李詩　李婷婷　胡鈞銘　俞月鳳　張俊輝　鄭富?！⌒烀阑ā≈茗P玨

摘要：無機(jī)氮有機(jī)氮影響土壤礦化環(huán)境，以無機(jī)氮肥投入占比過高的集約化生產(chǎn)，給農(nóng)田環(huán)境造成負(fù)面影響，在我國農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中，評估有機(jī)、無機(jī)氮投入的農(nóng)田環(huán)境效應(yīng)，對優(yōu)化集約化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)減肥增效具有重要價值。根據(jù)土壤氮環(huán)境承載效應(yīng)、溢出效應(yīng)及平衡機(jī)制，通過文獻(xiàn)梳理農(nóng)田氮轉(zhuǎn)化、輸出等過程，分析生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)過量無機(jī)氮投入易產(chǎn)生土壤酸化、溫室效應(yīng)加劇、水體富營養(yǎng)化等嚴(yán)峻的環(huán)境問題；適量有機(jī)肥投入利于土壤氮穩(wěn)定供應(yīng)、增強(qiáng)土壤健康；有機(jī)氮無機(jī)氮配施利于降低活性氮損失、減輕環(huán)境污染，同步降低化學(xué)氮肥用量，提出了構(gòu)建與種植制度匹配的氮調(diào)控生產(chǎn)模式、建立新型氮高效綠色施肥方法等集約化生產(chǎn)重要減肥增效途徑，利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞：集約化農(nóng)田；無機(jī)氮；有機(jī)氮；環(huán)境效應(yīng)；減肥增效

中圖分類號：S158；S181文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）14-0043-06

氮是植物生長發(fā)育必不可少的營養(yǎng)元素［1］。隨著合成無機(jī)氮肥的出現(xiàn)和快速發(fā)展，在農(nóng)田中施用化肥以獲得高產(chǎn)得到了廣泛應(yīng)用［2-3］，對糧食安全做出重要貢獻(xiàn)［4］。然而，高比例無機(jī)氮肥的集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的負(fù)面影響，如面源污染、土壤退化、溫室效應(yīng)等［5-7］，因此優(yōu)化集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，對實(shí)現(xiàn)我國新時期農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型具有重要意義。氮循環(huán)是全球生物地球化學(xué)循環(huán)的重要組成之一［8］。人類農(nóng)業(yè)活動強(qiáng)烈影響著氮循環(huán)［9］，農(nóng)田施用氮肥會影響土壤氮的輸入形式和含量［10］、轉(zhuǎn)化過程［11］和輸出途徑［12］。土壤中不同形態(tài)的硝態(tài)氮（NO-3-N）和銨態(tài)氮（NH+4-N）造成作物對養(yǎng)分吸收和利用的差異，由此產(chǎn)生的農(nóng)田環(huán)境效應(yīng)引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注，影響農(nóng)田環(huán)境污染的因素之一是過量施用氮肥造成的活性氮損失?；试谕寥乐袑⒖焖俎D(zhuǎn)變成銨態(tài)氮，NH+4通過硝化作用轉(zhuǎn)化后形成硝酸鹽，NO-3可能隨降雨和河流灌溉使地下水惡化，鈣、鎂等離子也隨著這部分的NO-3流失，導(dǎo)致土壤酸化，因此亟待緩解集約化生產(chǎn)中氮污染的環(huán)境壓力。

有機(jī)氮肥是調(diào)控農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)的重要措施［13］。土壤中的有機(jī)氮經(jīng)各種礦化過程才能轉(zhuǎn)化為易溶形態(tài)，并成為無機(jī)氮的主要來源［14-15］，但對土壤環(huán)境產(chǎn)生持久的正面影響［16］。有機(jī)肥和無機(jī)肥的聯(lián)合施用對緩解化肥對環(huán)境的污染有較大影響，因此系統(tǒng)評估無機(jī)氮與有機(jī)氮投入的農(nóng)田環(huán)境效應(yīng)與生態(tài)效應(yīng)，對優(yōu)化集約化生產(chǎn)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)田減肥增效具有重要的價值。本文針對農(nóng)田無機(jī)氮與有機(jī)氮投入后對土壤環(huán)境的影響，通過查閱國內(nèi)相關(guān)研究文獻(xiàn)，從土壤氮循環(huán)輸入形態(tài)、轉(zhuǎn)化過程、輸出途徑等角度，系統(tǒng)梳理農(nóng)田無機(jī)氮與有機(jī)氮投入后產(chǎn)生土壤氮環(huán)境承載效應(yīng)、氮溢出效應(yīng)及氮平衡機(jī)制，重點(diǎn)探討并分析農(nóng)田有機(jī)氮與無機(jī)氮投入作物產(chǎn)量與品質(zhì)、土壤肥力營養(yǎng)轉(zhuǎn)化、農(nóng)田氮減損的不足，展望減肥增效下農(nóng)田無機(jī)氮與有機(jī)氮聯(lián)合投入的潛在途徑及調(diào)控路徑，以期為新時期農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)及有機(jī)氮和無機(jī)氮施肥管理調(diào)控提供參考。

1 集約化生產(chǎn)與糧食安全

農(nóng)業(yè)粗放經(jīng)營已不適應(yīng)農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展，農(nóng)業(yè)集約化經(jīng)營應(yīng)時而現(xiàn)。集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是指在一定面積的耕地上投入更多的生產(chǎn)資料，采用創(chuàng)新的科學(xué)技術(shù)和管理模式，實(shí)現(xiàn)更高的單位面積產(chǎn)量和收入的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營模式，主要有勞動集約型、資金集約型和技術(shù)集約型3種?；适抢没瘜W(xué)和（或）物理方法制作的肥料，含1種或若干種作物生長必需的營養(yǎng)元素［17］，合理使用可提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，促進(jìn)農(nóng)副產(chǎn)品的發(fā)展，調(diào)節(jié)和補(bǔ)償糧食供給，完善我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，對糧食安全發(fā)揮積極作用。長期集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境和耕地的不利影響日益突出，全球氣候變暖造成極端天氣問題；農(nóng)業(yè)面源污染加劇，耕地資源形勢嚴(yán)峻，糧食安全受到威脅；一些農(nóng)村地區(qū)工廠廢水和廢氣的排放降低了耕地質(zhì)量，土壤重金屬污染日益突出。我國是全球化肥過量投入程度最高的國家之一［18］，究其原因，是作物過度施肥的程度與自然經(jīng)濟(jì)條件的區(qū)域差異密切相關(guān)［19］?；蔬^量投入導(dǎo)致土壤性質(zhì)惡化、作物品質(zhì)降低且不宜存放等各種問題，因此，如何協(xié)調(diào)由氮肥過量投入為特征的集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的土壤酸化、溫室氣體排放過度等問題亟待優(yōu)化。

2 農(nóng)田土壤無機(jī)氮轉(zhuǎn)化

2.1 無機(jī)氮轉(zhuǎn)化途徑

無機(jī)氮指植物、土壤和肥料中未與碳成分結(jié)合的含氮物質(zhì)。肥料氮施入土壤后，在土壤酶和微生物的作用下，轉(zhuǎn)化成不同形式無機(jī)氮，其中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮是被作物直接吸收轉(zhuǎn)化的有效氮，帶正電的銨態(tài)氮常被土壤顆粒吸附，硝態(tài)氮因帶負(fù)電難被土壤固存。農(nóng)田土壤礦化作用決定了農(nóng)田土壤自身無機(jī)氮供應(yīng)能力，土壤中無機(jī)氮含量較少，將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮能更穩(wěn)定地儲存，同時能通過土壤中自身的化學(xué)反應(yīng)而變成可被農(nóng)作物直接利用的氮，NH3或銨鹽在有氧條件下產(chǎn)生硝化作用，經(jīng)氨氧化菌和硝酸細(xì)菌等微生物轉(zhuǎn)成硝態(tài)氮，在堿性情況中易揮發(fā)，高濃度氨氮對作物有毒害作用，硝態(tài)氮同化速率與土壤碳氮比為顯著正相關(guān)關(guān)系，硝化過程影響土壤無機(jī)氮庫的組分含量，當(dāng)土壤的初級自養(yǎng)硝化速率與初級礦化速率的比值（ONH4/M）超過1/2時，土壤無機(jī)氮庫以硝態(tài)氮形態(tài)為主，當(dāng)ONH4/M低于1/2時，銨態(tài)氮則占比較大［20］。土壤維持硝態(tài)氮含量主要是硝態(tài)氮異化還原為銨或同化2個方面，土壤中的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及部分簡單的小分子氨基氮能通過微生物和作物吸收轉(zhuǎn)化為作物有機(jī)質(zhì)的成分。Zhang等分析總結(jié)土壤的無機(jī)氮組成、pH值及氮轉(zhuǎn)化速率表明土壤的硝態(tài)氮濃度與自養(yǎng)硝化速率、ONH4/M之間存在明顯的正相關(guān)聯(lián)系，而土壤的NO-3/NH+4與ONH4/M、土壤pH值有顯著正相關(guān)關(guān)系［21］。

2.2 無機(jī)氮輸出過程

土壤氮素輸入主要來自化肥，有機(jī)氮肥和生物固氮已處于次要地位，與世界平均氮肥利用率相比，我國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的氮肥利用率較低，為 30%～35%。土壤中的氮素去向與其化學(xué)形態(tài)緊密相關(guān)，主要原因是NH+4和OH-產(chǎn)生氨氣，土壤堿性越強(qiáng)，氨揮發(fā)越嚴(yán)重，是氮元素流失的主要路徑；在厭氧條件下，硝酸鹽經(jīng)過微生物作用還原為氮和氮氧化物（NOx）；NH+4陷入2 ∶1黏土礦物晶架表面的空穴內(nèi)轉(zhuǎn)為固定態(tài)NH+4失去生物有效性，導(dǎo)致土壤中的氮素殘留；銨鹽和硝酸鹽均易溶解，NH+4可被負(fù)電膠體吸附，NO-3帶負(fù)電荷，不被負(fù)電膠體吸附，極易隨滲漏水淋失；當(dāng)形成土壤表面徑流時，土壤膠體吸附的氮、硝酸鹽被徑流搬運(yùn)進(jìn)入地表水體。Zhang等更直接地表明土壤初級硝化速率是調(diào)節(jié)陸地生態(tài)系統(tǒng)不同氣候區(qū)域氮徑流損失的重要因素，土壤氮輸出與氣候間有2類典型聯(lián)系：在我國南方亞熱帶地區(qū)等潮濕氣候下，地帶性土壤的硝化速率低，無機(jī)氮庫以銨態(tài)氮為主，較低的土壤pH值也減緩氨揮發(fā)風(fēng)險(xiǎn)［20］；在我國北部和西部等干旱地區(qū)的地帶性土壤中，硝化速率隨土壤pH值升高，土壤無機(jī)氮中硝態(tài)氮比例較高［21］，這可弱化堿性土壤中氨揮發(fā)損失過程。

3 農(nóng)田土壤有機(jī)氮轉(zhuǎn)化

有機(jī)氮是指土壤和肥料中與碳成分相結(jié)合的含氮物質(zhì)，如尿素、蛋白質(zhì)和氨基酸等，一般占土壤全氮的95%以上，氨基酸氮是土壤酸水解有機(jī)氮的主要成分和土壤活性氮的主要貢獻(xiàn)因子［22］。土壤含氮有機(jī)質(zhì)主要為蛋白質(zhì)、多肽、核酸、氨基糖和尿素等，直接表明土壤的潛在供氮能力，以上物質(zhì)基本是不溶性有機(jī)氮和土壤溶液中分子量大的可溶性有機(jī)氮（DON），植物不能直接吸收轉(zhuǎn)化，土壤有機(jī)氮源包括有機(jī)質(zhì)分解的中間物、有機(jī)肥料人為投入、微生物和根系的代謝物和分泌物，受植被、施肥和氣候影響較大。土壤硝態(tài)氮和可溶性有機(jī)碳進(jìn)行非生物作用直接獲得DON，厭氧條件下土壤的二價鐵在氧化成三價鐵時將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，該部分亞硝酸鹽與土壤溶解性有機(jī)物結(jié)合生成DON［23］。表土中超過90%的氮元素表現(xiàn)為有機(jī)化合物，大分子有機(jī)氮化合物只在微生物作用下轉(zhuǎn)化為無機(jī)銨態(tài)氮或硝態(tài)氮，便于作物吸收和利用。土壤黏粒含量等物理性質(zhì)能影響DON的積累能力，黏粒含量高，利于土壤DON富集。外源有機(jī)物通過氨化作用形成大分子DON，再逐級分解為小分子DON，最終DON礦化生成銨態(tài)氮或硝態(tài)氮，被作物根系和土壤微生物生長利用或直接淋失。

4 有機(jī)無機(jī)氮投入的環(huán)境效應(yīng)

4.1 對土壤環(huán)境的影響

改良土壤，培肥地力。施用無機(jī)氮肥后，土壤環(huán)境的pH值會在短時間內(nèi)升高，然后迅速降低。氮肥過量時土壤中固結(jié)積累了大量氮（N）、磷（P）、鉀（K）等化學(xué)元素，可生成較多種類的化學(xué)鹽，導(dǎo)致土壤嚴(yán)重酸化，直接造成養(yǎng)分循環(huán)和供給能力的減弱，氮肥過量投入減小農(nóng)作物抗性特征，磷肥和鉀肥過量將引起農(nóng)作物養(yǎng)分結(jié)構(gòu)失調(diào)，同時長期施用氮肥會破壞土壤容重和孔隙，降低土壤有機(jī)質(zhì)含量。有機(jī)肥在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用已成為土壤養(yǎng)分保持的策略，試驗(yàn)表明60%化肥和紫云英復(fù)合施用對土壤物理性質(zhì)的影響優(yōu)于單施化肥［24］。農(nóng)田投入有機(jī)肥使表土容重顯著降低，土壤總孔隙度分別增加6.36％和7.56％［25］，不同有機(jī)肥處理時土壤pH值整體迅速減小再緩慢回升，其中豬糞有機(jī)肥處理有較小降幅，污泥有機(jī)肥處理較穩(wěn)定［26］。長期施用有機(jī)肥可提高黃壤稻田土質(zhì)肥力，改善細(xì)菌生長環(huán)境和群落結(jié)構(gòu)，增加細(xì)菌群落多樣性，促進(jìn)土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和健康［27］。Du等系統(tǒng)分析141篇相關(guān)文獻(xiàn)和774組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥處理的土壤容重明顯下降3.9%，這與土壤有機(jī)碳含量得到提高密切相關(guān)［28］。Luan等的試驗(yàn)表明有機(jī)無機(jī)肥使土壤超微孔體積變小，大、中、微孔體積顯著增大，改善了土壤保水性和通氣性［29］。Qaswar等從34年的定位試驗(yàn)得出，有機(jī)無機(jī)肥配施處理能提高土壤有機(jī)碳固存率，顯著影響了土壤有機(jī)碳分子結(jié)構(gòu)，多次中低比例有機(jī)肥配施無機(jī)肥提高了微生物數(shù)量種類［30］，是實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)和改良土壤質(zhì)量的有效方法［31］。

4.2 對大氣環(huán)境的影響

減緩溫室氣體排放，促進(jìn)生態(tài)和諧。施用無機(jī)氮肥對大氣環(huán)境的主要影響表現(xiàn)為溫室效應(yīng)和臭氧層空洞。稻田和栽培施肥是人為排放CH4和N2O的重要源頭，農(nóng)田土壤在減少溫室氣體排放方面也具有重要的生態(tài)功能［32］。全球人為碳排放總量中種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)的CH4、N2O排放量約占12%［33］，施用氮肥和生物固氮產(chǎn)生的N2O量占年排放量的60%左右，大約0.5%的氮肥以氮氧化物的形式損失。部分硝酸鹽在土壤中轉(zhuǎn)化為氮和氮氧化物排放至大氣中，并與作物固氮吸收的N2和大氣平流層中被破壞的N2O保持平衡，N2O進(jìn)入平流層大氣后會消耗臭氧，增加地球表面的紫外線輻射，空氣質(zhì)量惡化。有機(jī)肥種類與用量造成溫室氣體排放差異，秸稈還田促進(jìn)土壤吸收CH4，秸稈深施效果比秸稈表層覆蓋明顯改良了土壤透氣性，利于氧化CH4和吸收大氣中的CH4。而與僅施化肥相比，100%施紫云英或紫云英化肥配施會造成CH4增排，劉紅江等在等氮養(yǎng)分條件下以有機(jī)肥部分替代化肥，CH4累積排放量與有機(jī)肥替代投入量呈正相關(guān)，而N2O累積排放量與之為負(fù)相關(guān)，應(yīng)該是增施有機(jī)肥降低農(nóng)田土壤氧化還原電位，為產(chǎn)CH4菌提供適宜生長環(huán)境，雖然溫室氣體排放呈現(xiàn)差異性，但總體上配施有機(jī)肥仍是改良土壤和增產(chǎn)的重要途徑［34］。與平衡施化肥比較，化肥與有機(jī)物料結(jié)合將碳排放強(qiáng)度明顯降低36.5%～113.2%，單位面積土壤有機(jī)質(zhì)的溫室氣體排放（δGHG/δSOM）減小了69.4%～93.2%，在黃淮海區(qū)域小麥-大豆復(fù)種模式下，有機(jī)肥（牛糞或餅肥）配施化肥既能穩(wěn)產(chǎn)又降低了凈溫室效應(yīng)［35］。卜容燕等于2018年、2019年連續(xù)監(jiān)測農(nóng)田CH4和N2O排放規(guī)律，表明等氮養(yǎng)分下有機(jī)肥化肥配施處理雙季稻和周年輪作的CH4排放量比單施化肥各增加8.2%、4.8%和6.7%，但N2O排放量分別下降31.4%、5.0%和18.8%，可見有機(jī)肥配施化肥是減緩稻田溫室氣體排放的有效措施［36］。

4.3 對水環(huán)境的影響

農(nóng)田氮肥施用是造成水體富營養(yǎng)化的主要氮來源，地表徑流和農(nóng)田排水是農(nóng)田氮素（主要是硝態(tài)氮）轉(zhuǎn)移和流失的主要途徑。研究表明過多投入氮肥能造成氮素以硝酸鹽的形式進(jìn)入水域，造成水體富營養(yǎng)化及赤潮等環(huán)境問題［37］。在作物快速生長期，蒸騰作用強(qiáng)烈，在充足的水分條件下，硝態(tài)氮會淋溶至2 m或更深，脫離根系吸收造成地下水污染。人、畜、禽的排泄廢棄物等有機(jī)肥料投入土壤可消減一些地區(qū)地下水、土壤和小氣候污染，減輕病蟲危害，減少氮素流失和水體污染。長久施用有機(jī)肥可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量和營養(yǎng)成分，有機(jī)物分解產(chǎn)生的有機(jī)酸能溶解土壤礦物質(zhì)，通過風(fēng)化作用釋放養(yǎng)分［38］。土壤殘留毒性在腐殖質(zhì)和黏土礦物的吸附絡(luò)合作用和化學(xué)沉淀作用下被降解、損失和揮發(fā)，土壤中銅、鋅和鎘的總量和有效態(tài)量得到顯著提高［39］，減輕重金屬污染和作物吸收有毒物質(zhì)程度。研究表明有機(jī)無機(jī)氮配施比例為3 ∶2的前提下，作物產(chǎn)量有最大值，為12 578 kg/hm2，此時 15.7 kg/hm2 的硝態(tài)氮淋失量也在生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)［40］。韓笑等的研究表明，60%氮素與雞糞、牛糞、豆餅混合有機(jī)肥配施分別降低徑流水66.5%總氮、67.2%硝態(tài)氮和66.2%銨態(tài)氮含量，總磷含量下降52.5%［41］。呂宏偉等發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代27.5%化肥+30%節(jié)水灌溉處理比化肥處理蔬菜穩(wěn)產(chǎn)效果好且可有效減小露地菜田氮磷徑流損失［42］。適宜耕作方式也能增強(qiáng)有機(jī)無機(jī)肥配施改良效果，王瑾瑜等在長江中下游犁底層厚（如紅黃壤型）的水稻黏土區(qū)，定點(diǎn)打破部分犁底層，有機(jī)無機(jī)肥配施可以促進(jìn)形成肥力良好的耕作層，同時不增加水分滲漏和氮素淋溶［43］。

4.4 對氮素轉(zhuǎn)化效率的影響

提高氮素轉(zhuǎn)化效率，改善作物營養(yǎng)狀況。氮素轉(zhuǎn)化是指土壤中含氮物質(zhì)的形態(tài)和狀態(tài)通過物理和化學(xué)作用發(fā)生變化，包括氮素礦化、生物固定、硝化和氨揮發(fā)，直接影響作物的氮素營養(yǎng)狀況和損失。有機(jī)氮部分替代無機(jī)氮可持續(xù)供給速效養(yǎng)分和長效養(yǎng)分，滿足作物各生育氮素需求，確保高產(chǎn)。常配施有機(jī)肥和化肥顯著提高土壤活性氮庫含量，增強(qiáng)氮素供應(yīng)能力，短期內(nèi)可增加土壤氮素利用率，利于土壤微生物生長生殖［44］。研究表示，有機(jī)肥可有效提高0～15 cm土層的全氮和銨態(tài)氮含量［45］，單施化肥或有機(jī)肥處理的氮偏生產(chǎn)力、氮素收獲指數(shù)和氮素貢獻(xiàn)率均小于有機(jī)肥氮替代50%化肥氮處理［46］，顯著加大周年稻麥輪作系統(tǒng)的氮素利用率［47］。同時，小麥推遲拔節(jié)肥條件下有機(jī)無機(jī)肥配施通過增加根際細(xì)菌多樣性，提高根際氮礦化勢，增強(qiáng)拔節(jié)期低氮脅迫下土壤供氮潛力［48］。與單施化肥相比，有機(jī)無機(jī)肥配施處理的小麥花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、花后氮素積累量和籽粒氮素積累量各增加9.8%、33.1%、22.0%，降低施氮量而顯著提升了作物氮素利用率和農(nóng)學(xué)效率，甚至還提高了氮素收獲指數(shù)，施氮量為150 kg/hm2時能較好促進(jìn)冬小麥植株的氮素利用率［49］。秸稈+尿素或秸稈+穩(wěn)定性尿素處理可加快水稻穗及地上部分對氮素的吸收轉(zhuǎn)化，達(dá)到最大收獲指數(shù)，即0.39～0.47；豬糞+穩(wěn)定性尿素處理比尿素處理的水稻產(chǎn)量提高約137%，水稻分蘗期和成熟期生物量分別增加1.98%和53.00%左右，約是尿素處理氮素回收利用率的1.82倍［50］。同等養(yǎng)分條件下，70%化肥+30%有機(jī)肥、30%化肥+70%有機(jī)肥具有較大的氮素生產(chǎn)效率，前者適合中低肥力水平稻田，后者適用于高肥力水平稻田［51］。

5 氮投入與綠色生產(chǎn)

綠色農(nóng)業(yè)即指以確保農(nóng)產(chǎn)品安全、生態(tài)環(huán)境安全和可利用資源安全為目標(biāo)，以農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化為手段的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，它與資源、生態(tài)和環(huán)境相輔相成。化肥和有機(jī)肥的施用是綠色生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有機(jī)肥富含作物生長必需營養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)，對提供碳源進(jìn)行光合作用、促進(jìn)作物生長、提高產(chǎn)量和品質(zhì)、保持營養(yǎng)風(fēng)味、減少硝酸鹽等有害物質(zhì)的污染具有重要意義［52］，主要體現(xiàn)在以下3個方面：（1）改良培肥土壤，增強(qiáng)土壤地力。秸稈還田或增施有機(jī)肥可降低土壤容重、總孔隙度，增加腐殖質(zhì)緊結(jié)態(tài)含量，腐熟化程度較高能直接增強(qiáng)土壤保水性、通氣性、保肥性、緩沖性，促進(jìn)土壤養(yǎng)分礦化過程、作物生長發(fā)育，補(bǔ)充作物吸收的養(yǎng)分，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，綠肥還可以改善土壤本身有機(jī)質(zhì)的品質(zhì)。（2）營養(yǎng)成分充足，類型層次全面。有機(jī)肥料含有無機(jī)和有機(jī)養(yǎng)分，還含有大量的微生物和酶，可以從多方面保證作物的供應(yīng)。有機(jī)肥能夠增強(qiáng)供氮能力，提高土壤氮素含量，尤其是速效氮，實(shí)現(xiàn)氮素高效利用；減少土壤磷素積淀、淋溶；增加生物有機(jī)肥使土壤全鉀和速效鉀含量得到提高。（3）肥效持續(xù)時間長，減少環(huán)境污染。有機(jī)肥料養(yǎng)分釋放緩慢，如氮通常以銨離子或氨基酸的形式輸送給作物，不需消耗大量能量和光合產(chǎn)物，能降低硝酸鹽和其他物質(zhì)的毒害和環(huán)境污染。新鮮有機(jī)材料、沼渣、糞肥等有機(jī)肥料可有效降低稻田CH4排放的促進(jìn)效應(yīng)，減少N2O等活性氮的損失。因此，必須盡快加強(qiáng)有機(jī)肥在綠色生產(chǎn)和健康農(nóng)田土壤栽培技術(shù)的應(yīng)用研究，有效解決或減緩農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中存在的盲區(qū)和突出問題。

6 農(nóng)田氮優(yōu)化不足之處

6.1 減肥增效與種植制度不匹配

種植制度須因地制宜，與本地農(nóng)業(yè)綜合資源、生產(chǎn)條件和區(qū)域農(nóng)村經(jīng)濟(jì)情況相適應(yīng)。根據(jù)水土條件和相應(yīng)的栽培措施，有3種種植制度：半干旱地區(qū)旱作種植制度，一年一熟，甚至兩年一熟；半濕潤或濕潤地區(qū)旱作農(nóng)業(yè)制度，一年一熟、兩熟以及三熟；旱地灌溉種植制度，一年一熟，集約化復(fù)種；水田種植制度，每年種植一季稻或雙季稻，冬季常增加一季旱作或綠色肥料作物。我國人多地少，可耕地面積急劇減少，耕地資源短缺加劇，復(fù)種可以繼續(xù)提高作物總產(chǎn)量和單位面積產(chǎn)量，提高生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。然而，多數(shù)農(nóng)戶根據(jù)個人經(jīng)驗(yàn)，傾向于在作物整個生育期投入大量化肥，利用率不高造成化肥的相對浪費(fèi)和環(huán)境污染，無用量與施肥時間標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致未及時利用農(nóng)時農(nóng)耕，一定程度上難以保證高產(chǎn)。

6.2 關(guān)鍵減肥增效創(chuàng)新方法缺乏

近年來，各區(qū)大力推行“減重增效”政策，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平。常見的主要是綠肥還田，不同生育期用復(fù)合肥、尿素、磷肥等肥料；桔桿還田作基肥、追肥；種養(yǎng)結(jié)合，有機(jī)和無機(jī)養(yǎng)分循環(huán)利用；利用田間各種農(nóng)作物秸稈、牧草、人畜糞便在沼氣池厭氧條件下經(jīng)甲烷細(xì)菌等微生物發(fā)酵制取沼氣后產(chǎn)生的沼氣殘?jiān)?，制成沼氣有機(jī)肥料，改善土壤。但多數(shù)地區(qū)仍主要是在單一減少化肥用量，更多地追求產(chǎn)量，較少考慮土壤環(huán)境失衡、作物營養(yǎng)吸收等問題，缺少對肥料配施、施肥方式、作物生長規(guī)律的了解和結(jié)合。

6.3 系統(tǒng)肥效評價體系不足

化肥起到重要的增產(chǎn)作用，省工省時，方便有效，而有機(jī)肥料的收集和堆肥使用需要勞動強(qiáng)度高、效率低、品種少、當(dāng)年季度增產(chǎn)不明顯，改善土壤質(zhì)量的效果不能直接看到，肥料倉儲與運(yùn)輸不全面是重要障礙因素。目前，我國肥料管理立法進(jìn)度刻不容緩，借鑒國外優(yōu)秀成熟經(jīng)驗(yàn)，建立健全符合我國國情與發(fā)展的肥料肥效評價技術(shù)規(guī)范體系，是相關(guān)立法的基礎(chǔ)和支撐，將肥料管理科學(xué)化、規(guī)范化?，F(xiàn)有條件下已提出了肥效評價的生態(tài)均衡施肥理論體系和指標(biāo)體系，但各個體系依據(jù)較多，未進(jìn)行多年實(shí)踐證明，需匯總歸類，統(tǒng)一定級。

7 集約化生產(chǎn)氮優(yōu)化途徑

7.1 構(gòu)建與種植制度匹配的氮調(diào)控生產(chǎn)模式

以適宜的肥料成本，合理掌控施肥期，結(jié)合作物生長需肥規(guī)律，有機(jī)肥料肥效緩慢釋放且持續(xù)供給，較適宜作底肥配合施用，根據(jù)土壤實(shí)際情況和耕作面積合理選擇肥料配施比例，重施底肥，化肥作追肥?？砷g套種植豆科作物用于增強(qiáng)固氮能力，雨熱充足多熟制地區(qū)可種植冬夏綠肥，如水稻以冬種作物—單季晚稻的二熟制，單季晚稻的一熟制及冬種作物—早稻—晚稻的三熟制種植模式為主；一熟制地區(qū)，需搶農(nóng)時，提高復(fù)種指數(shù)，利用農(nóng)閑時期翻耕、深耕、引進(jìn)綠肥種植，增強(qiáng)地力，減少荒地病害發(fā)生。同時，須種植抗性強(qiáng)的優(yōu)良品種，完善農(nóng)田機(jī)械，集中可利用資源引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)。

7.2 創(chuàng)新新型氮高效綠色施肥方法

提升造肥技術(shù)水平，研發(fā)新型功能肥料。利用當(dāng)?shù)匚镔|(zhì)資源，結(jié)合科學(xué)堆肥技術(shù)，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥、有機(jī)無機(jī)復(fù)合產(chǎn)品，開發(fā)控釋肥，利用中微肥平衡作物營養(yǎng)，滿足當(dāng)?shù)匦枨?。不同比例的有機(jī)氮肥與無機(jī)氮肥配施。礦化分解率高的有機(jī)肥，應(yīng)和少量化肥配合施用，以滿足作物生長對有效養(yǎng)分的需求。Xiang等的研究已經(jīng)證明，有機(jī)氮代替70%化學(xué)氮是提高土壤肥力和雙季水稻產(chǎn)量的最有效施肥方法［53］。不同種類的有機(jī)氮肥和無機(jī)氮肥配施。研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)物料與化肥的組合可以提高作物產(chǎn)量（短期）和土壤質(zhì)量（長期）［54］，是我國實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)減肥增效的重要施肥模式。不同品種有機(jī)肥和無機(jī)肥的配施效果存在差異，有機(jī)肥的來源影響施肥效果，農(nóng)家肥、堆肥、沼渣與化肥結(jié)合表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)趨勢，有必要從原材料性質(zhì)進(jìn)一步研究替代化肥的比例。

7.3 建立氮調(diào)控減肥增效標(biāo)準(zhǔn)化體系

在肥料綜合評價體系中，應(yīng)涉及肥料分類目錄、鑒定規(guī)范、生物肥料效率評價、毒性評價、環(huán)境影響和效益評價，具有評價肥效和指導(dǎo)施肥雙重功能。有關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管有機(jī)肥生產(chǎn)全過程，避免不合格產(chǎn)品進(jìn)入市場，破壞土壤生態(tài)。加強(qiáng)南北聯(lián)儲建設(shè)，提高肥料從生產(chǎn)商到終端的運(yùn)輸力，挖掘產(chǎn)業(yè)鏈合作的深度和廣度，增加綠色通道。有機(jī)-無機(jī)聯(lián)合施用是有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)集約化、將糧食問題轉(zhuǎn)化為安全問題的重要途徑。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)考慮速效營養(yǎng)元素易流失到環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)研究待解決核心問題是土壤改良效果和有機(jī)肥肥效。

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收稿日期：2022-11-10

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：41661074）；廣西“新世紀(jì)十百千人才工程”專項(xiàng)資金（編號：2018221）；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（編號：桂農(nóng)科2021YT040）。

作者簡介：李 詩（1999—），女，廣西武宣人，碩士研究生，主要從事稻作環(huán)境生態(tài)與農(nóng)村發(fā)展研究。E-mail：2012038808@qq.com。

通信作者：胡鈞銘，博士，研究員，主要從事農(nóng)業(yè)有機(jī)資源利用與生境調(diào)控及逆境生態(tài)研究，E-mail：jmhu06@126.com；周鳳玨，碩士，副教授，主要從事作物栽培及農(nóng)業(yè)氣象研究，E-mail：fengjue@gxu.edu.cn。