chǎn)量受管理水平的影響很大，如當(dāng)前河南省玉米單產(chǎn)和總產(chǎn)水平較低，這將導(dǎo)致計(jì)算的玉米氮素總需求量低于其他方法，節(jié)氮潛力較高。另一方面，不同研究對于單位籽粒養(yǎng)分需求的估算存在很大差異，將導(dǎo)致節(jié)氮潛力估算產(chǎn)生差異。本研究中每生產(chǎn)1 000 kg小麥籽粒的氮素需求平均為29.1 kg，明顯高于其他研究估算的24.6 kg[27]、22.8 kg[28]和24.3 kg[29]，因此導(dǎo)致氮素需求總量高估，而節(jié)氮潛力低估；每1 000 kg玉米籽粒氮素需求為23.0 kg，低于劉明強(qiáng)[27]匯總的25.8 kg，與XU等[30]的研究結(jié)果22.5 kg相近，但高于孟慶鋒估算的20.0 kg[31]，因而導(dǎo)致玉米節(jié)氮潛力被低估或高估。通過效應(yīng)函數(shù)法和養(yǎng)分平衡法估算的玉米氮素需求總量接近或者高于實(shí)際氮肥消費(fèi)量，因此玉米沒有表現(xiàn)出節(jié)氮潛力。基于糧食產(chǎn)量和單位籽粒養(yǎng)分需求方法估算的小麥、玉米節(jié)氮潛力都相對比較大，在當(dāng)前我國農(nóng)民一味追求高產(chǎn)、氮肥施用量總體偏高的情況下，采用該確定的節(jié)氮潛力更加有宏觀指導(dǎo)價(jià)值。

3.2 節(jié)氮潛力的實(shí)現(xiàn)途徑

本研究表明，通過將氮肥用量控制在合理范圍，河南省主要糧食作物，尤其是小麥，表現(xiàn)出很大的節(jié)氮潛力，但需要針對河南省小麥、玉米施肥情況，從不同途徑來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)大樣本調(diào)查結(jié)果[13-14]，河南省農(nóng)戶小麥、玉米氮肥用量高，且不同農(nóng)戶之間變異非常大，小麥平均氮肥用量為234.6 kg·hm-2，用量范圍在 3.9—861 kg·hm-2之間，總用量大于 225 kg·hm-2的占35.5%；玉米氮肥用量平均為293.3 kg·hm-2，變幅為3.1—667.4 kg·hm-2。在豫北高產(chǎn)灌區(qū)?？h，氮肥用量超過300 kg·hm-2的農(nóng)戶比例高達(dá)51.86%，超過225 kg·hm-2的占 77.68%；而同樣屬于豫北高產(chǎn)灌區(qū)的溫縣，氮肥用量超過225 kg·hm-2的僅占 19.55%，但氮肥用量低于120 kg·hm-2的農(nóng)戶占27.31%[32]?？梢姡幽鲜〉毓芾碡叫璐罅ν茝V測土配方施肥，通過氮素實(shí)時(shí)管理等技術(shù)因地制宜，實(shí)現(xiàn)節(jié)肥增效[33-34]。其次，農(nóng)戶施肥比例和施肥結(jié)構(gòu)也需要調(diào)整。從當(dāng)前農(nóng)戶施用氮肥的方式來看，小麥氮肥一次性基施占有的比例達(dá)54.4%[13]；在不同區(qū)域和不同用肥時(shí)期，農(nóng)民多數(shù)選用復(fù)合（混）肥和尿素，選用其他品種化肥的比例均較??；農(nóng)民購買復(fù)合（混）肥以氮、磷、鉀等養(yǎng)分配方的復(fù)合肥以及高氮復(fù)合（混）肥為主，這可能導(dǎo)致氮肥、磷肥、鉀肥施用比例不盡合理[13-14,35]。因此，需要引導(dǎo)肥料企業(yè)按照區(qū)域大配方生產(chǎn)復(fù)混肥，同時(shí)指導(dǎo)農(nóng)民按照“大配方，小調(diào)整”的原則施用配方肥[36]。第三，大力推廣秸稈還田和有機(jī)肥替代技術(shù)是實(shí)現(xiàn)節(jié)氮目標(biāo)的重要技術(shù)途徑。不同種類的有機(jī)肥的施用能夠提供數(shù)量可觀的氮素，對于土壤氮素供應(yīng)和產(chǎn)量增加起到很大作用。近年來，我國化肥用量增加的同時(shí)，有機(jī)肥施用量逐漸降低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，河南省小麥通過有機(jī)肥提供的氮平均只有22.1 kg·hm-2，化肥提供的氮平均212.6 kg·hm-2；玉米通過有機(jī)肥提供的氮僅占總氮用量的8.0%[13-14]。我國有機(jī)肥資源每年可提供的氮素，比每年氮肥總使用量還高，但有機(jī)肥和秸稈還田率很低，在以化肥為主的現(xiàn)實(shí)狀況下，土壤有機(jī)碳、氮庫變小，對養(yǎng)分缺乏的緩沖能力變?nèi)?，農(nóng)戶頻繁地大量灌水和施肥以維持產(chǎn)量，使養(yǎng)分利用率降低，管理成本增大，造成惡性循環(huán)[10]。因此，推廣秸稈還田和有機(jī)肥替代化肥技術(shù)，可以打破這種惡性循環(huán)，增加有機(jī)氮的供應(yīng)，降低化肥氮需求量，節(jié)氮潛力也會(huì)增加。最后，由于農(nóng)戶地塊小、土地分散、施肥水平低等原因，合理施肥看似簡單，或者說在理論上比較容易解決，但在生產(chǎn)中卻難以實(shí)現(xiàn)。在教育水平和政策不變時(shí)，農(nóng)戶降低氮肥用量的自主意愿普遍較低，實(shí)現(xiàn)合理施肥、降低氮肥用量的問題，還需要從技術(shù)傳播推廣、化肥價(jià)格政策、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量補(bǔ)償甚至土地規(guī)模化等涉及到社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政策等方面的途徑進(jìn)行解決[37-38]。

4 結(jié)論

河南省小麥、玉米氮肥總消費(fèi)量持續(xù)增加，單質(zhì)氮肥消費(fèi)量呈下降趨勢，通過復(fù)混肥投入的氮消費(fèi)量逐漸增加。采用肥料效應(yīng)函數(shù)法估算河南省小麥最高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)最佳施肥量平均值為171.0和155.1 kg·hm-2，玉米為202.5和172.8 kg·hm-2。小麥、玉米地上部氮素累積量平均值分別為209.4和183.7 kg·hm-2，每生產(chǎn)1 000 kg籽粒所需要的氮素量為29.1和23.0 kg。采用不同計(jì)算方法確定的河南省小麥氮肥需求總量為84.2×104—111.2×104t，玉米氮肥需求總量為42.6×104—67.7×104t。河南省小麥、玉米氮肥節(jié)氮潛力很大。通過合理調(diào)控，小麥可節(jié)減氮21.8×104—48.8×104t，玉米最高節(jié)氮18.2×104t。